薄套类零件自动夹紧拆卸倒角装置的设计与应用

闫柏，韩春生，李晓君，姜新

（一汽解放汽车有限公司卡车厂装备技术室，吉林 长春 130011）

薄套类零件自动夹紧拆卸倒角装置的设计与应用

闫柏，韩春生，李晓君，姜新

（一汽解放汽车有限公司卡车厂装备技术室，吉林 长春 130011）

本文针对薄套类零件的加工特点详细阐述了采用凸轮机构的原理、运用车床卡盘旋转运动离心力的原理，自行设计并制造了套类零件的倒角装置，此装置的原理是利用凸轮卡爪内的弹簧对工件夹紧产生预紧力，车床卡盘旋转时工件与斜面凸轮卡盘产生向心摩擦力，当车床卡盘高速旋转刀具或钻头与零件接触时，零件产生的塑性变形力瞬间使凸轮卡爪的夹紧力增大，此时工件的塑性变形力与工件夹紧力相等，解决了手工装夹产生的一系列的问题。应用到了实际生产中，不仅提高了产品质量和劳动效率，而且降低了操作者的劳动强度。此装置装夹方便快捷实现了自动夹紧、自动退料的功能。

偏心夹爪；离心力；自夹紧；退料装置

1 概述

随着汽车市场的竞争日益激烈，汽车厂家对汽车零部件的质量要求越来越高，以质量求生存是汽车市场竞争的最好的办法。为了赢得市场份额，汽车厂家生产方式日趋向多品种、少批量方向发展。因此，我厂的车架的品种就不断增加，车架上的孔的种类及数量就不断变化，对应的钻孔夹具上面的钻套就需要不断更换，平均每月加工的钻套达到10000多个。

原来钻套倒角的加工工艺是：取件——装夹——取扳手——夹紧工件——放回扳手——开车——倒角——退刀——等待——停车——取扳手——卸件，每个钻套一面倒角需要12个工步，时间20秒，两面就要40秒24个工步，动作频繁。装夹方式利用手工夹盘夹紧套类零件内孔倒角时，每个钻套加工时必须两面倒角，倒角必须用扳手，夹紧、松开各两次，频繁装夹拆卸，辅助时间较长影响加工速度，每小时只能加工90件。所以实际的加工能力无法满足现生产要求。

薄套类零件倒角时用手工装夹，无法合理控制卡盘的夹紧力。卡盘夹紧力过大，容易损伤零件的外表面，造成零件变形，卡盘夹紧力过小会会造成零件在卡爪内滑动损伤零件的外表面，无法正常加工，而且零件装夹时由于没有定位基准偶尔会出现定位不准确，从而影响加工尺寸产生废品。根据以上原因需要设计一种快速装夹、快速退料、定位准确适合套类零件加工的夹具装置。

2 薄套类倒角装置的设计

设计方案。

（1）最初设想采用液动夹盘压或气动夹盘，不用扳手夹紧，但需要请专业人员完成此项目的设计工作，而且所需经费高，制造周期不确定；如果采用液动夹盘或气动夹盘，需要增加液压泵站或气动泵站对车床进行改造，装夹时需要用手把着零件再按装夹按钮等步骤，辅助时间较长。

（2）自制一套夹具。通过套筒的锥面相互锁紧的功能，设想利用凸轮机构的偏心特性，通过凸轮斜面夹爪与工件之间产生的摩擦力，在高速旋转时产生的离心力，来实现夹紧工件。 受冲压模具退料原理的启发，可以在主体内部增加一个活动的心轴，既能实现钻套的定位，又能实现自动卸件的功能。

第二种方案具有装夹便捷、可实现自动退料、定位准确等优点。根据论证第二种方案可实现自主设计及制造的能力。

3 零部件的设计

经过两个月的研究论证完成图纸的设计和各零部件的加工。

3.1 主体的设计

（1）主体具有安装其他零部件的载体功能。

（2）可实现与机床夹盘连接的功能。

（3）主体的中心部加工心轴孔（用于安装芯轴）芯轴孔与外圆的同轴度在主体尾部加工螺旋槽(螺旋槽的轴向距离为10mm) ，在端面加工销孔（用于安装定位销）和螺钉孔（用于安装凸轮卡爪）保证等分。

3.2 心轴、销轴的设计

心轴安装在主体的中心孔内，将心轴制作成两体前端可随车床卡盘旋转避免与其它部件干涉，芯轴后端与主体螺旋槽用定位销轴连接，车床运转、停车时产生的离心力带动摆锤正反向旋转并推动芯轴沿主体上的螺旋槽轴向前后移动。心轴起到定位退料的作用。销轴起到控制心轴的运动轨迹，见图1、2。

3.3 离心摆锤的设计

离心摆锤采用过盈配合安装在心轴的尾端并用螺母固定，摆锤是利用开车、停车旋转时产生的离心力使离心摆锤沿螺旋槽摆动，带动心轴做旋转——直线运动，既能实现定位又能实现卸件的功能。正转时——心轴缩回；停车时——心轴顶出，拆卸工件，见图3。

3.4 斜面卡爪的设计

斜面夹爪用销钉固定在主体端面上的螺钉孔内，并在夹紧面上加工出锯齿，使锯齿的齿距与滚花钻套的花齿吻合，并有3度的斜角，这样能加大它的摩擦力来提高夹紧力。在夹爪中开出弹簧槽，然后加入一个弹簧，使夹爪与工件产生一个预夹紧力，见图4。

3.5 弹簧的设计

弹簧安装在弹簧槽内使斜面卡爪产生预夹紧力的作用，为防止弹簧脱落在断面处安装挡板，如图4所示。

图5

3.6 切削刀具的选择

（1）选择单刃车刀切削。加工中发现单刃车削时，还是无法夹紧工件，使工件从夹具中脱离，通过分析发现切削时径向切削力大于夹紧力。然后修改成增加一个轴向力和平衡的径向分力，完成车削加工。

（2）选择双刃刀具切削。切刀片刃磨后进行车削，刀片采用双刃切削可平衡径向力，刀片切削时施加轴向力，可以防止工件从夹具中脱离，但加工后零件有振纹还是达不到工艺要求。

（3）选择三刃铣刀切削。又采用铣床用的三刃铣刀，三个刃可以增加切削时的接触面积，并均衡了径向切削力，同时还增加了导杆的刚性。结果消除了振纹，满足工艺要求。

图1

图2

图3

图4

4 薄套类零件倒角装置的功能原理

此装置利用车床卡盘旋转运动产生的离心力，实现了开车自动夹紧，停车自动卸件功能。如图5所示，它由主体1、活动芯轴2、斜面夹爪3、离心摆锤4 、销轴5、弹簧6、定位销7、挡板8、螺母9 、螺母10 、螺钉11组成。活动芯轴2安装在主体1的中心孔位置，芯轴前端的台阶可实现薄套零件的定位作用、离心摆锤4与活动芯轴2的尾部连接，用螺母9锁紧，机床旋转时离心摆锤产生离心力带动芯轴沿主体螺旋槽向后移动处于定位的位置。当机床停止运转时，由于离心力使摆锤推动活动芯轴沿主体上的螺旋槽运动，芯轴运动过程中实现了沿轴向向前推动工件从而实现了自动卸件功能。斜面夹爪3安装在主体1的端面上，用销轴5固定，弹簧6安装在斜面夹爪3的弹簧槽内，为斜面夹爪与工件之间提供预夹紧力，实现自动夹紧功能。当切削时产生的向心摩擦力使工件夹紧，挡板8安装在销轴5的端面上，起安全保护作用，防止弹簧弹出。

5 效果验证

5.1 创新性

它是利用斜面夹爪上的弹簧自动夹紧工件。利用离心力使离心摆锤带动心轴顶出工件实现自动拆卸，芯轴前端的台阶可实现定位功能。其特点是节约能源，装夹、拆卸方便快捷没有辅助时间，如图6、7所示。

（2）此装置使用后减少了6个工艺步骤，每个钻套减少加工时间20秒，提高生产效率2倍。具体的加工时间变化见表2。

表2

图6

图7

5.2 实用性

（1）实现自动夹紧、自动拆卸， 工艺发生了改变。使用此装置前后的工艺步骤的对比见表1。

表1

6 结语

薄套类零件倒角装置是根据实际生产情况自主设计、加工、组装的夹具，实现了自动夹紧、自动退料、定位准确等功能。在5年的生产使用过程中,有效的提高了产品合格率，薄套类零件倒角装置使用前的产品合格率是97%，使用后的产品合格率是100%。而且生产效率提高两倍以上，降低了员工的劳动强度，并且加工的数量越多倒角的效率越高。采用薄套类零件倒角装置后极大地缓解了生产压力。

本次改造提高了员工自主改造的积极性，积累了宝贵的设计、加工经验，为提高员工的技术素质奠定了基础。

薄套类零件倒角装置获得2011年全国专利局颁发的实用新型专利证书。

TG753

A

1671-0711（2017）03（上）-0086-03