轴类零件定位圆中心高计算的研究及应用

2022-06-02王学才

科技创新与应用 2022年14期

王学才

（许昌烟草机械有限责任公司，河南许昌 461000）

1 课题背景

许昌烟草机械有限责任公司生产烟草滤棒成型及其辅联物流产品，卷烟企业在烟草加工生产线上需要用到大量的轴类零件、套类零件对烟支进行卷接、输送等，因此在烟草机械生产中需要加工大量的各种规格形状结构的轴类零件产品用于烟机的组装生产。工装主要采用组合夹具及部分专用夹具，每年需要大量轴类零件、异型类零件、板类零件、箱体类零件的组合夹具的设计与拼装。加工轴类零件上的键槽、偏心孔、孔、槽等结构时，需要用夹具定位把轴的中心线放置水平才能加工完成，如图1、图2 所示。轴类零件两端定位外圆的尺寸不一样时，就需要计算出两端定位外圆与夹具组装后的高度差，依据计算的高度差数值，通过选用夹具元件垫高的办法把轴的中心线定位水平，如图2 所示。定位圆中心高是夹具设计组装过程中绕不开的数据。定位圆中心高数据获取的效率直接影响夹具的设计组装。

图1 轴类夹具拼装示意图

图2 轴类夹具拼装结构图

2 目前轴类夹具的拼装方法及存在的问题

轴类夹具现有拼装方法优缺点对比见表1。

表1 轴类夹具现有拼装方法优缺点对比表

3 解决办法

3.1 建立用于轴类零件定位的夹具元件三维实体模型

首先把日常夹具拼装过程中用于轴类夹具定位的夹具元件进行收集汇总，重点收集与定位圆中心高计算有关联的夹具元件数据信息，具体包括元件设计基准到斜边的距离、元件斜边到基准边的角度、检测圆直径及检测圆到基准边的中心高等数据。利用这些夹具元件对零件上的定位圆实现六点定位。以下是我们结合夹具元件样本、实物测绘等方法收集到数据后，在solidworks平台上建立的组合夹具定位元件三维实体模型，共7种，分别是切边轴、空心角度支承、角度支承、加筋角度支承、V 型支承、V 型角铁、左角铁，如图3 至图9 所示。为后续的数学模型的推导打下基础。

图3 切边轴

图4 空心角度支承

图5 角度支承

图6 加筋角度支承

图7 V 型支承

图8 V 型角铁

图9 左角铁

3.2 组装定位三维模型，并生成结构示意图

由于公司产品零件轴类零件的定位圆尺寸在3～500 mm 之间，针对不同的尺寸需要选择与之对应的夹具元件进行利用solidworks 平台进行组合夹具结构实体模型的拼装，把拼装尺寸、元件尺寸、工件尺寸标识出来，并用希腊大写字母进行标识，用于后续数学模型地推导。我们的目的是实现把拼装尺寸、元件尺寸、工件尺寸与定位圆中心高尺寸建立起函数关系，加筋角度支承结构如图10 所示、空心角度支承结构如图11 所示、切边轴结构如图12 所示。其他6种结构不再赘述。

图10 加筋角度支承结构

图11 空心角度支承结构

图12 切边轴结构

3.3 推导夹具结构数学模型，并把数学模型转换成excel 表函数表公式并录入速算表

我们利用手工计算的方法，推导出拼装尺寸、元件尺寸、工件尺寸与定位圆中心高之间的数学模型，并把计算结果与在solidworks 平台上绘图测量的结果进行比对。我们把每种拼装结构的模型进行实物拼装，选取标准检测圆柱，把标准检测圆柱与夹具结构实物进行组装，然后放在平板上用测高仪测量出标准圆柱的中心距离夹具组装基准之间的垂直距离（定位圆中心高），最后把测量的中心高、solidworks 平台上绘图测量的数据与速算表计算的结果进行比对，用三者数据一致的结果来验证数学模型的正确性。见表2。

表2 夹具结构数学模型汇总表

3.4 设计速算表

我们把拼装结构示意图对应的支承名称、支承规格、支承编码、参与数学模型的样本尺寸、组装尺寸（垫高尺寸、支承到圆心尺寸）和中心高尺寸等依次录入表格，制成速算表，速算表图如图13 所示，有选择地进行excel 函数引用。数学模型推导完成后，再把数学模型转换成excel 表格的函数公式。我们引入逻辑函数，使用IF、COUNTA 对单元格执行条件判断。目的是当必输单元格出现空缺时，在需求尺寸一栏，显示“缺少数据”，满足要求时，才进行公式运算。提示使用者把必输项数据输入完整，这样不会给使用人员造成误导。