多工位飛錘尾部加工回轉氣動夾具設計與應用

儲曉猛

（1.江蘇高創機電制造有限公司，鎮江 212013；2.江蘇大學 基礎工程訓練中心，鎮江 212013）

0 引言

飛錘是柴油機調速器（如圖1所示）中不可缺少的一個零件，其作用是在柴油機工作時，根據外界負荷的變化，飛錘通過其張合角度大小的變化來調節供油量，以保持供油量與外界負荷相適應，使柴油機的轉速在一定的范圍內保持穩定運行，以防出現“飛車”事故或熄火現象[1]。圖2是飛錘零件加工過程中的一個工序圖，該工序要求飛錘尾部到小平面A的距離為18±0.15mm。盡管該工序精度要求不高，但加工數量較大，每月需生產20000余件，加工效率成為急需解決的問題。原先該工序采用傳統的單件裝夾方式在立式銑床上進行加工，此方法每次只能加工一件且每件飛錘加工完成后，需要關停銑床主軸，調整刀具位置，操作人員的工作量和勞動強度極大，輔助加工時間長，生產效率低，平均的切削時間僅占全部工作時間的30%左右。針對以上加工方案的劣勢，我們設計并制作了一套多工位飛錘尾部加工回轉氣動夾具，實現了回轉流水線式、批量連續不間斷加工，有效解決了上述諸多問題。

圖1 柴油機調速器部件圖

圖2 飛錘零件尾部加工工序簡圖

1 氣動專用夾具工作原理

該多工位飛錘尾部加工回轉氣動夾具主要由定位部件、夾緊部件、旋轉部件、氣動控制部件四大部分組成，其結構如圖3所示。多件飛錘零件逐一安裝在定位部件上（8工位）；旋轉部件帶動定位部件和夾緊部件作圓周旋轉運動；氣動控制部件實現飛錘在A點位置處開始夾緊，飛錘隨著旋轉部件作旋轉運動，在EF劣弧區域處，經過銑床主軸上的旋轉銑刀的作用，零件被切削加工，飛錘繼續隨著旋轉部件作旋轉運動，到達B點位置處，飛錘零件開始松開，操作人員在CD劣弧區域處將加工好的飛錘取出，并安裝待加工的飛錘，夾具上所有工位均重復上述運動，從而達到不停機自動夾緊與松開飛錘的回轉式銑削加工效果。

圖3 多工位飛錘尾部加工回轉氣動專用夾具

2 夾具設計及分析

2.1 定位部件設計分析

定位元件為外形是八邊形的夾具座16，具有八個工位，可實現8個飛錘零件的裝夾。如圖2工序所示，飛錘在加工該道工序時，利用其A、B、C面作為定位的基準面，根據六點定位原理，飛錘小平面A與固定座上開設的頂面貼合，限制了飛錘的兩個自由度；飛錘底面B與固定座上開設的側面貼合，限制了飛錘的三個自由度；飛錘內腔平面C與夾具座上開設圓柱銷外圓部分貼合，限制了飛錘的一個自由度，實現飛錘零件的完全定位[2]。由于飛錘結構不規則，重心不穩，為了裝夾定位可靠，設計了初限位裝置（限位塊21），先限位后定位。

2.2 夾緊部件設計分析

為了更好地減少輔助安裝時間，降低勞動強度，選用氣動夾緊。夾緊部件主要由數量均為8件的氣缸11、壓塊15、氣缸連接桿13、防轉座12及銷14等部分組成。其中，氣缸為動力裝置，通過螺釘臥式安裝固定在氣缸支架10上；壓塊為夾緊元件；氣缸連接桿、防轉座及銷為中間傳力機構。將飛錘安裝到夾具的定位部件某一工位上之后，該工位對應的氣缸活塞向前移動，推動壓板沿著防轉座向前移動，從而夾緊工件；該工件加工完成后，氣缸活塞帶動壓板向后移動，松開工件。每只氣缸均采用一只兩位五通電磁閥及一個行程開關進行控制，實現其對應工位飛錘自動松開及夾緊，方便操作[3]。

1）夾緊力的計算

夾緊力的大小確定主要考慮飛錘自身材質（QT600）及銑削加工時實際選擇的切削用量，利用NOVEX切削計算軟件，計算得出的單件飛錘理論切削力FJ為800N左右，如圖4所示。在此切削力的基礎上乘以安全因素K（取值3）[4]，得出的所需實際夾緊力FJ0= FJ×K=800N×3=2400N。

圖4 NOVEX切削計算軟件計算切削力

2）氣缸的選擇

根據夾緊部件結構可知，氣缸使用時是利用其推力直接作為飛錘壓緊的時所需的夾緊力。由氣缸輸出夾緊力（氣缸推力）公式：

其中：F為理論氣缸輸出夾緊力（N），取值2400N；

P為空氣壓力（MPa），取值0.7MPa；

D為氣缸直徑（mm）；

η為氣缸的力傳遞效率，取值0.85。

根據式(1)計算得出氣缸直徑D≈71.8mm，考慮到銑削過程中每個刀齒的不連續切削，作用于每個刀齒的切削力大小和方向隨時都在變化，致使在銑削過程中容易產生較大的振動，此外，由于工廠所供壓縮空氣壓力不穩定及飛錘加工余量發生變化等因素的影響，因此夾具需要足夠的夾緊力。為安全起見，選擇直徑為80mm的氣缸。

2.3 旋轉部件設計分析

旋轉部件主要由回轉工作臺1、鏈輪2、連接盤6、連接套7、氣缸支架底座9等部分組成。螺釘自上而下依次貫穿氣缸支架底座、連接套及連接盤并與回轉工作臺進行固定連接；定位部件及夾緊部件均通過螺釘安裝固定在氣缸支架底座上平面。安裝在銑床工作臺上電機按一定轉速旋轉時，通過回轉工作臺1上的鏈輪2及鏈條傳動，帶動回轉工作臺轉動，從而最終實現定位部件夾具座的旋轉運動。

圖5 氣動控制部件結構簡圖

2.4 氣動控制部件設計與分析

氣動控制部件主要由擋鐵支架3、弧形擋鐵4、行程開關5（8只）、電磁閥8（8只）、氣管旋轉接頭18、氣路分配器19、導電滑環20等部分組成，其結構如圖5所示。弧形擋鐵固定在擋鐵支架上并通過螺釘直接固定在銑床工作臺上，8只行程開關分別固定安裝在氣缸正下方的連接盤上，壓縮空氣經由旋轉氣管接頭，通過氣路分配器傳至各電磁閥，并接到對應氣缸的進、出氣口。外部電源經由導電滑環傳至安裝在氣缸支架底座上對應的兩位五通電磁閥，實現電磁閥通電作用。當某一工位的行程開關旋轉到擋鐵A點位置后，與該工位對應的電磁閥開始動作，從而控制其所對應的氣缸活塞帶動壓板向前移動，該工位上的飛錘零件開始夾緊；當該工位上的行程開關旋轉到擋鐵B點位置后，與其對應的電磁閥又開始工作，氣缸活塞帶動壓板向后前移動，該工位上的飛錘零件開始松開。CD劣弧位置為裝夾區域；EF劣弧位置為銑削加工區域。

3 結論

使用結果表明該多工位飛錘尾部加工回轉氣動夾具滿足飛錘尾部銑削加工的設計要求，實現了不停機自動夾緊與松開飛錘零件的銑削加工效果，達到了回轉流水線式、批量連續不間斷加工的目的。該夾具結構簡單，方便實用，有效地減少了輔助時間，提高了生產效率，同時也使零件質量得到保證，減輕了操作者的勞動強度，相信在日后的加工生產中，不斷地加以改進，定能取得更大的效果。

參考文獻：

[1]儲曉猛.飛錘V型槽加工氣動夾具設計與應用[J].工具技術,2014(10):72-73.

[2]王茂元.機械制造技術基礎[M].機械工業出版社,2007.

[3]梁偉杰.多工位閥芯加工氣動夾具設計[J].內燃機與配件,2017(3):51-52.

[4]劉俊成.機床夾具在設計過程中夾緊力的計算[J].工具技術,2007(6):89-90.

[5]徐灝.新編機械設計師手冊（下冊）[M].機械工業出版社,1995.