Pro/E協(xié)同配重在泵體車管口夾具設(shè)計(jì)上的應(yīng)用

摘 要：Pro/E協(xié)同配重即運(yùn)用Pro/E軟件對車管口夾具進(jìn)行建模后，在軟件中利用質(zhì)量分析技術(shù)找到夾具質(zhì)心點(diǎn)，計(jì)算質(zhì)心點(diǎn)到車床主軸回轉(zhuǎn)中心的距離即偏心距。方法1、通過加重的方法在軟件中設(shè)計(jì)出滿足平衡和可制造的配重塊；方法2、通過鉆孔減重的方法消除質(zhì)量分布的不均勻，最終達(dá)到偏心距等于零的目的。其核心是通過Pro/E仿真計(jì)算偏心距，以達(dá)到仿真設(shè)計(jì)車管口夾具配重塊（加重）或鉆平衡孔（減重）的目的。Pro/E協(xié)同配重的應(yīng)用，提高了水泵車管口夾具的制作效率，簡化了配重流程。管口質(zhì)量滿足圖紙要求，并得到加工車間操作人員的一致認(rèn)可。

關(guān)鍵詞：Pro/E協(xié)同配重；車管口夾具；應(yīng)用

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.18.015

1 引言

汽車發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水泵進(jìn)水口和出水口統(tǒng)稱管口，目前管口主要在車床上加工。管口加工方法有兩種：（1）管口中心與車床主軸中心重合，泵體在夾具上壓緊后隨主軸旋轉(zhuǎn)，刀具移動(dòng)加工；（2）管口位置固定不動(dòng)，刀具旋轉(zhuǎn)加工。管口旋轉(zhuǎn)車削法是利用主軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和刀具的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，改變管口毛坯尺寸的大小和形狀的一種冷加工車削方法。管口旋轉(zhuǎn)車削法在大批量生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用。

2 夾具設(shè)計(jì)原理

泵體在車床上的定位實(shí)際上包括泵體在車管口夾具上的定位和車管口夾具在車床上的定位兩個(gè)方面。車管口夾具通常采用泵體大面和大面上的兩個(gè)光孔孔銷定位。即一面兩銷定位。一面即泵體大面。為減少接觸面，防止加工過程中定位面上異物（鐵屑、鋁屑等）壓傷泵體大面，通常用兩個(gè)定位塊進(jìn)行面定位。為避免過定位，孔銷配合只在一個(gè)方向上限制工件自由度，用1個(gè)圓柱銷，1個(gè)菱形銷進(jìn)行配合，銷孔配合間隙通常取0.03-0.08之間。如圖1。有時(shí)根據(jù)設(shè)計(jì)需要，兩孔銷配合會(huì)選過中心的孔配芯軸，另一個(gè)孔配菱形銷。這里需要指出，根據(jù)六點(diǎn)定位原理，兩孔銷配合定位時(shí)，菱形銷2側(cè)未銷邊部分中心線與芯軸或圓柱銷中心與菱形銷削邊方向中心連線一定垂直安裝。

泵體采用“一面兩銷”定位，加工時(shí)泵體先定位，再夾緊。“一面”完成軸向方向的定位，限制2個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)，1個(gè)移動(dòng)自由度。圓柱銷限制2個(gè)移動(dòng)自由度；削邊銷限制1個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度。

夾具上連接盤部分與機(jī)床主軸相配合。車管口時(shí)，泵體與主軸一起作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。泵體管口中心與主軸中心理論上重合。

3 Pro/E協(xié)同配重在車管口夾具設(shè)計(jì)上的應(yīng)用

對于彎板式車管口夾具，由于夾具及泵體在回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)中質(zhì)心點(diǎn)與主軸旋轉(zhuǎn)中心不重合，在重力作用下主軸回轉(zhuǎn)中夾具及水泵經(jīng)常會(huì)發(fā)生振動(dòng)。振動(dòng)的存在，管口圓度超差，管口臂出現(xiàn)一邊厚一邊薄，影響泵體管口的加工精度；而且還會(huì)引起車床床身振動(dòng)，產(chǎn)生噪音。損壞車床的主軸精度及軸承壽命。更甚者造成破壞性事故。必須在主軸回轉(zhuǎn)中心與工件質(zhì)心點(diǎn)不重合的情況下進(jìn)行配重。夾具與工件旋轉(zhuǎn)時(shí)質(zhì)心點(diǎn)到主軸回轉(zhuǎn)中心的距離稱為偏心距。

3.1 傳統(tǒng)配重方法

夾具制作好后，安裝到車床上。進(jìn)行低速試切削。根據(jù)試切削偏重情況及以往經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，夾具制作人員會(huì)制作一個(gè)平衡塊安裝在夾具上或是減重鉆平衡孔的方法。通過多次反復(fù)試切削進(jìn)行配重。缺點(diǎn)是偏心距無法進(jìn)行量化。即增加平衡塊或減重后，偏重情況會(huì)有所改善，偏心距不能用數(shù)字進(jìn)行量化。只能由操作人員根據(jù)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行配重。由于不同操作人員技術(shù)水平，測量誤差等因素存在，人為因素對配重精度影響較大。

3.2 平衡機(jī)配重

第2種方法是平衡機(jī)，在夾具制作好后放在平衡機(jī)上進(jìn)行校平衡，與第一種方法相比，可用數(shù)字量化不平衡量（單位g.mm）。但是配重在夾具制作階段完成，效率低。偏心距不能用數(shù)字準(zhǔn)確量化。

3.3 Pro/E協(xié)同配重

即運(yùn)用Pro/E軟件對車管口夾具及水泵體進(jìn)行建模后，在軟件中利用質(zhì)量分析技術(shù)找到夾具質(zhì)心點(diǎn)，計(jì)算質(zhì)心點(diǎn)到車床主軸回轉(zhuǎn)中心的距離即偏心距。方法1）通過加重的方法在軟件中設(shè)計(jì)出滿足平衡和可制造的配重塊；方法2）通過鉆孔減重的方法消除質(zhì)量分布的不均勻，最終達(dá)到偏心距接近或等于零的目的。

（1）夾具建模并找出質(zhì)心點(diǎn) 首先在Pro/E軟件中，對夾具各零件以組件形式進(jìn)行建模。各零件建模后進(jìn)行組件裝配。這里需注意，如果建模時(shí)模板文件未分配各組件材料，需手動(dòng)對各組件進(jìn)行單位、密度參數(shù)加載。Pro/E軟件中【文件】【模型屬性】【材料】單位為毫米克秒（mmgs）時(shí)，45#鋼的密度為7.85*10-3g/mm3，各件材質(zhì)不同時(shí)要注意密度單位的轉(zhuǎn)換。如鋁水泵的密度為2.7*10-3g/mm3 。如圖1，圖2在【質(zhì)量屬性】【分析】【特征】中預(yù)覽各分析值，并在【質(zhì)量屬性】【特征】【基準(zhǔn)】中質(zhì)心點(diǎn)項(xiàng)進(jìn)行鉤選。【√】確定。

在左側(cè)【設(shè)置】【樹過慮器】中將特征項(xiàng)鉤選。

（2）優(yōu)化配重塊各尺寸 【可行性/優(yōu)化】中將目標(biāo)設(shè)為配重塊質(zhì)量最小，設(shè)計(jì)約束為：偏心距=0；以配重塊各尺寸參數(shù)為設(shè)計(jì)變量，進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算后軟件會(huì)自動(dòng)修改配重塊幾何尺寸和形狀及相對位置。

軟件自動(dòng)計(jì)算配重，通常配重塊的幾何尺寸不滿足制作要求。形狀不規(guī)則，位置不理想。

經(jīng)過多次設(shè)計(jì)中的探索及討論，總結(jié)出：方法1：加重法。夾具偏心距大于5。可依據(jù)Pro/E軟件找到的質(zhì)心點(diǎn)位置和偏心距尺寸，通過手動(dòng)建模出配重塊長寬高幾何尺寸，組裝在質(zhì)心點(diǎn)相對于旋轉(zhuǎn)中心相反的方向。利用軟件再生功能，重新測量偏心距，經(jīng)過調(diào)整配重塊長寬高尺寸，反復(fù)利用軟件再生功能，鎖定配重塊長寬尺寸，調(diào)整高度尺寸和相對位置，最終設(shè)計(jì)出滿足夾具裝配位置，可制作性好的配重塊。方法2：減重法。適用于夾具偏心距小于5。依據(jù)Pro/E軟件找到的質(zhì)心點(diǎn)位置和偏心距尺寸，在夾具偏心位置附近通過設(shè)計(jì)平衡孔減重。利用軟件再生功能，重新測量偏心距，經(jīng)過調(diào)整平衡孔位置及幾何尺寸，反復(fù)利用軟件再生功能。仿真中偏心距可滿足小于0.05以內(nèi)。實(shí)際設(shè)計(jì)中2種方法常常同時(shí)應(yīng)用。本文著重探索及討論的加重法和減重法，優(yōu)點(diǎn)：（1）配重塊位置可設(shè)計(jì)在夾具體最大輪廓以內(nèi)，并考慮與裝夾水泵體的位置無干涉；（2）：配重塊可設(shè)計(jì)成規(guī)則形狀，可制造性好。通常加重法配重塊長度和寬度兩個(gè)方向需先固定，高度方向尺寸進(jìn)行調(diào)整，同時(shí)配重塊位置稍作調(diào)整，即可從設(shè)計(jì)上進(jìn)行平衡。利用軟件手動(dòng)配重，方便靈活。目前，利用Pro/E軟件協(xié)同配重，夾具偏心距設(shè)計(jì)控制在0.05以內(nèi)，管口質(zhì)量滿足圖紙要求。

4 設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

（1）為準(zhǔn)確模擬水泵車管口時(shí)偏重量，水泵體模型應(yīng)裝配在夾具三維建模中，進(jìn)行設(shè)計(jì)配重。

（2）從安全角度考慮，夾具上各聯(lián)接件螺釘用10.9級；夾具體建議采用焊接。

（3）配不同型號車床設(shè)備時(shí)應(yīng)先確定設(shè)備主軸型號：如斗山VT750全技能立車主軸型號為A2-11，以便確定與夾具配合處尺寸及聯(lián)接螺紋配合長度。

（4）夾具外形尺寸應(yīng)在車床床身上最大回轉(zhuǎn)直徑范圍內(nèi)。

5 結(jié)束語

Pro/E軟件協(xié)同配重在汽車水泵車管口夾具設(shè)計(jì)上的應(yīng)用，意義重大：（1）管口質(zhì)量滿足圖紙要求。（2）優(yōu)化并替代了傳統(tǒng)配重，簡化了夾具制作流程。車管口夾具偏重問題由夾具制作過程中解決，變?yōu)閵A具設(shè)計(jì)階段解決。大大消除了夾具制做過程中人為因素對夾具偏心距的影響。（3）安全操作方面意義重大。夾具偏心引起車工管口過程中泵體隨主軸發(fā)生偏擺，有可能發(fā)生安全事故。Pro/E軟件協(xié)同配重有效避免了因夾具偏重引起的車床事故的發(fā)生；（4）有效維護(hù)機(jī)床主軸精度，延長軸承壽命。為企業(yè)發(fā)展保駕護(hù)航。

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作者簡介：袁小凡（1982-），女，河南南陽人，本科，助理工程師，研究方向：機(jī)械設(shè)計(jì)制造。