汽車空調壓縮機渦旋動盤加工工裝的創新設計

鐘璞，馬曉明，孫國慶

（常州紡織服裝職業技術學院，江蘇 常州 213164）

壓縮機的渦旋動靜盤是汽車空調工作的最核心部件之一，它通過動靜盤的嚙合，減小壓縮腔內制冷劑氣體的體積來達到提高氣體壓力的目的。作為一對運動副，它的加工精度，配合間隙直接關系到壓縮機能否正常工作及工作效率的高低。傳統的裝夾方式容易造成零件尺寸精度難以保證、報廢率高、生產效率低等缺點，因此為了更高效、更穩定的批量機械加工該零件，實驗室研發團隊設計制造了一種精密的專用工裝（一套液壓和一套氣動工裝），該工裝可以實現一鍵自動鎖緊。渦旋動盤零件如圖1、2 所示。（由于保密協議，故隱去相關參數要求）：

圖1 正面圖

圖2 反面及側面結構圖

1 項目研究目標及內容

1.1 項目研究方向

（1）用液壓和氣動的方法，設計出夾具。

（2）設計出的夾具能夠精確定位。

（3）方便工人裝夾，原則上是一鍵完成所有裝夾步驟。

（4）一個夾具上可以裝多個零件。

（5）應用于工廠實際環境。

1.2 項目創新特色概述

（1）利用數字化設計，3D 打印技術輔助進行工裝研發。

（2）利用液壓和氣動原理，完成自動裝夾。

（3）零件高速、精確定位。

1.3 項目研究技術路線（如圖3）

圖3 項目研究技術路線圖

2 項目專用工裝的設計與工作原理

2.1 動盤的加工工藝分析

經過項目團隊對企業的調研，制定了合理的零部件制造工藝。為了高效的完成零件的切削加工，最終利用專用工裝達到了兩次裝夾即可完成加工，具體零件生產步驟如下：

（1）先以渦旋圓周面為粗基準，加工出底面。

（2）以底面為精基準精加工渦旋面。

（3）清洗。

（4）檢驗。

（5）入庫。

2.2 動盤底面的加工及工裝原理

根據企業的工藝卡片，首先需要加工出高質量的動盤底面及定位孔，所以加工底面的工裝尤其重要，而動盤的毛坯由于是鑄造方式等到毛坯，其表面及直徑大小存在一定的誤差。項目團隊從“立銑刀刀柄”的彈簧夾頭找到靈感，決定采用漲緊套的方法來固定動盤毛坯。漲緊套是由外圓套和漲緊縫組成，通過液壓裝置鎖緊外圓套并利用其漲緊縫自動調節，這樣即使毛坯大小不一，在一定范圍內也能穩定的裝夾。其結構原理圖如圖4～6。

2.3 動盤渦旋的加工及工裝原理

在加工動盤渦旋部位時，項目團隊提出了兩種夾具的設計方案。

圖4 底面加工工裝結構圖

圖5 底面加工工裝主視圖

圖6 底面加工工裝剖視圖

圖7 渦旋加工工裝方案一結構圖

圖8 渦旋加工工裝方案一剖視圖

（1）方案1。采用了單回旋缸和定位銷結構進行裝夾和定位。通過主定位銷定位底面中心孔位置，以副定位銷定位其角度，再用單個回旋缸帶動八邊形鎖緊裝置快速鎖緊渦旋動盤零件（回旋缸在帶動八邊形鎖緊裝置松開壓板時，動作為先上升一定距離再回旋一定角度）。其詳細結構原理圖如圖7、8 所示。

（2）方 案2。采用了三個獨立的回旋缸和定位銷結構進行裝夾和定位。其結構原理圖如圖9、10 所示。

圖9 渦旋加工工裝方案二結構圖

圖10 渦旋加工工裝方案二剖面圖

（3） 方 案 比較及確定。動盤渦旋加工工裝方案一和方案二都是通過兩銷定位，定位精度可靠，耐用，在實際生產中，完全保證了相關的位置和角度精度。①單回旋缸工裝，結構相對簡潔美觀，但在實際生產中發現單回旋缸工裝經過多批次零件裝夾使用后，裝夾開始出現不穩定現象，導致了產品報廢率的上升。②三回旋缸工裝，雖然結構相對繁瑣，制造成本也相對略高于單回旋缸，但在實際生產中，經過多批次零件裝夾使用后，未出現任何裝夾故障，證明其耐用度是超過方案一的，因此項目團隊最終決定了采用了方案二。

3 前后效率比較及改進方案

3.1 專用工裝與通用工裝效率比較

經過相關實驗，采用通用工裝，工人裝夾一個零件，需花費11s，勞動疲勞強度大，在一定勞動疲勞強度后，裝夾零件的時間會增加到30s，甚至更高，其產品報廢率也較高。如表1 所示。

表1 專用工裝使用前后效率對比表

3.2 零件生產優化方案

文中所述工裝為半自動化生產方案，人工成本相對全自動化方案較高，項目組將在后期結合企業訂單等綜合情況考慮，設計制造一個全自動化生產線，其初步設計想法為，利用自動送料小車、機械手配合以上專用工裝實現更高程度的自動化生產，目前也是制造企業采用較為廣泛的方案之一。

4 結語

本論文是基于江蘇省大學生創新創業項目的基礎上，結合調研企業的相關具體情況，從而研發出的一套針對于汽車壓縮機渦旋動盤零件加工的專用工裝，目前該工裝已投入了實際一線生產中，表現優良，得到了企業的高度評價。