飛鐵座架鉆孔夾具的設(shè)計

□ 儲曉猛

1.江蘇大學 基礎(chǔ)工程訓(xùn)練中心 江蘇鎮(zhèn)江 2120132.江蘇高創(chuàng)機電制造有限公司 江蘇鎮(zhèn)江 212013

1 設(shè)計背景

135系列柴油機屬于中功率四沖程直噴水冷式高速柴油機,缸徑為135 mm，其調(diào)速器部件如圖1所示。135系列柴油機產(chǎn)品以良好的動力、經(jīng)濟性能,以及維護簡單、使用方便、配件互換通用性好、價格低等諸多優(yōu)點,廣泛應(yīng)用于船舶主機和輔機、發(fā)電機組、工程機械、載重汽車等領(lǐng)域[1]。

▲圖1 135系列柴油機調(diào)速器部件

飛鐵座架為135系列柴油機調(diào)速器轉(zhuǎn)子部件上的一個零件,調(diào)速器轉(zhuǎn)子部件如圖2所示。通過4-φ7 mm孔的間隙配合,兩個質(zhì)量相等的飛鐵由飛鐵銷安裝在飛鐵座架上。柴油機運轉(zhuǎn)時,飛鐵座架和轉(zhuǎn)軸一起旋轉(zhuǎn),飛鐵產(chǎn)生離心力。飛鐵離心力與調(diào)速彈簧張力之間的不平衡力用于移動油量調(diào)節(jié)機構(gòu),從而使柴油機能夠隨著外界負荷的變化而調(diào)節(jié)供油量,以保持與外界負荷相適應(yīng),進而使柴油機的轉(zhuǎn)速在一定范圍內(nèi)保持穩(wěn)定,以防出現(xiàn)飛車事故或熄火現(xiàn)象[2-3]。如果飛鐵座架中4-φ7 mm孔尺寸精度不能保證,那么會造成飛鐵與飛鐵座架之間卡滯、松動等問題,將給整機的裝配帶來不良后果,從而影響柴油機尾氣的排放及整機的運轉(zhuǎn)工況水平。

▲圖2 調(diào)速器轉(zhuǎn)子部件

2 加工現(xiàn)狀

飛鐵座架結(jié)構(gòu)尺寸如圖3所示。為提高飛鐵座架4-φ7 mm孔的加工精度,采用鉆孔、擴孔、鉸孔的工藝方案。零件加工精度要求高,生產(chǎn)數(shù)量較大,每月需生產(chǎn)10 000余件,加工效率成為急需解決的問題。原先采用鉆模套夾具在普通立式鉆床上進行加工,由于涉及鉆孔、擴孔、鉸孔三個工步,需要頻繁更換刀具,自動化程度低,并且產(chǎn)品質(zhì)量在很大程度上取決于工人的技術(shù)能力,造成產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定,合格率低,工人勞動強度大,生產(chǎn)效率不高,有效切削時間平均只占全部工作時間的40%。針對原先加工方案的劣勢,結(jié)合工序集中的優(yōu)點,筆者設(shè)計了飛鐵座架鉆孔夾具,配合數(shù)控加工中心加工,可以解決存在的問題。

▲圖3 飛鐵座架結(jié)構(gòu)尺寸

3 鉆孔夾具結(jié)構(gòu)

應(yīng)用飛鐵座架鉆孔夾具,飛鐵座架一次裝夾固定,即可完成4-φ7 mm孔的加工。鉆孔夾具在設(shè)計過程中,除要滿足零件的加工要求外,還要考慮鉆孔夾具本身的工藝性及結(jié)構(gòu)的合理性。根據(jù)夾具設(shè)計的基本思路,先確定鉆孔夾具的總體結(jié)構(gòu)方案,再設(shè)計鉆孔夾具中各個部件的結(jié)構(gòu)[4]。所設(shè)計的飛鐵座架鉆孔夾具結(jié)構(gòu)如圖4所示,主要由底板、安裝座、定位套、拉桿、校平塊等部件組成。

4 部件分析

4.1 定位裝置

經(jīng)過對飛鐵座架圖紙及工序要求進行分析,定位基準A選擇為φ40 mm外圓,定位基準B選擇為φ48 mm外圓大端面，定位基準C選擇為外側(cè)面。定位時,鉆孔夾具短定位套上開設(shè)的內(nèi)孔與φ40 mm外圓配合,限制零件的兩個自由度。短定位套上開設(shè)的端面與φ48 mm外圓大端面貼合,限制零件的三個自由度。校平塊作為自位支承,屬于浮動支承,其工作面形式為兩點式,浮動方式為杠桿浮動,通過銷軸安裝在銷軸座上。校平塊在校正零件平面度的同時,限制零件的一個自由度。可見,一共限制零件的六個自由度,屬于完全定位[5-6],滿足定位要求。安裝座上開設(shè)圓孔,作為對刀裝置,便于后續(xù)數(shù)控加工中心編程時編程原點的找正。此外,還需要注意各定位元件的制造精度,以保證定位精度和可靠性。

▲圖4 飛鐵座架鉆孔夾具結(jié)構(gòu)

4.2 夾緊裝置

螺旋夾緊機構(gòu)指由螺旋副與其它元件相結(jié)合,對工件實施夾緊的機構(gòu)。螺旋夾緊機構(gòu)在生產(chǎn)中使用極為普遍,其結(jié)構(gòu)簡單,夾緊行程大,自鎖性能好,增力比大,是手動夾緊中用得最多的一種夾緊機構(gòu),常用的夾緊形式有單個螺旋夾緊機構(gòu)、螺旋杠桿壓板夾緊機構(gòu)。基于飛鐵座架結(jié)構(gòu),綜合分析后決定采用單個螺旋夾緊機構(gòu)[7-8]。

夾緊裝置主要由拉桿固定板、拉桿、錐面開口墊片、球形螺母組成。零件定位完成后,利用錐面開口墊片、拉桿及球形螺母,實現(xiàn)零件的固定。加工完畢后,松開球形螺母,取出錐面開口墊片,沿著拉桿軸線方向即可快速拆卸零件。

4.3 夾具體

夾具體由安裝座、底板等組成,定位裝置及壓緊裝置均固定安裝在夾具體上。鉆孔夾具裝配時,需要注意夾具體自身精度及定位裝置在夾具體上的相對位置精度。另外,夾具體在機床上的安裝精度也是影響零件加工精度的重要因素,在鉆孔夾具制造、安裝及調(diào)試找正時需加以考慮。

5 力學計算

5.1 切削力

結(jié)合鉆孔、擴孔、鉸孔的工藝要求,切削力的大小主要取決于飛鐵座架的材質(zhì)及預(yù)鉆孔時選擇的切削用量。材料為鑄鋼,預(yù)鉆孔孔徑為6.5 mm。由于產(chǎn)品材料為塑性材質(zhì),鉆頭材料選取具有較高常溫硬度、耐磨性好、耐高溫、抗氧化能力強的YA6型硬質(zhì)合金,切削性能優(yōu)秀,適合對冷硬鑄鋼、高錳鋼、淬火鋼等材料進行半精加工和精加工。根據(jù)現(xiàn)有機床情況,結(jié)合刀具廠商推薦的切削參數(shù),初定切削轉(zhuǎn)速為800 r/min,進給速度為100 mm/mim,每齒進給量為0.125 mm/Z。

利用NOVEX軟件進行切削力計算,將相關(guān)參數(shù)輸入軟件,計算得出的理論切削力為600 N左右,界面如圖5所示。在此切削力的基礎(chǔ)上乘以安全因數(shù)3[9],得到所需的安全夾緊力為1 800 N。

▲圖5 切削力計算界面

5.2 夾緊力

由夾緊裝置的結(jié)構(gòu)可知,鉆孔夾具采用單螺旋夾緊方式,通過螺母夾緊零件。查手冊可知,M16×2六角螺母在扳手長度為190 mm、外施作用力為100 N的情況下,夾緊力可達5 230 N[10],即該單螺旋夾緊機構(gòu)的夾緊力為5 230 N。5 230 N大于1 800 N,可見滿足安全夾緊力要求。

6 應(yīng)用效果

所設(shè)計的飛鐵座架鉆孔夾具符合六點定位原理,定位精度可靠,安裝便捷,應(yīng)用現(xiàn)場如圖6所示。兩年多的生產(chǎn)實踐表明,這一鉆孔夾具能夠達到設(shè)計要求,極大提高了加工效率及產(chǎn)品質(zhì)量,并降低了生產(chǎn)成本。

▲圖6 飛鐵座架鉆孔夾具應(yīng)用現(xiàn)場

7 結(jié)束語

筆者設(shè)計了飛鐵座架鉆孔夾具，這一鉆孔夾具定位準確可靠,結(jié)構(gòu)簡單,安裝便捷,能夠充分保證加工質(zhì)量,實現(xiàn)工序集中的加工方案,配合數(shù)控加工中心,極大降低了勞動強度,提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量,發(fā)揮了數(shù)控加工的優(yōu)勢,同時為解決類似零件加工問題提供了參考。