自動鉆孔工裝設計

唐彬，陳玲

（湖南飛沃新能源科技股份有限公司，湖南 常德 415700）

0 引言

目前，在進行軸類零件加工時，特別是在進行徑向鉆孔加工時，通常采用以下3種夾緊定位方式：1）V形塊結構和軸向定位的方式；2）采用壓板來夾緊工件的方式；3）直接采用虎鉗對工件進行夾緊的方式。這樣會存在許多問題，比如在加工過程中容易造成鉆頭錯位，從而導致鉆頭受力不均勻而斷裂，鉆孔的質量差；而且工人的生產勞動強度大，生產效率低下，且有生產安全隱患。

為了解決上述問題，我們研發設計了一種自動鉆孔工裝，這種夾具的結構簡單，操作方便可靠，既提升了產品質量，又提高了生產效率，還避免了生產的安全隱患。

1 零件分析

加工生產零件的結構如圖1所示，該零件為圓柱形，采用的材質為合金鋼，每年生產量為56萬件，在進行螺紋加工的時候，首先需要進行預鉆孔工序，由于孔的加工位置在圓弧面上，因此，必須設計專用的鉆床夾具。

圖1 產品結構圖

2 夾具的結構設計及其工作原理

2.1 結構設計

在對該零件進行徑向鉆孔時的鉆床夾具結構如圖2所示。該鉆孔工裝夾具包括上料機構、夾緊機構和下料機構。

圖2 整體示意圖

2.2 工作原理

該鉆孔工裝夾具的工作原理如下：

第一步，上料動作。首先將圓柱狀物料放置在物料盒9內，物料盒內裝有感應器，當感應器檢測到物料盒9中的圓柱狀物料，感應器將信號反饋給PLC控制系統，PLC控制系統通過控制閥組使氣缸7頂桿緩慢上升，氣缸7的活塞桿帶動頂料板8緩慢上升，頂料板8的頂面加工有圓弧結構，圓弧結構的圓弧為斜率遞減的曲線，頂料板8通過圓弧結構帶動圓柱狀物料緩慢上升，當頂料板8上升到一定位置后，由于圓弧結構的圓弧為斜率遞減的曲線，圓柱狀物料由于自重會自動滾落，從而到達上料斜坡6，由于上料斜坡6左高右低，圓柱狀物料由于自重會繼續順勢滾動到夾具體14上的料槽16上，料槽16的上平面加工有圓弧槽并設計有擋板5，圓弧槽和擋板5能有效放置圓柱狀物料繼續向外滾動后掉落。

當圓柱狀物料滾動至料槽16上，感應器感應到圓柱狀物料后將信號反饋給PLC控制系統，PLC控制系統控制氣缸12的活塞桿開始向外伸出，氣缸12的活塞桿到達至設定位置后將信號反饋給PLC控制系統，PLC控制系統控制氣缸4的活塞桿開始伸出，圓柱狀物料被氣缸4的活塞桿推進至工裝體內與氣缸12的活塞桿緊貼，從而完成上料動作。

第二步，夾緊動作。當圓柱狀物料在軸向完成定位工序后，PLC控制系統控制油缸1和油缸10頂桿向外伸出，從而帶動夾板3夾緊圓柱狀物料，完成圓柱狀物料在徑向上的固定，然后開始鉆孔加工。

第三步，下料動作。在鉆孔加工完成后，PLC控制系統控制油缸1和油缸10的活塞桿縮回，從而帶動夾板3進行回縮運動，同時PLC控制系統控制氣缸12的活塞桿進行回縮運動，當回縮動作完成后，PLC控制系統控制氣缸4的活塞桿繼續向外伸出，從而推動圓柱狀物料至物料盒9外的設定位置，然后PLC控制系統控制氣缸4的活塞桿回縮至初始位置，接下來，PLC控制系統控制氣缸11的活塞桿向外伸出，氣缸11的活塞桿推動圓柱狀物料至下料機構15上，由于下料機構15有左高右低的斜面，圓柱狀物料由于自重會滾落至下料口，下料機構15的下料口處有方形孔被加工在底板2上，最后實現圓柱狀物料的自動落料動作。

2.3 上料機構

如圖3所示，上料機構包括物料盒1、頂料板2、上料斜坡3、擋板4、料槽5和氣缸6，物料盒1內放圓柱狀物料的表面設有一定斜度，當圓柱狀物料放置在物料盒1內，由于自重能自上而下進行滾動，物料盒1的底部設有頂料板可以穿過的孔，當圓柱狀物料滾動至物料盒1的底部后，PLC控制系統控制氣缸7帶動頂料板2作緩慢上升運動，頂料板2帶動圓柱狀物料進行緩慢上升，頂料板2上表面為圓弧結構，圓弧結構的圓弧為斜率遞減的曲線，圓柱狀物料上升到設定位置后，由于自重和圓弧結構會使圓柱狀物料自動滾落到上料斜坡3上，由于上料斜坡3的斜面，圓柱狀物料由于自重會繼續在斜面上滾動至料槽5上，料槽5旁固定有擋板4，通過料槽5和擋板4對圓柱狀物料進行定位，然后由PLC控制系統控制氣缸6的活塞桿伸出，送入至夾具體內。

圖3 自動上料機構

2.4 夾緊機構

如圖4所示，夾緊機構包括夾塊、夾具體和氣缸。上料機構將圓柱狀物料推送進夾具體內前，PLC控制系統控制氣缸3的活塞桿向外伸出至設定的固定位置，之后上料機構將圓柱狀物料推進夾具體內與氣缸3的活塞桿緊貼，同時PLC控制系統控制油缸1和油缸4的活塞桿作伸出運動，從而油缸1和油缸4的活塞桿帶動夾塊2移動后夾緊圓柱狀物料。

圖4 夾緊機構

2.5 自動下料機構

如圖5所示，下料機構包括氣缸、下料斜坡和落料口，鉆孔加工工序完成后，PLC控制系統控制夾緊氣缸的活塞桿作回退動作，當夾緊氣缸的活塞桿回退動作完成之后，PLC控制系統控制上料機構的氣缸6的活塞桿繼續伸出，從而推送圓柱狀物料至夾具體外的設定位置后回退，回退動作完成后，PLC控制系統控制下料機構氣缸3的活塞桿向前伸出，從而將圓柱狀物料推送至下料斜坡，由于自重和下料斜坡的斜面，圓柱狀物料自動滾落至下料斜坡的下料口，下料斜坡的下料口處有方形孔被加工在底板上，最后實現圓柱狀物料的自動落料動作，方形口下方設置有物料框進行接料。

圖5 下料機構

3 定位誤差及夾緊力、切削力的分析

3.1 定位誤差分析

定位元件采用的定位方式為2個氣缸進行的軸向定位和夾板進行的徑向定位，從而限制圓柱狀物料的6個自由度，定位基準面為圓柱狀物料的端面，與圓柱狀物料設計基準重合，因此不存在基準不重合，即定位誤差為0。

3.2 夾緊力、切削力的計算

夾緊力主要由油缸的推力進行夾緊產生，故夾緊力為2個油缸的推力。夾緊力計算公式為

4 結語

生產實踐證明，該工裝夾具利用合理的結構及簡便的操作，減輕了操作者的勞動強度，工件定位精度高，產品合格率達到99%，零安全事故，具有較顯著的經濟效益和社會效益。