鉸珩磨頭的拆卸工具優(yōu)化

薛飛

上汽大眾汽車有限公司 上海 201805

1 序言

連桿大孔的光整加工采用的是鉸珩工藝，與珩磨技術(shù)中珩磨頭與主軸采用浮動聯(lián)接不同的是，鉸珩磨頭與機(jī)床主軸采用剛性聯(lián)接。鉸珩除了具有精度高、表面質(zhì)量好的優(yōu)點(diǎn)，還能一定程度上修正被加工孔的位置度，因此鉸珩主軸跳動等精度要求也比珩磨主軸要求更高。

2 背景介紹

連桿的AF90是對連桿大孔珩磨的工序（見圖1），加工精度φ（50.606±0.006）mm。連桿大孔在發(fā)動機(jī)裝配過程中與曲軸連桿頸配合，將活塞的爆炸做功通過連桿傳遞到曲軸。連桿與曲軸的配合精度直接影響發(fā)動機(jī)運(yùn)行過程的平穩(wěn)性和噪聲強(qiáng)弱，因此連桿大孔采用珩磨工藝。珩磨是利用珩磨頭（見圖2）上圓周分布的砂條（油石）對內(nèi)孔表面進(jìn)行光整加工的一種工藝。其工作過程是心軸在彈簧力的作用下向上頂起，膨脹塊徑向收縮。當(dāng)珩磨頭進(jìn)入到連桿大孔中，機(jī)床主軸內(nèi)的推桿推動心軸克服彈簧力向下運(yùn)動。通過心軸和膨脹塊的錐面配合，將心軸的向下運(yùn)動轉(zhuǎn)換為膨脹塊的徑向擴(kuò)張。固定在膨脹塊外緣的砂條貼在工件內(nèi)孔表面。珩磨機(jī)主軸開始旋轉(zhuǎn)和軸向往復(fù)運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)對孔壁表面的磨削加工。由于珩磨需要實(shí)現(xiàn)砂條的徑向膨脹運(yùn)動，在珩磨頭內(nèi)部設(shè)計(jì)了帶錐度的心軸，因此鉸珩磨頭沒有辦法采用類似普通銑床7∶24錐柄尾部內(nèi)螺紋、拉桿的聯(lián)接結(jié)構(gòu)[1]。原有的珩磨頭更換拆裝方式：對刀桿起鎖緊作用的圓螺母外套一個(gè)專用扳手，用錘子敲擊扳手，利用主軸的慣性和敲擊的沖擊力拆卸珩磨頭。

圖1 珩磨機(jī)主軸與珩磨頭聯(lián)接方式及珩磨頭

圖2 珩磨頭

該方式存在以下問題。

1）錘子敲擊過程對機(jī)床主軸的軸承有一定沖擊。AF90珩磨機(jī)是精密加工設(shè)備，長期靠敲擊主軸拆卸珩磨頭會造成主軸跳動增加[2]，珩磨后孔壁產(chǎn)生振紋。造成設(shè)備損壞，增加維修成本和停機(jī)損失。

2）通過錘子敲擊的方式，需要有較大的手臂擺動量，才能積累起足夠的動能。機(jī)床內(nèi)部結(jié)構(gòu)較小，手臂水平方向揮動容易撞到機(jī)床內(nèi)部支架，造成人員受傷等問題。存在較大生產(chǎn)安全隱患。操作人員長時(shí)間蜷縮在機(jī)床中揮動錘子，手部、腰部疲勞容易造成肌肉拉傷，人機(jī)工程問題亟待解決。

為了解決這一問題，我們起初嘗試使用橡膠錘子敲擊專用扳手的拆卸方式，利用橡膠材料的黏彈性可以有效減緩敲擊過程中的沖擊，減少對機(jī)床主軸的損傷，避免手部被振麻導(dǎo)致錘子脫手等安全隱患。但橡膠錘子的沖擊動能遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于鋼制錘子，所以拆珩磨頭的效率比鋼制錘子低。

3 新工具結(jié)構(gòu)

設(shè)計(jì)制造了一種珩磨頭的拆卸工具（見圖3），能夠使操作人員輕松地拆除珩磨頭，改善人機(jī)工程問題。避免敲擊主軸，減少對機(jī)床主軸的損傷。

圖3 珩磨頭的拆卸工具

裝配（見圖4）：插銷插入叉型扳手的孔；螺母座放入叉型扳手的開口槽中；珩磨刀桿通過錐柄聯(lián)接在主軸的錐孔中；限位圈套在絲桿傳動軸外；圓扳手套在珩磨頭鎖緊螺母外；齒輪支架端蓋固定在齒輪支架上；齒輪安裝在齒輪支架內(nèi)部，齒條能沿著齒輪支架上下移動，齒輪能與齒條嚙合；杠桿手柄通過能繞齒輪支架上的銷旋轉(zhuǎn)，齒條上的銷能沿著手柄中的鍵槽移動；絲桿傳動軸穿過齒輪支架，穿過齒輪的孔，通過鍵與齒輪聯(lián)結(jié)。再穿過齒輪支架端蓋；滑塊鎖緊螺桿通過螺紋聯(lián)接在圓扳手的螺紋孔內(nèi)，滑塊安裝在圓扳手的方槽內(nèi)，并能在滑塊鎖緊螺桿的臺階面牽引下沿著方槽的軸向移動。

圖4 裝配圖

操作過程：將圓扳手上的凸臺按照珩磨頭鎖緊螺母上的凹槽套入，轉(zhuǎn)動滑塊鎖緊螺桿上的滑塊鎖緊螺母，將滑塊沿著圓扳手手柄的方向向前移動，卡入珩磨頭鎖緊螺母上端面，起到鎖緊圓扳手的作用。將叉型扳手沿著珩磨頭刀柄上兩側(cè)方槽插入，沿著絲桿傳動軸轉(zhuǎn)動螺母座，直到螺母座位置與叉型扳手位置對齊時(shí)，將螺母座放入叉型扳手的開口槽中，并插上插銷，將螺母座鎖緊在叉型扳手的開口槽中。向下轉(zhuǎn)動杠桿扳手，通過齒條、齒輪、絲桿傳動軸在叉型扳手和圓扳手之間產(chǎn)生一個(gè)扭矩，松開珩磨頭鎖緊螺母。

4 本工具的優(yōu)勢與創(chuàng)新點(diǎn)

1）利用一個(gè)叉型扳手和一個(gè)圓扳手之間以絲桿運(yùn)動產(chǎn)生軸向擴(kuò)張力（見圖5）。通過絲桿、螺母和扳手將直線移動轉(zhuǎn)換為扭轉(zhuǎn)珩磨頭鎖緊螺母的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動[3]。通過平穩(wěn)的力矩代替原有敲擊力的方式，消除了對機(jī)床的沖擊，避免對主軸的損傷和操作過程中的安全隱患。

圖5 叉型扳手和圓扳手結(jié)構(gòu)

2）利用齒輪齒條結(jié)構(gòu)將手臂垂直向下的力矩轉(zhuǎn)換為螺母拆卸的水平方向力矩（見圖6），便于施力。原有拆刀方式在水平面內(nèi)揮動錘子敲擊專用扳手，不便于在機(jī)床內(nèi)部狹小空間內(nèi)操作。同時(shí)機(jī)床主軸在水平方向旋轉(zhuǎn)不便于自鎖，每次敲擊后珩磨頭和專用扳手都會旋轉(zhuǎn)一定角度，需要再將珩磨頭和專用扳手旋轉(zhuǎn)回到原有位置。本工具拉動杠桿扳手的力是豎直向下的，力的方向與主軸剛性方向相同，不會引起主軸的旋轉(zhuǎn)，操作安全方便。

圖6 垂直力矩轉(zhuǎn)水平力矩

3）通過齒條上的銷，杠桿扳手在齒輪座上的支點(diǎn)達(dá)到擴(kuò)力的結(jié)構(gòu)（見圖7），增加力矩減輕工人勞動強(qiáng)度。

圖7 杠桿扳手結(jié)構(gòu)

4）圓扳手上有一個(gè)絲桿控制的鎖緊滑塊，其類似平口鉗通過絲桿控制活動鉗口移動的結(jié)構(gòu)。當(dāng)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)滑塊鎖緊螺桿，滑塊沿著絲桿軸向向前移動到鎖緊珩磨頭的圓螺母上端面。與套在圓螺母上的圓扳手配合，將圓扳手軸向固定在鎖緊螺母上，保證該工具能夠固定在珩磨頭圓螺母上，方便后序裝拆操作。

5）叉型扳手遠(yuǎn)離主軸的一端是開口槽。用一個(gè)銷插入開口槽，達(dá)到快速封閉的結(jié)構(gòu)（見圖8）。螺母座與叉型扳手開口槽位置較遠(yuǎn)時(shí)，用手繞絲桿傳動軸轉(zhuǎn)動螺母座，待螺母座達(dá)到開口槽位置時(shí)，再繞圓扳手尾部的軸旋轉(zhuǎn)，將螺母座卡入開口槽，插上插銷通過扳手?jǐn)U力，保證足夠的拆卸扭矩。當(dāng)?shù)稐U圓螺母擰松，自鎖消失以后，拔出插銷和螺母。再繞圓扳手尾部的軸旋轉(zhuǎn)，將螺母座脫離開口槽。手動旋松珩磨頭的圓螺母將刀桿卸下。該工具通過叉型扳手的開口槽、插銷與螺母座實(shí)現(xiàn)快速切換擴(kuò)力狀態(tài)與快速拆除狀態(tài)。

圖8 銷插入開口槽結(jié)構(gòu)

5 結(jié)束語

本工具結(jié)構(gòu)簡單，制造維護(hù)方便，可靠性好。此外，其可操作性強(qiáng)，使用方便靈活，拆裝珩磨頭效果顯著，生產(chǎn)效率高，有較大的推廣價(jià)值。