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空調壓縮（suō）機曲軸鑽銑定位夾具設計

2016-7-25 來（lái）源：沈陽新鬆機（jī）器人自動（dòng）化（huà）股份有限公司作者：李偉嶺盧裕（yù）朔王浩（hào）舟趙健

摘要：文章針對某公（gōng）司空調壓縮（suō）機曲（qǔ）軸生產線的自動化改造，要求（qiú）用六軸關（guān）節機器人代替人工給機床（chuáng）和設備進行上（shàng）下料操作（zuò），中間過（guò）程無人工參與，然（rán）而由於曲軸的鑽銑加工工序要求定位精度非常高，加（jiā）工過程中還要旋轉姿態，機器人直接給設備上料不能（néng）滿足定位（wèi）精度要求（qiú），因此設計了一款自動化定（dìng）位（wèi）夾具，以保證曲軸的加工精度。

關鍵（jiàn）詞：機器人上（shàng）下料；壓縮機曲軸；鑽銑夾具

壓（yā）縮（suō）機是空調最核（hé）心的部件，從成本上看，壓縮機的成本占到了整台空調的三分之一，壓縮機質量的好壞直接決定了製冷係統的製冷（lěng）效果，兩（liǎng）者有著（zhe）最密切的關係。而作為壓縮機（jī）的核心零件曲軸的機械加工質量對壓縮（suō）機性能起著決定性的作用；一台好的（de）壓縮機，在使用壽（shòu）命、噪音、能（néng）效比方麵（miàn）均會有更佳表現。

目前隨著國內工業的飛速發展，工業（yè）的自（zì）動化程度的提（tí）高，渦旋壓縮機（jī）對曲（qǔ）軸加工精度的要求越來越高，因此（cǐ）對於曲軸鑽銑定位夾具的精度和自動化程度要求（qiú）也隨之提高。

1、壓縮機曲軸（zhóu）結構特點和工藝分（fèn）析

曲軸屬於（yú）壓縮機內部的典（diǎn）型複雜件（jiàn），精度要求（qiú）高，形狀複雜，製造難度比較大。圖1 為該曲軸加工工藝圖紙。

該曲軸的鑽銑加工工序內容：（1）銑平麵22±0.3 和（hé）平麵20±0.3；（2）銑偏心軸（zhóu）上（shàng）斜麵（L 向視圖）；（3）鑽孔Φ5.0±0.2 和孔Φ2.0±0.2。

該工序整個加工（gōng）過程的工藝流程：

（1）機器人將工件放到夾具上；（2）夾具自動（dòng）對工件進行（háng）定位（wèi）（曲軸的偏心（xīn）軸處於正下方位置）；（3）機（jī）床上的第四軸卡盤（pán）夾緊工件左側；（4）機床加工平（píng）麵22±0.3 和孔Φ5.0±0.2；（5）機（jī）床第四（sì）軸卡盤夾緊工件旋轉一定角度，加（jiā）工偏心軸上的平麵；（6）機床第四軸再旋轉一定角度（偏心軸向上）後加（jiā）工平（píng）麵20±0.3 和孔Φ2.0±0.2。

圖（tú）1 曲軸（zhóu）加工工藝圖

2、定位夾（jiá）具設計

根據該曲軸本身的（de）結（jié）構特點和加工工藝要求，設計了一款自動（dòng）化（huà）定位夾具，該夾具（如圖2）是由伺（sì）服旋轉（zhuǎn）卡盤、U 型支撐本體、氣動壓緊機構、調整定位塊（kuài）、氣動拉杆機構等組成。

圖2 自動夾具總裝配圖（tú）

圖3 定位前工件姿態

圖4 定位後工件（jiàn）姿態

該加工工序的定位要求：通過自動定位夾（jiá）具的一（yī）係列動作，使工（gōng）件從（cóng）姿態一（圖（tú）3）轉化到姿態二（圖4）以（yǐ）完成工件的軸向定位和徑向定位。

該夾具的定位動作過（guò）程如下：首（shǒu）先機器人夾緊工件將其放入該夾具的U 型限（xiàn）位支撐中，然（rán）後機（jī）器人退出機床，由（yóu）於機器人重複（fù）定（dìng）位精度等原因，導致工件的（de）偏（piān）心軸與定位塊之間會存在間隙（d<2mm）；放完工件（jiàn）後夾具上的氣動拉杆機構在氣缸作用下移動到指定位置，此時拉（lā）杆（gǎn）機構上的彈簧柱塞（sāi）頂住偏心軸，給（gěi）偏心軸一個驅動力（驅動力F≈50N），然後尾部氣動推盤頂住工件左端麵（miàn）慢慢推動工件軸向（xiàng）動，在此過程中工件在彈簧柱塞驅動力下發生旋轉，直到偏心軸貼緊定位塊時停止轉動（dòng）（如圖5 所示），完成徑向定位；當氣動推盤推工（gōng）件軸（zhóu）向運動至軸肩頂住定位塊（kuài），氣動推（tuī）盤退回原位（wèi），以完成軸向定位；隨後伺服旋轉卡盤夾緊工件，氣動壓緊機構壓緊工件，機床開始對工件（jiàn）進行（háng）加工。

3、定位夾具（jù）的原理分析和計算

圖5 力學分（fèn）析（xī）圖

已知條件（jiàn）：G=12N，F=50N，R=14.42mm，τ=3.13mm，θ°≈80°；

經查詢機械技術手冊可得：鋼與鋼之間靜摩擦係數μ 靜=0.2，動（dòng）摩（mó）擦係數μ 動=0.1；

通過力學分（fèn）析可得：F=F'=50N；F"=G=12N；

根據如下公式進行計算：

M0=F·τ sinθ°；M0'=（f+f'）·R；f=μ·F'；f'=μ·F''

當工（gōng）件處於靜止狀態（tài）時，工件受到的是（shì）靜（jìng）摩擦力，此時驅動力矩和阻力矩如下：

M0=F·τ sinθ°=0.154N·m

M0'=（f+f'）·R=μ 靜·（F'+F"）·R=0.178N·m

由（yóu）於M0<M0'，所以此時工件（jiàn）不旋（xuán）轉，隻是偏心軸（zhóu）受到驅動力F作用。

當自動夾具的（de）氣動推盤推動工件移動時，工件受到的摩擦力由靜（jìng）摩擦轉化（huà）成動摩擦，而此時工（gōng）件所受（shòu）到的阻（zǔ）力矩為：

M0'=（f+f'）·R=μ 動·（F'+F"）·R=0.09N·m

由於M0>M0'，此（cǐ）時工件發生旋轉，直到與定位塊相接觸旋轉（zhuǎn）停止。

工件（jiàn）軸向定（dìng）位是通過氣動推盤推工件沿軸向運動，使工件軸肩頂（dǐng）住定位塊。

工件徑向定位是在工（gōng）件軸向移動（dòng）過程中（zhōng）完成的。

該理論計算通過實踐已經驗證可行性和可靠性，定位精（jīng）度達到工藝要求（qiú），該設計目前已經應（yīng）用於客戶現場（如圖6 所示），運行良好。

圖6 現場應用情況

4 、結束語（yǔ）

通過對壓縮機曲軸本身的結構特點和加（jiā）工工藝要求的深入研究，設計（jì）了該自動化定位夾具方案。該自動化定位夾具結構緊湊（còu）、穩定性好，而且比較（jiào）適合加工機（jī）床內部空間要求，定位效果良好；目前該方案已經應（yīng）用在了（le）自動化生產線上，並取得了預期的定位效果，保證（zhèng）了工件的加工精度，同時降低了人工（gōng）成本，提高了經濟效益。

參考文獻

[1]陳立德.工裝設計[M].上海交通（tōng）大學（xué）出版社.

[2]朱耀（yào）祥，浦（pǔ）林祥.現代夾具設計（jì）手冊[M].北京：機械工業出版社，2009，10.

[3]盧秉恒.機械製造技術基礎[M].北京：機械工業出版社，2007.

[4]郭煒，孫維連（lián），楊鈺瑩.快速偏心夾具（jù）的設（shè）計（jì）與應用（yòng）[J].機械設計與製造，2007.

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