□ 施學(xué)斌

蘇州大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院 江蘇蘇州 215021

自動(dòng)銑削十字槽的工裝設(shè)計(jì)

□ 施學(xué)斌

蘇州大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院 江蘇蘇州 215021

某零件生產(chǎn)批量大，其頂部端面需要銑削十字槽。該槽在以往加工時(shí)，使用傳統(tǒng)加工方法，由生產(chǎn)者手動(dòng)裝夾工件進(jìn)行加工，生產(chǎn)效率低。為提高生產(chǎn)效率，設(shè)計(jì)了一種自動(dòng)化銑削的工裝，能自動(dòng)裝夾工件進(jìn)行加工，生產(chǎn)效率高，且產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。

自動(dòng) 銑削 十字槽 工裝

圖1所示的傳動(dòng)套，生產(chǎn)批量大，其制造工藝路線為：鑄造→退火→夾小端外圓→按毛坯找正→車端面→粗車小端外圓以外的各檔外圓→粗車內(nèi)孔各部位→掉頭裝夾→車端面→車小端外圓→再次掉頭裝夾→精車小端外圓以外的各外圓至尺寸要求→精車內(nèi)孔至尺寸要求→銑頂部端面十字槽。該零件頂部端面的十字槽在以往加工時(shí)，由生產(chǎn)者手動(dòng)裝夾工件，在立式銑床上完成銑削。生產(chǎn)效率不高，且勞動(dòng)強(qiáng)度高。

▲圖1 傳動(dòng)套

1 總體設(shè)計(jì)思路

工件采用機(jī)械手自動(dòng)上料、自動(dòng)夾緊加工、機(jī)械手自動(dòng)下料的方式，如圖2所示，自動(dòng)上料機(jī)械手、夾具、自動(dòng)下料機(jī)械手組成了自動(dòng)銑削十字槽的工裝。

整個(gè)銑削生產(chǎn)線如圖3所示，由上料輸送線、工裝和下料輸送線組成。

▲圖2 工裝

2 上料方案

工件由上料輸送線運(yùn)送過(guò)來(lái)，到位后，光電開(kāi)關(guān)發(fā)出信號(hào)，輸送線停止運(yùn)動(dòng)［1］。上料機(jī)械手的手臂旋轉(zhuǎn)到位，控制手臂伸出液壓缸來(lái)驅(qū)動(dòng)手臂前伸到位，手臂在升降液壓缸的驅(qū)動(dòng)下手臂下降，同時(shí)手指液壓缸使手爪張開(kāi)到位，手爪夾緊工件，機(jī)械手手臂開(kāi)始上升，到位后，手臂回轉(zhuǎn)至夾具上方，手臂下降到位后，手爪松開(kāi)，放下工件。機(jī)械手手臂上升，回轉(zhuǎn)，返回到原點(diǎn)初始狀態(tài)。

3 工件定位方案

零件的定位方案如圖4所示，機(jī)械手放下工件時(shí)，夾具上的定位銷插入工件底部孔中。工件以底面定位，限制3個(gè)自由度，分別是沿Z軸方向的移動(dòng)自由度和沿X軸方向以及Y軸方向的翻轉(zhuǎn)自由度。定位銷是短銷，共限制2個(gè)自由度，分別是沿X軸方向和沿Y軸方向的移動(dòng)自由度，這樣共限制了5個(gè)自由度。加工時(shí)，先銑出十字槽的第一個(gè)方向的槽，然后回轉(zhuǎn)臺(tái)帶動(dòng)零件一起旋轉(zhuǎn)90°，再銑削十字槽第二個(gè)方向的槽，因此這種定位方式完全能夠滿足加工要求。

4 夾具

如圖5所示，夾具由回轉(zhuǎn)臺(tái)、夾具體、旋轉(zhuǎn)推進(jìn)液壓缸、鉤形壓板、定位銷、壓板等組成。夾具體按中心安

裝在回轉(zhuǎn)臺(tái)上，保證夾具定位銷的回轉(zhuǎn)中心與回轉(zhuǎn)臺(tái)的回轉(zhuǎn)中心重合，這樣，工件的回轉(zhuǎn)中心就與回轉(zhuǎn)臺(tái)的回轉(zhuǎn)中心重合。用壓板將夾具體固定在回轉(zhuǎn)臺(tái)上。

工件定位后，旋轉(zhuǎn)推進(jìn)液壓缸拉動(dòng)鉤形壓板下移，該壓板下移的同時(shí)，在水平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)90°后將工件夾緊［2］。加工完畢后，旋轉(zhuǎn)推進(jìn)液壓缸帶動(dòng)鉤形壓板上移，同時(shí)在水平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)90°，松開(kāi)工件，這樣壓板就不會(huì)妨礙裝卸工件，圖5所示為工件夾緊狀態(tài)。

▲圖3 銑削生產(chǎn)線

▲圖4 定位方案

5 銑削過(guò)程

加工設(shè)備采用立式升降臺(tái)銑床，為滿足加工要求，對(duì)銑床電氣控制部分進(jìn)行了適當(dāng)改進(jìn)，使其上下進(jìn)給和水平進(jìn)給能通過(guò)行程開(kāi)關(guān)接受電氣控制。銑削過(guò)程為：工件夾緊后，傳感器向PLC發(fā)出信號(hào)，PLC開(kāi)始控制工作臺(tái)正向進(jìn)給，實(shí)現(xiàn)銑削，當(dāng)十字槽的第一個(gè)方向銑完后，行程開(kāi)關(guān)被觸發(fā)，給PLC發(fā)出信號(hào),PLC控制工作臺(tái)下移到規(guī)定位置后停止。此時(shí)工作臺(tái)進(jìn)給機(jī)構(gòu)反向旋轉(zhuǎn)，工作臺(tái)快速返回，到位后，工作臺(tái)上移到初始位置。同時(shí)，回轉(zhuǎn)臺(tái)帶動(dòng)工件旋轉(zhuǎn)90°。工作臺(tái)再進(jìn)行正向進(jìn)給，銑刀對(duì)十字槽的第二個(gè)方向進(jìn)行銑削。銑削完畢，行程開(kāi)關(guān)再次給PLC發(fā)出信號(hào),PLC控制銑床工作臺(tái)重復(fù)上述返回的流程，回到初始位置。同時(shí)，回轉(zhuǎn)臺(tái)反向旋轉(zhuǎn)90°，也回到初始狀態(tài)，整個(gè)銑削過(guò)程完成。

6 下料方案

銑削完畢后，旋轉(zhuǎn)推進(jìn)液壓缸推動(dòng)鉤形壓板上移并旋轉(zhuǎn)90°，松開(kāi)工件。下料機(jī)械手的手臂旋轉(zhuǎn)到位，下移，卡爪將工件夾緊、上移到位后，手臂旋轉(zhuǎn)到下料輸送線的上方，手臂下移到位后，卡爪松開(kāi)工件，機(jī)械手手臂上升，并返回到初始位置，工件則由下料輸送線送走。

▲圖6 液壓工作原理

7 控制方案

通常情況下，機(jī)械手有氣動(dòng)和液壓等不同種類。液壓傳動(dòng)相對(duì)于氣動(dòng)來(lái)說(shuō)，運(yùn)行平穩(wěn)，位置精度高，更適

合于被加工零件的定位，因此在本設(shè)計(jì)中選用液壓型機(jī)械手。同時(shí)，液壓夾緊力大，夾緊可靠，故工件加工時(shí)的夾緊方式也采用液壓夾緊［3］。整個(gè)系統(tǒng)液壓傳動(dòng)原理如圖6所示，采用雙泵供油的方式，一個(gè)是小流量泵，一個(gè)是大流量泵。在相應(yīng)回路中，設(shè)置單向節(jié)流閥給予調(diào)速，在手臂升降回路中，為保證運(yùn)行平穩(wěn)，還設(shè)置了單向順序閥。圖中各換向閥采用電磁換向閥，由可編程控制器控制。當(dāng)機(jī)械手運(yùn)行到位時(shí)，會(huì)觸發(fā)相應(yīng)的行程開(kāi)關(guān)（圖中未畫(huà)出），行程開(kāi)關(guān)給PLC發(fā)出信號(hào)，PLC控制相應(yīng)的電磁閥，從而控制液體流向，使上料、夾緊（便于銑削）、下料等動(dòng)作有序進(jìn)行。

8 結(jié)束語(yǔ)

該工裝采用了工件自動(dòng)上料、自動(dòng)定位、自動(dòng)夾緊、自動(dòng)下料的方式，實(shí)現(xiàn)了工件的自動(dòng)銑削，生產(chǎn)效率高，且加工質(zhì)量穩(wěn)定，較好地滿足了生產(chǎn)的要求。

［1］黃健求.機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2011.

［2］陳旭東.機(jī)床夾具設(shè)計(jì)［M］.北京:清華大學(xué)出版社,2010.

［3］謝旭華，張洪濤.機(jī)械制造工藝及工裝［M］.北京:科學(xué)出版社,2007.

（編輯 平 平）

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1000-4998（2015）10-0082-03

2015年5月