李偉嶺 盧裕朔 王浩舟 趙健

摘 ?要：文章針對(duì)某公司空調(diào)壓縮機(jī)曲軸生產(chǎn)線的自動(dòng)化改造，要求用六軸關(guān)節(jié)機(jī)器人代替人工給機(jī)床和設(shè)備進(jìn)行上下料操作，中間過(guò)程無(wú)人工參與，然而由于曲軸的鉆銑加工工序要求定位精度非常高，加工過(guò)程中還要旋轉(zhuǎn)姿態(tài)，機(jī)器人直接給設(shè)備上料不能滿足定位精度要求，因此設(shè)計(jì)了一款自動(dòng)化定位夾具，以保證曲軸的加工精度。

關(guān)鍵詞：機(jī)器人上下料;壓縮機(jī)曲軸;鉆銑夾具

壓縮機(jī)是空調(diào)最核心的部件，從成本上看，壓縮機(jī)的成本占到了整臺(tái)空調(diào)的三分之一，壓縮機(jī)質(zhì)量的好壞直接決定了制冷系統(tǒng)的制冷效果，兩者有著最密切的關(guān)系。而作為壓縮機(jī)的核心零件曲軸的機(jī)械加工質(zhì)量對(duì)壓縮機(jī)性能起著決定性的作用;一臺(tái)好的壓縮機(jī)，在使用壽命、噪音、能效比方面均會(huì)有更佳表現(xiàn)。

目前隨著國(guó)內(nèi)工業(yè)的飛速發(fā)展，工業(yè)的自動(dòng)化程度的提高，渦旋壓縮機(jī)對(duì)曲軸加工精度的要求越來(lái)越高，因此對(duì)于曲軸鉆銑定位夾具的精度和自動(dòng)化程度要求也隨之提高。

1 壓縮機(jī)曲軸結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和工藝分析

曲軸屬于壓縮機(jī)內(nèi)部的典型復(fù)雜件，精度要求高，形狀復(fù)雜，制造難度比較大。圖1為該曲軸加工工藝圖紙。

該曲軸的鉆銑加工工序內(nèi)容：（1）銑平面22±0.3和平面20±0.3;（2）銑偏心軸上斜面（L向視圖）;（3）鉆孔Φ5.0±0.2和孔Φ2.0±0.2。

該工序整個(gè)加工過(guò)程的工藝流程：

（1）機(jī)器人將工件放到夾具上;（2）夾具自動(dòng)對(duì)工件進(jìn)行定位（曲軸的偏心軸處于正下方位置）;（3）機(jī)床上的第四軸卡盤夾緊工件左側(cè);（4）機(jī)床加工平面22±0.3和孔Φ5.0±0.2;（5）機(jī)床第四軸卡盤夾緊工件旋轉(zhuǎn)一定角度，加工偏心軸上的平面;（6）機(jī)床第四軸再旋轉(zhuǎn)一定角度（偏心軸向上）后加工平面20±0.3和孔Φ2.0±0.2。

2 定位夾具設(shè)計(jì)

根據(jù)該曲軸本身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和加工工藝要求，設(shè)計(jì)了一款自動(dòng)化定位夾具，該夾具（如圖2）是由伺服旋轉(zhuǎn)卡盤、U型支撐本體、氣動(dòng)壓緊機(jī)構(gòu)、調(diào)整定位塊、氣動(dòng)拉桿機(jī)構(gòu)等組成。

該加工工序的定位要求：通過(guò)自動(dòng)定位夾具的一系列動(dòng)作，使工件從姿態(tài)一（圖3）轉(zhuǎn)化到姿態(tài)二（圖4）以完成工件的軸向定位和徑向定位。

該夾具的定位動(dòng)作過(guò)程如下：首先機(jī)器人夾緊工件將其放入該夾具的U型限位支撐中，然后機(jī)器人退出機(jī)床，由于機(jī)器人重復(fù)定位精度等原因，導(dǎo)致工件的偏心軸與定位塊之間會(huì)存在間隙（d<2mm）;放完工件后夾具上的氣動(dòng)拉桿機(jī)構(gòu)在氣缸作用下移動(dòng)到指定位置，此時(shí)拉桿機(jī)構(gòu)上的彈簧柱塞頂住偏心軸，給偏心軸一個(gè)驅(qū)動(dòng)力（驅(qū)動(dòng)力F≈50N），然后尾部氣動(dòng)推盤頂住工件左端面慢慢推動(dòng)工件軸向移動(dòng)，在此過(guò)程中工件在彈簧柱塞驅(qū)動(dòng)力下發(fā)生旋轉(zhuǎn)，直到偏心軸貼緊定位塊時(shí)停止轉(zhuǎn)動(dòng)（如圖5所示），完成徑向定位;當(dāng)氣動(dòng)推盤推工件軸向運(yùn)動(dòng)至軸肩頂住定位塊，氣動(dòng)推盤退回原位，以完成軸向定位;隨后伺服旋轉(zhuǎn)卡盤夾緊工件，氣動(dòng)壓緊機(jī)構(gòu)壓緊工件，機(jī)床開(kāi)始對(duì)工件進(jìn)行加工。

3 定位夾具的原理分析和計(jì)算

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

經(jīng)查詢機(jī)械技術(shù)手冊(cè)可得：鋼與鋼之間靜摩擦系數(shù)μ靜=0.2，動(dòng)摩擦系數(shù)μ動(dòng)=0.1;

通過(guò)力學(xué)分析可得：F=F'=50N;F"=G=12N;

根據(jù)如下公式進(jìn)行計(jì)算：

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

當(dāng)工件處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，工件受到的是靜摩擦力，此時(shí)驅(qū)動(dòng)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

由于M0

當(dāng)自動(dòng)夾具的氣動(dòng)推盤推動(dòng)工件移動(dòng)時(shí)，工件受到的摩擦力由靜摩擦轉(zhuǎn)化成動(dòng)摩擦，而此時(shí)工件所受到的阻力矩為：

M0'=（f+f'）·R=μ動(dòng)·（F'+F"）·R=0.09N·m

由于M0>M0'，此時(shí)工件發(fā)生旋轉(zhuǎn)，直到與定位塊相接觸旋轉(zhuǎn)停止。

工件軸向定位是通過(guò)氣動(dòng)推盤推工件沿軸向運(yùn)動(dòng)，使工件軸肩頂住定位塊。

工件徑向定位是在工件軸向移動(dòng)過(guò)程中完成的。

該理論計(jì)算通過(guò)實(shí)踐已經(jīng)驗(yàn)證可行性和可靠性，定位精度達(dá)到工藝要求，該設(shè)計(jì)目前已經(jīng)應(yīng)用于客戶現(xiàn)場(chǎng)（如圖6所示），運(yùn)行良好。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)壓縮機(jī)曲軸本身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和加工工藝要求的深入研究，設(shè)計(jì)了該自動(dòng)化定位夾具方案。該自動(dòng)化定位夾具結(jié)構(gòu)緊湊、穩(wěn)定性好，而且比較適合加工機(jī)床內(nèi)部空間要求，定位效果良好;目前該方案已經(jīng)應(yīng)用在了自動(dòng)化生產(chǎn)線上，并取得了預(yù)期的定位效果，保證了工件的加工精度，同時(shí)降低了人工成本，提高了經(jīng)濟(jì)效益。

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