曹駿冬

前言

應(yīng)深化校企合作之需要，學(xué)校安排筆者進(jìn)駐合作企業(yè)廣東佛山科達(dá)機電股份有限公司進(jìn)行頂崗實踐，共同研討人才培養(yǎng)模式，提高校企之間的合作，確保教學(xué)緊貼產(chǎn)業(yè)發(fā)展步伐，促進(jìn)產(chǎn)教融合，并且利用學(xué)校理論研究，對企業(yè)成產(chǎn)實踐中遇到的問題進(jìn)行研討，探索最佳的解決方案，提高生產(chǎn)效益。

一、拋光磨頭凸輪運動概述

拋光磨頭的凸輪擺桿機構(gòu)是整個拋光磨頭的核心機構(gòu)。通過該高副機構(gòu)，拋光磨頭驅(qū)動擺腳擺動，帶動磨塊實現(xiàn)對磚坯表面的線接觸式磨削，而不是面接觸式。采用線接觸式磨削，有利于保證在磨削加工的過程中產(chǎn)生的磨屑能及時被從中空主軸中流出的水沖走，防止磨屑對瓷質(zhì)磚表面形成二次刮傷，從而提高瓷質(zhì)磚表面的光潔度。

拋光磨頭在高速公轉(zhuǎn)的同時，安裝在同一軸套上的主動齒輪和從動齒輪分別與相對固定的中間齒輪同時嚙合。其中，主動齒輪固定安裝在軸套上，與中間齒輪采用負(fù)變位安裝;從動齒輪安裝在凸輪上并空套在軸套上，與中間齒輪采用負(fù)變位安裝;并且主動齒輪比從動齒輪多2個齒。由于主動齒輪、從動齒輪同時與中間齒輪配合，主動齒輪與從動齒輪之間將產(chǎn)生一定的轉(zhuǎn)速差，即凸輪產(chǎn)生相對于拋光磨頭自身的轉(zhuǎn)動。在凸輪自轉(zhuǎn)的過程中，其端面輪廓將推動在磨頭座圓周方向上均勻分布的3個主動擺桿上的滾輪做與輪廓線相對應(yīng)的運動，進(jìn)而完成主動擺桿繞擺桿軸的左右擺動;相鄰的兩個主動擺桿再驅(qū)動夾在其中間的從動擺桿運動，從而完成3個從動擺桿的左右往復(fù)擺動，實現(xiàn)對磚坯表面的線接觸式磨削。

由以上可知凸輪的尺寸精度，端面的平面度，軸承孔斷面與凸臺的平行度直接影響磨塊的運動軌跡，從而決定瓷磚的拋光質(zhì)量。所以凸輪的加工工藝和精度顯得至關(guān)重要。

二、工藝分析

該零件為磨頭的核心零件，單件生產(chǎn)，加工工藝復(fù)雜，工序多。毛坯件材質(zhì)為40Cr，需經(jīng)車、銑、鉆、鉸等工藝方能完成。大致工藝步驟為：

1.調(diào)質(zhì)處理（精鍛粗加工毛坯）;2.粗車（裝夾定位外圓）;3.半精車（車Ф273外圓，車Ф253至Ф252，Ф273去除毛刺）;4.精車（車Ф100Js7至要求，Ф91+0.15+0.1，凸臺尺寸1mm加工至1±0.02）;5.鉆攻工藝螺孔（鉆模）;6.銑：鉆3*Ф30孔，倒角;7.粗銑凸輪曲線，留余量單邊1.5mm;8.精銑凸輪曲線，修邊，修圓角圓滑過渡;9.激光淬火;10.鉆鉸3*Ф8銷孔;11.涂油防銹。其中的步驟3和步驟4是在數(shù)控車床上加工完成。

部分尺寸和形位精度要求高，其中軸承孔直徑Ф1000-0.035，軸承孔深Ф41+0.2+0.1，軸承孔的圓柱度（0.006）和圓跳動（0.015），凸輪輪廓的高度差Ф40.35+0.110尤其重要，其精度直接影響凸輪零件在裝配中的位置精度，影響整個部件的使用壽命。

科達(dá)公司最初加工拋光磨頭的凸輪是在普通車床上完成的，往往會出現(xiàn)以下問題：

（一）普車加工定位精度不夠高，凸輪軸承孔的尺寸很難保證，對工人師傅的技能水平要求高，需要不斷測量和打表找正，且容易出現(xiàn)次品。

（二）凸輪需要加工的端面、外圓、內(nèi)孔比較多，加上粗精車，需要不斷地?fù)Q刀，加工效率低。

（三）當(dāng)凸輪掉頭加工時，為了保證同軸度，需要打表找正，耗時費力。

針對這道工序中應(yīng)用普通車床加工出現(xiàn)的諸多問題，企業(yè)相關(guān)技術(shù)骨干召開技術(shù)攻關(guān)研討會，圍繞解決普通加工中出現(xiàn)的精度問題以及效率較低商討解決方案。

三、原因分析

傳統(tǒng)工藝普通車床床加工凸輪出現(xiàn)的問題，從兩個方面進(jìn)行原因分析：

（1）尺寸精度出錯，是因為零件多處精度要求較高，普通車床的人工操作、加工精度等方面的因素綜合影響零件的次品率，可以考慮選擇性能較優(yōu)異的數(shù)控機床來進(jìn)行加工，并且考慮到凸輪加工中需要多次換刀，選擇帶有刀庫的傾斜導(dǎo)軌臥式數(shù)控車床更為合適;

（2）生產(chǎn)效率較低，原來普通車床加工，需要多次手動換刀，工序繁雜，掉頭時還需打表，耗時太多，現(xiàn)改用帶有刀庫的傾斜導(dǎo)軌臥式數(shù)控車床更為合適，解決了換刀麻煩，但對夾具需要重新改良設(shè)計，從以下兩個方面進(jìn)行：

1.首先要解決工件定位的問題，掉頭后盡量放棄用打表的方法進(jìn)行找正。提高精確度，降低工人勞動強度，提高效率。

2.然后是裝夾方便的問題，不僅要使工件裝夾方便，同時還要能降低對工人操作技能熟練度的要求。在夾具改進(jìn)時，還要考慮夾具力求結(jié)構(gòu)簡單，制作方便，有一定的通用性，可供長期使用。

四、問題解決

經(jīng)攻關(guān)小組研討后，確認(rèn)使用帶有刀庫的傾斜導(dǎo)軌臥式數(shù)控車床加工，接下來的首要任務(wù)就是要設(shè)計符合分析中所需定位準(zhǔn)確、裝夾方便和操作方便的工裝夾具。

夾具設(shè)計

方案選用

拋光磨頭凸輪加工方法的改良

當(dāng)凸輪加工完有凸臺的這一面后，掉頭加工另一面，卡盤夾持Ф120的凸臺進(jìn)行裝夾定位。二次裝夾，為了保證Ф100軸承孔和Ф91軸套孔的同軸度，需要打表找正。但為了提高生產(chǎn)效率，省去打表找正這一環(huán)節(jié)?，F(xiàn)專門設(shè)計一個裝夾凸臺的夾具。該夾具是把一個孔徑為120的鋼圈用線切割切成三塊，然后分別焊接在抓卡盤的三個卡爪上（如圖1所示）

使用該夾具直接裝夾Ф120的凸臺，通過液壓控制夾緊，自動定心，無需打表找正，極大地提高了定位精度、裝夾速度，提高了生產(chǎn)效率，減輕了工人的勞動強度（如圖2所示）。

五、加工過程

拋光磨頭的凸輪是核心部件，只要開動機器，該凸輪就會不斷旋轉(zhuǎn)并帶動擺桿擺動，使用頻率非常高。為了提高凸輪的使用壽命，減少磨損，所以對凸輪的加工提出了比較高的要求，僅僅在數(shù)控車加工的部分就需要11個工步，數(shù)控車床加工部分工藝卡如下表1。

加工過程中，特別需要注意的是工步9和工步11。工步9需要保證尺寸Ф40.35+0.110，從而控制凸輪輪廓的最高點，以及小凸臺尺寸1mm加工至1±0.02，讓從動齒輪與凸輪斷面留有間隙;工步11需要保證軸承孔直徑Ф1000-0.035，軸承孔深Ф41+0.2+0.1，從而讓軸承能夠準(zhǔn)確裝入軸承孔。

從表1中可看出，凸輪加工的工步多工序復(fù)雜，在普通車床上，員工操作難度偏大，過程中需要不斷換刀、測量、打表，加工精度不高，效率低容易出現(xiàn)次品。使用帶有刀庫的傾斜導(dǎo)軌臥式數(shù)控車床加工，并且設(shè)計了專門的工裝夾具，操作難度低，精度高，效果顯著。

結(jié)語

通過對傳統(tǒng)工藝的改良，設(shè)計數(shù)控車床加工磨頭凸輪的專用夾具，極大地提高了工件裝夾的速度，不再需要打表，提高了工件定位的精度;降低了對工人操作的技能要求，降低了工人的勞動強度，在保證精度情況下，效率大大提高，受到企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)及工人一致好評。此種凸輪在數(shù)控車床上的加工方法和夾具設(shè)計可以為較高精度要求的盤形凸輪的加工提供參考。

這次拋光磨頭凸輪加工方法的改良，使筆者對數(shù)控車工加工有了更深一步的了解。在和企業(yè)師傅的探討過程中，從理論到實踐，筆者對企業(yè)的生產(chǎn)加工有了更清楚的認(rèn)識，也讓筆者在以后的教學(xué)中更有針對性，結(jié)合企業(yè)的實踐需求去培養(yǎng)學(xué)生。

[本文在撰寫過程中，部分?jǐn)?shù)據(jù)得到了科達(dá)機電股份有限公司工藝部的工藝師彭余波、吳銳明師傅和工裝夾具部劉建軍師傅的幫助，在此表示衷心感謝。]

責(zé)任編輯 朱守鋰