傅成，葉華賽

（浙江今飛機(jī)械有限公司，浙江 金華 321025）

0 引言

電動車輪轂的生產(chǎn)流程基本按鑄造→熱處理→機(jī)加工→涂裝→檢包的順序進(jìn)行，為方便涂裝的制造工藝，輪轂的P.C.D孔安排在其后加工。其技術(shù)要求如圖1所示。

圖1 電動車輪轂

輪轂外圈由A356鋁合金鑄造成型，內(nèi)圈鑲嵌Q235嵌件，嵌件在涂裝工藝中不噴涂。在鉆孔攻絲工序中，采用人工作業(yè)方式，使用鉆孔工裝，用內(nèi)孔φ205 mm定位，鉆頭通過工裝上的鉆模孔打到工件上，逐個對8-M5螺紋孔先打底孔再攻絲，如圖2所示。

圖2 鉆孔工裝

這樣的生產(chǎn)方式效率偏低，而且在孔的深度方向上不能保障一致性，鉆孔工裝上的鉆模在經(jīng)歷多個輪轂加工后，由于鉆頭在進(jìn)出鉆模過程中與鉆模內(nèi)壁的摩擦，導(dǎo)致螺紋孔的底徑偏大，在攻絲后位置度也逐漸偏離技術(shù)要求。

該款輪轂是電動車后輪產(chǎn)品，嵌件在澆鑄時預(yù)置，經(jīng)鉆孔成型后最薄壁厚處為1 mm，與輪型鋁合金最薄壁厚為0.5 mm，因此技術(shù)要求主要體現(xiàn)在底孔精度和位置度上。為解決這些問題，于是有針對性地設(shè)計了一臺鉆孔攻絲專機(jī)。

1 方案設(shè)計

1.1 提高效率的設(shè)計思路

根據(jù)出現(xiàn)的問題，總體上設(shè)計一種能多孔一起加工的，能有效避免人工操作過程中的遺漏情況。結(jié)構(gòu)上采用組合機(jī)床的設(shè)計思路，鉆孔與攻絲兩道工序分開，工件需要一套夾具能保持空間穩(wěn)定，在設(shè)計中應(yīng)考慮兩道工序能通用?？刂粕蠎?yīng)用PLC技術(shù)，通過可編程控制器來實現(xiàn)邏輯動作，解除人為不確定因素帶給品控的干擾，也方便通過傳感器的應(yīng)用實現(xiàn)對不合格品的控制。這樣的設(shè)計就能實現(xiàn)所有被加工孔一次完成，可大批量生產(chǎn)，有效提高生產(chǎn)效率，且生產(chǎn)時實現(xiàn)自動化，發(fā)揮機(jī)器重復(fù)性動作的優(yōu)勢，穩(wěn)定孔的加工質(zhì)量，如圖3所示。

圖3 多孔攻絲專機(jī)整體方案

在設(shè)計多孔攻絲專機(jī)的進(jìn)給結(jié)構(gòu)上，采用氣動方式，通過氣動系統(tǒng)壓力，給夾具底板5始終向上的力，并通過夾緊壓板6緊固輪轂13工件。鉆頭始終在夾緊壓板6的鉆模中，避免刀具進(jìn)出鉆模時影響加工孔的位置精度。待電動機(jī)啟動后，通過齒輪傳動從傳動軸11同步驅(qū)動主軸10，給8根主軸分配相同的動力和轉(zhuǎn)速。

1.2 質(zhì)量的技術(shù)保障

多孔攻絲專機(jī)的操作流程如圖4所示。

圖4 多孔攻絲專機(jī)操作流程圖

人工操作的成品，質(zhì)量問題集中在漏攻孔和螺紋深度不夠，且這樣的情況不能根本性杜絕。因此在攻絲主軸上安裝接近開關(guān)，如果檢測到8個攻絲位正常即到底孔的點(diǎn)后，則攻絲電動機(jī)開始正向運(yùn)行，攻絲電動機(jī)正轉(zhuǎn)，以顯示屏的設(shè)置值為控制量，達(dá)到該值時，電動機(jī)即停止。同時攻絲檢測位又要檢測攻絲是否到位，否則下一步動作不會繼續(xù)，延時0.5 s后，進(jìn)給電動機(jī)和攻絲電動機(jī)即反轉(zhuǎn)，進(jìn)給電動機(jī)反轉(zhuǎn)，以顯示屏的設(shè)置值為控制量，達(dá)到該值時電動機(jī)即停止。如果有未攻絲孔，則PLC控制的報警燈就會報警，這樣就可以避免有孔漏攻絲的情況發(fā)生，也可以解決螺紋深度不夠的問題。

2 主要零部件設(shè)計

2.1 多軸箱傳動設(shè)計

根據(jù)加工零件的要求，需加工分布在φ212 mm圓上的8-M5的螺紋孔，設(shè)計一中間傳動軸在圓心位置，8根主軸均布在φ212 mm圓上，如圖5所示。

圖5 多軸箱傳動布局

由圖5可知，主軸齒輪分度圓最大為φ77.13 mm，傳動比約為2，考慮與九孔產(chǎn)品的通用性，向下圓整得φ68 mm，則傳動軸上齒輪分度圓為φ144 mm。

依據(jù)機(jī)械加工工藝，M5螺紋孔底孔為φ4.2 mm，切削線速度v=20 m/min，進(jìn)給量f=0.13 mm/rad[1]，則計算主軸轉(zhuǎn)速n=1000v/（πD），得n=1516 rad/min，普通電動機(jī)轉(zhuǎn)速為1400 rad/min，則總傳動比約為1.08。分配箱外V帶傳動比2.30，依據(jù)機(jī)械設(shè)計手冊選取A型帶輪，小帶輪直徑d=70 mm，大帶輪直徑D=160 mm[2]。核算真實主軸轉(zhuǎn)速為1504 rad/min，按金屬機(jī)械加工工藝核實切削功率為1.3 kW,選取電動機(jī)功率為1.5 kW，型號為Y90L-4[3]。

2.2 主軸結(jié)構(gòu)設(shè)計

由于零件待加工孔位置度由在壓板上的鉆模確定，在主軸進(jìn)給時應(yīng)避免制造零件的加工誤差帶給鉆模的定位影響，在主軸結(jié)構(gòu)設(shè)計中采用內(nèi)外雙軸結(jié)構(gòu)，如圖6所示。

圖6 主軸結(jié)構(gòu)

主軸能在主軸套中自由滑動，下端與標(biāo)準(zhǔn)件夾頭配合，軸中開銷孔，安裝傳動銷，傳遞主軸與主軸套之間的動力。主軸套兩端安裝軸承，套身開滑動槽，長度與加工孔的深度相匹配，通過限制傳動銷的運(yùn)動范圍從而保證主軸在加工過程中深度的準(zhǔn)確性。

在工件定位后，氣缸上推，工件夾緊，同時軸套上的彈簧被壓縮，為攻絲提供了起始向下的預(yù)壓力。在攻絲時，絲錐的結(jié)構(gòu)特性決定攻絲深度小于鉆孔深度，因此在主軸上方安裝位置傳感器，經(jīng)預(yù)壓后傳感器能感應(yīng)到位置信號，隨著攻絲的進(jìn)行脫離傳感器的感應(yīng)范圍，即表明攻絲按設(shè)定要求完成。

2.3 夾具配套設(shè)計

根據(jù)零件圖加工要求保證各個孔的位置度及孔深，應(yīng)限制工件的6個自由度，即工件需要完全定位。先選定A面作為主要定位基準(zhǔn)面，與夾具的定位圓盤接觸，限制工件的X、Y軸的轉(zhuǎn)動及Z軸的移動，再通過輪轂φ205 mm內(nèi)圓，及φ4.2 mm孔作為定位孔，來限制工件的其他3個自由度，即“一面兩銷”的定位，如圖7所示。

圖7 零件定位方案圖

A

選擇夾緊力時，夾緊力的方向應(yīng)指向主要定位基準(zhǔn)，使工件緊緊靠在支撐元件上，有利于減小所需的壓力；作用點(diǎn)應(yīng)落在剛度較好的位置點(diǎn)上，并盡量靠近被加工處，以減少切削力和夾持力對工件的變形量。綜合以上考慮，夾緊力方向垂直于工件A面，而且是工件剛度最好的方向。選定方向后，夾緊力的大小應(yīng)克服壓板整個工作平臺的重力、輪轂工件的自重、壓簧的彈力和切削力的軸向分立，按氣缸理論推力估算選定氣缸缸徑為φ100 mm。

工件的輪廓尺寸和形狀是確定夾具底座及夾緊壓板的基本依據(jù)，根據(jù)工件的定位、限位、夾緊機(jī)構(gòu)及刀具導(dǎo)向等方面要求，設(shè)計夾具零件如圖8所示。

圖8 夾具主要配件

當(dāng)工件鉆孔時，放置于夾具底板上的輪轂壓著定位銷，使彈簧處于壓縮狀態(tài)，而在工件反面鉆孔時，試沿圓周方向轉(zhuǎn)動輪轂，讓定位銷進(jìn)入已鉆孔，固定位置時表明正反兩面孔的角度錯開了22.5°。此時處于檢測孔6位置的傳感器檢測到輪轂已裝夾到位，發(fā)出信號給PLC控制機(jī)器開始工作。

夾具的鉆套是關(guān)鍵零件，不僅應(yīng)根據(jù)工件的加工要求、形狀和大小，還應(yīng)考慮使用的機(jī)床以及生產(chǎn)的批量，經(jīng)濟(jì)合理地設(shè)計鉆套[4]，如圖9所示。

圖9 鉆套

鉆套材料按GB/T 1298碳素工具鋼選取T10A，熱處理后硬度為58～64 HRC,內(nèi)徑公差選取間隙配合，外徑公差選取過盈配合[5]。在實際使用過程中，考慮到切削冷卻液的使用，在鉆套上用線切割加工7-R0.7和0.2 mm槽。

3結(jié)論

綜上所述，本文闡述了多孔攻絲機(jī)的設(shè)計思想和實現(xiàn)方案，對多孔攻絲機(jī)的功能及結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析。該專機(jī)在開發(fā)完成后進(jìn)行運(yùn)行測試，產(chǎn)品每小時產(chǎn)量由原來人工30～40個提升到250～300個，生產(chǎn)效率提升了7～8倍。產(chǎn)品的質(zhì)量由原先基本每個月收到客戶投訴到投入使用6個月內(nèi)無孔問題反饋，明顯提升了產(chǎn)品的品質(zhì)。

多孔攻絲機(jī)非常適合各種多孔產(chǎn)品，能夠在保障質(zhì)量的前提下提高產(chǎn)量，還能減輕員工的勞動強(qiáng)度，降低企業(yè)生產(chǎn)成本。在理解電動車輪轂多孔加工的思路和關(guān)鍵技術(shù)后，也同樣能在其他多孔加工場合得到應(yīng)用。