王其成

摘要：培養(yǎng)技校生的創(chuàng)新思維能力是國家發(fā)展創(chuàng)新轉(zhuǎn)型經(jīng)濟對技工院校的時代要求。我院作為高技能人才的培養(yǎng)基地，近年來注重引導(dǎo)學(xué)生在社會生產(chǎn)實踐中利用所學(xué)專業(yè)技能開展創(chuàng)新工藝式生產(chǎn)產(chǎn)品，培養(yǎng)提高了技校生的創(chuàng)新思維能力和工藝難題分析解決能力，收到較好的教學(xué)效果。其中專業(yè)生產(chǎn)軸承用創(chuàng)新裝夾工藝——車床液壓夾頭的研制是一個典型實例。

關(guān)鍵詞：軸承外圈;車床液壓夾頭;創(chuàng)新工藝;創(chuàng)新思維能力培養(yǎng)

中圖分類號：U216.3? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）06-0030-02

0? 引言

廣寧縣萬通機械實業(yè)有限公司是本校機械類學(xué)生開展社會生產(chǎn)實踐活動的校企合作之一，是一個大批量專業(yè)生產(chǎn)各種汽車軸承配件——外圈零件（如圖1和圖2）的民營企業(yè)。本人作為實習(xí)指導(dǎo)老師，帶領(lǐng)學(xué)生在該公司開展社會實踐生產(chǎn)過程中發(fā)現(xiàn)其生產(chǎn)工藝存在以下問題：在車削軸承外圈內(nèi)輪廓時采用包容式三爪軟卡盤對工件外圓（上道工序已車削好）進行定位夾緊，雖然定心精度好，但是需要工人手工調(diào)整三爪卡盤進行夾緊（松開）工件，造成——①相對于本工序車削時間而言，手工夾緊和松開工件所需輔助時間長，生產(chǎn)效率低，經(jīng)濟效益差;②由于單件車削時間短（約2分鐘），工人在生產(chǎn)過程中需頻繁手工夾緊（松開）更換工件，勞動強度大，容易產(chǎn)生疲勞，從而對工件的夾緊力大小難以控制——夾緊力過大會造成工件變形，影響產(chǎn)品質(zhì)量;夾緊力過小會造成工件夾不緊，產(chǎn)生安全隱患，曾經(jīng)發(fā)生兩起安全生產(chǎn)事故，造成較大的人身傷害和經(jīng)濟損失。為解決以上問題，本人指導(dǎo)本校實習(xí)生利用所學(xué)專業(yè)技能知識對其裝夾工藝進行創(chuàng)新攻關(guān)，設(shè)計、研制出專業(yè)生產(chǎn)軸承用創(chuàng)新裝夾工藝——車床液壓夾頭，收到預(yù)期效果。

1? 創(chuàng)新工藝設(shè)計思路

要徹底解決以上生產(chǎn)問題，創(chuàng)新裝夾工藝方案的設(shè)計關(guān)鍵是要達到三個自動：①自動對工件定位;②自動對工件夾緊和松開;③自動控制夾緊力的大小。

1.1 自動對工件定位

作為軸承外圈，不管時內(nèi)、外輪廓的尺寸精度，還是內(nèi)、外輪廓之間的位置精度（同軸度），要求都比較高。因此，外圓作為設(shè)計基準，需提前車削加工好;車削加工內(nèi)輪廓時必須以外圓作為精基準進行定位，才能保證產(chǎn)品質(zhì)量。

外圓的定位元件常規(guī)有V型架和定位套兩種：V型架具有對中性好，但沒有定心作用;定位套雖然有一定的定心作用，但其定位精度和定位質(zhì)量很低（因為定位套的內(nèi)孔與工件外圓留有一定的間隙才能方便工件的裝拆，這個間隙就是定位誤差）。而作為軸承用的外圈，其內(nèi)輪廓與外圓的同軸度要求較高，顯然，V型架和定位套都無法滿足本工序定心精度要求，不能作為本工序的定位元件。

要想達到既具有較高的定心精度又方便工件的裝拆的目的，本工序的定位元件必須具有三爪軟卡盤那樣的性能——工件定位（心）時定位元件內(nèi)孔變小，與工件外圓（定位基準）進行過盈配合;工件裝拆時定位元件內(nèi)孔變大，與工件外圓（定位基準）進行間隙配合。其實，這就是“自動定心夾緊心軸”的工作原理——在對工件施行夾緊的過程中，利用等量和彈性變形或斜面、杠桿等結(jié)構(gòu)的等量移動原理，對回轉(zhuǎn)體工件施加自動定心定位，只是該心軸應(yīng)用在工件以內(nèi)孔表面作為定位基準的場合。本人引導(dǎo)實習(xí)學(xué)生模仿自動定心夾緊心軸的結(jié)構(gòu)、原理，通過逆向思維進行推導(dǎo)、設(shè)計，把軸承外圈外圓的自動定位元件設(shè)計成六等分半開口的彈性定位套（材料為65Mn）（如圖3），其內(nèi)孔為與軸承外圓匹配的圓柱孔，其外圓為圓錐體。彈性定位套在外力作用下與固定內(nèi)錐套（材料為40Cr）產(chǎn)生軸向相對移動時，強迫彈性定位套徑向收縮，內(nèi)孔變小，從而與工件外圓進行過盈配合定位和夾緊，保證定心精度;取消外力作用時彈性定位套在自身彈性力下恢復(fù)原狀，其內(nèi)孔與工件外圓產(chǎn)生間隙，方便工件的裝拆。

由于彈性定位套在定心定位過程中需要軸向位移，軸向位置不確定，不能直接利用其對工件進行軸向定位，唯有增設(shè)一個固定檔板對工件一個端面進行軸向定位。

1.2 自動對工件夾緊和松開

基于彈性定位套在收縮時對工件外圓進行精準定心定位的同時還有夾緊作用，我們只要把自動夾緊力源裝置與彈性定位套連接起來，對彈性定位套自動施加外力，使彈性定位套與固定內(nèi)錐套產(chǎn)生相對軸向移動，即可對工件達到自動夾緊的目的。

1.3 自動控制夾緊力的大小

自動夾緊力源裝置有氣動、液壓、電動等動力裝置。電動力源夾緊裝置的夾緊力大小由電動機動力大小決定，不可調(diào)整，不適用;氣壓傳動與液壓傳動比較：氣壓傳動具有結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、價格便宜、維護簡單等優(yōu)點，開始時采用氣壓夾緊裝置。但經(jīng)過實踐證明，氣壓傳動夾緊裝置也不適用——氣動傳動工作壓力較低（一般為0.3-1.0MPa），輸出動力較小，且氣壓穩(wěn)定性較差，在生產(chǎn)過程中存在夾緊力不夠的問題。最終決定采用液壓力源夾緊裝置，通過先導(dǎo)式減壓閥調(diào)整液壓系統(tǒng)壓力的大小，達到自動控制夾緊力的到校。

1.4 創(chuàng)新裝夾工藝——車床液壓夾頭總圖的設(shè)計

1.4.1 機械裝配總圖? 綜合以上所述，車床液壓夾頭機械部分裝配總圖設(shè)計如圖4，主要由軸向定位擋板2、彈性定位套3、螺帽7、固定錐套8及花盤11等組成。其中，軸向定位擋板2由頂柱5與M4內(nèi)六角螺釘4連接固定在花盤上;彈性定位套3通過其右端內(nèi)螺孔與螺帽7連接擰為一體，M16內(nèi)六角螺栓6把螺帽7與液壓缸10連接起來;花盤11與車床主軸用M10內(nèi)六角螺栓連接固定。

1.4.2 液壓傳動自動控制總圖? 為減少工人操作，在軸向定位擋板2的右端面上開一個槽，安裝行程開關(guān)SQ1，作為工件自動夾緊開關(guān);在車床控制屏上加裝一個按鈕SB1，作為自動拆卸工件開關(guān)。液壓傳動自動控制總圖設(shè)計如圖5所示。

1.4.3 工作原理? ①裝夾工件：被加工工件推進彈性定位套3內(nèi)孔→工件左端面到達軸向定位擋板右端面，觸碰行程開關(guān)SQ1→1YA通電→兩位四通電磁換向閥5右位工作→系統(tǒng)液壓油流入液壓缸右腔→缸桿拉動螺帽及彈性定位套左移→彈性定位套收縮→對工件夾緊。②拆卸工件：按一下加裝在車床控制屏的按鈕SB1→1YA斷電→兩位四通電磁換向閥5彈簧復(fù)位，左位工作→系統(tǒng)液壓油流入液壓缸左腔→缸桿右移→彈性定位套在自身彈力作用下右移并恢復(fù)原狀，內(nèi)孔變大，松開工件→拆卸工件。

1.5 驗證修正

經(jīng)企業(yè)生產(chǎn)實踐驗證，開始2-3個月，該車床液壓夾頭使用性能完全達到預(yù)期效果。但使用3個月后，該夾頭陸續(xù)出現(xiàn)一個問題：越來越多的工件在裝夾時放不進彈性定位套內(nèi)孔。經(jīng)檢驗發(fā)現(xiàn)：彈性定位套發(fā)生輕微永久性收縮變形，內(nèi)孔常態(tài)變小了20цm左右，原因是65Mn剛度不足，彈性極限稍差。彈性定位套經(jīng)重新選材，改用60SiMn，并經(jīng)深冷處理，以確保材質(zhì)穩(wěn)定，經(jīng)久使用不變形。彈性定位套改用材料后連續(xù)使用一年來，再也不存在工件在裝夾時放不進彈性定位套內(nèi)孔的問題。目前，該車床液壓夾頭在該企業(yè)已全面應(yīng)用到各種汽車軸承外圈加工的裝夾工藝中。

1.6 工藝創(chuàng)新小結(jié)

該車床液壓夾頭與社會上常用的液壓車床夾頭比較，在設(shè)計上有兩個技術(shù)創(chuàng)新：①設(shè)計有獨立的軸向定位擋板，與花盤連接固定不動，工件軸向定位精準;而社會上常用的液壓車床夾頭，工件的軸向定位和定心定位都是靠彈性定位套（設(shè)計有軸肩）進行的，軸向定位誤差大。②在軸向定位擋板上安裝有一個行程開關(guān)，把工件推進彈性定位套與軸向定位擋板緊密接觸時觸動行程開關(guān)，即可自動加緊，免去人為按鈕開關(guān)動作，自動化程度更高。

2? 企業(yè)效益

該車床液壓夾頭正式投入使用一年來，該企業(yè)再也沒發(fā)生過一次安全生產(chǎn)事故，保障了企業(yè)員工和技校實習(xí)生的人身安全，深受企業(yè)員工好評。與常規(guī)三爪軟卡盤比較，該車床液壓夾頭自動化程度高，操作簡便快捷，工人工作輕松，生產(chǎn)安全有保障，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定保證、生產(chǎn)效率大幅度提升、經(jīng)濟效益顯著提高。

3? 教學(xué)效果

技校生在校企合作開展社會生產(chǎn)實踐活動中，把所學(xué)專業(yè)技能知識應(yīng)用到生產(chǎn)實踐中，利用所學(xué)專業(yè)技能知識幫助企業(yè)成功解決生產(chǎn)工藝難題，從而培養(yǎng)和提高了技校生分析、解決企業(yè)生產(chǎn)工藝難題的能力，使技校生親身感受到技工教育的實用性，增強了他們對技工教育的認同感，提高了他們學(xué)習(xí)技能知識的積極性和主動性，提高了教學(xué)質(zhì)量。更重要的是，學(xué)生們在企業(yè)生產(chǎn)實踐中通過運用所學(xué)專業(yè)技能知識開展創(chuàng)新工藝式生產(chǎn)產(chǎn)品，大幅度提高了生產(chǎn)效率和經(jīng)濟效益，得到了企業(yè)對技校生專業(yè)技能水平的高度贊賞，使學(xué)生們認識到創(chuàng)新能夠產(chǎn)生巨大的生產(chǎn)力，創(chuàng)新能夠極大地提高生產(chǎn)效率，創(chuàng)新能夠創(chuàng)造出豐厚的經(jīng)濟效益，創(chuàng)新能夠提高自身的人生價值和社會競爭力，從而使學(xué)生們對創(chuàng)新產(chǎn)生了濃厚的興趣，培養(yǎng)了學(xué)生們的創(chuàng)新意識、創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力，提高了學(xué)生們自主創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的能力，收到較好的教學(xué)效果。

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