詹有斌

中煤張家口煤礦機(jī)械制造有限責(zé)任公司，中國(guó)·河北 張家口 075000

1 背景介紹

我公司行星減速器第三軸是在軸的一端設(shè)計(jì)為空心內(nèi)花鍵結(jié)構(gòu)（圖1）。在精加工工序必須采用兩頂尖裝夾精車及磨削外圓，以往的辦法是在內(nèi)止口安裝帶有中心孔專用錐堵，采用過盈配合，將錐堵用鐵錘砸入軸頭止口，以兩頂尖裝夾進(jìn)行精車和磨削外圓的工序（圖1）。

圖1 空心內(nèi)花鍵結(jié)構(gòu)

涉及帶堵作業(yè)的有精車外圓和磨外圓工序，兩道工序分別進(jìn)行兩次的拆裝堵作業(yè)。由于是錐堵是采用過盈配合強(qiáng)行砸入工件止口，這就給拆堵帶來了很大的麻煩。目前采用的拆堵方法是用三條螺栓將堵頂出，就是在錐堵上事先加工三個(gè)M12的螺孔，工件加工完后擰入螺栓頂壓軸的端面把錐堵卸下，需要三條螺栓交替進(jìn)行旋擰，直至錐堵完全退出止口。拆堵工作費(fèi)時(shí)費(fèi)力，有時(shí)由于太緊導(dǎo)致螺紋失效或是螺栓擰斷，往往使操作者筋疲力盡，工作 效率不高[1]。

由于是過盈裝配，就給止口內(nèi)孔部位施加了很大的徑向張力，導(dǎo)致外圓在張力的作用下發(fā)生彈性變形，尺寸增大，在這種情況下磨完外圓軸承位并拆下堵后，由于張力消失，工件彈性恢復(fù)造成縮頸?？s頸量的大小和裝堵過盈量以及加工溫度都有密切的關(guān)系，難以控制，平時(shí)達(dá)到-0.03～-0.05mm，嚴(yán)重的超過-0.2mm以上，而軸承位的公差為0.03mm左右，所以由于縮頸就能直接導(dǎo)致不合格品的出現(xiàn)，影響軸承裝配精度和使用效果。

由于錐堵的裝卸費(fèi)時(shí)費(fèi)力，甚至有時(shí)不能取下，還得用鉆床把錐堵鉆掉，操作者也是有苦難言。工件由于縮頸問題，經(jīng)常出現(xiàn)不合格品，極大地制約了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量的提高，這也是一個(gè)加工車間多年的老大難問題，所以決定立項(xiàng)解決。

2 項(xiàng)目實(shí)施方案及過程

2.1 研究解決方案

目前要達(dá)到的改進(jìn)效果主要解決兩個(gè)問題：

①快捷方便地裝，拆堵問題，減少輔助時(shí)間和職工的勞動(dòng)強(qiáng)度；

②減少由于過盈裝配引起的張力，避免產(chǎn)生外圓磨后縮頸的問題。

這兩個(gè)問題是采用錐堵過盈裝配不可能避免的，所以必須從堵的設(shè)計(jì)方案入手，尋求一種新型的，方便拆卸，不影響工件精度的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

通過研究論證，解決以上兩點(diǎn)問題只有設(shè)計(jì)一種新型工裝，兼顧使用方便和精確定位的要求，經(jīng)過反復(fù)設(shè)計(jì)修改，我最終確定了采用彈簧脹套實(shí)現(xiàn)柔性裝夾的方案，設(shè)計(jì)方案如下。

使用方法：將軸孔加工至一定尺寸，與新型彈簧堵脹套外圓尺寸留有0.1～0.2mm的間隙，把彈簧堵擦拭干凈輕輕裝入孔內(nèi)，就可以采用兩頂尖裝夾了，堵芯由于受到頂尖的推力向前運(yùn)動(dòng)，通過它和彈簧套內(nèi)錐面接觸壓力使彈簧套外圓均勻脹大并和軸孔緊密配合，從而實(shí)現(xiàn)堵芯中心孔與軸孔同軸的效果。安裝圖如圖2所示。

圖2 安裝示意圖

2.2 技術(shù)性能

①定心精度高——彈簧套與堵芯采用配磨工藝，接觸性能良好，裝配后通過后蓋螺栓使兩部分預(yù)緊，在外圓磨床上再把彈簧套外圓磨成，保證堵芯中心孔與賬套外圓同心。通過旋擰后蓋上的四條螺栓還可以對(duì)彈簧套的外圓尺寸進(jìn)行調(diào)整，以便尋求與軸孔最佳的裝配間隙。

②裝拆方便——堵芯和彈簧套錐面采用13度設(shè)計(jì)，使其在失去外力的作用后不能自鎖，用手就可輕輕拉出，裝拆總計(jì)用時(shí)不到一分鐘。

③經(jīng)久耐用——由于此套安裝時(shí)先推到位置再脹緊，不用敲砸，也不會(huì)與工件產(chǎn)生摩擦，所以不易損壞。

2.3 分析論證

①實(shí)際生產(chǎn)中，車削工序通過撥盤夾住工件外圓實(shí)現(xiàn)主運(yùn)動(dòng)的傳遞，彈簧堵只是起到定心的作用，它與工件沒有相對(duì)的扭矩，所以一般頂尖的力量可以滿足使用要求。

②在磨外圓工序中，雖然要通過彈簧套傳遞扭矩，但磨削產(chǎn)生的反作用力不大，彈簧堵頂緊后的摩擦力完全可以傳遞主軸的主運(yùn)動(dòng)而不會(huì)打滑[2]。

③應(yīng)力分析：由于是操作者手工裝卸，所以應(yīng)盡量減輕工裝夾具的重量，但必須分析和保證它的強(qiáng)度與剛性，所以我采用了有限元分析軟件分析模擬了使用時(shí)的應(yīng)力分布和變形情況（見圖3）。

圖3 應(yīng)力及變形動(dòng)態(tài)分析

④精車工序。

第一，通過對(duì)原車進(jìn)行了60件次的工件加工試驗(yàn)，新型彈簧堵脹緊效果良好，即使是包括活頂尖同軸度誤差，工件圓跳動(dòng)也能保證0.03mm以內(nèi)。

第二，由于彈簧堵與工件內(nèi)孔有0.1mm-0.2mm的原始間隙，所以安裝十分方便，通過尾座的壓緊力可以十分方便的自動(dòng)脹緊對(duì)中。拆堵時(shí)松開頂尖，由于堵芯失去壓力，而此錐度又不能自鎖，堵芯輕松回退，彈簧套有恢復(fù)與工件的原始間隙，可以順利取出[3]。

⑤磨孔工序。

第一，磨孔工序同樣進(jìn)行了60件次的工件磨外圓工藝試驗(yàn)，由于磨孔工序采用雙死頂尖裝夾工件，裝配彈簧堵加工可以保證0.01mm以內(nèi)的圓跳動(dòng)，完全保證設(shè)計(jì)要求。

第二，消除了工件變形問題，因?yàn)閺椈啥屡c工件內(nèi)孔完全脹緊后頂尖就不能前進(jìn)了，所以不會(huì)給孔內(nèi)壁產(chǎn)生太大的張力，不會(huì)導(dǎo)致工件脹大，從而避免了外圓磨后縮頸的問題。

第三，裝、卸彈簧堵的工作一樣簡(jiǎn)單方便，幾秒就可解決，裝堵和拆堵的總時(shí)間是原來錐堵的 1/78。

⑥加工效果對(duì)比見表1。

表1 加工效果對(duì)比表

3 項(xiàng)目效果總結(jié)

經(jīng)過近一年的生產(chǎn)驗(yàn)證，使用彈簧堵加工的空心軸類零件完全符合設(shè)計(jì)要求，由此證明了此次設(shè)計(jì)的“軸孔彈簧堵”的先進(jìn)性和實(shí)用性。 裝拆堵用時(shí)縮短了近78倍，縮頸尺寸減少了近20倍，總生產(chǎn)效率提高了37.5%。