□ 施學斌

蘇州大學 機電工程學院 江蘇蘇州 215021

自動銑削十字槽的工裝設計

□ 施學斌

蘇州大學 機電工程學院 江蘇蘇州 215021

某零件生產(chǎn)批量大，其頂部端面需要銑削十字槽。該槽在以往加工時，使用傳統(tǒng)加工方法，由生產(chǎn)者手動裝夾工件進行加工，生產(chǎn)效率低。為提高生產(chǎn)效率，設計了一種自動化銑削的工裝，能自動裝夾工件進行加工，生產(chǎn)效率高，且產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。

自動 銑削 十字槽 工裝

圖1所示的傳動套，生產(chǎn)批量大，其制造工藝路線為：鑄造→退火→夾小端外圓→按毛坯找正→車端面→粗車小端外圓以外的各檔外圓→粗車內(nèi)孔各部位→掉頭裝夾→車端面→車小端外圓→再次掉頭裝夾→精車小端外圓以外的各外圓至尺寸要求→精車內(nèi)孔至尺寸要求→銑頂部端面十字槽。該零件頂部端面的十字槽在以往加工時，由生產(chǎn)者手動裝夾工件，在立式銑床上完成銑削。生產(chǎn)效率不高，且勞動強度高。

▲圖1 傳動套

1 總體設計思路

工件采用機械手自動上料、自動夾緊加工、機械手自動下料的方式，如圖2所示，自動上料機械手、夾具、自動下料機械手組成了自動銑削十字槽的工裝。

整個銑削生產(chǎn)線如圖3所示，由上料輸送線、工裝和下料輸送線組成。

▲圖2 工裝

2 上料方案

工件由上料輸送線運送過來，到位后，光電開關發(fā)出信號，輸送線停止運動［1］。上料機械手的手臂旋轉(zhuǎn)到位，控制手臂伸出液壓缸來驅(qū)動手臂前伸到位，手臂在升降液壓缸的驅(qū)動下手臂下降，同時手指液壓缸使手爪張開到位，手爪夾緊工件，機械手手臂開始上升，到位后，手臂回轉(zhuǎn)至夾具上方，手臂下降到位后，手爪松開，放下工件。機械手手臂上升，回轉(zhuǎn)，返回到原點初始狀態(tài)。

3 工件定位方案

零件的定位方案如圖4所示，機械手放下工件時，夾具上的定位銷插入工件底部孔中。工件以底面定位，限制3個自由度，分別是沿Z軸方向的移動自由度和沿X軸方向以及Y軸方向的翻轉(zhuǎn)自由度。定位銷是短銷，共限制2個自由度，分別是沿X軸方向和沿Y軸方向的移動自由度，這樣共限制了5個自由度。加工時，先銑出十字槽的第一個方向的槽，然后回轉(zhuǎn)臺帶動零件一起旋轉(zhuǎn)90°，再銑削十字槽第二個方向的槽，因此這種定位方式完全能夠滿足加工要求。

4 夾具

如圖5所示，夾具由回轉(zhuǎn)臺、夾具體、旋轉(zhuǎn)推進液壓缸、鉤形壓板、定位銷、壓板等組成。夾具體按中心安

裝在回轉(zhuǎn)臺上，保證夾具定位銷的回轉(zhuǎn)中心與回轉(zhuǎn)臺的回轉(zhuǎn)中心重合，這樣，工件的回轉(zhuǎn)中心就與回轉(zhuǎn)臺的回轉(zhuǎn)中心重合。用壓板將夾具體固定在回轉(zhuǎn)臺上。

工件定位后，旋轉(zhuǎn)推進液壓缸拉動鉤形壓板下移，該壓板下移的同時，在水平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)90°后將工件夾緊［2］。加工完畢后，旋轉(zhuǎn)推進液壓缸帶動鉤形壓板上移，同時在水平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)90°，松開工件，這樣壓板就不會妨礙裝卸工件，圖5所示為工件夾緊狀態(tài)。

▲圖3 銑削生產(chǎn)線

▲圖4 定位方案

5 銑削過程

加工設備采用立式升降臺銑床，為滿足加工要求，對銑床電氣控制部分進行了適當改進，使其上下進給和水平進給能通過行程開關接受電氣控制。銑削過程為：工件夾緊后，傳感器向PLC發(fā)出信號，PLC開始控制工作臺正向進給，實現(xiàn)銑削，當十字槽的第一個方向銑完后，行程開關被觸發(fā)，給PLC發(fā)出信號,PLC控制工作臺下移到規(guī)定位置后停止。此時工作臺進給機構(gòu)反向旋轉(zhuǎn)，工作臺快速返回，到位后，工作臺上移到初始位置。同時，回轉(zhuǎn)臺帶動工件旋轉(zhuǎn)90°。工作臺再進行正向進給，銑刀對十字槽的第二個方向進行銑削。銑削完畢，行程開關再次給PLC發(fā)出信號,PLC控制銑床工作臺重復上述返回的流程，回到初始位置。同時，回轉(zhuǎn)臺反向旋轉(zhuǎn)90°，也回到初始狀態(tài)，整個銑削過程完成。

6 下料方案

銑削完畢后，旋轉(zhuǎn)推進液壓缸推動鉤形壓板上移并旋轉(zhuǎn)90°，松開工件。下料機械手的手臂旋轉(zhuǎn)到位，下移，卡爪將工件夾緊、上移到位后，手臂旋轉(zhuǎn)到下料輸送線的上方，手臂下移到位后，卡爪松開工件，機械手手臂上升，并返回到初始位置，工件則由下料輸送線送走。

▲圖6 液壓工作原理

7 控制方案

通常情況下，機械手有氣動和液壓等不同種類。液壓傳動相對于氣動來說，運行平穩(wěn)，位置精度高，更適

合于被加工零件的定位，因此在本設計中選用液壓型機械手。同時，液壓夾緊力大，夾緊可靠，故工件加工時的夾緊方式也采用液壓夾緊［3］。整個系統(tǒng)液壓傳動原理如圖6所示，采用雙泵供油的方式，一個是小流量泵，一個是大流量泵。在相應回路中，設置單向節(jié)流閥給予調(diào)速，在手臂升降回路中，為保證運行平穩(wěn)，還設置了單向順序閥。圖中各換向閥采用電磁換向閥，由可編程控制器控制。當機械手運行到位時，會觸發(fā)相應的行程開關（圖中未畫出），行程開關給PLC發(fā)出信號，PLC控制相應的電磁閥，從而控制液體流向，使上料、夾緊（便于銑削）、下料等動作有序進行。

8 結(jié)束語

該工裝采用了工件自動上料、自動定位、自動夾緊、自動下料的方式，實現(xiàn)了工件的自動銑削，生產(chǎn)效率高，且加工質(zhì)量穩(wěn)定，較好地滿足了生產(chǎn)的要求。

［1］黃健求.機械制造技術基礎［M］.北京:機械工業(yè)出版社,2011.

［2］陳旭東.機床夾具設計［M］.北京:清華大學出版社,2010.

［3］謝旭華，張洪濤.機械制造工藝及工裝［M］.北京:科學出版社,2007.

（編輯 平 平）

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1000-4998（2015）10-0082-03

2015年5月