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(jì)對技工院校的時(shí)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(shí)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(gè)典型實(shí)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(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）06-0030-02

0? 引言

廣寧縣萬通機(jī)械實(shí)業(yè)有限公司是本校機(jī)械類學(xué)生開展社會生產(chǎn)實(shí)踐活動(dòng)的校企合作之一，是一個(gè)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(shí)習(xí)指導(dǎo)老師，帶領(lǐng)學(xué)生在該公司開展社會實(shí)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(shí)采用包容式三爪軟卡盤對工件外圓（上道工序已車削好）進(jìn)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(jìn)行夾緊（松開）工件，造成——①相對于本工序車削時(shí)間而言，手工夾緊和松開工件所需輔助時(shí)間長，生產(chǎn)效率低，經(jīng)濟(jì)效益差;②由于單件車削時(shí)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(dòng)強(qiáng)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(jì)損失。為解決以上問題，本人指導(dǎo)本校實(shí)習(xí)生利用所學(xué)專業(yè)技能知識對其裝夾工藝進(jìn)行創(chuàng)新攻關(guān)，設(shè)計(jì)、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(jì)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(jì)關(guān)鍵是要達(dá)到三個(gè)自動(dòng)：①自動(dòng)對工件定位;②自動(dòng)對工件夾緊和松開;③自動(dòng)控制夾緊力的大小。

1.1 自動(dòng)對工件定位

作為軸承外圈，不管時(shí)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(jì)基準(zhǔn)，需提前車削加工好;車削加工內(nèi)輪廓時(shí)必須以外圓作為精基準(zhǔn)進(jìn)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?yàn)槎ㄎ惶椎膬?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(gè)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(dá)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(shí)定位元件內(nèi)孔變小，與工件外圓（定位基準(zhǔn)）進(jìn)行過盈配合;工件裝拆時(shí)定位元件內(nèi)孔變大，與工件外圓（定位基準(zhǔn)）進(jìn)行間隙配合。其實(shí)，這就是“自動(dòng)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(dòng)原理，對回轉(zhuǎn)體工件施加自動(dòng)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(zhǔn)的場合。本人引導(dǎo)實(shí)習(xí)學(xué)生模仿自動(dòng)定心夾緊心軸的結(jié)構(gòu)、原理，通過逆向思維進(jìn)行推導(dǎo)、設(shè)計(jì)，把軸承外圈外圓的自動(dòng)定位元件設(shè)計(jì)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(dòng)時(shí)，強(qiáng)迫彈性定位套徑向收縮，內(nèi)孔變小，從而與工件外圓進(jìn)行過盈配合定位和夾緊，保證定心精度;取消外力作用時(shí)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(jìn)行軸向定位，唯有增設(shè)一個(gè)固定檔板對工件一個(gè)端面進(jìn)行軸向定位。

1.2 自動(dòng)對工件夾緊和松開

基于彈性定位套在收縮時(shí)對工件外圓進(jìn)行精準(zhǔn)定心定位的同時(shí)還有夾緊作用，我們只要把自動(dòng)夾緊力源裝置與彈性定位套連接起來，對彈性定位套自動(dòng)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(dòng)，即可對工件達(dá)到自動(dòng)夾緊的目的。

1.3 自動(dòng)控制夾緊力的大小

自動(dòng)夾緊力源裝置有氣動(dòng)、液壓、電動(dòng)等動(dòng)力裝置。電動(dòng)力源夾緊裝置的夾緊力大小由電動(dòng)機(jī)動(dòng)力大小決定，不可調(diào)整，不適用;氣壓傳動(dòng)與液壓傳動(dòng)比較：氣壓傳動(dòng)具有結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、價(jià)格便宜、維護(hù)簡單等優(yōu)點(diǎn)，開始時(shí)采用氣壓夾緊裝置。但經(jīng)過實(shí)踐證明，氣壓傳動(dòng)夾緊裝置也不適用——?dú)鈩?dòng)傳動(dòng)工作壓力較低（一般為0.3-1.0MPa），輸出動(dòng)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(dá)到自動(dòng)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(jì)

1.4.1 機(jī)械裝配總圖? 綜合以上所述，車床液壓夾頭機(jī)械部分裝配總圖設(shè)計(jì)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(dòng)自動(dòng)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(gè)槽，安裝行程開關(guān)SQ1，作為工件自動(dòng)夾緊開關(guān);在車床控制屏上加裝一個(gè)按鈕SB1，作為自動(dòng)拆卸工件開關(guān)。液壓傳動(dòng)自動(dòng)控制總圖設(shè)計(jì)如圖5所示。

1.4.3 工作原理? ①裝夾工件：被加工工件推進(jìn)彈性定位套3內(nèi)孔→工件左端面到達(dá)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(dòng)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(yàn)證修正

經(jīng)企業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐驗(yàn)證，開始2-3個(gè)月，該車床液壓夾頭使用性能完全達(dá)到預(yù)期效果。但使用3個(gè)月后，該夾頭陸續(xù)出現(xiàn)一個(gè)問題：越來越多的工件在裝夾時(shí)放不進(jìn)彈性定位套內(nèi)孔。經(jīng)檢驗(yàn)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(shí)放不進(jìn)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(jì)上有兩個(gè)技術(shù)創(chuàng)新：①設(shè)計(jì)有獨(dú)立的軸向定位擋板，與花盤連接固定不動(dòng)，工件軸向定位精準(zhǔn);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(jì)有軸肩）進(jìn)行的，軸向定位誤差大。②在軸向定位擋板上安裝有一個(gè)行程開關(guān)，把工件推進(jìn)彈性定位套與軸向定位擋板緊密接觸時(shí)觸動(dòng)行程開關(guān)，即可自動(dòng)加緊，免去人為按鈕開關(guān)動(dòng)作，自動(dòng)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(shí)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(dòng)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(jì)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(shí)踐活動(dòng)中，把所學(xué)專業(yè)技能知識應(yīng)用到生產(chǎn)實(shí)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(shí)用性，增強(qiáng)了他們對技工教育的認(rèn)同感，提高了他們學(xué)習(xí)技能知識的積極性和主動(dòng)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(shí)踐中通過運(yùn)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(jì)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(rèn)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(jì)效益，創(chuàng)新能夠提高自身的人生價(jià)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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