胡榮麗 馮文杰 李秀陽(yáng) 原海波

(重慶理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，重慶 400054)

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活塞環(huán)斜端面全自動(dòng)磨床的設(shè)計(jì)

胡榮麗 馮文杰 李秀陽(yáng) 原海波

(重慶理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，重慶 400054)

主要闡述了梯形活塞環(huán)斜端面全自動(dòng)磨床的設(shè)計(jì)，該設(shè)計(jì)具有工件自動(dòng)上下料、復(fù)合加工、自動(dòng)對(duì)刀、自動(dòng)理料的特點(diǎn), 大大提高了梯形活塞環(huán)的加工效率和精度。

活塞環(huán)斜端面;磨床；自動(dòng)化

活塞環(huán)在發(fā)動(dòng)機(jī)中的工作環(huán)境十分復(fù)雜和惡劣，它不但承受著燃燒室燃料燃燒所產(chǎn)生的高溫，也承受著上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的機(jī)械負(fù)荷。如果活塞環(huán)在加工中存在尺寸誤差或者瑕疵，將會(huì)嚴(yán)重影響其工作甚至損壞發(fā)動(dòng)機(jī)。

活塞環(huán)的斜端面可將環(huán)槽中的積碳排出，有效防止環(huán)結(jié)膠卡死，向上運(yùn)動(dòng)能有效布油，向下運(yùn)動(dòng)能有效刮油。活塞環(huán)斜端面是一種應(yīng)用于高速、大功率、高負(fù)荷發(fā)動(dòng)機(jī)上的優(yōu)秀結(jié)構(gòu)。其尺寸參數(shù)如圖1，材料為球墨鑄鐵，硬度100～112 HRB，表面粗糙度Ra≤0.4 μm ，斜端面平面度≤0.003 mm ，要求活塞環(huán)在上下料和加工的過(guò)程中外圓和端面都不得有擦傷的痕跡。

1 設(shè)計(jì)思路

活塞環(huán)是一種生產(chǎn)量大、質(zhì)量要求高的產(chǎn)品，為此我們?cè)O(shè)計(jì)了如圖2所示的活塞環(huán)斜端面全自動(dòng)磨床,該機(jī)床主要由上下料滑臺(tái)、工件頭架、自動(dòng)理料裝置和復(fù)合加工滑臺(tái)4大部件組成。

活塞環(huán)屬于薄壁小型零件，目前我國(guó)大部分此類(lèi)零件的加工都存在上下料繁瑣、加工精度差的不足。為此在此設(shè)計(jì)中，我們將上料、夾裝、下料、理料全自動(dòng)化，最大限度地減少人為因素造成的誤差，同時(shí)大大降低勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了加工效率。

首先，由推料氣缸帶動(dòng)分料收?qǐng)A推桿將工件分料收?qǐng)A并定于V形定位槽內(nèi)，然后送料氣缸推動(dòng)送料滑臺(tái)，同時(shí)，頭架位移伺服電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)工件頭架滑臺(tái)朝縱導(dǎo)軌方向移動(dòng)。當(dāng)送料滑臺(tái)的上料板上的活塞環(huán)(工件)移動(dòng)至與工件頭架上的工件定位裝置相對(duì)應(yīng)時(shí)，通過(guò)推拉氣缸帶動(dòng)支撐板轉(zhuǎn)動(dòng)，使上料板翻轉(zhuǎn)后工件能夠與工件頭架上定位盤(pán)上的定位孔正對(duì)。此時(shí)，上料翻轉(zhuǎn)氣缸推動(dòng)上料板翻轉(zhuǎn)，當(dāng)工件與定位盤(pán)上的定位孔正對(duì)后，上料推環(huán)氣缸啟動(dòng)，將工件推入定位盤(pán)上的定位孔內(nèi)。同時(shí)，電磁吸盤(pán)通電，將工件緊緊吸附在定位盤(pán)上，從而實(shí)現(xiàn)將工件安裝到工件頭架上并定位。之后，上料板復(fù)位，送料氣缸帶動(dòng)送料滑臺(tái)回到初始位置。

再次，位移伺服電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)滾珠絲杠副推動(dòng)復(fù)合加工滑臺(tái)移動(dòng)，直至加工滑臺(tái)上的刀頭與工件的內(nèi)側(cè)面位置相對(duì)應(yīng)，這時(shí)，直線電動(dòng)機(jī)推動(dòng)刀頭，直至刀頭與工件內(nèi)側(cè)面接觸，通過(guò)工件頭架帶動(dòng)工件轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)車(chē)削加工。車(chē)削過(guò)程中，頭架驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)軸管轉(zhuǎn)動(dòng)，軸管帶動(dòng)定位盤(pán)及工件轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)，頭架位移伺服電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)工件頭架滑臺(tái)微量移動(dòng)，從而完成工件斜端面的車(chē)削加工。車(chē)削加工完成后，位移伺服電動(dòng)機(jī)通過(guò)滾珠絲杠副繼續(xù)推動(dòng)復(fù)合加工滑臺(tái)移動(dòng)，直至砂輪與工件端面接觸后，通過(guò)磨削電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)砂輪轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)由于工件頭架帶動(dòng)工件轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)工件斜端面的磨削加工。加工完成后，復(fù)合加工滑臺(tái)回位。

最后，送料滑臺(tái)重新上料后朝復(fù)合加工臺(tái)方向移動(dòng)，當(dāng)下料桿與工件正對(duì)時(shí)，下料推環(huán)氣缸通過(guò)下料推爪將工件推出，套入下料桿上。然后，通過(guò)下料旋轉(zhuǎn)氣缸帶動(dòng)下料桿轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)下料桿套有工件的一端進(jìn)入導(dǎo)向桿上的通槽時(shí)，工件滑入導(dǎo)向桿，并通過(guò)導(dǎo)向桿的導(dǎo)向移動(dòng)至理料桿和存料桿上。此時(shí)，理料桿在理料電動(dòng)機(jī)的帶動(dòng)下轉(zhuǎn)動(dòng)，使工件的缺口與理料桿正對(duì)，進(jìn)而使工件從理料桿上落下，僅套在存料桿上，并沿存料桿移動(dòng)至存料桿的另一端，實(shí)現(xiàn)工件的理料。而同時(shí)，上料板上的工件在送料滑臺(tái)的帶動(dòng)下，其位置與工件頭架的工件定位裝置相對(duì)應(yīng)。

重復(fù)上述過(guò)程，實(shí)現(xiàn)工件斜端面的連續(xù)自動(dòng)加工。

2 自動(dòng)上下料滑臺(tái)

由于工件是薄壁件且加工要求快速有效，所以進(jìn)行自動(dòng)上料裝置的設(shè)計(jì)是非常必要的。如圖3所示通過(guò)V形槽與分料收?qǐng)A推桿將由料筒落下的工件收?qǐng)A于工裝夾具中并由上料滑臺(tái)送至上料工位， 90°垂直翻轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)90°，斜度旋轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)工件斜面角度7°，使工件的軸線與工件頭架的回轉(zhuǎn)軸線重合，并由固定于翻轉(zhuǎn)臺(tái)上的上料推環(huán)氣缸將工件推入工件頭架中并由電磁吸盤(pán)吸緊。90°垂直翻轉(zhuǎn)臺(tái)和斜度旋轉(zhuǎn)臺(tái)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)都是通過(guò)氣缸驅(qū)動(dòng)，死擋定位，快捷可靠。工件加工完成后將上下料滑臺(tái)送至下料工位，由旋轉(zhuǎn)接料桿將由推爪推出的工件下料轉(zhuǎn)移至理料機(jī)構(gòu)進(jìn)行整理，以便更便捷地進(jìn)行下一道工序的加工。

3 復(fù)合加工滑臺(tái)

采用先車(chē)后磨的加工工藝，不但減小了磨削量避免磨削燒傷，而且車(chē)削之后磨削切入面的形狀能更好地延長(zhǎng)砂輪的壽命。采用直線電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)車(chē)刀，利用傳感器測(cè)量車(chē)刀與工件之間的距離來(lái)調(diào)整頭架的位置，從而減小了頭架的定位誤差，進(jìn)一步提高了工件的加工精度。

4 可調(diào)整頭架

由于活塞環(huán)型號(hào)種類(lèi)很多，梯形活塞環(huán)端面的角度也各不相同?？紤]到活塞環(huán)生產(chǎn)為同型號(hào)批量大規(guī)模生產(chǎn)，所以頭架的角度調(diào)整設(shè)計(jì)為手動(dòng)調(diào)節(jié)，在滿足需求的前提下最大程度地降低成本。

本設(shè)計(jì)通過(guò)滑臺(tái)底座上的軸與頭架箱體上的孔來(lái)實(shí)現(xiàn)頭架的旋轉(zhuǎn)和定位，并經(jīng)4根拉緊螺栓來(lái)實(shí)現(xiàn)工件頭架與底座之間的固定，從而適應(yīng)不同角度斜端面的加工。

5 結(jié)語(yǔ)

本機(jī)床能夠完成一組梯形活塞環(huán)的全自動(dòng)上下料及數(shù)控加工，并有著較高的可靠性。將工件的上下料和檢測(cè)、復(fù)合加工集于一體，大大提高了加工效率和加工精度。

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Design of automatic piston ring inclined surface grinder

HU Rongli, FENG Wenjie, LI Xiuyang, YUAN Haibo

(Institute of Mechanical Engineering, Chongqing University of Technology, Chongqing 400054, CHN)

Describe an automatic piston ring inclined surface grinder design, this design has the features of automatic loading and unloading of the workpiece, composite processing, automatic tool, automatically organizing products.Greatly improve the processing efficiency and accuracy of the trapezoidal piston ring.

piston ring oblique end face; grinder;automatic

TG264

A

10.19287/j.cnki.1005-2402.2016.11.013

胡榮麗，女，1971年生，副教授，研究方向?yàn)闄C(jī)械設(shè)計(jì)與制造。

(編輯 汪 藝)

2016-04-05)

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