□ 錢海燕

南通開放大學(xué) 機電工程學(xué)院 江蘇南通 226006

1 設(shè)計背景

汽車動力轉(zhuǎn)向器能夠?qū)碜云囖D(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)向力矩和轉(zhuǎn)向角度進行有效、適當(dāng)?shù)刈儞Q,以實現(xiàn)對汽車行駛方向的控制。隨著汽車技術(shù)的發(fā)展和制造工藝水平的提高,目前循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器和齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器得到廣泛應(yīng)用,貨車及大型車輛上一般都使用循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器,轎車和微型車上廣泛使用齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器。

目前大型工程車的轉(zhuǎn)向橋一般為三橋、四橋,多的甚至五橋、六橋,半整體式動力轉(zhuǎn)向器由于油缸外置,可以掛多個油缸,滿足了多橋轉(zhuǎn)向的需要,此類動力轉(zhuǎn)向器特別適合多軸轉(zhuǎn)向的大型工程車、特種車和礦用車等。動力轉(zhuǎn)向器進、出油口的要求為,進油口必須與油泵相連,出油口必須與油罐相連。油泵為高壓油,油罐為低壓油。由此,閥體進油口、出油口平面及孔加工的要求均比較高。

2 零件結(jié)構(gòu)分析

為滿足不同的使用要求,企業(yè)生產(chǎn)的動力轉(zhuǎn)向器型號較多,但結(jié)構(gòu)基本類似。動力轉(zhuǎn)向器外形如圖1所示。轉(zhuǎn)向器的主要零件是閥芯、閥體,其中閥體的結(jié)構(gòu)形狀如圖2所示,但尺寸規(guī)格有多種不同。

▲圖1 動力轉(zhuǎn)向器外形▲圖2 轉(zhuǎn)向器閥體

圖2所示的閥體,其進、出油口用箭頭表示,形狀不規(guī)則。不同型號的轉(zhuǎn)向器閥體的尺寸不同,進、出油口尺寸也不同,孔口帶有內(nèi)螺紋,進、出油口平面與零件回轉(zhuǎn)中心均呈一定角度,位置精度要求較高。閥體材料為QT500-7,屬于球墨鑄鐵,切削加工性尚可。

鉆銑進出油口工序因位置精度、尺寸精度要求較高,工序加工內(nèi)容較多,一般安排在數(shù)控加工中心上進行加工。進、出油孔的加工工藝以M18×1.5 mm-6H的規(guī)格為例,加工時為保證尺寸精度、位置精度,必需先銑削進油口平面、出油口平面,然后鉆油孔、鉆螺紋底孔φ16.3 mm,確?？字行木€與端面垂直?？卓谟蔑零@倒角,最后采用內(nèi)螺紋銑刀銑削螺紋。

3 定位方案

從上述工藝分析看,閥體的尺寸精度和位置精度都有較高要求,而且企業(yè)生產(chǎn)的批量較大,設(shè)計專用的銑進出油口夾具,將有利于提高生產(chǎn)質(zhì)量和生產(chǎn)效率,滿足動力轉(zhuǎn)向器的生產(chǎn)計劃需求。

由于閥體尺寸規(guī)格較多,加工進、出油口所需工裝也較多,但夾具結(jié)構(gòu)基本類似。而且原夾具手動夾緊,更換不同規(guī)格零件時,夾具調(diào)整找正比較麻煩,操作者勞動強度較大,精度不易保證。因此,有必要設(shè)計一種適用多種型號閥體加工的通用可調(diào)鉆銑進、出油口平面及孔的夾具,以減少更換調(diào)整夾具所需的時間。

在夾具定位方案的設(shè)計過程中,必須確保定位面選擇的合理性、科學(xué)性、有效性,還要兼顧多種型號轉(zhuǎn)向器閥體的可調(diào)節(jié)使用,以此確保閥體的加工品質(zhì)并能提高生產(chǎn)效率。根據(jù)加工工藝安排,利用已有加工出的平面和孔,筆者采用一面兩銷的定位原理,以閥體已加工好的外圓和端面定位。短圓柱外圓定位限制兩個自由度,端面定位限制三個自由度,另在安裝孔中裝入菱形銷,限制一個自由度,實現(xiàn)六點完全定位。

4 夾具體選擇

確保夾具體本身能夠具備較強的剛度、強度,同時擁有較好的結(jié)構(gòu)工藝,滿足生產(chǎn)需求,定位后應(yīng)能可靠夾緊工件?？紤]方便工件裝卸及夾具制造工藝性,選擇使用Q235鋼板連接的夾具體,材料為普通碳素結(jié)構(gòu)鋼,含碳量適中,綜合性能較好,強度、塑性和焊接等性能得到較好配合,一般用途最廣泛。為增強夾具體的剛度和穩(wěn)定性,在夾具體上焊接加強筋,防止夾具在使用時變形。定位板應(yīng)可調(diào)整方便更換,適用多種規(guī)格的閥體零件加工。夾緊裝置采用氣動快換結(jié)構(gòu),抽出開口墊圈,就能快速方便取出工件,達到減輕操作者勞動強度的目的。

5 夾具設(shè)計

在充分考慮閥體的經(jīng)濟成本、質(zhì)量性能后,進行閥體鉆銑進出油口夾具綜合優(yōu)化設(shè)計,能夠快速高效地更換各型號閥體,確保充分滿足夾具的使用要求。夾具具體結(jié)構(gòu)如圖3所示。

▲圖3 鉆銑夾具結(jié)構(gòu)

在底板上連接立板,構(gòu)成L形夾具體。在立板的兩側(cè)對稱設(shè)計有左支撐板和右支撐板,左支撐板與右支撐板的底部與底板相連,都通過內(nèi)六角螺栓連接。整個夾具體結(jié)構(gòu)簡單,為實現(xiàn)兩零件同時加工,提高生產(chǎn)效率的要求,設(shè)計有加強筋。加強筋與底板、立板采用焊接方式,以提高夾具的剛性和穩(wěn)定性。立板如圖4所示,中間部位的上下各有一個銷孔,用于閥體更換型號時與定位板快速定位更換。調(diào)整更換時,立板與不同尺寸規(guī)格的定位板通過五個內(nèi)六角螺栓連接,僅需兩個圓柱銷定位。

▲圖4 立板

在加工閥體進、出油口平面及孔時,將前工序已經(jīng)加工好的閥體裝到定位板上,并旋轉(zhuǎn)閥體,使進出油口面向上。在閥體安裝孔與對應(yīng)定位板上的孔中放入菱形銷,使閥體無法旋轉(zhuǎn),實現(xiàn)完全定位,消除六個自由度。定位板如圖5所示,根據(jù)不同型號的閥體,設(shè)計有多塊定位板。

▲圖5 定位板

在左支撐板與右支撐板的外側(cè)分別設(shè)置兩個薄型氣缸,型號為SDA80×15。薄型氣缸通過氣缸連接軸連接鎖緊鍥板,在立板上通過襯套安裝拉桿,在拉桿上依次為壓縮彈簧、開口墊圈、六角螺母。機床啟動后,氣缸推動鎖緊鍥板,拉桿隨之后退,快速夾緊閥體。對于不同型號尺寸的閥體,只需要更換與其對應(yīng)尺寸的定位板,即可實現(xiàn)多型號規(guī)格閥體的可調(diào)定位和加工。鉆銑進出油口夾具三維模型如圖6所示。

▲圖6 鉆銑夾具三維模型

6 結(jié)束語

筆者設(shè)計的閥體鉆銑進出油口夾具結(jié)構(gòu)簡單,使用方便,經(jīng)企業(yè)生產(chǎn)實踐驗證,能大大提高閥體進、出油口的加工尺寸精度,降低零件的報廢率,并且不會對閥體零件的外觀產(chǎn)生破壞,尺寸精度穩(wěn)定,同時能減少更換工裝次數(shù)和節(jié)約校準工裝的時間,對于不同閥體,只需更換定位板,降低了生產(chǎn)成本?？傊?設(shè)計的鉆銑進出油口夾具能降低操作者的勞動強度,實現(xiàn)閥體的快速裝夾和型號更換,減少閥體加工線上工裝的數(shù)量,提高了生產(chǎn)效率,閥體的加工精度得到可靠保證,完全滿足工藝要求。