活塞環(huán)斜端面全自動(dòng)磨床的設(shè)計(jì)
2017-3-9 來源：重慶理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 作者：胡榮麗 馮文杰 李秀陽 原海波
摘要: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。
關(guān)鍵詞: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． 4μm ，斜端面平面度≤0． 003 mm ，要求活塞環(huán)在上下料和加工的過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)，將工件推入定位盤上的定位孔內(nèi)。同時(shí)，電磁吸盤通電，將工件緊緊吸附在定位盤上，從而實(shí)現(xiàn)將工件安裝到工件頭架上并定。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，通過工件頭架帶動(dòng)工件轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)車削加工。車削過程中，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削加工。車削加工完成后，位移伺服電動(dòng)機(jī)通過滾珠絲杠副繼續(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)氣缸通過下料推爪將工件推出，套入下料桿上。然后，通過下料旋轉(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 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)
采用先車后磨的加工工藝，不但減小了磨削量避免磨削燒傷，而且車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)車刀，利用傳感器測(cè)量車刀與工件之間的距離來調(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)種類很多，梯形活塞環(huán)端面的角度也各不相同。考慮到活塞環(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)通過滑臺(tái)底座上的軸與頭架箱體上的孔來實(shí)現(xiàn)頭架的旋轉(zhuǎn)和定位，并經(jīng) 4 根拉緊螺栓來實(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
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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