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隨著汽車工業的快速發展,等速萬向節的市場需求日益增加,產量逐年增長。 圖1 等速萬向節 鐘形殼是等速萬向節主要組成部分,其內球面溝槽形狀特殊復雜,零件的生產批量大，但國內有關鐘形殼的制造行業發展比較緩慢,存在生產成本較高、生產效率較低的缺陷。 在這里給大家分享一種提高鐘形殼質量和生產效率的精磨夾具設計案例。 夾具設計方案分析 ! S4 r# {# M2 y' Q
1. 某鐘形殼工件結構模型 某鐘形殼模型如圖2所示,圖中可以看出鐘形殼外殼形狀比較復雜,6個球面溝槽平均分布在鐘形殼內表面,要達到鐘形殼的加工精度、生產效率,就需要對加工設備提出較高的要求。 圖2 鐘形殼三維模型 2.工件自動彈出機構的創新設計 鐘形殼加工完成后,彈性夾頭松開,但是工件大部分還留在夾具內部,如靠人工取出比較麻煩,降低生產效率。 為解決土述實際問題,設計了自動彈出機構，如圖3。導向套的存在,保證頂尖在中心線的位置移動,提高夾具定位精度。圓柱銷使頂尖固定在原來的位置,也能起預緊彈簧的用。精磨完成后,彈性夾頭在油缸的作用下松開,工件在螺旋彈簧的作用下被頂出,減少取件時間,提高生產效率。 圖3 自動彈出結構示意圖 3.不同尺寸零件加工輔助機構 加工不同外圓直徑的鐘形殼時,傳統設計是更換彈性夾頭,操作繁瑣,耗時長,降低了工件生產效率。為了節省時間,提高效率,對此需要設計一個適用不同尺寸零件加工輔助機構。 圖4 適用不同尺寸零件加工輔助結構示意圖 見圖4,定位塊1可有效地調節鐘形殼和夾具之間的徑向間距,定位塊2可以調節軸向間距,能加工不同尺寸的鐘形殼,達到提高夾具通用性和工件生產效率的目的。 4.新型夾具總體結構及工作原理 1. 鎖緊螺母 2.碟形彈簧 3.拉桿 4.端齒盤 5.油缸 6.螺旋彈簧 7.頂尖 8.同步帶 9.彈性夾頭 10.定位塊 圖5 新型夾具總體結構示意圖 （1）調節鎖緊螺母1使碟型彈簧2產生一定變形量,彈簧片徑向脹開產生的軸向力使彈性夾頭9將鐘形殼夾緊； （2）分度時,油缸5松開,同時端齒盤4的移動齒與固定齒松開,同步帶8帶動鐘形殼轉動分度,分度結束后,油缸夾緊,端齒盤進行定位； （3）工件完成加工后,彈性夾頭松開,在螺旋彈簧6的作用下,頂尖7將鐘形殼頂出； （4）調節定位塊10可加工不同外徑尺寸規格的鐘形殼。 此夾具能實現快速裝夾,自動定心夾緊鐘形殼工件,定位精度高,加工完成后,自動頂出工件,縮短土下料時間,提高鐘形殼工件生產效率。 彈性夾頭的結構設計 4 t$ k; b/ W8 V( _
上文提到的彈性夾頭自動定心裝置是利用圓錐形套筒的彈性變形引導工件自動定心夾緊的裝置，彈性夾頭是主要應用元件。 設計彈性夾頭時,彈性部分的瓣數、厚度及直徑都會對工作性能起決定性影響。為了保證其工作性能良好，應根據鐘形殼工件參數合理地設計彈性夾頭的各主要尺寸。 圖6為一般標準的彈性夾頭結構。 圖6 標準彈性夾頭結構示意圖 彈性夾頭瓣數n需要根據所夾的工件直徑d來確定。 表1 彈性夾頭瓣數選取 在通常情況,彈性夾頭的彈性部分厚度取1.5~3mm,但由于鐘形殼直徑較大,為保證彈性夾頭的彈性與強度,可取厚度為3mm。 最后，根據彈性部分厚度及夾具結構允許的條件確定彈性部分直徑，當然在設計直徑的時候，考慮彈性夾頭與鐘形殼之間需兩邊各留5mm空隙放定位塊以方便加工直徑尺寸存在偏差的工件。 圖7 彈性夾頭模型示意圖
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彈性夾頭靜力結構有限元分析
9 J* E1 H% y W6 V1 x由于夾緊力產生的細微夾具變形和工件變形都會影響到工件的加工精度，鐘形殼球面溝槽精磨屬于高精度加工,對夾具抗變形力有較高要求。通過ANSYSWorkbench對彈性夾頭進行靜力學分析,分以下幾個步驟： (1) 模型建立:在SolidWorks中建立彈性夾頭和鐘形殼的模型,進行裝配,然后導入ANSYSWorkbench中進行有限元分析。 (2) 參數設定:采用六面體單元劃分網格,最后生成的模型包含64048個單元,232690個節點。彈性夾頭參數如表2所示。 表2 彈性夾頭材料參數 (3) 約束和載荷的施加:在彈性夾頭的彈性部分均勻施加夾緊力2083N,選擇除彈性部分的桿作為固定支承。 具體的應力圖和變形圖如圖8和圖9所示。 圖8 彈性夾頭應力圖 圖9彈性夾頭變形圖 從圖中可以看出： 1.彈性夾頭的最大應力為5.76MPa,發生在彈性夾頭內側底部,滿足材料強度、剛度條件； 2.彈性夾頭的變形量最大為0.0129mm,發生在彈性夾頭的彈性部分頂部,變形量從大端到小端依次變小，這也驗證了有限元分析的正確有效性。 | 
發表于 2023-7-17 09:45:45
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