活塞環(huán)斜端面全自動磨床的設(shè)計
2017-3-9 來源：重慶理工大學(xué)機械工程學(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)斜端面全自動磨床的設(shè)計，該設(shè)計具有工件自動上下料、復(fù)合加工、自動對刀、自動理料的特點，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;自動化
活塞環(huán)在發(fā)動機中的工作環(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)運動所產(chǎn)生的機械負(fù)荷。如果活塞環(huán)在加工中存在尺寸誤差或者瑕疵，將會嚴(yán)重影響其工作甚至損壞發(fā)動機。
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，向上運動能有效布油，向下運動能有效刮油。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)動機上的優(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，為此我們設(shè)計了如圖 2 所示的活塞環(huán)斜端面全自動磨床，該機床主要由上下料滑臺、工件頭架、自動理料裝置和復(fù)合加工滑臺 4 大部件組成。
活塞環(huán)屬于薄壁小型零件，目前我國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)計中，我們將上料、夾裝、下料、理料全自動化，最大限度地減少人為因素造成的誤差同時大大降低勞動強度，提高了加工效率。
首先，由推料氣缸帶動分料收圓推桿將工件分料收圓并定于 V 形定位槽內(nèi)，然后送料氣缸推動送料滑臺，同時，頭架位移伺服電動機帶動工件頭架滑臺朝縱導(dǎo)軌方向移動。當(dāng)送料滑臺的上料板上的活塞環(huán)( 工件) 移動至與工件頭架上的工件定位裝置相對應(yīng)時，通過推拉氣缸帶動支撐板轉(zhuǎn)動，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。此時，上料翻轉(zhuǎn)氣缸推動上料板翻轉(zhuǎn)，當(dāng)工件與定位盤上的定位孔正對后，上料推環(huán)氣缸啟動，將工件推入定位盤上的定位孔內(nèi)。同時，電磁吸盤通電，將工件緊緊吸附在定位盤上，從而實現(xiàn)將工件安裝到工件頭架上并定。之后，上料板復(fù)位，送料氣缸帶動送料滑臺回到初始位置。
再次，位移伺服電動機帶動滾珠絲杠副推動復(fù)合加工滑臺移動，直至加工滑臺上的刀頭與工件的內(nèi)側(cè)面位置相對應(yīng)，這時，直線電動機推動刀頭，直至刀頭與工件內(nèi)側(cè)面接觸，通過工件頭架帶動工件轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)車削加工。車削過程中，頭架驅(qū)動電動機帶動軸管轉(zhuǎn)動，軸管帶動定位盤及工件轉(zhuǎn)動，同時，頭架位移伺服電動機帶動工件頭架滑臺微量移動，從而完成工件斜端面的車削加工。車削加工完成后，位移伺服電動機通過滾珠絲杠副繼續(xù)推動復(fù)合加工滑臺移動，直至砂輪與工件端面接觸后，通過磨削電動機帶動砂輪轉(zhuǎn)動，同時由于工件頭架帶動工件轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)工件斜端面的磨削加工。加工完成后，復(fù)合加工滑臺回位。
最后，送料滑臺重新上料后朝復(fù)合加工臺方向移動，當(dāng)下料桿與工件正對時，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)氣缸帶動下料桿轉(zhuǎn)動，當(dāng)下料桿套有工件的一端進(jìn)入導(dǎo)向桿上的通槽時，工件滑入導(dǎo)向桿，并通過導(dǎo)向桿的導(dǎo)向移動至理料桿和存料桿上。此時，理料桿在理料電動機的帶動下轉(zhuǎn)動，使工件的缺口與理料桿正對，進(jìn)而使工件從理料桿上落下，僅套在存料桿上，并沿存料桿移動至存料桿的另一端，實現(xiàn)工件的理料。而同時，上料板上的工件在送料滑臺的帶動下，其位置與工件頭架的工件定位裝置相對應(yīng)。
重復(fù)上述過程，實現(xiàn)工件斜端面的連續(xù)自動加工。
2.自動上下料滑臺
由于工件是薄壁件且加工要求快速有效，所以進(jìn)行自動上料裝置的設(shè)計是非常必要的。如圖 3 所示通過 V 形槽與分料收圓推桿將由料筒落下的工件收圓于工裝夾具中并由上料滑臺送至上料工位，90°垂直翻轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn) 90°，斜度旋轉(zhuǎn)臺旋轉(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)臺和斜度旋轉(zhuǎn)臺的旋轉(zhuǎn)運動都是通過氣缸驅(qū)動，死擋定位，快捷可靠。工件加工完成后將上下料滑臺送至下料工位，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
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砂輪的壽命。采用直線電動機驅(qū)動車刀，利用傳感器測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)為同型號批量大規(guī)模生產(chǎn)，所以頭架的角度調(diào)整設(shè)計為手動調(diào)節(jié)，在滿足需求的前提下最大程度地降低成本。
本設(shè)計通過滑臺底座上的軸與頭架箱體上的孔來實現(xiàn)頭架的旋轉(zhuǎn)和定位，并經(jīng) 4 根拉緊螺栓來實現(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
本機床能夠完成一組梯形活塞環(huán)的全自動上下料及數(shù)控加工，并有著較高的可靠性。將工件的上下料和檢測、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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