摩托車發(fā)動(dòng)機(jī)凸輪軸外圓磨床夾具的改進(jìn)

 本文主要分析了摩托車發(fā)動(dòng)機(jī)的凸輪軸磨削工藝，找出原夾具在設(shè)計(jì)上對不同機(jī)型生產(chǎn)存在著局限性， 且原夾具加工難度大、精度要求高。本文提出改進(jìn)夾具的夾緊定位方式，統(tǒng)合了加工不同機(jī)型的夾具，實(shí)現(xiàn)了提高機(jī)型切換效率和降低制造成本的目的。
    社會(huì)發(fā)展日益要求環(huán)保，五羊一本田摩托(廣州)有限公司始終致力于增加產(chǎn)品科技含量，促進(jìn)摩托車行業(yè)品質(zhì)的提高，使事業(yè)與世界環(huán)境共同發(fā)展。通過技術(shù)攻關(guān)和創(chuàng)新、開發(fā)環(huán)保產(chǎn)品，生產(chǎn)的摩托車在2005年滿足了歐洲2號排放標(biāo)準(zhǔn)，2006年又推出國內(nèi)第一款集歐Ⅲ排放標(biāo)準(zhǔn)、電噴、水冷于一身的新產(chǎn)品，在2009年該車型成為國內(nèi)第一款取得國家全項(xiàng)許可(公告、環(huán)保以及3c)的國III車型。2010年更是采用領(lǐng)先的電噴技術(shù)、發(fā)動(dòng)機(jī)上的核心二號技術(shù)及OTR技術(shù)，并采用觸媒對應(yīng)排放污染物控制，以符合國家新出臺(tái)的國III排放環(huán)保法規(guī)要求，于7月份共推出十款達(dá)到國III排放標(biāo)準(zhǔn)的新產(chǎn)品。直至2013年，五羊—本田每年都會(huì)推出十款以上的新產(chǎn)品到國內(nèi)以及海外市場，新產(chǎn)品的誕生，發(fā)動(dòng)機(jī)中的凸輪軸組件也因應(yīng)發(fā)生設(shè)變。
    我司有兩條凸輪軸生產(chǎn)線，通過更換工裝、夾具實(shí)現(xiàn)全機(jī)型凸輪軸總成的加工。新產(chǎn)品的導(dǎo)人，必須配置相適宜的工裝夾具，而現(xiàn)代的生產(chǎn)是講求效率和成本的，本文敘述的是通過改進(jìn)凸輪軸的外圓磨床夾具，以最少的投入實(shí)現(xiàn)新產(chǎn)品的生產(chǎn)和快速的加工機(jī)型切換。
    凸輪軸磨床工序工藝分析
    目前，我司采用一臺(tái)外圓磨床一次同時(shí)加工凸輪軸全部軸徑。該工藝特點(diǎn)，一次定位完成所有軸徑的精加工，加工精度高，投資少，僅需要一臺(tái)設(shè)備。
    我們知道，實(shí)現(xiàn)機(jī)械加工的工裝夾具關(guān)鍵因素是定位與夾緊。對于軸類零件，一般以中心孔定位，相對比較簡單，且容易實(shí)現(xiàn)。至于夾緊，則根據(jù)零件、工藝的特點(diǎn)，采取適當(dāng)?shù)膴A緊方式實(shí)現(xiàn)加工。凸輪軸也是軸類零件，也以中心孔定位的。夾緊機(jī)構(gòu)則根據(jù)加工零件的結(jié)構(gòu)不同，分有兩種類型。一類是以KZL為代表的，利用工件端面的鍵槽，夾具采用棘子與鍵槽配合，頂尖夾緊，驅(qū)動(dòng)工件旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)磨削（以下簡稱：棘子驅(qū)動(dòng)頂尖夾緊）。另一類是以KVJ為代表，利用工件端面的油孔，采用漲芯夾具夾緊油孔內(nèi)壁驅(qū)動(dòng)工件旋轉(zhuǎn)，然后頂尖夾緊，實(shí)現(xiàn)磨削（以下簡稱：漲芯驅(qū)動(dòng)頂尖夾緊）。兩類夾緊方式如圖2所示。
    原夾具的分析以及問題的提出
    “棘子驅(qū)動(dòng)頂尖夾緊”與“漲芯驅(qū)動(dòng)頂尖夾緊”，兩種驅(qū)動(dòng)夾緊方式完全不同。棘子驅(qū)動(dòng)夾具簡單，驅(qū)動(dòng)元件與夾緊部件分離，即頂尖與棘子分離，制作成本低，安裝調(diào)整也方便、快捷。而漲芯驅(qū)動(dòng)夾具復(fù)雜，驅(qū)動(dòng)元件與夾緊部件合為一體，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制作精度要求高，目前均從日本進(jìn)口，每套漲芯夾具約3萬元，使用成本相當(dāng)昂貴。漲芯夾具安裝調(diào)整也較復(fù)雜，特別是，兩種夾具切換時(shí)，耗時(shí)長達(dá)60分鐘以上。
    而目前我司兩條凸輪軸生產(chǎn)線的節(jié)拍35秒/件，要求機(jī)型切換時(shí)間30分鐘。凸輪軸磨多級外圓工序的機(jī)型切換時(shí)間長達(dá)60分鐘以上，是整條生產(chǎn)線耗時(shí)最長的，其中，切換砂輪25分鐘，切換工裝夾具35分鐘，嚴(yán)重影響生產(chǎn)線的效率。
    目前，摩托車市場競爭越加激烈，生產(chǎn)機(jī)型越來越多，導(dǎo)致生產(chǎn)機(jī)型切換更加頻繁。雖然我司歷經(jīng)多年的FOG（生產(chǎn)能力提升活動(dòng)）推進(jìn)，本工序機(jī)型切換時(shí)間長的問題依然沒解決，已成為抑制整條生產(chǎn)線生產(chǎn)能力的瓶頸。
    新夾具的構(gòu)思
    我們知道，磨削外圓時(shí)，作用于工件和砂輪上的磨削力可以分解為相互垂直的三個(gè)分力，即沿砂輪切向的切向磨削力F_t，沿砂輪徑向的法向磨削力F_n，以及沿砂輪軸向的軸向磨削力F_a。在外圓磨削過程中，工裝夾具的驅(qū)動(dòng)夾緊力主要克服切向磨削力，驅(qū)使工件旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)磨削。當(dāng)切向磨削力大于驅(qū)動(dòng)夾緊力時(shí)，工件會(huì)出現(xiàn)打滑甚至脫離夾具的情況。
因此，我們有個(gè)大膽的假設(shè)：能否通過頭架頂尖上“磨削法向磨削力”和“尾座頂尖推力”，使頭架頂尖與工件產(chǎn)生的摩擦力克服切向磨削力，驅(qū)動(dòng)工件旋轉(zhuǎn)的，實(shí)現(xiàn)磨削。統(tǒng)合兩種夾具為兩頂尖驅(qū)動(dòng)夾緊（其中一頂尖為活動(dòng)頂尖），實(shí)現(xiàn)機(jī)型切換時(shí)間中的工裝夾具切換時(shí)間為零。
    根據(jù)工藝夾具設(shè)計(jì)要求，精加工過程中，一般夾具安全系數(shù)為1.5～2.0，即尾座頂尖總推力應(yīng)大于72.6N，磨削夾緊力才是充足的、安全的。
    我司使用進(jìn)口日本豐田工機(jī)GL5PⅡ-32型外圓磨床磨削凸輪軸各級軸徑，其尾座頂尖工作推力由彈簧控制，且其彈簧力可調(diào)。豐田工機(jī)GL5PⅡ-32型外圓磨床尾座頂尖彈簧力：MIN 245N，MAX 1076N。因此，設(shè)備的尾座頂尖推力永大于假設(shè)所需安全值。所以，假設(shè)是可以實(shí)現(xiàn)的。
    新工藝驗(yàn)證：
    根據(jù)以上分析論證，將設(shè)備尾座固定頂尖變更為回轉(zhuǎn)頂尖，尾座頂尖推力設(shè)定為設(shè)備最小值245N。對以下兩組磨削參數(shù)進(jìn)行試驗(yàn)。
    實(shí)際驗(yàn)證結(jié)果也證明：我們的假設(shè)是可行的。
    新夾具投入使用的效果
    新驅(qū)動(dòng)夾具全面實(shí)施后，檢測產(chǎn)品加工精度CP值均與原工藝一致，均達(dá)1.33以上。項(xiàng)目實(shí)施后，跟蹤回轉(zhuǎn)頂尖使用壽命均長達(dá)14個(gè)月以上，滿足我們預(yù)定壽命1年（或加工35萬件）以上。
    新驅(qū)動(dòng)夾具：取消了專用的夾緊驅(qū)動(dòng)裝置，兩類不同結(jié)構(gòu)的凸輪軸統(tǒng)一由兩頂尖定位兼驅(qū)動(dòng)夾緊，各機(jī)種工裝簡單、統(tǒng)一，機(jī)型切換方便快捷，由于統(tǒng)合了兩種夾具，機(jī)型切換時(shí)間中的工裝夾具切換時(shí)間變?yōu)榱?，總的時(shí)間由原來60分鐘以上縮短至30分鐘以內(nèi)，大大的提升了生產(chǎn)線的生產(chǎn)效率。

    現(xiàn)在社會(huì)發(fā)展日新月異，產(chǎn)品更新?lián)Q代越來越快。企業(yè)的生產(chǎn)制造模式越來越多是以小批量多品種，以適應(yīng)市場的需求。多品種小批量的生產(chǎn)模式，換型效率越來越受到關(guān)注。利用項(xiàng)目成果，可以進(jìn)一步簡化傳統(tǒng)外圓磨削工藝的工裝，統(tǒng)一由兩頂尖定位兼驅(qū)動(dòng)夾緊，大大縮短了新產(chǎn)品的生產(chǎn)準(zhǔn)備周期，提高產(chǎn)品的生產(chǎn)切換效率。