模版-HPC800加工中心夾具托盤夾緊活塞桿斷裂分析及解決方案.doc

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HPC800加工中心夾具托盤夾緊活塞桿斷裂分析及解決方案東風(fēng)有限商用車公司發(fā)動(dòng)機(jī)廠dci11摘 要：本文介紹了HPC-800加工中心定位錐座的工作原理，和故障現(xiàn)象，通過(guò)對(duì)故障原因的分析，找到故障真因，并通過(guò)對(duì)定位錐座內(nèi)鎖緊裝置的結(jié)構(gòu)性改造，杜絕了活塞桿及鎖緊拉桿斷裂的重復(fù)性故障。關(guān)鍵詞：定位錐座 活塞桿 拉桿 強(qiáng)度、剛性 重發(fā)故障 機(jī)械改造一、概述：dCi11缸體2004年從美國(guó)MAG進(jìn)口了5臺(tái)HPC-800加工中心，用于dCi11缸體1萬(wàn)輛產(chǎn)能的粗加工和精加工，該加工中心采用雙工位旋轉(zhuǎn)交換工作臺(tái)，夾具托盤在B軸上采用4個(gè)錐座定位，4個(gè)拉丁液壓鎖緊形式，每個(gè)拉丁承受來(lái)自系統(tǒng)80bar的液壓壓力，由于該加工中心承擔(dān)了缸體90%的機(jī)加工工藝，加工負(fù)荷大，特別是粗加工和進(jìn)行插補(bǔ)加工時(shí)機(jī)床振動(dòng)大，以及托盤夾緊活塞桿的設(shè)計(jì)強(qiáng)度及剛性不足等原因，造成其定位錐座內(nèi)的夾緊活塞桿在螺紋連接處開(kāi)裂、拉丁卡爪及活塞連接桿經(jīng)常斷裂，造成夾具托盤定位錐座漏油，夾具夾不緊，加工打刀，零件加工報(bào)廢等故障及停工。更換夾緊活塞桿及拉丁卡爪時(shí)，進(jìn)口備件昂貴，進(jìn)口備件短缺，定位錐座的拆裝修復(fù)時(shí)間長(zhǎng)。該類故障已成為了制約該加工中心開(kāi)動(dòng)率的主要原因和主要故障，使得該機(jī)床成為產(chǎn)能提升的瓶頸設(shè)備。不是故障發(fā)生后將損壞的零部件簡(jiǎn)單更換，而是從根本上杜絕此類故障的重復(fù)發(fā)生，降低故障，提升產(chǎn)能，已顯得極其迫切。為此我對(duì)夾具托盤定位錐座的故障原因進(jìn)行分析后，對(duì)定位錐座內(nèi)的夾緊爪與活塞的連接部分進(jìn)行了結(jié)構(gòu)性更改，徹底解決了該類故障。二、改進(jìn)措施方案及實(shí)施：1、定位錐座結(jié)構(gòu)及夾緊原理分析1.1該定位錐座的外觀圖如下： 定位錐座1.2 定位錐座內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理圖如下： 夾緊油缸活塞卡爪與活塞的連接桿夾緊卡爪安裝在B軸上的托盤定位及夾緊錐座托盤底部定位錐座托盤鎖緊拉丁從定位錐座的結(jié)構(gòu)原理圖可知：定位錐座油缸內(nèi)活塞的上下移動(dòng)，通過(guò)與活塞的連接桿及夾緊卡爪帶動(dòng)托盤鎖緊拉丁上下運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)夾具托盤的鎖緊和松開(kāi)。1.3 易損部件的說(shuō)明：以下圖片中顯示了各部件損壞的具體部位活塞桿易開(kāi)裂卡爪與活塞的連接桿易斷裂卡爪實(shí)物裝配形式 此卡爪易斷裂2、故障原因分析：2.1 活塞的結(jié)構(gòu)圖如下：從活塞的結(jié)構(gòu)圖可以看出，活塞與活塞桿是整體設(shè)計(jì)連接，活塞桿螺紋連接部分的孔壁厚度只有不到2.5mm。托盤夾緊時(shí)活塞的有效面積為：S=（74/2）2-（28/2）2=3683mm2=36.83cm2由于加工工藝及機(jī)床要求，夾具托盤夾緊時(shí)，夾具液壓系統(tǒng)提供的系統(tǒng)壓力為80bar，全部加載在每個(gè)定位錐座的活塞上，則每個(gè)活塞的活塞桿上所承受的夾緊拉力為：F=80X36.83=2946Kg如此大的拉力承載在孔壁厚度只有不到2.5mm的活塞桿上，其強(qiáng)度和剛性都是不夠的，此拉力是造成活塞桿開(kāi)裂的主要原因，這種結(jié)構(gòu)不能滿足dCi11缸體加工工藝的要求。2.2 安裝卡爪與活塞桿連接的拉桿結(jié)構(gòu)圖如下：由于與拉桿連接的活塞桿容易開(kāi)裂，導(dǎo)致連接桿在拉緊卡爪鎖緊夾具托盤時(shí)的力量不是豎直向下的，又由于該拉桿的淬火硬度已達(dá)到HRC60-65，這樣就容易使該拉桿從頭部斷裂?；钊c拉桿的簡(jiǎn)易裝配圖如下：由以上分析可知，超強(qiáng)拉力及活塞桿和拉桿的強(qiáng)度和剛性的不足是造成各部件斷裂的主要原因，機(jī)床加工時(shí)的振動(dòng)也是其斷裂的原因之一。3、解決方案及具體改進(jìn)措施3.1 通過(guò)以上分析，更改和優(yōu)化活塞桿及拉桿的連接方式，將活塞桿及卡爪拉桿設(shè)計(jì)成整體結(jié)構(gòu)后，再與活塞連接，以此來(lái)提高活塞桿及拉桿的抗拉強(qiáng)度、剛性，有效利用其已損壞的進(jìn)口件，保證其優(yōu)良材質(zhì)，節(jié)約備件費(fèi)用等是解決其故障的有效方法和途徑。3.2 具體改進(jìn)措施3.2.1 為了充分利用進(jìn)口件的優(yōu)良材質(zhì)，對(duì)斷裂后的活塞桿及活塞進(jìn)行補(bǔ)充加工，得到所需要改進(jìn)后的活塞，如下圖：3.2.2 將拉桿及活塞桿設(shè)計(jì)成整體結(jié)構(gòu)，具體結(jié)構(gòu)圖如下：在此設(shè)計(jì)中，采用的是普通的45鋼材料，其熱處理硬度為HRC45-50，并且加大了螺紋的連接尺寸及活塞桿的有效長(zhǎng)度。3.2.3 為了防止活塞桿與活塞之間的連接漏油，在連接處加裝紫銅墊密封，如下圖：3.2.4 活塞桿與活塞的裝配圖如下：三、改進(jìn)實(shí)施后的效果及效益：1、通過(guò)對(duì)該結(jié)構(gòu)的改進(jìn)實(shí)施后，再?zèng)]有出現(xiàn)活塞桿、拉桿、卡爪等的斷裂現(xiàn)象，徹底杜絕了該故障每月重復(fù)發(fā)生的現(xiàn)象，大幅度降低了該加工中心的故障率，保障了高產(chǎn)需求。2、未改進(jìn)前，解決該故障的方法就是更換進(jìn)口備件，但其進(jìn)口備件的費(fèi)用卻相當(dāng)昂貴，一個(gè)帶活塞桿的活塞需要1500元，一個(gè)卡爪拉桿500元，一個(gè)卡爪800元，每年機(jī)床在該項(xiàng)上的備件消耗可高達(dá)3萬(wàn)元以上，。通過(guò)改進(jìn)后，對(duì)活塞部分重復(fù)利用，基本上可以不計(jì)成本，自制的活塞桿及拉桿整體件 其費(fèi)用也不過(guò)100多元，因此每年每臺(tái)在該項(xiàng)上可節(jié)約備件費(fèi)用3萬(wàn)元，五臺(tái)設(shè)備共可節(jié)約15萬(wàn)以上，以此達(dá)到了降低成本和故障的雙重效果。總結(jié)：一個(gè)機(jī)械結(jié)構(gòu)應(yīng)用的成功與否，要看它是否能滿足一種產(chǎn)品加工工藝個(gè)要求。對(duì)于重復(fù)故障的發(fā)生，我們不能頭痛醫(yī)頭，腳痛醫(yī)腳，如何找到故障的真因，通過(guò)技術(shù)改造與革新，從根本上解決重發(fā)故障，是我們?cè)O(shè)備技術(shù)人員不但努力和追求的目標(biāo)。 2010.11.20