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，通過對(duì)故障原因的分析，找到故障真因，并通過對(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。 1.3 易損部件的說明：以下圖片中顯示了各部件損壞的具體部位 活塞桿易開裂 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。 活塞與拉桿的簡(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)3萬元以上，。通過改進(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3萬元，五臺(tái)設(shè)備共可節(jié)約15萬以上，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