摩托车发动机凸轮轴外圆磨床夹具的改进.docx

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1、摩托车发动机凸轮轴外圆磨床夹具的改进本文主要分析了摩托车发动机的凸轮轴磨削工艺，找出原夹具在设计上对不同机型生产存在着局限性， 且原夹具加工难度大、精度要求高。本文提出改进夹具的夹紧定位方式，统合了加工不同机型的夹具，实现了提高机型切换效率和降低制造成本的目的。社会发展日益要求环保，五羊一本田摩托(广州)有限公司始终致力于增加产品科技含量，促进摩托车行业品质的提高，使事业与世界环境共同发展。通过技术攻关和创新、开发环保产品，生产的摩托车在2005年满足了欧洲2号排放标准，2006年又推出国内第一款集欧排放标准、电喷、水冷于一身的新产品，在2009年该车型成为国内第一款取得国家全项许可(公告、环

2、保以及3c)的国III车型。2010年更是采用领先的电喷技术、发动机上的核心二号技术及OTR技术，并采用触媒对应排放污染物控制，以符合国家新出台的国III排放环保法规要求，于7月份共推出十款达到国III排放标准的新产品。直至2013年，五羊本田每年都会推出十款以上的新产品到国内以及海外市场，新产品的诞生，发动机中的凸轮轴组件也因应发生设变。 我司有两条凸轮轴生产线，通过更换工装、夹具实现全机型凸轮轴总成的加工。新产品的导人，必须配置相适宜的工装夹具，而现代的生产是讲求效率和成本的，本文叙述的是通过改进凸轮轴的外圆磨床夹具，以最少的投入实现新产品的生产和快速的加工机型切换。 凸轮轴磨床工序工艺分

3、析 目前，我司采用一台外圆磨床一次同时加工凸轮轴全部轴径。该工艺特点，一次定位完成所有轴径的精加工，加工精度高，投资少，仅需要一台设备。 我们知道，实现机械加工的工装夹具关键因素是定位与夹紧。对于轴类零件，一般以中心孔定位，相对比较简单，且容易实现。至于夹紧，则根据零件、工艺的特点，采取适当的夹紧方式实现加工。凸轮轴也是轴类零件，也以中心孔定位的。夹紧机构则根据加工零件的结构不同，分有两种类型。一类是以KZL为代表的，利用工件端面的键槽，夹具采用棘子与键槽配合，顶尖夹紧，驱动工件旋转实现磨削（以下简称：棘子驱动顶尖夹紧）。另一类是以KVJ为代表，利用工件端面的油孔，采用涨芯夹具夹紧油孔内壁驱动

4、工件旋转，然后顶尖夹紧，实现磨削（以下简称：涨芯驱动顶尖夹紧）。两类夹紧方式如图2所示。 原夹具的分析以及问题的提出 “棘子驱动顶尖夹紧”与“涨芯驱动顶尖夹紧”，两种驱动夹紧方式完全不同。棘子驱动夹具简单，驱动元件与夹紧部件分离，即顶尖与棘子分离，制作成本低，安装调整也方便、快捷。而涨芯驱动夹具复杂，驱动元件与夹紧部件合为一体，结构复杂，制作精度要求高，目前均从日本进口，每套涨芯夹具约3万元，使用成本相当昂贵。涨芯夹具安装调整也较复杂，特别是，两种夹具切换时，耗时长达60分钟以上。 而目前我司两条凸轮轴生产线的节拍35秒/件，要求机型切换时间30分钟。凸轮轴磨多级外圆工序的机型切换时间长达60

5、分钟以上，是整条生产线耗时最长的，其中，切换砂轮25分钟，切换工装夹具35分钟，严重影响生产线的效率。 目前，摩托车市场竞争越加激烈，生产机型越来越多，导致生产机型切换更加频繁。虽然我司历经多年的FOG（生产能力提升活动）推进，本工序机型切换时间长的问题依然没解决，已成为抑制整条生产线生产能力的瓶颈。 新夹具的构思 我们知道，磨削外圆时，作用于工件和砂轮上的磨削力可以分解为相互垂直的三个分力，即沿砂轮切向的切向磨削力Ft，沿砂轮径向的法向磨削力Fn，以及沿砂轮轴向的轴向磨削力Fa。在外圆磨削过程中，工装夹具的驱动夹紧力主要克服切向磨削力，驱使工件旋转实现磨削。当切向磨削力大于驱动夹紧力时，工件

6、会出现打滑甚至脱离夹具的情况。因此，我们有个大胆的假设：能否通过头架顶尖上“磨削法向磨削力”和“尾座顶尖推力”，使头架顶尖与工件产生的摩擦力克服切向磨削力，驱动工件旋转的，实现磨削。统合两种夹具为两顶尖驱动夹紧（其中一顶尖为活动顶尖），实现机型切换时间中的工装夹具切换时间为零。 根据工艺夹具设计要求，精加工过程中，一般夹具安全系数为1.52.0，即尾座顶尖总推力应大于72.6N，磨削夹紧力才是充足的、安全的。 我司使用进口日本丰田工机GL5P-32型外圆磨床磨削凸轮轴各级轴径，其尾座顶尖工作推力由弹簧控制，且其弹簧力可调。丰田工机GL5P-32型外圆磨床尾座顶尖弹簧力：MIN 245N，MAX

7、 1076N。因此，设备的尾座顶尖推力永大于假设所需安全值。所以，假设是可以实现的。 新工艺验证： 根据以上分析论证，将设备尾座固定顶尖变更为回转顶尖，尾座顶尖推力设定为设备最小值245N。对以下两组磨削参数进行试验。 实际验证结果也证明：我们的假设是可行的。 新夹具投入使用的效果 新驱动夹具全面实施后，检测产品加工精度CP值均与原工艺一致，均达1.33以上。项目实施后，跟踪回转顶尖使用寿命均长达14个月以上，满足我们预定寿命1年（或加工35万件）以上。 新驱动夹具：取消了专用的夹紧驱动装置，两类不同结构的凸轮轴统一由两顶尖定位兼驱动夹紧，各机种工装简单、统一，机型切换方便快捷，由于统合了两种夹具，机型切换时间中的工装夹具切换时间变为零，总的时间由原来60分钟以上缩短至30分钟以内，大大的提升了生产线的生产效率。 现在社会发展日新月异，产品更新换代越来越快。企业的生产制造模式越来越多是以小批量多品种，以适应市场的需求。多品种小批量的生产模式，换型效率越来越受到关注。利用项目成果，可以进一步简化传统外圆磨削工艺的工装，统一由两顶尖定位兼驱动夹紧，大大缩短了新产品的生产准备周期，提高产品的生产切换效率。