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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 東風有限商用車公司發(fā)動機廠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，通過對故障原因的分析，找到故障真因，并通過對定位錐座內(nèi)鎖緊裝置的結構性改造，杜絕了活塞桿及鎖緊拉桿斷裂的重復性故障。 關鍵詞：定位錐座 活塞桿 拉桿 強度、剛性 重發(fā)故障 機械改造 一、概述： dCi11缸體2004年從美國MAG進口了5臺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交換工作臺，夾具托盤在B軸上采用4個錐座定位，4個拉丁液壓鎖緊形式，每個拉丁承受來自系統(tǒng)80bar的液壓壓力，由于該加工中心承擔了缸體90%的機加工工藝，加工負荷大，特別是粗加工和進行插補加工時機床振動大，以及托盤夾緊活塞桿的設計強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，零件加工報廢等故障及停工。更換夾緊活塞桿及拉丁卡爪時，進口備件昂貴，進口備件短缺，定位錐座的拆裝修復時間長。該類故障已成為了制約該加工中心開動率的主要原因和主要故障，使得該機床成為產(chǎn)能提升的瓶頸設備。不是故障發(fā)生后將損壞的零部件簡單更換，而是從根本上杜絕此類故障的重復發(fā)生，降低故障，提升產(chǎn)能，已顯得極其迫切。為此我對夾具托盤定位錐座的故障原因進行分析后，對定位錐座內(nèi)的夾緊爪與活塞的連接部分進行了結構性更改，徹底解決了該類故障。 二、改進措施方案及實施： 1、定位錐座結構及夾緊原理分析 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)部結構原理圖如下： 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 從定位錐座的結構原理圖可知：定位錐座油缸內(nèi)活塞的上下移動，通過與活塞的連接桿及夾緊卡爪帶動托盤鎖緊拉丁上下運動，從而實現(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 卡爪實物裝配形式 此卡爪易斷裂 2、故障原因分析： 2.1 活塞的結構圖如下： 從活塞的結構圖可以看出，活塞與活塞桿是整體設計連接，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 由于加工工藝及機床要求，夾具托盤夾緊時，夾具液壓系統(tǒng)提供的系統(tǒng)壓力為80bar，全部加載在每個定位錐座的活塞上，則每個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，這種結構不能滿足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構圖如下： 由于與拉桿連接的活塞桿容易開裂，導致連接桿在拉緊卡爪鎖緊夾具托盤時的力量不是豎直向下的，又由于該拉桿的淬火硬度已達到HRC60-65，這樣就容易使該拉桿從頭部斷裂。 活塞與拉桿的簡易裝配圖如下： 由以上分析可知，超強拉力及活塞桿和拉桿的強度和剛性的不足是造成各部件斷裂的主要原因，機床加工時的振動也是其斷裂的原因之一。 3、解決方案及具體改進措施 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計成整體結構后，再與活塞連接，以此來提高活塞桿及拉桿的抗拉強度、剛性，有效利用其已損壞的進口件，保證其優(yōu)良材質(zhì)，節(jié)約備件費用等是解決其故障的有效方法和途徑。 3.2 具體改進措施 3.2.1 為了充分利用進口件的優(yōu)良材質(zhì)，對斷裂后的活塞桿及活塞進行補充加工，得到所需要改進后的活塞，如下圖： 3.2.2 將拉桿及活塞桿設計成整體結構，具體結構圖如下： 在此設計中，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、改進實施后的效果及效益： 1、通過對該結構的改進實施后，再沒有出現(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、未改進前，解決該故障的方法就是更換進口備件，但其進口備件的費用卻相當昂貴，一個帶活塞桿的活塞需要1500元，一個卡爪拉桿500元，一個卡爪800元，每年機床在該項上的備件消耗可高達3萬元以上，。通過改進后，對活塞部分重復利用，基本上可以不計成本，自制的活塞桿及拉桿整體件 其費用也不過100多元，因此每年每臺在該項上可節(jié)約備件費用3萬元，五臺設備共可節(jié)約15萬以上，以此達到了降低成本和故障的雙重效果。 總結：一個機械結構應用的成功與否，要看它是否能滿足一種產(chǎn)品加工工藝個要求。對于重復故障的發(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，通過技術改造與革新，從根本上解決重發(fā)故障，是我們設備技術人員不但努力和追求的目標。 2010.11.20