模版-hpc800加工中心夹具托盘夹紧活塞杆断裂分析及解决方案

HPC800 加工中心夹具托盘夹紧活塞杆断裂分析及解决方案东风有限商用车公司发动机厂 dci11摘 要：本文介绍了 HPC-800 加工中心定位锥座的工作原理，和故障现象，通过对故障原因的分析，找到故障真因，并通过对定位锥座内锁紧装置的结构性改造，杜绝了活塞杆及锁紧拉杆断裂的重复性故障。关键词：定位锥座 活塞杆 拉杆 强度、刚性 重发故障 机械改造一、概述：dCi11 缸体 2004 年从美国 MAG 进口了 5 台 HPC-800 加工中心，用于 dCi11 缸体 1 万辆产能的粗加工和精加工，该加工中心采用双工位旋转交换工作台，夹具托盘在 B 轴上采用 4 个锥座定位，4 个拉丁液压锁紧形式，每个拉丁承受来自系统 80bar 的液压压力，由于该加工中心承担了缸体 90%的机加工工艺，加工负荷大，特别是粗加工和进行插补加工时机床振动大，以及托盘夹紧活塞杆的设计强度及刚性不足等原因，造成其定位锥座内的夹紧活塞杆在螺纹连接处开裂、拉丁卡爪及活塞连接杆经常断裂，造成夹具托盘定位锥座漏油，夹具夹不紧，加工打刀，零件加工报废等故障及停工。更换夹紧活塞杆及拉丁卡爪时，进口备件昂贵，进口备件短缺，定位锥座的拆装修复时间长。该类故障已成为了制约该加工中心开动率的主要原因和主要故障，使得该机床成为产能提升的瓶颈设备。不是故障发生后将损坏的零部件简单更换，而是从根本上杜绝此类故障的重复发生，降低故障，提升产能，已显得极其迫切。为此我对夹具托盘定位锥座的故障原因进行分析后，对定位锥座内的夹紧爪与活塞的连接部分进行了结构性更改，彻底解决了该类故障。二、改进措施方案及实施：1、定位锥座结构及夹紧原理分析1.1 该定位锥座的外观图如下： 1.2 定位锥座内部结构原理图如下： 从定位锥座的结构原理图可知：定位锥座油缸内活塞的上下移动，通过与活塞的连接杆及夹紧卡爪带动托盘锁紧拉丁上下运动，定位锥座托盘锁紧拉丁托盘底部定位锥座安装在 B 轴上的托盘定位及夹紧锥座夹紧卡爪卡爪与活塞的连接杆夹紧油缸活塞从而实现夹具托盘的锁紧和松开。1.3 易损部件的说明：以下图片中显示了各部件损坏的具体部位活塞杆易开裂卡爪与活塞的连接杆易断裂2、故障原因分析：2.1 活塞的结构图如下：卡爪实物装配形式此卡爪易断裂74283113M22X1.5从活塞的结构图可以看出，活塞与活塞杆是整体设计连接，活塞杆螺纹连接部分的孔壁厚度只有不到 2.5mm。托盘夹紧时活塞的有效面积为：S= （74/2） 2-（28/2） 2=3683mm2=36.83cm2由于加工工艺及机床要求，夹具托盘夹紧时，夹具液压系统提供的系统压力为 80bar，全部加载在每个定位锥座的活塞上，则每个活塞的活塞杆上所承受的夹紧拉力为：F=80X36.83=2946Kg如此大的拉力承载在孔壁厚度只有不到 2.5mm 的活塞杆上，其强度和刚性都是不够的，此拉力是造成活塞杆开裂的主要原因，这种结构不能满足 dCi11 缸体加工工艺的要求。2.2 安装卡爪与活塞杆连接的拉杆结构图如下：465 15.5 9.5M22X1.5281213.7由于与拉杆连接的活塞杆容易开裂，导致连接杆在拉紧卡爪锁紧夹具托盘时的力量不是竖直向下的，又由于该拉杆的淬火硬度已达到HRC60-65，这样就容易使该拉杆从头部断裂。活塞与拉杆的简易装配图如下：742861由以上分析可知，超强拉力及活塞杆和拉杆的强度和刚性的不足是造成各部件断裂的主要原因，机床加工时的振动也是其断裂的原因之一。3、解决方案及具体改进措施3.1 通过以上分析，更改和优化活塞杆及拉杆的连接方式，将活塞杆及卡爪拉杆设计成整体结构后，再与活塞连接，以此来提高活塞杆及拉杆的抗拉强度、刚性，有效利用其已损坏的进口件，保证其优良材质，节约备件费用等是解决其故障的有效方法和途径。3.2 具体改进措施3.2.1 为了充分利用进口件的优良材质，对断裂后的活塞杆及活塞进行补充加工，得到所需要改进后的活塞，如下图：1374M24x1.51283.2.2 将拉杆及活塞杆设计成整体结构，具体结构图如下：在此设计中，采用的是普通的 45 钢材料，其热处理硬度为 HRC45-50，并且加大了螺纹的连接尺寸及活塞杆的有效长度。3.2.3 为了防止活塞杆与活塞之间的连接漏油，在连接处加装紫铜垫密封，如下图：3.2.4 活塞杆与活塞的装配图如下：1374 2861三、改进实施后的效果及效益：1、通过对该结构的改进实施后，再没有出现活塞杆、拉杆、卡爪等的断裂现象，彻底杜绝了该故障每月重复发生的现象，大幅度降低了该加工中心的故障率，保障了高产需求。2、未改进前，解决该故障的方法就是更换进口备件，但其进口备件的费用却相当昂贵，一个带活塞杆的活塞需要 1500 元，一个卡爪拉杆 500 元，一个卡爪 800 元，每年机床在该项上的备件消耗可高达 3 万元以上， 。通过改进后，对活塞部分重复利用，基本上可以不计成本，自制的活塞杆及拉杆整体件 其费用也不过 100 多元，因此每年每台在该项上可节约备件费用 3 万元，五台设备共可节约 15万以上，以此达到了降低成本和故障的双重效果。总结：一个机械结构应