粉末冶金齿轮精整过程的自动定位机构设计.pdf

机械制造 潘彬彬， 等 粉末冶金齿轮精整过程的自动定位机构设计 粉末冶金 齿轮精整过程 的 自动定位机构设计 潘彬彬， 王冬硕 ， 申小平 南京理工大学 机械工程学院， 江苏 南京 2 1 0 0 9 4 J 摘要 提 出了简洁 的纯机械 式粉 末冶金齿轮精整 定位机 构。主要进行 自动 定位机 构的功能 设计和关键结构设计。设计方案结构简单， 定位精度高， 具有自动定位待加工齿轮的功能， 实 现 了齿轮精整加工的 自动化 ， 进 而提 高生产效率， 保障工人操作安全性 ， 降低人 工成本 。 关键词 粉末 冶金 ； 齿轮精整 ；自动定位 中图分类号 T H1 2 文献标志码 B 文章编号 1 6 7 1 5 2 7 6 2 0 1 2 0 6 0 0 1 2 0 2 De s i g n o f Fi ni s hi ng M e e ha n i s m o f Po wde r M e t a l l ur g y Ge a r P AN B i n b i n， W AN G D o n g s h u o ， S HE N Xi a o - p i n g D e p a r t me n t o f Me c h a n i c a l E n g i n e e r i n g， N a n j i n g U n iv e r s it y o f S c ie n c eT e c h n o lo g y ， N a n j i n g 2 1 0 0 9 4， C h i n a Abs t r a c t A s i mp l e p ur e l y me c ha n i c a l f inis h i n g p o wd e r me t a l l u r g y ge ar p o sit i o n i n g me c h an ism i s p r op o s e d i n t h e p a pe r ．Th e d e- s ig ns o f t h e au t o ma t i c p os it i o ning mec h a nis m a n d k e y s t r u c t u r e a r e p r oc ee d ed t o．Th e a u t o ma t ion o f t h e f inis h ma c hinin g g ea r is r e - a l iz e d in t he p o s itio n i n g s y s t e m an d t h e pr o du c t ion e ff i c i e n c y is i mp r o v e d b ec au s e o f it s s imple s t r u c t ur e a nd h i g h p r e c is i o n． Ke y wor ds po wde r me t a l l u r gy；g ea r f in i s h i n g；a u t o ma t ic p os it i o nin g 0 引言 粉末冶金法制造齿轮的工艺方法主要由模压成形一 烧结一后续处理等工序组成， 因而与传统的齿轮制造工艺 相比， 粉末冶金齿轮具有结构复杂、 材料利用率高、 尺寸一 致性好 、 耐磨性高、 低噪声等优点。绝大多数粉末冶金齿 轮的后续处理工序之一就是精整， 即将烧结后的齿轮送入 一 个形腔进行封闭式精整， 以进一步提高齿轮的精度、 降 低齿轮表面的粗糙度 、 改善齿轮表面的性能。由于齿轮种 类多， 且由若干个齿形组成， 难以定位。 目前， 国内外对 自动定位机构 的研究正处于起步阶 段 ， 齿轮自动定位的研究倾向于利用传感器以及机械手 臂 自动定位 ， 但加工效率处于较低阶段 ， 工业应用还不 成熟， 尤其是设备成本较高， 且通用性不强， 对于国内占 绝大部分的中小型企业无疑推广困难。所以 目前 国内 相当多的企业采用人工将齿轮坯送人模中精整 ， 无疑此 种方法生产效率低， 有一定的安全隐患 ， 人工成本也较 高。本文设计 的合理 的粉末冶金齿轮精整过程 的自动 定位机构能够实现机械式 自动定位齿轮的功能 ， 工业应 用前景广阔。 1 精整流程 流程 送料机构一定位机构一冲床精整一人库机构一 般的粉末冶金制造件精整过程大致分为四个步骤， 即定 ， 送料； 精整； 入库。对于一般的对称形零件， 自动化精整过 程很容易实现， 但对于齿轮这种结构复杂的零件， 精整的 各个环节难度都大大提高。本文设计的粉末冶金齿轮精 作者简介 潘彬彬 1 9 9 0 - ， 男， 江苏南通人 ， 本科 ， 专业 机电工程。 1 2 整机构， 送料机构均采用简单的直行送料方式， 入库则利 用送料运动的推力， 将精整完成的零件推入存货箱 中， 因 而定位机构成为本文设计的重点部分。 2 定位机构研究思路与设计方案 齿轮定位的关键是固定齿的位置， 为此定位机构必须 有齿形的标准位置 即精整时阴模齿形的方位 。当定位 机构定位待加工齿轮时， 标准位置约束齿轮的齿形方向， 使得待加工齿轮得以定位。本文设计的两种定位方法均 来源于对齿轮啮合原理的理解和运用。 2 ． 1 方案一 、 齿形块定位 图 1 待 加工 ／ 齿 轮 I 商 圆 减 齿轮块定位工作原理示意图 片 图 1 齿形块定位 h t t p ／ ／ Z Z H D ． c h i n a j o u r n a 1 ． n e t ． c n E - m a i l Z Z H D c h a in a j o u r n a 1 ． n e t ． c a 机械制造与自 动化 机械制造 潘彬彬， 等 粉末冶金齿轮精整过程的自动定位机构设计 a 组成部分 左右夹块、 左右挡板 固定 、 左右弹簧片、 螺钉。主 要工作部位为两夹块及对应的弹簧片。弹簧片的设计使 得两夹块有适当的左右移动量， 并能 自动复位以固定待加 工齿轮的相对位置。左右夹块 其中左夹块的夹持部分加 工成与待加工齿轮啮合的齿形 ， 且重合度需较大以便于准 确定位； 右夹块为光滑表面。两夹块设计成上侧高于下 侧 ， 防止送料时待加工齿轮因惯性而冲出夹块夹持范围， 下侧需加工较大的倒角圆， 以减小齿轮前推时与夹块边缘 挤压的阻力。将两挡板按照适合加工的距离固定在冲床 工作面上， 安装时需注意两夹块对夹中心需与阴模腔中心 对齐 ， 并使得无加工零件时， 上模冲下压时， 夹块不妨碍模 冲工作 ， 既不接触也不摩擦上冲头。 b 工作原理 不工作时， 两夹块与挡板在凸台处接触， 两夹块间距 离处于最小状态。当待加工齿轮经送料机构向里推进时， 待加工齿轮首先顶住两夹块的下边沿处 ， 并且左夹块的第 一 个齿抵住待加工齿轮的对应位置的齿； 当继续推进时， 待加工齿轮以左夹块的该齿为中心旋转， 在此过程中， 两 夹块继续向两侧移动， 右夹块较大的下轮廓边沿使得对齿 轮的挤压力较小 ， 从而保证齿轮能顺利旋转； 当齿轮旋转 到中心越过旋转中心齿时， 便能 自动滚人夹块夹持范围。 左夹块的齿形完成齿轮方位定位。滚入后， 由于初始安装 两挡板时距离稍大， 使得待加工齿轮并未受到两夹块的夹 持力 ， 在重力作用下， 竖直进入阴模腔， 等待精整。 C 配套机构 送料机构可采用直行送料方式 ， 沿着挡板将待加工齿 轮推入加工区域； 对应的入库机构， 则利用精整完毕后脱 模环节完成 ， 可利用上冲头直接将精整完的零件推出模 腔 ， 在此不多叙述。 2 ． 2 方案二、 三点卡齿式定位 图 2 a 组成部分 与待加工齿轮相同的齿轮三个 其 中一个固定在送 料机构上不转动、 两个能绕固定柱 自由旋转 、 弹簧及导 向部分。主要工作部位为三个定位齿轮以及弹簧滑块导 向部位。正常啮合时， 三定位齿轮的中心连线是一个大小 不变的三角形， 一次定位待加工齿轮的中心， 固定齿轮处 于静止不转动状态， 且齿形与阴模腔的齿形方位对应。 b 工作原理 不工作时， 自由齿轮在弹簧的作用下位于最左端， 使 得两自由齿轮间距离最小。当待加工齿轮从图示方位推 入时， 首先与两 自由齿轮啮合， 继续推进， 自由齿轮旋转， 齿轮 2同时向后退。当待加工齿轮前进到与固定齿轮啮 合时， 在弹簧力作用下， 待加工齿轮的位置被三个定位齿 轮固定， 推杆往回撤 ， 送料机构将待加工齿轮送至精整模 腔， 定位过程结束。 c 配套机构 送料机构可采用直行送料方式， 沿着挡板将待加工齿 Ma c h i n e B u i ld in g A u t o m a ti o n ， J u ． 2 0 1 2 ， 4 1 6 1 2～“ 图 2 三点卡齿式定位 轮推入加工区域； 对应的入库机构可直接利用送料机构的 送料运动将精整过零件推进存货箱子 ， 此时对应的脱模方 式应选择顶出脱模， 在此不多叙述。 3 结语 运用齿轮啮合原理， 采用待加工齿轮一样外形的齿轮 或齿形作为定位装置 ， 实现了机械式的自动定位 ， 结构简 单， 易于更换齿轮， 可以对不同大小的粉末冶金齿轮进行 精整定位； 与此配套的送料机构和入库机构较为简单 ， 节 约了开发成本； 彻底改变了人工定位操作的传统方式 ， 不 仅极大的提高了工作效率， 还改善工作条件， 保障了工人 工作的安全性。 参考文献 [ 1 ]成大先． 机械设计手册[ M] ． 北京 化学工业出版社， 1 9 9 7 ． [ 2 ]濮 良贵， 纪名 刚． 机械 设计 [ M] ． 北 京 高等教 育 出版 社 ． 2 0 0 1 ． [ 3 ]韩凤麟． 粉末冶金零件模具设计[ M] ． 北京 电子工业出版 社 ， 2 0 0 7 ． 收稿 日期 2 0 1 20 11 4 1 3