电饭煲陶瓷内胆球面磨床夹具设计分析

文章编号:1000-2278(2001)02-0095-04

电饭煲陶瓷内胆球面磨床夹具设计分析

郭 立 刘建成 张柏清

(景德镇陶瓷学院)

摘 要

本文通过对电饭煲陶瓷内胆底部球面加工用夹具进行改进设计,减少了定位误差,较好地满足了加工的需要,解决了电饭煲陶瓷内胆的加工质量问题。

关键词 陶瓷制品,夹具设计,定位误差中图法分类号:TQ174.6 文献标识码:A

ANALYSIS OF THE DESIGN OF THE JIG IN THE CERAMIC PRODUCTS

SPHERICAL -SURFACE -GRINDING MACHINE

Guo Li Liu Jiancheng Zhang Baiqing

(Jingdezhen Ceramic Institute)

Abstract

This paper improves on the design of the jig applying in grinding the spherical surface of ceramic liner of the electric cooker,and the design reduces the locating fallibility,meets the e xpectation of the manufacture,answers the question of product quality.

Keywords ceramic products,jig-designing,locating fallibilit

1 前 言

电饭煲是大众的必需日用品,目前市场上的电饭煲内胆主要采用铝合金材料。铝合金材料具有质量轻、热传导性好等优点,采用各种涂附技术后还能不粘锅。但由于机械作用易使涂附的化学材料或铝元素进入人体,对人体健康造成危害。如将陶瓷内胆应用于电饭煲中取代普通的铝胆,可克服铝胆易粘底、不易涮洗、铝元素对人体有害等一系列缺点。毫无疑问,这将是具有广阔市场前景的一项技术。但陶瓷制品须经成

形烧结过程,变形非常大,产品的尺寸、形状精度很低,为此,陶瓷内胆必须进行深加工后才能更好地被利用。目前仅有平面和回转面的磨削加工设备。为此,我们

研究设计了陶瓷内胆的球面磨削机和一套专用夹具,现已制造出样机。

耐热陶瓷内胆形状如图1所示,其在电饭煲中的工作状态如图2所示,底部为导热区,为确保锅中米饭均匀受热,不致于出现一边生米一边熟饭的现象,要求对底部球面进行加工,使各处壁厚均匀,底部球面与传热铁配合良好。由于陶瓷制品质硬而脆,且尺寸、形状精度很低,因此,与通常的金属零件加工相比,在加工

收稿日期:2001-03-05

作者简介:郭 立,景德镇陶瓷学院机械电子工程系副教授,333001

第22卷第2期

2001年6月

陶瓷学报

JOURNAL OF CE RAMICS

Vol.22,No.2June.2001

图1 电饭煲陶瓷内胆 图2 陶瓷内胆在电饭煲中状态 Fig.1 Ceramic liner of the electric cooker Fig.2 The status of the ceramic liner

陶瓷内胆过程中主要存在以下几个问题:(1)受力不均匀;(2)夹紧力不能太大,又能克服加工中的切削力;(3)毛坯的尺寸、形状、位置偏差较大。为解决上述问题,需设计专用夹具。

2 试验机上的夹具

试验机上专用夹具结构如图3所示。夹具采用自动定心装置,由一个短圆锥3加一个圆球面4实现定位,限制了工件的X

、Y

、Z

、X 、Y 五个自由度,满足了加工的定位要求。操作时由操作工人将陶瓷内胆按压在圆球面4上,并通过短圆锥面3实现定心,然后一手按住工件2,一手旋转锁紧螺母6,

锁紧螺母6通过螺纹产生移动,作用于三个压紧块5上,三个压紧块5在压紧力的作用下绕自身的支点旋转压紧陶瓷工件,为防止螺纹在加工中松开,采用了细牙螺纹。为了避免陶瓷工件受刚性力作用而破损,同时也是为了保证三个

1.电饭煲陶瓷内胆加工余量部分;

2.电饭煲陶瓷内胆工件;

3.主轴上的定心用圆锥面;

4.定位平面;

5.压紧块;

6.锁紧螺母;

7.主轴;

8.轴承

图3 改进前夹具结构图

Fi g.3 The jig structure before improvement

压紧块能同时压紧陶瓷工件,不受陶瓷工件毛坯的圆度误差的影响,在夹具的圆环定位面上、三个压紧块的压紧面上各粘贴了一块等厚度的橡胶,在圆锥定位面上也粘贴了一圈橡胶板。

该夹具经使用后发现,还存在一些缺陷:(1)由于底面与定位端面不平行,导致加工后锅底厚度不均,影响导热的均匀性;(2)工件轴向高度误差较大,直接影响了工件的轴向加工精度,从而导致一批工件底部厚薄不等,影响了电饭煲质量的一致性;(3)如果工件毛坯变形较大,由于压紧机构是刚性结构,不具有浮动性,出现三个压紧块不均匀夹紧现象,压得过紧又易夹破;(4)该夹具操作不方便,要一手托按住工件,一手转动螺母,操作很不方便,工人劳动强度也大,而且操作之前还必须将机床主轴制动,导致机床结构复杂化。

3 夹具改进设计及分析

针对上述夹具存在的问题,我们对夹具做了较大的改进。改进后的夹具如图4所示,从方案上来讲,改进后的夹具结构明显复杂了,但其在定位精度、夹紧可靠性、操作的方便性方面明显优于前者。3.1 定位精度比较高

三个轴向定位元件3与陶瓷工件内底部球面贴

合,限制了工件的Z

、X 、Y 三个自由度,三个径向定位元件5在锥面心轴4的作用下同步张开,限制了工件

的X

、Y

二个自由度,确保陶瓷工件与机床主轴同心。

如不考虑夹具的制造误差因素,则工件的径向定位误差

J = X

(1)

轴向定位误差

Z =0

(2)

式中, Z 为工件的轴向定位误差, J 为工件的径向定

位误差, X 为定位圆柱面的形状公差值。

在同样条件(工件毛坯精度一样,劳动条件一样,工人技术水平一样)下,试验机上的夹具定位误差为:

!

Z = !

Z1+ !

Z2+ !

Z 3(3) !

J = !

J1+ !

J2+ !

J3

(4)

其中, !Z1是由于定位圆柱面尺寸变化引起的轴向定位误差,如图5所示,其误差值为:

!Z1=

12 Z J ctg 2

(5)式中, ZJ 为工件定位圆柱面的直径公差值; 为夹具

定位圆锥面的锥角, !

Z2是当制品的定位端面与内底面

有平行度误差时引起的夹具的轴向定位误差,如图6所示,其误差值为:

!Z2= P

(6)式中, P 为定位端面与内底面平行度误差。

!Z3为工件毛坯的定位圆柱面有形状误差(

如图7

所示)时,且理想尺寸小于或等于夹具定位圆锥最大尺寸时,

由于形状误差引起实效尺寸的减小导致的工件

1.陶瓷内胆加工余量;

2.陶瓷内胆工件;

3.轴向定位元件;

4.锥面心轴;

5.径向定位元件;

6.橡胶;

7.滚轴;

8.钩形压板;

9.连杆;10.可摆动拉紧元件;11.球面垫圈;12.拉杆;13.主轴

图4 改进后的夹具结构图Fig.4 The improved jig

structure

a 定位圆柱面尺寸较小

b 定位圆柱面尺寸较大

图5 定位圆柱面尺寸变化引起轴向定位误差

Fig.5 The axial locating fallibili ty aroused by the dimension diversification of the cylindrical

dignment

图6 定位面与底面不平行 图7 定位圆柱面形状误差的影响 Fig.6 The alignmen t not parallel with basement Fig.7 The infection of the dignment aylindrial fallibili ty

轴向定位误差(如图5a所示),其误差值为:

!Z3= x ctg

2

(7)

!J1为当工件的定位圆柱面尺寸较大时(大于夹具定位圆锥最大尺寸)导致的工件在夹具中的定心误差(如图5b所示),其误差值为:

!J1= ZJ+1

2

(D G-D J)(8)式中, ZJ为工件定位圆柱面的直径公差值;D G为工件定位圆柱面的直径值;D J为夹具定位圆锥面的最大直径。

!J2为理想尺寸小于或等于夹具定位圆锥最大尺寸时,由于定位圆柱面有形状误差,则其实效形状可能会出现偏心e,这一偏心会直接导致工件的定心误差(如图5b所示),其误差值为:

!J2=e(9) !J3为实效尺寸大于夹具定位圆锥最大尺寸时,引起工件的定心误差(如图5b所示),其误差值为: !J3= X(10)

即: !Z=1

2 ZJ ctg

2

+ P+ X ctg

2

(11)

J= ZJ+1

2

(D G-D J)+e+ X(12)

对比公式(1)(2)与公式(11)(12), J !J, Z !Z,改进后定位误差大大减小,这就可以保证加工出来的一批工件球底厚度均匀,公差小,确保了电饭煲的使用性能。

3.2 夹紧力均匀

与图3所示夹具相比,改进后的夹具的夹紧装置采用了三点联动结构,在拉杆12和摆动元件10之间安放了一个球面垫圈11,当三个钩形压板8中有一个未压紧或者说三个钩形压板的夹紧力不等时,摆块10就会摆动,确保三个钩形压块受力均匀。

3.3 夹紧迅速、可靠性好

夹紧机构采用偏心轮结构,从而使操作方便、夹紧迅速。

3.4 操作方便

与改进前相比,虽然仍需工人用手按压住工件,但采用偏心轮夹紧,夹紧行程短、方便、迅速,且不需对机床主轴进行制动,明显降低了工人的劳动强度。工人操作时,一手按压住工件,另一只手先扳紧定位用元件锥面心轴4,然后再扳动偏心轮夹紧机构,时间短,速度快,既降低了工人的劳动强度,也提高了生产效率。

4 结 论

改进后的夹具虽然在结构上比改进前复杂了一些,制造成本也较前者高,但定位精度高,夹紧可靠性好,操作方便、迅速,提高了生产率,较好地满足了加工的要求,解决了电饭煲陶瓷内胆的加工质量问题,取得了良好的效果。