Pro/E协同配重在泵体车管口夹具设计上的应用

摘 要：Pro/E协同配重即运用Pro/E软件对车管口夹具进行建模后，在软件中利用质量分析技术找到夹具质心点，计算质心点到车床主轴回转中心的距离即偏心距。方法1、通过加重的方法在软件中设计出满足平衡和可制造的配重块；方法2、通过钻孔减重的方法消除质量分布的不均匀，最终达到偏心距等于零的目的。其核心是通过Pro/E仿真计算偏心距，以达到仿真设计车管口夹具配重块（加重）或钻平衡孔（减重）的目的。Pro/E协同配重的应用，提高了水泵车管口夹具的制作效率，简化了配重流程。管口质量满足图纸要求，并得到加工车间操作人员的一致认可。

关键词：Pro/E协同配重；车管口夹具；应用

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.18.015

1 引言

汽车发动机冷却水泵进水口和出水口统称管口，目前管口主要在车床上加工。管口加工方法有两种：（1）管口中心与车床主轴中心重合，泵体在夹具上压紧后随主轴旋转，刀具移动加工；（2）管口位置固定不动，刀具旋转加工。管口旋转车削法是利用主轴的旋转运动和刀具的进给运动，改变管口毛坯尺寸的大小和形状的一种冷加工车削方法。管口旋转车削法在大批量生产中广泛应用。

2 夹具设计原理

泵体在车床上的定位实际上包括泵体在车管口夹具上的定位和车管口夹具在车床上的定位两个方面。车管口夹具通常采用泵体大面和大面上的两个光孔孔销定位。即一面两销定位。一面即泵体大面。为减少接触面，防止加工过程中定位面上异物（铁屑、铝屑等）压伤泵体大面，通常用两个定位块进行面定位。为避免过定位，孔销配合只在一个方向上限制工件自由度，用1个圆柱销，1个菱形销进行配合，销孔配合间隙通常取0.03-0.08之间。如图1。有时根据设计需要，两孔销配合会选过中心的孔配芯轴，另一个孔配菱形销。这里需要指出，根据六点定位原理，两孔销配合定位时，菱形销2侧未销边部分中心线与芯轴或圆柱销中心与菱形销削边方向中心连线一定垂直安装。

泵体采用“一面两销”定位，加工时泵体先定位，再夹紧。“一面”完成轴向方向的定位，限制2个转动，1个移动自由度。圆柱销限制2个移动自由度；削边销限制1个转动自由度。

夹具上连接盘部分与机床主轴相配合。车管口时，泵体与主轴一起作回转运动。泵体管口中心与主轴中心理论上重合。

3 Pro/E协同配重在车管口夹具设计上的应用

对于弯板式车管口夹具，由于夹具及泵体在回转运动中质心点与主轴旋转中心不重合，在重力作用下主轴回转中夹具及水泵经常会发生振动。振动的存在，管口圆度超差，管口臂出现一边厚一边薄，影响泵体管口的加工精度；而且还会引起车床床身振动，产生噪音。损坏车床的主轴精度及轴承寿命。更甚者造成破坏性事故。必须在主轴回转中心与工件质心点不重合的情况下进行配重。夹具与工件旋转时质心点到主轴回转中心的距离称为偏心距。

3.1 传统配重方法

夹具制作好后，安装到车床上。进行低速试切削。根据试切削偏重情况及以往经验总结，夹具制作人员会制作一个平衡块安装在夹具上或是减重钻平衡孔的方法。通过多次反复试切削进行配重。缺点是偏心距无法进行量化。即增加平衡块或减重后，偏重情况会有所改善，偏心距不能用数字进行量化。只能由操作人员根据经验进行配重。由于不同操作人员技术水平，测量误差等因素存在，人为因素对配重精度影响较大。

3.2 平衡机配重

第2种方法是平衡机，在夹具制作好后放在平衡机上进行校平衡，与第一种方法相比，可用数字量化不平衡量（单位g.mm）。但是配重在夹具制作阶段完成，效率低。偏心距不能用数字准确量化。

3.3 Pro/E协同配重

即运用Pro/E软件对车管口夹具及水泵体进行建模后，在软件中利用质量分析技术找到夹具质心点，计算质心点到车床主轴回转中心的距离即偏心距。方法1）通过加重的方法在软件中设计出满足平衡和可制造的配重块；方法2）通过钻孔减重的方法消除质量分布的不均匀，最终达到偏心距接近或等于零的目的。

（1）夹具建模并找出质心点 首先在Pro/E软件中，对夹具各零件以组件形式进行建模。各零件建模后进行组件装配。这里需注意，如果建模时模板文件未分配各组件材料，需手动对各组件进行单位、密度参数加载。Pro/E软件中【文件】【模型属性】【材料】单位为毫米克秒（mmgs）时，45#钢的密度为7.85*10-3g/mm3，各件材质不同时要注意密度单位的转换。如铝水泵的密度为2.7*10-3g/mm3 。如图1，图2在【质量属性】【分析】【特征】中预览各分析值，并在【质量属性】【特征】【基准】中质心点项进行钩选。【√】确定。

在左侧【设置】【树过虑器】中将特征项钩选。

（2）优化配重块各尺寸 【可行性/优化】中将目标设为配重块质量最小，设计约束为：偏心距=0；以配重块各尺寸参数为设计变量，进行计算。计算后软件会自动修改配重块几何尺寸和形状及相对位置。

软件自动计算配重，通常配重块的几何尺寸不满足制作要求。形状不规则，位置不理想。

经过多次设计中的探索及讨论，总结出：方法1：加重法。夹具偏心距大于5。可依据Pro/E软件找到的质心点位置和偏心距尺寸，通过手动建模出配重块长宽高几何尺寸，组装在质心点相对于旋转中心相反的方向。利用软件再生功能，重新测量偏心距，经过调整配重块长宽高尺寸，反复利用软件再生功能，锁定配重块长宽尺寸，调整高度尺寸和相对位置，最终设计出满足夹具装配位置，可制作性好的配重块。方法2：减重法。适用于夹具偏心距小于5。依据Pro/E软件找到的质心点位置和偏心距尺寸，在夹具偏心位置附近通过设计平衡孔减重。利用软件再生功能，重新测量偏心距，经过调整平衡孔位置及几何尺寸，反复利用软件再生功能。仿真中偏心距可滿足小于0.05以内。实际设计中2种方法常常同时应用。本文着重探索及讨论的加重法和减重法，优点：（1）配重块位置可设计在夹具体最大轮廓以内，并考虑与装夹水泵体的位置无干涉；（2）：配重块可设计成规则形状，可制造性好。通常加重法配重块长度和宽度两个方向需先固定，高度方向尺寸进行调整，同时配重块位置稍作调整，即可从设计上进行平衡。利用软件手动配重，方便灵活。目前，利用Pro/E软件协同配重，夹具偏心距设计控制在0.05以内，管口质量满足图纸要求。

4 设计注意事项

（1）为准确模拟水泵车管口时偏重量，水泵体模型应装配在夹具三维建模中，进行设计配重。

（2）从安全角度考虑，夹具上各联接件螺钉用10.9级；夹具体建议采用焊接。

（3）配不同型号车床设备时应先确定设备主轴型号：如斗山VT750全技能立车主轴型号为A2-11，以便确定与夹具配合处尺寸及联接螺纹配合长度。

（4）夹具外形尺寸应在车床床身上最大回转直径范围内。

5 结束语

Pro/E软件协同配重在汽车水泵车管口夹具设计上的应用，意义重大：（1）管口质量满足图纸要求。（2）优化并替代了传统配重，简化了夹具制作流程。车管口夹具偏重问题由夹具制作过程中解决，变为夹具设计阶段解决。大大消除了夹具制做过程中人为因素对夹具偏心距的影响。（3）安全操作方面意义重大。夹具偏心引起车工管口过程中泵体随主轴发生偏摆，有可能发生安全事故。Pro/E软件协同配重有效避免了因夹具偏重引起的车床事故的发生；（4）有效维护机床主轴精度，延长轴承寿命。为企业发展保驾护航。

参考文献：

[1]关醒凡.现代泵技术手册[M].北京：宇航出版社，1995.

[2]齐从谦.特征与三维实体建模[M]，机械工业出版社，2006（02）.

[3]王先逵.机械制造工艺学[M].机械工业出版社M1995（11）.

作者简介：袁小凡（1982-），女，河南南阳人，本科，助理工程师，研究方向：机械设计制造。