CN113953542A - 一种汽车轮毂加工定位系统及智能洁净与精密加工生产线 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种汽车轮毂加工定位系统及智能洁净与精密加工生产线，包括上下连接在一起且间距设定距离的上层安装板和下层安装板；沿着上层安装板的周向方向在其顶面固定有至少三个U形块，在每两个相邻U形块之间安装有L形支架，L形支架上安装有带螺杆球头，L形支架由第一驱动装置驱动其沿着上层安装板径向方向移动；在每个U形块内安装有可滑动的夹头，在夹头底部连接有顶杆装配体，顶杆装配体由第二驱动装置驱动其带着夹头沿着上层安装板径向方向移动；沿着下层安装板的周向方向在其顶面固定有三个楔块，三个楔块由第三驱动装置驱动其沿着下层安装板的径向方向移动；楔块的斜面与顶杆装配体底部配合。

Description

一种汽车轮毂加工定位系统及智能洁净与精密加工生产线
技术领域
本发明涉及机械加工设备技术领域，具体设计一种汽车轮毂定位系统及包括该定位系统的汽车轮毂智能洁净与精密加工生产线。
背景技术
目前，汽车轮毂机加工领域的轮毂定位误差较大，严重影响了轮毂的加工精度，无法适应多种轮毂尺寸的夹持，导致轮毂机加工单元柔性化程度极低；例如：在发明CN201711405456.6公开了一种汽车轮毂夹具，是通过水平伸缩杆带动夹持件对轮毂轮缘进行夹紧，并通过控制轮毂平台的旋转升降适应不同的轮毂尺寸，然而，控制轮毂平台的旋转升降适应不同尺寸的轮毂尺寸容易造成较大的定位精度误差，夹持件上的夹持槽不具有适应性，轮毂轮缘厚度较小，夹持件对轮毂产生的夹紧力过于集中，容易使轮毂产生变形或夹紧不可靠。再如：在实用新型CN201720017875.1公开了一种轮毂夹具，该夹具需要人工根据轮毂尺寸调整拉臂的位置，不能实现自动化，人工每次只能调整一个拉爪，无法使三个拉爪同时径向移动，会产生较大的定位误差。
汽车轮毂加工由于受限于轮毂夹具等装置无法实现柔性化导致一个加工单元只能加工一种规格的轮毂，加工不同尺寸规格的轮毂时需要人工更换夹具，并需要人工编写加工程序，每次更换夹具和加工程序需要停机，这极大地影响了加工效率。
同时，目前汽车轮毂生产线中依然采用传统的浇注式润滑方式造成切削液的大量使用和浪费，不仅造成加工成本过高，更严重影响工人的身体健康，长时间接触切削液容易引发身体疾病，切削液的大量使用也严重的污染了环境。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种新的汽车轮毂定位系统及包括该夹具的汽车轮毂智能洁净与精密加工生产线。
为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：
第一方面，本发明提出了一种汽车轮毂定位系统，包括上层安装板和下层安装板，上层安装板和下层安装板连接在一起，两者之间间隔一定的距离；
沿着上层安装板的周向方向在其顶面固定有至少三个U形块，在每两个相邻 U形块之间固定有一个第一直线导轨，第一直线导轨沿着上层安装板的径向方向设置，在直线导轨上安装有L形支架，L形支架上安装有带螺杆球头，L形支架由第一驱动装置驱动；在每个U形块内固定有第二直线导轨，在第二直线导轨上安装有可沿其滑动的夹头，在夹头底部还连接有顶杆装配体，所述顶杆装配体由第二驱动装置驱动其沿着上层安装板径向方向移动；
沿着下层安装板的周向方向在其顶面固定有三个楔块，三个楔块由第三驱动装置驱动其沿着下层安装板的径向方向移动；所述的楔块的斜面与顶杆装配体配合，使得顶杆装配体可上下移动，进而使得夹头可倾斜。
进一步的，所述顶杆装配体包括：外壳体、端盖、弹簧、外顶杆、内顶杆、连接件和滚轮；端盖固定在外壳体顶面，内顶杆安装在外壳体中，外顶杆通过中心的深孔套入内顶杆，并通过内顶杆的轴环进行轴向定位，弹簧与外顶杆同轴心配合通过内顶杆的轴环轴向定位，外顶杆穿过端盖与夹头连接，内顶杆下端伸出外壳体与连接件固定连接；连接件上安装有滚轮。
进一步的，所述端盖上设置有通槽，每个通槽内分别安装有多个滚轮，多个滚轮上下安装，滚轮与端盖连接，由此可以使端盖与上层安装板上的内槽上下面的摩擦为滚动摩擦。
上述的内顶杆底部安装有滚轮，使顶杆装配体与楔形块之间为滚动摩擦，减小装置之间的磨损，顶杆装配体的端盖上安装有滚轮，使顶杆装配体端盖与上层安装板内槽上下面之间的滑动摩擦变为滚动摩擦，减小阻力，降低装置的磨损。
进一步的，所述的第一驱动装置包括安装在上层安装板中心的舵机，舵机臂安装在舵机上，法兰盘与舵机臂固定连接，法兰盘与L形支架通过连杆连接。舵机臂、法兰盘、连杆、L形支架、滑座、第一直线导轨共同组成曲柄滑块机构，在舵机驱动舵机臂时从而可以驱动法兰盘转动一定角度时，法兰盘可以带动三根连杆从而带动固定在滑座上的三个L形支架分别沿直线导轨同时做直线运动，进而使得三个L形支架带着带螺杆球头运动；L型支架上安装的带螺杆球头与轮毂内圆表面相接触限制轮毂沿X,Y轴的移动，轮毂在第一卧式车床中的车削不需要限制轮毂沿Z轴的转动。该定位装置可以实现不同尺寸轮毂的自定位。
进一步的，所述的第二驱动装置包括安装在下层安装板中心的舵机，舵机臂安装在舵机上；轴盘与舵机臂固定连接，连接件固定安装在轴盘上；连杆一端与连接件连接，连杆的另一端与顶杆装配体的外壳体连接；舵机、舵机臂、轴盘、连接件、连杆、顶杆装配体共同组成曲柄滑块机构，当舵机驱动舵机臂转动从而带动轴盘上的连接件转动，连接件通过三个连杆分别带动三个顶杆装配体沿直线移动，三个顶杆装配体分别与三个夹头连接，因此，三个夹头随顶杆装配体同时做直线移动。
作为进一步的技术方案，在下层安装板沿周向设有三个方形槽，在三个方形槽内固定有直线导轨，滑块安装在直线导轨上，楔形块与滑块固定连接；滑块底面安装有工作板，工作板的厚度为滑块底面至下层安装板底面的垂直距离，下层安装板底面中心设有圆柱凸台；圆盘与圆柱凸台配合，三根连杆一端与圆盘连接，连杆另一端的与三个工作板连接，气缸固定在下层安装板上，气缸活塞杆与楔形块连接。由此，气缸、楔形块、滑块、工作板、连杆、圆盘共同组成曲柄滑块机构，当气缸活塞杆推动三个楔形块中的一个沿直线导轨移动时，安装在滑块底面的工作板带动连杆从而带动圆盘转动。通过曲柄滑块机构，转盘使另外两个楔形块同时沿直线导轨做直线移动。
第二方面，本发明还提供了一种汽车轮毂智能洁净与精密加工生产线，包括所述的汽车轮毂定位系统。
进一步的，汽车轮毂智能洁净与精密加工生产线还包括微量润滑装置，其包括喷嘴、气动频率发生器、电磁阀、三通、微量启动泵、油杯、液位传感器，管路经过电磁阀通过三通分为两路，一路直接通入喷嘴，另一路经过气动频率发生器后通入微量气动泵；电磁阀用于控制气路开启或闭合，微量气动泵用于将少量润滑油泵出，气动频率发生器用于产生电信号从而控制微量气动泵的开闭，液位传感器安装于油杯中用于检测油杯中的油量。
进一步的，汽车轮毂智能洁净与精密加工生产线还包括下料料架、第一机器人、上料料架、第二机器人、全自动轮毂三维扫描装置、第一卧式车床、第二卧式车床、加工中心；沿第二机器人周向分别布置下料料架、第一卧式车床、第二卧式车床、加工中心、全自动轮毂三维扫描装置，第二机器人和第一卧式车床，第二卧式车床以及加工中心之间的直线距离相等且为定值；上料料架和第一机器人布置在全自动轮毂三维扫描装置旁边，汽车轮毂定位系统安装在第一卧式车床中。
上述发明的有益效果如下：
1.本发明中的夹具主要由定位机构和夹紧机构，定位装置是由U形块和舵机、连杆、L型支架，滑座，直线导轨组成的曲柄滑块机构组成，轮毂下表面作为定位基面与U形块上表面接触，限制轮毂沿X、Y轴的转动以及沿Z轴的移动，舵机作为曲柄滑块机构的动力源，使三个L型支架同时沿径向从内向外移动，L 型支架上安装的带螺杆球头与轮毂内圆表面相接触限制轮毂沿X,Y轴的移动，轮毂在第一卧式车床中的车削不需要限制轮毂沿Z轴的转动。定位装置可以实现不同尺寸轮毂的自定位。夹紧机构是由舵机、顶杆装配体、夹头、滑块、直线导轨、连杆组成的曲柄滑块机构和斜楔机构组成，曲柄滑块机构以舵机为动力源，通过曲柄滑块机构可以实现夹紧装置对不同尺寸轮毂的夹紧，斜楔机构可以使夹紧力垂直于主要定位表面从而使夹紧可靠，提高轮毂的加工精度。同时，用斜楔机构夹紧增加比大，自锁性能好。
(2)本发明的轮毂夹具可以实现对不同尺寸轮毂的自定位和夹紧，夹紧力垂直于定位基面，夹紧可靠，提高了轮毂的加工精度。夹具适应性强，可以用一个加工单元生产多种型号的轮毂。
(3)本发明在整个生产线中增加了微量润滑装置，计算机根据自动规划的加工程序控制微量润滑装置的启动，从而使微量润滑装置能够根据加工程序精准，及时的启动，将微量切削液喷射到轮毂与切削刀具之间的切削区。从而起到节约切削液，保护环境，提高轮毂加工精度的目的。本发明的汽车轮毂智能洁净与精密加工生产线嵌入微量润滑系统，极大地降低了切削液的使用，提高了轮毂的加工精度，降低了加工成本同时又改善了加工车间的环境问题。
(4)微量润滑装置油杯中的液位传感器实时监测油杯中的润滑油含量，若润滑油不足，则计算机控制微量润滑装置的供油箱向微量润滑装置的油杯中供油，以此实现微量润滑装置自动补充润滑油，脱离人工注油，提高了产线的自动化和生产效率。
(5)本发明的汽车轮毂智能洁净与精密加工生产线高度自动化，具有完整的自动上下料装置和三维扫描装置。能够实现轮毂的自动上下料和根据三维扫描数据自动编写加工程序，不需要人工搬运轮毂和更换加工单元的加工程序，解放了人力。
附图说明
图1为汽车轮毂智能洁净精密加工生产线轴测图；
图2为第一卧式车床轴测图；
图3为第一卧式车床局部放大图；
图4为定位系统局部剖视图；
图5为定位系统剖视图；
图6为定位系统局部剖视图；
图7为定位系统剖视图；
图8为定位系统剖视图；
图9为定位系统剖视图；
图10为夹头剖视图；
图11为轴盘剖视图；
图12为顶杆装配体局部剖视图；
图13为下层安装板的静平衡计算模型；
图14为定位系统夹紧状态轴测图；
图15为轮毂轴测图；
图16为定位系统夹紧机构简图及受力分析；
图17为轮毂加工过程中受力分析；
图18为微量润滑装置正视图；
图19为微量润滑供油箱轴测图；
图20为微量润滑供油箱剖视图；
图21为微量润滑装置和微量润滑供油箱油气回路图；
其中，第一料架I-1、第一机器人II-1、第二料架II-2、第二机器人II-2、全自动轮毂三维扫描装置III、第一卧式车床IV-1、第二卧式车床IV-2、加工中心V、微量润滑供油箱VI-1、微量润滑装置VI-2、定位系统VII、防护围栏 VIII、轮毂毛坯IX。
三角安装板VII-1、舵机VII-2、舵机臂VII-3、法兰盘VII-4、连杆VII-5、带螺杆球头VII-6、L形支架VII-7、滑座VII-8、下层安装板VII-9、上层安装板VII-10、直角安装板VII-11、连杆VII-12、气缸VII-13、法兰VII-14、舵机臂VII-15、圆盘VII-16、舵机VII-17、轴盘VII-18、连接件VII-19、连杆 VII-20、工作板VII-21、滑块VII-22、楔形块VII-23、顶杆装配体VII-24、夹头VII-25、U形块VII-26、滑块VII-27、带螺纹销轴VII-28、配重块VII-29、、直角安装板VII-30、直角安装板VII-31、直角安装板VII-32。
方形槽VII-10-1、方形槽VII-10-2、内槽VII-10-3。
外壳体VII-24-3、端盖VII-24-1、弹簧VII-24-2、外顶杆VII-24-4、内顶杆VII-24-5、连接件VII-24-7、滚轮VII-24-6、滚轮VII-24-8。
喷嘴VI-2-1、气动频率发生器VI-2-2、电磁阀VI-2-3、三通VI-2-4、微量气动泵VI-2-5、油杯VI-2-6、液位传感器VI-2-7、箱体VI-2-8。
箱体VI-1-1、箱盖VI-1-2、电磁阀VI-1-3、液位控制器VI-1-6、液压油泵专用电机VI-1-4、液压油泵VI-1-5。
轮毂毛坯IX、下表面IX-1、轮毂轮缘上表面IX-2。
具体实施方式
如图1所示，本实施例提出的汽车轮毂智能洁净精密加工生产线由第一料架 I-1、第二料架I-2、第一机器人II-1、第二机器人II-2、全自动轮毂三维扫描装置III、第一卧式车床IV-1、第二卧式车床IV-2、加工中心V、微量润滑供油箱VI-1、微量润滑装置VI-2、定位系统VII、防护围栏VIII组成。
其中，防护围栏VIII设置于第一卧式车床IV-1、第二卧式车床IV-2、微量润滑油供箱VI-1外侧，沿第二机器人II-2周向分别布置下料料架II-2、第一卧式车床IV-1、第二卧式车床IV-2、加工中心V、全自动轮毂三维扫描装置III，第二机器人II-2和第一卧式车床IV-1，第二卧式车床IV-2以及加工中心V之间的直线距离相等且为定值。上料料架I-1和第一机器人II-1布置在全自动轮毂三维扫描装置III旁边。微量润滑供油箱VI-1布置在加工中心V后面，微量润滑装置VI-2分别安装在第一卧式车床IV-1、第二卧式车床IV-2以及加工中心V后面。定位系统VII安装在第一卧式车床IV-1中，防护围栏VIII安装在第一卧式车床IV-1、第二卧式车床IV-2、微量润滑供油箱VI-1外围。需要说明的是，以上所述第一机器人II-1和第二机器人II-2、第一料架I-1和第二料架II-2结构相同。
具体的，第一料架I-1：暂时储存轮毂毛坯IX，在需要上料时将轮毂毛坯 IX运送到指定位置，并将轮毂毛坯IX定位，配合第一机器人II-1上料。第一机器人II-1：将轮毂毛坯IX从上料料架I-1上搬运到全自动轮毂三维扫描装置 III辊道上。全自动轮毂三维扫描装置III：对轮毂毛坯IX进行三维扫描，并自动导出数控机床加工程序。第二机器人II-2：将轮毂毛坯IX从全自动轮毂三维扫描装置III的夹紧装置上搬运到第一卧式车床IV-1中进行加工，并在加工完成后依次搬运到第二卧式车床IV-2和加工中心V中进行轮毂毛坯IX精加工，在轮毂毛坯IX精加工完成后将其搬运到第二料架II-2上暂时储存。第二料架 II-2：对精加工后的轮毂毛坯IX暂时存储，配合第二机器人II-2实现下料。微量润滑油箱VI-1：为微量润滑装置IV-2补充油量。微量润滑装置VI-2：为轮毂的机加工过程提供冷却润滑。定位系统VII：为轮毂毛坯IX在机床中加工提供定位和夹紧。防护围栏VIII：保护加工设备，防止人员误入造成损伤。
如表1所示为轮毂毛坯IX机械加工的工艺路线方案，轮毂毛坯IX在全自动轮毂三维扫描装置III上扫描完成后，计算机控制第二机器人II-2根据加工工艺路线方案将轮毂毛坯IX搬运到各加工设备中的机床中的定位系统VII中进行定位夹紧，加工设备根据计算机规划的加工路径进行加工。本实施例中提到的定位系统VII就是针对工序10和工序30所设计。
如图2-图3所示，定位系统VII安装在第一卧式车床IV-1主轴上，第一卧式车床IV-1上安装有漫反射光电传感器IV-1-2，漫反射光电传感器IV-1-2通过直角安装板IV-1-3安装在第一卧式车床IV-1上，漫反射光电传感器IV-1-2 用于监测第二机器人II-2的位置从而控制第一卧式车床IV-1车门开启或闭合。第一卧式车床IV-1刀塔上安装有微量润滑装置VI-2的喷嘴VI-2-1，用于轮毂毛坯IX在加工过程中喷射冷却液。需要说明的是，以上所述漫反射光电传感器 IV-1-2和喷嘴VI-2-1同样安装于第二卧式车床IV-2和加工中心V。
如图4-图11所示，本实施例提出轮毂定位系统包括：三角安装板VII-1、舵机VII-2、舵机臂VII-3、法兰盘VII-4、连杆VII-5、带螺杆球头VII-6、L 形支架VII-7、滑座VII-8、上层安装板VII-10、下层安装板VII-9、直角安装板VII-11、连杆VII-12、气缸VII-13、舵机臂VII-15、圆盘VII-16、舵机VII-17、轴盘VII-18、连接件VII-20、连杆VII-20、工作板VII-21、滑块VII-22、楔形块VII-23、顶杆装配体VII-24、夹头VII-25、U形块VII-26、滑块VII-27、工字形配重块VII-29、直角安装板VII-30、直角安装板VII-31、直角安装板 VII-32等；本实施例中的以三个夹头VII-25、三个U形块VII-26和三个L形支架VII-7为例进行说明，不难理解的，这些部件还可以设置四个、五个等，但是优选的三个。
上层安装板VII-10上沿周向布有三个用于安装定位装置的方形槽VII-10-2 和三个用于安装夹紧装置的方形槽VII-10-1，每两个方形槽的中轴线夹角为 120°；上层安装板VII-10中心位置设有安装舵机VII-2的方形槽。
上层安装板VII-10的每个方形槽VII-10-2内钻有两个定位孔，定位孔内安装有圆柱销用于定位直线导轨的安装位置，直线导轨与方形槽VII-10-2固定连接。直线导轨上安装有滑座VII-8，滑座VII-8可沿直线导轨做直线滑动，滑座 VII-8与一个L形支架VII-7固定连接，带螺杆球头VII-6与L形支架VII-8固定连接。舵机VII-2安装在上层安装板VII-10中心位置的方形槽内，通过两个直角安装板VII-11与上层安装板VII-10固定连接。
舵机臂VII-3安装在舵机VII-2上，法兰盘VII-4与舵机臂VII-3固定连接，法兰盘VII-4与L形支架VII-7通过连杆VII-5连接。连杆VII-5一端与法兰盘VII-4铰接，一端与L形支架VII-7铰接。由此，舵机臂VII-3、法兰盘VII-4、连杆VII-5、L形支架VII-7、滑座VII-8、共同组成曲柄滑块机构，在舵机VII-2 驱动舵机臂VII-3时从而可以驱动法兰盘VII-4转动一定角度时，法兰盘VII-4 可以带动三根连杆VII-5从而带动固定在滑座VII-8上的三个L形支架VII-7 分别沿直线导轨同时做直线运动，进而使得三个L形支架VII-7带着带螺杆球头VII-6运动；L型支架VII-7上安装的带螺杆球头VII-6与轮毂内圆表面相接触限制轮毂毛坯IX沿X,Y轴的移动，轮毂毛坯IX在第一卧式车床IV-1中的车削不需要限制轮毂毛坯IX沿Z轴的转动。该定位装置可以实现不同尺寸轮毂毛坯IX的自定位。
三角安装板VII-1安装在上层安装板VII-10中心位置，三角安装板VII-1 的作用是防止轮毂毛坯IX在加工过程中产生的铝屑溅射到舵机VII-2上导致结构损伤从而影响加工效率。
上层安装板VII-10上安装有三个U形块VII-26，U形块VII-26沿方形槽 VII-10-1安装，U形块VII-26与上层安装板VII-10固定连接，因为U形块VII-26 作为定位元件，因此U形块VII-26上下表面以及上层安装板VII-10与U形块 VII-26相接触的面需要精加工以获得较高的表面粗糙度，安装后的三个U形块 VII-26的上表面要在同一水平面上。上层安装板VII-10的三个方形槽VII-10-1 两端的内壁上各钻有两个定位孔，定位孔与圆柱销过盈配合用于定位直线导轨安装位置。
方形槽VII-10-1两端的内壁上分别安装有两个直线导轨。滑块VII-27安装在直线导轨上，滑块VII-27可沿直线导轨做直线滑动，夹头VII-25上的通孔 VII-25-1与两个滑块VII-27上的中心孔铰接，夹头VII-25可随两个滑块VII-27 沿直线导轨做直线滑动，又可以在一定角度转动。带螺纹销轴VII-28穿过夹头VII-25上的两个通孔VII-25-2和顶杆装配体VII-24的外顶杆VII-24-4上的通孔，两端通过六角螺母扭紧固定。顶杆装配体VII-24的端盖VII-24-1与上层安装板上的内槽VII-10-3相配合安装，上层安装板VII-10上的内槽VII-10-3 两端的内壁对顶杆装配体VII-24的端盖VII-24-1进行左右方向的限位。因此，顶杆装配体VII-24的外顶杆VII-24-4上的通孔应位于夹头VII-25上两个通孔 VII-25-2中心连线的中点位置。需要说明的时，夹头VII-25前端需要用橡胶材料包裹。
下层安装板VII-9与上层安装板VII-10固定连接。下层安装板VII-9中心设置有和上层安装板VII-10一样的方形槽，方形槽内安装有舵机VII-17，舵机 VII-17在下层安装板VII-9中心方形槽内的安装方式和舵机VII-2在上层安装板VII-10中心方形槽内的安装方式相同，舵机臂VII-15安装在舵机VII-17上。轴盘VII-18上与舵机臂VII-15固定连接，连接件VII-19安装在轴盘VII-18 上，通过轴套进行轴向定位，采用锁紧挡圈进行轴向固定，采用圆头键进行周向固定。
连杆VII-12一端与连接件VII-19铰接，另一端与顶杆装配体VII-24的外壳体VII-24-3上耳座铰接。
舵机VII-17、舵机臂VII-15、轴盘VII-18、连接件VII-19、连杆VII-12、顶杆装配体VII-24共同组成曲柄滑块机构，当舵机VII-17驱动舵机臂VII-15 转动从而带动轴盘VII-18上的连接件VII-19转动，连接件VII-19通过三个连杆VII-12分别带动三个顶杆装配体VII-24沿直线移动，三个顶杆装配体VII-24 分别与三个夹头VII-25连接。因此，三个夹头VII-25随顶杆装配体VII-24同时做直线移动。
下层安装板VII-9沿周向设有三个方形槽，三个方形槽两端的内壁上分别钻有两个定位孔定位直线导轨安装位置，直线导轨与下层安装板VII-9方形槽内壁固定连接，滑块VII-22安装在直线导轨上，楔形块VII-23与滑块VII-22固定连接。
滑块VII-22底面安装有工作板VII-21，工作板VII-21的厚度为滑块VII-22 底面至下层安装板VII-11底面的垂直距离，工作板VII-21与滑块VII-22固定连接。
下层安装板VII-9底面中心设有圆槽，圆槽中心设有圆柱凸台。圆盘VII-16 中心孔与圆柱凸台同轴心间隙配合，通过轴套进行轴向定位，通过锁紧挡圈进行轴向固定，三根连杆VII-20一端分别与圆盘VII-16铰接，另一端分别与三个工作板VII-21铰接，气缸VII-13通过直角安装板VII-30、VII-31固定安装在下层安装板VII-9上，气缸VII-13活塞杆通过直角安装板VII-32与楔形块 VII-23固定连接。由此，气缸VII-13、楔形块VII-23、滑块VII-22、工作板 VII-21、连杆VII-20、圆盘VII-16共同组成曲柄滑块机构，当气缸VII-13活塞杆推动三个楔形块VII-23中的一个沿直线导轨移动时，安装在滑块VII-22 底面的工作板VII-21带动连杆VII-20从而带动圆盘VII-16转动。通过曲柄滑块机构，圆盘VII-16使另外两个楔形块VII-23同时沿直线导轨做直线移动。
法兰VII-14安装在下层安装板VII-9底部，用于定位系统VII与机床主轴的连接。
如图12所示，顶杆装配体VII-24包括外壳体VII-24-3、端盖VII-24-1、弹簧VII-24-2、外顶杆VII-24-4、内顶杆VII-24-5、连接件VII-24-7、滚轮 VII-24-6、滚轮VII-24-8。
内顶杆VII-24-5安装在外壳体VII-24-3的阶梯孔中，外顶杆VII-24-4通过中心的螺纹孔套装在内顶杆VII-24-5上，并通过内顶杆VII-24-5的轴环进行轴向定位，弹簧VII-24-2与外顶杆VII-24-4同轴心配合通过内顶杆VII-24-5 的轴环轴向定位，外顶杆VII-24-4穿过端盖VII-24-1中心的通孔与夹头VII-25 通过带螺纹销轴VII-28连接，端盖VII-24-1与外壳体VII-24-3固定连接，内顶杆VII-24-5下端伸出外壳体VII-24-3与连接件VII-24-7固定连接。连接件 VII-24-7上安装有滚轮VII-24-6。端盖VII-24-1上设置有两个通槽，一个通槽内分别安装四个滚轮VII-24-8，上下各两个对称式安装。由此可以使端盖 VII-24-8-1与上层安装板VII-11上的内槽VII-10-3上下面的摩擦为滚动摩擦。
如图13、图7所示，为了防止气缸VII-13产生的偏心质量导致定位系统VII 静不平衡，因此要在下层安装板VII-9上安装配重块VII-29使定位系统VII静平衡，已知气缸VII-13的质量为m1，气缸VII-13的回转半径为r1，其中αi是矢径ri与x轴间的夹角(从x轴沿逆时针方向计量)。静平衡条件为m1r1+m2r2＝0，α2＝α1+180°若已知工字形配重块VII-29的质量m2，则可确定r2，以此来确定工字形配重块VII-29在下层安装板VII-9上的安装位置。据此，下层安装板 VII-9上钻有两个定位孔，定位孔与销轴过盈配合以此来定位工字形配重块VII-29在下层安装板VII-9上的安装位置，工字形定位块VII-29与下层安装板 VII-9固定连接。
如图14、图15、图5所示，定位系统VII的定位方式：轮毂毛坯IX下表面 IX-1为主要定位基面，轮毂毛坯IX的下表面IX-1与三个U形块VII-26上表面相接触，以此限制轮毂毛坯IX沿X,Y轴方向的转动以及沿Z轴方向的移动，计算机根据全自动轮毂三维扫描装置III获得的轮毂毛坯IX-1尺寸数据控制舵机VII-2主轴转动一定角度。三个L形支架VII-7在舵机VII-2的驱动下同时沿径向向外移动，三个L型支架VII-7上安装的三个带螺杆球头VII-6与轮毂毛坯 IX内圆表面点接触从而限制轮毂毛坯IX沿X,Y轴方向的转动。Z轴方向的转动不需要限制。
定位系统VII的夹紧方式：计算机根据全自动轮毂三维扫描装置III获得的轮毂毛坯IX尺寸数据控制舵机VII-2主轴转动一定角度，三个顶杆装配体 VII-24以及与之相连的三个夹头VII-25在舵机VII-17的驱动下沿径向从外向内移动一定距离，计算机控制气缸VII-13活塞杆伸出，从而使三个楔形块VII-23 沿径向从外向内移动，楔形块VII-23的斜面与顶杆装配体VII-24的滚轮 VII-24-6相切并在楔形块VII-23的继续运动下，顶杆装配体VII-24的滚轮 VII-24-6相对楔形块VII-23沿斜面向上滑动，从而顶杆装配体VII-23的内顶杆VII-23-5推动外顶杆VII-23-4竖直上升，弹簧VII-23-2被压缩，夹头VII-25 顺时针转动，夹头VII-25前端面VII-25-3与轮毂轮缘上表面IX-2相接触并压紧。夹紧动作完成。
当放松轮毂毛坯IX时，气缸VII-13活塞杆回缩，带动楔形块VII-23沿径向向内移动，顶杆装配体VII-24的弹簧VII-24-2复原，内顶杆VII-24-5受到弹簧VII-24-2的弹力作用迅速复位，从而使夹头VII-25逆时针转动，轮毂毛坯IX被放松。计算机控制舵机VII-2、VII-18使各装置复位等待下一次定位夹紧命令。
如图16-17所示，定位系统VII夹紧机构自由度即夹紧可靠性分析：定位系统VII通过楔形块VII-23、顶杆装配体VII-24、夹头VII-25、滑块VII-27组成的斜楔机构对轮毂毛坯IX进行夹紧，该机构件图如图16(a)中所示，其中，楔形块简化为机构1，顶杆装配体VII-24中的滚轮VII-24-6简化为机构2，顶杆装配体VII-24中的内顶杆VII-24-5与外顶杆VII-24-4简化为构件3，顶杆装配体VII-24中的外壳体VII-24-3简化为机架4，夹头VII-25简化为机构5，滑块VII-27简化为机构6，需要说明的是顶杆装配体VII-24中的滚轮VII-24-6 绕其自身的轴线转动并不影响其他构件的运动，因而它只是一种局部自由度。故该机构共有构件n＝5，低副Pl＝6，高副Ph＝1，局部自由度F`＝1，该机构的自由度数为3n-(2Pl+Ph)-F`＝1。
该机构的受力分析如图16所示，ψ1、ψ2、ψ3为摩擦角，d为顶杆装配体外壳体内径，l为顶杆装配体VII-24外壳体VII-24-3高度，b为顶杆装配体 VII-24的滚轮VII-24-6与楔形块VII-23斜面切点和顶杆装配体VII-24外壳体 VII-24-3底面的垂直距离。设构件1受到的主动力为P(即气缸VII-14活塞杆的推力)，构件5对构件2产生阻力为Q，方向为竖直向下，R21为构件2对构件 1的总反力，R71为机架7对构件1的总反力，根据上述受力分析，可由构件1的力三角原则，如图16中(b)所示，分别求得R71、R21，R71＝Pcos(α+ψ2)/sin (α+ψ1+ψ2)。R21＝Pcosψ1/sin(α+ψ1+ψ2)。构件4对构件3的支反力为R4a、 R4b，构件1对构件2的总反力为R21，将构件2和3看成一个整体，根据力平衡原则和力矩平衡原则，得到下列三个平衡方程：
∑FX＝(R4a-R4b)cosψ2-R12sin(α+ψ2)＝0
∑FY＝R12cos(α+ψ2)-(R4a+R4b)sinψ3-Q＝0
Figure BDA0003194020450000161
根据上述方程，可求得：
Figure BDA0003194020450000162
假设构件5的C点对于轮毂毛坯IX轮缘上表面IX-1产生竖直向下的压紧力，对构件5在A处运用力矩平衡原则，构件5在B受到的力Q`与Q大小相等，方向相反。则Q`S2sinβ＝FNS1sinβ,由此可求得FN＝Q`S2/S1
所以，一个夹头VII-25对轮毂毛坯IX的压紧力为：
Figure BDA0003194020450000171
如图17所示，轮毂毛坯IX在加工时，刀具对其产生的切削力矩M。为使轮毂毛坯IX与定位系统VII之间不发生相对滑动、原有的定心位置不被破坏，则夹紧力在轮缘上表面IX-2所产生的摩擦力矩必须大于刀具带给轮毂毛坯IX的切削力矩。
假定单个夹头VII-25对轮毂毛坯IX的压紧力FN大小相同，刀具在距离轮毂毛坯IX中心最远处产生的切削力矩为M，根据静力平衡条件，则有：
M＝3μFND,其中D为摩擦力作用点到轮毂内孔中心之间的距离，将FN带入该式中可得驱动力P与切削力矩M的关系：
Figure BDA0003194020450000172
所以与，要使夹紧可靠，构件1受到的主动力(即：气缸VII-14的推力)
Figure BDA0003194020450000173
如图18所示，第一卧式车床IV-1、第二卧式车床IV-2、加工中心V都装配体有微量润滑装置，微量润滑装置VI-2包括喷嘴VI-2-1，气动频率发生器 VI-2-2、电磁阀VI-2-3、三通VI-2-4、微量启动泵VI-2-5、油杯VI-2-6、液位传感器VI-2-7、箱体VI-2-8，管路经过电磁阀VI-2-3通过三通VI-2-4分为两路，一路直接通入喷嘴VI-2-1，另一路经过气动频率发生器VI-2-2后通入微量气动泵VI-2-5。
电磁阀VI-2-3用于控制气路开启或闭合，微量气动泵VI-2-5用于将少量润滑油泵出，气动频率发生器VI-2-2用于产生电信号从而控制微量气动泵 VI-2-5的开闭。液位传感器VI-2-7安装于油杯VI-2-6中用于检测油杯VI-2-6 中的油量，若油杯VI-2-6中的液位过低，则计算机控制微量润滑供油箱VI-1 为油杯VI-2-6注油。
如图19-图20所示，微量润滑供油箱由箱体VI-1-1、箱盖VI-1-2、电磁阀 VI-1-3、液位控制器VI-1-6、液压油泵专用电机VI-1-4、液压油泵VI-1-5组成，液压油泵VI-1-5安装于箱体VI-1-1内，液压油泵VI-1-5专用电机VI-1-4 安装于箱盖VI-1-2上并与液压油泵VI-1-5相连，液压油泵VI-1-5出油口的管路接入四通，分三路分别接入电磁阀VI-1-3后接入微量润滑装置VI-2的油杯 VI-2-6中。
如图21所示为微量润滑装置VI-2和微量润滑供油箱VI-1油气回路，其中执行元件1、2、3分别为安装在第一卧式车床IV-1、第二卧式车床IV-2、加工中心V中的喷嘴VI-2-1，压缩气体经气源三联件过滤后经过电磁阀和气源分配器分别进入到三个微量润滑装置VI-2中，压缩气体经过电磁阀VI-2-3分为两路，一部分气体到达喷嘴VI-2-1，另一部分气体经过启动频率发生器VI-2-2，从而控制微量气动泵VI-2-5将少量润滑油泵出到喷嘴VI-2-1，压缩气体和少量润滑油在喷嘴VI-2-1处混合成油雾并以高速喷出。液压油泵VI-1-5从箱体VI-1-1中泵出的润滑油经过三个电磁阀VI-1-3后进入三个微量润滑装置VI-2 中的油杯VI-2-6中。
需要说明的是，微量润滑装置VI-2和微量润滑供油箱VI-1的动力元件单独与计算机连接，计算机根据自动规划的轮毂毛坯IX加工路径从而控制微量润滑装置VI-2的开关，从而使冷却液能够准确、及时的喷射到切削区。从而达到节省切削液用量，提高轮毂加工精度的目的。
下表1为汽车轮毂加工工艺方案：
表1
Figure BDA0003194020450000191

Claims (10)

1.一种汽车轮毂定位系统，其特征在于，包括上下连接在一起且间距设定距离的上层安装板和下层安装板；沿着上层安装板的周向方向在其顶面固定有至少三个U形块，在每两个相邻U形块之间安装有L形支架，L形支架上安装有带螺杆球头，L形支架由第一驱动装置驱动其沿着上层安装板径向方向移动；在每个U形块内安装有可滑动的夹头，在夹头底部连接有顶杆装配体，顶杆装配体由第二驱动装置驱动其带着夹头沿着上层安装板径向方向移动；沿着下层安装板的周向方向在其顶面固定有与顶杆装配体数量相等的楔块，楔块由第三驱动装置驱动其沿着下层安装板的径向方向移动；楔块的斜面与顶杆装配体底部配合。
2.如权利要求1所述的一种汽车轮毂定位系统，其特征在于，所述顶杆装配体包括外壳体、端盖、弹簧、外顶杆、内顶杆、连接件和滚轮；端盖固定在外壳体顶面，内顶杆安装在外壳体中，外顶杆套在内顶杆外，并通过内顶杆的轴环进行轴向定位，弹簧与外顶杆同轴心配合通过内顶杆的轴环轴向定位，外顶杆穿过端盖与夹头连接，内顶杆下端伸出外壳体与连接件固定连接；连接件上安装有滚轮。
3.如权利要求2所述的一种汽车轮毂定位系统，其特征在于，所述端盖上设置有通槽，每个通槽内分别安装有多个滚轮，多个滚轮上下安装，滚轮与端盖连接。
4.如权利要求1所述的一种汽车轮毂定位系统，其特征在于，所述的第一驱动装置包括安装在上层安装板中心的舵机，舵机臂安装在舵机上，法兰盘与舵机臂固定连接，法兰盘与所有的L形支架通过连杆连接；L形支架安装在第一直线导轨上。
5.如权利要求1所述的一种汽车轮毂定位系统，其特征在于，所述的第二驱动装置包括安装在下层安装板中心的舵机，舵机臂安装在舵机上；轴盘与舵机臂固定连接，连接件固定安装在轴盘上；连杆一端与连接件连接，连杆的另一端与顶杆装配体的外壳体连接。
6.如权利要求1所述的一种汽车轮毂定位系统，其特征在于，在下层安装板周向设有三个方形槽，在每个方形槽内固定有直线导轨，楔形块安装在直线导轨上，第三驱动装置为气缸，气缸固定在下层安装板上，气缸活塞杆与楔形块连接。
7.如权利要求6所述的一种汽车轮毂定位系统，其特征在于，在下层安装板底面中心设有圆柱凸台，圆柱凸台与圆盘配合，三根连杆一端与圆盘连接，连杆另一端的与三个工作板连接；工作板固定在直线导轨的滑块底部，工作板的厚度为滑块底面至下层安装板底面的垂直距离，气缸、楔形块、滑块、工作板、连杆、圆盘共同组成曲柄滑块机构。
8.一种汽车轮毂智能洁净与精密加工生产线，其特征在于，包括权利要求1-7任一所述的汽车轮毂定位系统。
9.如权利要求8所述的一种汽车轮毂智能洁净与精密加工生产线，其特征在于，还包括微量润滑装置，其包括喷嘴、气动频率发生器、电磁阀、三通、微量启动泵、油杯、液位传感器，管路经过电磁阀通过三通分为两路，一路直接通入喷嘴，另一路经过气动频率发生器后通入微量气动泵；电磁阀用于控制气路开启或闭合，微量气动泵用于将少量润滑油泵出，气动频率发生器用于产生电信号从而控制微量气动泵的开闭，液位传感器安装于油杯中用于检测油杯中的油量。
10.如权利要求9所述的一种汽车轮毂智能洁净与精密加工生产线，其特征在于，还包括下料料架、第一机器人、上料料架、第二机器人、全自动轮毂三维扫描装置、第一卧式车床、第二卧式车床、加工中心；沿第二机器人周向分别布置下料料架、第一卧式车床、第二卧式车床、加工中心、全自动轮毂三维扫描装置，第二机器人和第一卧式车床，第二卧式车床以及加工中心之间的直线距离相等且为定值；上料料架和第一机器人布置在全自动轮毂三维扫描装置旁边，汽车轮毂定位系统安装在第一卧式车床中。
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