軸類齒輪插齒加工夾具設(shè)計(jì)及應(yīng)用

撰文/向光祥

■443003 宜昌長(zhǎng)機(jī)科技有限責(zé)任公司 湖北 宜昌

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軸類齒輪插齒加工夾具設(shè)計(jì)及應(yīng)用

撰文/向光祥

■443003 宜昌長(zhǎng)機(jī)科技有限責(zé)任公司 湖北 宜昌

摘要：根據(jù)軸類齒輪要求，設(shè)計(jì)軸類齒輪插齒加工夾具，夾具采用六點(diǎn)定位，確保加工精度，刀具徑向進(jìn)給展成加工。該夾具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便。關(guān)鍵詞：軸類齒輪；插齒；夾具；加工精度

汽車變速箱中有大量的軸類齒輪零件，由于零件結(jié)構(gòu)限制，齒部通常采用插齒進(jìn)行加工，該道工序也成為軸類齒輪加工的重點(diǎn)。一般插齒前先完成外圓、端面加工和兩端中心孔加工。考慮到前序加工精度和本序加工的效率，設(shè)計(jì)了軸類齒輪插齒加工夾具，夾具采用零件中心孔定位，外圓輔助夾緊，刀具徑向進(jìn)給，利用展成法對(duì)軸類齒輪進(jìn)行加工。

零件工藝分析

圖1為某汽車零件一軸齒輪，零件規(guī)格在機(jī)床加工范圍之內(nèi)，材料為20CrMoTi，硬度HB165～190，加工外齒。插齒前序如圖1一軸齒輪加工工序圖所示，全部半精加工到圖示要求。插齒加工時(shí)要求：工件以兩端中心孔及45右端面定位，Φ70.40+0.05外圓夾緊帶動(dòng)零件旋轉(zhuǎn)，齒輪加工成形后，相對(duì)于φ70.4+0.022外圓徑向跳

0 動(dòng)Fr≤0.05mm。

圖1　一軸齒輪加工工序圖

夾具設(shè)計(jì)

圖2為一軸齒輪加工夾具示意圖，夾具組成：上頂尖1、零件2、支承板3、底座4、下頂尖5、彈簧6、單動(dòng)油缸7、活動(dòng)環(huán)8、導(dǎo)向板9、鋼球10、彈簧11；其中下頂尖5、彈簧6安裝在插齒機(jī)床工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)主軸內(nèi)孔中。根據(jù)夾具設(shè)計(jì)六點(diǎn)定位原理，首先選取合理的定位基準(zhǔn)和定位元件，在一軸齒輪加工工序圖（圖1）中，要求以兩端中心孔及45右端面作為定位基準(zhǔn)；在實(shí)際夾具設(shè)計(jì)中，遵循設(shè)計(jì)基準(zhǔn)與加工基準(zhǔn)重合原則，采用上頂尖1、下頂尖5和支承板3作為定位元件限制五點(diǎn)方向自由度，采用單動(dòng)油缸7、導(dǎo)向板9夾緊零件2并帶動(dòng)零件2旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)零件2六點(diǎn)定位。

底座4通過螺釘與插齒機(jī)工作臺(tái)連接，活動(dòng)環(huán)8安裝在底座4與支承板3之間并留有0.1mm間隙，活動(dòng)環(huán)8內(nèi)孔與底座4軸肩留有0.5mm間隙，活動(dòng)環(huán)8便可以徑向移動(dòng)；導(dǎo)向板9安裝在活動(dòng)環(huán)8上并與底座4上的凹槽有間隙配合，可使導(dǎo)向板9帶動(dòng)活動(dòng)環(huán)8沿凹槽方向作徑向移動(dòng)。

圖2　一軸齒輪加工夾具示意圖

零件2放入支承板3孔中，直至零件2中心孔與下頂尖5接觸，上頂尖1向下移動(dòng)壓緊零件2，直至零件2端面與支承板3接觸，同時(shí)下頂尖5壓縮彈簧6，使下頂尖5始終與零件2中心孔接觸；單動(dòng)油缸7供油，油缸接觸工件后帶動(dòng)活動(dòng)環(huán)8，活動(dòng)環(huán)8與導(dǎo)向板9連接一體，導(dǎo)向板9徑向移動(dòng)靠近零件2，直至導(dǎo)向板9與單動(dòng)油缸7同時(shí)接觸零件2并夾緊零件2為止；單動(dòng)油缸7停止供油，兩個(gè)鋼球10在彈簧11的用下帶動(dòng)活動(dòng)環(huán)8反向移動(dòng)并松開零件2，零件2取出。

底座4是整個(gè)夾具的支承載體，該零件要求強(qiáng)度高，不變形，采用40Cr鋼鍛件，其上部分與其它零件配合接觸部位盡量小或留有間隙，可減少加工面，提高配合接觸精度；其下部分與插齒機(jī)工作臺(tái)主軸端面接觸部位應(yīng)保證其接觸面，提高接觸精度，加工時(shí)可用相互對(duì)研接觸面的方法來實(shí)現(xiàn)。

夾具特點(diǎn)分析

本夾具的特點(diǎn)在于充分利用六點(diǎn)定位原理，避免零件2在夾具中的過定位；同時(shí)活動(dòng)環(huán)8可以帶動(dòng)導(dǎo)向板9徑向移動(dòng)，按照零件2外圓的實(shí)際狀況調(diào)整夾緊位置，有效的減少了零件2外形誤差對(duì)夾具定位精度的影響，降低了零件2上道工序加工的要求，從而降低用戶成本。

單動(dòng)油缸7利用了油缸夾緊、碟形彈簧松開的工作原理；當(dāng)油缸供油時(shí)，活塞伸出夾緊工件，當(dāng)油缸停止供油時(shí)，活塞在碟形彈簧作用下回退松開工件。為確保單動(dòng)油缸7徑向夾緊工件時(shí)不影響工件兩端中心孔的定位，油缸供油壓力連續(xù)可調(diào)，方法：將杠桿百分表壓在工件徑向方向外圓上，壓表部位應(yīng)盡量靠近工件夾緊部位，調(diào)整杠桿百分表，反復(fù)將單動(dòng)油缸供油、停止供油，觀察杠桿百分表上指針的變化，調(diào)整供油壓力，直到杠桿百分表上指針無變化為止。

夾具安裝及使用

a將夾具下頂尖部分安裝在插齒機(jī)床工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)主軸內(nèi)孔并校驗(yàn)精度；將夾具上部分通過底座4安裝在插齒機(jī)床工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)主軸端面上并校驗(yàn)精度。

b將插齒刀具通過刀柄安裝在插齒機(jī)床刀架體上并校驗(yàn)精度。

c將零件2安裝在夾具上，同時(shí)上頂尖1向下移動(dòng)壓緊工件，然后單動(dòng)油缸7供油徑向夾緊工件。

d徑向移動(dòng)插齒刀架，使插齒刀具靠近零件，確定零件加工對(duì)刀位置。

e根據(jù)零件參數(shù)、刀具參數(shù)、加工原點(diǎn)位置、對(duì)刀位置編制插齒機(jī)自動(dòng)加工程序。

f啟動(dòng)自動(dòng)加工程序，對(duì)零件進(jìn)行自動(dòng)加工；動(dòng)作順序：快速進(jìn)給→慢速進(jìn)給→工作進(jìn)給→慢速后退→快速后退；加工參數(shù)：插齒刀主運(yùn)動(dòng)沖程數(shù)700str/min，徑向進(jìn)給量0.01mm/str，圓周進(jìn)給量0.2mm/ str。

g加工結(jié)束，機(jī)床退回加工原點(diǎn)位置。

h夾具松開，取出工件。

結(jié)束語

實(shí)踐表明：該夾具結(jié)構(gòu)新穎，應(yīng)用夾具對(duì)零件進(jìn)行自動(dòng)定位、自動(dòng)加工，很好地保證了零件的定位精度和加工精度；該設(shè)計(jì)方案及加工方案是可行的，降低了操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度和用戶加工成本；該夾具設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝方便，大大提高了生產(chǎn)效率，適合批量加工。

參考：

［1］朱孝錄.齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)手冊(cè)［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005.

［2］陳日曜. 金屬切削原理［M］.北京： 機(jī)械工業(yè)出版社，2002.

［3］王啟平.機(jī)械制造工藝學(xué)［M］.哈爾濱： 哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，1997.

作者簡(jiǎn)介：

向光祥（1971-），男，漢族，湖北五峰人，現(xiàn)供職湖北宜昌長(zhǎng)機(jī)科技有限責(zé)任公司機(jī)床研究院，高級(jí)工程師，本科，長(zhǎng)期從事插齒機(jī)的設(shè)計(jì)開發(fā)工作。