一種高精度齒輪加工用打孔設備*

劉成文，彭安華，韓兆興，王 濤

(1.淮海工學院 機械工程學院，江蘇 連云港 222005；2.江蘇匯九齒輪有限公司，江蘇 連云港 222200)

0 引言

齒輪是應用最為普遍的機械傳動零件，幾乎任何機械設備上都會用到齒輪。在齒輪加工過程中首先要加工出中心孔，然后以中心孔為基準加工齒面，所以齒輪加工精度的高低很大程度上取決于中心孔加工精度的高低。線切割是應用比較普遍的齒輪中心孔加工方法，由于線切割一方面成本較高，另一方面線切割的高溫會對齒輪性能產生影響，使其在3年左右就會出現(xiàn)明顯的金屬疲勞現(xiàn)象。隨著勒洛三角形(即圓弧三角形)技術的成熟，機械打孔的方法應用越來越廣泛，不但成本低，而且對材料損傷較小。但是現(xiàn)在打方孔的鉆頭都是三角形狀，直接打孔容易斷頭，所以通常需要用打圓孔鉆頭先打一個圓孔，在圓孔的基礎上再打方孔。目前并沒有加工圓孔、方孔一體的設備，均是先用一臺設備打圓孔，然后再換另一臺設備打方孔，這種方式不僅效率低，而且更換齒輪位置打方孔時容易出現(xiàn)較大誤差。本文研究了一種在不移動齒輪的情況下連續(xù)進行打圓孔和打方孔操作的設備，提高了齒輪中心孔加工的精度和效率。

1 齒輪中心孔加工設備

齒輪中心孔加工設備如圖1所示，第一油缸1通過第二支撐桿2和第一支撐柱3連接，其下端和第一底座16連接。第一支撐柱3通過第三支撐桿11和設置有第一滑槽的第一支撐板10連接，第一滑槽上設置有吻合的而且能在第一滑槽內進行滑動的第一滑塊9，其數(shù)量為兩個，且與倒L型第一支撐桿8下端連接，其上端分別與打方孔機構7和打圓孔機構6連接，它們的上端均設置有第二壓板5，目的是配合第一油缸1下面連接的第一壓板4，從而便于將打方孔機構和打圓孔機構豎直向下壓。打方孔機構和打圓孔機構之間通過中間連接有第二連接軸13的第三連接桿12連接，第二連接軸13下端和位于第一支撐板10上的第一驅動電機14連接。第一驅動電機14驅動第一滑塊9在第一滑槽內進行旋轉，從而使打方孔機構和打圓孔機構在第一支撐板10上進行旋轉。第一支撐板10下方設置有齒輪定位機構15，為了便于對齒輪進行打孔操作，在第一支撐板10上開設了第一通孔24。

1-第一油缸；2-第二支撐桿；3-第一支撐柱；4-第一壓板；5-第二壓板；6-加工圓孔機構；7-加工方孔機構；8-第一支撐桿；9-第一滑塊；10-第一支撐板；11-第三支撐桿；12-第三連接桿；13-第二連接軸；14-第一驅動電機；15-齒輪定位機構；16-第一底座；24-第一通孔

如圖2所示，方孔機構和圓孔機構分別連接有兩根第二連接管19，其一端與方孔機構或圓孔機構連接，另一端均和導向哥林柱17的下端連接，導向哥林柱上端和第二壓板5連接。外側的兩根導向哥林柱上套裝有外滑管21，內側套裝有內滑管18。第一支撐桿8上端連接外滑管，下端連接設置在第一滑槽23內第一滑塊9。內滑管18和第三連接桿12連接，第三連接桿12通過第二連接軸13與設置在第一支撐板10中心位置的第一驅動電機14連接。4根導向哥林柱17上均套裝有彈簧20，彈簧20設置在第二壓板5和滑管之間，彈簧20的作用在于當?shù)谝挥透?不下壓打方孔機構和打圓孔機構時能夠將它們彈起高于第一支撐板10上表面。

17-導向哥林柱;18-內滑管;19-第二連接管;20-彈簧;21-外滑管;23-第一滑槽;24-第一通孔

打方孔機構如圖3所示，第一加強筋27一端連接方孔驅動裝置25，另一端連接導向支撐框28，其內設置有吻合的勒洛三角塊29，它的下表面與方孔鉆頭31連接，上表面與變距萬向節(jié)30下端連接，變距萬向節(jié)30上端和方孔驅動裝置25的輸出轉軸連接。打圓孔機構如圖4所示，圓孔驅動裝置26的結構和方孔驅動裝置相同，第二加強筋22的一端和圓孔驅動裝置26連接，另一端和第一連接桿34連接，第一連接桿34的另一端和第一軸承33連接，通過第一軸承33支撐第一連接軸32。通過第一軸承33和第二加強筋22的配合保證在打圓孔的時候圓孔鉆頭不會“打飄”，從而保證了打孔的高精準度。

25-方孔驅動裝置；27-第一加強筋；22-第二加強筋;26-圓孔驅動裝置；28-導向支撐框；29-勒洛三角塊；32-第一連接軸；33-第一軸承；30-變距萬向節(jié)；31-方孔鉆頭 34-第一連接桿；35-圓孔鉆頭

圖3打方孔機構結構示意圖圖4打圓孔機構結構示意圖

為使第一滑塊9能夠快速安裝在第一滑槽23中，第一支撐板10為兩半式結構，且兩端均設置有連接耳，連接耳上設置有螺孔，通過螺栓和螺母使兩半式結構組合成一個完整圓形的第一支撐板。第一支撐板10左右兩側通過第三支撐桿11和第一支撐柱3連接，第一支撐柱3的下端和第一底座16連接；第一支撐板10上設置有第一通孔24，是為了方便方孔鉆頭31和圓孔鉆頭35加工待加工齒輪。

齒輪定位機構如圖5所示，第二支撐板的下表面連接有支撐座49，其外壁設置有兩個與第四連接桿53連接的第二軸承52，第四連接桿53和位于第二底座58上的第二支撐柱54連接。通過兩個第二軸承52能夠使支撐座49進行轉動，也就是可以使第二支撐板40進行轉動。為了使支撐板轉動方便，支撐座49的外壁上還設置有與第二齒輪56相嚙合的第一齒輪55，位于第二底座58上的第二驅動電機57驅動第二齒輪56旋轉。第二支撐板40上設置有4個對稱的第二滑槽44，其內部設置有吻合的第二滑塊45，其前端設置有棕毛刷46，第二滑塊45的上端連接有齒輪定位支撐塊43，齒輪定位支撐塊43內側設置有與待加工齒輪嚙合的輪齒59，是為了便于固定待加工齒輪。第二滑槽44為凸字形，第二滑塊45的形狀和第二滑槽44相互吻合。齒輪定位支撐塊43外面一側和第二油缸42連接，第二油缸42另一端和支撐環(huán)41連接，第二油缸42驅動齒輪定位支撐塊43在第二支撐板40上進行直線滑動。為了便于清理打孔留下的金屬屑，在第二支撐板40中心位置設置有第二通孔47，支撐座49上設置有與第二通孔同軸的第三通孔50，在支撐座49的下方設置收納盒51，便于收集金屬屑。

40-第二支撐板;41-支撐環(huán);42-第二油缸;43-齒輪定位支撐塊;44-第二滑槽;45-第二滑塊;46-棕毛刷;47-第二通孔;49-支撐座;50-第三通孔;51-收納盒;52-第二軸承;53-第四連接桿;54-第二支撐柱;55-第一齒輪;56-第二齒輪;57-第二驅動電機;58-第二底座

圖6為第二支撐板俯視圖，外邊緣設置有支撐環(huán)41，支撐環(huán)41內設置有4個相同規(guī)格的第二油缸42，該油缸還與內側設置有輪齒59的齒輪定位支撐塊43外側連接。為了查看待加工齒輪是否定位在第二支撐板40的中心位置，在第二支撐板40上設置有4條刻度線48，分別位于第二油缸42一側。

48-刻度線;59-輪齒

2 工作過程

將待加工齒輪放置在第二支撐板的第二通孔47上面，通過控制4個第二油缸，查看比較刻度線，確保待加工齒輪被夾持在齒輪定位支撐塊43的中心位置。開啟圓孔驅動裝置，同時控制第一油缸1將打圓孔機構向下壓，對待加工齒輪進行打圓孔操作。控制第一驅動電機14，使打圓孔機構旋轉180°，讓打方孔機構旋轉到待加工齒輪的正上方，即可進行打方孔操作，松開第二油缸42，取下加工完成的齒輪，然后控制第二油缸42將鉆孔打出的金屬屑推進第二通孔47內，順著第二通孔47流向收納盒51中，然后對下一個待加工齒輪打孔。

3 結語

齒輪中心孔加工設備將打方孔機構和打圓孔機構設置在一起，通過第一驅動電機驅動旋轉，第一油缸驅動打方孔機構和打圓孔機構向下運動，從而能夠在不移動待加工齒輪的情況下打圓孔和方孔，保證了加工的精準度。齒輪定位機構能夠將待加工的齒輪定位在第二支撐板中間，支撐板設置有刻度線，能夠確保待加工齒輪被定位在第二支撐板的中心。