小型齒輪泵軸加工工藝及不停車夾具設(shè)計(jì)

蘭小光

（廣西現(xiàn)代職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系，廣西 河池547000）

0 引言

齒輪泵有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜、維護(hù)方便、工作可靠等很多的優(yōu)點(diǎn)，因而廣泛應(yīng)用在各類機(jī)械設(shè)備中。小型齒輪泵的齒輪軸由于結(jié)構(gòu)的原因，它的機(jī)械加工效率是一個(gè)長(zhǎng)期的技術(shù)難題，主要體現(xiàn)在加工表面粗糙度、齒輪軸直徑尺寸、齒輪寬度尺寸、齒輪側(cè)面與軸線的垂直度、兩端齒輪軸線的同軸度等要求都很高[1-2]，傳統(tǒng)的加工方法效率很低。本夾具設(shè)計(jì)目的就是探討提高小型齒輪泵軸的加工效率，降低齒輪泵軸的加工成本，提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

1 齒輪軸加工工藝的改進(jìn)

小型齒輪泵軸的結(jié)構(gòu)如圖1所示，由于齒輪軸兩軸線的同軸度要求比較高，用機(jī)床三爪卡盤(pán)夾持的方法根本無(wú)法滿足同軸度的要求[3-4]；齒輪軸線對(duì)側(cè)面的垂直度影響到齒輪泵的內(nèi)泄漏問(wèn)題，所以一般是在一次裝夾中加工出來(lái)的[5]；另外齒輪兩側(cè)面的寬度尺對(duì)內(nèi)泄漏也有影響，所以用調(diào)整好寬度的兩把刀一次加工完成。因此傳統(tǒng)的加工工藝如下：粗車外圓φ2——粗車外圓φ3——用切斷刀切φ1處粗加工——精車φ3達(dá)尺寸、精車φ2達(dá)尺寸——精車φ1、精車齒輪兩側(cè)面達(dá)尺寸——切斷——插齒（從動(dòng)輪）——銑扁位（主動(dòng)齒輪）。

要實(shí)現(xiàn)齒輪軸φ1和φ3分工序加工，就必須解決裝夾精度問(wèn)題，使用高精度彈簧夾頭，同時(shí)考慮裝夾效率，設(shè)計(jì)出齒輪軸加工不停車夾具。使用不停車夾具加工的齒輪軸加工工藝為：粗車外圓φ2φ3及右端面——精車外圓φ3、右端面、φ2及軸右邊倒角——調(diào)頭粗車φ1——精車φ1、左端面及軸的倒角——插齒（從動(dòng)輪）——銑扁位（主動(dòng)齒輪）。

圖1 齒輪軸

2 不停車精車夾具設(shè)計(jì)

要保證φ1和φ3的同軸度、尺寸20的長(zhǎng)度、以及左端面與φ1的垂直度要求，現(xiàn)在以φ3和右端面定位，設(shè)計(jì)精車φ1及左端面的夾具如圖2所示。

圖2 小齒輪軸不停車夾具

2.1 夾具結(jié)構(gòu)

不停車夾具由心軸（夾具體）莫氏錐度部分套入車床主軸前端錐孔定位，由車床主軸帶動(dòng)心軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)。工作時(shí)夾具體跟著車床主軸一起旋轉(zhuǎn)，只有夾上的左右滑塊不跟著轉(zhuǎn)動(dòng)。在不停車的情況下扳動(dòng)滑塊上的手柄，錯(cuò)開(kāi)左右手柄的相對(duì)角度，由于左右滑塊斜面的作用，兩滑塊之間軸向距離變長(zhǎng)，推動(dòng)夾緊滑塊向右移動(dòng)，壓緊彈簧夾頭，實(shí)現(xiàn)工件夾緊；把左右手柄扳回相同的位置，滑塊間軸向距離變短，在彈簧力的作用下，夾緊滑塊向左移動(dòng)，彈簧夾頭復(fù)位，松開(kāi)工件。

不停車夾具的組成包括夾具主體心軸1，六角螺母2把支撐板3固定在心軸上，支撐板與心軸通過(guò)平鍵4連接；左手柄5通過(guò)螺紋與左滑塊6相連，右手柄7通過(guò)螺紋與右滑塊8相連，左滑塊和右滑塊是整體加工好以后斜切而成的，它們安裝在空轉(zhuǎn)套9上面，左右滑塊與空轉(zhuǎn)套可以相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)和移動(dòng)；空轉(zhuǎn)套通過(guò)深溝軸承11安裝在心軸上面，它不跟心軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)；左滑塊通過(guò)推力軸承10把力傳到支撐板，右滑塊通過(guò)推力軸承把力傳給夾緊滑塊12；夾緊滑塊的錐度與心軸上的錐度相同，它向右移動(dòng)是夾緊工件，向左移動(dòng)是松開(kāi)工件；夾緊滑塊的右邊是回位碟片彈簧13，碟片彈簧支撐在心軸的右端軸肩上。

2.2 夾具原理

開(kāi)始時(shí)左右手柄處在相同的位置，其中左手柄固定在車床的床頭箱上，這時(shí)候夾頭處于松開(kāi)狀態(tài)。在不停車的情況下，把待加工工件裝上心軸的右端孔里，慢慢轉(zhuǎn)動(dòng)右手柄，使左右手柄產(chǎn)生角位移，左右滑塊在斜口的作用下軸向距離增加。左滑塊壓住左邊的推力軸承作用在支撐板上面，由于支撐板固定不動(dòng)，所以左滑塊不能移動(dòng)；右滑塊在反作用力的作用下向右移動(dòng)，通過(guò)推力軸承作用在夾緊滑塊上，使夾緊滑塊向右移動(dòng)，夾緊滑塊的錐面壓緊心軸右端的彈性?shī)A頭，開(kāi)十字槽的彈性?shī)A頭收縮，完成工件夾緊，夾具夾緊示意如圖3所示。工件加工完畢，車床主軸不停止，扳動(dòng)右手柄回到左手柄處相同的位置，左右滑塊的斜口回位，軸向距離變短，在碟片彈簧的作用下，夾緊滑塊向左移動(dòng)，夾具體彈性?shī)A頭回位，松開(kāi)工件，夾具松開(kāi)如圖4所示。

圖3 夾緊狀態(tài)

圖4 松開(kāi)狀態(tài)

2.3 夾具的精度要求

夾具體心軸采用低碳合金鋼制造，經(jīng)過(guò)滲碳淬火處理，彈簧夾頭部分硬度為HRC50-55，其他部分硬度為HRC30-38。心軸左端的莫氏錐度部分與右端工件夾緊定位面（即彈簧夾頭孔）的同軸度為0.01 mm，夾緊滑塊的內(nèi)錐面與心軸右端彈簧夾頭的外錐面要相同的錐角，簧夾頭的外錐面與定位面的同軸度為0.01 mm。安裝夾具時(shí)，清洗主軸內(nèi)孔錐面和夾具，把夾具莫氏錐面套緊主軸內(nèi)孔即可。在夾緊狀態(tài)下用百分表檢查彈簧夾頭內(nèi)孔定位面的徑向跳動(dòng)，要求定位面的徑向跳動(dòng)小于0.015 mm，如果定位面的徑向跳動(dòng)過(guò)大，需要進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)修整。修整夾具定位面的方法是，彈簧夾頭在夾緊狀態(tài)下啟動(dòng)車床主軸，用車刀按1∶20的倒錐度修整夾緊定位面，即彈簧夾頭的孔口小，孔深處稍大，保證彈簧夾頭工作時(shí)孔口處夾緊工件。經(jīng)過(guò)修整以后，彈簧夾頭定位面的徑向跳動(dòng)就是車床主軸的徑向跳動(dòng)，一般小于0.015 mm。

由于齒輪軸兩端軸的同軸度是互為基準(zhǔn)檢測(cè)的[6-7]，本例設(shè)計(jì)基準(zhǔn)、定位基準(zhǔn)和檢驗(yàn)基準(zhǔn)是一致的，沒(méi)有基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換誤差，所以?shī)A具的誤差就是定位誤差。本夾具最大定位誤差為0.015 mm，小于齒輪軸同軸度公差的二分之一，符合夾具設(shè)計(jì)原則，能夠滿足加工精度要求。

3 結(jié)束語(yǔ)

本夾具經(jīng)過(guò)實(shí)際生產(chǎn)使用，加工出來(lái)的齒輪軸φ1和φ3的同軸度達(dá)到0.03 mm以內(nèi)，齒輪端面與軸線的垂直度達(dá)到0.025 mm以內(nèi)，完全滿足小型齒輪軸加工工藝的要求，加工效率提高了兩倍多。小型齒輪泵軸加工工藝的改進(jìn)和不停車夾具有如下特點(diǎn)：（1）實(shí)現(xiàn)了不停車裝卸工件，大大提高了工作效率[5]；（2）工件裝卸輕松，減輕操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度；（3）加工刀具簡(jiǎn)單，減少了刀具的忍磨和安裝調(diào)整時(shí)間；（4）定位精度高，加工質(zhì)量穩(wěn)定；（5）齒輪軸毛坯改為沖床下料，不再需要每件都在車床上切斷，節(jié)約切斷口的材料；（6）減少了車床的頻繁啟停，延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命[8]。