圓柱齒輪以分度圓為基準的磨內孔夾具設計

胡小松

(淮安天馳科技有限公司，江蘇 淮安 223001)

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圓柱齒輪以分度圓為基準的磨內孔夾具設計

胡小松

(淮安天馳科技有限公司，江蘇 淮安 223001)

針對圓柱齒輪磨內孔的工藝方法生產效率很低，設計了一款以齒輪分度圓為基準的磨內孔夾具，極大地提高了生產效率，保證了質量。

圓柱齒輪；磨內孔；夾具設計

以前筆者公司加工該工件是采用：每隔12個齒(三等分)，在齒槽中放1根量棒，共放3根，用松緊帶勒緊，三爪夾持，百分表校正。這種方法能夠保證加工精度，但是生產效率很低。隨著生產批量的增大，這種工藝方法不能滿足企業的需要，迫切需要一種簡便、快捷、精度高的磨床夾具。

1　工藝分析

齒輪采用1Cr18Ni9Ti，工藝過程大致為：下料→正火處理→車兩端面并鏜孔，車環槽→滾齒→齒部滲碳淬火→磨兩端面→磨內孔。磨孔時利用1個端面、齒槽和3根量棒作為定位基準，內外錐套對3根均布的量棒進行夾緊。

2　夾具結構結構設計

以往很多廠在解決此類問題時，大多采用薄膜三爪卡盤，但這種夾具結構復雜，調整起來也很不方便。在綜合參考了多種定位夾緊方案后，夾具結構見圖2。既然要保證徑向跳動公差，那么使用錐套式結構最合適，而用錐套對齒輪進行定位和夾緊，就必須考慮：①如何使內錐套7相對于外錐套4產生軸向運動，以便利用外錐套4的剛性使開縫式內錐套7(見圖3)抱緊，從而夾緊工件，不使之自轉；②如何確保外錐套與主軸軸心線同軸；③如何確保工件在夾具中時能夠軸向定位，且保證定位面與主軸軸心線垂直。

為解決上述問題，設計如下：①在內、外錐套之間設置一根內六角螺釘9，通過擰動螺釘，帶動內錐套7向左移動；②外錐套4設計成如圖2的形狀，以莫氏四號錐柄插入主軸錐孔中，利用雙頭螺栓1、厚螺母2、墊片3拉緊外錐套，從而確保外錐套4與主軸軸心線同軸；③在外錐套的孔內端面上設置三根間隔120°，均布等長的支承釘5 。

考慮到如果用內六角螺釘9直接連接內外錐套，擰動螺釘9時，在擰緊力作用下，內錐套7與外錐套4之間將發生相對轉動，故增設連接板6，用開槽螺釘11將內錐套7與連接板6連成整體，支承釘5穿過連接板6上的孔，實現對內錐套7的周向定位，阻止其轉動；考慮到退出工件時，反向擰動螺釘9，必須使內錐套7一起退出，因此增設壓環12，使連接板6上的圓心孔孔徑小于壓環12的沉頭孔孔徑(如圖4)，將內六角螺釘9的頭端車細，用開槽沉頭螺釘10將壓環12和連接板6連接成一體，使得內六角螺釘9不管正轉還是反轉，都能帶動壓環12、連接板6和內錐套7左右移動。

3　夾具的使用

加工工件時，先將外錐套4插入主軸錐孔中，用雙頭螺栓1、厚螺母2和墊片3將其拉緊，百分表校正；將支承釘5擰入外錐套4中；用開槽盤頭螺釘11和開槽沉頭螺釘10將內錐套7、連接板6、內六角螺釘9和壓環12連成一體；將工件與量棒8放入內錐套7中；擰動內六角螺釘9，旋入外錐套4的螺孔中，帶動壓環12、連接板6和內錐套7向左移動，最終夾緊工件。加工完成后，通過反向擰動內六角螺釘9，即可將內錐套7和工件一起退出。

4　夾具制造的注意事項

①外錐套4的莫氏四號錐柄必須與主軸錐孔配作，用紅丹粉進行檢查，有效接觸面積不得少于75%。

②外錐套4裝夾于磨床主軸錐孔中后，才能對其內錐面進行精磨，且必須與內錐套7的外錐面配磨，并用紅丹粉檢查，有效接觸面積不得少于75%。

③接上步，將3根支承釘擰入外錐套4內后，必須對支承釘的端面B(見圖2)精磨使3根支承釘5的B端面同而且保證與主軸軸心線的垂直度。

④其他熱處理工藝按相關標準實施。

5　力學校核

考慮到這套夾具是首次設計，以前從未用過，為確保一次成功，并保證安全生產，對夾緊力與切削力進行了力學校核，具體如下：

(1)夾緊力計算

如圖2所示，本夾具是依靠擰動內六角螺釘9產生軸向力Fc，帶動內錐套7向左移動，利用外錐套4和內錐套7之間的2°30′錐角產生徑向分力，實現工件的夾緊，所以應當先計算出軸向力Fc。

內六角螺釘規格為M14×2，螺紋中徑d0=12.071 mm，螺釘的螺旋線升角tanα=2/(πd0)=2/(3.14×12.071)=0.0528，查表可知，α=3°1′20″=3.022 167°。根據文獻[1]可知，鋼件的摩擦角ψ1=ψ2=5°～8°，我們選ψ1=ψ2=6°。計算當量摩擦半徑，查閱零件圖知，螺釘頭直徑D=21 mm，壓環的通孔直徑D0=16 mm。

則當量摩擦半徑r1′=[(D3-D03)/(D2-D02)]/3={[(21)3-(16)3]/ [(21)2-(16)2]}/3=9.306 3 mm。

假設工人使用加力桿擰緊螺釘，加力桿長L=400 mm，推力Q=400 N。則軸向力：

Fc=QL/[r1′tanψ1+d0/2×tan(α+ψ2)]

因為錐套斜角α錐=2.5°，所以tan2.5°=Fj/Fc，則夾緊力Fj=0.043 66×82 730.1=3 612 N

(2)切削力計算

磨孔時，砂輪對工件有3個方向的作用力，圓周力即切削力Fz,徑向力Fy，軸向力Fx一般很小，不予考慮，而徑向力Fy一般等于2～3倍的切削力Fz，所以計算出Fy，即可知切削力Fz。

根據文獻[3]中的相關內容可知，工件線速度Vg在15～25 m/min之間，我們選Vg=20 m/min；從圖1可知，齒輪孔長34 mm，選擇砂輪長度B=30 mm；根據《機械加工工藝手冊》可知，磨內孔時軸向進給量S軸=0.6B=0.6×30=18 mm/r；磨削深度，粗磨時為0.01～0.03 mm，精磨時0.002～0.01 mm，由于粗磨時切削力最大，所以我們選吃刀量t=0.03 mm。

每分鐘磨下的金屬量W=1 000Vg·t·S軸=1 000×20×0.03×18=10 800 mm3/min。單位磨削量W單=W/B=10 800/30=360mm3/(mm·min)。

根據文獻[4]可知內圓磨時砂輪的修正系數K硬=1.0，所以砂輪磨削時徑向力：

Fy=W單0.7BK硬

=(360)0.7×30×1

=1 847.281 N

由此可知切削力最大值是Fz=Fy/2=1 847.281/2=923.64 N

6　結語

本設計的小錐度彈簧套式夾具，不但結構簡單，制造成本也低，僅相當于薄膜式夾具的1/6；由于是用淬火后工件分度圓為定位基準加工，可使徑向跳動控制在0.02 mm以內，且無需對每一個待加工件校正，使生產效率大大提高。

[1]王寶璽.汽車拖拉機制造工藝學[M].2版.北京：機械工業出版社,1988.

[2]孫寶宏.機械基礎[M].北京：化學工業出版社,2002.

[3]上海第一機電工業局.工人技術教育讀本——磨工[M].北京：機械工業出版社,1973.

[4]上海機器制造學校.金屬切削原理與刀具[M].北京：機械工業出版社,1977.

[5]劉有才.肖繼德.機床夾具設計[M].北京：機械工業出版社,1992.

(編輯孫德茂)

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Design of inner hole grinding tongs for cylindrical gear based on reference circle

HU Xiaosong

(Huaian Tianchi Technology Co., Ltd., Huaian 223001, CHN)

Aiming at the very low efficiency of process method of cylindrical gear grinding hole, design grinding inner hole tongs based on gear reference circle, greatly improve the production efficiency, guarantee the quality.

cylindrical gear; grinding inner hole; tongs design

TG751.5

B

胡小松，男，1981年生，助理工程師，從事機械產品設計、工藝設計、夾具設計。

2015-10-20)

160421