一種用于小孔徑定位的新型滾齒夾具研究

張 云

一種用于小孔徑定位的新型滾齒夾具研究

張 云

（陜西法士特齒輪有限責(zé)任公司，西安 710077）

針對(duì)目前三菱滾齒機(jī)原裝夾具結(jié)構(gòu)對(duì)零件內(nèi)孔要求的局限性，設(shè)計(jì)了一種針對(duì)小孔徑定位的滾齒夾具結(jié)構(gòu)，該夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，制造精度容易滿足，裝配簡便，完全能夠達(dá)到零件的加工要求，對(duì)以后小孔徑類的齒輪滾齒夾具設(shè)計(jì)有一定的指導(dǎo)作用。

滾齒夾具 小孔徑 小孔徑 滾齒機(jī)

引言

目前我公司滾齒機(jī)多數(shù)采用日本三菱公司的進(jìn)口滾齒機(jī)，相比于國產(chǎn)滾齒機(jī)，進(jìn)口滾齒機(jī)在可靠性、性能以及生產(chǎn)節(jié)拍方面都有很大的優(yōu)勢，其機(jī)床自帶的原裝夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，精度穩(wěn)定，是保證滾齒加工質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)。該夾具采用齒輪內(nèi)孔定位，我公司的齒輪內(nèi)孔直徑在φ30-φ130之間，零件的滾齒夾具基本是采用原裝夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)完成，但目前在加工外廠產(chǎn)品中的某一零件時(shí)，零件內(nèi)孔是一階梯孔，最小零件直徑φ21.6，滾齒夾具采用原裝夾具結(jié)構(gòu)不能實(shí)現(xiàn)，因此針對(duì)這一小孔徑零件，必須設(shè)計(jì)一種新型的滾齒夾具。

圖1　外廠某一零件

1 原裝夾具結(jié)構(gòu)分析

1.1 原裝夾具工作原理

三菱滾齒夾具的夾具結(jié)構(gòu)一般是采用上拉式的拉桿機(jī)構(gòu)，夾具的關(guān)鍵運(yùn)動(dòng)部件由上、下拉桿組成，下拉桿與機(jī)床液壓缸相連接，液壓缸通過管路壓力的調(diào)整，負(fù)責(zé)工件的夾緊和松開，上拉桿與機(jī)床尾架連接，同時(shí)帶動(dòng)漲套，壓蓋等部件一起運(yùn)動(dòng)，上下拉桿配合完成工件的夾緊和松開動(dòng)作。由此可見，在漲緊和松開的過程中，上拉桿要帶動(dòng)漲套，上、下楔塊等一起穿過零件內(nèi)孔，這就對(duì)零件的內(nèi)孔直徑有一定的要求。

1.2 原裝夾具適用范圍

在原裝夾具結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，如圖2所示，考慮到強(qiáng)度及變形，拉桿最小設(shè)計(jì)直徑不能小于16mm，即D1≥16,夾具的定位部分是由漲套，上、下楔塊以及拉桿組成，漲套最薄錐面厚度單邊不能小于2mm，否則會(huì)漲裂，圓柱形厚度單邊最小按3mm設(shè)計(jì)，即D3/2≥3，上楔塊單邊厚度最小按3mm設(shè)計(jì)，即D2/2≥3，D1/2+D2/2+D3/2≥14，即D1+D2+D3≥28，如果零件孔徑小于φ28，上、下楔塊及漲套的徑向尺寸無法保證，這種結(jié)構(gòu)就不再適用，必須設(shè)計(jì)一種新的加工小孔徑零件的滾齒夾具。

圖2　原裝夾具部分結(jié)構(gòu)

2 小孔徑零件滾齒夾具設(shè)計(jì)方案

2.1 設(shè)計(jì)方案

（1）根據(jù)以上分析，目前要加工的零件最小內(nèi)孔直徑是φ21.6，原有拉桿機(jī)構(gòu)不能全部通過零件內(nèi)孔，因此將拉桿設(shè)計(jì)成下拉式，即拉桿的松開和漲緊都在零件內(nèi)孔以下，這樣可以避開內(nèi)孔直徑的限制；

（2）分析零件內(nèi)孔是階梯孔，分別是φ21.6和φ54.6，雖然用φ21.6設(shè)計(jì)也可以完成，但考慮到夾具的強(qiáng)度，優(yōu)先采用階梯孔中的大孔φ54.6定位，這樣拉桿和漲套的強(qiáng)度會(huì)有大的提升；

（3）考慮到零件內(nèi)孔在加工中會(huì)產(chǎn)生跳動(dòng)，粗糙度等精度問題，如果采用光心軸定位，內(nèi)孔和夾具心軸之間會(huì)產(chǎn)生間隙，從而造成零件偏心等不良影響，影響齒部精度，因此我們采用彈性漲套定位，可以彌補(bǔ)工件內(nèi)孔加工質(zhì)量對(duì)定位的影響；

（4）考慮到零件的松開和緊時(shí)漲套要有一定的運(yùn)動(dòng)行程。因此，漲套端面和大孔端面要預(yù)留出一定的間隙，零件的大孔徑長度僅有24，除去間隙，定位長度有限制，因此設(shè)計(jì)成單錐面的漲套。

2.2 夾具結(jié)構(gòu)分析

根據(jù)以上方案分析，我們最終設(shè)計(jì)了一種下拉式的小孔徑滾齒夾具，整個(gè)夾具由以下4種機(jī)構(gòu)組成，見圖3。

（1）夾具連接機(jī)構(gòu)：將原有的上拉桿只保留與機(jī)床尾架相連接的部分，圖3中3-1，3-3是連接法蘭，用于連接拉桿頭和壓蓋，3-12是心軸，跟機(jī)床底座連接，一方面保證跟工作臺(tái)同軸，另一方面跟拉桿配合，起到拉桿定心的作用；3-15是下拉桿，用于跟機(jī)床液壓缸螺紋連接，用于完成零件的漲緊和松開；

（2）支撐機(jī)構(gòu)：3-5是壓蓋，用于將零件端面壓緊，防止零件在滾齒過程中產(chǎn)生軸向運(yùn)動(dòng)，3-7是支撐，用于零件的端面定位；

（3）漲緊松開機(jī)構(gòu)：由3-8漲套和3-11拉桿錐面配合完成；3-11向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，見圖4，選定漲套為分析對(duì)象，漲套受到拉桿對(duì)其垂直于錐面的壓力F合，沿著錐面受力分解，F(xiàn)合由兩個(gè)分力組成，一個(gè)是Fx,，使?jié)q套產(chǎn)生向下的壓力，另一個(gè)是Fy，使?jié)q套產(chǎn)生徑向的力，這個(gè)力使得漲套沿徑向漲開，從而產(chǎn)生漲緊力；

（4）其余的螺栓、螺釘、圓柱銷用于夾具不同零件之間的定位，連接；

圖3　新夾具結(jié)構(gòu)

圖4　漲套受力分析

2.3 夾具的運(yùn)動(dòng)過程

（1）拉緊時(shí)動(dòng)作實(shí)現(xiàn)過程：液壓缸工作，下拉桿往下運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)上拉桿往下運(yùn)動(dòng)，同時(shí)漲套漲開，漲緊零件，尾架向下運(yùn)動(dòng)，壓蓋壓緊零件端面，實(shí)現(xiàn)定位夾緊；

（2）松開時(shí)動(dòng)作實(shí)現(xiàn)過程：液壓缸工作，下拉桿向上運(yùn)動(dòng)，同時(shí)拉桿向上運(yùn)動(dòng)，漲套松開，同時(shí)，尾架向上運(yùn)動(dòng)，壓蓋離開零件表面，取下已經(jīng)加工的零件。

3 夾具驗(yàn)證

夾具的設(shè)計(jì)合理，制造精度容易滿足，裝配方便快捷，在調(diào)試過程中，支撐端面跳動(dòng)達(dá)到0.008，零件夾緊后，零件的外圓徑跳是0.01，達(dá)到滾齒的作業(yè)指導(dǎo)書要求，滾齒加工過程中，夾緊力合適，產(chǎn)品工藝要求齒形誤差0.02，齒向誤差0.02，累積總公差0.05，滾齒首件零件經(jīng)過三坐標(biāo)檢測，見圖5，齒部精度均達(dá)到工藝要求，驗(yàn)證了夾具的合理性。

4 結(jié)論

針對(duì)目前三菱滾齒機(jī)原裝夾具結(jié)構(gòu)在加工零件時(shí)的局限性，設(shè)計(jì)了一種針對(duì)小孔徑定位的滾齒夾具，夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，制造精度容易滿足，裝配簡便，完全能夠達(dá)到零件的加工要求，對(duì)以后小孔徑類的齒輪滾齒夾具設(shè)計(jì)有一定的借鑒作用。

圖5　滾齒首件齒形齒向報(bào)告

[1]王啟平.機(jī)床夾具設(shè)計(jì)[M].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，1995.

[2]朱耀祥，浦林祥.現(xiàn)代夾具設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009.

A New Type of Hobbing Fixture Research for Small Hole Location

ZHANG Yun
(Shaanxi Fast Auto Drive Ltd, Shaanxi,xi'an,710077)

As current Mitsubishi hobbing original fixtures have limits for parts's hole diameter, a new type of hobbing fixture is designed, which not only has reasonable structure, but also is easily manufactured, and variable assembly. Processing requirements can completely be reached, so there are a guiding role on the future gear hob fixture design of small hole diameter.

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