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年左右就會出現明顯的金屬疲勞現象。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較大誤差。本文研究了一種在不移動齒輪的情況下連續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的作用在于當第一油缸1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30下端連接，變距萬向節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；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;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41，支撐環41內設置有4個相同規格的第二油缸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。