一種能夠?qū)崿F(xiàn)快速換產(chǎn)高精度裝夾軸類零件插內(nèi)齒夾具的設計

王 軍

（中國重汽集團大同齒輪有限公司， 山西 大同 037305）

引言

隨著市場競爭的日益激烈，“高精度、低成本、中小批量”生產(chǎn)方式已經(jīng)成為當前機械加工行業(yè)的主導生產(chǎn)方式。為了適應這種市場需要，在插齒機上進行快速換產(chǎn)、高精度安裝后可以加工出質(zhì)量穩(wěn)定的需插內(nèi)齒的軸類零部件就成為一種必然趨勢。

由于需插內(nèi)齒的軸類零部件定位端面較小、外徑差異大、軸向尺寸不盡相同，原夾具在加工需插內(nèi)齒的軸類零部件時，采用端面定位、彈簧夾頭夾緊外圓方式，產(chǎn)品換產(chǎn)時間較長且沒有使用中心孔對零部件進行定心，插內(nèi)齒后的徑向跳動在0.03～0.08 mm 之間，與現(xiàn)在的生產(chǎn)方式需求不相適應。

本文設計了一種采用下頂尖定中心孔實現(xiàn)定心、定軸向位，彈簧夾頭夾緊外圓的方式進行夾緊的夾具[1]，該夾具主要包括快換防塵蓋、快換彈簧夾頭、本體、配油環(huán)、底座、拉桿、快換下頂尖、隔套、頂尖座、拉軸和接桿。在加工前，先確定需要加工的零部件，需要幾號快換防塵蓋、快換彈簧夾頭和快換下頂尖。確定后把快換防塵蓋、快換彈簧夾頭和快換下頂尖安裝在插胎上，再把要加工的零部件安裝在插胎上，最后使用機床液壓拉桿拉動快換彈簧夾頭把零部件夾緊后進行插內(nèi)齒加工，見圖1。

1 任務需求

要求在同一臺插齒機上加工多種需插內(nèi)齒的軸類零部件產(chǎn)品，加工精度控制在齒圈跳動0.05 mm以內(nèi)，換產(chǎn)輔助時間30 min 以內(nèi)。而使用以往的工裝，齒圈跳動只能控制在0.08 mm 以內(nèi)，換產(chǎn)輔助時間需在3 h 左右，無法滿足精度和換產(chǎn)節(jié)拍的要求，因此要求設計新型插軸類零部件內(nèi)齒的工裝。

圖1 軸類快換插內(nèi)齒工裝簡圖

2 夾具的設計

2.1 底座與本體連接的設計制造

底座與本體采用底座內(nèi)孔與本體外圓定心、底座端面與本體端面定位設計。

為了保證底座部分與本體部分連接精度，特別使用了底座內(nèi)孔與本體外圓過渡配合的連接方式，確保了底座與本體的連接精度。為了保證底座端面與本體端面的平面貼合精度，特別要求了底座端面與本體端面的平面度、垂直度和粗糙度[2]。

2.2 本體與防塵蓋連接的設計制造

本體與防塵蓋采用本體外圓與防塵蓋內(nèi)孔定心、本體端面與防塵蓋端面定位的連接。

2.3 本體與彈簧夾頭、拉桿連接的設計制造

本體與彈簧夾頭采用本體內(nèi)孔、及內(nèi)錐面與彈簧夾頭外圓、外錐面自定心的連接。為了確保本體與彈簧夾頭能夠滑動自如，其配合間隙在0.01 mm 以內(nèi)，特別采用配磨的加工方式和要求了本體內(nèi)孔、及內(nèi)錐面與彈簧夾頭外圓、外錐面的跳動在0.005 mm及粗糙度在Ra0.2 mm 以下。

本體與拉桿采用本體內(nèi)孔與拉桿外圓自定心的連接，為了確保本體與拉桿能夠滑動自如，其配合間隙在0.02 mm 以內(nèi)。

2.4 本體與配油環(huán)連接的設計制造

本體與配油環(huán)采用本體外圓與配油環(huán)內(nèi)孔定心的連接。配油環(huán)沿軸向尺寸中部開有油道槽與本體的油道貫通，使冷卻油可以通過油道進入插胎內(nèi)部對彈簧夾頭、頂尖等機構(gòu)進行清洗后通過本體的泄油孔流出。達到插胎內(nèi)部無異物，保證零部件的裝夾質(zhì)量。為了確保本體與配油環(huán)間的連接處能夠很好地把冷卻油密封，要求連接處采用過渡配合且粗糙度在Ra0.4μm 以下。

2.5 本體與頂尖座連接的設計制造

本體與頂尖座采用底座內(nèi)孔與頂尖座外圓定心、本體端面與頂尖座端面定位的連接。

為了保證本體部分與頂尖座部分連接精度，特別使用了本體內(nèi)孔與頂尖座外圓過渡配合的連接方式，確保本體與頂尖座的連接精度。為了保證本體與頂尖座的平面貼合精度，特別要求了本體端面與頂尖座端面的平面度、垂直度和粗糙度。

2.6 防塵蓋與零部件連接的設計制造

防塵蓋與零部件采用防塵蓋內(nèi)孔與零部件外圓的間隙配合。防塵蓋需要根據(jù)不同的零部件的外圓尺寸設計出不同的防塵蓋，以達到既能防止鐵屑進入插胎內(nèi)部，又能使零部件順利裝入插胎的目的。

2.7 彈簧夾頭與零部件連接的設計制造

彈簧夾頭與零部件采用彈簧夾頭內(nèi)孔與零部件外圓定心夾緊的結(jié)構(gòu)設計。由于每種產(chǎn)品零部件的定位外圓不可能完全一致且彈簧夾頭的變形量不能太大，因此要根據(jù)零部件定位外圓的不同設計出不同規(guī)格的彈簧夾頭，使被加工零部件在安裝后處于一個合理的擺放姿態(tài)，以達到減少因被加工零部件的位置不合理而導致加工不正確，影響加工質(zhì)量。

由于彈簧夾頭要經(jīng)常使用，處于高頻率工作狀態(tài)，因此要選擇耐磨性好、硬度高、彈性好的鋼材，如50CrVA。要定期檢查彈簧夾頭是否完好，如有磨損要及時更換。如果使用了已磨損的彈簧夾頭，由于無法正常加工零部件，出現(xiàn)嚴重質(zhì)量事故。

2.8 頂尖與零部件連接的設計制造

頂尖與零部件采用頂尖插入零部件的中心孔的定心、軸向定位方式。由于每種產(chǎn)品零部件的中心孔、軸向尺寸不可能完全一致，因此要根據(jù)零部件中心孔、軸向尺寸的不同設計出不同規(guī)格的頂尖。使被加工零部件在安裝后處于一個合理的擺放姿態(tài)，以減少因被加工零部件的位置不合理而導致加工不正確，影響加工質(zhì)量。

由于頂尖要經(jīng)常使用，處于高頻率工作狀態(tài)，因此要選擇耐磨性好、硬度高的鋼材，如T10A。要定期檢查頂尖是否完好，如有磨損要及時更換。如果使用了已磨損的彈簧夾頭，由于無法正常加工零部件，出現(xiàn)嚴重質(zhì)量事故。

2.9 頂尖座與頂尖連接的設計制造

頂尖座與頂尖采用頂尖座內(nèi)錐孔與頂尖外錐自定心定位結(jié)構(gòu)，確保頂尖座與頂尖的連接精度，保證其穩(wěn)定的軸向尺寸。

2.10 彈簧夾頭、拉桿、拉軸、接桿及隔套相互連接的設計制造

彈簧夾頭與拉桿采用螺紋連接、拉桿與拉軸采用螺栓通過隔套連接、拉軸與接桿采用錯位機構(gòu)連接。最后接桿通過螺紋與機床液壓拉桿連接后，通過機床液壓拉桿對彈簧夾頭進行驅(qū)動，以達到對零部件的夾緊、松開操作。

3 零部件的要求

被加工零部件在車削外圓、端面序時要考慮零部件的外圓在快換插內(nèi)齒工裝上定位的需要，特別是要滿足外圓、中心孔的精度要求[3]。因為零部件的中心線與插內(nèi)齒工裝的中心線只有高度重合，才能加工出內(nèi)齒跳動合格的零部件。如果外圓尺寸超差會導致零部件在工裝上擺放不準確，以至插內(nèi)齒加工不正確；零部件外圓跳動超差會導致零部件的中心線與工裝中心線不能完全貼合，以至內(nèi)齒跳動不穩(wěn)定。

4 零部件的加工

首先確定要加工的零部件需要幾號快換防塵蓋、快換彈簧夾頭、快換下頂尖，把快換防塵蓋、快換彈簧夾頭、快換下頂尖安裝在工裝上，再把要加工的零部件擺放在工裝上，然后使用液壓機構(gòu)夾緊，確保零部件在工裝上的各個自由度完全被限制。最后由操作工啟動機床進行加工插內(nèi)齒工序。

5 檢驗結(jié)果驗證及結(jié)論

使用本文新設計的快換工裝加工需插內(nèi)齒的軸類零部件產(chǎn)品的跳動數(shù)據(jù)及換產(chǎn)時間統(tǒng)計，見下頁表1、表2。

由表1 可以看出，使用此快換工裝加工零部件的插內(nèi)齒，其內(nèi)齒跳動檢測結(jié)果均小于要求值，即內(nèi)齒跳動≤0.05 mm，可以滿足使用要求。

由表2 可以看出，通過進行換產(chǎn)試驗驗證，共換產(chǎn)20 次，實際換產(chǎn)均小于要求時間30 min，可以滿足快換使用要求。

通過以上加工插內(nèi)齒后，經(jīng)檢驗內(nèi)齒跳動的數(shù)據(jù)和換產(chǎn)時間的數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，本文設計的快換工裝適合現(xiàn)“高精度、低成本、中小批量”生產(chǎn)要求的快速換產(chǎn)需求。使用此工裝在保證零部件加工精度、生產(chǎn)線節(jié)拍的前提下，降低了工人換產(chǎn)的勞動強度，提升了生產(chǎn)線的加工效率，同時減少了工裝費用的投入。隨后開發(fā)的變速器需插內(nèi)齒的軸類零部件也使用了同樣結(jié)構(gòu)的工裝，為企業(yè)產(chǎn)品的質(zhì)量提升、成本下降做出了重大貢獻。

表2 各種規(guī)格的被加工零件換產(chǎn)時間統(tǒng)計 min