卡盘锥齿轮铣齿夹具的改制

2013-09-27赵春江张国斌

制造技术与机床 2013年5期

关键词：卡盘锥齿轮分度

赵春江张国斌

(①内蒙古机电职业技术学院，内蒙古呼和浩特 010070;②呼和浩特众环(集团)有限责任公司，内蒙古呼和浩特 010050)

呼和浩特众环(集团)有限责任公司的三爪自定心卡盘是公司的支柱型产品系列之一，其质量的稳定保证与否，直接影响到公司的经济效益和产品品牌声誉。三爪自定心卡盘结构简图如图1所示。

1 问题的提出

一段时间，经产品使用客户信息反馈:由于锥齿轮制造质量不稳定，使得锥齿轮2与盘丝3齿形啮合不理想，经常“咬齿”，甚至出现卡盘夹紧力丧失现象，影响正常使用，产品寿命降低。为此，公司工艺部门组织项目攻关小组，针对存在问题进行了分析研究。

2 原因分析要因确认

如图2所示，锥齿轮作为三爪自定心卡盘中的关键传动件，质量出现问题会直接导致卡盘精度的下降。通过现场服务调查，对285个锥齿轮的不合格项目进行了分类统计分析，详见表1。认真分析研究后，发现在铣削锥齿轮齿形工序中，零件轮齿等分精度不稳定，进而造成齿轮传动平稳性精度和接触精度下降，是影响产品质量的主要因素。

表1 不合格品缺陷项目统计表

综合分析卡盘锥齿轮轮齿缺陷项目，不难发现轮齿等分精度超差和轮齿形状不均两个项目造成的不合格品数占总数的82.4%，这与在铣削锥齿轮齿形工序中，利用原铣齿夹具进行卡爪锥齿轮轮齿的加工方法有直接关系。

于是对原铣齿夹具设计做了全面的研究，研究发现，夹具结构设计原理缺陷造成其工作时，不可避免地出现夹具周期性工艺误差。主要有每个分度齿轮的制造误差，包括齿距偏差、齿距累积误差、齿形误差和安装后的轴向、径向跳动误差，以及各组分度齿轮副的装配误差等。这些误差以每个分度齿轮旋转一周为周期，使原铣齿夹具定位方胎产生周期性不均匀回转，造成被加工齿坯相对于成型铣刀出现转角偏差，产生齿廓误差。

进而通过现场具体分析，得出由于原夹具传动链较长，齿轮啮合间隙大等原因，造成定位不准，齿轮各项精度难以保证的结论。图3为原铣齿夹具设计原理图。

3 制订对策设计新夹具

针对铣齿工序存在的问题，我们重新设计了铣齿夹具。新夹具缩短了传动链，去除了齿轮箱以及分度锁紧机构，采用了棘轮棘爪传动机构预分度，制造了高精度分度盘直接与定位方胎相连，实现了锥齿轮的精确分度定位;与此同时，在新夹具上加装了电器及液压控制系统，使整个加工实现自动化。

3.1 铣齿夹具的设计过程

明确设计任务之后，开始确定铣齿夹具的设计方案，重点确定定位方式、夹紧方式以及设计相应的装置，确定刀具的对刀或引导方法，绘制结构草图;确定并标注轮廓尺寸、装配尺寸等相关尺寸以及主要零件的相互位置精度;为进一步验证夹具设计方案的可实施性，还进行工序精度分析，尤其是验证分析工艺系统中的定位误差、安装误差、对刀误差等加工误差对锥齿轮加工精度的影响;最后绘制铣齿夹具总图及零件图。图4为新铣齿夹具设计原理简图。

3.2 铣齿夹具主要零件材料的选择及热处理技术要求

夹具体为形状复杂的壳体，材料选用HT300，铸后时效处理，表面清洁干净，不得有残渣;定位方胎2及顶尖，材料为20Cr，淬火58～62 HRC，非磨光部分发黑处理;定位销4的材料为T10A，淬火55～60 HRC;棘轮6、棘爪5材料选用45号钢，淬火、回火35～40 HRC;精定位分度盘3的材料为20Cr，渗碳、淬火、回火55～60 HRC，渗碳深度0.8 ～1.2 mm，发黑处理。

3.3 铣齿夹具工作过程

铣齿夹具(两台套)安装在双主轴头专用仿形铣床的矩形工作台上，装夹锥齿轮齿坯时，利用专门设计的托盘支架，一次同时装夹4个齿坯工件。如图4所示，部件Ⅰ为液压控制的顶尖装置，部件Ⅱ为电气、液压控制的定位分度装置。夹具基本工作过程为:顶尖的伸缩完成对齿坯工件的定位夹紧和松开;棘爪拨杆移动拨动棘轮，棘轮旋转带动分度盘，进而转动定位方胎，实现锥齿轮齿坯的精确分度。具体如下:

图4中，B－B视图为精定位分度机构，该机构由齿形均布的分度盘以及定位销构成;A向视图为棘轮棘爪副机构。加工工件时，电控球阀开通油路进油，控制棘爪拨杆5向右移动，拨动棘轮6进行预分度定位，预分度到位时，触合行程开关，启动液压换向阀，控制定位销油路换向，定位销升起插入精定位分度盘中，达到精确分度的目的。随后仿形铣床进刀，加工完成一个齿形，这样依次分度、定位、走刀，数个循环(取决于锥齿轮齿数)之后，机床停车，取下工件，准备下一组齿坯加工。

3.4 铣齿夹具加工质量验证

重新设计的铣齿夹具，定位方胎直接与定位盘相连，定位销与分度盘齿槽相配合。这样，消除了原夹具各级传动齿轮间隙，缩短了加工工件与定位分度机构的距离(原为1 000 mm，现为170 mm)，使整个工艺系统刚性条件得以大大改善，提高了工件加工精度及其稳定性，如同直径齿距偏差减小至0.05 mm(原为0.25 mm)，齿距累积误差减小至0.15 mm(原为0.5 mm)，转角偏差控制在±30″内。