一种用于小孔径定位的新型滚齿夹具研究

张 云

一种用于小孔径定位的新型滚齿夹具研究

张 云

（陕西法士特齿轮有限责任公司，西安 710077）

针对目前三菱滚齿机原装夹具结构对零件内孔要求的局限性，设计了一种针对小孔径定位的滚齿夹具结构，该夹具结构设计合理，制造精度容易满足，装配简便，完全能够达到零件的加工要求，对以后小孔径类的齿轮滚齿夹具设计有一定的指导作用。

滚齿夹具 小孔径 小孔径 滚齿机

引言

目前我公司滚齿机多数采用日本三菱公司的进口滚齿机，相比于国产滚齿机，进口滚齿机在可靠性、性能以及生产节拍方面都有很大的优势，其机床自带的原装夹具结构设计合理，精度稳定，是保证滚齿加工质量的重要环节。该夹具采用齿轮内孔定位，我公司的齿轮内孔直径在φ30-φ130之间，零件的滚齿夹具基本是采用原装夹具结构设计完成，但目前在加工外厂产品中的某一零件时，零件内孔是一阶梯孔，最小零件直径φ21.6，滚齿夹具采用原装夹具结构不能实现，因此针对这一小孔径零件，必须设计一种新型的滚齿夹具。

图1　外厂某一零件

1 原装夹具结构分析

1.1 原装夹具工作原理

三菱滚齿夹具的夹具结构一般是采用上拉式的拉杆机构，夹具的关键运动部件由上、下拉杆组成，下拉杆与机床液压缸相连接，液压缸通过管路压力的调整，负责工件的夹紧和松开，上拉杆与机床尾架连接，同时带动涨套，压盖等部件一起运动，上下拉杆配合完成工件的夹紧和松开动作。由此可见，在涨紧和松开的过程中，上拉杆要带动涨套，上、下楔块等一起穿过零件内孔，这就对零件的内孔直径有一定的要求。

1.2 原装夹具适用范围

在原装夹具结构的设计中，如图2所示，考虑到强度及变形，拉杆最小设计直径不能小于16mm，即D1≥16,夹具的定位部分是由涨套，上、下楔块以及拉杆组成，涨套最薄锥面厚度单边不能小于2mm，否则会涨裂，圆柱形厚度单边最小按3mm设计，即D3/2≥3，上楔块单边厚度最小按3mm设计，即D2/2≥3，D1/2+D2/2+D3/2≥14，即D1+D2+D3≥28，如果零件孔径小于φ28，上、下楔块及涨套的径向尺寸无法保证，这种结构就不再适用，必须设计一种新的加工小孔径零件的滚齿夹具。

图2　原装夹具部分结构

2 小孔径零件滚齿夹具设计方案

2.1 设计方案

（1）根据以上分析，目前要加工的零件最小内孔直径是φ21.6，原有拉杆机构不能全部通过零件内孔，因此将拉杆设计成下拉式，即拉杆的松开和涨紧都在零件内孔以下，这样可以避开内孔直径的限制；

（2）分析零件内孔是阶梯孔，分别是φ21.6和φ54.6，虽然用φ21.6设计也可以完成，但考虑到夹具的强度，优先采用阶梯孔中的大孔φ54.6定位，这样拉杆和涨套的强度会有大的提升；

（3）考虑到零件内孔在加工中会产生跳动，粗糙度等精度问题，如果采用光心轴定位，内孔和夹具心轴之间会产生间隙，从而造成零件偏心等不良影响，影响齿部精度，因此我们采用弹性涨套定位，可以弥补工件内孔加工质量对定位的影响；

（4）考虑到零件的松开和紧时涨套要有一定的运动行程。因此，涨套端面和大孔端面要预留出一定的间隙，零件的大孔径长度仅有24，除去间隙，定位长度有限制，因此设计成单锥面的涨套。

2.2 夹具结构分析

根据以上方案分析，我们最终设计了一种下拉式的小孔径滚齿夹具，整个夹具由以下4种机构组成，见图3。

（1）夹具连接机构：将原有的上拉杆只保留与机床尾架相连接的部分，图3中3-1，3-3是连接法兰，用于连接拉杆头和压盖，3-12是心轴，跟机床底座连接，一方面保证跟工作台同轴，另一方面跟拉杆配合，起到拉杆定心的作用；3-15是下拉杆，用于跟机床液压缸螺纹连接，用于完成零件的涨紧和松开；

（2）支撑机构：3-5是压盖，用于将零件端面压紧，防止零件在滚齿过程中产生轴向运动，3-7是支撑，用于零件的端面定位；

（3）涨紧松开机构：由3-8涨套和3-11拉杆锥面配合完成；3-11向下运动时，见图4，选定涨套为分析对象，涨套受到拉杆对其垂直于锥面的压力F合，沿着锥面受力分解，F合由两个分力组成，一个是Fx,，使涨套产生向下的压力，另一个是Fy，使涨套产生径向的力，这个力使得涨套沿径向涨开，从而产生涨紧力；

（4）其余的螺栓、螺钉、圆柱销用于夹具不同零件之间的定位，连接；

图3　新夹具结构

图4　涨套受力分析

2.3 夹具的运动过程

（1）拉紧时动作实现过程：液压缸工作，下拉杆往下运动，带动上拉杆往下运动，同时涨套涨开，涨紧零件，尾架向下运动，压盖压紧零件端面，实现定位夹紧；

（2）松开时动作实现过程：液压缸工作，下拉杆向上运动，同时拉杆向上运动，涨套松开，同时，尾架向上运动，压盖离开零件表面，取下已经加工的零件。

3 夹具验证

夹具的设计合理，制造精度容易满足，装配方便快捷，在调试过程中，支撑端面跳动达到0.008，零件夹紧后，零件的外圆径跳是0.01，达到滚齿的作业指导书要求，滚齿加工过程中，夹紧力合适，产品工艺要求齿形误差0.02，齿向误差0.02，累积总公差0.05，滚齿首件零件经过三坐标检测，见图5，齿部精度均达到工艺要求，验证了夹具的合理性。

4 结论

针对目前三菱滚齿机原装夹具结构在加工零件时的局限性，设计了一种针对小孔径定位的滚齿夹具，夹具结构设计合理，制造精度容易满足，装配简便，完全能够达到零件的加工要求，对以后小孔径类的齿轮滚齿夹具设计有一定的借鉴作用。

图5　滚齿首件齿形齿向报告

[1]王启平.机床夹具设计[M].哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，1995.

[2]朱耀祥，浦林祥.现代夹具设计手册[M].北京：机械工业出版社，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.

hobbing fixture, small hole diameter