某型万向头工艺工装设计

何亚蒂 朱朋立

摘 要：某型万向头由多个零件组合而成，各零件分别加工时存在弧面结合、尺寸精度、表面粗糙度加工难等问题，影响产品质量和生产效率。根据该产品特点、结合加工流程，设计出来一套适合该万向头零件组合加工工艺工装，使其组合零件同时加工，一次加工完成各件，解决了该万向头加工难题，并提高生产效率。

关键词：万向头;工艺工装;车削;磨削

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.16.003

1 零件工艺分析

某型万向头核心结构由套筒、插片及球头组合而成，由插片定位球头，球头可进行转动，完成万向连接节后再进行外部装配，如图1所示。该型万向头为运转灵活无卡滞并且质量可靠不松脱，一方面要保证球头和插片之间圆弧光滑过渡、另一方面要求插片和套筒之间结合紧密、过渡光滑，因此对各件加工形位公差、尺寸公差、表面粗糙度要求很高。

对该组合件各零件进行分析如下：

（1）球头为该万向连接节的关键零件，为球形结构，其上相关两组90度交叉的相贯孔，球头结构各形位公差达到0.02mm、各尺寸公差需达到IT6级精度，内孔表面粗糙度Ra0.8;

（2）插片是衔接球头和套筒关键零件，该零件顶部圆弧与球头过渡、侧面圆弧嵌入套筒，其应保证各段圆弧与相关零件过渡光滑，并连接紧密不松脱。插片结构各形位公差达到0.02mm、各尺寸公差需达到IT6级精度，表面粗糙度Ra1.6;

（3）套筒结构是万向头的主体，其为环形结构，其上由安装插片的插槽，两处插槽位置要求0.02mm，套筒外形要求K6级公差，外形表面粗糙度Ra1.6。

通过以上零件分析，可以进行加工工艺难点分析：

（1）该产品重要的加工难点为插片零件的加工，插片薄片状零件，其上多段圆弧需与相应零件相配合，表面粗糙度Ra1.6需要进行磨削加工，单独加工该零件难度较大;

（2）球头零件内孔加工精度、外圆加工精度加工难度大;

（3）套筒结构的加工难点在外圆的尺寸公差和表面粗糙度加工。

2 工艺工装设计

2.1 设计思路

为了满足该型万向头各零件的加工，保证形位公差及尺寸精度，保证表面粗糙度，提高产品质量和加工效率，考虑将各分别加工零件进行初步加工后，通过设计的工艺工装进行连接，最后进行整体加工，完成各弧面加工和磨削加工，保证各尺寸精度符合设计要求。

2.2 工装设计

对该型万向头进行工艺工装设计，如图2所示。设计完成的工装主要由五个部分组成，芯轴、夹紧圈、卡圈、锥块、压环。将套筒、插片及球头零件按图2所示进行组合安装，其中球头零件应按图所示方向完成安装组合。

球头既是零件又是工装，球头零件按图2所示进行安装，对插片端部弧面进行共同加工，保证插片端部球面与球头球面的一致性。

锥块及压环作为最后磨削加工时使用的工装。在前期车削外形加工时不进行安装，由车工完成整个组件的外形弧面加工后，使用锥块将组件压紧，转到磨削进行隔断圆弧外圆的磨制。

在整套工装的作用在完成该型万向头各件的精加工。

3 工艺流程

3.1 初步加工

（1）套筒：完成套筒零件内孔精加工，内孔要求达到尺寸公差精度、表面粗糙度Ra1.6;完成两对称插槽精加工，端头45°让位倒角加工完成;外形下端留余量，长度增加20mm工艺夹头，为了防止插片纵向窜动，插槽底部增加2mm的定位台;

（2）插片：完成插片主视图外形，即完成插片主要外形尺寸，并完成插片上与球头定位圆柱形台，要求满足该定位台0.02mm对称度、表面粗糙度Ra0.8;插片端头球面及侧面圆弧面加工成矩形待加工台，长度方向增加18mm工艺夹头;

（3）球头：球头初步加工时，先按对称度0.02mm铣方，并磨表面粗糙度Ra0.8，完成两处相贯孔的加工，最后再由孔定位完成球面半精加工。

3.2 工装组合加工

（1）钳：完成套筒、插片、球头及工装芯轴、夹紧圈、卡圈的装配;

（2）精車：芯轴两端的中心孔进行定位，完成球头球面、插片端头球面、插片侧面弧面及套筒外圆的整体精车加工;

（3）磨：安装锥块、压环，以芯轴两端中心孔进行定位，完成插片端头球面与侧面弧面、套筒外圆、球头球面的磨削加工，保证尺寸精度和表面粗糙度;

（4）车：去掉零件增加的工艺夹头尺寸;

（5）钳：对球头零件进行复位安装。

4 结论

通过以上工艺工装设计，将万向头各零件进行初步加工后，组合各件，装配工装，一次装夹完成后，完成球头、插片、套筒零件的关键尺寸加工，保证万向头组件结构内各曲面结合的一致性，并使加工完成后直接完成装配过程。该工装的应用有效的解决了该型万向头加工难题，提高产品质量和生产效率。同时该工装的成功应用，对同类产品起到借鉴作用，可用于指导其他同类产片的工装设计。

参考文献：

[1]张世昌.机械制造技术基础[M].北京：高等教育出版社，2007.

[2]许宁静.对机械类零件加工的工装设计改进的研究[J].中国机械，2013（17）：45.

作者简介：何亚蒂（1983-），女，陕西咸阳人，硕士，工程师，主要从事机械工艺设计方面的工作。