一种新型可通用的磨床角向定位夹具

刘建华 喻擎天 火晨辉

(上海纳铁福传动系统有限公司武汉工厂，武汉 430056)

0 引言

随着企业之间竞争的日益激烈，现代工厂的生产都追求高效节能，对低效率高成本的装置进行持续改进，其中汽车相关行业尤为如此。汽车已越来越普及，成为现代家庭必备的代步工具，汽车零部件企业的降本提效显得尤为重要。等速万向传动轴是汽车的一个重要零件，其中传动轴的组成零件三销轴叉与变速箱相连，三销轴式万向节的最大特点是允许相邻两轴有较大的交角，最大可达45°。在转向驱动桥中采用这种万向节可使汽车获得较小的转弯半径，提高了汽车的机动性[1]。其磨削加工作为关键工序，需要高效的自动化加工保证零件磨削的稳定性。磨削加工前需确保零件通过一个装置将不同状态的轴叉校正至同一个方向，以保证磨削加工时能在机床内稳定定位，该装置我们称之为角向定位装置。

1 背景及意义

等速万向传动轴的零件—轴叉，主要由球道与柄部组成，不同的节型，其球道结构及尺寸都不同(见附图1、图2)。轴叉在关键工序加工前，需通过角向定位装置将料道上状态各异的零件校正至同一方向，以保证在高速旋转的机床内顺利、稳定定位。传统角向定位装置(见附图3)是通过旋转气缸往复旋转定位夹具，在定位夹具旋转至与轴叉球道方向一致时，机械手夹住轴叉强行压入定位夹具，定位夹具在弹簧作用力下复位完成在同一方向定位。

图1 AAR轴叉(共9种不同节型)Fig.1 AAR shaft fork (a total of 9 different section types)

图2 GI轴叉(共13种不同节型)Fig.2 GI shaft fork (a total of 13 different section types)

图3 传统角向定位装置Fig.3 Traditional angular positioning device

传统的角向定位夹具(见附图4)主要由定位指(1)、锁紧螺钉(2)、定位板(3)组成。定位指(1)尺寸及组合外形采用仿型球道内腔原理。其缺点在于不同节型产品必须使用不同的角向定位夹具换型时需要对应更换；且由于定位夹具是防型球道内腔的，间隙小，冲击力大，故障率高，掉料、卡料现象严重，频繁出现超过规定旋转次数仍无法完成定位的现象，制约加工节拍，综上，传统角向定位夹具必须进行针对性改善。

图4 传统角向定位夹具Fig.4 Traditional angular positioning fixture

一种通用型磨床球道角向定位夹具，相对于传统的角向定位夹具，其优势在于只需两种规格就可涵盖目前轴叉所有的节型，夹具库存减少的同时节约了换型时间。另外由于钢球本身在圆周方向具有自由度，钢球与夹具座之间构成转动副，钢球在x、y轴两个方向的移动受到限制，但可以绕与xoy平面垂直的Z轴转动[2]。旋转夹具转动时钢球与轴叉内腔之间由于摩擦也相应转动，对轴叉无明显冲击力，所以其定位无需借助下压装置辅助，定位稳定可靠。

2 结构

新型可通用磨床角向定位夹具主要由轴用弹性挡圈(1)、限位压板(2)、盖板(3)、钢球(4)、头座(5)、锁紧键(6)、弹簧(7)、基体(8)组成(见附图5)。

图5 新型可通用磨床角向定位夹具结构图

夹具的工作原理：当轴叉移动至角向定位托板处时，机械手下移夹住轴叉，新型可通用球道定位夹具上升至与球道内腔端面接触，旋转气缸带动定位夹具旋转，钢球(4)在与轴叉内腔的摩擦力作用下自动旋转，在双圆周自由度作用及弹簧压力下定位夹具很顺畅地旋入轴叉内腔。定位夹具进入内腔后继续上升，上升到位后机械手松开，旋转气缸带动定位夹具继续旋转，旋转至钢球(4)与球道内腔大径与小径过渡拐角处接触(见附图6)，带动轴叉一起旋转，在弹簧作用下复位至同一位置停止旋转[3]，完成三销轴叉角向定位，保证磨床正常自动化上料加工。

图6 夹具通用结构示意图图Fig.6 Schematic diagram of fixture general structure

三颗均布钢球(件4)形成外圆ØC，在球道内腔最大直径ØA和最小直径ØB之间，即B

图7 通用磨床角向定位夹具应用前后情况对比

表1 通用型夹具适用范围表Table 1 General-purpose fixture scope of application

3 应用分析

新型可通用磨床角向定位夹具，已成功运用在3条轴叉线的磨床工序上。下图是应用该通用型磨床角向定位夹具后，改进前后的对比情况：

从上可以看出改造后角向定位故障次数由改前的平均每周22次下降到1次，角向定位故障率较之前下降95.5%；每周产量由6.8万增至8.6万，增加26%；夹具库存由36套降低为4套，降低了89%。改进后角向定位故障报警现象明显减少，平均每周节约换线时间3H,每周产量得到有效提升。另由于其较强的通用性，夹具库存降低了80%，夹具成本相应大大降低。

新型可通用磨床角向定位夹具，巧妙的利用轴叉内腔结构特点，统计了不同产品内腔大小径尺寸范围，通过3个均布自带圆周自由度的钢球，实现了磨床角向定位的稳定、可靠，并且此夹具有较强的通用性。经研究，此类角向定位夹具可推广到打标、中频等设备上的角向定位机构中进行应用。

4 结论

新型可通用磨床角向定位夹具，对等速万向节传动轴移动节轴叉这样开放型内腔的零件，有着非常强的适用性，在公司快速换模、夹具降本增效、效率提升等领域都做出了积极的贡献，是较为成功的创新，该夹具已获得国家适用新型专利(专利号：CN 207509018 U)。