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(shè)計(jì)

王 軍

（中國重汽集團(tuán)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(dāng)前機(jī)械加工行業(yè)的主導(dǎo)生產(chǎn)方式。為了適應(yīng)這種市場需要，在插齒機(jī)上進(jìn)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(shí)，采用端面定位、彈簧夾頭夾緊外圓方式，產(chǎn)品換產(chǎn)時(shí)間較長且沒有使用中心孔對零部件進(jìn)行定心，插內(nèi)齒后的徑向跳動(dòng)在0.03～0.08 mm 之間，與現(xiàn)在的生產(chǎn)方式需求不相適應(yīng)。

本文設(shè)計(jì)了一種采用下頂尖定中心孔實(shí)現(xiàn)定心、定軸向位，彈簧夾頭夾緊外圓的方式進(jìn)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(jī)床液壓拉桿拉動(dòng)快換彈簧夾頭把零部件夾緊后進(jìn)行插內(nèi)齒加工，見圖1。

1 任務(wù)需求

要求在同一臺(tái)插齒機(jī)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(dòng)0.05 mm以內(nèi)，換產(chǎn)輔助時(shí)間30 min 以內(nèi)。而使用以往的工裝，齒圈跳動(dòng)只能控制在0.08 mm 以內(nèi)，換產(chǎn)輔助時(shí)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(shè)計(jì)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(shè)計(jì)

2.1 底座與本體連接的設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)。

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(shè)計(jì)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(shè)計(jì)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(dòng)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(dòng)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(dòng)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(shè)計(jì)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(jìn)入插胎內(nèi)部對彈簧夾頭、頂尖等機(jī)構(gòu)進(jìn)行清洗后通過本體的泄油孔流出。達(dá)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(shè)計(jì)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(shè)計(jì)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(shè)計(jì)出不同的防塵蓋，以達(dá)到既能防止鐵屑進(jìn)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(shè)計(jì)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(shè)計(jì)。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(shè)計(jì)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(gè)合理的擺放姿態(tài)，以達(dá)到減少因被加工零部件的位置不合理而導(dǎo)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(shí)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(yán)重質(zhì)量事故。

2.8 頂尖與零部件連接的設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)出不同規(guī)格的頂尖。使被加工零部件在安裝后處于一個(gè)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(dǎo)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(shí)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(yán)重質(zhì)量事故。

2.9 頂尖座與頂尖連接的設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)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(cuò)位機(jī)構(gòu)連接。最后接桿通過螺紋與機(jī)床液壓拉桿連接后，通過機(jī)床液壓拉桿對彈簧夾頭進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，以達(dá)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(shí)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?yàn)榱悴考闹行木€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(dòng)合格的零部件。如果外圓尺寸超差會(huì)導(dǎo)致零部件在工裝上擺放不準(zhǔn)確，以至插內(nèi)齒加工不正確；零部件外圓跳動(dòng)超差會(huì)導(dǎo)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(dòng)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(jī)構(gòu)夾緊，確保零部件在工裝上的各個(gè)自由度完全被限制。最后由操作工啟動(dòng)機(jī)床進(jìn)行加工插內(nèi)齒工序。

5 檢驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證及結(jié)論

使用本文新設(shè)計(jì)的快換工裝加工需插內(nèi)齒的軸類零部件產(chǎn)品的跳動(dòng)數(shù)據(jù)及換產(chǎn)時(shí)間統(tǒng)計(jì)，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(dòng)檢測結(jié)果均小于要求值，即內(nèi)齒跳動(dòng)≤0.05 mm，可以滿足使用要求。

由表2 可以看出，通過進(jìn)行換產(chǎn)試驗(yàn)驗(yàn)證，共換產(chǎn)20 次，實(shí)際換產(chǎn)均小于要求時(shí)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(yàn)內(nèi)齒跳動(dòng)的數(shù)據(jù)和換產(chǎn)時(shí)間的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，本文設(shè)計(jì)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(dòng)強(qiáng)度，提升了生產(chǎn)線的加工效率，同時(shí)減少了工裝費(fèi)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(xiàn)。

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