一種錐孔齒輪的液壓夾具設(shè)計(jì)與應(yīng)用

文/張光燦 田 耕 劉 鳳 蘇 敏（安徽星瑞齒輪傳動(dòng)有限公司）

安徽星瑞齒輪傳動(dòng)有限公司研發(fā)的一款國Ⅵ發(fā)動(dòng)機(jī)零件中的空氣壓縮機(jī)齒輪采用了圓錐配合，該錐孔齒輪相對于圓柱形直孔齒輪，在工裝、檢具設(shè)計(jì)方面復(fù)雜了許多。為了保障產(chǎn)品快速量產(chǎn)、提高生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本、穩(wěn)定生產(chǎn)質(zhì)量，迫切需要設(shè)計(jì)一種結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、加工穩(wěn)定性強(qiáng)的浮動(dòng)定心液壓夾具。

一、手動(dòng)夾緊夾具的缺陷

該款空氣壓縮機(jī)齒輪在樣件階段采用的是手動(dòng)夾緊夾具，其結(jié)構(gòu)包括上壓蓋、下壓蓋、定位芯軸及連接螺栓，設(shè)計(jì)原理采用芯軸錐面定位，上壓蓋和下壓蓋相對夾緊。該結(jié)構(gòu)夾具操作繁瑣、穩(wěn)定性差，導(dǎo)致加工效率低、加工質(zhì)量不穩(wěn)定，不能滿足批量加工要求。

為解決手動(dòng)夾緊夾具的缺陷，研究設(shè)計(jì)了浮動(dòng)定心液壓夾具，采用了壓縮彈簧的彈力將錐套向上托起抵接工件內(nèi)錐孔，從而實(shí)現(xiàn)工件中心、夾具中心重合，達(dá)到自定心的目的。

二、浮動(dòng)定心液壓夾具的組成結(jié)構(gòu)與工作原理

1.組成結(jié)構(gòu)

該浮動(dòng)定心液壓夾具主要由浮動(dòng)定位、液壓拉緊以及連接部件三部分組成，如圖1所示。包括定位芯軸、錐套、壓縮彈簧、下支撐、拉桿、上壓緊蓋、防轉(zhuǎn)螺栓、各連接螺栓。錐套套在定位芯軸上端外圓處，只保留其在定位芯軸Z向的上下移動(dòng)、旋轉(zhuǎn)自由度，采用小間隙高精配合。利用壓縮彈簧的彈力將錐套向上托起，使得錐套外錐面與工件內(nèi)錐壁緊密接觸，從而實(shí)現(xiàn)工件中心、夾具中心二者重合，達(dá)到自定心的目的。利用下支撐限制工件在夾具Z向最終的位置，且下支撐端面與工件下端面貼合后可以保證與定位芯軸Z方向的中心線垂直不歪斜。上壓緊蓋與拉桿之間采用快換連接，其設(shè)有若干等分矩形內(nèi)花鍵，與拉桿頂端的矩形外花鍵間隙配合。防轉(zhuǎn)螺栓限制拉桿和連接桿繞Z軸方向旋轉(zhuǎn)的自由度，防止拉桿松動(dòng)，從而避免加工時(shí)出現(xiàn)異常，其末端落于拉桿和連接桿鍵槽內(nèi)即可。

圖1 浮動(dòng)定心液壓夾具的結(jié)構(gòu)示意圖

2.工作原理

工作時(shí)，首先將產(chǎn)品錐孔的大端向下穿過拉桿頂端，放置在錐套上；然后將上壓緊蓋順著開口槽位置穿過拉桿頂部的鍵后，繞拉桿Z向旋轉(zhuǎn)一角度，使拉桿鍵與上壓緊蓋的槽錯(cuò)位，拉緊時(shí)拉桿頂部鍵的端面壓在上壓緊蓋的未開槽部分上；最后通過拉桿將機(jī)床的液壓拉緊力輸出，傳遞給上壓緊蓋。當(dāng)液壓缸向下拉緊時(shí)，拉桿帶動(dòng)上壓緊蓋向下運(yùn)動(dòng)，即工件實(shí)現(xiàn)了定位和拉緊。當(dāng)加工結(jié)束時(shí)，按照安裝的相反順序依次拆下上壓緊蓋和工件即可。

3.主要技術(shù)參數(shù)

定位芯軸頂端的外圓與錐套內(nèi)孔之間間隙配合，間隙越小夾具定心精度越高，但過小錐套則不能沿芯軸外圓作上、下、旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。因此，選擇了直徑方向間隙0.003～0.006mm的小間隙配合，要求夾具制作時(shí)進(jìn)行配做。定位芯軸的頂端還設(shè)有內(nèi)孔，拉桿可在內(nèi)孔上、下、旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，可選擇H7/h6或H8/h6間隙配合。壓縮彈簧選用普通圓柱螺旋壓縮彈簧（依據(jù)GB/T2089—2009），其工作狀態(tài)彈簧力選擇工件與錐套重量總和的2～4倍，彈簧力越大托起效果越好，但彈簧力過大則會導(dǎo)致錐套與工件內(nèi)孔過盈配合形成自鎖。錐套外錐面與工件內(nèi)錐面的接觸率控制在65%～90%，且控制內(nèi)、外錐面以大端接觸為準(zhǔn)，即內(nèi)圓錐錐角＜外圓錐錐角，以防止錐套工作時(shí)產(chǎn)生自鎖，提高工件安裝后定心精度。下支撐下端面設(shè)有若干槽，便于加工時(shí)排出流入夾具內(nèi)部的冷卻液。上壓緊蓋與拉桿之間采用快換連接，安裝時(shí)上壓緊蓋內(nèi)花鍵穿過拉桿頂端外花鍵后旋轉(zhuǎn)一角度即可。防轉(zhuǎn)螺栓是限制拉桿和連接桿繞Z軸方向旋轉(zhuǎn)的自由度，其末端落于拉桿和連接桿鍵槽內(nèi)即可。防轉(zhuǎn)螺栓可有效防止拉桿或連接桿在工作過程中因切削振動(dòng)而松動(dòng)，導(dǎo)致拉緊力不足，從而避免加工時(shí)出現(xiàn)異常。

4.工作操作步驟

產(chǎn)品放置在錐套的錐面上→裝入上壓緊蓋，旋轉(zhuǎn)一角度，使得鍵與槽錯(cuò)位→啟動(dòng)機(jī)床加工程序，液壓拉緊后開始加工→加工結(jié)束→旋轉(zhuǎn)上壓緊蓋→將上壓緊蓋和工件一并取下。

三、改進(jìn)效果分析

浮動(dòng)定心液壓夾具不僅解決了手動(dòng)夾具操作繁瑣、裝夾效率低的問題，實(shí)現(xiàn)空氣壓縮機(jī)齒輪批量生產(chǎn)的效果，而且還具有設(shè)計(jì)技術(shù)創(chuàng)新價(jià)值。二者對比見表1。

表1 浮動(dòng)定心磨齒液壓夾具與手動(dòng)夾緊夾具的優(yōu)、劣對比

四、結(jié)語

本文運(yùn)用錐度配合對中性好的特點(diǎn)，采用壓縮彈簧的彈力將錐套向上托起抵接工件內(nèi)錐孔的方法，研究設(shè)計(jì)出浮動(dòng)定心液壓夾具結(jié)構(gòu)，在實(shí)際加工滾齒、磨齒工序中進(jìn)行了應(yīng)用，為我公司生產(chǎn)的空氣壓縮機(jī)齒輪實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)提供了有力保障。同時(shí)還將浮動(dòng)定心液壓夾具結(jié)構(gòu)與手動(dòng)夾緊夾具結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)、劣對比，體現(xiàn)了浮動(dòng)定心液壓夾具結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新價(jià)值，為機(jī)械加工設(shè)計(jì)人員提供了一種錐孔類齒輪的工裝設(shè)計(jì)思路與方法。