內(nèi)齒輪插齒夾具設(shè)計

一往冇前

在機械加工行業(yè)中，通常采用的內(nèi)齒輪加工方法是使用壓板夾緊毛坯,，內(nèi)孔及端面找正,。要獲得更高精度的內(nèi)齒輪,，需要對零件進行多次找正，確保零件內(nèi)孔的同軸度和端面的垂直度,，無形中增加了工人的勞動強度和零件的加工周期,。

目前，在企業(yè)中單件小批量內(nèi)齒輪加工時,，采用墊塊定位,、壓板夾緊方式，同時使用百分表找正內(nèi)孔和端面,。此種裝夾與定位方法會產(chǎn)生定位誤差,，導(dǎo)致插齒后齒輪的分度圓對內(nèi)孔的同心度產(chǎn)生誤差,，從而降低齒輪的徑向精度。同時,，由于零件裝夾時的間隙造成偏心,，插齒時還會影響齒部的齒形、齒向,、周累等衍生誤差,，從而使插齒后整個齒輪精度偏低,。

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企業(yè)只有大批量生產(chǎn)時,，才會采用插齒夾具進行加工，這是由于傳統(tǒng)的插齒夾具只適用于固定尺寸的零件,，裝夾復(fù)雜,。夾具所具備的優(yōu)點正是解決小批量生產(chǎn)時內(nèi)齒輪精度的關(guān)鍵。文章經(jīng)過分析,，設(shè)計了一種快速裝夾的內(nèi)齒輪插齒夾具,，并驗證了該夾具的可行性。

一,、內(nèi)齒輪插齒夾具的結(jié)構(gòu)設(shè)計

1.1 夾具設(shè)計的目標

該夾具設(shè)計的目標是縮短加工周期,，盡可能減少操作者裝卸工件的輔助時間，降低勞動強度[1],。充分利用該夾具的結(jié)構(gòu)特點,，改變專用夾具的裝夾方式，實現(xiàn)快速定位和夾緊,。

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1.2 夾具的設(shè)計思路及實現(xiàn)方法

常見圓柱齒輪工件的結(jié)構(gòu)分為內(nèi)齒輪,、外齒輪和雙聯(lián)齒輪等，在插齒加工時,，需要預(yù)留插齒刀具的退刀距離,。為了防止刀具和夾具的干涉，需要定位面端面和齒根有 2～3mm的距離,。加工內(nèi)齒輪時需要以外圓定位,，夾緊零件上端面，壓板需要預(yù)留出齒根的距離,，壓板需要根據(jù)不同尺寸零件調(diào)整夾緊位置,，一般夾具是利用壓板的 U 型槽進行移動的，此類壓板需要支撐螺栓在后面支撐,，不同尺寸的零件還需要調(diào)整支撐螺栓的高度,，操作繁瑣，不利于批量生產(chǎn),。該夾具設(shè)計的旋轉(zhuǎn)壓板利用旋轉(zhuǎn)支架進行位置調(diào)整,，可以根據(jù)零件齒根位置調(diào)整,。

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定位方面，利用三爪卡盤的自定心功能特點,，設(shè)計了夾具底座,，改進卡爪的結(jié)構(gòu)，使其具有定位,、定心功能,，根據(jù)以上思路，將夾具體和機床回轉(zhuǎn)工作臺之間采用 T 型螺栓聯(lián)接,，一次對刀找正,，再利用自定心特點對工件進行定位，壓板進行夾緊,。除此之外,，還可以根據(jù)實際使用情況和工件尺寸調(diào)整定位卡爪范圍和正反爪定位，擴大其應(yīng)用范圍,。

1.3 結(jié)構(gòu)的設(shè)計難點

該插齒夾具的設(shè)計有以下三個方面的難點：1）快換,。采用活動壓板，實現(xiàn)快速換件,，縮短換件,、裝夾和找正的時間在 15min 以內(nèi)。2）定位,。夾具的定位裝置借鑒三爪卡盤的結(jié)構(gòu)特點,，滿足不同外徑范圍內(nèi)的齒輪工件的定位要求。3）通用,。夾具適用于不同型號插齒機床,，同時適用于不同尺寸下的零件加工。

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1.4 夾具的工作原理

該內(nèi)齒輪插齒夾具由 12 個零件構(gòu)成,，其中包含夾具體,、螺釘、夾具體端蓋,、小錐齒輪,、大錐齒輪、定位卡爪,、彈簧,、雙頭螺栓、快換壓板等組件,，如圖 1 所示 [2],。夾具體 1 安裝在插齒機床回轉(zhuǎn)工作臺上，安裝時需對三個定位卡爪的定位夾緊面進行找正，保證其跳動值小于 0.005,，并通過 T 型螺栓連接將其固定在回轉(zhuǎn)工作臺上,。被加工零件通過定位卡爪的自定心功能實現(xiàn)定位，快換壓板對零件施加軸向方向的力,，實現(xiàn)其定位夾緊的功能,。

零件加工時，首先旋轉(zhuǎn)小錐齒輪 4,，小錐齒輪 4 和大錐齒輪 5 配合傳動,，大錐齒輪端面齒和定位卡爪 6 配合實現(xiàn)三個定位卡爪同步移動。由于零件在精車加工過程內(nèi)孔,、端面和外圓一次裝夾,、一次加工，保證零件內(nèi)外圓的同軸度和端面的垂直度,，所以內(nèi)外圓可以進行基準轉(zhuǎn)化,，如圖 2 所示，定位卡盤夾緊并定位零件外圓和端面,，可以保證齒輪對內(nèi)孔的同軸度和對端面的垂直度的精度要求。

圖1 夾具裝配圖

1. 夾具體,；2.M18 螺釘,；3. 夾具體端蓋；4. 小錐齒輪,；

5. 大錐齒輪,；6. 定位卡爪；7.M8 螺釘,；8. 彈簧,；

9. 雙頭螺栓；10. 快換壓板,；11. 開口墊圈,；12. 螺母。

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零件定位后需要進行軸向方向夾緊,，通過定位卡爪上安裝的快換壓板 10 進行軸向方向壓緊,，快換壓板 10 的安裝是通過雙頭螺栓與定位卡爪連接，這是為了防止雙頭螺栓的松動,，采用 M8 螺釘對雙頭螺栓進行固定防松處理 [3],，如圖 3 所示。加工零件完成后,，通過旋轉(zhuǎn)螺母 12 松開快換壓板 10,，快換壓板10 向后旋轉(zhuǎn)釋放對零件的軸向力，同時旋轉(zhuǎn)小錐齒輪 4，解除零件定位,，從而實現(xiàn)了零件的快速裝夾,。

二、夾具的創(chuàng)新點
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2.1 裝夾直徑范圍廣

該內(nèi)齒輪插齒夾具可以滿足 φ50-φ500 的所有零件加工需求,，夾具只需根據(jù)零件外圓尺寸進行定位,，不需要重新設(shè)計夾具，可以節(jié)約成本 [3-4],。

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2.2 縮短加工準備時間

新的插齒夾具具有自定心功能,，不需要長時間找正準備工作，由于小錐齒輪和大錐齒輪傳動,，帶動定位卡爪同步移動,，因此可以實現(xiàn)精準的定位。

2.3 快速換夾

在零件加工完成后,，通過擰松螺母12,，快速旋轉(zhuǎn)快換壓板10，可以快速卸下零件,，重新裝上備加工件,，轉(zhuǎn)動快換壓板10，調(diào)節(jié)到合適的夾緊位置,，擰緊螺母10,，實現(xiàn)零件的快速裝夾。

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三,、夾具應(yīng)用實例分析

該夾具適用于內(nèi)齒輪的加工,，由于采用了與三爪卡盤類似的結(jié)構(gòu)，因此在定位方面優(yōu)于傳統(tǒng)夾具的找正定位,，其適用范圍大于專用夾具,。該夾具適用不同形狀的齒輪加工。

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3.1 內(nèi)齒輪加工

該夾具可以適用于常見內(nèi)齒輪加工領(lǐng)域,，采用外圓定位,，上端面夾緊，插齒機床加工內(nèi)齒,，如圖4 所示,。

3.2 雙聯(lián)齒輪加工

該夾具可以加工雙聯(lián)齒輪內(nèi)孔定位，夾緊上端面時,，可以一次裝夾,。加工兩排齒輪時，可減少裝夾次數(shù),，保證兩個齒輪的同軸度,，如圖 5 所示。

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圖4 加工內(nèi)齒輪裝配圖

圖5 加工雙聯(lián)齒輪裝配圖

四、結(jié)束語

文章設(shè)計的內(nèi)齒輪插齒夾具具有快速裝夾,、自定心定位功能,，既能保證定位精度，也可以保證快速裝夾,，同時還適用不同內(nèi)外徑的零件加工,，為加工內(nèi)齒輪提供了一種新的夾具設(shè)計思路。