內(nèi)齒輪插齒夾具設(shè)計
在機(jī)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(jìn)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(qiáng)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。企業(yè)只有大批量生產(chǎn)時，才會采用插齒夾具進(jìn)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。
該夾具設(shè)計的目標(biāo)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(qiáng)度。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。
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(jìn)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(jìn)行位置調(diào)整，可以根據(jù)零件齒根位置調(diào)整。
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(jìn)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(jī)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(jìn)行定位，壓板進(jìn)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(kuò)大其應(yīng)用范圍。
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(jī)床，同時適用于不同尺寸下的零件加工。
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。夾具體 1 安裝在插齒機(jī)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(jìn)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。
圖 1 夾具裝配圖
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(jìn)行基準(zhǔn)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 2 精車工藝附圖
零件定位后需要進(jìn)行軸向方向夾緊，通過定位卡爪上安裝的快換壓板 10 進(jìn)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(jìn)行固定防松處理，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。
圖 3 連接裝配圖
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(jìn)行定位，不需要重新設(shè)計夾具，可以節(jié)約成本。
新的插齒夾具具有自定心功能，不需要長時間找正準(zhǔn)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(zhǔn)的定位。
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。
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。
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(jī)床加工內(nèi)齒，如圖 4 所示。
圖 4 加工內(nèi)齒輪裝配圖
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。
圖 5 加工雙聯(lián)齒輪裝配圖
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。