轴类齿轮插齿加工夹具设计及应用

撰文/向光祥

■443003 宜昌长机科技有限责任公司 湖北 宜昌



轴类齿轮插齿加工夹具设计及应用

撰文/向光祥

■443003 宜昌长机科技有限责任公司 湖北 宜昌

摘要：根据轴类齿轮要求，设计轴类齿轮插齿加工夹具，夹具采用六点定位，确保加工精度，刀具径向进给展成加工。该夹具结构简单，使用方便。关键词：轴类齿轮；插齿；夹具；加工精度

汽车变速箱中有大量的轴类齿轮零件，由于零件结构限制，齿部通常采用插齿进行加工，该道工序也成为轴类齿轮加工的重点。一般插齿前先完成外圆、端面加工和两端中心孔加工。考虑到前序加工精度和本序加工的效率，设计了轴类齿轮插齿加工夹具，夹具采用零件中心孔定位，外圆辅助夹紧，刀具径向进给，利用展成法对轴类齿轮进行加工。

零件工艺分析

图1为某汽车零件一轴齿轮，零件规格在机床加工范围之内，材料为20CrMoTi，硬度HB165～190，加工外齿。插齿前序如图1一轴齿轮加工工序图所示，全部半精加工到图示要求。插齿加工时要求：工件以两端中心孔及45右端面定位，Φ70.40+0.05外圆夹紧带动零件旋转，齿轮加工成形后，相对于φ70.4+0.022外圆径向跳

0 动Fr≤0.05mm。

图1　一轴齿轮加工工序图

夹具设计

图2为一轴齿轮加工夹具示意图，夹具组成：上顶尖1、零件2、支承板3、底座4、下顶尖5、弹簧6、单动油缸7、活动环8、导向板9、钢球10、弹簧11；其中下顶尖5、弹簧6安装在插齿机床工作台旋转主轴内孔中。根据夹具设计六点定位原理，首先选取合理的定位基准和定位元件，在一轴齿轮加工工序图（图1）中，要求以两端中心孔及45右端面作为定位基准；在实际夹具设计中，遵循设计基准与加工基准重合原则，采用上顶尖1、下顶尖5和支承板3作为定位元件限制五点方向自由度，采用单动油缸7、导向板9夹紧零件2并带动零件2旋转，实现零件2六点定位。

底座4通过螺钉与插齿机工作台连接，活动环8安装在底座4与支承板3之间并留有0.1mm间隙，活动环8内孔与底座4轴肩留有0.5mm间隙，活动环8便可以径向移动；导向板9安装在活动环8上并与底座4上的凹槽有间隙配合，可使导向板9带动活动环8沿凹槽方向作径向移动。

图2　一轴齿轮加工夹具示意图

零件2放入支承板3孔中，直至零件2中心孔与下顶尖5接触，上顶尖1向下移动压紧零件2，直至零件2端面与支承板3接触，同时下顶尖5压缩弹簧6，使下顶尖5始终与零件2中心孔接触；单动油缸7供油，油缸接触工件后带动活动环8，活动环8与导向板9连接一体，导向板9径向移动靠近零件2，直至导向板9与单动油缸7同时接触零件2并夹紧零件2为止；单动油缸7停止供油，两个钢球10在弹簧11的用下带动活动环8反向移动并松开零件2，零件2取出。

底座4是整个夹具的支承载体，该零件要求强度高，不变形，采用40Cr钢锻件，其上部分与其它零件配合接触部位尽量小或留有间隙，可减少加工面，提高配合接触精度；其下部分与插齿机工作台主轴端面接触部位应保证其接触面，提高接触精度，加工时可用相互对研接触面的方法来实现。

夹具特点分析

本夹具的特点在于充分利用六点定位原理，避免零件2在夹具中的过定位；同时活动环8可以带动导向板9径向移动，按照零件2外圆的实际状况调整夹紧位置，有效的减少了零件2外形误差对夹具定位精度的影响，降低了零件2上道工序加工的要求，从而降低用户成本。

单动油缸7利用了油缸夹紧、碟形弹簧松开的工作原理；当油缸供油时，活塞伸出夹紧工件，当油缸停止供油时，活塞在碟形弹簧作用下回退松开工件。为确保单动油缸7径向夹紧工件时不影响工件两端中心孔的定位，油缸供油压力连续可调，方法：将杠杆百分表压在工件径向方向外圆上，压表部位应尽量靠近工件夹紧部位，调整杠杆百分表，反复将单动油缸供油、停止供油，观察杠杆百分表上指针的变化，调整供油压力，直到杠杆百分表上指针无变化为止。

夹具安装及使用

a将夹具下顶尖部分安装在插齿机床工作台旋转主轴内孔并校验精度；将夹具上部分通过底座4安装在插齿机床工作台旋转主轴端面上并校验精度。

b将插齿刀具通过刀柄安装在插齿机床刀架体上并校验精度。

c将零件2安装在夹具上，同时上顶尖1向下移动压紧工件，然后单动油缸7供油径向夹紧工件。

d径向移动插齿刀架，使插齿刀具靠近零件，确定零件加工对刀位置。

e根据零件参数、刀具参数、加工原点位置、对刀位置编制插齿机自动加工程序。

f启动自动加工程序，对零件进行自动加工；动作顺序：快速进给→慢速进给→工作进给→慢速后退→快速后退；加工参数：插齿刀主运动冲程数700str/min，径向进给量0.01mm/str，圆周进给量0.2mm/ str。

g加工结束，机床退回加工原点位置。

h夹具松开，取出工件。

结束语

实践表明：该夹具结构新颖，应用夹具对零件进行自动定位、自动加工，很好地保证了零件的定位精度和加工精度；该设计方案及加工方案是可行的，降低了操作者的劳动强度和用户加工成本；该夹具设计结构简单，安装方便，大大提高了生产效率，适合批量加工。

参考：

［1］朱孝录.齿轮传动设计手册［M］.北京：化学工业出版社，2005.

［2］陈日曜. 金属切削原理［M］.北京： 机械工业出版社，2002.

［3］王启平.机械制造工艺学［M］.哈尔滨： 哈尔滨工业大学出版社，1997.

作者简介：

向光祥（1971-），男，汉族，湖北五峰人，现供职湖北宜昌长机科技有限责任公司机床研究院，高级工程师，本科，长期从事插齿机的设计开发工作。