小型齿轮泵轴加工工艺及不停车夹具设计

兰小光

（广西现代职业技术学院机电工程系，广西 河池547000）

0 引言

齿轮泵有结构简单、价格便宜、维护方便、工作可靠等很多的优点，因而广泛应用在各类机械设备中。小型齿轮泵的齿轮轴由于结构的原因，它的机械加工效率是一个长期的技术难题，主要体现在加工表面粗糙度、齿轮轴直径尺寸、齿轮宽度尺寸、齿轮侧面与轴线的垂直度、两端齿轮轴线的同轴度等要求都很高[1-2]，传统的加工方法效率很低。本夹具设计目的就是探讨提高小型齿轮泵轴的加工效率，降低齿轮泵轴的加工成本，提高企业的经济效益。

1 齿轮轴加工工艺的改进

小型齿轮泵轴的结构如图1所示，由于齿轮轴两轴线的同轴度要求比较高，用机床三爪卡盘夹持的方法根本无法满足同轴度的要求[3-4]；齿轮轴线对侧面的垂直度影响到齿轮泵的内泄漏问题，所以一般是在一次装夹中加工出来的[5]；另外齿轮两侧面的宽度尺对内泄漏也有影响，所以用调整好宽度的两把刀一次加工完成。因此传统的加工工艺如下：粗车外圆φ2——粗车外圆φ3——用切断刀切φ1处粗加工——精车φ3达尺寸、精车φ2达尺寸——精车φ1、精车齿轮两侧面达尺寸——切断——插齿（从动轮）——铣扁位（主动齿轮）。

要实现齿轮轴φ1和φ3分工序加工，就必须解决装夹精度问题，使用高精度弹簧夹头，同时考虑装夹效率，设计出齿轮轴加工不停车夹具。使用不停车夹具加工的齿轮轴加工工艺为：粗车外圆φ2φ3及右端面——精车外圆φ3、右端面、φ2及轴右边倒角——调头粗车φ1——精车φ1、左端面及轴的倒角——插齿（从动轮）——铣扁位（主动齿轮）。

图1 齿轮轴

2 不停车精车夹具设计

要保证φ1和φ3的同轴度、尺寸20的长度、以及左端面与φ1的垂直度要求，现在以φ3和右端面定位，设计精车φ1及左端面的夹具如图2所示。

图2 小齿轮轴不停车夹具

2.1 夹具结构

不停车夹具由心轴（夹具体）莫氏锥度部分套入车床主轴前端锥孔定位，由车床主轴带动心轴一起转动。工作时夹具体跟着车床主轴一起旋转，只有夹上的左右滑块不跟着转动。在不停车的情况下扳动滑块上的手柄，错开左右手柄的相对角度，由于左右滑块斜面的作用，两滑块之间轴向距离变长，推动夹紧滑块向右移动，压紧弹簧夹头，实现工件夹紧；把左右手柄扳回相同的位置，滑块间轴向距离变短，在弹簧力的作用下，夹紧滑块向左移动，弹簧夹头复位，松开工件。

不停车夹具的组成包括夹具主体心轴1，六角螺母2把支撑板3固定在心轴上，支撑板与心轴通过平键4连接；左手柄5通过螺纹与左滑块6相连，右手柄7通过螺纹与右滑块8相连，左滑块和右滑块是整体加工好以后斜切而成的，它们安装在空转套9上面，左右滑块与空转套可以相对转动和移动；空转套通过深沟轴承11安装在心轴上面，它不跟心轴一起转动；左滑块通过推力轴承10把力传到支撑板，右滑块通过推力轴承把力传给夹紧滑块12；夹紧滑块的锥度与心轴上的锥度相同，它向右移动是夹紧工件，向左移动是松开工件；夹紧滑块的右边是回位碟片弹簧13，碟片弹簧支撑在心轴的右端轴肩上。

2.2 夹具原理

开始时左右手柄处在相同的位置，其中左手柄固定在车床的床头箱上，这时候夹头处于松开状态。在不停车的情况下，把待加工工件装上心轴的右端孔里，慢慢转动右手柄，使左右手柄产生角位移，左右滑块在斜口的作用下轴向距离增加。左滑块压住左边的推力轴承作用在支撑板上面，由于支撑板固定不动，所以左滑块不能移动；右滑块在反作用力的作用下向右移动，通过推力轴承作用在夹紧滑块上，使夹紧滑块向右移动，夹紧滑块的锥面压紧心轴右端的弹性夹头，开十字槽的弹性夹头收缩，完成工件夹紧，夹具夹紧示意如图3所示。工件加工完毕，车床主轴不停止，扳动右手柄回到左手柄处相同的位置，左右滑块的斜口回位，轴向距离变短，在碟片弹簧的作用下，夹紧滑块向左移动，夹具体弹性夹头回位，松开工件，夹具松开如图4所示。

图3 夹紧状态

图4 松开状态

2.3 夹具的精度要求

夹具体心轴采用低碳合金钢制造，经过渗碳淬火处理，弹簧夹头部分硬度为HRC50-55，其他部分硬度为HRC30-38。心轴左端的莫氏锥度部分与右端工件夹紧定位面（即弹簧夹头孔）的同轴度为0.01 mm，夹紧滑块的内锥面与心轴右端弹簧夹头的外锥面要相同的锥角，簧夹头的外锥面与定位面的同轴度为0.01 mm。安装夹具时，清洗主轴内孔锥面和夹具，把夹具莫氏锥面套紧主轴内孔即可。在夹紧状态下用百分表检查弹簧夹头内孔定位面的径向跳动，要求定位面的径向跳动小于0.015 mm，如果定位面的径向跳动过大，需要进行现场修整。修整夹具定位面的方法是，弹簧夹头在夹紧状态下启动车床主轴，用车刀按1∶20的倒锥度修整夹紧定位面，即弹簧夹头的孔口小，孔深处稍大，保证弹簧夹头工作时孔口处夹紧工件。经过修整以后，弹簧夹头定位面的径向跳动就是车床主轴的径向跳动，一般小于0.015 mm。

由于齿轮轴两端轴的同轴度是互为基准检测的[6-7]，本例设计基准、定位基准和检验基准是一致的，没有基准转换误差，所以夹具的误差就是定位误差。本夹具最大定位误差为0.015 mm，小于齿轮轴同轴度公差的二分之一，符合夹具设计原则，能够满足加工精度要求。

3 结束语

本夹具经过实际生产使用，加工出来的齿轮轴φ1和φ3的同轴度达到0.03 mm以内，齿轮端面与轴线的垂直度达到0.025 mm以内，完全满足小型齿轮轴加工工艺的要求，加工效率提高了两倍多。小型齿轮泵轴加工工艺的改进和不停车夹具有如下特点：（1）实现了不停车装卸工件，大大提高了工作效率[5]；（2）工件装卸轻松，减轻操作者的劳动强度；（3）加工刀具简单，减少了刀具的忍磨和安装调整时间；（4）定位精度高，加工质量稳定；（5）齿轮轴毛坯改为冲床下料，不再需要每件都在车床上切断，节约切断口的材料；（6）减少了车床的频繁启停，延长设备的使用寿命[8]。