同步器齿套滑块槽数铣加工胀套式夹具设计

赖人评 吴宜华

摘 要：使用液压胀套式夹具在数控立铣设备上加工同步器齿套的六个滑块槽，解决了由于零件设计基准与定位基准不重合导致的产品质量差以及由于手动装夹方式导致装夹辅助时间长的问题，满足了齿套滑块槽加工精度的更高要求，同时提高了生产效率，减少了操作员工的劳动强度。

关键词：同步器齿套;滑块槽;基准长;槽宽;胀套;夹具

中图分类号：U466  文献标识码：A  文章编号：1671-7988（2019）04-148-03

前言

常用的惯性式同步器是利用同步齿环内锥面与同步锥外锥面互相贴合后产生的摩擦力矩，使同步齿环和同步锥两者之间转速相同，再轴向拨动同步器齿套前后滑动，使齿套、同步齿环、同步锥三者接合，从而实现选换档过程的机构。

为了满足驾驶员追求换档手感好、换档力轻、入档精准牢靠等方面的更高要求，对同步器制造精度的要求也就越来越高，其中同步器齿套滑块槽的尺寸精度就是一个方面，因为它将直接影响换档力、换档行程和换档手感。

我公司生产的某型号汽车同步器齿套，内花键上有6个滑块槽（见图1），要求滑块槽深0.98⁺₀^0.05、滑块槽宽10.1±0.08、滑块槽到基准端面距离为6.75±0.10，以下分别简称为槽深、槽寬、基准长。我们传统的加工方法一般有两种：其一是“定外圆压端面”，即小间隙配合抱住零件外圆后再用压板压紧零件的端面;其二是“定内孔压端面”，即小间隙配合定住内孔后再用压板压紧零件的端面。采用这两种方法，夹具与零件的两个定位面之间都是小间隙配合，所以定位精度低，产品质量一致性差，根本无法满足顾客图纸要求;并且都要采用螺栓压板结构来压紧零件端面，所以生产效率也较低。为了满足顾客图纸要求及提高生产效率，我们决定在数控立铣设备工作台上加装液压缸，设计一种专用的液压胀套式夹具。

1 夹具设计

1.1 设计构想导入

（1）零件采用成型铣刀加工，铣刀上已制造出滑块槽形状（见图2），所以在铣刀形状尺寸即定的情况下，工艺关键点在于控制铣削的深度，以确保槽深尺寸0.98⁺₀^0.05;同时考虑铣削深度将会关联到槽宽尺寸10.1±0.08，槽宽在此相当于是自然形成的。假设刀具两侧坡角正好为22°中差，则通过三角函数关系可以确定它们的线性关系为：

槽深每增加0.01mm，槽宽则增加0.0495mm。

（2）零件图纸槽深尺寸的基准在齿套内花键小径上，所以按照“基准重合”的原则，将工序基准也考虑设在内花键小径上，并且检测这些尺寸时都采用轮廓仪设备一次性检出。

（3）为了同时确保6个滑块槽的槽深、槽宽尺寸都符合图纸要求，考虑采用胀套自定心的装夹方式，让夹具与零件的两个定位面之间完全贴合，消除传统夹具中存在的间隙。

（4）考虑到员工劳动强度、工作效率和胀紧力的一致性等因素，考虑在数控立铣设备工作台上加装一个立式小型液压油缸，即通过液压的方式胀紧。数控立铣Z轴位移精度能足够确保基准长6.75±0.10尺寸符合图纸要求。

（5）因为铣刀切削加工时是在齿套型腔内运动的，所以需要将胀套挖空，留出足够的刀具运动空间。同时圆周均布开设6个铣削窗口，结合铣刀形状大小，窗口设置应呈“内八”型。

（6）为了防止胀套在没有装夹产品状态下空拉破裂，胀套与锥度心轴之间特别增设一个限位套，其长度尺寸经过验证，以空拉胀缩量≤φ0.3mm为宜。

同理，为了防止胀套与锥度心轴之间产生相当周向旋转，考虑在胀套与锥度心轴之间增设一个止动螺钉。

（7）考虑足够胀紧力及方便装夹，夹持零件后胀套的胀缩量设为φ0.10-φ0.15 mm为宜。

1.2 夹具动作原理

按下图3，液压油缸向下运动，带动锥度心轴也向下运动，在锥度作用下，拉力得到分解，其中分解出的横向力迫使胀套向外胀大，胀套作用外圆与零件内花键定位小径贴合，从而实现自定心夹紧零件。液压油缸向上运动时，即零件夹紧松开。

定位圆盘与零件端面贴合后，通过调整数控立铣Z轴高度即可确保基准长尺寸。

零件上端面不能施加压紧力，以避免产生过定位，但在胀套胀紧零件之前，操作者可以用手在零件端面上适当施加一个预压紧力，以使零件端面与定位圆盘作用面贴合充分。

2 夹具验证

我们采用新、旧夹具各连续加工了50件零件，测算出工序能力CPK值和平均单件装卸时间，对比数据如下：

根据对比数据及加工实践，可以看出：

（1）采用液压胀套式的新夹具后，产品质量明显提升，槽深、槽宽和基准长三个关键项目的CPK值均大于1.66，完全可以满足顾客零件图纸要求。

（2）零件加工时的装卸时间比原来减少了近三分之二，大幅提高了生产效率。

（3）采用液压夹紧，操作员工劳动强度大幅减少。员工每次装夹零件时只需手压产品启动开关，不再需要手工装压板锁螺栓了。

3 结语

通过对数控立铣上传统同步器齿套滑块槽装夹方式的改进，齿套滑块槽的加工精度、产品一致性、生产效率明显提升，操作员工劳动强度大幅减少，充分达到预期效果。另外，新式夹具不仅是定位基准和定位方式的改进，也是对“机器代替人”的一个实践。

参考文献

[1] 2010-2016年汽车变速箱同步器市场发展前景分析及供需格局研究预测报告.中国报告大厅市场研究网.

[2] 孔庆玲.公差配合与技术测量.清华大学出版社.第1版.

[3] 王辰宝.机械加工工艺基础[M].东南大学出版社.1996.

[4] 官忠范.液压传动系统.机械工业出版社.第3版.