李永吉，倪占強(qiáng)，徐照鵬，杜 慶，許 婷

（一拖股份有限公司 齒輪廠，河南 洛陽 471000）

0 引言

零件的加工工藝是根據(jù)零件結(jié)構(gòu)、精度要求、現(xiàn)有設(shè)備、工裝夾具和刀具等因素制定的。部分零件的加工工藝是以前制定的，屬于小批量生產(chǎn)的試制工藝，為保證加工質(zhì)量與進(jìn)度，很多工藝采取了較保守的加工路線或工藝方案。通過了解，某些零件之所以加工困難，主要是沒有夾具或者夾具不合適，所以設(shè)計(jì)合理的工裝夾具就成為解決這些難點(diǎn)以及提高零件的加工質(zhì)量和效率的關(guān)鍵。

1 軸類零件原加工工藝分析

圖1為一軸類零件圖，零件左端是所要加工的漸開線花鍵，其模數(shù)為2.5mm，齒數(shù)17，壓力角30°，平齒根。此零件基本屬于一個(gè)光軸，其加工外圓也比較小，插花鍵存在一定困難。軸類零件一般采用兩端中心孔定位，但該零件分度圓直徑比較小，而需要插齒刀的分度圓直徑較大（插齒刀直徑須大于等于Φ165才能加工此零件，否則上頂尖立柱會(huì)干涉），而分度圓太大的插齒刀齒數(shù)太多，制造困難，價(jià)格昂貴，且精度不好。

圖1 零件圖

原加工工藝方案為：采用粗精車留工藝定位臺(tái)階，磨定位基準(zhǔn)、磨校直基準(zhǔn)、磨找正基準(zhǔn)，插花鍵（不帶上頂尖的盤類插花鍵機(jī)床），最后車去工藝臺(tái)階。其中插花鍵采用的是三爪卡盤找正法加工，如圖2所示。該方案主要存在以下問題：①加工效率低，工人勞動(dòng)強(qiáng)度大，采用卡盤抱緊，百分表找正外圓加工，裝夾時(shí)間大大地超過了機(jī)動(dòng)時(shí)間，人工找正，加工質(zhì)量與操作人員的經(jīng)驗(yàn)有較大的關(guān)系，經(jīng)常產(chǎn)生不合格工件；②加工工藝繁瑣，需要磨定位基準(zhǔn)和找正外圓基準(zhǔn)，插完花鍵后要重新回到車工班組，將工藝臺(tái)階車掉，物流路線加長，不利于工藝路線的安排。

圖2 找正加工插花鍵后零件圖

2 加工方案分析

通過對(duì)零件結(jié)構(gòu)和原有加工工藝分析，認(rèn)為此零件工藝的關(guān)鍵在插花鍵工序，而插花鍵工序的關(guān)鍵在于夾具的設(shè)計(jì)。此零件夾具設(shè)計(jì)有如下兩種方案：

（1）采用原定位基準(zhǔn)定位，即留工藝臺(tái)階，采用彈性筒夾自動(dòng)夾緊磨后的校直外圓，進(jìn)行零件的夾緊。本方案的優(yōu)點(diǎn)是：①零件定位可靠，裝卸方便，液壓自動(dòng)夾緊；②磨后的校直外圓作為抱緊基準(zhǔn)，使磨校直外圓具有了雙重作用，不用再單獨(dú)地磨一個(gè)抱緊外圓了。缺點(diǎn)是：車齒坯還要留工藝用的定位臺(tái)階，在插花鍵以后重新把定位臺(tái)階車掉，零件走了回頭路，增加了物流距離和工序。

（2）采用下端中心孔和中間磨校直外圓定位，彈性筒夾抱緊此磨校直外圓，進(jìn)行零件的定位和夾緊。本方案除了具備方案（1）的優(yōu)點(diǎn)外，還有無需再用磨床單獨(dú)精加工定位基準(zhǔn)、精車齒坯無需再留工藝臺(tái)階的優(yōu)點(diǎn)，簡化了工藝路線。

3 夾具設(shè)計(jì)

通過分析決定采用設(shè)計(jì)方案（2），其夾具裝配結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示。原來的彈性筒夾一般直接和拉桿相連接，但本夾具方案，由于要用下頂尖定位，顯然不能按一般的筒夾進(jìn)行設(shè)計(jì)，這就是此夾具結(jié)構(gòu)上的難點(diǎn)。設(shè)計(jì)中將彈簧夾頭、連接螺母、支撐桿、連接螺栓、過渡連接盤組合為一體，避開頂尖的干涉，從而完成零件的定位和拉緊；采用O 型橡膠密封圈防止鐵屑等雜物進(jìn)入夾具體內(nèi)。此夾具用4個(gè)螺釘固定在機(jī)床底座上，首先用一個(gè)加工精度很高的標(biāo)準(zhǔn)件裝在初始固定后的夾具上，在拉緊的狀態(tài)下校正標(biāo)準(zhǔn)件，然后固定好夾具。

圖3 夾具裝配結(jié)構(gòu)示意圖

設(shè)計(jì)時(shí)需要對(duì)機(jī)床液壓缸拉力和螺釘強(qiáng)度進(jìn)行校核。該液壓缸拉力為15 000N，機(jī)床原配液壓缸拉桿為M16×1.5－6g普通螺紋，現(xiàn)采用6－M10與6－M8兩組螺釘，經(jīng)校核所選螺釘滿足強(qiáng)度要求。

4 夾具的使用效果

表1為夾具使用前、后對(duì)照表。

表1 夾具使用前、后對(duì)照表

使用此夾具必須要有相應(yīng)的工藝匹配，因?yàn)橄露酥行目撞坏鹬ㄎ蛔饔?，還起著限制軸向尺寸的作用，而插花鍵的退刀槽非常?。?mm），為防止刀具干涉，首先在銑端面打中心孔工序必須對(duì)中心孔大小進(jìn)行控制，在工藝上增加了對(duì)中心孔大小的測(cè)量；其次為了防止零件在裝夾時(shí)干涉，必須對(duì)精車齒坯和磨校直基準(zhǔn)進(jìn)行控制，保證磨校直外圓大于其余外圓，不干涉。此時(shí)磨校直外圓具有三重作用，即定位、夾緊、熱后校直。通過對(duì)工藝的調(diào)整，使工藝路線最優(yōu)化。

5 結(jié)語

通過夾具的優(yōu)化設(shè)計(jì)，保證了產(chǎn)品質(zhì)量，提升了加工效率，達(dá)到了工藝的整體優(yōu)化。本夾具方案為軸類插齒夾具的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了一個(gè)參考方案。

［1］ 王啟平.機(jī)床夾具設(shè)計(jì)［M］.哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，1995.

［2］ 成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004.