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青岛圆柱齿轮系列工装夹具设计与改进


圆柱齿轮加工过程中, 夹具的使用是影响生产效率和产品质量的重要因素, 根据齿轮结构和工艺要求, 需要设计精车、 滚 齿、 插齿、 剃齿、 磨齿等专用工装夹具, 如果工件的定位基准尺寸精度不是很高, 还可以通过改进夹具结构而提高定位精度。青岛齿轮定做

齿轮传动是机械传动的一种主要传动形式, 齿轮精度 的高低决定着机械传动的精确性和平稳性。在齿轮加工中, 夹具的制造、 配合和安装精度是影响齿轮精度的重要因素, 齿轮加工夹具的设计合理与否, 不仅关系到齿轮的精度, 也关系到了齿轮加工的效率。为此, 按照齿轮的结构和工艺特点制定合理的夹具就显得相当重要。

圆柱齿轮的结构和工艺特点

圆柱齿轮结构

青岛圆柱齿轮的结构由于使用要求不同而具有各种不同的形状,从轮齿的分布形式看,可分为直齿、斜齿、人字齿等;从轮体的结构特点看,齿轮又大致分为盘形齿轮、轴齿轮、 扇形齿轮和齿条等。其中盘形齿轮应用最广,盘形齿轮的内孔多为精度较高的圆柱孔和花键孔, 按照其轮缘齿圈的个数多少可分为单联齿轮、双联齿轮或三联齿轮等等。

圆柱齿轮加工工艺

一般齿轮加工工艺过程大致要经过如下几个阶段:毛坯热处理、 齿坯加工、齿形加工、 齿端加工、 齿面热处理、 精基准修正及齿形精加工。对于圆柱孔齿轮, 齿形加工前可采用粗车→钻孔→正火(调质) →精车→平磨→内磨的加工方案加工齿坯;对于花键孔齿轮, 齿形加工前采用粗车→钻孔→正火(调质)→半精车→拉键→精车的加工方案加工齿坯。无论圆柱孔还是花键孔齿轮,如果是单联齿轮, 齿形加工只需要采用滚齿即可;如果是双联齿轮或三联齿轮, 需要采取滚齿+插齿的加工方法。如果是滑移齿轮,滚齿、插齿之后齿端还要倒圆角。对于6~7级精度齿轮,常采用滚齿→剃齿→淬火→珩齿的加工方案, 其中圆孔齿轮需要在淬火之后精磨基准孔;对于6级以上精度的齿轮, 以及需要渗碳淬火的齿轮,则采用滚齿→淬火→磨孔(推孔)→磨齿的加工方案。 青岛齿轮加工

圆柱齿轮夹具的设计

对于圆柱齿轮, 无论内孔是圆孔还是花键孔, 一般都 用芯轴类夹具来定位加工。花键孔又分为大径定心和小径 定心两种, 其中圆孔和小径定心的花键孔齿轮, 内孔通常 采用磨削, 因此定位精度较高, 加工出来的齿轮精度也较 高。大径定心花键孔齿轮, 因采用拉刀拉削内孔, 生产效 率较高, 精度也较高, 目前在国内很多企业, 特别是机床 和汽车齿轮制造厂家均还广泛采用。圆孔、 花键孔定位夹 具结构相同, 其中大径定心的花健孔比起小径定心的花键 孔和圆孔来, 加工和配合精度都要稍差一些, 所以要求设 计更为合理的夹具来解决齿轮加工中的定心问题。下面以大径定心花键孔齿轮为例, 介绍几种工装夹具 在齿轮加工中的运用。 青岛齿轮厂家

精车夹具的设计

齿轮拉花键后, 常采用锥度芯轴来精车齿坯, 如图 1 所示。利用锥度芯轴涨紧工件内孔, 可以有效保证工件装配基准与加工基准的同轴度, 并为后道工序提供良好的端面基准。但使用锥度芯轴时需要在砧铁上将工件墩实、 夹紧, 不仅工效低、 劳动强度大, 而且易损伤工件内孔和“烧蚀” 芯轴, 造成定位精度下降。加上芯轴在两顶尖上定位刚性较差, 因此加工齿坯时端面和径向跳动均较大, 从而影响后续加工。
为此可以将夹具做成图 2 所示涨套式结构  , 该夹具 利用液压缸驱动拉杆, 当拉杆 7 向左移动时, 涨套体 3 的 圆锥面迫使弹性涨套向外撑开, 从而涨紧工件内孔;拉杆 向右移动时, 推杆 5 顶出涨套, 涨套缩回, 取出工件。这 样既保证了工件的加工精度, 又使装夹迅速可靠。该夹具 适合直径 φ25mm 以上内孔的工件, 涨套采用 65Mn 钢材料 制成, 硬度 HRC40~45, 涨紧套尺寸参照图 3 及表 1。

滚齿夹具的设计

滚齿夹具一般均采用组合形式, 结构如图4,主要由件1滚齿底座、件3定位套、件4滚齿心轴、件5隔套、件7螺母组成。滚齿芯轴与工件孔配合部分没有锥度,一般按H6/h5、H7/h6 配合或H8/h9配合。但实际上由于齿轮结构、材料及硬度的不同,在拉键时,花键孔会产生不同的收缩或扩大,甚至是产生锥度,造成无法装入芯轴或与芯轴配合间隙过大, 使齿轮毛坯安装时产生几何偏心,从而引起被加工齿轮的周节累计误差和齿形误差。另外当芯轴与齿坯孔有间隙时,同时装夹使用的隔套、垫圈、螺母等的端面又不平行时,夹紧后就会使工件轴线产生歪斜,从而引起被加工齿轮的齿向误差。为此当齿轮孔精度不高时,将滚齿夹具改成图5所示的涨套式夹紧, 既可保证齿坯容易装入,又可消除夹具与工件的定位间隙。衬垫6与工件端面定位,用以承受切削时产生的径向力。

插齿夹具的设计

插齿夹具与滚齿夹具大致相同, 底板上面安装插齿芯轴,芯轴与工件孔配合,当工件孔径小、精度高时用图6所示结构,当工件孔径大,孔的工差也较大时,就用较图 7 所示涨套式结构,用以消除芯轴和工件孔的定位间隙,保证被加工齿轮的齿向和径跳。
剃齿夹具的设计

生产中大多数剃齿夹具都是采用间隙配合的定位芯轴, 如图8所示。剃齿可以消除滚齿、插齿时的齿形、齿向和径向跳动误差。但由于芯轴与齿轮孔的配合间隙, 加上齿轮定位端面跳动和夹具台阶端跳,引起齿轮配合基准相对加工回转轴线歪斜, 产生几何偏心,加大工件的周节误差,又使工件产生新的径向跳动和齿向误差,往往得不到较高精度的齿轮。为此,如图9所示,采取涨套定位,齿轮端面夹紧,既可消除齿轮内孔配合间隙,又可以克服剃齿刀具往复运动带来的切削力,使齿轮精度提高1~2级。
磨齿夹具的设计

磨齿夹具与剃齿夹具也大致相同,当工件孔径小、精度高时用图10所示带肩圆柱芯轴与工件内孔配合。当工件孔径大,孔的公差也较大时就用图11所示涨套式芯轴,可以消除芯轴与齿轮孔的配合间隙,减小磨削后的径跳和齿向误差,使齿轮精度进一步提高。

结束语
圆柱齿轮夹具在实际工作当中应根据齿轮结构和工艺灵活运用,在工艺方案能达到齿轮加工精度时,力求使用简单的夹具,夹具的设计也应力求简单化、通用化和便于制造。