軸類零件插齒夾具的柔性化改進(jìn)

喬凌云，姜雨，李良，盧宇

宜昌長機(jī)科技有限責(zé)任公司 湖北宜昌 443000

1 序言

在機(jī)械加工中，常使用夾具來定位、裝夾工件。在批量生產(chǎn)中，為了縮短工序時間，提高生產(chǎn)效率，同時減輕操作人員的勞動強(qiáng)度，廣泛采用各種專用夾具。我公司生產(chǎn)的YKH5132H數(shù)控插齒機(jī)是專門針對汽車、減速機(jī)及軍工等領(lǐng)域推出的一款高效數(shù)控機(jī)床。有用戶反映，在使用該機(jī)床加工一種汽車變速器齒輪軸（見圖1）時，經(jīng)常出現(xiàn)加工精度超差的情況。經(jīng)過和用戶交流，發(fā)現(xiàn)是用戶來料毛坯的問題。在偏擺儀上以工件上下頂尖孔定位打表，工件被夾持部位精度超差，但是由于上序工藝無法改進(jìn)，來料精度無法提高，所以只能從本序工藝想辦法，即對插齒夾具進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。目前，因?yàn)榫瘸顔栴}，在現(xiàn)有夾具上批量加工時廢品率較高，影響了產(chǎn)品質(zhì)量。為此，用戶請我公司對現(xiàn)有夾具進(jìn)行優(yōu)化。針對該情況，改進(jìn)了原有的夾具，大大降低了廢品率，保證了生產(chǎn)的正常進(jìn)行。

圖1 汽車變速器齒輪軸

2 問題描述

針對YKH5132H數(shù)控插齒機(jī)加工汽車變速器齒輪軸廢品率高的問題，首先檢查自身設(shè)備問題，對夾具彈簧夾頭內(nèi)孔、下頂尖、尾座上頂尖以及刀具等用百分表進(jìn)行檢測，都沒有發(fā)現(xiàn)問題；然后通過專用檢驗(yàn)棒，在夾具上模擬裝夾后用百分表檢測棒的跳動，也沒有問題；最終通過對待加工件進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)以工件上下頂尖定位時，被夾緊部位的徑向圓跳動較大，超過允許的0.01mm。當(dāng)彈簧夾頭下拉夾緊工件外圓時，因向下的液壓缸拉桿拉力過大，所以造成彈簧夾頭將工件拉變形，工件的下頂尖孔被強(qiáng)行拉偏，此時上下頂尖孔不同軸。

若此時進(jìn)行插齒加工，工件退出夾具后，工件自身變形復(fù)位，以上下頂尖孔檢驗(yàn)齒部加工精度時，檢驗(yàn)基準(zhǔn)與加工基準(zhǔn)狀態(tài)不一致，則造成檢驗(yàn)的精度超差，產(chǎn)生廢品。

3 原夾具結(jié)構(gòu)分析及優(yōu)化要求

在原夾具中，下拉桿與機(jī)床的液壓缸相連接，液壓缸開始工作后，下拉桿向下運(yùn)動，帶動與之相連的連接套、上拉桿，上拉桿通過過渡套帶動彈簧夾頭向下運(yùn)動。彈簧夾頭與錐度套的錐面配合，對錐度套產(chǎn)生一個垂直于錐面的壓力，同樣，錐度套對彈簧夾頭產(chǎn)生一個徑向壓縮的反作用分力，進(jìn)而將彈簧夾頭壓縮，夾緊工件外圓。

原夾具結(jié)構(gòu)（見圖2）的缺點(diǎn)是：由于錐度套自身的錐面和外圓面是同軸的，彈簧夾頭在收縮過程中起到既定位又夾緊的作用，而夾具和尾座已經(jīng)形成了上下頂尖的定位，所以該夾具結(jié)構(gòu)是過定位結(jié)構(gòu)。此結(jié)構(gòu)對工件自身定位和夾緊部位的加工精度要求很高，很容易造成加工精度超差，使零件報廢，實(shí)際情況也是如此?？紤]到以上問題，必須優(yōu)化夾具結(jié)構(gòu)，改進(jìn)夾緊和定位方式。

圖2 原夾具結(jié)構(gòu)

4 新夾具結(jié)構(gòu)方案

考慮到軸類零件的頂尖孔是精加工過的通用加工基準(zhǔn)，夾具結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計需去掉彈簧夾頭的定位功能，只保留夾緊功能。將原錐度套改為分體結(jié)構(gòu)，使其錐面部分和下頂尖定位孔部分分開。并且使改進(jìn)后的錐度套外圓與擋屑蓋內(nèi)孔之間保持0.2mm左右的間隙。如此，改進(jìn)后的錐度套實(shí)際是浮動的（下稱浮動錐套），具有自適應(yīng)定心效果。當(dāng)彈簧夾頭向下運(yùn)動，夾頭頭部在縮小的同時，受浮動錐套和工件外圓幾何公差的影響，夾頭頭部會自適應(yīng)地根據(jù)工件外圓相對于頂尖孔的偏差而產(chǎn)生相應(yīng)的偏移，同時夾緊工件外圓，達(dá)到只夾緊、不定位的目的。新夾具結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 新夾具結(jié)構(gòu)

夾具設(shè)計需盡量避免過定位，除非是在高精度要求或者特殊加工中。本例中，原夾具不僅生產(chǎn)制造成本高，而且對工件自身精度要求也高，無形中增加了工件的加工成本，并且?guī)砹瞬槐匾募庸る[患。

5 結(jié)束語

在原夾具設(shè)計時，雖然堅持了基準(zhǔn)重合和基準(zhǔn)統(tǒng)一的原則，而且為了達(dá)到高精度加工的目的設(shè)計了過定位，但通過實(shí)踐檢驗(yàn)，該設(shè)計并未考慮到工件自身精度達(dá)不到過定位要求的問題，過定位反而起到了負(fù)作用。通過對原有夾具優(yōu)化改進(jìn)，消除了過定位，將定位和夾緊功能分開，確保工件的質(zhì)量要求，同時夾具的制作也更加容易。目前，改進(jìn)后的夾具已經(jīng)用于變速器齒輪軸的批量生產(chǎn)中。實(shí)踐表明，用改進(jìn)后的夾具加工零件時精度穩(wěn)定，廢品率較改進(jìn)前大大降低，提升了產(chǎn)品質(zhì)量，保證了生產(chǎn)的正常進(jìn)行。