在機(jī)械加工行業(yè)中，通常采用的內(nèi)齒輪加工方法是使用壓板夾緊毛坯，內(nèi)孔及端面找正。要獲得更高精度的內(nèi)齒輪，需要對(duì)零件進(jìn)行多次找正，確保零件內(nèi)孔的同軸度和端面的垂直度，無(wú)形中增加了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度和零件的加工周期。

目前，在企業(yè)中單件小批量?jī)?nèi)齒輪加工時(shí)，采用墊塊定位、壓板夾緊方式，同時(shí)使用百分表找正內(nèi)孔和端面。此種裝夾與定位方法會(huì)產(chǎn)生定位誤差，導(dǎo)致插齒后齒輪的分度圓對(duì)內(nèi)孔的同心度產(chǎn)生誤差，從而降低齒輪的徑向精度。同時(shí)，由于零件裝夾時(shí)的間隙造成偏心，插齒時(shí)還會(huì)影響齒部的齒形、齒向、周累等衍生誤差，從而使插齒后整個(gè)齒輪精度偏低。

企業(yè)只有大批量生產(chǎn)時(shí)，才會(huì)采用插齒夾具進(jìn)行加工，這是由于傳統(tǒng)的插齒夾具只適用于固定尺寸的零件，裝夾復(fù)雜。夾具所具備的優(yōu)點(diǎn)正是解決小批量生產(chǎn)時(shí)內(nèi)齒輪精度的關(guān)鍵。文章經(jīng)過(guò)分析，設(shè)計(jì)了一種快速裝夾的內(nèi)齒輪插齒夾具，并驗(yàn)證了該夾具的可行性。

一、內(nèi)齒輪插齒夾具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1．1 夾具設(shè)計(jì)的目標(biāo)

該夾具設(shè)計(jì)的目標(biāo)是縮短加工周期，盡可能減少操作者裝卸工件的輔助時(shí)間，降低勞動(dòng)強(qiáng)度［1］。充分利用該夾具的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，改變專(zhuān)用夾具的裝夾方式，實(shí)現(xiàn)快速定位和夾緊。

1．2 夾具的設(shè)計(jì)思路及實(shí)現(xiàn)方法

常見(jiàn)圓柱齒輪工件的結(jié)構(gòu)分為內(nèi)齒輪、外齒輪和雙聯(lián)齒輪等，在插齒加工時(shí)，需要預(yù)留插齒刀具的退刀距離。為了防止刀具和夾具的干涉，需要定位面端面和齒根有 2～3mm的距離。加工內(nèi)齒輪時(shí)需要以外圓定位，夾緊零件上端面，壓板需要預(yù)留出齒根的距離，壓板需要根據(jù)不同尺寸零件調(diào)整夾緊位置，一般夾具是利用壓板的 U 型槽進(jìn)行移動(dòng)的，此類(lèi)壓板需要支撐螺栓在后面支撐，不同尺寸的零件還需要調(diào)整支撐螺栓的高度，操作繁瑣，不利于批量生產(chǎn)。該夾具設(shè)計(jì)的旋轉(zhuǎn)壓板利用旋轉(zhuǎn)支架進(jìn)行位置調(diào)整，可以根據(jù)零件齒根位置調(diào)整。

定位方面，利用三爪卡盤(pán)的自定心功能特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了夾具底座，改進(jìn)卡爪的結(jié)構(gòu)，使其具有定位、定心功能，根據(jù)以上思路，將夾具體和機(jī)床回轉(zhuǎn)工作臺(tái)之間采用 T 型螺栓聯(lián)接，一次對(duì)刀找正，再利用自定心特點(diǎn)對(duì)工件進(jìn)行定位，壓板進(jìn)行夾緊。除此之外，還可以根據(jù)實(shí)際使用情況和工件尺寸調(diào)整定位卡爪范圍和正反爪定位，擴(kuò)大其應(yīng)用范圍。

1．3 結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)難點(diǎn)

該插齒夾具的設(shè)計(jì)有以下三個(gè)方面的難點(diǎn)：1）快換。采用活動(dòng)壓板，實(shí)現(xiàn)快速換件，縮短換件、裝夾和找正的時(shí)間在 15min 以?xún)?nèi)。2）定位。夾具的定位裝置借鑒三爪卡盤(pán)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，滿足不同外徑范圍內(nèi)的齒輪工件的定位要求。3）通用。夾具適用于不同型號(hào)插齒機(jī)床，同時(shí)適用于不同尺寸下的零件加工。

1．4 夾具的工作原理

該內(nèi)齒輪插齒夾具由 12 個(gè)零件構(gòu)成，其中包含夾具體、螺釘、夾具體端蓋、小錐齒輪、大錐齒輪、定位卡爪、彈簧、雙頭螺栓、快換壓板等組件，如圖 1 所示 ［2］。夾具體 1 安裝在插齒機(jī)床回轉(zhuǎn)工作臺(tái)上，安裝時(shí)需對(duì)三個(gè)定位卡爪的定位夾緊面進(jìn)行找正，保證其跳動(dòng)值小于 0．005，并通過(guò) T 型螺栓連接將其固定在回轉(zhuǎn)工作臺(tái)上。被加工零件通過(guò)定位卡爪的自定心功能實(shí)現(xiàn)定位，快換壓板對(duì)零件施加軸向方向的力，實(shí)現(xiàn)其定位夾緊的功能。

零件加工時(shí)，首先旋轉(zhuǎn)小錐齒輪 4，小錐齒輪 4 和大錐齒輪 5 配合傳動(dòng)，大錐齒輪端面齒和定位卡爪 6 配合實(shí)現(xiàn)三個(gè)定位卡爪同步移動(dòng)。由于零件在精車(chē)加工過(guò)程內(nèi)孔、端面和外圓一次裝夾、一次加工，保證零件內(nèi)外圓的同軸度和端面的垂直度，所以?xún)?nèi)外圓可以進(jìn)行基準(zhǔn)轉(zhuǎn)化，如圖 2 所示，定位卡盤(pán)夾緊并定位零件外圓和端面，可以保證齒輪對(duì)內(nèi)孔的同軸度和對(duì)端面的垂直度的精度要求。

圖1 夾具裝配圖

1． 夾具體；2．M18 螺釘；3． 夾具體端蓋；4． 小錐齒輪；

5． 大錐齒輪；6． 定位卡爪；7．M8 螺釘；8． 彈簧；

9． 雙頭螺栓；10． 快換壓板；11． 開(kāi)口墊圈；12． 螺母。

零件定位后需要進(jìn)行軸向方向夾緊，通過(guò)定位卡爪上安裝的快換壓板 10 進(jìn)行軸向方向壓緊，快換壓板 10 的安裝是通過(guò)雙頭螺栓與定位卡爪連接，這是為了防止雙頭螺栓的松動(dòng)，采用 M8 螺釘對(duì)雙頭螺栓進(jìn)行固定防松處理 ［3］，如圖 3 所示。加工零件完成后，通過(guò)旋轉(zhuǎn)螺母 12 松開(kāi)快換壓板 10，快換壓板10 向后旋轉(zhuǎn)釋放對(duì)零件的軸向力，同時(shí)旋轉(zhuǎn)小錐齒輪 4，解除零件定位，從而實(shí)現(xiàn)了零件的快速裝夾。

二、夾具的創(chuàng)新點(diǎn)

2．1 裝夾直徑范圍廣

該內(nèi)齒輪插齒夾具可以滿足 φ50－φ500 的所有零件加工需求，夾具只需根據(jù)零件外圓尺寸進(jìn)行定位，不需要重新設(shè)計(jì)夾具，可以節(jié)約成本 ［3－4］。

2．2 縮短加工準(zhǔn)備時(shí)間

新的插齒夾具具有自定心功能，不需要長(zhǎng)時(shí)間找正準(zhǔn)備工作，由于小錐齒輪和大錐齒輪傳動(dòng)，帶動(dòng)定位卡爪同步移動(dòng)，因此可以實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的定位。