趙春江 張國斌

(①內(nèi)蒙古機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，內(nèi)蒙古呼和浩特 010070;②呼和浩特眾環(huán)(集團(tuán))有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古呼和浩特 010050)

呼和浩特眾環(huán)(集團(tuán))有限責(zé)任公司的三爪自定心卡盤是公司的支柱型產(chǎn)品系列之一，其質(zhì)量的穩(wěn)定保證與否，直接影響到公司的經(jīng)濟效益和產(chǎn)品品牌聲譽。三爪自定心卡盤結(jié)構(gòu)簡圖如圖1所示。

1 問題的提出

一段時間，經(jīng)產(chǎn)品使用客戶信息反饋:由于錐齒輪制造質(zhì)量不穩(wěn)定，使得錐齒輪2與盤絲3齒形嚙合不理想，經(jīng)常“咬齒”，甚至出現(xiàn)卡盤夾緊力喪失現(xiàn)象，影響正常使用，產(chǎn)品壽命降低。為此，公司工藝部門組織項目攻關(guān)小組，針對存在問題進(jìn)行了分析研究。

2 原因分析要因確認(rèn)

如圖2所示，錐齒輪作為三爪自定心卡盤中的關(guān)鍵傳動件，質(zhì)量出現(xiàn)問題會直接導(dǎo)致卡盤精度的下降。通過現(xiàn)場服務(wù)調(diào)查，對285個錐齒輪的不合格項目進(jìn)行了分類統(tǒng)計分析，詳見表1。認(rèn)真分析研究后，發(fā)現(xiàn)在銑削錐齒輪齒形工序中，零件輪齒等分精度不穩(wěn)定，進(jìn)而造成齒輪傳動平穩(wěn)性精度和接觸精度下降，是影響產(chǎn)品質(zhì)量的主要因素。

表1 不合格品缺陷項目統(tǒng)計表

綜合分析卡盤錐齒輪輪齒缺陷項目，不難發(fā)現(xiàn)輪齒等分精度超差和輪齒形狀不均兩個項目造成的不合格品數(shù)占總數(shù)的82.4%，這與在銑削錐齒輪齒形工序中，利用原銑齒夾具進(jìn)行卡爪錐齒輪輪齒的加工方法有直接關(guān)系。

于是對原銑齒夾具設(shè)計做了全面的研究，研究發(fā)現(xiàn)，夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計原理缺陷造成其工作時，不可避免地出現(xiàn)夾具周期性工藝誤差。主要有每個分度齒輪的制造誤差，包括齒距偏差、齒距累積誤差、齒形誤差和安裝后的軸向、徑向跳動誤差，以及各組分度齒輪副的裝配誤差等。這些誤差以每個分度齒輪旋轉(zhuǎn)一周為周期，使原銑齒夾具定位方胎產(chǎn)生周期性不均勻回轉(zhuǎn)，造成被加工齒坯相對于成型銑刀出現(xiàn)轉(zhuǎn)角偏差，產(chǎn)生齒廓誤差。

進(jìn)而通過現(xiàn)場具體分析，得出由于原夾具傳動鏈較長，齒輪嚙合間隙大等原因，造成定位不準(zhǔn)，齒輪各項精度難以保證的結(jié)論。圖3為原銑齒夾具設(shè)計原理圖。

3 制訂對策設(shè)計新夾具

針對銑齒工序存在的問題，我們重新設(shè)計了銑齒夾具。新夾具縮短了傳動鏈，去除了齒輪箱以及分度鎖緊機構(gòu)，采用了棘輪棘爪傳動機構(gòu)預(yù)分度，制造了高精度分度盤直接與定位方胎相連，實現(xiàn)了錐齒輪的精確分度定位;與此同時，在新夾具上加裝了電器及液壓控制系統(tǒng)，使整個加工實現(xiàn)自動化。

3.1 銑齒夾具的設(shè)計過程

明確設(shè)計任務(wù)之后，開始確定銑齒夾具的設(shè)計方案，重點確定定位方式、夾緊方式以及設(shè)計相應(yīng)的裝置，確定刀具的對刀或引導(dǎo)方法，繪制結(jié)構(gòu)草圖;確定并標(biāo)注輪廓尺寸、裝配尺寸等相關(guān)尺寸以及主要零件的相互位置精度;為進(jìn)一步驗證夾具設(shè)計方案的可實施性，還進(jìn)行工序精度分析，尤其是驗證分析工藝系統(tǒng)中的定位誤差、安裝誤差、對刀誤差等加工誤差對錐齒輪加工精度的影響;最后繪制銑齒夾具總圖及零件圖。圖4為新銑齒夾具設(shè)計原理簡圖。

3.2 銑齒夾具主要零件材料的選擇及熱處理技術(shù)要求

夾具體為形狀復(fù)雜的殼體，材料選用HT300，鑄后時效處理，表面清潔干凈，不得有殘渣;定位方胎2及頂尖，材料為20Cr，淬火58～62 HRC，非磨光部分發(fā)黑處理;定位銷4的材料為T10A，淬火55～60 HRC;棘輪6、棘爪5材料選用45號鋼，淬火、回火35～40 HRC;精定位分度盤3的材料為20Cr，滲碳、淬火、回火55～60 HRC，滲碳深度0.8 ～1.2 mm，發(fā)黑處理。

3.3 銑齒夾具工作過程

銑齒夾具(兩臺套)安裝在雙主軸頭專用仿形銑床的矩形工作臺上，裝夾錐齒輪齒坯時，利用專門設(shè)計的托盤支架，一次同時裝夾4個齒坯工件。如圖4所示，部件Ⅰ為液壓控制的頂尖裝置，部件Ⅱ為電氣、液壓控制的定位分度裝置。夾具基本工作過程為:頂尖的伸縮完成對齒坯工件的定位夾緊和松開;棘爪撥桿移動撥動棘輪，棘輪旋轉(zhuǎn)帶動分度盤，進(jìn)而轉(zhuǎn)動定位方胎，實現(xiàn)錐齒輪齒坯的精確分度。具體如下:

圖4中，B－B視圖為精定位分度機構(gòu)，該機構(gòu)由齒形均布的分度盤以及定位銷構(gòu)成;A向視圖為棘輪棘爪副機構(gòu)。加工工件時，電控球閥開通油路進(jìn)油，控制棘爪撥桿5向右移動，撥動棘輪6進(jìn)行預(yù)分度定位，預(yù)分度到位時，觸合行程開關(guān)，啟動液壓換向閥，控制定位銷油路換向，定位銷升起插入精定位分度盤中，達(dá)到精確分度的目的。隨后仿形銑床進(jìn)刀，加工完成一個齒形，這樣依次分度、定位、走刀，數(shù)個循環(huán)(取決于錐齒輪齒數(shù))之后，機床停車，取下工件，準(zhǔn)備下一組齒坯加工。

3.4 銑齒夾具加工質(zhì)量驗證

重新設(shè)計的銑齒夾具，定位方胎直接與定位盤相連，定位銷與分度盤齒槽相配合。這樣，消除了原夾具各級傳動齒輪間隙，縮短了加工工件與定位分度機構(gòu)的距離(原為1 000 mm，現(xiàn)為170 mm)，使整個工藝系統(tǒng)剛性條件得以大大改善，提高了工件加工精度及其穩(wěn)定性，如同直徑齒距偏差減小至0.05 mm(原為0.25 mm)，齒距累積誤差減小至0.15 mm(原為0.5 mm)，轉(zhuǎn)角偏差控制在±30″內(nèi)。

4 結(jié)語

經(jīng)過6個月的生產(chǎn)使用，重新設(shè)計的銑齒夾具質(zhì)量改善顯著。夾具的使用，可實現(xiàn)一次裝夾、多工位加工，手動裝夾方便。電氣液壓開關(guān)控制，便于操作，減輕了工人的勞動強度，生產(chǎn)效率大大提高。另外，作為可調(diào)夾具，更換不同定位方胎，適用于同類型不同規(guī)格產(chǎn)品的齒輪加工，并為其他類似零件加工的夾具設(shè)計提供參考。

［1］劉守軍.機械制造工藝與機床夾具［M］.北京:機械工業(yè)出版社，2000.

［2］孔慶華.機械設(shè)計基礎(chǔ)［M］.上海:同濟大學(xué)出版社，2004.

［3］楊俊峰.機床與夾具［M］.北京:清華大學(xué)出版社，2005.

［4］吳拓.簡明機床夾具設(shè)計手冊［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2010.

［5］朱偉建.偏心內(nèi)圓類軸承零件磨削加工用夾具的設(shè)計［J］.軸承，2012(3).