內齒輪插齒夾具設計

一往冇前

在機械加工行業(yè)中，通常采用的內齒輪加工方法是使用壓板夾緊毛坯，內孔及端面找正。要獲得更高精度的內齒輪，需要對零件進行多次找正，確保零件內孔的同軸度和端面的垂直度，無形中增加了工人的勞動強度和零件的加工周期。

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

企業(yè)只有大批量生產(chǎn)時，才會采用插齒夾具進行加工，這是由于傳統(tǒng)的插齒夾具只適用于固定尺寸的零件，裝夾復雜。夾具所具備的優(yōu)點正是解決小批量生產(chǎn)時內齒輪精度的關鍵。文章經(jīng)過分析，設計了一種快速裝夾的內齒輪插齒夾具，并驗證了該夾具的可行性。

一、內齒輪插齒夾具的結構設計

1.1 夾具設計的目標

該夾具設計的目標是縮短加工周期，盡可能減少操作者裝卸工件的輔助時間，降低勞動強度[1]。充分利用該夾具的結構特點，改變專用夾具的裝夾方式，實現(xiàn)快速定位和夾緊。

1.2 夾具的設計思路及實現(xiàn)方法

常見圓柱齒輪工件的結構分為內齒輪、外齒輪和雙聯(lián)齒輪等，在插齒加工時，需要預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。加工內齒輪時需要以外圓定位，夾緊零件上端面，壓板需要預留出齒根的距離，壓板需要根據(jù)不同尺寸零件調整夾緊位置，一般夾具是利用壓板的 U 型槽進行移動的，此類壓板需要支撐螺栓在后面支撐，不同尺寸的零件還需要調整支撐螺栓的高度，操作繁瑣，不利于批量生產(chǎn)。該夾具設計的旋轉壓板利用旋轉支架進行位置調整，可以根據(jù)零件齒根位置調整。

定位方面，利用三爪卡盤的自定心功能特點，設計了夾具底座，改進卡爪的結構，使其具有定位、定心功能，根據(jù)以上思路，將夾具體和機床回轉工作臺之間采用 T 型螺栓聯(lián)接，一次對刀找正，再利用自定心特點對工件進行定位，壓板進行夾緊。除此之外，還可以根據(jù)實際使用情況和工件尺寸調整定位卡爪范圍和正反爪定位，擴大其應用范圍。

1.3 結構的設計難點

該插齒夾具的設計有以下三個方面的難點：1）快換。采用活動壓板，實現(xiàn)快速換件，縮短換件、裝夾和找正的時間在 15min 以內。2）定位。夾具的定位裝置借鑒三爪卡盤的結構特點，滿足不同外徑范圍內的齒輪工件的定位要求。3）通用。夾具適用于不同型號插齒機床，同時適用于不同尺寸下的零件加工。

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1.4 夾具的工作原理

該內齒輪插齒夾具由 12 個零件構成，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 安裝在插齒機床回轉工作臺上，安裝時需對三個定位卡爪的定位夾緊面進行找正，保證其跳動值小于 0.005，并通過 T 型螺栓連接將其固定在回轉工作臺上。被加工零件通過定位卡爪的自定心功能實現(xiàn)定位，快換壓板對零件施加軸向方向的力，實現(xiàn)其定位夾緊的功能。

零件加工時，首先旋轉小錐齒輪 4，小錐齒輪 4 和大錐齒輪 5 配合傳動，大錐齒輪端面齒和定位卡爪 6 配合實現(xiàn)三個定位卡爪同步移動。由于零件在精車加工過程內孔、端面和外圓一次裝夾、一次加工，保證零件內外圓的同軸度和端面的垂直度，所以內外圓可以進行基準轉化，如圖 2 所示，定位卡盤夾緊并定位零件外圓和端面，可以保證齒輪對內孔的同軸度和對端面的垂直度的精度要求。

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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. 開口墊圈；12. 螺母。

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零件定位后需要進行軸向方向夾緊，通過定位卡爪上安裝的快換壓板 10 進行軸向方向壓緊，快換壓板 10 的安裝是通過雙頭螺栓與定位卡爪連接，這是為了防止雙頭螺栓的松動，采用 M8 螺釘對雙頭螺栓進行固定防松處理 [3]，如圖 3 所示。加工零件完成后，通過旋轉螺母 12 松開快換壓板 10，快換壓板10 向后旋轉釋放對零件的軸向力，同時旋轉小錐齒輪 4，解除零件定位，從而實現(xiàn)了零件的快速裝夾。

二、夾具的創(chuàng)新點

2.1 裝夾直徑范圍廣

該內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)零件外圓尺寸進行定位，不需要重新設計夾具，可以節(jié)約成本 [3-4]。

2.2 縮短加工準備時間

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

2.3 快速換夾

在零件加工完成后，通過擰松螺母12，快速旋轉快換壓板10，可以快速卸下零件，重新裝上備加工件，轉動快換壓板10，調節(jié)到合適的夾緊位置，擰緊螺母10，實現(xiàn)零件的快速裝夾。

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三、夾具應用實例分析

該夾具適用于內齒輪的加工，由于采用了與三爪卡盤類似的結構，因此在定位方面優(yōu)于傳統(tǒng)夾具的找正定位，其適用范圍大于專用夾具。該夾具適用不同形狀的齒輪加工。

3.1 內齒輪加工

該夾具可以適用于常見內齒輪加工領域，采用外圓定位，上端面夾緊，插齒機床加工內齒，如圖4 所示。

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3.2 雙聯(lián)齒輪加工

該夾具可以加工雙聯(lián)齒輪內孔定位，夾緊上端面時，可以一次裝夾。加工兩排齒輪時，可減少裝夾次數(shù)，保證兩個齒輪的同軸度，如圖 5 所示。

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圖4 加工內齒輪裝配圖

圖5 加工雙聯(lián)齒輪裝配圖

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四、結束語

文章設計的內齒輪插齒夾具具有快速裝夾、自定心定位功能，既能保證定位精度，也可以保證快速裝夾，同時還適用不同內外徑的零件加工，為加工內齒輪提供了一種新的夾具設計思路。