偏心內圓類軸承零件磨削加工用夾具的設計

朱偉建，李興林，閻昌春，何健，唐海成

(1.杭州人本電機軸承有限公司，杭州 310022；2.杭州軸承試驗研究中心有限公司，杭州 310022)

傳統加工方法中，偏心內圓(孔)的加工方法有鉆孔、擴孔、絞孔、鏜孔、車孔、銑孔和磨孔，其中，磨削加工的精度最高，表面粗糙度值最小。用一般的磨削加工方法適合加工圓孔中心軸線與工件回轉中心重合的工件，但在加工偏心內圓時受加工過程工件回轉條件的限制，難以保證圓(孔)的位置精度。目前加工高精度偏心內圓(孔)多采用數控銑床、數控車床或加工中心，但難以加工出精度非常高的偏心內圓(孔)[1-2]。下文以三叉式等速萬向節(球籠)鐘形罩(球籠套)的加工為例，介紹了一套可在內圓磨床上磨削偏心內圓的可調夾具的結構和工作原理。

1 夾具結構

夾具結構如圖1所示。夾具以三爪卡盤的3個卡爪加1個定位銷作為定位夾緊裝置，用1個定心用的圓柱加4個連接螺釘作為連接定向元件與機床回轉工作臺連接，在這兩大組成部分之間設計1套端齒盤作為精密分度裝置，通過2個齒盤軸之間的離合螺釘相連。

1—球籠套(工件)；2—卡爪； 3—卡盤體；4—方孔 ；5—上齒盤軸；6—上齒盤 ；7—下齒盤 ；8—下齒盤軸；9—調心螺釘；10—連接盤；11 —連接柱；12—連接螺釘；13—離合螺釘；14—床回轉工作臺；15—止動環；16—定位銷；E—工件回轉中心；F—工作臺回轉中心(偏心圓孔中心)

1.1 定心、夾緊機構

設計的精密三爪卡盤結構如圖2所示。卡盤由卡盤體、活動卡爪和卡爪驅動機構3部分組成，驅動機構由3個小錐齒輪和1個大錐齒輪(背面為平面螺紋)構成。

圖2中，三爪卡盤上3個卡爪導向部分的下面有螺紋與大錐齒輪背面的平面螺紋相嚙合，當用扳手通過方孔轉動小錐齒輪時，大錐齒輪轉動，背面的平面螺紋同時帶動3個均布在卡盤體上的卡爪向中心徑向移動(靠近或退出)，用以夾緊不同直徑的工件，并自動定心。該裝置夾緊可靠，無需手動定心，使用方便。設計的卡爪裝成反爪(圖2d)，定心并限制工件軸向自由度，實現由外向內夾緊。

1—方孔；2—小錐齒輪；3—大錐齒輪；4—平面螺紋；5—卡爪

1.2 分度機構

常見的分度裝置是以1個定位銷一次對準分度盤上的銷孔或者槽口實現分度定位，按照這種原理工作的分度裝置的分度精度受到分度盤上銷孔或槽口等分誤差的影響，較難達到更高精度[3]。圖1中，一套端齒盤(圖3)中的上齒盤與下齒盤的端面齒可全部參與嚙合(對定)。根據圓封閉原理，各齒的不等分誤差(有正有負)相互抵消，即只要保證足夠多的端面齒參與嚙合(對定)，則不等分誤差趨于0[4]。一般端面齒分度機構的分度誤差不大于30″，高精度端面齒分度機構的分度誤差不大于5″，最高精度可達0.1″～3″[3]。

圖3 端齒盤

1.3 離合機構

圖1中，卡盤體和上齒盤通過上齒盤軸組合成一體，下齒盤與連接盤通過下齒盤軸組合成一體。這2個整體經過分開、轉動、合并3個動作過程實現分度，動作過程由離合螺釘控制。離合螺釘通過止動環軸向固定于上齒盤軸上[5]。

1.4 連接機構

圖1中，連接柱是連接盤上的一個突起。連接盤通過4個均布于連接柱周圍的連接螺釘與機床回轉工作臺連接。3個周向均布的調心螺釘用于調節下齒盤軸與連接盤的相對位置。

2 夾具組裝及工作過程

首先，卡爪對工件作自動定心，端面定位限制了工件的5個自由度，定位銷限制了工件沿軸E轉動的自由度，工件完全定位；使工件的工藝孔對準定位銷(截面為菱形加圓弧形狀)，轉動方孔，使卡盤的3個卡爪夾緊工件，完成工件的定位和夾緊。接著，通過旋緊離合螺釘使上、下端齒盤嚙合。需要重新分度時，松開離合螺釘，止動環將上齒盤軸與工件一起頂起，上、下端齒盤脫離嚙合狀態，轉動卡盤體，目視上、下端齒盤圓周上的三等分劃線，進行預定位，旋緊離合螺釘使上、下端齒盤嚙合，重新精確分度定位。最后安裝夾具，先根據夾具結構(圖1)依上述步驟組裝夾具，并預緊下端齒盤軸和連接盤；通過連接盤上的連接柱對準機床回轉工作臺，連接盤端面緊靠工作臺端面，旋緊4個連接螺釘完成夾具與機床回轉工作臺的連接；再調整3個調心螺釘，使偏心圓孔中心與工作臺回轉中心F重合，完全固定下端齒盤軸和連接盤，完成夾具的安裝、連接和調整。

加工時，磨床工作臺沿偏心圓孔中心F低速旋轉，砂輪高速回轉，并軸向進入待加工的偏心圓孔進行磨削加工。由于工作臺轉速較低，夾具的不平衡離心力受到控制；磨粒的切削速度主要由高速轉動的砂輪提供。

3 結束語

設計的夾具組合了三爪卡盤和端齒盤，制造精度要求高，但精密三爪卡盤已經標準化生產，可直接選購；端齒盤也已經有專業廠家生產，可購到且不難制造。

設計的夾具在加工過程中，可實現一次裝夾、多工位加工，手動裝夾方便。作為可調夾具，適合中小批量磨削中小型工件的分度精度要求高的偏心內圓。分度精度受端齒盤的加工精度影響，最高分度精度可達到0.1″～3″。該夾具可將現有離合機構替換為液壓傳動或者氣壓傳動結構，以實現自動離合。若增加自動轉向預定位結構，可實現一次裝夾、自動換工位加工。