行星輪內孔硬車節圓夾具設計

廣東省佛山市南海誠志齒輪廠 （528222） 許一帆

我廠為國內外不同的客戶生產幾十種行星輪，這些行星輪結構相似（見圖1），均為直齒齒輪，表面滲碳處理，表面硬度60HRC左右，精度要求7～8級，而模數、齒數和壓力角則不盡相同。行星輪內孔的熱后精加工是決定產品質量的關鍵一步，此前我廠采用齒形定位磨削內孔的加工方法，加工時間長，成為制約生產效率的瓶頸，為此決定改用內孔硬車的加工方法，以提高效率，因而需要滿足硬車要求的節圓夾具。

圖1

1.硬車節圓夾具的技術要求

由于硬車的切削力和工件轉速都比磨削要高，所以不能簡單將磨削節圓夾具移植到車削上。比較磨削節圓夾具，硬車節圓夾具還應滿足以下的要求。

（1）平衡因高速轉動而產生的離心力，保證有足夠的夾緊力。

（2）結構上要相對旋轉軸對稱，避免高速轉動時，因偏心產生振動。

（3）夾持元件可以調整，方便找正。

（4）要有一定的通用性，確保夾具有良好的經濟性。

2.硬車節圓夾具的原理和結構

根據上述要求并結合本廠設備及加工能力，設計制造了如圖2所示的硬車節圓夾具。其原理是夾具主體通過三個與工件相嚙合的夾持齒輪將工件定位并夾緊。

夾具主體是一個精密的膜片式卡盤，其定心精度可達0.005mm，常應用于定心要求高的使用場合。有關膜片式卡盤的介紹，很多文章和書籍已作了詳細的說明，這里不再贅述。為了減少加工難度、降低制造成本和縮短制造時間，根據本廠車床的型號，選購了專業廠家生產可平衡離心力的高速膜片式卡盤，這種卡盤的安裝接口與普通的液壓卡盤完全一致，不需任何改造便可以直接安裝到車床上。

圖2

滑塊座2以端面齒與膜片式卡盤1的卡爪座上端面齒相互嚙合定位，通過螺釘和膜片式卡盤中的T形螺母， 固定在膜片式卡盤1上。滑塊3可以沿著滑塊座2上的導向槽作徑向移動，以便找正。當移動到合適的位置后，鎖緊螺釘可將滑塊3固定在滑塊座2上。通過調整滑塊座2和滑塊3的安裝位置，可以在一定范圍內調整夾持齒輪4與工件之間的中心距，以適應不同齒輪的裝夾。

夾持齒輪4具有與工件相同的模數和壓力角，可以繞滑塊3上的安裝軸頸轉動，鎖緊螺母5之后，固定在滑塊3上。通過夾持齒輪4裝夾工件的好處在于可以夾持任意齒數的工件，又不會破壞夾具的平衡，盡管卡盤1只有三個均布的卡爪座，當需要加工齒數非3的倍數的工件時，只需轉動夾持齒輪4，使之與工件無間隙嚙合即可。另一方面，由于被鎖死在滑塊3上的夾持齒輪4與工件是同輪齒咬合的，因此不需太大的夾緊力就可以避免工件在車削過程中發生打滑的現象。

3.夾具的制造要點

（1）由于工作時不存在相對運動，滑塊座用中碳合金鋼制造，作調質處理。必須確保端面齒的精度，有條件時最好磨削加工，若不能精確加工時，應與卡爪座配研。

（2）滑塊同樣用中碳合金鋼制造，作調質處理，但安裝軸頸處作高頻淬火處理，提高使用壽命。保證安裝軸徑與裝配基準面的垂直度不大于0.01mm，三個滑塊的安裝軸頸的外徑尺寸必須一致。

（3）為了提高耐用度，夾持齒輪由20CrMnTi制造，表面滲碳處理，表面硬度58～60HRC，采用磨齒的工藝。夾持齒輪的精度要盡可能高，尤其要控制好齒圈徑向跳動，同時又要保證三個夾持齒輪的齒厚盡可能一致。此外，內孔尺寸也應盡可能一致。

4.夾具的使用方法

根據要加工的工件，選用相應的夾持齒輪和支靠座。支靠座安裝好后，精車支靠座的支靠面，保證支靠面的端面跳動。然后，進行夾持元件的調整，調整方法有兩種。

（1）在安裝夾持齒輪前，用百分表對滑塊上的安裝軸頸進行找正。

（2）將夾持齒輪裝好，夾上標準工件，對工件內孔進行找正。

調整好的節圓夾具的使用跟液壓卡盤相同。當夾持齒輪磨損后，旋轉至未用過的輪齒，可以繼續使用。

5.結語

此夾具完全滿足產品的加工精度，而且生產效率大為提高，以加工φ30mm、長20mm的內孔為例，經測算，硬車的機動時間僅需6s，加上裝夾、測量等的輔助時間，也只是十幾秒，而磨削卻長達2min，效果非常明顯。更換夾持齒輪和支靠座，經簡單調整即可加工不同的齒輪，具有一定的通用性。此外，將夾持齒輪造成斜齒，還可以應用于斜齒輪的光孔加工。