小型齒輪泵軸加工工藝及不停車夾具設計

蘭小光

（廣西現代職業技術學院機電工程系，廣西 河池547000）

0 引言

齒輪泵有結構簡單、價格便宜、維護方便、工作可靠等很多的優點，因而廣泛應用在各類機械設備中。小型齒輪泵的齒輪軸由于結構的原因，它的機械加工效率是一個長期的技術難題，主要體現在加工表面粗糙度、齒輪軸直徑尺寸、齒輪寬度尺寸、齒輪側面與軸線的垂直度、兩端齒輪軸線的同軸度等要求都很高[1-2]，傳統的加工方法效率很低。本夾具設計目的就是探討提高小型齒輪泵軸的加工效率，降低齒輪泵軸的加工成本，提高企業的經濟效益。

1 齒輪軸加工工藝的改進

小型齒輪泵軸的結構如圖1所示，由于齒輪軸兩軸線的同軸度要求比較高，用機床三爪卡盤夾持的方法根本無法滿足同軸度的要求[3-4]；齒輪軸線對側面的垂直度影響到齒輪泵的內泄漏問題，所以一般是在一次裝夾中加工出來的[5]；另外齒輪兩側面的寬度尺對內泄漏也有影響，所以用調整好寬度的兩把刀一次加工完成。因此傳統的加工工藝如下：粗車外圓φ2——粗車外圓φ3——用切斷刀切φ1處粗加工——精車φ3達尺寸、精車φ2達尺寸——精車φ1、精車齒輪兩側面達尺寸——切斷——插齒（從動輪）——銑扁位（主動齒輪）。

要實現齒輪軸φ1和φ3分工序加工，就必須解決裝夾精度問題，使用高精度彈簧夾頭，同時考慮裝夾效率，設計出齒輪軸加工不停車夾具。使用不停車夾具加工的齒輪軸加工工藝為：粗車外圓φ2φ3及右端面——精車外圓φ3、右端面、φ2及軸右邊倒角——調頭粗車φ1——精車φ1、左端面及軸的倒角——插齒（從動輪）——銑扁位（主動齒輪）。

圖1 齒輪軸

2 不停車精車夾具設計

要保證φ1和φ3的同軸度、尺寸20的長度、以及左端面與φ1的垂直度要求，現在以φ3和右端面定位，設計精車φ1及左端面的夾具如圖2所示。

圖2 小齒輪軸不停車夾具

2.1 夾具結構

不停車夾具由心軸（夾具體）莫氏錐度部分套入車床主軸前端錐孔定位，由車床主軸帶動心軸一起轉動。工作時夾具體跟著車床主軸一起旋轉，只有夾上的左右滑塊不跟著轉動。在不停車的情況下扳動滑塊上的手柄，錯開左右手柄的相對角度，由于左右滑塊斜面的作用，兩滑塊之間軸向距離變長，推動夾緊滑塊向右移動，壓緊彈簧夾頭，實現工件夾緊；把左右手柄扳回相同的位置，滑塊間軸向距離變短，在彈簧力的作用下，夾緊滑塊向左移動，彈簧夾頭復位，松開工件。

不停車夾具的組成包括夾具主體心軸1，六角螺母2把支撐板3固定在心軸上，支撐板與心軸通過平鍵4連接；左手柄5通過螺紋與左滑塊6相連，右手柄7通過螺紋與右滑塊8相連，左滑塊和右滑塊是整體加工好以后斜切而成的，它們安裝在空轉套9上面，左右滑塊與空轉套可以相對轉動和移動；空轉套通過深溝軸承11安裝在心軸上面，它不跟心軸一起轉動；左滑塊通過推力軸承10把力傳到支撐板，右滑塊通過推力軸承把力傳給夾緊滑塊12；夾緊滑塊的錐度與心軸上的錐度相同，它向右移動是夾緊工件，向左移動是松開工件；夾緊滑塊的右邊是回位碟片彈簧13，碟片彈簧支撐在心軸的右端軸肩上。

2.2 夾具原理

開始時左右手柄處在相同的位置，其中左手柄固定在車床的床頭箱上，這時候夾頭處于松開狀態。在不停車的情況下，把待加工工件裝上心軸的右端孔里，慢慢轉動右手柄，使左右手柄產生角位移，左右滑塊在斜口的作用下軸向距離增加。左滑塊壓住左邊的推力軸承作用在支撐板上面，由于支撐板固定不動，所以左滑塊不能移動；右滑塊在反作用力的作用下向右移動，通過推力軸承作用在夾緊滑塊上，使夾緊滑塊向右移動，夾緊滑塊的錐面壓緊心軸右端的彈性夾頭，開十字槽的彈性夾頭收縮，完成工件夾緊，夾具夾緊示意如圖3所示。工件加工完畢，車床主軸不停止，扳動右手柄回到左手柄處相同的位置，左右滑塊的斜口回位，軸向距離變短，在碟片彈簧的作用下，夾緊滑塊向左移動，夾具體彈性夾頭回位，松開工件，夾具松開如圖4所示。

圖3 夾緊狀態

圖4 松開狀態

2.3 夾具的精度要求

夾具體心軸采用低碳合金鋼制造，經過滲碳淬火處理，彈簧夾頭部分硬度為HRC50-55，其他部分硬度為HRC30-38。心軸左端的莫氏錐度部分與右端工件夾緊定位面（即彈簧夾頭孔）的同軸度為0.01 mm，夾緊滑塊的內錐面與心軸右端彈簧夾頭的外錐面要相同的錐角，簧夾頭的外錐面與定位面的同軸度為0.01 mm。安裝夾具時，清洗主軸內孔錐面和夾具，把夾具莫氏錐面套緊主軸內孔即可。在夾緊狀態下用百分表檢查彈簧夾頭內孔定位面的徑向跳動，要求定位面的徑向跳動小于0.015 mm，如果定位面的徑向跳動過大，需要進行現場修整。修整夾具定位面的方法是，彈簧夾頭在夾緊狀態下啟動車床主軸，用車刀按1∶20的倒錐度修整夾緊定位面，即彈簧夾頭的孔口小，孔深處稍大，保證彈簧夾頭工作時孔口處夾緊工件。經過修整以后，彈簧夾頭定位面的徑向跳動就是車床主軸的徑向跳動，一般小于0.015 mm。

由于齒輪軸兩端軸的同軸度是互為基準檢測的[6-7]，本例設計基準、定位基準和檢驗基準是一致的，沒有基準轉換誤差，所以夾具的誤差就是定位誤差。本夾具最大定位誤差為0.015 mm，小于齒輪軸同軸度公差的二分之一，符合夾具設計原則，能夠滿足加工精度要求。

3 結束語

本夾具經過實際生產使用，加工出來的齒輪軸φ1和φ3的同軸度達到0.03 mm以內，齒輪端面與軸線的垂直度達到0.025 mm以內，完全滿足小型齒輪軸加工工藝的要求，加工效率提高了兩倍多。小型齒輪泵軸加工工藝的改進和不停車夾具有如下特點：（1）實現了不停車裝卸工件，大大提高了工作效率[5]；（2）工件裝卸輕松，減輕操作者的勞動強度；（3）加工刀具簡單，減少了刀具的忍磨和安裝調整時間；（4）定位精度高，加工質量穩定；（5）齒輪軸毛坯改為沖床下料，不再需要每件都在車床上切斷，節約切斷口的材料；（6）減少了車床的頻繁啟停，延長設備的使用壽命[8]。