一種錐孔齒輪的液壓夾具設計與應用

文/張光燦 田 耕 劉 鳳 蘇 敏（安徽星瑞齒輪傳動有限公司）

安徽星瑞齒輪傳動有限公司研發的一款國Ⅵ發動機零件中的空氣壓縮機齒輪采用了圓錐配合，該錐孔齒輪相對于圓柱形直孔齒輪，在工裝、檢具設計方面復雜了許多。為了保障產品快速量產、提高生產效率、降低生產成本、穩定生產質量，迫切需要設計一種結構簡單、操作方便、加工穩定性強的浮動定心液壓夾具。

一、手動夾緊夾具的缺陷

該款空氣壓縮機齒輪在樣件階段采用的是手動夾緊夾具，其結構包括上壓蓋、下壓蓋、定位芯軸及連接螺栓，設計原理采用芯軸錐面定位，上壓蓋和下壓蓋相對夾緊。該結構夾具操作繁瑣、穩定性差，導致加工效率低、加工質量不穩定，不能滿足批量加工要求。

為解決手動夾緊夾具的缺陷，研究設計了浮動定心液壓夾具，采用了壓縮彈簧的彈力將錐套向上托起抵接工件內錐孔，從而實現工件中心、夾具中心重合，達到自定心的目的。

二、浮動定心液壓夾具的組成結構與工作原理

1.組成結構

該浮動定心液壓夾具主要由浮動定位、液壓拉緊以及連接部件三部分組成，如圖1所示。包括定位芯軸、錐套、壓縮彈簧、下支撐、拉桿、上壓緊蓋、防轉螺栓、各連接螺栓。錐套套在定位芯軸上端外圓處，只保留其在定位芯軸Z向的上下移動、旋轉自由度，采用小間隙高精配合。利用壓縮彈簧的彈力將錐套向上托起，使得錐套外錐面與工件內錐壁緊密接觸，從而實現工件中心、夾具中心二者重合，達到自定心的目的。利用下支撐限制工件在夾具Z向最終的位置，且下支撐端面與工件下端面貼合后可以保證與定位芯軸Z方向的中心線垂直不歪斜。上壓緊蓋與拉桿之間采用快換連接，其設有若干等分矩形內花鍵，與拉桿頂端的矩形外花鍵間隙配合。防轉螺栓限制拉桿和連接桿繞Z軸方向旋轉的自由度，防止拉桿松動，從而避免加工時出現異常，其末端落于拉桿和連接桿鍵槽內即可。

圖1 浮動定心液壓夾具的結構示意圖

2.工作原理

工作時，首先將產品錐孔的大端向下穿過拉桿頂端，放置在錐套上；然后將上壓緊蓋順著開口槽位置穿過拉桿頂部的鍵后，繞拉桿Z向旋轉一角度，使拉桿鍵與上壓緊蓋的槽錯位，拉緊時拉桿頂部鍵的端面壓在上壓緊蓋的未開槽部分上；最后通過拉桿將機床的液壓拉緊力輸出，傳遞給上壓緊蓋。當液壓缸向下拉緊時，拉桿帶動上壓緊蓋向下運動，即工件實現了定位和拉緊。當加工結束時，按照安裝的相反順序依次拆下上壓緊蓋和工件即可。

3.主要技術參數

定位芯軸頂端的外圓與錐套內孔之間間隙配合，間隙越小夾具定心精度越高，但過小錐套則不能沿芯軸外圓作上、下、旋轉運動。因此，選擇了直徑方向間隙0.003～0.006mm的小間隙配合，要求夾具制作時進行配做。定位芯軸的頂端還設有內孔，拉桿可在內孔上、下、旋轉運動，可選擇H7/h6或H8/h6間隙配合。壓縮彈簧選用普通圓柱螺旋壓縮彈簧（依據GB/T2089—2009），其工作狀態彈簧力選擇工件與錐套重量總和的2～4倍，彈簧力越大托起效果越好，但彈簧力過大則會導致錐套與工件內孔過盈配合形成自鎖。錐套外錐面與工件內錐面的接觸率控制在65%～90%，且控制內、外錐面以大端接觸為準，即內圓錐錐角＜外圓錐錐角，以防止錐套工作時產生自鎖，提高工件安裝后定心精度。下支撐下端面設有若干槽，便于加工時排出流入夾具內部的冷卻液。上壓緊蓋與拉桿之間采用快換連接，安裝時上壓緊蓋內花鍵穿過拉桿頂端外花鍵后旋轉一角度即可。防轉螺栓是限制拉桿和連接桿繞Z軸方向旋轉的自由度，其末端落于拉桿和連接桿鍵槽內即可。防轉螺栓可有效防止拉桿或連接桿在工作過程中因切削振動而松動，導致拉緊力不足，從而避免加工時出現異常。

4.工作操作步驟

產品放置在錐套的錐面上→裝入上壓緊蓋，旋轉一角度，使得鍵與槽錯位→啟動機床加工程序，液壓拉緊后開始加工→加工結束→旋轉上壓緊蓋→將上壓緊蓋和工件一并取下。

三、改進效果分析

浮動定心液壓夾具不僅解決了手動夾具操作繁瑣、裝夾效率低的問題，實現空氣壓縮機齒輪批量生產的效果，而且還具有設計技術創新價值。二者對比見表1。

表1 浮動定心磨齒液壓夾具與手動夾緊夾具的優、劣對比

四、結語

本文運用錐度配合對中性好的特點，采用壓縮彈簧的彈力將錐套向上托起抵接工件內錐孔的方法，研究設計出浮動定心液壓夾具結構，在實際加工滾齒、磨齒工序中進行了應用，為我公司生產的空氣壓縮機齒輪實現量產提供了有力保障。同時還將浮動定心液壓夾具結構與手動夾緊夾具結構進行了優、劣對比，體現了浮動定心液壓夾具結構的創新價值，為機械加工設計人員提供了一種錐孔類齒輪的工裝設計思路與方法。