軸類零件插齒夾具的柔性化改進

喬凌云，姜雨，李良，盧宇

宜昌長機科技有限責任公司 湖北宜昌 443000

1 序言

在機械加工中，常使用夾具來定位、裝夾工件。在批量生產中，為了縮短工序時間，提高生產效率，同時減輕操作人員的勞動強度，廣泛采用各種專用夾具。我公司生產的YKH5132H數控插齒機是專門針對汽車、減速機及軍工等領域推出的一款高效數控機床。有用戶反映，在使用該機床加工一種汽車變速器齒輪軸（見圖1）時，經常出現加工精度超差的情況。經過和用戶交流，發現是用戶來料毛坯的問題。在偏擺儀上以工件上下頂尖孔定位打表，工件被夾持部位精度超差，但是由于上序工藝無法改進，來料精度無法提高，所以只能從本序工藝想辦法，即對插齒夾具進行優化設計。目前，因為精度超差問題，在現有夾具上批量加工時廢品率較高，影響了產品質量。為此，用戶請我公司對現有夾具進行優化。針對該情況，改進了原有的夾具，大大降低了廢品率，保證了生產的正常進行。

圖1 汽車變速器齒輪軸

2 問題描述

針對YKH5132H數控插齒機加工汽車變速器齒輪軸廢品率高的問題，首先檢查自身設備問題，對夾具彈簧夾頭內孔、下頂尖、尾座上頂尖以及刀具等用百分表進行檢測，都沒有發現問題；然后通過專用檢驗棒，在夾具上模擬裝夾后用百分表檢測棒的跳動，也沒有問題；最終通過對待加工件進行檢查，發現以工件上下頂尖定位時，被夾緊部位的徑向圓跳動較大，超過允許的0.01mm。當彈簧夾頭下拉夾緊工件外圓時，因向下的液壓缸拉桿拉力過大，所以造成彈簧夾頭將工件拉變形，工件的下頂尖孔被強行拉偏，此時上下頂尖孔不同軸。

若此時進行插齒加工，工件退出夾具后，工件自身變形復位，以上下頂尖孔檢驗齒部加工精度時，檢驗基準與加工基準狀態不一致，則造成檢驗的精度超差，產生廢品。

3 原夾具結構分析及優化要求

在原夾具中，下拉桿與機床的液壓缸相連接，液壓缸開始工作后，下拉桿向下運動，帶動與之相連的連接套、上拉桿，上拉桿通過過渡套帶動彈簧夾頭向下運動。彈簧夾頭與錐度套的錐面配合，對錐度套產生一個垂直于錐面的壓力，同樣，錐度套對彈簧夾頭產生一個徑向壓縮的反作用分力，進而將彈簧夾頭壓縮，夾緊工件外圓。

原夾具結構（見圖2）的缺點是：由于錐度套自身的錐面和外圓面是同軸的，彈簧夾頭在收縮過程中起到既定位又夾緊的作用，而夾具和尾座已經形成了上下頂尖的定位，所以該夾具結構是過定位結構。此結構對工件自身定位和夾緊部位的加工精度要求很高，很容易造成加工精度超差，使零件報廢，實際情況也是如此。考慮到以上問題，必須優化夾具結構，改進夾緊和定位方式。

圖2 原夾具結構

4 新夾具結構方案

考慮到軸類零件的頂尖孔是精加工過的通用加工基準，夾具結構優化設計需去掉彈簧夾頭的定位功能，只保留夾緊功能。將原錐度套改為分體結構，使其錐面部分和下頂尖定位孔部分分開。并且使改進后的錐度套外圓與擋屑蓋內孔之間保持0.2mm左右的間隙。如此，改進后的錐度套實際是浮動的（下稱浮動錐套），具有自適應定心效果。當彈簧夾頭向下運動，夾頭頭部在縮小的同時，受浮動錐套和工件外圓幾何公差的影響，夾頭頭部會自適應地根據工件外圓相對于頂尖孔的偏差而產生相應的偏移，同時夾緊工件外圓，達到只夾緊、不定位的目的。新夾具結構如圖3所示。

圖3 新夾具結構

夾具設計需盡量避免過定位，除非是在高精度要求或者特殊加工中。本例中，原夾具不僅生產制造成本高，而且對工件自身精度要求也高，無形中增加了工件的加工成本，并且帶來了不必要的加工隱患。

5 結束語

在原夾具設計時，雖然堅持了基準重合和基準統一的原則，而且為了達到高精度加工的目的設計了過定位，但通過實踐檢驗，該設計并未考慮到工件自身精度達不到過定位要求的問題，過定位反而起到了負作用。通過對原有夾具優化改進，消除了過定位，將定位和夾緊功能分開，確保工件的質量要求，同時夾具的制作也更加容易。目前，改進后的夾具已經用于變速器齒輪軸的批量生產中。實踐表明，用改進后的夾具加工零件時精度穩定，廢品率較改進前大大降低，提升了產品質量，保證了生產的正常進行。