摘要：本文概括介绍带孔齿轮轴磨内孔工艺及夹具的改进，从改进前后的劳动强度、生产效率、加工精度进行比较，充分证明工艺、夹具改进后的优越性。
关键词：带孔齿轮轴；磨内孔；工艺及夹具的改进
在具有一定规模的加工齿轮的专业厂家进行教师顶岗培训，在培训期间，自己亲自参与了该厂进行的针对带孔齿轮轴精磨内孔的工艺、夹具的改进。该厂主要加工柴油机齿轮、拖拉机齿轮、纺机齿轮、汽车齿轮、外贸齿轮等，加工齿轮模数范围从1～6mm；加工的齿轮品种繁多，齿轮结构形形色色，从盘类齿轮到轴类齿轮应有尽有，其中轴类齿轮又有实心齿轮轴、空心齿轮轴、或一端带有内孔的齿轮轴等等；一般来说轴类齿轮热处理后都需精加工轴承档，实心齿轮轴比较简单，只需外圆磨双顶尖磨加工即可，而对于空心齿轮轴及一端带有内孔的齿轮轴，多了内孔轴承档，所以外圆轴承档精加工后还需以外圆轴承档为基准来精加工内孔轴承档，以保证在齿轮精度范围内，外圆与内孔的同轴度。
1、改进前的工艺及夹具
对于空心齿轮轴及一端带有内孔的齿轮轴，工艺流程大致是：锻造→正火→粗车→精车→齿形加工→铣键槽→热处理→校调→修研中心孔（或60°孔口角）→磨外圆→磨内孔→磨齿；在磨内孔时以前采用外圆磨好后，再在万能外圆磨床上用三爪（或四爪）卡盘夹紧，搭中心架于磨好的外圆上校调外圆，磨内孔，显然这样做，生产效率太低。为常州东风集团配套的DF450. 37. 120轮拖变速箱中间轴是450系列产品中加工工序最长的一个产品且加工难度也较大，主要是端面φ80孔磨孔工序比较困难。改进前，原工艺为：φ70和φ40外圆磨好后，再在万能外圆磨床上用三爪卡盘夹紧，搭中心架栏φ70外圆上，校正φ70外圆，磨端面φ80孔。工效实在太低，每班只能磨20只工件左右，加上辅助时间，实际每只工件需要20分钟时间。
2、改进后的工艺及夹具
2.1汽变速箱加工的变速箱第一轴经工艺改进后，采用下图磨孔夹具，定位联接座（夹具体）与内圆磨主轴法兰相配，工件以φ17和φ35外圆及φ35外圆端面定位，与定位联接座内的固定衬套相配，加衬套的原因是为了定位元件磨损后，只需更换小件衬套，而不需更换大件夹具体，工件通过夹紧螺母夹紧于右端面。
2.2为常州东风集团配套的DF450.37.120轮拖变速箱中间轴对原工艺进行了大胆的改进，并专门自制了一种新改进的磨孔夹具。经改进后，以已磨φ70外圆定心，已磨台阶端面定位压紧端面，磨端面φ80孔，该工艺方法及磨夹具原设计在M2110A内圆磨床上使用，由于M2110A内圆磨床刚性不够，磨加工速度很低，达不到生产进度的要求，根据这种情况将其工艺方法及磨夹具改在M2120A内圆磨床上使用，解决了M2110A内圆磨床刚性不够的问题，同时对该磨夹具的传统结构也进行了改进，原结构为用圆螺母压紧端面，由于该工件的齿轮外圆为φ138.768。这样圆螺母设计就太大，不仅不能完全压紧工件，而且操作时圆螺母难以对好外螺纹，又增加了旋紧时间及劳动强度，为此把传统结构改为翻递式的压紧装置，从而解决了以上传统结构的缺点。
3、改进前后性能比较
3.1变速箱第一轴工艺改进前后其优缺点比较。
3.1.1改进后优点为：
（1）不需每只工件都要校正，即减少了辅助时间；
（2）操作简便，降低了劳动强度；
（3）生产效率非常高。
3.1.2改进前其缺点为：
（1）每只工件都要校正，即辅助时间增加；
（2）生产效率非常低，劳动强度较大。
3.2 DF450.37.120轮拖变速箱中间轴工艺改进前后优缺点比较。
3.2.1改进后优点为：
（1）不需每只工件都要校正，即减少了辅助时间。
（2）操作简便，减少了旋螺母的时间，且降低了劳动强度。
（3）生产效率非常高，每班可加工80只工件，即每只工件实际只需5分钟，比原工艺方法提高4倍。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆其经济效益显而易见：按每只工件磨孔节约15分钟计，每班可节约1200分钟，即20个工时，这样每月可节约1500元左右；提高了生产效率，降低了生产成本，为此类产品加工找到了捷径，提供了有益的经验。
3.2.2改进前缺点为：
（1）每只工件都要校正，即辅助时间增加；
（2）生产效率非常低，劳动强度较大。
3.3 加工后精度对比：
采用夹具磨内孔后，孔的位置精度即同轴度、全跳动与搭中心架磨下来的孔的位置精度几乎一样，但尺寸、形状精度高于搭中心架磨下来的内孔，这是因为，搭中心架处的外圆如有圆（柱）度误差，将直接反映到磨下来的内孔也会有圆（柱）度误差。
3.4 加工位置及精度
本工序要加工的孔是注油孔，该孔的作用是将润滑油准确地注入到指定位置，否则会使轴的运转情况恶化，轴温度升高，轴承磨损加剧，配合齿轮的精度下降，产生振动和噪声，直接影响减速器的润滑和换挡，因此它的位置精度有很高的要求。
3.5夹具设计方案
1）定位基准的选择
外壳的主要平面是与减壳结合面（底面），既是装配基准，也是前序加工基准，有较高的平面度和较小的表面粗糙度，因此选择零件的底面为定位基准面。
外壳通过两销孔与减壳定位，并与其轴承孔有精确的位置尺寸，因此两销孔作为设计夹具的定位基准孔。
轴承孔是经过精加工的孔，用来做辅助定位基准，采用辅助定位是因为外壳的腔型结构，用两个心轴定位起支撑作用，避免在钻孔时由于切削力等的作用引起变形。
定位基准以一面两销定位，符合基准的选择原则。
2）夹紧方式的选择
齿轮外壳形状复杂，壁薄且不均匀，内部呈腔形，因此，夹紧力不能过大；加工时既有重力又有扭力、切削力、摩擦力等的作用，考虑各个方向的受力情况，采用沿着法兰平面圆周上向下的压紧方式，使夹具始终保持对外壳的夹紧状态，实现定位夹紧。
由于受力点是非加工面，加工需要的夹紧力很大，采用液压夹紧法兰平面方式，利用气缸的压力实现夹紧。
夹紧方式：是以气压缸按设定的排列顺序依次夹紧的，确保夹紧的正确位置；松开时为了节省时间则是同时松开。
3）夹具本体结构方案确定
选择结构方案，在保证产品质量的前提下，还要从经济上对各种方案进行综合比较。效率高、质量好、成本低，是设计夹具的重要标准。
一般情况下夹具大多采用铸造本体或焊接本体两种结构，两种本体各有优缺点，由于焊接本体具有刚性好、重量轻、加工容易、制造周期短等特点被广泛采用，因此选用焊接结构的夹具本体。
3.6夹具基本结构
3.6.1 夹具底座
夹具底座是夹具的基本件，由夹具底板和两侧支架组成。底座采用整体底板。底板上多条定位槽设计，方便安装在不同的设备上；
两侧支架采用焊接合件，由底板、立板、定位板、筋板组成；两侧立板上孔通过键与转轴连接，筋板一方面协助立板起支撑作用，另一方面对减少夹具焊接时产生的变形起加固作用。
3.6.2 定位板（下图左）
定位板是夹具的主要定位件，齿轮外壳以法兰面和销孔为基准，以轴承孔为辅助支撑，通过上面的四个压紧油缸固定在定位板上；定位板通过连接板、限位板及转轴分别与两侧支架连接，形成夹具加工主体。
定位板上孔分别是外壳上主销孔和轴承孔的定位孔，通过定位轴定位套连接对外壳起辅助支撑，主销孔多孔设计是满足不同品种加工需要。在定位板上中间预留位置是为以后新产品加工做准备。
3.6.3 限位板（上图右）
主要作用是限制外壳上加工孔的角度。通过销孔与定位板连接，上面三个销孔准确定位实现不同品种外壳孔加工。限位板超大设计，满足多品种加工需要，与定位挡块共同完成多品种角度定位加工，并预留新产品加工位置。
3.6.4翻转钻模板
精确加工外壳上孔位置元件。固定在夹具上，通过孔与定位销配合并绕其翻转。钻模板上φ25+0.021孔是安装钻套的底孔，其位置精度直接影响外壳上注油孔的位置精度，一块翻转钻模板只能加工一种外壳，因此是多块钻模板设计。
4、夹具的工作原理
4.1 定位夹紧
将待加工件放在定位点上，通过两个辅助支撑预定位，再由2-φ12销准确定位，手动按钮气缸按设定的排列顺序依次夹紧，完成夹紧动作，反向则实现松开动作。
4.2 角度定位
夹具的角度定位方法：手动开关，摆动气缸工作，定位板及工件转动到预定位置，限位销滑入限位孔。实现角度精准定位
4.3 锁紧销锁紧
加工时踏下踏板--通过杠杆28--带动连接杆26、25、24、23带动锁紧插销于限位板的锁紧插销位置，插入限位板的孔中。
5、结论
带孔齿轮轴磨内孔工艺从以前搭中心架，百分表找正，到现在通过夹具来加工，提高了生产效率，降低了劳动强度，同时也提高了加工精度，具有很好的推广性，但此类磨孔夹具对长的带孔齿轮轴就不适应了，因工件长度太长，夹具体的刚性就不够了，只能仍然采用搭中心架磨削内孔。
参考文献：
[1]王先奎.机械制造工艺学.机械工业出版社，2009
[2]成大先.机械设计手册（第2卷）.化学工业出版社，2014
[3]机械加工工艺手册（第3卷）.机械工业出版社，2013
论文作者:刘小庆,许远祥
论文发表刊物:《防护工程》2019年8期
论文发表时间:2019/7/31
标签：夹具论文; 加工论文; 工件论文; 齿轮论文; 外壳论文; 端面论文; 精度论文; 《防护工程》2019年8期论文;