YH604数控弧齿锥齿轮机床加工螺伞齿轮夹具的设计

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YH604数控弧齿锥齿轮机是标准型四轴机床，选用西门子802D数控系统，以滑板式刀轴箱和立柱取代原铣齿机摇台、偏心、滚道、摇台蜗轮副，实现无间隙高速滚切运动，机床除根锥角调整为手动调整外，其余切削调整均为菜单式操作，由程序自动调整，操作简单准确。YH604为四轴伺服驱动，四个轴分别为X轴水平移动、Y轴垂直运动、Z轴进給、A轴工件分齿，机床调整计算等同于传统铣齿机的调整计算，采用数字化菜单进行操作，将计算好的参数按照菜单要求输入，由程序控制自动调整，使调整简单、准确，并避免了人为误差。在YH604数控弧齿锥齿轮机加工弧齿锥齿轮不仅加工精度高，而且加工效率高，但是要充分发挥YH604数控弧齿锥齿轮机加工弧齿锥齿轮的能力，设计合理的加工螺伞齿轮夹具至关重要，我们为某汽车车桥厂设计的汽车螺伞齿轮YH604数控弧齿锥齿轮机加工夹具，经过生产使用证明夹具精度高，定位夹紧可靠，装卸工件方便。
1 螺旋锥齿轮零件结构及技术要求
    图-1所示为汽车螺旋锥齿轮，齿轮材料为20CrMnTi,齿数35，端面模数7.15，周节类积公差0.14mm，齿圈跳动公差0.11mm，∅139H7孔和大端面的垂直度0.035mm.

    图-1 螺旋锥齿轮工作简图
2 螺旋锥齿轮夹具结构设计
2.1螺旋锥齿轮夹具设计基本要求
1）按工艺要求，选择孔∅139H7为径向定位基准，大端面为轴向定位基准；
2）夹具和机床之间定位采用主轴1：24锥孔；
3) 夹具和零件之间的定位与胀紧稳定可靠，并具有足够的刚性，零件装卸方便。
2.2螺旋锥齿轮夹具结构设计
由于工件内孔∅139尺寸较大，如果选要常规的胀紧夹具，结构尺寸会很大，因此基于螺旋锥齿轮结构、技术要求以及对铣削夹具的要求，采用碟形弹簧胀紧式定位和夹紧结构。如图-2所示，夹具由定位盘1、定位盘7、碟形弹簧组3、定位压紧套5、拉杆4、油封6、驱动键2等组成。定位盘1上1：24锥和机床主轴1：24锥孔配合作夹具和机床之间的定位，定位压紧套5和定位盘1内孔配合间隙为0.01-0.015mm，碟形弹簧组3的内孔分别和定位盘1、定位压紧套5按H7/h6配合，定位盘7和定位盘1之间为H7/h6配合。工件安装时，齿轮端面靠紧定位盘7，内孔定位在碟形弹簧组3上，配合为∅139H7/f6。拉紧拉杆4，通过定位压紧套5轴向压碟形弹簧组3，碟形弹簧组3径向胀紧齿轮内孔。驱动键2为角铁形，一边用螺钉连接在定位盘1上，另一边插入碟形弹簧组3上的健槽传递动力。

1定位盘  2驱动键  3碟形弹簧组  4拉杆
5定位压紧套  6油封  7定位盘
图-2  夹具结构
3 螺旋锥齿轮夹具典型结构设计和计算
3.1夹具胀紧设计
胀紧机构采用拉杆轴向拉动碟形弹簧组，通过碟形弹簧组均匀变形径向胀紧齿轮内孔。碟形弹簧组内孔定位在定位盘1和定位压紧套5上，左侧面靠紧定位盘7，给拉杆的拉紧力通过定位压紧套5传递给碟形弹簧组，再通过定位盘7、定位盘1作用在机床床身上。
3.2碟形弹簧组设计
碟形弹簧组是本夹具的关键零件，其结构设计的优劣直接关系到夹具的正常使用。
1）碟形弹簧材料选择：碟形弹簧要有足够的弹胀性能，并且硬度和韧性要很好，因此选用30CrMnSiA，热处理采用淬火中温回火，硬度38-42HRC，屈服强度极限为700Mpa。
    2）碟形弹簧结构尺寸的确定：如果碟形弹簧的厚度太厚，拉紧拉杆，有可能无法使碟形弹簧产生变形径向胀紧齿轮内孔；如果碟形弹簧的厚度太薄，容易使碟形弹簧产生塑性变形，无法保证胀紧后的同轴度。考虑到和碟形弹簧接触的工件内孔∅139H7的深度是15mm，根据接触稳定性的要求，碟形弹簧组和工件内孔接触长度应不小于10mm，即每个碟形弹簧的厚度至少为5mm。综合以上分析，确定碟形弹簧的厚度为5mm，碟形弹簧的锥角为7度。考虑到拉杆的拉力不能过大，为了使拉杆的拉力在正常合理范围内碟形弹簧就能产生均匀变形径向胀紧齿轮内孔，在碟形弹簧上设计12个6mm*25mm的径向槽，槽内用橡胶充满并粘结。碟形弹簧结构图如图3所示。


图-3  碟形弹簧
4 结论
在YH604数控弧齿锥齿轮机床加工螺伞齿轮夹具的设计中，我们突破传统胀紧式夹具结构，采用碟形弹簧作为胀紧元件，夹具结构简单，精度高。夹具在实际应用中效果很好，齿轮加工精度完全满足技术要求，装卸工件方便。数控机床虽然能够利用自身的功能使分散的工序集中加工，打破了普通机床依靠夹具单工序加工的模式，但是夹具是数控机床所必需的，夹具不仅配合数控机床使机床的功能发挥到最大，而且能确保工件的加工精度，提高生产效率

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