內(nèi)螺旋滾道加工專用夾具

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1、內(nèi)螺旋滾道加工專用夾具 伍瑞華 (江門職業(yè)技術(shù)學(xué)院 , 廣東江門 529030 ) 摘要 : 介紹了一種汽車轉(zhuǎn)向器中齒輪活塞上內(nèi)螺旋滾道加工的專用夾具 。該夾具利用液性塑料作為傳遞壓力的介質(zhì) , 使夾具產(chǎn)生均勻變形 , 從而使工件獲得準(zhǔn)確的定位和很高的定心精度 。實(shí)踐證明用該夾具加工齒輪活塞上內(nèi)螺旋滾道類工 件 , 其加工效果好 、成本低 、省時省力 。 關(guān)鍵詞 : 內(nèi)螺旋滾道 ; 加工 ; 夾具 文章編號 : 1001 - 3881 ( 2008 ) 8 - 071 - 3 中圖分類號 : TG75 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 : B A Spec ia

2、l F ix ture for the Proce ss in g of In terna l Sp ira l Ra cewa y WU R u ihua ( J iangm en In stitu te of Techno logy, J iangm en Guangdong 529030 , Ch ina) A b stra c t: A sp ec ia l fixtu re fo r the p roce ssing of in te rna l sp ira l raceway in the gea r p iston of ca r stee ring gea

3、 r wa s in troduced. The sp ec ia l fixtu re u se s the liqu id p la stic s a s the m ed ium to tran sfe r p re ssu re, wh ich m ake s the fixtu re have homogeneou s defo rm a tion, and m ake s the p a rts have accu ra te po sition ing and h igh cen tring accu racy. The p rac tice p rove s tha t

4、 th is fixtu re ha s the advan tage s of good p roce ss re su lt, lowe r co st, and saving tim e and labo r in p roce ssing the p a rts like in te rna l sp ira l raceway in the gea r p iston. Keyword s: In te rna l sp ira l raceway; P roce ssing; F ixtu re 隨著我國汽車工業(yè)的迅速發(fā)展 , 對汽車產(chǎn)品的使 用性能及其

5、加工技術(shù)均提出了更高的要求 , 而低 成 本 、高效率的產(chǎn)品加工工藝成為汽車配件生產(chǎn)企業(yè)在 市場競爭中立于不敗之地的條件之一 。 圖 1 齒條活塞零件圖 收稿日期 : 2007 - 10 - 31 作者簡介 : 伍瑞華 ( 1959 —) , 女 , 研究領(lǐng)域 : 機(jī)械設(shè)計(jì)制造 , 在核心期刊發(fā)表論文 3 篇 。 E - m a il: w rhw rh5 @ 1261com。 ·72· 機(jī)床與液壓 第 36卷 轉(zhuǎn)向器是汽車上的重要部件 , 對汽車操縱性能 、 安全行駛起著至關(guān)重要的作用 , 而如圖 1 所示的齒條 活塞則是轉(zhuǎn)向器中的

6、關(guān)鍵零件之一 。圖 1 中的齒條活 塞是將轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)中的螺母和齒條制成一體 , 在轉(zhuǎn)向器 殼體內(nèi)起液壓活塞的作用 。它要求齒條活塞中 , 內(nèi)螺 紋滾道上內(nèi)置的滾珠每轉(zhuǎn)過一定的角度與齒條移動距 離有嚴(yán)格對應(yīng)的關(guān)系 , 否則會造成滾珠不能進(jìn)入 滾 道 ; 同時要求齒條活塞外圓同軸度必須在 ±0102mm 之內(nèi) , 否則液壓轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)將不能正常工作 , 從而影響 行車安全 。 因此 , 如何采用準(zhǔn)確高效的工藝方法和加工手段 去實(shí)現(xiàn)對齒條活塞件的加工是十分必要的 。 1 工件加工工藝分析 111 結(jié)構(gòu)及其技術(shù)要求 夾具本體 1、螺母 2、薄壁套筒 3、螺釘 4、緊定

7、螺釘 5、齒形定位塊 6、固定銷 7、液性塑料 8等元件組成 。 1—夾具本 體 2—螺 母 3 —薄 壁 套 筒 4 —螺 釘 5—緊定螺釘 6—齒形定位塊 7 —固定銷 8—液性 塑料 圖 2 內(nèi)螺旋滾道專用夾具結(jié)構(gòu) 其中夾具本體 1 是整套夾具的主體 , 由于安裝柄 部采用莫氏 5 號圓錐與機(jī)床主軸孔相配 , 故整個夾具 具有很好的自動定心功能 , 使 得夾 具 體 的外 圓 、內(nèi) 圓 、錐柄和數(shù)控內(nèi)圓磨床的主軸之間有很高的同軸度 精度 。為保證夾具本體具有高的同軸度 , 在夾具本體 加工的過程中 , 圖 2 所示的尺寸必須在數(shù)控內(nèi)圓磨床 上一次

8、裝夾磨削成型 。 薄壁套筒 3 是整個夾具設(shè)計(jì)的關(guān)鍵 。如圖 2 所示 工件采用外圓進(jìn)行定心 , 并通過套筒受液性塑料的作 用產(chǎn)生夾緊 。薄壁套筒的結(jié)構(gòu)如圖 3 所示 , 對圖中各 尺寸要求如下 。 ( 1 ) 套筒環(huán)槽的寬度 l 應(yīng)考慮 : ① 工件裝夾定位時 , 工件外表面完整圓柱面與套筒內(nèi)表 面相貼的面積 , 亦即是定位面寬度 (或夾緊面積 ) ; ② 裝夾時 , 套筒軸向位置以及套筒固定部分長度 T; ③ 對于定位面寬度為中等長度時 , 應(yīng)使 l 與工件定 位基準(zhǔn)的長度相接近 。取 1 ～113 倍定位基準(zhǔn)的長度 ; 由圖 1 可見 , 該工

9、件是一個左右不對稱 , 外表面 有齒形 、扁平側(cè)面 、外圓 、凹坑 , 內(nèi)表面又有內(nèi)孔 、 內(nèi)螺旋槽 、圓弧等形狀的不規(guī)則回轉(zhuǎn)體 。 外圓 、內(nèi)孔 、齒條中線 、滾道間距 、滾道中心等 均具有較高的尺寸 、位置精度要求 。體現(xiàn)在以下 3 個 方面 : ① 滾道中心必須經(jīng)過中心線上的某一特定點(diǎn) ; ② 對齒形槽要求具有高的定位精度 , 用測量棒檢測 46168 處尺寸 , 要求精度為 ±0104mm; 齒形節(jié)線與中 軸線的垂直度 、同軸度要求均為 0105mm; 且檢測棒 在齒 形 槽 形 成 的 節(jié) 線 上 , 弦 長 有 嚴(yán) 格 的 限 定 , 為 1515

10、7mm; 齒距精度為 ±0102mm; ③ 滾珠滾道間距 公差要求為 ±01005mm; 在孔中安裝扭桿和滾珠后 , 滾珠的回轉(zhuǎn)軌跡與中心線的同軸度為 ±0103mm。 112 工藝及其難點(diǎn) 該工件的加工工藝路線 : 鍛件 →加工零件兩端面 →鉆中心孔 →雙頂針支撐車外圓 →一端外圓定位鉆 、 車內(nèi)孔 →車內(nèi)中間孔 →外圓端裝夾銑齒形 →齒形定位 拉內(nèi)螺旋 →熱處理 →齒形定位 , 用數(shù)控內(nèi)圓磨床精磨 螺旋 。 從上述工藝中可見 , 當(dāng)使用齒形定位時 , 盡管可 配合用三爪卡盤進(jìn)行找正 、裝夾 , 實(shí) 現(xiàn) 內(nèi) 螺旋 的 加 工 , 達(dá)到零件要求 。但在

11、生產(chǎn)過程中 , 不可避免地會 將外圓的誤差反映到齒形中心線上 , 造成齒形中心線 位置變動 , 導(dǎo)致內(nèi)螺旋中心的定位誤差加大 ; 亦會使 加工周期增長 , 產(chǎn)品質(zhì)量受生產(chǎn)工人的技術(shù) 、狀態(tài)等 影響 , 難以保證加工精度 。 在整個工件加工過程中 , 設(shè)計(jì)一套適用于解決滾 道中心經(jīng)過中心線上特定點(diǎn) , 同時又可確保加工后達(dá) 到上述精度要求的工裝夾具是十分必要的 。以下介紹 一套用于加工內(nèi)螺旋的專用夾具 。 2 夾具結(jié)構(gòu)原理與使用方法 211 主要部件功能及其工作原理 圖 2所示為內(nèi)螺旋滾道加工專用夾具 。它主要由 3 ( 2 ) T = 215

12、d; 150mm 時 , h = 0104 ～0108mm; 3 ( 3 ) H = 2 d; ( 4 ) 當(dāng) d > 50 ～ ( 01015 ～ 01025 ) d, 要 求 公 差 ≤ ( 5 ) 薄壁套筒的總長 L 根據(jù)工件和 夾具結(jié)構(gòu)的具體情況確定 , 如若按 7 級精度加工時 , t≈ 015H; ( 6 ) 薄壁套筒內(nèi)徑 d = D - 2 h - H + 2mm。 圖 3 薄壁套筒結(jié)構(gòu) 為保證薄壁套筒的使用效果 , 套筒在加工和裝配 過程中應(yīng)注意如下幾點(diǎn) : ① 套筒內(nèi)外圓及連接槽表 面的光潔度必須為 R a1

13、16 以上 , 以利于液性塑料的流 ·73· 第 8期 伍瑞華 : 內(nèi)螺旋滾道加工專用夾具 動以及套筒和夾具體 、工件之間配合 、定位 ; ② 套 筒須進(jìn)行預(yù)熱處理 , 以保證最后熱處理時的不變形或 開裂 ; ③ 為了保證套筒與夾具本體的配合 , 套筒外 表面 (配合面段 ) 尺寸精度為 g7; ④ 為防止裝配時 造成套筒損壞 (拉傷 、壓潰 ) , 夾具本體應(yīng)先在油池 中加熱 , 待夾具本體內(nèi)孔脹大時 , 再壓合裝配套筒 ; ⑤ 套筒內(nèi)孔 d 須在套筒裝配進(jìn)夾具本體后 , 與夾具 本體一起在數(shù)控內(nèi)圓磨床上最后精磨加工 ;

14、 ⑥ 套筒 整體熱處理調(diào)質(zhì) HRC35 ～40。 螺釘 4 起加壓和密封液性塑料的作用 。通過調(diào)節(jié) 螺釘旋入的深淺 , 可以使夾具產(chǎn)生一定夾緊力 , 同時 也可對夾具內(nèi)的液性塑料進(jìn)行密封 , 使塑料不至于發(fā) 的工件放進(jìn)夾具中 , 插入固定銷 7 , 固定工件與夾具 的相對位置 , 擰動螺釘 4 , 使液性塑料受壓 , 產(chǎn)生一 定的壓力 。由于液性塑料是密封的 , 根據(jù)液體的不可 壓縮性 , 及液體能在各個方向均勻傳遞壓力的原理 , 液性塑料產(chǎn)生的壓力均勻地作用于套筒的薄壁上 , 產(chǎn) 生徑向變形 , 使工件與套筒壁形成圓柱面接觸 , 達(dá)到 準(zhǔn)確地定心并可

15、靠地夾緊 。 當(dāng)松開螺釘 4 時 , 套筒由于彈性作用恢復(fù)到原來 位置 , 松開工件 , 取下固定銷 7 , 便可將齒形定位塊 6 后的工件取出 。 3 結(jié)束語 該夾具通過使用液性塑料作為傳 遞 夾 緊力 的 介 質(zhì) , 很好地解決了普通夾具裝夾工件時 , 因夾緊力施 力點(diǎn)不合理 , 影響加工精度的難題 ; 夾具錐端部位的 內(nèi)通孔 , 保證了在窄小內(nèi)部空間進(jìn)行精密磨削時所需 的冷卻和精洗效果 ; 該夾具經(jīng)實(shí)踐證明具有很高的定 心精度 , 操作簡便迅速 , 整體壽命長 。從而極大地提 高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品的質(zhì)量 , 降低了產(chǎn)品的生 產(chǎn) 成 本 , 達(dá)

16、到提高產(chǎn)品市場競爭力的目的 。 參考文獻(xiàn) 【1】楊黎明 . 機(jī)床夾具設(shè)計(jì)手冊 [M ]. 國防工業(yè)出版社 , 1996. 5. 【2】承惠 娟 . 利 用 液 性 塑 料 夾 具 提 高 磨 齒 精 度 的 探 討 [ J ]. 煤礦機(jī)械 , 2001 ( 8 ) . ( 112 ～118 ) d。 生滲漏 。螺釘直徑 dM = 緊定螺釘 5 用于澆注液性塑料時排出夾具體內(nèi)的 空氣 。 齒形定位塊 6 與固 定銷 7 用 于 固 定 工 件 , 并使工件在夾具中準(zhǔn)確 定位 。定位塊如圖 4 所 示 , 當(dāng)圓環(huán)狀定位塊通 過其 上 的 2

17、 個 < ( 15 ± 0102 ) mm 的圓柱與齒形 圖 4 齒形定位塊 活塞的齒形配合 , 并放 進(jìn)套筒時 , 其上的圓弧與齒形活塞上齒形對應(yīng)面的圓 弧共同構(gòu)成了一個圓 。從而增大了薄壁套筒中間與工 件相接觸的表面 , 使套筒的剛性得以提高 ; 亦可保證 在套筒受壓夾緊齒形活塞時 , 齒形活塞的軸線與夾具 本體軸線的同軸度要求 。固定銷 7 則可以保證每次裝 夾工件時 , 工件在夾具軸向上占有固定的位置 , 因而 達(dá)到滾道中心必須經(jīng)過中心線上的某一特定點(diǎn)和各相 關(guān)形位公差精度的要求 , 也保證了內(nèi)螺紋滾道滾珠轉(zhuǎn) 過的角度與齒條移動距離的定量對應(yīng)關(guān)系

18、。 液性塑料 8 , 采用聚氯乙烯樹脂 、磷苯二甲酸二 丁脂硬脂酸鈣 、真空油為原料 , 以一 定 比 例進(jìn) 行 混 合 , 用甘油加熱至 130 ～150 ℃后從螺釘 4 所處的螺 紋孔中注入 , 同樣夾具體亦需先預(yù)熱至 130 ～150 ℃, 以使液性塑料均布于槽中 。 212 專用夾具的使用方法 (上接第 70 頁 ) 與當(dāng)前最先進(jìn)的軟靠模仿形法相比 , 生產(chǎn)效率提高了 40% , 同時 , 還可以很方便地實(shí)現(xiàn)各種不同型號活塞的 異形外圓加工 , 只更改輸入數(shù)據(jù)即可。說明基于多元 RE2GMSM 的新型非圓活塞加工中心是高效、高精度的。 3 結(jié)論

19、 針對當(dāng)前軟靠模法加工活塞因車 刀 驅(qū) 動電 磁 力 小 、響應(yīng)速度慢 、運(yùn)動方向剛性差等缺點(diǎn)而造成加工 精度難以保證 , 加工效率較低等問題 , 研制出了一種 新型活塞加工設(shè)備 。通過新型活塞加工中心的樣機(jī)試 驗(yàn) , 結(jié)果證明了新型活塞中心提高了整個加工系統(tǒng)的 精度和效率 , 在活塞加工技術(shù)上獲得了突破性進(jìn)展 。 參考文獻(xiàn) 【1】孫永強(qiáng) , 等 . 國內(nèi)活塞異形外圓車削加工技術(shù)的現(xiàn)狀 [ J ]. 機(jī)械工程師 , 2002 ( 3 ) . 【2】鄔義杰 , 等 . 超磁致伸縮材料微位移驅(qū)動系統(tǒng)的研究 [ J ]. 儀器儀表學(xué)報 , 2000 , 21

20、 ( 1 ) . 【3】宋昭海 , 等 . 稀土超磁致伸縮材料及其在換能器卜的 應(yīng)用 [ J ]. 水雷戰(zhàn)與艦船防護(hù) , 2007, 15 ( 2) . 【4】賈宇輝 , 等 . 超磁致伸縮微位移驅(qū)動器的研究 [ J ]. 微細(xì)加工技術(shù) , 2000 ( 2) . 【5】賈宇輝 , 等 . 基于超磁致伸縮材料的活塞異形銷孔加 工原理研究 [ J ]. 浙江大學(xué)學(xué)報 , 2004, 38 ( 9 S) . 夾具裝拆 。安裝夾具時 , 擰動螺母 2 , 使之遠(yuǎn)離 夾具本體的圓錐端面 。將夾具本體輕輕壓入數(shù)控磨床 主軸孔 , 將主軸上的拉緊螺釘擰進(jìn)圓錐端面上的螺紋 孔內(nèi) , 調(diào)節(jié)夾具 , 保證圓錐面配合可靠 , 完成定位 ; 擰緊拉緊螺釘 , 完成夾具的安裝 。 拆卸夾具時 , 先將拉緊螺釘從夾具體中松出 , 再 反向擰動螺母 2 , 利用螺母 2 的端面將夾具從錐孔配 合中退出 , 從而取下夾具 。 工件加工 。如圖 2 所示 , 將配上齒形定位塊 6 后