CN103600133B - 一种大模数面齿轮加工夹具 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种大模数面齿轮加工夹具，包括夹具体（1）、轴向锁紧螺栓（2）和调整垫圈（3），所述的夹具体（1）一端设置有六个通孔，用于安装在机床工作台上，另一端设置有安装大模数面齿轮的轴向锁紧螺栓（2）和调整垫圈（3）。本发明解决了大模数面齿轮切齿时，零件受力变形大，齿面加工精度低的问题。本发明结构紧凑、装卸方便，克服了面齿轮插齿、滚齿、磨齿等加工时切削力对零件变形及加工精度的影响。同时，本发明还可以应用到其他类型的大模数齿轮零件的加工过程中。

Description

一种大模数面齿轮加工夹具

技术领域

本发明涉及齿轮加工夹具的技术领域，具体涉及一种大模数面齿轮加工夹具，适用于大模数面齿轮插齿、滚齿、磨齿加工过程中。

背景技术

面齿轮传动是一种标准渐开线直齿圆柱齿轮与锥齿轮相啮合的传动形式。由于其在传动系统结构减重、承载能力、功率分流等方面的优势，已广泛应用于直升机传动系统中。

国外的研究资料表明，面齿轮可以采用插齿、滚齿和磨齿的加工方法。目前，国内已认识到面齿轮传动的优势和广阔的应用前景，开展了面齿轮加工原理研究，在插齿机上使用三爪卡盘装夹零件，完成了小模数面齿轮加工，但是面齿轮的加工精度较低。由于大模数面齿轮齿深较大，切齿过程中产生的较大切削力会使零件受力变形，很难保证加工精度。如图1所示的大模数面齿轮，面齿轮模数为10mm，轮齿外径为400mm，内径为310mm，齿深为20.25mm，材料为20Cr2Ni4A。大模数面齿轮加工过程中，由于受力变形对零件加工精度的影响较严重，因此如何设计一套结构简单、装夹方便、又能保证大模数面齿轮受力变形下零件加工精度的夹具是面齿轮加工环节中的一项技术难题。

发明内容

本发明要解决的技术问题为：针对大模数面齿轮加工过程切削力大、零件受力变形严重影响加工精度的问题，如何设计面齿轮夹具以减小或消除零件受力变形、保证零件加工精度的技术难题，设计了一种大模数面齿轮加工夹具。

本发明的目的在于提供一种大模数面齿轮加工夹具，该夹具针对大模数面齿轮的结构特点，设计一种结构紧凑、装夹方便的面齿轮加工夹具。同时保证在加工过程中，减小由于受力变形的影响，加工出满足精度要求的大模数面齿轮。

本发明的技术方案是：一种大模数面齿轮加工夹具，其包括：夹具体、轴向锁紧螺栓、调整垫圈。所述的夹具体的一端设置有可以安装在机床工作台上的通孔，另一端设置有安装大模数面齿轮的环形凸台，环形凸台上设置有固定大模数面齿轮的轴向锁紧螺栓和调整垫圈。所述的夹具体外圆周面上设置有肋板。所述的夹具体中心设置有带锥度的孔和无锥度的通孔。所述的夹具体与大模数面齿轮为间隙配合。所述的轴向锁紧螺栓和调整垫圈为均布的8个。所述的夹具体一端设置的用于安装在机床工作台上的通孔为均布的6个。所述的夹具体外圆周面上设置的肋板为均布的8个。本发明在使用过程中，首先应在待加工的大模数面齿轮底面加工出8个螺纹孔，螺纹孔的位置与夹具体环形凸台上轴向锁紧螺栓和调整垫圈的位置相对应。本发明的夹具体上设计有环形凸台，并通过轴向锁紧螺栓和调整垫圈将待加工的大模数面齿轮安装在夹具上，实现径向和轴向的有效定位。由于夹具体环形凸台的支撑作用，可以减小在加工过程中待加工零件的受力变形。夹具体的中心设置有带锥度的孔，是为了将加工过程中的切屑方便的排除。在使用过程中，可以通过改变调整垫圈对面齿轮的装夹位置进行调整变动，工序简单、操作方便。夹具体与大模数面齿轮为间隙配合，可以方便待加工零件的装卸。轴向锁紧螺栓和调整垫圈设置成均布的8个，可以实现零件定位准确、锁紧可靠。夹具体外圆周面的肋板设置为均布的8个，可以提高夹具体环形凸台的刚度，保证待加工零件的定位精度。本发明结构紧凑、装夹方便、克服了大模数面齿轮插齿、滚齿和磨齿加工时受力变形对加工精度的影响。同时，本发明还可以应用到其他类型的大模数齿轮零件的加工过程中。

其中，所述的夹具体的环形凸台直径为450mm，厚度为25mm；轴向锁紧螺栓的直径为12mm，长度为35mm；调整垫圈的外径为15mm，内径为13mm，厚度为2mm。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

目前国内对于大模数面齿轮加工夹具还没有相关说明；国外因为技术保密，也没有相关的技术文献资料进行介绍。因此，本发明很好的解决了大模数面齿轮加工夹具设计的技术难题，所设计的夹具能够减小零件加工过程中的受力变形，提高零件的加工精度。该发明也为大模数面齿轮的滚齿和磨齿加工奠定了基础。

附图说明

图1为大模数面齿轮示意图；

图2为大模数面齿轮加工夹具示意图；

图3为大模数面齿轮加工夹具实物图。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本发明。

如图2所示，一种大模数面齿轮加工夹具，包括：夹具体1、轴向锁紧螺栓2、调整垫圈3。

所述的夹具体的一端设置有可以安装在机床工作台上的通孔，另一端设置有安装大模数面齿轮4的环形凸台，环形凸台上设置有固定大模数面齿轮4的轴向锁紧螺栓2和调整垫圈3。所述的夹具体1外圆周面上设置有肋板。所述的夹具体1中心设置有带锥度的孔和无锥度的通孔。所述的夹具体1与大模数面齿轮4为间隙配合。所述的轴向锁紧螺栓2和调整垫圈3为均布的8个。所述的夹具体1的一端设置的用于安装在机床工作台上的通孔为均布的6个。所述的夹具体1外圆周面上设置的肋板为均布的8个。

当需要对待加工的大模数面齿轮4进行加工时，首先应在待加工的大模数面齿轮4的底面加工出8个螺纹孔，螺纹孔的位置与夹具体1环形凸台上轴向锁紧螺栓2和调整垫圈3的位置相对应。将夹具体1通过一端均布设置的6个通孔安装在机床工作台上，用百分表测量夹具体1环形凸台表面的跳动量，调整夹具体1的安装位置，保证夹具体1的环形凸台水平。将大模数面齿轮4安装在夹具体1的环形凸台上，通过轴向锁紧螺栓2和调整垫圈3将大模数面齿轮4固定在夹具体1上，使用百分表测量大模数面齿轮4的端面跳动和轮齿外圆的圆度，通过改变轴向锁紧螺栓3的松紧和调整垫圈4的厚度调整大模数面齿轮4在夹具体1环形凸台上的位置，使得百分表上测得的跳动和圆度为最佳，然后即可开始对大模数面齿轮4进行加工。加工完毕后，松开轴向锁紧螺栓2取下零件，把待加工的新零件放上，重复同样的过程，可以完成对大模数面齿轮4的加工。

大模数面齿轮4的夹具设计时要考虑以下问题：

(a)刀具沿着面齿轮径向进给运动

由于刀具为一圆盘，所以大模数面齿轮4夹具设计过程中，要留给刀具足够的径向运动空间，以避免刀具与夹具干涉。

(b)刀具沿着面齿轮轴向的进给运动

大模数面齿轮4工过程中，刀具由对刀位置开始逐渐下到面齿轮加工的全齿深，所以夹具的设计不能出现在刀具轴向进给范围内使得刀具与面齿轮夹具干涉。

(c)刀具和面齿轮之间的展成运动

在大模数面齿轮4加工过程中，由于刀具与面齿轮之间的展成运动，要求刀具要相对于面齿轮工件摆动，在这个过程中必须避免刀具的刀杆和面齿轮夹具出现干涉现象。

根据大模数面齿轮4定位和加紧的要求，夹具设计时切削力和加紧力的确定过程如下：

(1)切削力的计算

所加工大模数面齿轮4结构参数为：模数为10mm，压力角20°，齿数38个，轮齿外径为400mm，内径为310mm，齿深为20.25mm，材料为20Cr2Ni4A。

采用插齿、滚齿加工时，切削力计算公式为：

$F=2452a_p^{0.8}{f}_z^{0.7}{d}^{-1.1}{B}^{0.85}z---\left(1\right)$

式中，F为切削力，单位N；a_p为切削深度，单位mm；f_z为每齿进给量，单位mm；d为刀具直径，单位mm；B为刀具宽度，单位mm；z为刀具齿数。

大模数面齿轮4加工时，切削深度a_a＝2mm，每齿进给量f_z＝0.3mm，刀具直径d＝180mm，刀具宽度B＝30mm，刀具齿数z＝12，计算得到切削力F＝1312N。

(2)夹具夹紧力的计算

大模数面齿轮4以夹具体1的环形凸台平面定位，夹紧力与切削力方向垂直，因此夹紧力的计算公式为：

W_k＝KF/(μ₁+μ₂)(2)

K＝K₀K₁K₂K₃K₄K₅K₆(3)

式中，W_K为实际所需夹紧力，单位N；K为安全系数；F为切削力，单位N；μ₁为夹紧元件与工件间的摩擦系数；μ₂为工件与夹具支承面间的摩擦系数；K₀为考虑工件材料及加工余量均匀性的基本安全系数；K₁为考虑加工性质的安全系数；K₂为考虑刀具钝化程度的安全系数；K₃为考虑切削特点的安全系数；K₄为考虑夹紧力稳定性的安全系数；K₅为考虑手动夹紧时手柄位置的安全系数；K₆为考虑仅有力矩使工件回转时工件与支承面接触的安全系数。

根据大模数面齿轮4的材料和加工特点，选取夹紧元件与工件间的摩擦系数μ₁＝0.16；工件与夹具支承面间的摩擦系数μ₂＝0.16；K₀＝1.2；K₁＝1.0；K₂＝1.5；K₃＝1.2；K₄＝1.3；K₅＝1.0；K₆＝1.0，计算得到实际所需夹紧力W_K＝11512N。

每个轴向锁紧螺栓2可提供的夹紧力为4200N，则8个轴向锁紧螺栓2可提供的夹紧力为33600N，大于实际所需夹紧力W_K＝11512N，可满足大模数面齿轮4的定位与夹紧要求。

综上，可以设计出大模数面齿轮加工夹具，如图2所示。大模数面齿轮加工夹具实物图如图3所示。

本发明结构紧凑、装夹方便、克服了大模数面齿轮插齿、滚齿和磨齿加工时受力变形对加工精度的影响。同时，本发明还可以应用到其他类型的大模数齿轮零件的加工过程中。

本发明未详细阐述部分属于本领域公知技术。凡采用等同变换或者等效替换而形成的技术方案，均落在本发明权利保护范围之内。

Claims (2)

1.一种大模数面齿轮加工夹具，其特征在于，夹具包括夹具体(1)、轴向锁紧螺栓(2)、调整垫圈(3)，所述的夹具体(1)的一端设置有可以安装在机床工作台上的通孔，另一端设置有安装大模数面齿轮(4)的环形凸台，环形凸台上设置有固定大模数面齿轮(4)的轴向锁紧螺栓(2)和调整垫圈(3)，所述的夹具体(1)外圆周面上设置有肋板，所述的夹具体(1)的中心分别设置有带锥度和无锥度的通孔，所述的夹具体(1)与大模数面齿轮(4)为间隙配合，所述的轴向锁紧螺栓(2)和调整垫圈(3)为均布的8个，所述的夹具体(1)一端设置的用于安装在机床工作台上的通孔为均布的6个，所述的夹具体(1)外圆周面上设置的肋板为均布的8个；所述的夹具体上设计有环形凸台，并通过轴向锁紧螺栓和调整垫圈将待加工的大模数面齿轮安装在夹具上，实现径向和轴向的有效定位，由于夹具体环形凸台的支撑作用，可以减小在加工过程中待加工零件的受力变形，夹具体的中心设置有带锥度的孔，是为了将加工过程中的切屑方便的排除，在使用过程中，可以通过改变调整垫圈对面齿轮的装夹位置进行调整变动，工序简单、操作方便，夹具体与大模数面齿轮为间隙配合，可以方便待加工零件的装卸，轴向锁紧螺栓和调整垫圈设置成均布的8个，可以实现零件定位准确、锁紧可靠，夹具体外圆周面的肋板设置为均布的8个，可以提高夹具体环形凸台的刚度，保证待加工零件的定位精度，从而结构紧凑、装夹方便、克服了大模数面齿轮插齿、滚齿和磨齿加工时受力变形对加工精度的影响，同时，该加工夹具还可以应用到其他类型的大模数齿轮零件的加工过程中。

2.根据权利要求1所述的一种大模数面齿轮加工夹具，其特征在于，所述的夹具体(1)的环形凸台直径为450mm，厚度为25mm；轴向锁紧螺栓(2)的直径为12mm，长度为35mm；调整垫圈(3)的外径为15mm，内径为13mm，厚度为2mm。