CN108188497A - 齿轮装夹机构及其加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种齿轮装夹机构，属于机床零部件技术领域，用于解决现有的方法装夹齿轮时，需要的时间很长，工作效率低的问题。它包括卡盘，设置于卡盘上的卡爪，所述卡盘包括至少3个均匀分布的卡盘面板，用于连接卡盘面板的卡盘底座，所述卡盘面板为扇形，且所述卡盘面板两侧设有第一凸起，所述卡盘面板和所述卡盘面板两两间通过第一凸起形成用于滑动卡爪的第一缺口。本发明通过提供了一种齿轮装夹机构，利用齿轮啮合原理，能够实现对齿轮的定位以及固定，并且操作简单快捷，定位精度高。本发明还提供了齿轮装夹机构加工方法。

Description

齿轮装夹机构及其加工方法

技术领域

本发明属于机床零部件技术领域，具体涉及齿轮装夹机构及其加工方法。

背景技术

齿轮传动是重要的机械传动形式之一，其制造精度和强度、耐磨性等，直接影响机器的运转和使用寿命。因此，要求精度高、强度大、耐磨性好。在加工过程中需要经过热处理，而热处理产生的变形，将破坏原加工精度，特别是节圆与中心孔的同轴度误差和齿面的变形误差，会给齿轮传动带来极为不利的影响。因此，在热处理后，须以节圆定位，在内圆磨床上磨削内孔，再以内孔定位磨削齿面，以保证节圆与中心孔的同轴度，并消除齿面变形。

在现有技术中，齿轮内孔的磨削，一般是在内圆磨床上来进行的。磨床上装有特殊卡盘，齿轮在卡盘内是靠滚柱、滚珠、齿轮或齿条按照齿轮的节圆来定位。安装齿轮时，定位用的滚柱都采用保持架来固定安装，每次加工时，齿轮放入夹具后，都要手持保持架，将滚柱插入齿槽内再夹紧，相应的滚珠需跟齿轮的节圆对应、卡盘爪的弧度都需要跟滚珠形成的外圆对应，因此每一个型号的材料就要对应一套的圆柱和卡盘爪，如果齿轮型号比较多就需要大量对应的圆柱及卡盘爪，并且使用这个方法装夹齿轮时，需要的时间很长，工作效率低。

发明内容

本发明目的是旨在提供了一种齿轮装夹机构，利用齿轮啮合原理，能够实现对齿轮的定位以及固定，并且操作简单快捷，定位精度高。

为实现上述技术目的，本发明采用的技术方案如下：

齿轮装夹机构，包括卡盘，设置于卡盘上的卡爪，所述卡盘包括至少3个均匀分布的卡盘面板，用于连接卡盘面板的卡盘底座，所述卡盘面板为扇形，且所述卡盘面板两侧设有第一凸起，所述卡盘面板和所述卡盘面板两两间通过第一凸起形成用于滑动卡爪的第一缺口。

采用上述技术方案的发明，通过设置至少3个均匀分布的卡盘面板，利用卡爪完成3点定位。本技术方案通过改进卡爪结构，利用第一缺口完成卡爪在卡盘面板上的进退。具体加工的时候，首先通过2个卡爪和待加工齿轮完成定中心，定好中心后，保持2个卡爪不动，顺时针旋转1个卡爪，通过螺纹配合，完成卡爪的锁定，然后进行待加工齿轮的中心孔研磨；研磨后换料加工，逆时针旋转1个卡爪，通过螺纹配合，完成卡爪的解锁状态，解锁后，更换待加工齿轮，然后重复锁定步骤，进行待加工齿轮的中心孔研磨。

进一步限定，所述卡爪包括第一横板、第一销轴、第一齿轮、第一螺柱、第一滑块，所述第一横板上部分设有用于容纳第一销轴的第一圆孔，所述第一销轴一端设置在第一圆孔内，所述第一销轴另一端延伸出第一横板表面，所述第一横板另一端外套有第一齿轮，所述第一横板下部分设有用于穿过第一螺柱的第二通孔，所述第二通孔内壁设有第一圆台，所述第一螺柱包括一体成型的第一螺柱螺帽部分和第一螺柱螺杆部分，所述第一螺柱螺帽部分的直径大于第一圆台的直径，所述第一螺柱螺杆部分和第一滑块配合完成卡爪的锁定。

需要说明的是，卡盘底座底部还设有连接座，连接座侧壁会延伸出3个连接板分别配合卡爪固定，连接座可以设计成任意形状，只需要考虑固定卡爪即可。

进一步限定，所述第一螺柱螺杆部分外壁设有外螺纹，所述第一滑块包括第一限位块、第一连接柱，所述第一限位块靠近第一螺柱螺杆部分端连接第一连接柱，所述第一连接柱设有第一凹槽，所述第一凹槽内壁设有和外螺纹匹配的内螺纹。

进一步限定，所述第一限位块前后端为弧形面。

进行待加工齿轮的中心孔研磨会产生金属屑，长期加工，金属屑会依附在第一凸起的表面，采用弧形面设计的第一限位块，便于清除金属屑。

优选的，所述卡盘面板为3个，所述卡盘面板和所述卡盘面板两两间通过第一凸起形成3个第一缺口。

优选的，所述卡盘面板为6个，所述卡盘面板和所述卡盘面板两两间通过第一凸起形成6个第一缺口。

需要说明的是，采用6个卡盘面板，实际上也是放置3个卡爪，只是为了便于在卡盘面板上开模，加工出全贯穿的第一缺口，同时，未使用的3个第一缺口能作为备用的待用。反过来说，采用3个卡盘面板，加工出非贯穿的第一缺口，卡盘面板中心轴处有圆孔，不便于开模。

进一步限定，第一齿轮为与被加工齿轮模数、压力角、螺旋角相同的圆柱齿轮。

齿轮装夹机构加工方法，包括以下步骤，

步骤一，设备组装，包括卡盘，设置于卡盘上的卡爪，所述卡盘包括6个均匀分布的卡盘面板，用于连接卡盘面板的卡盘底座，所述卡盘面板为扇形，且所述卡盘面板两侧设有第一凸起，所述卡盘面板和所述卡盘面板两两间通过第一凸起形成用于滑动卡爪的第一缺口；所述卡爪包括第一横板、第一销轴、第一齿轮、第一螺柱、第一滑块，所述第一横板上部分设有用于容纳第一销轴的第一圆孔，所述第一销轴一端设置在第一圆孔内，所述第一销轴另一端延伸出第一横板表面，所述第一横板另一端外套有第一齿轮，所述第一横板下部分设有用于穿过第一螺柱的第二通孔，所述第二通孔内壁设有第一圆台，所述第一螺柱包括一体成型的第一螺柱螺帽部分和第一螺柱螺杆部分，所述第一螺柱螺帽部分的直径大于第一圆台的直径，所述第一螺柱螺杆部分和第一滑块配合完成卡爪的锁定。

步骤二，对中心，在卡盘面板中心轴上放置待加工齿轮，在卡盘面板外径上对称放置3个卡爪，利用第一缺口把2个卡爪依次从外向内推进，顺时针旋转第一螺柱，通过第一螺柱螺杆部分和第一滑块相互配合，完成卡爪的半锁定状态，然后通过外部传动连接轴带动待加工齿轮逆时针转动，进而带动2个卡爪上的第一齿轮完全啮合，完成卡爪定位，通过第3个卡爪的进退完成全锁定状态；

步骤三，上料过程，找准3个卡爪的位置后，保持2个卡爪不动，逆时针旋转1个卡爪的第一螺柱，通过第一螺柱螺杆部分和第一滑块相互配合，完成卡爪的解锁状态，解锁后，放入待加工齿轮，顺时针旋转1个卡爪的第一螺柱，通过第一螺柱螺杆部分和第一滑块相互配合，完成卡爪的锁定，然后进行待加工齿轮的中心孔研磨；

步骤四，换料过程，待加工齿轮的中心孔研磨到尺寸后，保持2个卡爪不动，逆时针旋转1个卡爪的第一螺柱，通过第一螺柱螺杆部分和第一滑块相互配合，完成卡爪的解锁状态，解锁后，放入下一个待加工齿轮，顺时针旋转1个卡爪的第一螺柱，通过第一螺柱螺杆部分和第一滑块相互配合，完成卡爪的锁定，然后进行下一个待加工齿轮的中心孔研磨。

本发明相比现有技术，第一，卡盘上的第一缺口设计，不仅方便卡爪的进退安装，并且能够保证卡爪的精确定位，从而使得磨削出的待加工齿轮的精度达到0.001mm；

第二，利用卡爪，对待加工齿轮进行装夹，相比现有利用滚柱对待加工齿轮进行定位，装夹时间更短，能够将工作效率提高3～5倍；

第三，实际加工中，装夹齿轮的齿数过少，会产生变位齿轮现象，发生变位齿轮现象后，由于啮合不在节圆上，会带来额外的中心调整工作。选用第一齿轮为圆柱齿轮，能够满足大部分不同大小的齿轮的装夹，增大了装夹齿轮的使用范围，避免了经常更换装夹齿轮，提高了工作效率；

第四，中心定位后，保持2个卡爪不动，通过1个卡爪在锁紧和解锁状态之间的切换，实现快速更换待加工齿轮，使得装夹更加精确。

附图说明

本发明可以通过附图给出的非限定性实施例进一步说明；

图1为本发明齿轮装夹机构立体图(状态一)；

图2为本发明齿轮装夹机构正视图(状态一)；

图3为图2中A-A剖面视图(状态一)；

图4为本发明齿轮装夹机构右视图(状态一)；

图5为本发明齿轮装夹机构立体图(状态二)；

图6为本发明卡爪立体图；

图7为本发明卡爪正视图；

图8为本发明卡爪右视图；

图9为本发明齿轮装夹机构正视图(状态三)；

主要元件符号说明如下：

卡盘1，卡爪2，卡盘面板3，卡盘底座4，第一凸起5，第一缺口6，第一横板7，第一销轴8，第一齿轮9，第一螺柱10，第一螺柱螺帽部分10a，第一螺柱螺杆部分10b，第一滑块11，第一限位块11a，第一连接柱11b，第一凹槽11c，弧形面11d，第一圆台12，卡爪调节螺杆13。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员可以更好地理解本发明，下面结合附图和实施例对本发明技术方案进一步说明。

实施例一，

如图1，图2，图3，图4，图6，图7，图8所示，齿轮装夹机构，包括卡盘1，设置于卡盘1上的卡爪2，卡盘1包括6个均匀分布的卡盘面板3，用于连接卡盘面板3的卡盘底座4，卡盘面板3为扇形，且卡盘面板3两侧设有第一凸起5，卡盘面板3和卡盘面板3两两间通过第一凸起5形成用于滑动卡爪2的第一缺口6。

卡爪2包括第一横板7、第一销轴8、第一齿轮9、第一螺柱10、第一滑块11，第一横板7上部分设有用于容纳第一销轴8的第一圆孔，第一销轴8一端设置在第一圆孔内，第一销轴8另一端延伸出第一横板7表面，第一横板7另一端外套有第一齿轮9，第一横板7下部分设有用于穿过第一螺柱10的第二通孔，第二通孔内壁设有第一圆台12，第一螺柱10包括一体成型的第一螺柱螺帽部分10a和第一螺柱螺杆部分10b，第一螺柱螺帽部分10a的直径大于第一圆台11的直径，第一螺柱螺杆部分10b和第一滑块11配合完成卡爪2的锁定。

第一螺柱螺杆部分10b外壁设有外螺纹，第一滑块11包括第一限位块11a、第一连接柱11b，第一限位块11a靠近第一螺柱螺杆部分10b端连接第一连接柱11b，第一连接柱11b设有第一凹槽11c，第一凹槽11c内壁设有和外螺纹匹配的内螺纹。

第一限位块11a前后端为弧形面11d。

实施例二，

如图1，图2，图3，图4，图5，图6，图7，图8所示，齿轮装夹机构，包括卡盘1，设置于卡盘1上的卡爪2，卡盘1包括6个均匀分布的卡盘面板3，用于连接卡盘面板3的卡盘底座4，卡盘面板3为扇形，且卡盘面板3两侧设有第一凸起5，卡盘面板3和卡盘面板3两两间通过第一凸起5形成用于滑动卡爪2的第一缺口6。

卡爪2包括第一横板7、第一销轴8、第一齿轮9、第一螺柱10、第一滑块11，第一横板7上部分设有用于容纳第一销轴8的第一圆孔，第一销轴8一端设置在第一圆孔内，第一销轴8另一端延伸出第一横板7表面，第一横板7另一端外套有第一齿轮9，第一横板7下部分设有用于穿过第一螺柱10的第二通孔，第二通孔内壁设有第一圆台12，第一螺柱10包括一体成型的第一螺柱螺帽部分10a和第一螺柱螺杆部分10b，第一螺柱螺帽部分10a的直径大于第一圆台11的直径，第一螺柱螺杆部分10b和第一滑块11配合完成卡爪2的锁定。

第一螺柱螺杆部分10b外壁设有外螺纹，第一滑块11包括第一限位块11a、第一连接柱11b，第一限位块11a靠近第一螺柱螺杆部分10b端连接第一连接柱11b，第一连接柱11b设有第一凹槽11c，第一凹槽11c内壁设有和外螺纹匹配的内螺纹。

第一限位块11a前后端为弧形面11d。

第一凸起5的表面设置有淬火层，淬火层的厚度为12mm。

卡盘面板3为6个，卡盘面板3和卡盘面板3两两间通过第一凸起5形成6个第一缺口。

当然，需要指出的是，卡盘面板3也可以为3个，卡盘面板3和卡盘面板3两两间通过第一凸起5形成3个第一缺口。

第一齿轮为与被加工齿轮模数、压力角、螺旋角相同的圆柱齿轮。

如图9所示，卡盘底座底部还设有连接座，连接座侧壁会延伸出3个连接板分别配合卡爪固定，连接座可以设计成任意形状，只需要考虑固定卡爪即可。作为本技术方案的优选方案，实施例二中，其中1个连接板替换为卡爪调节螺杆13，通过旋转卡爪调节螺杆13，调节卡爪进退，具体使用的时候，当顺时针旋转卡爪调节螺杆13，卡爪靠近待加工齿轮，当逆时针旋转卡爪调节螺杆13，卡爪远离待加工齿轮。采用卡爪调节螺杆13，不仅方便卡爪的进退安装，并且能够保证卡爪的精确定位，从而使得磨削出的待加工齿轮的精度达到0.0008mm。

实施例一和实施例二的区别在于，相对实施例一来说，实施例二中，第一轮齿为与被加工齿轮模数、压力角、螺旋角相同的圆柱齿轮。实际上，第一齿轮的齿数为17～40时，即可满足绝大部分大小不同的齿轮的装夹，但是由于本企业制造的齿轮的分度圆直径在20cm～40cm之间，因此当选择第一齿轮的齿数为18的圆柱齿轮，通过定中心调整第一齿轮的安装位置，就能够满足本企业制造的所有齿轮的装夹，这样可以扩大第一齿轮的使用范围，减少第一齿轮的更换次数，提高生产效率。尤其是，第一凸起的表面设置有淬火层，淬火层的厚度为12mm，淬火硬度HRC为46。这样能够提高第一凸起的表面的强度，减小磨损，延长使用寿命。

采用本技术方案磨削齿轮内孔，加工的齿轮精度为5-DC，实验人员随机对10个加工后的齿轮做了抽查，齿轮的模数为8，齿数为38，压力角为20°，结果如下表：

从上表中可以看出，被加工的齿轮节圆跳动可以稳定在40μm范围内，完全满足加工要求。

齿轮装夹机构加工方法，包括以下步骤，

步骤一，设备组装，包括卡盘，设置于卡盘上的卡爪，所述卡盘包括6个均匀分布的卡盘面板，用于连接卡盘面板的卡盘底座，所述卡盘面板为扇形，且所述卡盘面板两侧设有第一凸起，所述卡盘面板和所述卡盘面板两两间通过第一凸起形成用于滑动卡爪的第一缺口；所述卡爪包括第一横板、第一销轴、第一齿轮、第一螺柱、第一滑块，所述第一横板上部分设有用于容纳第一销轴的第一圆孔，所述第一销轴一端设置在第一圆孔内，所述第一销轴另一端延伸出第一横板表面，所述第一横板另一端外套有第一齿轮，所述第一横板下部分设有用于穿过第一螺柱的第二通孔，所述第二通孔内壁设有第一圆台，所述第一螺柱包括一体成型的第一螺柱螺帽部分和第一螺柱螺杆部分，所述第一螺柱螺帽部分的直径大于第一圆台的直径，所述第一螺柱螺杆部分和第一滑块配合完成卡爪的锁定。

步骤二，对中心，在卡盘面板中心轴上放置待加工齿轮，在卡盘面板外径上对称放置3个卡爪，利用第一缺口把2个卡爪依次从外向内推进，顺时针旋转第一螺柱，通过第一螺柱螺杆部分和第一滑块相互配合，完成卡爪的半锁定状态，然后通过外部传动连接轴带动待加工齿轮逆时针转动，进而带动2个卡爪上的第一齿轮完全啮合，完成卡爪定位，通过第3个卡爪的进退完成全锁定状态；

步骤三，上料过程，找准3个卡爪的位置后，保持2个卡爪不动，逆时针旋转1个卡爪的第一螺柱，通过第一螺柱螺杆部分和第一滑块相互配合，完成卡爪的解锁状态，解锁后，放入待加工齿轮，顺时针旋转1个卡爪的第一螺柱，通过第一螺柱螺杆部分和第一滑块相互配合，完成卡爪的锁定，然后进行待加工齿轮的中心孔研磨；

步骤四，换料过程，待加工齿轮的中心孔研磨到尺寸后，保持2个卡爪不动，逆时针旋转1个卡爪的第一螺柱，通过第一螺柱螺杆部分和第一滑块相互配合，完成卡爪的解锁状态，解锁后，放入下一个待加工齿轮，顺时针旋转1个卡爪的第一螺柱，通过第一螺柱螺杆部分和第一滑块相互配合，完成卡爪的锁定，然后进行下一个待加工齿轮的中心孔研磨。

以上对本发明提供的齿轮装夹机构及其加工方法进行了详细介绍。具体实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。

Claims (8)

1.齿轮装夹机构，其特征在于：包括卡盘，设置于卡盘上的卡爪，所述卡盘包括至少3个均匀分布的卡盘面板，用于连接卡盘面板的卡盘底座，所述卡盘面板为扇形，且所述卡盘面板两侧设有第一凸起，所述卡盘面板和所述卡盘面板两两间通过第一凸起形成用于滑动卡爪的第一缺口。

2.根据权利要求1所述的齿轮装夹机构，其特征在于：所述卡爪包括第一横板、第一销轴、第一齿轮、第一螺柱、第一滑块，所述第一横板上部分设有用于容纳第一销轴的第一圆孔，所述第一销轴一端设置在第一圆孔内，所述第一销轴另一端延伸出第一横板表面，所述第一横板另一端外套有第一齿轮，所述第一横板下部分设有用于穿过第一螺柱的第二通孔，所述第二通孔内壁设有第一圆台，所述第一螺柱包括一体成型的第一螺柱螺帽部分和第一螺柱螺杆部分，所述第一螺柱螺帽部分的直径大于第一圆台的直径，所述第一螺柱螺杆部分和第一滑块配合完成卡爪的锁定。

3.根据权利要求2所述的齿轮装夹机构，其特征在于：所述第一螺柱螺杆部分外壁设有外螺纹，所述第一滑块包括第一限位块、第一连接柱，所述第一限位块靠近第一螺柱螺杆部分端连接第一连接柱，所述第一连接柱设有第一凹槽，所述第一凹槽内壁设有和外螺纹匹配的内螺纹。

4.根据权利要求3所述的齿轮装夹机构，其特征在于：所述第一限位块前后端为弧形面。

5.根据权利要求4所述的齿轮装夹机构，其特征在于：所述卡盘面板为3个，所述卡盘面板和所述卡盘面板两两间通过第一凸起形成3个第一缺口。

6.根据权利要求4所述的齿轮装夹机构，其特征在于：所述卡盘面板为6个，所述卡盘面板和所述卡盘面板两两间通过第一凸起形成6个第一缺口。

7.根据权利要求5或6所述的齿轮装夹机构，其特征在于：所述第一齿轮为与被加工齿轮模数、压力角、螺旋角相同的圆柱齿轮。

8.齿轮装夹机构加工方法，其特征在于：包括以下步骤，

步骤一，设备组装，包括卡盘，设置于卡盘上的卡爪，所述卡盘包括6个均匀分布的卡盘面板，用于连接卡盘面板的卡盘底座，所述卡盘面板为扇形，且所述卡盘面板两侧设有第一凸起，所述卡盘面板和所述卡盘面板两两间通过第一凸起形成用于滑动卡爪的第一缺口；所述卡爪包括第一横板、第一销轴、第一齿轮、第一螺柱、第一滑块，所述第一横板上部分设有用于容纳第一销轴的第一圆孔，所述第一销轴一端设置在第一圆孔内，所述第一销轴另一端延伸出第一横板表面，所述第一横板另一端外套有第一齿轮，所述第一横板下部分设有用于穿过第一螺柱的第二通孔，所述第二通孔内壁设有第一圆台，所述第一螺柱包括一体成型的第一螺柱螺帽部分和第一螺柱螺杆部分，所述第一螺柱螺帽部分的直径大于第一圆台的直径，所述第一螺柱螺杆部分和第一滑块配合完成卡爪的锁定。

步骤二，对中心，在卡盘面板中心轴上放置待加工齿轮，在卡盘面板外径上对称放置3个卡爪，利用第一缺口把2个卡爪依次从外向内推进，顺时针旋转第一螺柱，通过第一螺柱螺杆部分和第一滑块相互配合，完成卡爪的半锁定状态，然后通过外部传动连接轴带动待加工齿轮逆时针转动，进而带动2个卡爪上的第一齿轮完全啮合，完成卡爪定位，通过第3个卡爪的进退完成全锁定状态；

步骤三，上料过程，找准3个卡爪的位置后，保持2个卡爪不动，逆时针旋转1个卡爪的第一螺柱，通过第一螺柱螺杆部分和第一滑块相互配合，完成卡爪的解锁状态，解锁后，放入待加工齿轮，顺时针旋转1个卡爪的第一螺柱，通过第一螺柱螺杆部分和第一滑块相互配合，完成卡爪的锁定，然后进行待加工齿轮的中心孔研磨；

步骤四，换料过程，待加工齿轮的中心孔研磨到尺寸后，保持2个卡爪不动，逆时针旋转1个卡爪的第一螺柱，通过第一螺柱螺杆部分和第一滑块相互配合，完成卡爪的解锁状态，解锁后，放入下一个待加工齿轮，顺时针旋转1个卡爪的第一螺柱，通过第一螺柱螺杆部分和第一滑块相互配合，完成卡爪的锁定，然后进行下一个待加工齿轮的中心孔研磨。