CN111152049A - 一种精锻圆锥齿轮中心孔加工的定位装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种精锻圆锥齿轮中心孔加工的定位装置，为了克服精锻圆锥齿轮中心孔加工定位的问题，其包括底座、垫圈、导向套、复位弹簧、滚珠、薄壁圆柱筒、初始定位齿形模与压圈；垫圈固定在底座上，导向套固定在垫圈上，底座、垫圈与导向套共轴线；复位弹簧放置于垫圈中，初始定位齿形模装入导向套中心圆形内孔，初始定位齿形模底端与复位弹簧顶端接触，装有滚珠的薄壁圆柱筒安装在导向套中心圆形内孔壁与初始定位齿形模下端的圆柱体之间，导向套的中心圆形内孔壁、初始定位齿形模下端的圆柱体在外、内侧同时和滚珠接触；精锻圆锥齿轮安装在初始定位齿形模上，精锻圆锥齿轮轮齿大端的部分圆柱体和滚珠里侧接触，压圈安装在精锻圆锥齿轮的上面。

Description

一种精锻圆锥齿轮中心孔加工的定位装置

技术领域

本发明涉及一种加工的装夹装置，更确切地说，本发明涉及一种精锻圆锥齿轮锻件中心孔加工的装夹定位装置。

背景技术

齿轮是一类重要的传动类零件，用来传递空间轴间的运动和动力，它具有传动平稳，适用范围广等优点。随着机械制造业的迅速发展，对齿轮精度要求越来越高。齿轮的中心孔的中心线和齿轮型面的相对应的坐标轴的同轴度是影响齿轮运动精度及噪音的重要参数之一。

圆锥齿轮的加工方法之一是采用精密塑性成形方法成形齿形，然后进行中心孔及一些非齿形部分的去屑加工。目前，一般采用齿形模定位装夹带有齿形的齿轮坯，然后进行齿轮的中心孔加工。实践证明这种中心孔的加工方法难于保证中心孔的轴线与齿形面的相对应的坐标轴的同轴度。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服了现有技术存在的精密塑性成形的圆锥齿轮中心孔加工时的定位的问题，提供了一种精锻圆锥齿轮中心孔加工的定位装置。

为解决上述技术问题，本发明是采用如下技术方案实现的：所述的一种精锻圆锥齿轮中心孔加工的定位装置包括有底座、垫圈、导向套、复位弹簧、滚珠、薄壁圆柱筒、初始定位齿形模与压圈；

所述的底座安装在孔加工设备的工作台上，垫圈安装在底座的中心处，通过其上的1号销钉通孔、1号螺栓通孔及垫圈上的2号销钉通孔、2号螺栓孔并采用1号销钉及1号螺栓相连接，导向套安装在垫圈的上面，通过导向套上的4号销钉通孔、4号螺栓通孔及垫圈上的3号销钉通孔、3号螺栓孔并采用2号销钉及2号螺栓相连接，底座、垫圈与导向套的回转轴线共线；复位弹簧放置于垫圈的中心通孔内，初始定位齿形模装入导向套的中心圆形内孔的下端，初始定位齿形模的底端面与复位弹簧的顶端相接触，装有滚珠的薄壁圆柱筒安装在导向套的中心圆形内孔壁与初始定位齿形模下端的用于导向的圆柱体之间，导向套的中心圆形内孔壁、初始定位齿形模下端的用于导向的圆柱体和薄壁圆柱筒上的滚珠的外侧、内侧同时相接触；被加工的精锻圆锥齿轮安装在初始定位齿形模上，被加工的精锻圆锥齿轮轮齿大端的部分圆柱体和薄壁圆柱筒上的滚珠里侧相接触，压圈安装在被加工的精锻圆锥齿轮的上面。

技术方案中所述的底座为圆盘形结构件,底座上沿圆周方向均匀地设置有用于安装1号销钉的1号销钉通孔及用于安装1号螺栓的1号螺栓通孔，1号销钉通孔及1号螺栓通孔的回转轴线与底座的回转轴线相平行，1号销钉通孔的数量设置为2个或2个以上，1号螺栓通孔的数量设置为3个或3个以上，1号销钉通孔与1号螺栓通孔相间布置，底座的外径大于垫圈的外径，在底座的外径与垫圈的外径之间的底座上，沿圆周方向均匀地设置有将其安装到工作台上的安装通孔。

技术方案中所述的垫圈为圆环形盘式结构件,垫圈的外径小于底座的外径，垫圈的内侧沿圆周方向均匀地设置有用于安装1号销钉的2号销钉通孔及用于安装1号螺栓的2号螺栓孔，2号销钉通孔及2号螺栓孔的回转轴线与垫圈的回转轴线相平行，2号销钉通孔的数量设置为2个或2个以上，2号螺栓孔的数量设置为3个或3个以上，2号销钉通孔与2号螺栓孔相间布置，垫圈上的2号销钉通孔及2号螺栓孔和底座上的1号销钉通孔及1号螺栓通孔相对正；垫圈上的2号销钉通孔及2号螺栓孔的外侧沿圆周方向均匀地设置有用于安装2号销钉的3号销钉孔及安装2号螺栓的3号螺栓孔，垫圈上的3号销钉通孔及3号螺栓孔和导向套上的4号销钉通孔及4号螺栓通孔相对正，垫圈的中心处设置有用来容纳复位弹簧的中心通孔，中心通孔的直径大于复位弹簧的外径。

技术方案中所述的导向套是圆环体形结构件，其中心处沿轴向设置有用于导向的中心圆形内孔，中心圆形内孔壁相对于中心圆形内孔的中心线的全跳动精度高于0.01毫米；导向套由上段的导向主体与下段的导向法兰盘组成，上段的导向主体的底端与下段的导向法兰盘的顶端连成一体，上段的导向主体的外直径小于下段的导向法兰盘的外直径，在导向法兰盘的外直径与导向主体的外直径之间的导向法兰盘上设置有用于安装2号销钉的4号销钉通孔及用于安装2号螺栓的4号螺栓通孔，4号销钉通孔及4号螺栓通孔沿导向法兰盘圆周方向均布，4号销钉通孔与4号螺栓通孔相间布置，4号销钉通孔数量设置为2个或2个以上，4号螺栓通孔数量设置为3个或3个以上，导向套上的4号销钉通孔及4号螺栓通孔和垫圈上的3号销钉通孔及3号螺栓孔相对正；导向套的中心圆形内孔面的硬度为HRc61～65；导向套的中心圆形内孔直径大于垫圈的中心通孔的直径。

技术方案中所述的导向套的中心圆形内孔直径D1为：

D1＝D2+2D3-2δ

或D1＝Dt+2D3-2δ

式中：D1为导向套的内径，单位为毫米；D2为初始定位齿形模下端的用于导向的圆柱体部分的直径,单位为毫米；D3为滚珠直径,单位为毫米；Dt为精锻圆锥齿轮的用于导向的轮齿大端部分圆柱体的直径,单位为毫米；δ为滚珠的弹性变形量，单位为毫米。

技术方案中所述的导向套总高度Hd应满足：

Hd>Hcj+H

式中：Hd为导向套的总高度；Hc为初始定位齿形模的总高度；Hj为精锻圆锥齿轮的总高度；Hcj为精锻圆锥齿轮放置到初始定位齿形模上后总体安装后的高度；H为精锻圆锥齿轮的每个轮齿大端的部分圆柱体的高度。

技术方案中所述的薄壁圆柱筒包括外圆柱筒与内圆柱筒，外圆柱筒与内圆柱筒套装在一起，两者之间为接触连接，内圆柱筒做成整体的圆柱筒，外圆柱筒沿圆周方向等分为三个或大于三个，外圆柱筒与内圆柱筒为等高度、等厚度的圆筒件，两者套装在一起后的单侧筒壁厚度小于弹性变形后的滚珠的直径，在薄壁圆柱筒的高度、母线方向均布有1+(Hb/b)的整数层与π(Dt+Dg)/a的整数列安装滚珠的结构相同的球形腔室，其中薄壁圆柱筒的高度为Hb，此圆柱体直径为Dt，滚珠的直径为Dg，在薄壁圆柱筒上的滚珠沿圆周方向和高度方向成行成列等距离布置，圆周方向称其为纵向，放置在薄壁圆柱筒上的滚珠的高度方向球心距离为b，滚珠的球心纵向即圆周方向弧长距离为a，相邻两层与两列的两球形腔室的距离相等，距离分别为b-Dg，a-Dg(弧长距离)；薄壁圆柱筒上的结构相同的球形腔室是由外圆柱筒上的外球形腔室与内圆柱筒上的内球形腔室合在一起而成，球形腔室的直径与滚珠的直径名义尺寸相等，两者之间为间隙配合；薄壁圆柱筒采用轴承钢制作，其硬度为HRc61～65。

技术方案中所述的初始定位齿形模的上端是与被加工的精锻圆锥齿轮的齿形相匹配的齿形部分，下端为具有导向作用的圆柱体部分，圆柱体部分的直径大于齿形部分的直径，圆柱体部分的高度大于等于3倍的滚珠直径加上2倍高度方向的2个相邻的滚珠的距离；圆柱体部分的直径等于导向套内径减去滚珠的直径再加上滚珠的弹性变形量；齿形部分的底端与圆柱体部分顶端上下连成一体。

技术方案中所述的压圈为圆环体形结构件，压圈底端面的形状与被加工的精锻圆锥齿轮的周边形状相匹配的环形曲面，压圈沿回转轴线中心处设置有用于伸入工具的中心通孔，中心通孔的回转轴线与压圈的回转轴线共线，压圈的上端固定到孔加工设备上或装夹加工刀具的夹具上。

与现有技术相比本发明的有益效果是：

1.采用本发明所述的一种精锻圆锥齿轮中心孔加工的定位装置进行圆锥齿轮中心孔的加工，可保证中心孔与齿面相对应的坐标轴的同轴度精度高于Φ0.01，如果模具加工精度高，可保证齿轮的噪音降低到最低限度；

2.采用本发明所述的一种精锻圆锥齿轮中心孔加工的定位装置进行圆锥齿轮中心孔加工，可降低由于中心孔偏差造成的噪音大而形成的废品，最终保证圆锥齿轮终机械加工的质量。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明：

图1为本发明所述的一种精锻圆锥齿轮中心孔加工的定位装置结构组成主视图上的全剖视图；

图2为图1中A处的精锻圆锥齿轮的定位位置的局部放大视图；

图3为图1中B处的精锻圆锥齿轮的初始定位位置的局部放大视图；

图4为和图1中A处相对应位置的被定位的精锻圆锥齿轮中心孔加工后被顶出位置(与被定位的精锻圆锥齿轮中心孔加工前的初始定位位置相同)的局部放大视图；

图5为采用本发明所述的一种精锻圆锥齿轮中心孔加工的定位装置所加工的具有导向部分圆柱体的精锻圆锥齿轮的轴测投影视图；

图6为本发明所述的一种精锻圆锥齿轮中心孔加工的定位装置中所采用的放置精锻圆锥齿轮的初始定位齿形模；

图7为本发明所述的一种精锻圆锥齿轮中心孔加工的定位装置中所采用的薄壁圆柱筒及滚珠；

图中：1.底座，2.垫圈，3.导向套，4.复位弹簧，5.滚珠，6.薄壁圆柱筒，7.精锻圆锥齿轮，8.初始定位齿形模，9.压圈，10.2号销钉，11.1号螺栓，12.2号螺栓，13.1号销钉。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作详细的描述：

本发明的目的是提供一种精锻圆锥齿轮中心孔加工的定位装置，其包括有底座1、垫圈2、导向套3、复位弹簧4、滚珠5、薄壁圆柱筒6、初始定位齿形模8、压圈9、2号销钉10、1号螺栓11、2号螺栓12和1号销钉13。

参阅图5，所述的精锻圆锥齿轮7每个轮齿大端是部分圆柱体，这些轮齿大端的部分圆柱体相同，它们的回转半径相等，这些轮齿大端的部分圆柱体的中心线共线，并和精锻圆锥齿轮7的回转中心线共线；所有的部分圆柱体的圆柱面在一个圆柱面上，轮廓度高于0.01毫米，并且圆柱面的轴线与轮齿的齿形对应的坐标轴具有高精度的同轴度，同轴度高于Φ0.01毫米；此外，圆柱面与滚珠5接触起到定位作用，圆柱面相对于中心线的全跳动精度高于0.01毫米，假设精锻圆锥齿轮7的齿数为n，每个轮齿大端的部分圆柱体的高度为H，沿圆周方向的最小长度(弧长)为L，此圆柱体直径为Dt，滚珠5的直径为Dg；在薄壁圆柱筒6内的滚珠5沿圆周方向和高度方向成行成列等距离布置，圆周方向称其为纵向，放置在薄壁圆柱筒6内的滚珠5的高度方向球心距离为b，滚珠5的球心纵向(圆周方向)弧长距离为a。a，b，H，L分别满足：

b≥1.3Dg (1)

a≥1.3(Dg+Dt)arcsin(Dg/(Dg+Dt)) (2)

H≥2.5b (3)

L≥2.5a (4)

进而在高度方向上用于定位的精锻圆锥齿轮7的部分圆柱体的圆柱面与3层或3层以上的装在薄壁圆柱筒6内的用于导向的滚珠5接触,纵向上用于定位的精锻圆锥齿轮7的部分圆柱体的圆柱面与3层或3层以上的装在薄壁圆筒6内的用于导向的滚珠5接触。

精锻圆锥齿轮7在孔加工过程中压在压圈9和初始定位齿形模8之间，在此位置复位弹簧4处于压缩状态，复位弹簧4产生的弹力可将精锻圆锥齿轮7夹在压圈9与初始定位齿形模8之间，在中心孔加工过程中与孔的加工设备之间相对静止，不发生任何转动。

精锻圆锥齿轮7可通过冷或热塑性成形获得，热塑形成形后要经过冷精整或表面涂有防氧化涂层的热精整，精整后保证最终齿轮的齿形面和齿轮上用于导向的大端部分圆柱体具有足够高的精度，圆柱面轮廓度高于0.01毫米，并保证用于导向的部分圆柱体的轴线与齿形面相对应坐标轴的同轴度，其同轴度经度高于Φ0.01毫米；精整模具是通过高精度的模具数控加工设备来加工，加工时通过导入三维造型软件内形成的齿轮三维造型数据加工，三维造型的齿形是严格按着渐开面的数学方程形成，从而保证齿轮上用于导向的外圆柱面的轴线与齿形面的相对应坐标轴的同轴度以及齿轮齿形面的高精度，齿形面的面轮廓度精度高于0.01毫米。

参阅图1，所述的底座1为圆盘形结构件,底座1上沿圆周方向均匀地设置有用于安装1号销钉13的1号销钉通孔及用于安装1号螺栓11的1号螺栓通孔，1号销钉通孔及1号螺栓通孔的回转轴线与底座1的回转轴线相平行，1号销钉通孔的数量设置为2个或2个以上，1号螺栓通孔的数量设置为3个或3个以上，1号销钉通孔与1号螺栓通孔相间布置，采用1号销钉13与1号螺栓11通过1号销钉通孔及1号螺栓通孔将垫圈2固定在底座1上；底座1的外径大于垫圈2的外径，在底座1的外径与垫圈2的外径之间的底座1上，沿圆周方向均匀地设置有将整个精锻圆锥齿轮中心孔加工的定位装置安装到孔加工设备的工作台上的安装通孔，安装通孔的数量设置为3个或3个以上，通过安装通孔并采用螺栓将此精锻圆锥齿轮中心孔加工的定位装置安装固定到孔加工设备上。

参阅图1，所述的垫圈2为圆环形结构件,垫圈2的外径小于底座1的外径，垫圈2的内侧沿圆周方向均匀地设置有用于安装在底座1上的2号销钉通孔及2号螺栓孔，2号销钉通孔用于安装1号销钉13，2号螺栓孔用于安装1号螺栓11，2号销钉通孔及2号螺栓孔的回转轴线与垫圈2的回转轴线相平行，2号销钉通孔的数量设置为2个或2个以上，2号螺栓孔的数量设置为3个或3个以上，2号销钉通孔与2号螺栓孔相间布置，垫圈2上的2号销钉通孔及2号螺栓孔和底座1上的1号销钉通孔及1号螺栓通孔相对正；垫圈2上的2号销钉通孔及2号螺栓孔的外侧沿圆周方向均匀地设置有用于连接导向套3的3号销钉通孔及3号螺栓孔，3号销钉通孔及3号螺栓孔的回转轴线与垫圈2的回转轴线相平行，垫圈2上的3号销钉通孔用于安装2号销钉10，垫圈2上的3号螺栓孔用于安装2号螺栓12，垫圈2上的3号销钉通孔及3号螺栓孔和导向套3上的4号销钉孔及4号螺栓通孔对正，垫圈2的中心处设置有用来容纳复位弹簧4的中心通孔，中心通孔的直径大于复位弹簧4的外径，以便复位弹簧4的复位和压缩时的灵活运动。

参阅图1，所述的导向套3是圆环体形结构件，其中心处沿轴向设置有用于导向的中心圆形内孔，中心圆形内孔壁相对于中心圆形内孔的中心线的全跳动精度高于0.01毫米；导向套3由上段的导向主体与下段的导向法兰盘组成，上段的导向主体的底端与下段的导向法兰盘的顶端连成一体，上段的导向主体的外直径小于下段的导向法兰盘的外直径，在导向法兰盘的外直径与导向主体的外直径之间的导向法兰盘上设置有用于安装在垫圈2上的4号销钉通孔及4号螺栓通孔，4号销钉通孔用于安装2号销钉10，4号螺栓通孔用于安装2号螺栓12，4号销钉通孔及4号螺栓通孔沿导向法兰盘的圆周方向均布，4号销钉通孔与4号螺栓通孔相间布置，4号销钉通孔数量为2个或2个以上，4号螺栓通孔数量为3个或3个以上，导向套3上的4号销钉通孔及4号螺栓通孔和垫圈2上的3号销钉通孔及3号螺栓孔相对正；导向套3采用轴承钢制作，导向套3的中心圆形内孔面的硬度为HRc61～65，使其具有足够的耐磨性；导向套3的中心圆形内孔直径大于垫圈2的圆柱形中心通孔的直径。

假设导向套3的总高度为Hd，初始定位齿形模8的总高度为Hc,精锻圆锥齿轮7的总高度为Hj，精锻圆锥齿轮7放置到初始定位齿形模8上后总体安装后的高度为Hcj,精锻圆锥齿轮7的每个轮齿大端的部分圆柱体的高度为H，导向套3的总高度Hd应满足：

Hd>Hcj+H (5)

以便满足精锻圆锥齿轮7以及初始定位齿形模8的运动空间要求；

导向套3的内孔壁和精锻圆锥齿轮7的用于导向的轮齿大端部分圆柱体以及初始定位齿形模8下端的用于导向的圆柱体部分将滚动运动的滚珠5夹持在中间。

参阅图1及图4，所述的复位弹簧4是采用弹簧钢丝缠绕的螺旋圆柱形弹簧，复位弹簧4的外径小于垫圈2中心通孔的内径，复位弹簧4的外径小于安装在薄壁圆柱筒6上的滚珠5之间的直径空间，使复位弹簧4能在薄壁圆柱筒6上的滚珠5之间空间内沿高度方向做压下和弹起的无任何阻力地灵活运动，在被加工的精锻圆锥齿轮7的中心孔加工后被压下的复位弹簧4能够产生足够的弹力，将被加工精锻圆锥齿轮7弹出；同时在精锻圆锥齿轮7在中心孔加工过程中能产生足够的弹力，使精锻圆锥齿轮7不发生任何转动；复位弹簧置于垫圈2的中心通孔内，复位弹簧4用于将被加工的精锻圆锥齿轮7从加工定位位置顶出到导向套3的上端，在被加工的精锻圆锥齿轮7的中心孔加工完成后便于精锻圆锥齿轮7从导向套3的上端取出；初始定位齿形模8位于最上端时，即处于初始定位位置时，复位弹簧4处于松弛状态；假设松弛状态的复位弹簧4处于松弛状态的长度为Lth，垫圈2的内孔高度为Hdk,精锻圆锥齿轮7的用于定位的部分圆柱体的高度为H,三者的关系应该满足：Lth>Hdk+H。

参阅图1，所述的滚珠5具有严格直径尺寸精度的可用于高精度轴承上的高精度滚珠，弹性变形后的滚珠直径是导向套3内孔与精锻圆锥齿轮7的部分圆柱体的间隙值，滚珠采用轴承钢，其硬度为HRc62～66,使其具有足够的强度及耐磨性。

设定导向套3的内径为D1，初始定位齿形模8下端的用于导向的圆柱体部分的直径为D2,滚珠5直径为D3,精锻圆锥齿轮7的用于导向的轮齿大端部分圆柱体的直径为D4,滚珠5的弹性变形量为δ，它们之间的关系为：

D1＝D2+2D3-2δ (6)

或D1＝Dt+2D3-2δ (7)

参阅图2、图3，在定位状态安装在薄壁圆柱筒6上的滚珠5内侧分别和被加工的精锻圆锥齿轮7的轮齿大端的具有定位作用的部分圆柱体以及初始定位齿形模8下端的具有导向作用的圆柱体接触；滚珠5的外侧与导向套3的中心圆形内孔壁接触；被加工的精锻圆锥齿轮7和初始定位齿形模8上下运动时，滚珠5在具有导向作用的精锻圆锥齿轮7的轮齿大端的部分圆柱体与初始定位齿形模8下端圆柱体的带动下滚动；滚珠5直径满足式(1)(2)(3)(4)，满足滚珠5安装到薄壁圆柱筒6内后沿导向方向即高度方向分别有3层及3层以上的滚珠5与被加工的精锻圆锥齿轮7的轮齿大端的部分圆柱体以及初始定位齿形模8下端的圆柱体部分接触，沿着圆周方向至少具有3层及3层以上的滚珠5与被加工的精锻圆锥齿轮7的轮齿大端的部分圆柱体以及初始定位模8下端的圆柱体部分接触。

参阅图1、图3与图7，所述的容纳滚珠5的薄壁圆柱筒6的厚度小于弹性变形后的滚珠5的直径；且保证弹性变形后的滚珠5直径大于薄壁圆柱筒6的厚度，假设薄壁圆柱筒6的壁厚为Ht，滚珠5的直径为Dg；Ht满足：

Ht≤0.8Dg (8)

以便容纳滚珠5的薄壁圆柱筒6与导向套3的内孔和被加工的精锻圆锥齿轮7大端的部分圆柱体或初始定位齿形模8的下端用于导向的圆柱之间保证有较小的间隙，且保证弹性变形后的滚珠5能从薄壁圆柱筒凸伸出来；薄壁圆柱筒6包括外圆柱筒与内圆柱筒，外圆柱筒与内圆柱筒套装在一起，两者之间为接触连接，内圆柱筒做成整体的圆柱筒，外圆柱筒沿圆周方向等分为三个或大于三个，外圆柱筒与内圆柱筒为等高度、等厚度的圆筒件，两者套装在一起后的厚度为Ht满足式(8)，在薄壁圆柱筒6的高度、圆周方向均布有1+(Hb/b)(Hb为薄壁圆柱筒6的高度)的整数层与π(Dt+Dg)/a的整数列安装滚珠5的结构相同的球形腔室，相邻两层与两列的两球形腔室的距离相等，距离为分别为b-Dg，a-Dg(弧长距离)；任一层与任一列上的球形腔室的水平回转轴线都与薄壁圆柱筒6的回转轴线垂直相交；薄壁圆柱筒6上的结构相同的球形腔室是由外圆柱筒上的外球形腔室与内圆柱筒上的内球形腔室合在一起而成，球形腔室的直径与滚珠5直径的名义尺寸相等，两者之间为间隙配合，最后将内圆柱筒、滚珠5与外圆柱筒组装在一起成薄壁圆柱筒6,由于薄壁圆柱筒6的厚度小于滚珠5直径，组成后的薄壁圆柱筒6上的滚珠5要从薄壁圆柱筒6上的球形腔室的两侧凸伸出来，以便和导向套3内孔壁与初始定位齿形模8下端的具有导向作用的圆柱体以及初始定位齿形模8的下端圆柱体接触。

薄壁圆柱筒6与滚珠5组装在一起后，容纳滚珠5的球形腔室按与滚珠5间隙配合制作(间隙较小)，容纳滚珠5的球形腔室能保证滚珠5在薄壁圆柱筒6上灵活转动，确保沿导向方向即高度方向分别有3层及3层以上的滚珠5与被加工的精锻圆锥齿轮7的轮齿大端的部分圆柱体以及初始定位齿形模8下端的圆柱体部分接触，沿着圆周方向具有3层及3层以上的滚珠5与被加工的精锻圆锥齿轮7的轮齿大端的部分圆柱体以及初始定位模8下端的圆柱体部分接触；薄壁圆柱筒6采用轴承钢制作，其硬度为HRc61～65，使其具有相应的强度及耐磨性。

参阅图1和图6，初始定位齿形模8用于被加工的精锻圆锥齿轮7的初始定位，以及将中心孔加工完成的精锻圆锥齿轮7顶出夹具外；初始定位齿形模8的上端是与被加工的精锻圆锥齿轮7的齿形相匹配的齿形部分，下端为圆柱体部分，圆柱体部分的直径大于齿形部分的直径，齿形部分的底端与圆柱体部分顶端上下连成一体，齿形部分与圆柱体部分的回转轴线共线。

参阅图1与图3，初始定位齿形模8的下端的圆柱体部分与导向套3的中心圆形内孔壁将安装在薄壁圆柱筒6上的滚珠5夹持在中间，通过滚珠5的滚动使初始定位齿形模8在导向套3的中心圆形内孔内上下运动，进而将被加工的精锻圆锥齿轮7导入到导向套3内的正确位置，使被加工的精锻圆锥齿轮7在初始定位位置和加工定位位置来回运动；假设初始定位齿形模8的用于导向的圆柱体的高度和直径做成与精锻圆锥齿轮7用于导向的部分圆柱体的相同，薄壁圆柱筒6的球形腔室内的滚珠5沿薄壁圆柱筒的高度方向和圆周方向满足式(1)(2)(3)(4)，以便在高度方向初始定位齿形模8下端的具有导向作用的圆柱体部分有3层及3层以上的滚珠5与之接触，沿圆周方向有3层及3层以上的滚珠5与之接触；所述的初始定位齿形模8下端为用于导向的圆柱体部分，圆柱体部分与滚珠5接触起导向作用；在加工时，此用于导向的圆柱体部分与定位的齿形位置采用数控机床一次装夹加工完成，保证圆柱体部分与齿形相应坐标轴的同轴度，同轴度高于Φ0.01毫米。

参阅图1，所述的压圈9为圆环体形件，压圈9是力的传递件，压圈9底端面与精锻圆锥齿轮7相接触的环形曲面采用齿轮的三维造型相应位置的曲面进行数控加工，以便其形状与被加工的精锻圆锥齿轮7的上端面形状相匹配，压圈9沿回转轴线的中心处设置有中心通孔，以便加工孔的刀具进入到加工位置进行被加工的精锻圆锥齿轮7的孔的加工，中心通孔的回转轴线与压圈9的回转轴线共线；孔加工设备通过压圈9将被加工的精锻圆锥齿轮7从初始定位位置压到加工定位位置，压圈9固定到孔加工设备上或装夹加工刀具的夹具上，孔加工设备是便于安装此夹具的通用设备或专用设备。

参阅图1，底座1与垫圈2通过1号销钉通孔、1号螺栓通孔及2号销钉通孔、2号螺栓孔并采用1号销钉13及1号螺栓11连接起来，垫圈2与导向套3通过3号销钉孔、3号螺栓孔及4号销钉孔、4号螺栓通孔并采用2号销钉10及2号螺栓12连接起来，底座1、垫圈2与导向套3的回转轴线共线；将连接起来的底座1、垫圈2、导向套3通过底座1上的安装通孔并采用螺栓固定到孔加工设备的工作台上，孔加工设备是通用的或者为精锻圆锥齿轮中心孔加工的定位装置专门设计制造的设备；上述安装完成后，可将千分表固定在孔加工设备上的刀具夹具上来检验导向套3用于导向的内孔面，保证内孔面的面跳动精度高于0.01毫米。

将复位弹簧4放置于垫圈2的中心通孔内，此时复位弹簧4处于松弛状态；复位弹簧4的外径小于垫圈2的中心通孔内径，同时小于安装在导向套3内的薄壁圆柱筒6上的滚珠5之间的直径空间，使其能在垫圈2的中心孔内以及滚珠5之间沿高度方向做压下和弹起的灵活运动。

初始定位齿形模8装入导向套3的中心圆形内孔的下端，初始定位齿形模8的底端面与已装入垫圈2内的复位弹簧4的顶端接触，装有滚珠5的薄壁圆柱筒6安装在导向套3的中心圆形内孔壁与初始定位齿形模8下端的用于导向的圆柱体之间，导向套3的中心圆形内孔壁、初始定位齿形模8下端的用于导向的圆柱体外侧同时和薄壁圆柱筒6上的滚珠5接触，当初始定位齿形模8上下移动时，初始定位齿形模8下端的用于导向的圆柱体部分带动滚珠5的滚动，对初始定位齿形模8起导向作用；被加工的精锻圆锥齿轮7放置在初始定位齿形模8上，被加工的精锻圆锥齿轮7轮齿大端的部分圆柱面和薄壁圆柱筒6上的滚珠5里侧相接触，当初始定位齿形模8上下移动时，被加工的精锻圆锥齿轮7的用于导向的部分圆柱体带动滚珠5的滚动，对被加工的精锻圆锥齿轮7起导向作用。

参阅图1，将初始定位齿形模8通过安装在薄壁圆柱筒6内的滚珠5的滚动压入到导向套3的内孔中，使之处于初始定位状态；处于初始定位状态的初始定位齿形模8的上端的齿形部分的圆周方向位置，使放置于其上的精锻圆锥齿轮7的用于定位的部分圆柱体与滚珠5接触；参阅图3，安装容纳滚珠5的薄壁圆柱筒6和初始定位齿形模8时，滚珠5是压在初始定位齿形模8的下端用于导向的圆柱体和导向套3的内孔之间；安装放置齿轮的初始定位齿形模8时，容纳滚珠5的薄壁圆柱筒6在导向套3内的移动距离与放置齿轮的初始定位齿形模8在容纳滚珠5的薄壁圆柱筒6内的移动距离相等；将初始定位齿形模压入到初始定位位置之前时，假设容纳滚珠5的薄壁圆柱筒6的最下端与垫圈2的最上端之间距离为Hk1，齿轮从预定位位置到定位位置的距离为Hk2，Hk1>Hk2；假设薄壁圆柱筒6的高度为Hb，导向套3的高度Hd，Hk1存在如下关系：Hd>Hb+Hk1；精锻圆锥齿轮7放置到初始定位齿形模8上后的总体安装高度为Hcj，精锻圆锥齿轮7用于导向的部分圆柱体的高度H，HcJ和Hb的关系为：Hb≥Hcj+H，将齿形定位齿形模8下端的具有导向作用的圆柱体部分的高度和直径制作成与精锻圆锥齿轮7用于导向的圆柱体相同，其满足式(1)(2)(3)(4),以便在高度方向初始定位齿形模8下端的具有导向作用的圆柱体部分在高度方向有3层及3层以上的滚珠5与之接触，沿圆周方向有3层及3层以上的滚珠与之接触。

参阅图3，图中所示是定位位置的薄壁圆柱筒6、滚珠5、导向套内孔、初始定位齿形模8下端圆柱体之间的关系，初始定位齿形模8下端圆柱体与其余几个零件的关系与精锻圆锥齿轮7的大端具有定位作用的圆柱体与其余几个零件的关系相类同，精锻圆锥齿轮7的大端具有定位作用部分圆柱体和导向套3的内圆柱面将滚珠5压在中间，进而保证高精度的定位，滚珠的弹性变形量为0.01～0.03毫米。

参阅图1，在精锻圆锥齿轮7的孔加工过程中，在复位弹簧4的弹力作用下精锻圆锥齿轮7被压圈9和初始定位齿形模8压在中间，足够的复位弹簧4的弹力保证被加工的精锻圆锥齿轮7保持静止，不发生任何转动。

所述的精锻圆锥齿轮中心孔加工的定位装置工作原理如下：

1.参阅图4，将大端具有定位的部分圆柱体的精锻圆锥齿轮7(图5放置的齿轮需倒置)放置到初始定位齿形模8上，以便被加工的精锻圆锥齿轮7能够顺利的进入到装夹定位中；

2.参阅图1，将放在初始定位齿形模8上的被加工的精锻圆锥齿轮7通过压圈9从附图4的预定位位置压入到附图2的加工定位位置，使复位弹簧4处于预紧状态，被加工的精锻圆锥齿轮7的压入过程是通过精锻圆锥齿轮7的具有导向作用的部分圆柱体带动薄壁圆柱筒6上的滚珠5的滚动实现的；压圈9可以固定到便于安装本发明所述的精锻圆锥齿轮中心孔加工的定位装置的通用机床或者是专门设计制造的专用机床的夹具上；导向套3的内径与精锻圆锥齿轮7的大端用于定位的部分圆柱体之间具有间隙，此间隙值与滚珠直径Dg之间具有过盈量，过盈量的大小为滚珠的弹性变形量；被加工的精锻圆锥齿轮7处于定位位置时，薄壁圆柱筒6的最下端与垫圈1的最下端之间留有间距Hk2-Hk1。

3.压圈9将精锻圆锥齿轮7压到定位位置，同时加工孔的刀具通过压圈9的中心孔运动到加工位置，开始加工精锻圆锥齿轮7的中心孔；加工孔时，被加工的精锻圆锥齿轮7保持静止，不发生任何转动。

4.参阅图4，被加工的精锻圆锥齿轮7的孔加工完成后，压圈9随孔加工刀具一起退回，同时复位弹簧4通过放置被加工的精锻圆锥齿轮7的初始定位齿形模8将被加工的精锻圆锥齿轮7顶出到预定位位置，顶出被加工的精锻圆锥齿轮7后的容纳滚珠5的薄壁圆柱筒6及滚珠5保持在导向套3内上端，同时复位弹簧4回复到松弛状态。

Claims (9)

1.一种精锻圆锥齿轮中心孔加工的定位装置，其特征在于，所述的一种精锻圆锥齿轮中心孔加工的定位装置包括有底座(1)、垫圈(2)、导向套(3)、复位弹簧(4)、滚珠(5)、薄壁圆柱筒(6)、初始定位齿形模(8)与压圈(9)；

所述的底座(1)安装在孔加工设备的工作台上，垫圈(2)安装在底座(1)的中心处，通过其上的1号销钉通孔、1号螺栓通孔及垫圈上的2号销钉通孔、2号螺栓孔并采用1号销钉(13)及1号螺栓(11)相连接，导向套(3)安装在垫圈(2)的上面，通过导向套(3)上的4号销钉通孔、4号螺栓通孔及垫圈(2)上的3号销钉通孔、3号螺栓孔并采用2号销钉(10)及2号螺栓(12)相连接，底座(1)、垫圈(2)与导向套(3)的回转轴线共线；复位弹簧(4)放置于垫圈(2)的中心通孔内，初始定位齿形模(8)装入导向套(3)的中心圆形内孔的下端，初始定位齿形模(8)的底端面与复位弹簧(4)的顶端相接触，装有滚珠(5)的薄壁圆柱筒(6)安装在导向套(3)的中心圆形内孔壁与初始定位齿形模(8)下端的用于导向的圆柱体之间，导向套(3)的中心圆形内孔壁、初始定位齿形模(8)下端的用于导向的圆柱体和薄壁圆柱筒(6)上的滚珠(5)的外侧、内侧同时相接触；被加工的精锻圆锥齿轮(7)安装在初始定位齿形模(8)上，被加工的精锻圆锥齿轮(7)轮齿大端的部分圆柱体和薄壁圆柱筒(6)上的滚珠(5)里侧相接触，压圈(9)安装在被加工的精锻圆锥齿轮(7)的上面。

2.按照权利要求1所述的一种精锻圆锥齿轮中心孔加工的定位装置，其特征在于，所述的底座(1)为圆盘形结构件,底座(1)上沿圆周方向均匀地设置有用于安装1号销钉(13)的1号销钉通孔及用于安装1号螺栓(11)的1号螺栓通孔，1号销钉通孔及1号螺栓通孔的回转轴线与底座(1)的回转轴线相平行，1号销钉通孔的数量设置为2个或2个以上，1号螺栓通孔的数量设置为3个或3个以上，1号销钉通孔与1号螺栓通孔相间布置，底座(1)的外径大于垫圈(2)的外径，在底座(1)的外径与垫圈(2)的外径之间的底座(1)上，沿圆周方向均匀地设置有将其安装到工作台上的安装通孔。

3.按照权利要求1所述的一种精锻圆锥齿轮中心孔加工的定位装置，其特征在于，所述的垫圈(2)为圆环形盘式结构件,垫圈(2)的外径小于底座(1)的外径，垫圈(2)的内侧沿圆周方向均匀地设置有用于安装1号销钉(13)的2号销钉通孔及用于安装1号螺栓(11)的2号螺栓孔，2号销钉通孔及2号螺栓孔的回转轴线与垫圈(2)的回转轴线相平行，2号销钉通孔的数量设置为2个或2个以上，2号螺栓孔的数量设置为3个或3个以上，2号销钉通孔与2号螺栓孔相间布置，垫圈(2)上的2号销钉通孔及2号螺栓孔和底座(1)上的1号销钉通孔及1号螺栓通孔相对正；垫圈(2)上的2号销钉通孔及2号螺栓孔的外侧沿圆周方向均匀地设置有用于安装2号销钉(10)的3号销钉孔及安装2号螺栓(12)的3号螺栓孔，垫圈(2)上的3号销钉通孔及3号螺栓孔和导向套(3)上的4号销钉通孔及4号螺栓通孔相对正，垫圈(2)的中心处设置有用来容纳复位弹簧(4)的中心通孔，中心通孔的直径大于复位弹簧(4)的外径。

4.按照权利要求1所述的一种精锻圆锥齿轮中心孔加工的定位装置，其特征在于，所述的导向套(3)是圆环体形结构件，其中心处沿轴向设置有用于导向的中心圆形内孔，中心圆形内孔壁相对于中心圆形内孔的中心线的全跳动精度高于0.01毫米；导向套(3)由上段的导向主体与下段的导向法兰盘组成，上段的导向主体的底端与下段的导向法兰盘的顶端连成一体，上段的导向主体的外直径小于下段的导向法兰盘的外直径，在导向法兰盘的外直径与导向主体的外直径之间的导向法兰盘上设置有用于安装2号销钉(10)的4号销钉通孔及用于安装2号螺栓(12)的4号螺栓通孔，4号销钉通孔及4号螺栓通孔沿导向法兰盘圆周方向均布，4号销钉通孔与4号螺栓通孔相间布置，4号销钉通孔数量设置为2个或2个以上，4号螺栓通孔数量设置为3个或3个以上，导向套(3)上的4号销钉通孔及4号螺栓通孔和垫圈(2)上的3号销钉通孔及3号螺栓孔相对正；导向套(3)的中心圆形内孔面的硬度为HRc61～65；导向套(3)的中心圆形内孔直径大于垫圈(2)的中心通孔的直径。

5.按照权利要求4所述的一种精锻圆锥齿轮中心孔加工的定位装置，其特征在于，所述的导向套(3)的中心圆形内孔直径D1为：

D1＝D2+2D3-2δ

或D1＝Dt+2D3-2δ

式中：D1为导向套(3)的内径，单位为毫米；D2为初始定位齿形模(8)下端的用于导向的圆柱体部分的直径,单位为毫米；D3为滚珠(5)直径,单位为毫米；Dt为精锻圆锥齿轮(7)的用于导向的轮齿大端部分圆柱体的直径,单位为毫米；δ为滚珠(5)的弹性变形量，单位为毫米。

6.按照权利要求1所述的一种精锻圆锥齿轮中心孔加工的定位装置，其特征在于，所述的导向套(3)总高度Hd应满足：

Hd>Hcj+H

式中：Hd为导向套(3)的总高度；Hc为初始定位齿形模(8)的总高度；Hj为精锻圆锥齿轮(7)的总高度；Hcj为精锻圆锥齿轮(7)放置到初始定位齿形模(8)后总体安装后的高度；H为精锻圆锥齿轮(7)的每个轮齿大端的部分圆柱体的高度。

7.按照权利要求1所述的一种精锻圆锥齿轮中心孔加工的定位装置，其特征在于，所述的薄壁圆柱筒(6)包括外圆柱筒与内圆柱筒，外圆柱筒与内圆柱筒套装在一起，两者之间为接触连接，内圆柱筒做成整体的圆柱筒，外圆柱筒沿圆周方向等分为三个或大于三个，外圆柱筒与内圆柱筒为等高度、等厚度的圆筒件，两者套装在一起后的单侧筒壁厚度小于弹性变形后的滚珠(5)的直径，在薄壁圆柱筒(6)的高度、母线方向均布有1+(Hb/b)的整数层与π(Dt+Dg)/a的整数列安装滚珠(5)的结构相同的球形腔室，其中薄壁圆柱筒(6)的高度为Hb，此圆柱体直径为Dt，滚珠(5)的直径为Dg，在薄壁圆柱筒(6)上的滚珠(5)沿圆周方向和高度方向成行成列等距离布置，圆周方向称其为纵向，放置在薄壁圆柱筒(6)上的滚珠(5)的高度方向球心距离为b，滚珠(5)的球心纵向即圆周方向弧长距离为a，相邻两层与两列的两球形腔室的距离相等，距离分别为b-Dg,a-Dg(弧长距离)；薄壁圆柱筒(6)上的结构相同的球形腔室是由外圆柱筒上的外球形腔室与内圆柱筒上的内球形腔室合在一起而成，球形腔室的直径与滚珠(5)的直径相等，两者之间为间隙配合；薄壁圆柱筒(6)采用轴承钢制作，其硬度为HRc61～65。

8.按照权利要求1所述的一种精锻圆锥齿轮中心孔加工的定位装置，其特征在于，所述的初始定位齿形模(8)的上端是与被加工的精锻圆锥齿轮(7)的齿形相匹配的齿形部分，下端为具有导向作用的圆柱体部分，圆柱体部分的直径大于齿形部分的直径，圆柱体部分的高度大于等于3倍的滚珠(5)直径加上2倍高度方向的2个相邻的滚珠(5)的距离；圆柱体部分的直径等于导向套(3)内径减去滚珠(5)的直径再加上滚珠(5)的弹性变形量；齿形部分的底端与圆柱体部分顶端上下连成一体。

9.按照权利要求1所述的一种精锻圆锥齿轮中心孔加工的定位装置，其特征在于，所述的压圈(9)为圆环体形结构件，压圈(9)底端面的形状与被加工的精锻圆锥齿轮(7)的周边形状相匹配的环形曲面，压圈(9)中间设置有用于伸入工具的中心通孔，中心通孔的回转轴线与压圈(9)的回转轴线共线，压圈(9)的上端固定到孔加工设备上或装夹加工刀具的夹具上。

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