CN111230550A - 汽车转向器齿条活塞铣齿加工用夹具及加工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了汽车转向器齿条活塞铣齿加工用夹具及加工方法，它包括夹具底座，所述夹具底座上固定安装有L型固定圆弧钳口，所述夹具底座上滑动配合有油缸座，所述油缸座的内侧壁上安装有活动圆弧钳口，所述油缸座和夹具底座之间安装有用于驱动其滑动的动力机构；所述夹具底座上并沿着待加工工件的轴线方向设置有用于对其轴向进行限位的轴向定位机构。能够适应多种规格的端面有定位销孔的汽车转向器齿条活塞的高速干切铣齿加工，并且能与齿条铣齿机上的自动上下料结构配套使用，同时更换工件后能够迅速将夹具调整到加工位置而无需进行试切调整。

Description

汽车转向器齿条活塞铣齿加工用夹具及加工方法
技术领域
本发明属于齿条铣齿机上铣齿加工用夹具领域，特别是涉及汽车转向器齿条活塞铣齿加工用夹具及加工方法。
背景技术
在现有的汽车转向器齿条活塞铣齿加工（铣平面、侧面、铣齿、倒角、修缘共5工位）领域中，从工件定位类型上可以分为2类：一类是工件侧面（径向）有定位扁，另一类是工件端面（轴向）上有定位销孔。对于侧面有定位扁的齿条活塞，其铣齿夹具设计相对比较简单，精度也容易保证，而对于端面由定位销定位的齿条活塞，夹具设计复杂，销孔定位精度难以保证且必须防转以免打刀。另外，因为铣齿机加工效率较高的原因，客户倾向于单独购买一台铣齿机，若采用机器人上下料的方式所需要的成本更高，客户更倾向于简易的料仓配合送料机构的形式。因此针对不同类型的工件，必须设计合适的夹具，而对于自动上下料结构的机床，对夹具的设计要求更高。
专利“汽车转向器齿条铣齿夹具ZL 201520278781.0”中设计的汽车转向器齿条活塞铣齿加工用夹具，为针对某一种侧面有定位扁的汽车转向器活塞设计的夹具，但是更换零件则不适用，并且不能应用于带自动上下料结构的齿条铣齿机。专利“一种适合多品种汽车转向器齿条活塞铣齿加工用夹具ZL 201621292664.0”中设计的夹具也为侧面有定位扁的汽车转向器齿条活塞铣齿加工用自动上下料夹具，但是不适合端面上有定位销孔的工件。
为提高加工效率和加工精度，汽车转向器齿条活塞的铣齿加工正逐渐转变为高速干式切削，在切削速度提高3倍以上的情况下对夹具的刚性要求更高。因此，如何在保证齿条铣齿加工较高的加工精度的前提下，设计出一套能够满足特定送料机构的铣齿夹具，成为阻碍汽车转向器齿条活塞铣齿加工用夹具设计的难点。
发明内容
为解决以上技术问题，本发明提供汽车转向器齿条活塞铣齿加工用夹具，使其能够适应多种规格的端面有定位销孔的汽车转向器齿条活塞的高速干切铣齿加工，并且能与齿条铣齿机上的自动上下料结构配套使用，同时更换工件后能够迅速将夹具调整到加工位置而无需进行试切调整。
为了实现上述的技术特征，本发明的目的是这样实现的：汽车转向器齿条活塞铣齿加工用夹具，其特征在于：它包括夹具底座，所述夹具底座上固定安装有L型固定圆弧钳口，所述夹具底座上滑动配合有油缸座，所述油缸座的内侧壁上安装有活动圆弧钳口，所述油缸座和夹具底座之间安装有用于驱动其滑动的动力机构；所述夹具底座上并沿着待加工工件的轴线方向设置有用于对其轴向进行限位的轴向定位机构。
所述L型固定圆弧钳口的下侧为整段的下侧圆弧结构，所述下侧圆弧结构长度比上侧两段圆弧的间距大30mm，以便送料机构先将工件放在距离加工位置往一侧偏移25mm的位置以避开圆弧的干涉；在取料时先夹紧工件移动至放料位置后，取料机构上的举升气缸再动作将工件取出。
所述L型固定圆弧钳口的下侧圆弧和侧面圆弧之间设置有用于容纳铁屑的腰型槽。
所述动力机构包括固定在夹具底座上的活塞杆，所述活塞杆的一端通过锁紧块固定在夹具底座上，所述活塞杆的另一端设置有活塞体，所述活塞体与设置在油缸座内部的活塞腔相配合，所述活塞腔通过腔体端盖进行密封，所述腔体端盖的中心部位加工有进油孔。
所述油缸座与夹具底座之间通过导向平键保证其运动的直线性，所述油缸座的两侧安装有压板，所述压板与油缸座之间通过导向平键构成滑动配合，并作用在油缸座上保证其受力时不会上下翘。
所述轴向定位机构包括固定在夹具底座上的轴向油缸固定座，所述轴向油缸固定座的尾部固定安装有轴向定位气缸，所述轴向定位气缸的活塞杆末端固定安装有轴向定位销，所述轴向定位销与待加工工件的销孔相配合；所述夹具底座上并与轴向定位气缸相对侧的位置固定有轴向定位块。
所述油缸座的内部安装有液压支撑缸，所述液压支撑缸的前端安装有带气密性检测的传感器衬垫，并能与工件外表面相接触配合，以检测夹具上是否有工件，同时防止工件转动。
所述夹具底座上安装有过气块，所述过气块上安装有多路吹气管路，并与腰型槽相连通，以对其进行清洁。
所述轴向定位机构的轴向油缸固定座下端有调整垫可调整轴向定位销的中心高，侧面也有限位的调整垫，可控制轴向定位销左右的位置保证轴向定位销与工件上的销孔同轴；
所述轴向定位块与夹具底座之间既有键定位，又有螺钉紧固，定位精度可靠；当需要调整工件轴向位置时，通过调整刀杆上刀垫的位置来进行调整或者改变轴向定位块的调整量来调整。
所述汽车转向器齿条活塞铣齿加工用夹具对齿条活塞进行装夹的方法，其特征在于它包括以下步骤：
步骤1：通过自动送料机构将工件放置到L型固定圆弧钳口的中心位置，并往轴向定位气缸的方向偏移23-27mm；
步骤2：启动轴向定位气缸，通过轴向定位气缸动作推动轴向定位销，并在导向块作用下，使得轴向定位销推入到工件的销孔中，带动工件移动至与轴向定位块贴合；
步骤3：待工件轴向定位完成之后，轴向定位气缸发出信号，油缸座的活塞腔左侧进油，使得油缸座整体向左移动，使得活动圆弧钳口与L型固定圆弧钳口相配合，将工件夹紧；
步骤4：油缸座动作延时一段时间，液压支撑缸动作与工件接触，接触之后，传感器衬垫上的气孔被堵，气密性检测开关发出讯号表示一切正常，铣齿机开始动作进行铣齿加工；
步骤5：在加工过程中较多数铁屑均掉入L型固定圆弧钳口下侧的腰型槽中，过气块间隔性开闭将铁屑吹走，避免堆积；
步骤6：待工件加工完成之后，通过自动下料装置的卡爪将工件从加工工位先移动至放料工位后再上升以避开L型固定圆弧钳口。
本发明有如下有益效果：
1、上述夹具能够实现工件的装卡。工件由L型固定圆弧钳口和活动圆弧钳口上共六段圆弧作用对工件夹紧，六段圆弧与工件的接触面积大于50%，夹紧可靠却不夹伤工件。
2、轴向定位销可上下左右调整，调整后有零件对其进行定位，能够保证工件的相位要求，定位精度可靠。
3、L型圆弧钳口的设计，比上下两段圆弧结构的刚性好。
4、液压支撑缸具有防转的作用，且在工作状态下对工件不受力，能够保证工件不发生旋转从而避免造成对昂贵的干切铣刀的损害。
5、与自动上下料结构的配合，能够实现干切，加工之前送料机构将工件放入加工位置一侧偏移25mm以避开L型固定圆弧钳口的干涉，然后轴向定位气缸推动轴向定位销对工件进行轴向定位和夹紧；取料时卡爪将工件从加工工位先移动至放料工位后再上升以避开L型固定圆弧钳口。
6、过气块上具有3输入和12输出，可接出多路吹气管路对夹具上定位面进行清洁。
7、所述的L型固定圆弧钳口、活动圆弧钳口、导向块、轴向定位销的配合使用可进行工件换型。
8、L型固定圆弧钳口的设计，当工件尺寸发生变化时，其中心高必须保持一致才可实现工件的换型；活动圆弧钳口的上下位置由两键槽保证其中心高与工件一致；更换导向块、轴向定位销可实现对不同尺寸的此类端面具有定位销孔的工件的换型。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1为本发明主剖视图。
图2为本发明图1中A-A剖视图。
图3为本发明俯视图。
图4为本发明第一视角三维图。
图5为本发明第二视角三维图。
图中：夹具底座1、L型固定圆弧钳口2、工件3、活动圆弧钳口4、液压支撑缸5、活塞杆6、油缸座7、过气块8、轴向定位块9、导向块10、轴向定位气缸11、轴向定位销18、锁紧块13、活塞腔14、活塞体15、腔体端盖16、压板17、轴向定位销18。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施方式做进一步的说明。
实施例1：
参见图1-5，汽车转向器齿条活塞铣齿加工用夹具，它包括夹具底座1，所述夹具底座1上固定安装有L型固定圆弧钳口2，所述夹具底座1上滑动配合有油缸座7，所述油缸座7的内侧壁上安装有活动圆弧钳口4，所述油缸座7和夹具底座1之间安装有用于驱动其滑动的动力机构；所述夹具底座1上并沿着待加工工件的轴线方向设置有用于对其轴向进行限位的轴向定位机构。通过采用上述结构的夹具能够用于端面销定位汽车转向器齿条活塞铣齿加工。具体加工过程中，通过动力机构驱动油缸座7，进而通过油缸座7上的活动圆弧钳口4与L型固定圆弧钳口2对工件进行径向夹紧固定，并通过轴向定位机构对其进行轴向夹紧定位。
进一步的，所述L型固定圆弧钳口2的下侧为整段的下侧圆弧结构，所述下侧圆弧结构长度比上侧两段圆弧的间距大30mm，以便送料机构先将工件放在距离加工位置往一侧偏移25mm的位置以避开圆弧的干涉；在取料时先夹紧工件移动至放料位置后，取料机构上的举升气缸再动作将工件取出。通过上述结构既能对工件进行径向定位和后续的夹紧，又能利用工件的自重防止工件放入时旋转。
进一步的，所述L型固定圆弧钳口2的下侧圆弧和侧面圆弧之间设置有用于容纳铁屑的腰型槽12。加工过程中，铁屑将进入到腰型槽12中进行收集。
进一步的，所述动力机构包括固定在夹具底座1上的活塞杆6，所述活塞杆6的一端通过锁紧块13固定在夹具底座1上，所述活塞杆6的另一端设置有活塞体15，所述活塞体15与设置在油缸座7内部的活塞腔14相配合，所述活塞腔14通过腔体端盖16进行密封，所述腔体端盖16的中心部位加工有进油孔。通过上述的动力机构能够用于驱动油缸座7进而提供工件的径向夹紧力，具体工作过程中，通过向活塞腔14内部注入液压油，进而通过其与活塞体15之间的配合，带动油缸座7沿着活塞杆6移动，进而驱动活动圆弧钳口4实现夹紧动作。
进一步的，所述油缸座7与夹具底座1之间通过导向平键保证其运动的直线性，所述油缸座7的两侧安装有压板17，所述压板17与油缸座7之间通过导向平键构成滑动配合，并作用在油缸座7上保证其受力时不会上下翘。进而保证了其结构刚度。
进一步的，所述轴向定位机构包括固定在夹具底座1上的轴向油缸固定座10，所述轴向油缸固定座10的尾部固定安装有轴向定位气缸11，所述轴向定位气缸11的活塞杆末端固定安装有轴向定位销18，所述轴向定位销18与导向块构成滑动配合；所述夹具底座1上并与轴向定位气缸11相对侧的位置固定有轴向定位块9；所述轴向定位销18与待加工工件3的销孔相配合。通过上述的轴向定位机构能够实现工件3的轴向定位和固定。工作过程中，通过轴向定位气缸11驱动轴向定位销18，通过轴向定位销18与工件3的销孔进行销轴定位配合。
进一步的，所述油缸座7的内部安装有液压支撑缸5，所述液压支撑缸5的前端安装有带气密性检测的传感器衬垫，并能与工件外表面相接触配合，以检测夹具上是否有工件，同时防止工件转动。同时上述的装置能够避免造成刀具损失。
进一步的，所述夹具底座1上安装有过气块8，所述过气块8上安装有多路吹气管路，并与腰型槽12相连通，以对其进行清洁。在加工过程中较多数铁屑均掉入L型固定圆弧钳口下侧的腰型腰型槽12中，过气块间隔性开闭将铁屑吹走，避免堆积。
进一步的，所述轴向定位机构的轴向油缸固定座10下端有调整垫可调整轴向定位销18的中心高，侧面也有限位的调整垫，可控制轴向定位销18左右的位置保证轴向定位销18与工件上的销孔同轴。
进一步的，所述导向块与轴向定位销18采用间隙配合；进一步的，所述轴向定位块9与夹具底座1之间既有键定位，又有螺钉紧固，定位精度可靠；当需要调整工件轴向位置时，通过调整刀杆上刀垫的位置来进行调整或者改变轴向定位块9的调整量来调整。
进一步的，所述过气块8可接出12根外径6mm的钢管，可连接到夹具上不同的位置对夹具进行清洁。
本发明已经成功运用于山东某汽车转向器齿条活塞加工行业，切削线速度200m/min，齿面粗糙度度1.6um，铣齿加工时间0.16min，各项尺寸精度cpk≥1.67。
实施例2：
所述汽车转向器齿条活塞铣齿加工用夹具对齿条活塞进行装夹的方法，其特征在于它包括以下步骤：
步骤1：通过自动送料机构将工件3放置到L型固定圆弧钳口2的中心位置，并往轴向定位气缸11的方向偏移23-27mm；
步骤2：启动轴向定位气缸11，通过轴向定位气缸11动作推动轴向定位销18，并在导向块10作用下，使得轴向定位销18推入到工件3的销孔中，带动工件3移动至与轴向定位块9贴合；
步骤3：待工件3轴向定位完成之后，轴向定位气缸11发出信号，油缸座7的活塞腔14左侧进油，使得油缸座7整体向左移动，使得活动圆弧钳口4与L型固定圆弧钳口2相配合，将工件3夹紧；
步骤4：油缸座7动作延时一段时间，液压支撑缸5动作与工件3接触，接触之后，传感器衬垫上的气孔被堵，气密性检测开关发出讯号表示一切正常，铣齿机开始动作进行铣齿加工；
步骤5：在加工过程中较多数铁屑均掉入L型固定圆弧钳口2下侧的腰型槽12中，过气块8间隔性开闭将铁屑吹走，避免堆积；
步骤6：待工件3加工完成之后，通过自动下料装置的卡爪将工件从加工工位先移动至放料工位后再上升以避开L型固定圆弧钳口2。

Claims (10)

1.汽车转向器齿条活塞铣齿加工用夹具，其特征在于：它包括夹具底座（1），所述夹具底座（1）上固定安装有L型固定圆弧钳口（2），所述夹具底座（1）上滑动配合有油缸座（7），所述油缸座（7）的内侧壁上安装有活动圆弧钳口（4），所述油缸座（7）和夹具底座（1）之间安装有用于驱动其滑动的动力机构；所述夹具底座（1）上并沿着待加工工件的轴线方向设置有用于对其轴向进行限位的轴向定位机构。
2.根据权利要求1所述汽车转向器齿条活塞铣齿加工用夹具，其特征在于：所述L型固定圆弧钳口（2）的下侧为整段的下侧圆弧结构，所述下侧圆弧结构长度比上侧两段圆弧的间距大30mm，以便送料机构先将工件放在距离加工位置往一侧偏移25mm的位置以避开圆弧的干涉；在取料时先夹紧工件移动至放料位置后，取料机构上的举升气缸再动作将工件取出。
3.根据权利要求1所述汽车转向器齿条活塞铣齿加工用夹具，其特征在于：所述L型固定圆弧钳口（2）的下侧圆弧和侧面圆弧之间设置有用于容纳铁屑的腰型槽（12）。
4.根据权利要求1所述汽车转向器齿条活塞铣齿加工用夹具，其特征在于：所述动力机构包括固定在夹具底座（1）上的活塞杆（6），所述活塞杆（6）的一端通过锁紧块（13）固定在夹具底座（1）上，所述活塞杆（6）的另一端设置有活塞体（15），所述活塞体（15）与设置在油缸座（7）内部的活塞腔（14）相配合，所述活塞腔（14）通过腔体端盖（16）进行密封，所述腔体端盖（16）的中心部位加工有进油孔。
5.根据权利要求1或4所述汽车转向器齿条活塞铣齿加工用夹具，其特征在于：所述油缸座（7）与夹具底座（1）之间通过导向平键保证其运动的直线性，所述油缸座（7）的两侧安装有压板（17），所述压板（17）与油缸座（7）之间通过导向平键构成滑动配合，并作用在油缸座（7）上保证其受力时不会上下翘。
6.根据权利要求1所述汽车转向器齿条活塞铣齿加工用夹具，其特征在于：所述轴向定位机构包括固定在夹具底座（1）上的轴向油缸固定座（10），所述轴向油缸固定座（10）的尾部固定安装有轴向定位气缸（11），所述轴向定位气缸（11）的活塞杆末端固定安装有轴向定位销（18），所述轴向定位销（18）与待加工工件（3）的销孔相配合；所述夹具底座（1）上并与轴向定位气缸（11）相对侧的位置固定有轴向定位块（9）。
7.根据权利要求1所述汽车转向器齿条活塞铣齿加工用夹具，其特征在于：所述油缸座（7）的内部安装有液压支撑缸（5），所述液压支撑缸（5）的前端安装有带气密性检测的传感器衬垫，并能与工件外表面相接触配合，以检测夹具上是否有工件，同时防止工件转动。
8.根据权利要求1所述汽车转向器齿条活塞铣齿加工用夹具，其特征在于：所述夹具底座（1）上安装有过气块（8），所述过气块（8）上安装有多路吹气管路，并与腰型槽（12）相连通，以对其进行清洁。
9.根据权利要求6所述汽车转向器齿条活塞铣齿加工用夹具，其特征在于：所述轴向定位机构的轴向油缸固定座（10）下端有调整垫可调整轴向定位销（18）的中心高，侧面也有限位的调整垫，可控制轴向定位销（18）左右的位置保证轴向定位销（18）与工件上的销孔同轴；
所述轴向定位块（9）与夹具底座（1）之间既有键定位，又有螺钉紧固，定位精度可靠；当需要调整工件轴向位置时，通过调整刀杆上刀垫的位置来进行调整或者改变轴向定位块（9）的调整量来调整。
10.采用权利要求1-9任意一项所述汽车转向器齿条活塞铣齿加工用夹具对齿条活塞进行装夹的方法，其特征在于它包括以下步骤：
步骤1：通过自动送料机构将工件（3）放置到L型固定圆弧钳口（2）的中心位置，并往轴向定位气缸（11）的方向偏移23-27mm；
步骤2：启动轴向定位气缸（11），通过轴向定位气缸（11）动作推动轴向定位销（18），并在导向块作用下，使得轴向定位销（18）推入到工件（3）的销孔中，带动工件（3）移动至与轴向定位块（9）贴合；
步骤3：待工件（3）轴向定位完成之后，轴向定位气缸（11）发出信号，油缸座（7）的活塞腔（14）左侧进油，使得油缸座（7）整体向左移动，使得活动圆弧钳口（4）与L型固定圆弧钳口（2）相配合，将工件（3）夹紧；
步骤4：油缸座（7）动作延时一段时间，液压支撑缸（5）动作与工件（3）接触，接触之后，传感器衬垫上的气孔被堵，气密性检测开关发出讯号表示一切正常，铣齿机开始动作进行铣齿加工；
步骤5：在加工过程中较多数铁屑均掉入L型固定圆弧钳口（2）下侧的腰型槽（12）中，过气块（8）间隔性开闭将铁屑吹走，避免堆积；
步骤6：待工件（3）加工完成之后，通过自动下料装置的卡爪将工件从加工工位先移动至放料工位后再上升以避开L型固定圆弧钳口（2）。
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