CN114473571B - 一种螺旋锥齿轮内孔加工用装夹装置及加工工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种螺旋锥齿轮内孔加工用装夹装置及加工工艺。本发明包括三爪卡盘、工件卡爪、保持架；所述三爪卡盘设有卡盘卡爪，所述工件卡爪连接于卡盘卡爪并随工件卡爪同步移动；所述保持架连接于三爪卡盘且位于待加工工件与工件卡爪之间，所述保持架设有可在保持架内移动的钢球；所述待加工工件大端朝下装入保持架内并通过三爪卡盘夹紧，通过卡盘卡爪同步带动工件卡爪向待加工工件中心移动并推动钢球压住待加工工件的齿面，完成待加工工件的装夹。本发明采用立式内圆磨床加工，依靠工件自重压在端面支撑，轴向快速定位；自定心三爪卡盘夹紧钢球压紧工件齿面，径向快速定位。通过此装夹工艺提高了工件内孔与齿面位置精度，减少了工件装夹时间。

Description

一种螺旋锥齿轮内孔加工用装夹装置及加工工艺

技术领域

本发明涉及机械加工技术领域，尤其是指一种螺旋锥齿轮内孔加工用装夹装置及加工工艺。

背景技术

螺旋锥齿轮是一种可以按稳定传动比平稳、低噪音传动的传动零件，在不同的地区有不同的名字，又叫弧齿伞齿轮、弧齿锥齿轮、螺伞锥齿轮、圆弧锥齿轮、螺旋伞齿轮等。目前螺旋锥齿轮（工件）内孔加工是采用卧式外用磨床夹持工艺外圆加工内孔，其加工精度低、装夹不方便。

发明内容

为此，本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术中螺旋锥齿轮内孔加工时采用卧式外用磨床夹持工艺外圆加工内孔，导致的加工精度低、装夹不方便的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种螺旋锥齿轮内孔加工用装夹装置，包括三爪卡盘、工件卡爪、保持架；

所述三爪卡盘设有卡盘卡爪，所述工件卡爪连接于卡盘卡爪并随工件卡爪同步移动；

所述保持架连接于三爪卡盘且位于待加工工件与工件卡爪之间，所述保持架设有可在保持架内移动的钢球；

所述待加工工件大端朝下装入保持架内并通过三爪卡盘夹紧，通过卡盘卡爪同步带动工件卡爪向待加工工件中心移动并推动钢球压住待加工工件的齿面，完成待加工工件的装夹。

在本发明的一种实施方式中，所述保持架为环形结构，所述保持架周向设有用于钢球移动限位的移动限位结构，所述移动限位结构包括至少一个沿保持架圆周内侧端延伸的限位夹爪以及设于保持架圆周端上的圆形通孔，所述限位夹爪包括两个限位夹块，所述圆形通孔设于两个限位夹块之间，所述圆形通孔的轴线穿过保持架中心，所述钢球可沿圆形通孔以及两个限位夹块之间移动并通过两个限位夹块进行移动限位。

在本发明的一种实施方式中，所述移动限位结构还包括设于保持架圆周外侧端的弧形凹槽，所述弧形凹槽的弧形端面与圆形通孔相连通，所述工件卡爪包括推块，所述推块设有与弧形端面相贴合的弧形推面。

在本发明的一种实施方式中，所述限位夹块设有限位端头，所述限位端头用于对钢球进行限位后并使得钢球的球面突出于限位夹爪。

在本发明的一种实施方式中，所述移动限位结构的数量为三个，三个移动限位结构沿保持架周向均匀分布，每个移动限位结构包括两个限位夹爪。

在本发明的一种实施方式中，所述保持架周向还设有用于与三爪卡盘连接的安装结构，所述安装结构包括至少一个设于保持架环形端面上的连接孔。

在本发明的一种实施方式中，所述安装结构的数量为三个，三个安装结构沿保持架周向均匀分布，所述安装结构包括两个连接孔。

在本发明的一种实施方式中，还包括固定支架，所述固定支架为L型结构，所述保持架通过连接孔及螺栓连接于固定支架的上端，所述固定支架的下端通过螺栓连接于三爪卡盘。

在本发明的一种实施方式中，还包括端面支撑块，所述端面支撑块连接于卡盘卡爪，所述待加工工件大端朝下装入保持架内后，其端面通过自身重力压住于端面支撑块。

本发明还提供利用所述装夹装置的螺旋锥齿轮内孔加工工艺，包括如下步骤：

S1：选材并锻造坯料成型；

S2：利用数控机床粗车零件外圆及两端面；

S3：利用数控机床夹持零件外圆，以粗车后的外圆为基准，粗车零件内孔；

S4：利用数控机床夹持零件外圆对内孔进行铰孔；

S5：数控机床利用内孔定位，先粗车零件锥面，再粗车零件大端外径以及两端孔的外圆，再精车零件锥面、大端外径；

S6：利用滚齿机并以内孔及大端面定位，对零件进行加工螺旋齿；

S7：对零件进行热处理：渗碳；

S8：利用数控机床并以内孔定位，精车零件两端孔的外圆及两端面，去除渗碳层；

S9：利用数控机床并以外圆定位，精车零件内孔；

S10：对零件进行热处理：淬油及回火；

S11：内孔精加工：将三爪卡盘安装于立式内圆磨床上，将零件大端朝下装入保持架内并通过三爪卡盘夹紧，通过卡盘卡爪同步带动工件卡爪向零件中心移动并推动钢球压住待加工工件的齿面，完成待加工工件的装夹；

S12：通过立式内圆磨床加工待加工工件内孔，将待加工工件大端的端面作为内孔轴向加工基准面进行加工，保证内孔与大端面的垂直度；

S13：将待加工工件的螺旋齿面作为内孔径向加工定位基准面进行加工，保证内孔与螺旋齿面节圆的同轴度。

本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

本发明所述的一种螺旋锥齿轮内孔加工用装夹装置及加工工艺，采用立式内圆磨床加工，依靠工件自重压在端面支撑，轴向快速定位；自定心三爪卡盘夹紧钢球压紧工件齿面，径向快速定位；保持架限制钢球只能径向移动，并保证所有钢球在同一平面内，使工件径向定位精确；利用工件的锥度，钢球压紧工件，不仅能径向夹紧，轴向也有了足够的压紧力。通过此装夹工艺提高了工件内孔与齿面位置精度，减少了工件装夹时间。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中

图1是本发明的螺旋锥齿轮内孔加工用装夹装置主视剖面图。

图2是本发明的螺旋锥齿轮内孔加工用装夹装置俯视剖面图。

图3是本发明的螺旋锥齿轮内孔加工用装夹装置立体结构图。

图4是本发明的保持架结构示意图。

说明书附图标记说明：100、待加工工件；200、磨头；1、三爪卡盘；11、卡盘卡爪；2、工件卡爪；21、推块；211、弧形推面；3、保持架；31、移动限位结构；32、限位夹爪；321、限位夹块；322、限位端头；33、圆形通孔；34、弧形凹槽；35、安装结构；351、连接孔；4、钢球；5、固定支架；6、端面支撑块。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

参照图1至图4所示，本发明的一种螺旋锥齿轮内孔加工用装夹装置，包括三爪卡盘1、工件卡爪2、保持架3；待加工工件100（螺旋锥齿轮）具有锥度，其包括径向尺寸较大的大端以及径向尺寸较小的小端；

所述三爪卡盘1设有卡盘卡爪11，所述工件卡爪2连接于卡盘卡爪11并随工件卡爪2同步移动；

所述保持架3连接于三爪卡盘1且位于待加工工件100与工件卡爪2之间，所述保持架3设有可在保持架3内移动的钢球4；

所述待加工工件100大端朝下装入保持架3内并通过三爪卡盘1夹紧，通过卡盘卡爪11同步带动工件卡爪2向待加工工件100中心移动并推动钢球4压住待加工工件100的齿面，完成待加工工件100的装夹。通过采用立式装夹，通过钢球4压紧待加工工件100锥齿面后，对待加工工件100产生轴向向下分力，待加工工件100自身重力轴向向下，与待加工工件100所受轴向向下的力产生了叠加效果，不仅能径向夹紧，轴向也有了足够的压紧力，再立式内圆磨床的磨头200加工。

具体地，所述保持架3为环形结构；所述保持架3周向设有用于钢球4移动限位的移动限位结构31，所述移动限位结构31包括至少一个沿保持架3圆周内侧端延伸的限位夹爪32以及设于保持架3圆周端上的圆形通孔33，所述限位夹爪32包括两个限位夹块321，所述圆形通孔33设于两个限位夹块321之间，所述圆形通孔33的轴线穿过保持架3中心，所述钢球4可沿圆形通孔33以及两个限位夹块321之间移动并通过两个限位夹块321进行移动限位。通过上述设置，钢球4在保持架3内只能沿三爪卡盘1中心方向限位移动，所有钢球4在同一水平面内，待加工工件100被夹紧后，所有钢球4中心形成的理论圆的圆心与三爪卡盘1回转中心重合。

具体地，所述移动限位结构31还包括设于保持架3圆周外侧端的弧形凹槽34，所述弧形凹槽34的弧形端面与圆形通孔33相连通，所述工件卡爪2包括推块21，所述推块21设有与弧形端面相贴合的弧形推面211。

具体地，所述限位夹块321设有限位端头322，所述限位端头322用于对钢球4进行限位后并使得钢球4的球面突出于限位夹爪32。通过卡盘卡爪11同步带动工件卡爪2向中心移动推动钢球4压住工件的齿面，并最终压紧工件，大端朝下的工件在被钢球4压紧锥齿面后，由于工件具有锥度，不仅径向被夹紧，轴向也会压紧，完成装夹。

具体地，所述移动限位结构31的数量为三个，三个移动限位结构31沿保持架3周向均匀分布，每个移动限位结构31包括两个限位夹爪32。

具体地，所述保持架3周向还设有用于与三爪卡盘1连接的安装结构35，所述安装结构35包括至少一个设于保持架3环形端面上的连接孔351。

具体地，所述安装结构35的数量为三个，三个安装结构35沿保持架3周向均匀分布，所述安装结构35包括两个连接孔351。

具体地，还包括固定支架5，所述固定支架5为L型结构，所述保持架3通过连接孔351及螺栓连接于固定支架5的上端，所述固定支架5的下端通过螺栓连接于三爪卡盘1。

具体地，还包括端面支撑块6，所述端面支撑块6连接于卡盘卡爪11，所述待加工工件100大端朝下装入保持架3内后，其端面通过自身重力压住于端面支撑块6。

所述三爪卡盘1采用自定心动力三爪卡盘1，在立式内圆磨床上安装三爪卡盘1，通过采用立式内圆磨床加工，依靠工件自重压在端面支撑，轴向快速定位。

本实施例还提供利用螺旋锥齿轮加工用装夹装置的加工工艺，以齿数为20的锥齿轮为例，包括如下步骤：

S1：选材并锻造坯料成型；

S2：利用数控机床粗车零件外圆至及两端面粗糙度Ra6.3，两端面距离为；

S3：利用数控机床夹持零件外圆，以粗车后的零件外圆为基准，粗车零件内孔至；

S4：利用数控机床夹持零件外圆对内孔进行铰孔至φ120H9mm；

S5：数控机床利用内孔定位，先粗车零件锥面角度为0°53′51″，再粗车零件大端外径至，粗车两端孔的外圆至，再精车零件锥面角度至0°53′51″、大端外径至，粗糙度Ra3.2；

S6：利用滚齿机并以内孔及大端面定位，对零件进行加工螺旋齿，齿数Z=20,Mn=10；

S7：对零件进行热处理：热处理温度为900-950℃，渗碳1.5-2.5mm；

S8：利用数控机床并以内孔定位，精车零件两端孔的外圆至及两端面之间总长至320±0.2mm，并使得两端面的粗糙度小于Ra3.2,去除渗碳层；

S9：利用数控机床并以孔的外圆定位，精车零件内孔φ120H9mm至，粗糙度小于Ra3.2；

S10：对零件进行热处理：830-850℃淬油，180-200℃回火；

S11：内孔精加工：将三爪卡盘1安装于立式内圆磨床上，将零件大端朝下装入保持架3内并通过三爪卡盘1夹紧，通过卡盘卡爪11同步带动工件卡爪2向零件中心移动并推动钢球4压住零件的螺旋齿的齿面，完成零件的装夹；

S12：通过立式内圆磨床加工零件内孔，将零件大端的端面作为内孔轴向加工基准面进行加工，保证内孔与大端面的垂直度在0.05mm之内；

S13：将零件的螺旋齿面作为内孔径向加工定位基准面进行加工，保证内孔与螺旋齿面节圆的同轴度在0.05mm之内。

最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.一种螺旋锥齿轮内孔加工用装夹装置，其特征在于，包括三爪卡盘（1）、工件卡爪（2）、保持架（3）；

所述三爪卡盘（1）设有卡盘卡爪（11），所述工件卡爪（2）连接于卡盘卡爪（11）并随工件卡爪（2）同步移动；

所述保持架（3）连接于三爪卡盘（1）且位于待加工工件（100）与工件卡爪（2）之间，所述保持架（3）设有可在保持架（3）内移动的钢球（4）；

待加工工件（100）大端朝下装入保持架（3）内并通过三爪卡盘（1）夹紧，通过卡盘卡爪（11）同步带动工件卡爪（2）向待加工工件（100）中心移动并推动钢球（4）压住待加工工件（100）的齿面，完成待加工工件（100）的装夹；

所述保持架（3）为环形结构，所述保持架（3）周向设有用于钢球（4）移动限位的移动限位结构（31），所述移动限位结构（31）包括至少一个沿保持架（3）圆周内侧端延伸的限位夹爪（32）以及设于保持架（3）圆周端上的圆形通孔（33），所述限位夹爪（32）包括两个限位夹块（321），所述圆形通孔（33）设于两个限位夹块（321）之间，所述圆形通孔（33）的轴线穿过保持架（3）中心，所述钢球（4）可沿圆形通孔（33）以及两个限位夹块（321）之间移动并通过两个限位夹块（321）进行移动限位。

2.根据权利要求1所述的一种螺旋锥齿轮内孔加工用装夹装置，其特征在于，所述移动限位结构（31）还包括设于保持架（3）圆周外侧端的弧形凹槽（34），所述弧形凹槽（34）的弧形端面与圆形通孔（33）相连通，所述工件卡爪（2）包括推块（21），所述推块（21）设有与弧形端面相贴合的弧形推面（211）。

3.根据权利要求2所述的一种螺旋锥齿轮内孔加工用装夹装置，其特征在于，所述限位夹块（321）设有限位端头（322），所述限位端头（322）用于对钢球（4）进行限位后并使得钢球（4）的球面突出于限位夹爪（32）。

4.根据权利要求3所述的一种螺旋锥齿轮内孔加工用装夹装置，其特征在于，所述移动限位结构（31）的数量为三个，三个移动限位结构（31）沿保持架（3）周向均匀分布，每个移动限位结构（31）包括两个限位夹爪（32）。

5.根据权利要求1所述的一种螺旋锥齿轮内孔加工用装夹装置，其特征在于，所述保持架（3）周向还设有用于与三爪卡盘（1）连接的安装结构（35），所述安装结构（35）包括至少一个设于保持架（3）环形端面上的连接孔（351）。

6.根据权利要求5所述的一种螺旋锥齿轮内孔加工用装夹装置，其特征在于，所述安装结构（35）的数量为三个，三个安装结构（35）沿保持架（3）周向均匀分布，所述安装结构（35）包括两个连接孔（351）。

7.根据权利要求5所述的一种螺旋锥齿轮内孔加工用装夹装置，其特征在于，还包括固定支架（5），所述固定支架（5）为L型结构，所述保持架（3）通过连接孔（351）及螺栓连接于固定支架（5）的上端，所述固定支架（5）的下端通过螺栓连接于三爪卡盘（1）。

8.根据权利要求1所述的一种螺旋锥齿轮内孔加工用装夹装置，其特征在于，还包括端面支撑块（6），所述端面支撑块（6）连接于卡盘卡爪（11），所述待加工工件（100）大端朝下装入保持架（3）内后，其端面通过自身重力压住于端面支撑块（6）。

9.一种利用权利要求1-8任一所述装夹装置的螺旋锥齿轮内孔加工工艺，其特征在于，包括如下步骤：

S1：选材并锻造坯料成型；

S2：利用数控机床粗车零件外圆及两端面；

S3：利用数控机床夹持零件外圆，以粗车后的外圆为基准，粗车零件内孔；

S4：利用数控机床夹持零件外圆对内孔进行铰孔；

S5：数控机床利用内孔定位，先粗车零件锥面，再粗车零件大端外径以及两端孔的外圆，再精车零件锥面、大端外径；

S6：利用滚齿机并以内孔及大端面定位，对零件进行加工螺旋齿；

S7：对零件进行热处理：渗碳；

S8：利用数控机床并以内孔定位，精车零件两端孔的外圆及两端面，去除渗碳层；

S9：利用数控机床并以外圆定位，精车零件内孔；

S10：对零件进行热处理：淬油及回火；

S11：内孔精加工：将三爪卡盘（1）安装于立式内圆磨床上，将零件大端朝下装入保持架（3）内并通过三爪卡盘（1）夹紧，通过卡盘卡爪（11）同步带动工件卡爪（2）向零件中心移动并推动钢球（4）压住零件螺旋齿的齿面，完成零件的装夹；

S12：通过立式内圆磨床加工零件内孔，将零件大端的端面作为内孔轴向加工基准面进行加工，保证内孔与大端面的垂直度；

S13：将零件的螺旋齿面作为内孔径向加工定位基准面进行加工，保证内孔与螺旋齿面节圆的同轴度，从而完成内孔精加工。