CN115533567B - 离合器体圆柱螺旋凸轮面轮廓加工用夹具及加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种离合器体圆柱螺旋凸轮面轮廓加工用夹具，包括底座，在底座上方安装有定位座，定位座上设有用于定位双联齿构型离合器零件圆柱螺旋凸轮内孔的定位外圆，在定位座两侧分别设有定位销和压板，定位销用于插入到双联齿构型离合器零件小齿轮齿槽中对零件进行角向定位，压板一端压设于零件小齿轮端面上表面且通过第一锁紧件与底座连接，在压板另一端和底座之间设有第二支撑件用于支撑压板。本发明还公开一种加工方法，本发明的夹具和方法能够控制支撑腹板变形量，解决了支撑腹板装夹变形的技术难题。
Description
技术领域
本发明涉及薄壁航空零件离合器体圆柱螺旋凸轮面轮廓加工与检测技术领域，尤其涉及一种离合器体圆柱螺旋凸轮面轮廓加工用夹具及加工方法。
背景技术
现有一种复杂结构的双联齿构型离合器体零件，如图1至图4所示，包括下端大齿轮和上端小齿轮，小齿轮与大齿轮之间有一支撑腹板，厚度为1.5mm，在小齿轮中部设有圆柱螺旋凸轮型腔面。圆柱螺旋凸轮面轮廓为4组样条曲线与4条直线和2处圆弧组成的柱面，精度要求很高，圆柱螺旋凸轮型腔2处圆弧对称度为0.02。为防止加工变形，因此圆柱螺旋凸轮面只能最后加工。又由于支撑腹板厚度仅有1.5mm，装夹、加工过程都极易产生变形，圆柱螺旋凸轮面轮廓尺寸要求高，轮廓度要求为0.1，导致加工难度大大增加。
该双联齿构型离合器体在加工过程中，面临着以下技术问题：
1、大齿轮和小齿轮之间的支撑腹板厚度薄，装夹过程中很容易产生变形。
2、圆柱螺旋凸轮型腔2处对称设有内凹型圆弧(半径R为4mm)限制了加工刀具直径，只能选择直径小的铣刀，但是直径小的铣刀刀具刚性不够。
3、圆柱螺旋凸轮型腔内临近内凹型圆弧的两侧对称设有样条曲线(P1P2段、P2P3段)为样条曲线易产生让刀，且加工时受力情况不一样变形量也不一样，给后续调整参数加工带来更大难题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种控制支撑腹板变形量的加工离合器体圆柱螺旋凸轮面轮廓加工用夹具及加工方法。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种离合器体圆柱螺旋凸轮面轮廓加工用夹具，包括底座，在底座上方安装有定位座，定位座上设有用于定位双联齿构型离合器零件圆柱螺旋凸轮内孔的定位外圆，在定位座两侧分别设有定位销和压板，定位销用于插入到双联齿构型离合器零件小齿轮齿槽中对零件进行角向定位，压板一端压设于零件小齿轮端面上表面且通过第一锁紧件与底座连接，在压板另一端和底座之间设有第二支撑件用于支撑压板。
作为上述技术方案的进一步改进：
所述第一锁紧件包括第一锁紧螺柱和第一锁紧螺母，第一锁紧螺柱在压板和底座之间的外圆周壁外侧套设有第一弹性件。
所述定位座通过第三锁紧件与底座连接，所述底座自外圆周向内圆周方向依次间隔设置有多个第一安装孔、第二安装孔、第三安装孔，第一安装孔、第二安装孔、第三安装孔分别用于安装第二支撑件、第一锁紧件、第三锁紧件。
所述底座在其中一第一安装孔的外侧设有缺口平台，在垂直于底座轴向方向的任意平面上，缺口平台投影线的中点O1与底座中心O2之间的连线O1O2、第一安装孔的圆心O3与底座中心O2之间的连线O2O3的夹角为锐角。
所述定位销和缺口平台相对应第一安装孔分别相对设置于底座中心轴两侧。
所述压板在靠近零件一侧的端面为内凹圆弧形面。
所述底座与销安装座过盈配合。
作为一个总的发明构思，本发明还提供一种离合器体圆柱螺旋凸轮面轮廓加工夹具的加工方法，包括以下步骤：
S1、以离合器体圆柱螺旋凸轮面轮廓零件的小齿轮端面下表面为支靠面，以小齿轮端面上表面为固定面，以圆柱螺旋凸轮内孔为定位面，采用前述述夹具夹持零件；
S2、采用数控车床粗加工、半精加工、精加工离合器体圆柱螺旋凸轮面轮廓零件；
S3、检测加工完的零件尺寸建立零件模型，检测零件模型的轮廓度，如轮廓度不符合要求，调整零件模型和数控车床的加工数控程序，否则，继续按照已有零件模型和数控车床的加工数控程序执行步骤S2直至完成目标数量的零件。
作为上述技术方案的进一步改进：
所述粗加工时，预留0.5mm的半精加工余量，所述半精加工时，预留0.1mm的精加工余量。
采用表面带涂层的硬质合金铣刀进行半精加工。
与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明的离合器体圆柱螺旋凸轮面轮廓加工用夹具，在定位座的两侧分别设有定位销和压板，定位销用于插入到双联齿构型离合器零件小齿轮齿槽中对零件进行角向定位，压板一端压设于零件小齿轮端面上表面且通过第一锁紧件与底座连接，在压板另一端和底座之间设有第二支撑件用于支撑压板，定位销和压板给零件增加径向方向的支撑力，解决了支撑腹板薄，装夹过程易变形问题。
附图说明
图1是双联齿构型离合器零件的结构示意图。
图2是图1中A-A线剖视图。
图3是图1中B-B线剖视图。
图4是图1中D处的局部放大图。
图5是加工装置和双联齿构型离合器零件装配示意图。
图6是图5中E-E线剖视图。
图7是底座的结构示意图。
图8是图7中F-F线剖视图。
图9是定位座的结构示意图。
图10是定位座的剖视图。
图11是压板的结构示意图。
图12是压板的剖视图。
图13是销安装座的结构示意图。
图14是销安装座的剖视图。
图15是定位销的结构示意图。
图16是定位销的侧视图。
图17是反调前测量结果。
图18是反调后测量结果。
图中各标号表示：1、定位销；2、定位座；21、定位外圆；22、第四安装孔；3、压板；31、压板安装孔；32、压板支撑槽；33、内凹圆弧形面；4、第一锁紧件；41、第一锁紧螺柱；42、第一锁紧螺母；5、第二支撑件；7、第三锁紧件；8、第一弹性件；9、底座；91、第一安装孔；92、第二安装孔；93、第三安装孔；94、缺口平台；95、第五安装孔；96、下沉台孔；10、销安装座；101、销安装孔；102、沉台安装孔。
具体实施方式
以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。除非特殊说明，本发明采用的仪器或材料为市售。
实施例1：
如图5至图16所示，本发明的夹具包括底座9，定位座2通过第三锁紧件7连接在底座9上方，定位座2上设有用于定位双联齿构型离合器零件圆柱螺旋凸轮内孔的定位外圆21，在定位座2两侧对称设有定位销1和压板3，定位销1用于插入到双联齿构型离合器零件小齿轮齿槽中对零件进行角向定位，压板3一端压设于零件小齿轮端面上表面且通过第一锁紧件4与底座9连接，在压板3另一端和底座9之间设有第二支撑件5用于支撑压板3。
如图2所示，本发明中，以零件小齿轮端面下表面为支靠面(图2中C面)，支靠在定位座2上，零件小齿轮端面上表面为固定面(图2中B面)，通过压板3固定，零件圆柱螺旋凸轮内孔为定位面(图2中A面)，通过定位外圆21定位。
如图7、图8所示，底座9自外圆周向内圆周方向依次间隔设置有多个第一安装孔91、第二安装孔92、第三安装孔93，第一安装孔91、第二安装孔92、第三安装孔93分别用于安装第二支撑件5、第一锁紧件4、第三锁紧件7。本实施例中，底座9中部设有向上凸起的凸台，第三安装孔93贯穿凸台上下端面，第一安装孔91、第二安装孔92分别设置在凸台外圆周，凸台上端面相对于第一安装孔91上端面具有高度h，减少底座9和定位座2的接触面积提高定位精度。
底座9在其中一第一安装孔91附近的外侧设有缺口平台94，缺口平台94用于加工时作找正基准，在垂直于底座9轴向方向的任意平面上，缺口平台94投影线的中点O1与底座9中心O2之间的连线O1O2、第一安装孔91的圆心O3与底座9中心O2之间的连线O2O3的夹角为锐角α，保证上下齿之间角向位置关系：齿与齿之间角向角度为±30′以内本实施例中，α＝3°13'。
底座9下表面在第三安装孔93的下方设有下沉台孔96，便于安装第第三锁紧件7。
如图9、图10所示，本实施例中，定位座2在绕定位外圆21的外圆周方向间隔设有多个第四安装孔22，第四安装孔22和底座9上的第三安装孔93对应设置，第三锁紧件7穿过第四安装孔22、第三安装孔93将定位座2和底座9连接为一体。本实施例中，第三锁紧件7为M8螺栓。
如图11、图12所示，压板3设有与第二安装孔92相对应的压板安装孔31，在压板3下表面设有与压板支撑槽32，第二支撑件5抵设于压板支撑槽32上。本实施例中，第一锁紧件4通过第二安装孔92、压板安装孔31将压板3和底座9连接为一体，第二支撑件5为M10螺柱，螺纹端与底座9螺纹配合，螺杆端抵设于压板支撑槽32上，通过旋转第二支撑件5调节第二支撑件5对压板3的支撑力。
压板3在靠近零件一侧的端面为内凹圆弧形面33。圆弧面支撑小齿外圆能够保证有效接触面积。第一锁紧件4包括第一锁紧螺柱41和第一锁紧螺母42。第一锁紧螺柱41在压板3和底座9之间的外圆周壁外侧套设有第一弹性件8。本实施例中，第一锁紧螺柱41为M10双头螺柱，第一弹性件8为弹簧，通过旋转第一锁紧螺柱41，配合第一弹性件8调节压板3的对零件的压紧力。
定位销1和缺口平台94相对应第一安装孔91分别相对设置于底座9中心轴两侧。
如图13、图14所示，夹具还包括用于安装定位销1的销安装座10，销安装座10设有向上凸起的安装台，安装台沿水平方向设有销安装孔101，定位销1位于销安装孔101内且与销安装孔101间隙配合，销安装座10沿竖直方向设有沉台安装孔102，底座9设有第五安装孔95，沉台安装孔102和第五安装孔95位置一一对应。底座9与销安装座10通过定位销1过盈配合，从而保证定位销1的唯一位置。
本发明的加工方法，在加工前已进行零件的部分加工工作，即下料→数控车→数控车→去应力→标印→数控车→数控车→内磨→外磨→滚齿→钳工→插齿→钳工→数控车→内磨→内磨→立加，本发明的加工方法主要包括立加(铣型腔分粗加工→半精加工→精加工)→钳工→检验，具体包括以下步骤：
1、装夹：将零件放到夹具上，用夹具定位外圆21对零件进行粗定位，再将定位销1插到齿槽中间对零件进行角向定位，同时在定位销1正对面处插一外部辅助插销进行辅助支撑防止零件加工产生让刀。然后在小齿端面用压板3调整夹紧力固定，装夹完成后再用百分表检验小齿端面是否发生变形(由于型腔位于薄壁上方，因此加工刚性差。加工过程需要控制好装夹变形和加工变形，选择合适的夹紧力至关重要。合适的夹紧力可以通过检查压紧端面处平面跳动，保证平面跳动在0.01mm以内。)。
2、路线：数控车(车内孔此时型腔处最小)粗加工(采用φ8mm的杆铣刀去除主要余量，给半精加工预留0.5mm的加工余量，此时加工部位形状为型腔轮廓)→半精加工(φ6mm带涂层合金铣刀，给精加工预留0.1mm的精加工余量)→精加工(采用直径φ5mm带涂层合金铣刀，加工到尺寸)
由于轮廓度测量必须加工到尺寸，然后根据首件加工计量结果再调整参数调试下一件。
2.1、采用UG构建模型零件图，使用UG编程并检查后处理样条曲线轨迹，解决了由于数控编程使用MASTERCAM后处理出来的轨迹是由一段段直线组成的样条曲线，导致加工出来的零件表面有竖状接刀痕的技术问题，如图16所示。
2.2、根据检测结果反调：由于型腔处为样条曲线加工过程中让刀明显，加工时受力情况不同，因此变形量也不一样，加工后测量结果可以看出变形量呈线性变化。根据测量结果调整UG模型，得到如图17所示样条曲线，重新编写数控程序重新进行加工。
本发明在加工时，根据首次加工结果反向调整变形量重新加工，解决样条曲线让刀严重的技术难题。
本发明加工时为解决小直径刀具加工刚性问题，半精加工时的刀具采用硬质合金带涂层铣刀，并缩短刀具装夹时伸出长度。
申请人发现：调整刀具长度减少加工时刀具的离心力，刀具伸出长度越长，加工时让刀越严重，把刀具伸出长度调整至加工所需最短，此时让刀最小，加工效果更好。本发明通过公式F＝MV2/R控制刀具离心力，F为刀具离心力，M为刀具质量，V为刀具旋转线速度，R为刀具刀尖到旋转中心轴的半径。
申请人发现：调整刀具的旋转速度数控加工加工切削力，刀具的旋转速度越快加工时的切削力越小，旋转速度越大每齿进给越小则光度更好。本发明通过公式P＝fV控制刀具加工切削力，P为额定功率，f为刀具切削力，V为刀具旋转线速度。
对比例1：
本对比例的夹具与实施例1大致相同，不同之处在于：夹具无支撑压板3和定位销1。
本对比例夹具加工出来的零件让刀非常严重，测量结果超差0.2mm。
对比例2：
本对比例的工艺方法与实施例1大致相同，不同之处在于：
在加工路线上，仅采用粗加工和精加工，不存在半精加工。数控车(车内孔此时型腔处最小)粗铣加工(采用φ8mm的杆铣刀去除主要余量，给精加工预留0.5mm的加工余量，此时加工部位形状为型腔轮廓)→精铣加工(采用直径φ5mm带涂层合金铣刀，加工到尺寸)。
本对比例加工出来的结果超差，型腔轮廓不规则。
虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。
Claims (6)
1.一种离合器体圆柱螺旋凸轮面轮廓加工用夹具的加工方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1、以离合器体圆柱螺旋凸轮面轮廓零件的大齿轮端面下表面为支靠面，以大齿轮端面上表面为固定面，以圆柱螺旋凸轮内孔为定位面，采用离合器体圆柱螺旋凸轮面轮廓加工用夹具夹持零件；
S2、采用数控车床粗加工、半精加工、精加工离合器体圆柱螺旋凸轮面轮廓零件；
S3、检测加工完的零件尺寸建立零件模型，检测零件模型的轮廓度，如轮廓度不符合要求，调整零件模型和数控车床的加工数控程序，否则，继续按照已有零件模型和数控车床的加工数控程序执行步骤S2直至完成目标数量的零件；
所述离合器体圆柱螺旋凸轮面轮廓加工用夹具，包括底座（9），在底座（9）上方安装有定位座（2），定位座（2）上设有用于定位双联齿构型离合器零件圆柱螺旋凸轮内孔的定位外圆（21），在定位座（2）两侧分别设有定位销（1）和压板（3），定位销（1）用于插入到双联齿构型离合器零件大齿轮齿槽中对零件进行角向定位，压板（3）一端压设于零件大齿轮端面上表面且通过第一锁紧件（4）与底座（9）连接，在压板（3）另一端和底座（9）之间设有第二支撑件（5）用于支撑压板（3）；
所述定位座（2）通过第三锁紧件（7）与底座（9）连接，所述底座（9）自外圆周向内圆周方向依次间隔设置有多个第一安装孔（91）、第二安装孔（92）、第三安装孔（93），第一安装孔（91）、第二安装孔（92）、第三安装孔（93）分别用于安装第二支撑件（5）、第一锁紧件（4）、第三锁紧件（7）；
所述底座（9）在其中一第一安装孔（91）的外侧设有缺口平台（94），在垂直于底座（9）轴向方向的任意平面上，缺口平台（94）投影线的中点O1与底座（9）中心O2之间的连线O1O2、第一安装孔（91）的圆心O3与底座（9）中心O2之间的连线O2O3的夹角为锐角。
2.根据权利要求1所述的加工方法，其特征在于：所述粗加工时，预留0.5mm的半精加工余量，所述半精加工时，预留0.1mm的精加工余量。
3.根据权利要求1所述的加工方法，其特征在于：采用表面带涂层的硬质合金铣刀进行半精加工。
4.根据权利要求1所述的加工方法，其特征在于：所述第一锁紧件（4）包括第一锁紧螺柱（41）和第一锁紧螺母（42），第一锁紧螺柱（41）在压板（3）和底座（9）之间的外圆周壁外侧套设有第一弹性件（8）。
5.根据权利要求1所述的加工方法，其特征在于：所述定位销（1）和缺口平台（94）相对应第一安装孔（91）分别相对设置于底座（9）中心轴两侧。
6.根据权利要求1所述的加工方法，其特征在于：所述压板（3）在靠近零件一侧的端面为内凹圆弧形面（33）。
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