基于内孔定心的高精度齿轮定心夹紧装置及其加工方法 |
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| 申请号 | CN201610211410.X | 申请日 | 2016-04-07 | 公开(公告)号 | CN105689812A | 公开(公告)日 | 2016-06-22 |
| 申请人 | 中车戚墅堰机车车辆工艺研究所有限公司; | 发明人 | 徐瀚; 符嘉靖; 王战强; 陈琦晖; 刘武勋; | ||||
| 摘要 | 本 发明 揭示了一种基于内孔 定心 的高 精度 齿轮 定心夹紧装置及其加工方法，包括用于装置整体驱动的液压模 块 、及用于实现齿轮夹紧的胀套定心夹紧模块，所述胀套定心夹紧模块设置于所述液压模块的上端，所述胀套定心夹紧模块包括一锥台 基座 及与其相匹配的弹性胀套，所述弹性胀套可活动地套设于所述锥台基座上、并在所述液压模块的带动下完成轴向运动，所述弹性胀套能够将其与所述锥台基座的相对轴向运动转化为其自身的径向形变，以实现对待加工齿轮的定心及夹紧。本发明可轻松完成齿轮内孔快速自定心和齿轮夹紧，提高 定位 精度和生产效率。本发明适用于各类以内孔找正齿轮的磨齿加工过程，对于高精度和大批量生产的齿轮时，使用效果尤其突出。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种基于内孔定心的高精度齿轮定心夹紧装置，其特征在于：包括用于装置整体驱动的液压模块、及用于实现齿轮夹紧的胀套定心夹紧模块，所述胀套定心夹紧模块设置于所述液压模块的上端，所述胀套定心夹紧模块包括一锥台基座(10)及与其相匹配的弹性胀套(8)，所述弹性胀套(8)可活动地套设于所述锥台基座(10)上、并在所述液压模块的带动下完成轴向运动，所述弹性胀套(8)能够将其与所述锥台基座(10)的相对轴向运动转化为其自身的径向形变，以实现对待加工齿轮(11)的定心及夹紧。 |
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| 说明书全文 | 基于内孔定心的高精度齿轮定心夹紧装置及其加工方法技术领域[0001] 本发明涉及一种基于内孔定心的高精度齿轮定心夹紧装置及其加工方法，尤其涉及一种以内孔为定心基准进行磨齿的高精度齿轮的快速定心夹紧装置及其使用方法。 背景技术[0002] 选用磨齿工艺加工的齿轮，一般其精度要求都较高，以内孔找正定心一直是内孔齿轮磨齿加工最基本也是最重要的方法之一，如何在磨齿前准确找正内孔的跳动至工艺图纸规定范围内，直接关系到齿轮磨齿加工的精度和质量。 [0003] 在批量生产中，若不能快速准确的对齿轮进行装夹和找正，必然会对产品的质量及加工效率产生不良影响。目前行业内内孔齿轮磨齿找正装夹最常用方法还是人工找正，即使用百分表测量内孔跳动，配合铜棒不断敲击齿顶进行位置微调，使得百分表显示的跳动幅度最终满足工艺图纸的技术要求，最后使用压板人工压紧工件，这种方法简单灵活，工装量具的需求较低，找正精度较高，因此在操作者中比较受欢迎。 [0004] 但这种人工找正和装夹的方法确实存在许多不足：1、人工找正全凭个人的手感和经验进行操作，需要操作者一遍遍地进行敲击和打表，其中铜棒敲击的力度和方位都大有讲究，即便是非常熟练的人也需要花费二十分钟的时间来完成找正，不熟练的花费一两个小时也很正常，费时费力，不适合批量生产。2、当找正完成后，需要使用压板对工件进行压紧，而在这个时候施力很可能使工件的位置变动，破坏已经找正的精度，这样一来又需要松开压板重复人工找正的过程，如果压板压紧不实还可能发生磨齿中途，工件移位造成磨齿精度不合格，稳定性较差。正因为人工找正装夹存在的这些缺点，目前主要是通过购买国外机床原厂的一些辅助装置来配合使用，这些装置虽然精度较高但大多价格昂贵，适用对象单一且只能配合同型号的机床来使用，维修保养成本极高，对于批量生产不能停顿的现场，其经济性和可持续性较差。 [0005] CN202278270U公开了一种齿轮磨齿定位工装，包括底座、设置于底座上的定位心轴、设置于定位心轴上端面上用于固定齿轮的压板，定位心轴的外部卡合有倒置的环形胀套，胀套的外侧壁上设置有多个胀缩槽。虽然上述方案能够实现齿轮固定的目的，但是其操作步骤较为繁琐且由于人工操作的原因导致装置的固定精度不高。最关键的，上述技术方案难以保证以内孔找正的齿轮在磨齿过程中固定稳固，一旦发生齿轮松动，不仅会导致加工精度降低，还会造成齿轮损坏，大幅度降低加工企业的生产效率及良品率。 [0006] 因此，如何设计和发明一种能快速准确完成内孔齿轮自动定心和装夹的自动化装置及方法就成为了各加工企业所亟待解决的问题。 发明内容[0008] 本发明的目的，将通过以下技术方案得以实现：一种基于内孔定心的高精度齿轮定心夹紧装置，包括用于装置整体驱动的液压模块、及用于实现齿轮夹紧的胀套定心夹紧模块，所述胀套定心夹紧模块设置于所述液压模块的上端，所述胀套定心夹紧模块包括一锥台基座及与其相匹配的弹性胀套，所述弹性胀套可活动地套设于所述锥台基座上、并在所述液压模块的带动下完成轴向运动，所述弹性胀套能够将其与所述锥台基座的相对轴向运动转化为其自身的径向形变，以实现对待加工齿轮的定心及夹紧。 [0009] 优选地，所述液压模块包括一液压缸，所述液压缸内腔设置有一活塞及与所述活塞固定连接的活塞杆，所述活塞与所述液压缸内腔相匹配，所述液压缸内腔借助所述活塞被划分为压入油腔及顶出油腔，所述活塞的周向侧壁上还装配有至少一个用于隔绝所述压入油腔及顶出油腔的活塞环。 [0010] 优选地，所述液压缸侧壁开设有压入进油孔及顶出进油孔，所述压入进油孔与所述压入油腔相连通，所述顶出进油孔，与所述顶出油腔相连通。 [0012] 优选地，所述拉杆顶端的周向侧壁开设有螺纹，所述拉杆穿过所述锥台基座的内孔与压入板固定连接，所述拉杆顶端旋接固定有第一螺栓，所述拉杆与所述压入板借助所述第一螺栓完成锁死。 [0013] 优选地，所述锥台基座借助第三螺栓固定设置于所述液压缸的上端面，所述锥台基座的上端为锥面直径从上到下递增的锥台部，所述弹性胀套的内壁与所述锥台部相匹配，所述弹性胀套套设于所述锥台部上，所述弹性胀套可活动地设置于所述顶出板与所述压入板之间，所述弹性胀套在未扩张状态下的外径小于所述待加工齿轮内孔的直径。 [0014] 优选地，所述锥台基座的底面开设有用于进油的进油孔，所述锥台基座锥台部的外侧面上开设有与所述进油孔相匹配的、用于存油的存油腔，所述进油孔与所述存油腔贯通，所述液压缸的侧壁开设有注油口，所述注油口借助油管与所述进油孔相连通。 [0015] 优选地，所述锥台基座的底端为带有台阶面的底座，所述台阶面上固定设置有至少三根弹簧，所述弹簧等距分布，所述弹簧的上方设置有一支撑板，在齿轮的定心夹紧过程中，所述待加工齿轮的下端面与所述支撑板的上端面触接。 [0016] 优选地，所述弹性胀套的周向外侧壁上沿轴向方向开设有多条相互对称的细缝槽，所述细缝槽的宽度为1.0mm~2.0mm，所述细缝槽上开设有多个圆弧过渡的卸载孔，所述卸载孔的直径是所述细缝槽的宽度的2~3倍，所述弹性胀套外径较大一端端面的周向边缘位置设置有便于齿轮装卸的圆弧倒角。 [0017] 本发明还揭示了一种基于内孔定心的高精度齿轮定心夹紧方法，包括如下步骤：S1、设备安装步骤，根据具体的设备规格及待加工齿轮的尺寸选择与之相匹配的部件，随后将装置整体安装于磨齿机的回转盘上，完成锥台基座的找正，使其跳动误差小于等于 0.002mm，并完成固定； S2、初始化步骤，弹性胀套保持压出状态，液压缸中压入油腔及顶出油腔的油压一致，所述弹性胀套在活塞的自重作用下回落至所述锥台基座上； S3、工件上料步骤：将待加工齿轮以基准面向下的方式吊装至装置上方，保持所述待加工齿轮内孔轴线沿垂直方向，将所述待加工齿轮的内孔沿所述弹性胀套上端面倒角慢慢套入，使所述待加工齿轮被稳定放置于支撑板上； S4、定心胀紧步骤：工件装填完毕后，打开压入控制开关，所述顶出油腔中被注入液压油，所述压入油腔及顶出油腔之间形成一定的正差值，使活塞杆产生压入力，随着与所述活塞杆连接的压入板不断对所述弹性胀套的上端面加力，所述弹性胀套将沿轴向方向向下移动，移动过程中，所述弹性胀套发生均匀膨胀，所述待加工齿轮的内孔与弹性胀套的周向外侧面间的隙逐渐减小，直至为零，此时所述待加工齿轮的内孔与弹性胀套轴线的同轴度接近为零，所述待加工齿轮完成定心，当所述弹性胀套在压入力的作用下继续下移时，所述弹性胀套与待加工齿轮内孔间形成过盈配合，当达到该压入力下的最大盈量时弹性胀套8停止移动，此时所述待加工齿轮被胀紧，随后可对所述待加工齿轮进行磨齿加工； S5、工件退卸步骤：所述压入油腔中被注入液压油，所述压入油腔及顶出油腔之间形成一定的正差值，使所述活塞产生合适的推力，同时通过所述液压缸上的注油孔在所述弹性胀套与锥台基座的结合面产生油压，随着与所述活塞杆连接的压出板不断对所述弹性胀套下端面加力，所述弹性胀套将沿轴向方向向上移动，移动过程中，所述弹性胀套发生均匀紧缩，所述待加工齿轮的内孔与所述弹性胀套的周向外侧面间的间隙逐渐增大，直至所述弹性胀套完全回复到活动状态，所述待加工齿轮也恢复至胀紧前的活动状态。 [0018] 优选地，所述弹性胀套的选择应满足下列公式，所述弹性胀套的最小圆锥面直径 ， 所述弹性胀套的最大圆锥面直径 ， 其中，C为所述锥台基座锥台部的锥度及所述弹性胀套内孔的锥度，D为所述待加工齿轮的内孔尺寸，t为所述弹性胀套的外径与所述待加工齿轮内孔间的间隙，D-t表示所述弹性胀套的外径， 为所述弹性胀套的锥孔长度。 [0019] 优选地，其特征在于：对所述弹性胀套施加一个压入力 ，所述弹性胀套将沿锥孔配合面向下发生相对移动，移动过程中由于锥面配合的性质，所述弹性胀套将变形胀开，当所述弹性胀套的外径膨胀量 等于预留间隙t时，所述弹性胀套的外径与所述待加工齿轮内孔的间隙为零，此时所述待加工齿轮基于内孔完成定心，所述待加工齿轮完成定心时，所述弹性胀套的轴向位移距离h1及所述弹性胀套与锥台基座锥台部的锥面结合处压力 满足下列公式， ， 其中， 为所述弹性胀套锥孔的平均直径，，E为所述弹性胀套的弹性模量。 [0020] 优选地，在S4中，随着压入力 的持续加载，所述弹性胀套的外径与所述待加工齿轮的内孔逐渐形成过盈配合，二者过盈联结最小传递负荷 ≥ ，其中， 为磨齿加工过程中产生的周向最大磨削力， 为所述待加工齿轮的节圆直径， 表示磨削力产生的扭矩值。 [0021] 优选地，所述弹性胀套的外径与所述待加工齿轮过盈联结最小传递负荷，其中， 为所述弹性胀套与锥台基座的结合面长度， 为结合面工作时的摩擦系数，为结合面传递负荷所需要的最小结合力，其计算公式为 ， 其中，为圆锥过盈联结的最小过盈量， 为齿轮内孔压平深度， 为齿轮内孔的轮廓算术平均值，即粗糙度值， ， 为齿轮的弹性模量， 为锥台基座的弹性模量， 、 按GBT 5371-2004标准计算确定， ， 所述弹性胀套轴向方向运动的最小位移值 。 [0022] 优选地，所述液压缸在进行压入或顶出时的油压，所述压入力 ，所述顶出力为 ， 其中， 为采用油压驱动时所述弹性胀套与锥台基座结合面间的摩擦系数。 [0023] 优选地，所述压入力 与所述顶出力 满足下列公式 ，， ， 其中， 为由压入进油孔注入液压油的油压， 为由顶出进油孔注入液压油的油压，为活塞的直径。 [0024] 本发明的突出效果为：通过本发明的自动定心和夹紧装置及其使用方法，可轻松完成齿轮内孔快速自定心和齿轮夹紧，避免了传统人工找正方法中对操作人员的苛刻要求，极大地提高定位精度和生产效率。同时，本发明适用于各类以内孔找正齿轮的磨齿加工过程，对于高精度和大批量生产的齿轮时，其使用效果尤其突出。此外，本发明还可以通过更换不同规格的扩张基座和胀套的方式，进一步扩大装置的适用范围，以适用于各类规格的内孔齿轮。 附图说明[0026] 图1是本发明的90°旋转剖视图；图2是本发明的截面示意图； 图3是本发明中液压模块的截面示意图； 图4是本发明中胀套定心夹紧模块的截面示意图。 [0027] 其中：1、液压缸 1a、压入油腔 1b、顶出油腔1b 2、活塞杆 3、活塞 4、活塞环 5、拉杆 6、顶出板 7、第一螺栓 8、弹性胀套 9、压入板 10、锥台基座 11、加工齿轮 12、弹簧 13、注油孔 14、第三螺栓 15、压入进油孔 16、顶出进油孔 17、第二螺栓 18、支撑板 19、进油孔 20、存油腔。 具体实施方式[0028] 本发明揭示了一种以内孔为定心基准进行磨齿的高精度齿轮的快速定心夹紧装置及其加工方法。 [0029] 如图1~图4所示，一种基于内孔定心的高精度齿轮定心夹紧装置，包括用于装置整体驱动的液压模块、及用于实现齿轮夹紧的胀套定心夹紧模块，所述胀套定心夹紧模块设置于所述液压模块的上端，所述胀套定心夹紧模块包括一锥台基座10及与其相匹配的弹性胀套8，所述弹性胀套8可活动地套设于所述锥台基座10上、并在所述液压模块的带动下完成轴向运动，所述弹性胀套8能够将其与所述锥台基座10的相对轴向运动转化为其自身的径向形变，以实现对待加工齿轮11的定心及夹紧。 [0030] 所述液压模块包括一液压缸1，所述液压缸1内腔设置有一活塞3及与所述活塞3固定连接的活塞杆2，所述活塞3与所述液压缸1内腔相匹配，所述液压缸1内腔借助所述活塞3被划分为压入油腔1a及顶出油腔1b，所述活塞3的周向侧壁上还装配有至少一个用于隔绝所述压入油腔1a及顶出油腔1b的活塞环4。在本实施例中，所述活塞环4共有两个，且两个所述活塞环4上下设置。 [0031] 所述液压缸1侧壁开设有压入进油孔15及顶出进油孔16，所述压入进油孔15与所述压入油腔1a相连通，所述顶出进油孔16，与所述顶出油腔1b相连通。 [0032] 所述活塞杆2顶端的周向侧壁开设有螺纹，借助螺纹配合与顶出板6固定连接；所述活塞杆2的顶端端面上还开设有内螺孔，借助螺纹配合与拉杆5固定连接，所述活塞杆2与所述拉杆5借助第二螺栓17完成锁死。 [0033] 所述拉杆5顶端的周向侧壁开设有螺纹，所述拉杆5穿过所述锥台基座10的内孔与压入板9固定连接，所述拉杆5顶端旋接固定有第一螺栓7，所述拉杆5与所述压入板9借助所述第一螺栓7完成锁死。 [0034] 所述锥台基座10借助第三螺栓14固定设置于所述液压缸1的上端面，所述锥台基座10的上端为锥面直径从上到下递增的锥台部，所述弹性胀套8的内壁与所述锥台部相匹配，所述弹性胀套8套设于所述锥台部上，所述弹性胀套8可活动地设置于所述顶出板6与所述压入板9之间，所述弹性胀套8在未扩张状态下的外径小于所述待加工齿轮11内孔的直径。 [0035] 所述锥台基座10的底面开设有用于进油的进油孔19，所述锥台基座10锥台部的外侧面上开设有与所述进油孔19相匹配的、用于存油的存油腔20，所述进油孔19与所述存油腔20贯通，所述液压缸1的侧壁开设有注油口13，所述注油口13借助油管与所述进油孔19相连通。 [0036] 所述锥台基座10的底端为带有台阶面的底座，所述台阶面上固定设置有至少三根弹簧3，，在本实施例中，所述弹簧3共有四根，所述弹簧3等距分布，所述弹簧3的上方设置有一支撑板18，在齿轮的定心夹紧过程中，所述待加工齿轮11的下端面与所述支撑板18的上端面触接。 [0037] 所述弹性胀套8的周向外侧壁上沿轴向方向开设有多条相互对称的细缝槽（图中未示出），在本实施例中，所述细缝槽共设置有三条，且均匀设置，所述细缝槽的宽度为1.0mm~2.0mm。所述细缝槽上开设有多个圆弧过渡的卸载孔（图中未示出），在本实施例中，每条所述细缝槽上对称设置有两个卸载孔，所述卸载孔的直径是所述细缝槽的宽度的2~3倍，所述弹性胀套8外径较大一端端面的周向边缘位置设置有便于齿轮装卸的圆弧倒角。 [0038] 本发明还揭示了一种基于内孔定心的高精度齿轮定心夹紧方法，包括如下步骤：S1、设备安装步骤，根据具体的设备规格及待加工齿轮的尺寸选择与之相匹配的部件，随后将装置整体安装于磨齿机的回转盘上，完成锥台基座10的找正，使其跳动误差小于等于0.002mm，并完成固定； S2、初始化步骤，弹性胀套8保持压出状态，液压缸1中压入油腔1a及顶出油腔1b的油压一致，所述弹性胀套8在活塞3的自重作用下回落至所述锥台基座10上； S3、工件上料步骤：将待加工齿轮11以基准面向下的方式吊装至装置上方，保持所述待加工齿轮11内孔轴线沿垂直方向，将所述待加工齿轮11的内孔沿所述弹性胀套8上端面倒角慢慢套入，使所述待加工齿轮11被稳定放置于支撑板18上； S4、定心胀紧步骤：工件装填完毕后，打开压入控制开关，所述顶出油腔1b中被注入液压油，所述压入油腔1a及顶出油腔1b之间形成一定的正差值，使活塞杆5产生压入力，随着与所述活塞杆5连接的压入板9不断对所述弹性胀套8的上端面加力，所述弹性胀套8将沿轴向方向向下移动，移动过程中，所述弹性胀套8发生均匀膨胀，所述待加工齿轮11的内孔与弹性胀套8的周向外侧面间的隙逐渐减小，直至为零，此时所述待加工齿轮11的内孔与弹性胀套8轴线的同轴度接近为零，所述待加工齿轮11完成定心，当所述弹性胀套8在压入力的作用下继续下移时，所述弹性胀套8与待加工齿轮11内孔间形成过盈配合，当达到该压入力下的最大盈量时弹性胀套8停止移动，此时所述待加工齿轮11被胀紧，随后可对所述待加工齿轮11进行磨齿加工； S5、工件退卸步骤：所述压入油腔1a中被注入液压油，所述压入油腔1a及顶出油腔1b之间形成一定的正差值，使所述活塞3产生合适的推力，同时通过所述液压缸1上的注油孔13在所述弹性胀套8与锥台基座10的结合面产生油压，随着与所述活塞杆5连接的压出板6不断对所述弹性胀套8下端面加力，所述弹性胀套8将沿轴向方向向上移动，移动过程中，所述弹性胀套8发生均匀紧缩，所述待加工齿轮11的内孔与所述弹性胀套8的周向外侧面间的间隙逐渐增大，直至所述弹性胀套8完全回复到活动状态，所述待加工齿轮11也恢复至胀紧前的活动状态。 [0039] 所述弹性胀套8的选择应满足下列公式：所述弹性胀套8的最小圆锥面直径 ， 所述弹性胀套8的最大圆锥面直径 ， 其中，C为所述锥台基座10锥台部的锥度及所述弹性胀套8内孔的锥度，D为所述待加工齿轮11的内孔尺寸，t为所述弹性胀套8的外径与所述待加工齿轮11内孔间的间隙，D-t表示所述弹性胀套8的外径， 为所述弹性胀套8的锥孔长度。 [0040] 对所述弹性胀套8施加一个压入力 ，所述弹性胀套8将沿锥孔配合面向下发生相对移动，移动过程中由于锥面配合的性质，所述弹性胀套8将变形胀开，当所述弹性胀套8的外径膨胀量等于预留间隙t时，所述弹性胀套8的外径与所述待加工齿轮11内孔的间隙为零，此时所述待加工齿轮11基于内孔完成定心，所述待加工齿轮11完成定心时，所述弹性胀套8的轴向位移距离h1及所述弹性胀套8与锥台基座10锥台部的锥面结合处压力 满足下列公式： ， 其中， 为所述弹性胀套8锥孔的平均直径， ，E为所述弹性胀 套8的弹性模量。 [0041] 在S4中，随着压入力 的持续加载，所述弹性胀套8的外径与所述待加工齿轮11的内孔逐渐形成过盈配合，二者过盈联结最小传递负荷 ≥ ，其中， 为磨齿加工过程中产生的周向最大磨削力， 为所述待加工齿轮11的节圆直径， 表示磨削力产生的扭矩值。 [0042] 所述弹性胀套8的外径与所述待加工齿轮11过盈联结最小传递负荷 ，其中， 为所述弹性胀套8与锥台基座10的结合面长度， 为结合面工作时的摩擦系数， 为结合面传递负荷所需要的最小结合力，其计算公式为 ，其中， 为圆锥过盈联结的最小过盈量，为齿轮内孔压平深度， 为齿轮内孔的轮廓算术平均值，即粗糙度值， ， 为齿轮的弹性模量， 为锥台基座的弹性模量， 、 按GBT 5371-2004标准计算确定， 所述弹性胀套8轴向方向运动的最小位移值 。 [0043] 所述液压缸1在进行压入或顶出时的油压 ，所述压入力，所述顶出力为 ， 其中，为采用油压驱动时所述弹性胀套8与锥台基座10结合面间的摩擦系数。 [0044] 所述压入力 与所述顶出力 满足下列公式 ：， ， 其中， 为由压入进油孔15注入液压油的油压，为由顶出进油孔16注入液压油的油压， 为活塞的直径。 [0045] 该装置的原理是通过液压驱动活塞杆2产生合适的拉力，使弹性胀套8压入锥台基座10，压入过程中，弹性胀套8将在径向均匀发生膨胀变形，当弹性胀套8的外径膨胀至待加工齿轮11内孔大小时，待加工齿轮11将被以内孔定心，当弹性胀套8外径继续膨胀至大于待加工齿轮11内孔直径时，待加工齿轮11内孔与弹性胀套8间将形成过盈配合，工件的被胀紧；同理，液压装置产生反向推力时，弹性胀套8被压出锥台基座10，弹性胀套8将在径向发生均匀回缩，当弹性胀套8外径缩小至小于待加工齿轮11内孔直径时，待加工齿轮11内孔与弹性胀套8为过度配合，待加工齿轮11恢复自由状态，实现松卸工件的功能。在弹性胀套8压入顶出的过程中，通过液压缸上的注油孔13在结合面迅速建立油压和油膜，可更加轻松地实现压入压出过程，增加本发明中所述装置的使用寿命。 [0046] 通过本发明的自动定心和夹紧装置及其使用方法，可轻松完成齿轮内孔快速自定心和齿轮夹紧，避免了传统人工找正方法中对操作人员的苛刻要求，极大地提高定位精度和生产效率。同时，本发明适用于各类以内孔找正齿轮的磨齿加工过程，对于高精度和大批量生产的齿轮时，其使用效果尤其突出。此外，本发明还可以通过更换不同规格的扩张基座和胀套的方式，进一步扩大装置的适用范围，以适用于各类规格的内孔齿轮。 [0047] 本发明尚有多种实施方式，凡采用等同变换或者等效变换而形成的所有技术方案，均落在本发明的保护范围之内。 |
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