01 概述

　　齒輪零件的制齒加工，一般采用效率較高的滾齒加工工藝;相對于滾齒工藝，雖然插齒工藝效率較低，但其精度比滾齒好，另外插齒可以加工內(nèi)齒以及離軸肩較近的齒輪。例如有些長軸類齒輪零件，由于軸肩結(jié)構(gòu)限制，沒有足夠的滾齒出刀，因此只能采取插齒工藝。然而，由于插齒效率較低，工藝優(yōu)化就尤顯重要，通過設(shè)計(jì)自動加緊夾具，優(yōu)化切削參數(shù)及余量等可以達(dá)到提高插齒加工效率的作用。

　　02 工件結(jié)構(gòu)及現(xiàn)狀分析

　　圖 1 為拖拉機(jī)零件動力輸出主動軸，其中 A 齒模數(shù)為 5mm，齒數(shù) 11，B 齒模數(shù)為 5mm，齒數(shù) 13。B 齒可直接滾齒加工，而 A 齒直接滾齒加工時(shí) B 齒對滾刀出刀造成干涉，長期以來只能用插齒加工。軸類零件加工一般采用兩端中心孔為定位基準(zhǔn)，但此零件較長(478mm)，桿部外圓又比較細(xì)(Φ30mm)，所以 A 齒插齒工序采用外圓 D 和端面 E 定位，手動用百分表找正 A 齒部外圓 C，進(jìn)行加工;C、D 外圓和 E 端面插齒前有精磨工序加工。而且夾具需用手動上緊四個(gè)壓板來壓緊零件，加工效率及裝夾效率極低，勞動強(qiáng)度也大，每班僅加工 15 件，已經(jīng)成為此零件的加工瓶頸工序，嚴(yán)重影響產(chǎn)能。圖 2 為工藝優(yōu)化前手動裝夾夾具。通過對零件結(jié)構(gòu)和原工藝方案的分析，認(rèn)為此零件加工的主要問題為加工效率低，解決此問題主要可以從以下兩方面尋找突破：第一、加工工藝方面：尋找高效的加工工藝手段，彌補(bǔ)插齒工藝效率低的缺點(diǎn);第二、夾具方面：設(shè)計(jì)新的自動加緊無間隙定位的插齒夾具，不用手工單件找正及上壓板螺釘，大幅提高裝夾效率，也提高了插齒精度。

　　圖 1　動力輸出主動軸簡圖

　　滾齒是目前較高效的加工工藝，但是直接滾齒會有出刀干涉。所以想到滾齒和插齒相結(jié)合的方式，即滾齒只去除大部分加工余量，而不加工到尺寸，剩下的余量由插齒加工到尺寸，這樣既可以避開出刀干涉，又可以達(dá)到提高效率的目的。要想設(shè)計(jì)自動加緊加緊，首先要考慮零件結(jié)構(gòu)。由于零件結(jié)構(gòu)比較長，設(shè)計(jì)夾具難度較大：零件長 478mm，大部分的長度要裝在機(jī)床工作臺面一下，基本達(dá)到了機(jī)床的加工極限。按常規(guī)的設(shè)計(jì)，其夾具制造極其困難，制造精度很難保證，重量也非常大，價(jià)格也將非常的昂貴。

　　03 加工方案優(yōu)化

　　通過對零件理論分析和繪圖(見圖 1)發(fā)現(xiàn)，A 處滾齒出刀干涉較小，如將滾齒加工公法線減小 1mm，即可剛好完成出刀;滾齒粗加工后，再用插齒工藝對齒加工剩余余量，完成最終齒形加工。這樣，本工序一分為二，兩種加工方式的加工余量均較小，都可以采用大的進(jìn)給加工，并且滾齒工藝本來效率就高，這樣下來加工效率將會成倍提高。

　　04 自動夾具設(shè)計(jì)

　　經(jīng)過分析原工藝，外圓 D 和端面 E 為磨過的精基準(zhǔn)，所以新夾具仍以外圓 D 和端面 E 定位，其裝配示意圖如圖 2 所示。之前加工精度不高主要為外圓 D 和夾具間隙定位，手動找正精度不高造成;新夾具則采用彈性筒夾抱緊外圓 D，無間隙定位，無需找正齒部外圓;彈性筒夾通過連接螺母、連接桿、拉桿與機(jī)床液壓缸相連，隨機(jī)床液壓缸動作完成零件自動定位和加緊過程。用四根長拉桿連接彈性筒夾和機(jī)床液壓缸，既避開了較長的零件桿部，又不會造成夾具超重，節(jié)省材料降低夾具成本。而上本體上裝有手動對齒規(guī)，首件調(diào)整刀具后，后續(xù)對齒規(guī)可保證每個(gè)零件齒槽與刀齒的對應(yīng)，由于公法線余量有 1mm，對齒方便快捷的同時(shí)也可以滿足插齒精度的要求。

　　圖 2　夾具裝配結(jié)構(gòu)示意圖

　　05 新工藝方案效果

　　新工藝實(shí)施前，由于插齒加工效率及裝夾效率低，每班僅加工 15 件，采用新工藝后，粗滾工藝每班 60 件，精插工藝每班 35 件，成倍的提高了加工效率;另外，零件精度也有較大的提高，而且插齒裝夾不用找正，因此取消了齒部外圓 C 的熱前精磨工序。此零件使用粗滾齒工藝，必須經(jīng)過驗(yàn)算及加工實(shí)驗(yàn)，嚴(yán)格控制公法線尺寸及出刀，避免出刀過多造成與 B 齒干涉;而滾齒公法線一致性的控制有利于對齒插齒加工。另外，插齒工藝主要應(yīng)注意對齒操作，避免對齒不準(zhǔn)確而造成齒面無法全部加工出來。

　　06 結(jié)語

　　通過工藝方案的創(chuàng)新優(yōu)化及插齒夾具的創(chuàng)新設(shè)計(jì)，在提高加工效率的同時(shí)，提高了零件加工質(zhì)量，減少了多余的磨外圓工序，達(dá)到了工藝的整體優(yōu)化，也為以后特殊零件的加工提供了新的工藝方案。因此，機(jī)械工藝設(shè)計(jì)及優(yōu)化只有突破傳統(tǒng)加工思維，才能找到解決方案，并以理論為依據(jù)，進(jìn)行不斷地實(shí)踐驗(yàn)證，才能成為可行的創(chuàng)新型方案。