安徽星瑞齿轮传动有限公司研发的一款国Ⅵ发动机零件中的空气压缩机齿轮采用了圆锥配合，该锥孔齿轮相对于圆柱形直孔齿轮，在工装、检具设计方面复杂了许多。为了保障产品快速量产、提高生产效率、降低生产成本、稳定生产质量，迫切需要设计一种结构简单、操作方便、加工稳定性强的浮动定心液压夹具。
01手动夹紧夹具的缺陷该款空气压缩机齿轮在样件阶段采用的是手动夹紧夹具，其结构包括上压盖、下压盖、定位芯轴及连接螺栓，设计原理采用芯轴锥面定位，上压盖和下压盖相对夹紧。该结构夹具操作繁琐、稳定性差，导致加工效率低、加工质量不稳定，不能满足批量加工要求。
为解决手动夹紧夹具的缺陷，研究设计了浮动定心液压夹具，采用了压缩弹簧的弹力将锥套向上托起抵接工件内锥孔，从而实现工件中心、夹具中心重合，达到自定心的目的。
02浮动定心液压夹具的组成结构与工作原理2.1组成结构
该浮动定心液压夹具主要由浮动定位、液压拉紧以及连接部件三部分组成，如图1所示。包括定位芯轴、锥套、压缩弹簧、下支撑、拉杆、上压紧盖、防转螺栓、各连接螺栓。锥套套在定位芯轴上端外圆处，只保留其在定位芯轴Z向的上下移动、旋转自由度，采用小间隙高精配合。利用压缩弹簧的弹力将锥套向上托起，使得锥套外锥面与工件内锥壁紧密接触，从而实现工件中心、夹具中心二者重合，达到自定心的目的。利用下支撑限制工件在夹具Z向最终的位置，且下支撑端面与工件下端面贴合后可以保证与定位芯轴Z方向的中心线垂直不歪斜。上压紧盖与拉杆之间采用快换连接，其设有若干等分矩形内花键，与拉杆顶端的矩形外花键间隙配合。防转螺栓限制拉杆和连接杆绕Z轴方向旋转的自由度，防止拉杆松动，从而避免加工时出现异常，其末端落于拉杆和连接杆键槽内即可。
图1浮动定心液压夹具的结构示意图
2.2工作原理
工作时，首先将产品锥孔的大端向下穿过拉杆顶端，放置在锥套上；然后将上压紧盖顺着开口槽位置穿过拉杆顶部的键后，绕拉杆Z向旋转一角度，使拉杆键与上压紧盖的槽错位，拉紧时拉杆顶部键的端面压在上压紧盖的未开槽部分上；最后通过拉杆将机床的液压拉紧力输出，传递给上压紧盖。当液压缸向下拉紧时，拉杆带动上压紧盖向下运动，即工件实现了定位和拉紧。当加工结束时，按照安装的相反顺序依次拆下上压紧盖和工件即可。
2.3主要技术参数
定位芯轴顶端的外圆与锥套内孔之间间隙配合，间隙越小夹具定心精度越高，但过小锥套则不能沿芯轴外圆作上、下、旋转运动。因此，选择了直径方向间隙0.～0.mm的小间隙配合，要求夹具制作时进行配做。定位芯轴的顶端还设有内孔，拉杆可在内孔上、下、旋转运动，可选择H7/h6或H8/h6间隙配合。压缩弹簧选用普通圆柱螺旋压缩弹簧（依据GB/T—），其工作状态弹簧力选择工件与锥套重量总和的2～4倍，弹簧力越大托起效果越好，但弹簧力过大则会导致锥套与工件内孔过盈配合形成自锁。锥套外锥面与工件内锥面的接触率控制在65%～90%，且控制内、外锥面以大端接触为准，即内圆锥锥角＜外圆锥锥角，以防止锥套工作时产生自锁，提高工件安装后定心精度。下支撑下端面设有若干槽，便于加工时排出流入夹具内部的冷却液。上压紧盖与拉杆之间采用快换连接，安装时上压紧盖内花键穿过拉杆顶端外花键后旋转一角度即可。防转螺栓是限制拉杆和连接杆绕Z轴方向旋转的自由度，其末端落于拉杆和连接杆键槽内即可。防转螺栓可有效防止拉杆或连接杆在工作过程中因切削振动而松动，导致拉紧力不足，从而避免加工时出现异常。
2.4工作操作步骤
产品放置在锥套的锥面上→装入上压紧盖，旋转一角度，使得键与槽错位→启动机床加工程序，液压拉紧后开始加工→加工结束→旋转上压紧盖→将上压紧盖和工件一并取下。
03改进效果分析浮动定心液压夹具不仅解决了手动夹具操作繁琐、装夹效率低的问题，实现空气压缩机齿轮批量生产的效果，而且还具有设计技术创新价值。二者对比见表1。
表1浮动定心磨齿液压夹具与手动夹紧夹具的优、劣对比
04结语本文运用锥度配合对中性好的特点，采用压缩弹簧的弹力将锥套向上托起抵接工件内锥孔的方法，研究设计出浮动定心液压夹具结构，在实际加工滚齿、磨齿工序中进行了应用，为我公司生产的空气压缩机齿轮实现量产提供了有力保障。同时还将浮动定心液压夹具结构与手动夹紧夹具结构进行了优、劣对比，体现了浮动定心液压夹具结构的创新价值，为机械加工设计人员提供了一种锥孔类齿轮的工装设计思路与方法。
END齿轮传动视频号上线了！
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