花键加工中的夹具设计与改进

2020-04-17 11:32

Part．2 薄壁细长外花键轴加工夹具改进

薄壁细长花键轴的加工是一项工艺难题，加工工艺流程的优劣直接影响着零件加工质量。传统的加工工艺流程为备料→数车→深孔钻→研内孔→外磨→车环槽→研顶尖→滚花键→热处理→磁粉探伤→检验。如此将外花键安排在热处理前加工，热处理后往往出现变形现象，无法保证零件精度。

通过对零件（如图5）的特性和加工难点进行分析，我们对加工工艺进行优化和改进，同时对滚齿夹具的设计应用一种过定位的设计思想，以增加夹具的刚度和定位精度。

花键加工中的夹具设计与改进

图5 零件简图

1、加工零件难点分析

（1）外圆的3处环槽结构使零件最薄处壁厚仅为1．7mm，降低了整体刚度，且加工过程中容易出现振刀、让刀现象，使加工精度及表面粗糙度难以保证。

（2）滚花键加工找正困难。使用传统定位方式压紧后零件变形较大，平均每件找正时间约为30min。为防止零件从夹具上拆下后产生严重变形，采用低进给速度进行切削，造成生产效率低。

2、改进工艺流程

改进后加工流程为：备料→热处理→数车→深孔钻→研内孔→外磨→研顶尖→滚花键→车环槽→磁粉探伤→检验。

3、滚花键夹具的改进

改进工艺流程的核心思想是在淬硬状态下完成零件的机械加工，这就需要夹具设计满足工件定位的稳定、可靠，要有足够的承载力或夹紧力，并做到装夹快速、便捷。改进前与改进后的夹具如下图所示。

花键加工中的夹具设计与改进

图6 改进前夹具图

花键加工中的夹具设计与改进

图7 改进后夹具图

3．1夹具具体改进措施

（1）优化夹具整体刚度。改进前，夹具结构为分体式，定位轴和底座分别加工后再配装并由螺栓紧固，定位精度和整体刚度都难以保证；改进后，夹具由整根棒料进行加工，在满足机床走刀中心高的前提下尽量降低夹具总高，避免了因夹具悬伸过长而出现振刀、让刀等现象。

（2）改良定位心轴。改进前，夹具依靠分段式心轴、轴端台阶面定位，螺母垫圈压紧，3处定位面的误差累积经长度方向放大，导致零件找正困难；改进后，夹具改用整体式直心轴，调整与零件配合间隙，将两端平面改为锥面，以过定位方式装夹零件，降低了找正难度，使零件在滚花键过程中相对夹具更加稳定。

（3）调整压紧方式。改进前，夹具靠旋紧螺母带动垫圈压紧，由于制造精度低、压紧力不均匀，导致压紧后零件发生挠曲变形；改进后，夹具改用螺母带动锥套压紧——锥套与定位心轴无间隙滑配。经验证，压紧后零件齿坯外圆全跳动≤0．015mm，有效保证了压紧力的均匀性。

小结

通过优化加工工艺方案，改良了夹具结构和定位方式，更新了传统的工艺设计和夹具设计理念，解决了薄壁细长外花键轴加工质量差、生产效率低的难题。经过实际应用，使得该零件加工时间大幅降低，单件找正时间也由30min降至约15min，取得了明显的经济效益，为类似零件的加工提供了理论及实践基础。

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