齿轮轴套的钻夹具设计
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摘 要：文章采用实际生产过程中的汽车齿轮轴套的具体实例，介绍钻床夹具的设计要点，对不同钻夹具的工作原理、操作使用方法、组成和结构特点等方面进行分析，以便于更好的提高零件的加工精度、生产效率、降低成本等，以满足实际生产的需要。
关键词：齿轮轴套；钻削；夹具
中图分类号：TG75 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2014）30-0003-02
在机械加工过程中，机床夹具的合理使用对提高零件的加工精度、生产效率、降低成本和降低对工人技术水平的要求等多方面都起着重要的作用。依据使用的机床，机床夹具一般分为车床夹具、铣床夹具、钻床夹具、镗床夹具等。本文重点针对于实际生产中的钻床夹具，通过具体工程实例进行分析。
钻夹具主要包含固定式钻模、回转式钻模、翻转式钻模、盖板式钻模和滑柱式钻模。固定式钻模主要用于在立式钻床上加工较大的单孔或在摇臂钻床上加工平行孔系；回转式钻模用于加工同一圆周上的平行孔系或分布在圆周上的径向孔系，一般需要设置回转分度装置或与通用回转台配套使用；翻转式钻模主要用于加工小型工件分布在不同表面上的小孔，一般加工孔径小于10 mm且夹具和工件的质量不可太大；盖板式钻模常用于在大型工件上加工多个平行小孔；滑柱式钻模是通用化及规格化的夹具，可简化设计工作。
目前，随着汽车工业的大规模发展，市场出现了很多以加工汽车零部件的生产厂家企业。目前市场上汽车配件的毛坯常采用粉末冶金加工方式，主要是由于粉末锻造的毛坯具有尺寸精度高、质量稳定的特点，可保证生产时加工工序少，精加工余量少，生产成本低的要求。在加工孔时常需要用到钻夹具，下面本文就联系实际生产中的汽车配件孔加工时的钻夹具进行实例分析。
1 汽车齿轮轴的钻夹具设计
1.1 零件特点及工艺分析
汽车配件―汽车齿轮轴如图1所示，其毛坯是模数为1齿数为21的齿轮零件，为粉末冶金毛坯，毛坯精度较好。已经完成φ6 mm的偏心圆柱面、直径φ11 mm深15 mm的孔加工，要求加工距端面4.5±0.1 mm直径φ3.5 mm、距端面10±0.1 mm直径φ1.4 mm的两孔。两孔的精度要求并不高，由于零件较小，批量较大，分析加工面位置和装夹情况，需采用相应钻夹具进行装夹与加工。
1.2 夹具结构分析
φ3.5 mm孔加工的钻模的装配图如图2所示。该钻夹具是由夹具体1、支撑板2、可调螺钉3、锁紧螺钉4、固定块5、钻模板6、可换钻套7等组成。加工时将夹具体1放置在钻床上，将零件8装入支撑板2中，可调螺钉与零件间在水平方向以端平面定位，通过钻套7引导钻头加工φ3.5 mm孔，为避免可换钻套7磨损，钻套与钻模板之间加一衬套，并用螺钉固定钻套（图中未显示）。该夹具由于加工孔小，产生的切削力较小，未采用夹紧装置，加工时可用手轻扶零件即可。
1.3 定位与导向元件分析
依据零件特点，该零件以φ8 mm不规则圆柱面、平面及零件端面进行定位，限制了工件的6个自由度，属完全定位，符合零件加工时定位的要求。该夹具设计方案采用孔φ3.5 mm的设计基准（即零件左端面）为定位基准，而不是使用齿轮端面作定位基准，是为了保证定位基准与设计基准重合，使定位时的基准不重合误差B=0和定位误差D=0，能满足4.5±0.1 mm的要求。
该夹具采用的是可换钻套，以便大批量生产中，当钻套磨损后可进行更换。
该零件的直径φ1.4 mm孔加工时可调头安装，夹具设计方案可参考φ3.5 mm孔钻夹具设计，在此不再一一赘述。
2 汽车齿轮套的钻夹具设计
2.1 零件特点及工艺分析
汽车配件―汽车齿轮套如图3所示。该零件是模数为1齿数为12的齿轮零件，粉末冶金毛坯，要求加工φ6.02 mm孔和两2-φ4 mmH7垂直孔。根据零件特点，应首先加工好两2-φ4 mmH7垂直孔后再加工φ6.02 mm孔。从零件图看出，两垂直孔分布在圆周上，夹角为900±20 mm，距离端面4 mm，位置精度要求不高，保证孔H7精度应先钻孔再进行铰孔加工。经上分析，加工两垂直孔时应设计钻夹具，以方便加工，保证精度及生产效率。该零件具有尺寸小、重量轻、两孔为圆周上的径向孔系，两垂直孔位置精度要求不高，考虑采用翻转式钻模较为方便经济。
2.2 夹具结构分析
翻转式钻模的装配图如图4所示。该钻夹具是由夹具体1、内六角螺钉3、快换钻套4、钻套螺钉5、钻模板6组成。加工时将零件2装入夹具体1中，内六角扳手拧紧内六角螺钉3。通过钻套4引导，用φ3.9 mm合金钻头加工两垂直孔，然后更换φ4 mm铰刀及对应钻套，进行铰孔加工。由此完成两垂直孔的钻、铰加工。加工结束后松开内六角螺钉3取出工件，进行下一件的加工。
2.3 定位、夹紧与导向元件分析
该零件以φ16 mm圆端面及φ16 mm圆柱面定位，限制了工件的5个自由度，属于不完全定位。而未限制的绕轴线转动的自由度并不需限制。从零件图看出，两垂直孔要求距离φ16 mm圆端面4 mm，该设计方案保证定位基准与设计基准重合，使定位时的基准不重合误差B=0和定位误差D=0。而两孔的垂直度要求由夹具体的两垂直面保证。
该零件尺寸小，重量轻，加工孔尺寸较小，需要的夹紧力小，该夹具通过内六角螺钉3锁紧工件，方便快捷。
加工两垂直孔时，需要依次进行钻、铰工步加工，该夹具采用了快换钻套，以便迅速更换不同内径的钻套，引导刀具相对于工件的正确位置进行加工。更换钻套时，不需拧松钻套螺钉，只要将钻套反转过一定角度，使削边对准螺钉头部即可取出，便于提高生产效率。快换钻套已经标准化，可查阅相关资料。
3 结 语
利用该专用夹具实际加工生产齿轮轴套零件，具有夹紧可靠、定位精度高、工件装夹方便、产品加工合格率高、使用寿命长等特点。
从实际应用效果来看，该夹具的应用大大提高了生产效率，适用于大批量的生产，并且操作方便，能够保证较高的加工精度。该加工方案合理适用，能够满足该零件的加工要求，具有使用和推广价值。该工装能够保证加工的精度，适合批量生产，具有技术创新性。
综上所述，设计钻夹具时，应根据零件的特点、加工精度要求、批量大小和经济成本等具体情况加以具体分析，进行灵活设计。目前钻夹具在工业生产已广泛使用，选择及设计更为合理的夹具显得尤为重要。
参考文献：
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[2] 朱敏红.偏心齿轮轴专用夹具设计[J].机械研究与应用，2013，（6）.
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