一种定角度齿形零件加工装置及使用方法

技术领域

本发明属于机械加工技术领域，具体涉及一种定角度齿形零件加工装置及使用方法。

背景技术

齿形零件为飞机上的重要结构零件，该齿形零件的加工精度对功能的发挥起着重要的作用。该齿形零件为铸钢材料，空间结构复杂，空间尺寸多且部分配合表面的尺寸精度和位置精度高，达到H8级精度。如图2所示，该齿形零件的一端为叉形结构，叉形结构的两耳片上分别设置有同轴的通孔a，零件另一端设置有另一同向的通孔b，通孔b圆心与通孔a圆心直线距离为L1，通孔b的内壁设置有齿，该齿用于装配过程中与其他构件配合，与之配合的构件上设置有外齿，设计要求规定在两个构件通过齿面配合安装后，需要保证另一构件的远端抬起高度满足一定值，为此，需要设计该齿形零件的第一齿槽轴线m必要满足一定的角度要求(即第一齿槽轴线m与孔a和孔b圆心连线重合)，否则安装后，将不能满足高度要求。由于该齿形零件为铸件，非加工表面的质量不稳定，且整体尺寸小，很难确定可靠的定位面，同时在加工时，常常采用拼装夹具进行夹装，拼装夹具的拼装周期长，且笨重，不利于高效生产，为此，该齿形零件加工时，经常由于上述因素的存在导致成批或大批量报废。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种定角度齿形零件加工装置及使用方法，通过设计多款辅助加工装置，即可快速完成复杂齿形零件内齿形的固定角度加工操作，并保证加工精度和效率。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种定角度齿形零件加工装置，配合现有的拉刀12和拉床主轴13使用，拉刀12一端为截面呈方形的大径端，一端为制有方形槽的小径端，拉床主轴13轴向制内孔，用于穿入拉刀12小径端，拉床主轴13外壁设方形孔，用于与拉刀12的方形槽配合实现锁紧，所述加工装置包括基座1、连接盘2、花盘3、阴模4、阳模5、带齿圆柱销6、菱形销7、跟刀架8、定位块9、滑轨10、固定销11、叉形件14、限位销15、紧固螺栓16、压板17、紧固螺母18。

所述的基座1为竖直放置的圆形板状结构，其与拉床固定连接，用于将整个加工装置固定在拉床上，是安装加工过程中的辅助装置，其上设置有通孔、限位孔和多个螺栓孔，其中通孔位于圆心处，用于穿过拉刀12，通孔两侧对称设置有限位孔，螺栓孔用于固定其他辅助部件。

所述的连接盘2为连接花盘3与基座1之间的连接构件，其中心设置有通过拉刀12的中心通孔，中心通孔两侧对称设置有孔，用于安装限位销15，配合基座1上的限位孔实现与基座1定位贴合，中心通孔上方设置有下陷，下陷形成的凸台中心设置有用于安装紧固螺栓16的螺纹孔，该螺纹孔与中心通孔相通；中心通孔下方距离L1处制预留孔，用于插入固定销11；连接盘2的边缘设置有多个U形槽，通过紧定螺栓与基座1上的螺纹孔配合，将连接盘2固定在基座1上。

所述的花盘3为一端大一端小的类长圆形板状结构，大圆端中心设置有圆形凸台，该圆形凸台中心制通孔，用于拉刀12穿过，圆形凸台插入连接盘2上的中心通孔并精密配合，同时，紧固螺栓16拧入连接盘2凸台上的螺纹孔，尾端抵在花盘3的圆形凸台上，实现花盘3与连接盘2固定连接；花盘3小圆端中心设置有通孔，该通孔与大圆端圆形凸台中心的通孔之间轴间距为L1，固定销11穿过该通孔并过盈配合，固定销11在花盘3的两侧均伸出一定高度，一侧与连接盘2上的预留孔精密配合，另一侧用于与待加工齿形零件或阴模4精密配合。

所述的阴模4作为对刀样板，为阶梯台结构，其上台阶一端设置制有内齿的齿形孔，其齿形与合格的齿形零件完全相同，阴模4另一端制通孔，两孔距离为L1，且两孔中心连线n即为第一齿槽轴线，当该通孔穿过花盘3上的固定销11时，阴模4的齿形孔位于连接盘2的中心，作为对刀样板用于加工前的对刀，对刀完成后拆下。

所述的滑轨10为圆柱形构件，共两个，对称固定连接在基座1下半圆上，作为跟刀架8的滑动轨道。

所述的跟刀架8为条形结构，两端设置有通孔，用于分别穿过滑轨10，实现其在滑轨10上精密滑动；跟刀架8上部设凸台，凸台中心设置有横向的通孔，用于安装定位块9，通孔两侧对称设置有两个安装孔，用于L形压板17的圆柱端穿过，凸台顶部中心制有螺纹孔，该螺纹孔与凸台上的通孔相通，用于穿入紧固螺钉。

所述的定位块9为圆形阶梯构件，中心设置有方形孔，孔的尺寸与拉刀12的尾部即大径端尺寸配合，定位块9侧面开槽，用于在夹持拉刀12过程中实现弹性变形，定位块9小径端从面向基座1的一侧置入跟刀架8凸台中心的通孔中，且其大径端内侧端面与跟刀架8贴合限位，拉刀12穿入定位块9方形孔后，拧入跟刀架8顶部的紧固螺钉，将定位块9的方形孔收紧，以夹紧拉刀12。

所述的压板17为L形构件，一端为圆柱端，另一端为板状端，圆柱端设置有螺纹，压板17共设结构相同的两个，连接时，其圆柱端分别穿过跟刀架8凸台上的两个安装孔，板状端压在定位块9大径端端面上，紧固螺母18拧紧在压板17圆柱端上，实现对定位块9的压紧，防止在拉刀12运动过程中将定位块9带出。

所述的叉形件14为Y型件，拉刀12前段即小径端穿入拉床主轴13的内孔中，将叉形件14通过拉床主轴13的方形孔穿过拉刀12的方形槽，实现拉床主轴13与拉刀12固定连接，拉床主轴13进行拉削运动时，通过叉形件14实现与拉刀12的联动，完成拉削运动。

所述的阳模5、带齿圆柱销6和菱形销7构成检测样板，用于检测加工完成后的齿形零件的齿形是否正确，阳模5亦为阶梯构件，其外形与阴模4相合，阳模5对应阴模4两端的齿形孔和通孔位置亦制孔，孔内对应固定连接带齿圆柱销6和菱形销7，其中，带齿圆柱销6型面与加工后的齿形零件内齿配合，且其第一齿槽轴线与两孔连线重合，检测样板用于检验加工完成的齿形零件合格性，具体的，检测样板中的圆柱销6和菱形销7能够对应插入阴模4的孔中，使阳模5与阴模4能够精密配合，当检测加工后齿形零件的齿形时，如加工后齿形零件合格，则其第一齿槽轴线应与带齿圆柱销6的第一齿槽轴线重合，即菱形销7应穿入该齿形零件的孔a内，并与孔精密配合，否则该齿形零件不合格。

一种定角度齿形零件加工装置的使用方法，所述使用方法具体步骤如下：

S1：钻孔。按照设计尺寸，将孔a和孔b进行加工完毕，其中孔b为粗加工；

S2：对刀。采用如图6所示的阴模4作为对刀样板进行对刀，将拉刀12的小径端穿过阴模4的带齿孔内，为了保证对刀的精度，阴模4的齿形精度应满足拉刀12穿入4-5齿后不能继续穿入，以消除阴模4的齿和拉刀12齿之间的间隙；

S3：安装拉刀12和阴模4。将步骤2中阴模4和拉刀12组成的组合件安装在花盘3上，即将拉刀12小径端依次穿过花盘3、连接盘2和基座1，将阴模4小圆端的孔穿入固定销11内，如图4，此时，拉刀12的第一齿尖对准待加工齿形零件两孔中心连线，即满足第一齿槽轴线位置。

S4：拉刀12周向定位。将拉刀12的大径端穿入如图9所示定位块9的方形孔内，并通过跟刀架8顶部的紧固螺钉压紧作用将定位块9的方形孔收紧，将拉刀12夹紧，完成拉刀12周向定位；将压板17圆柱端穿入跟刀架8的安装孔中，并拧紧紧固螺母18，使其板状端压紧定位块9；对刀完成。

S5：拆卸阴模4。向外侧推动跟刀架8，带动拉刀12脱离阴模4，将阴模4拆下。

S6：安装待加工齿形零件。按照阴模4的方式，将待加工齿形零件的孔a内穿入固定销11，此时孔b刚好与花盘3大圆端的通孔，即拉刀12的轴线同轴，如图3所示。

S7：拉刀12轴向固定。步骤6完成后，将拉刀12依次穿过待加工齿形零件的孔b、花盘3、连接盘2和基座1后，插入拉床主轴13内，将叉形件14穿入拉床主轴13上的方形孔并卡在拉刀的小径端的方形槽内，确保二者同步进行拉削运动。

S8：拉削齿形。完成上述步骤后，接通电源，使拉床主轴13带动拉刀12运动，并推动跟刀架8跟随运动，保证在拉削过程中，拉刀12不脱落，且周向定位可靠，在拉刀12上的所有齿穿过孔b后，松开跟刀架8顶端的紧固螺钉，使拉刀12与定位块9及跟刀架8脱离，拉床主轴13继续运动，带动拉刀12完全穿过孔b，完成齿形拉削。当进行下一件齿形零件加工时，不必重新对刀，只需拉刀12大径端穿入定位块9完成周向定位即可保证第一齿槽轴线位置，上述所有操作过程中，定位块9与跟刀架8位置始终在压板17的作用下保持相对静止，当定位块9与跟刀架8位置发生相对运动时，只能重新进行上述过程完成对刀。

S9：检测样板检测。将检测样板的带齿圆柱销6和菱形销7分别穿入已加工齿形零件的孔b和孔a内，如能够穿入，则齿形合格，如不能穿入，说明对刀不准确，该齿形零件报废，应重新对刀，即重复操作S2至S9。

本发明的有益效果：

1、加工精度高：本发明装置集加工及检测于一体，对刀样板可以保证拉刀的第一齿槽轴线满足零件要求，检测样板可以快速准确的检测加工后的零件的尺寸及形状符合性，方便、快速。

2、该装置结构简单，仅需要花盘及相关样板的协调配合，即可完成齿形加工及检测，操作方便，制造及维护成本低，一次对刀即可完成批量零件加工。

附图说明

图1-加工及检测流程图；

图2-待加工齿形零件结构示意图，其中，(a)为主视图，(b)为俯视图，图中，a代表耳片上的孔，b代表齿形孔，m代表齿形零件上的第一齿槽轴线，L1代表两孔中心距；

图3-齿形零件装夹示意图；

图4-对刀样板装夹示意图；

图5-跟刀架定位示意图；

图6-对刀样板结构示意图，其中，(a)为主视图，(b)为俯视图，图中，n代表对刀样板上的第一齿槽轴线，；

图7-对刀及检测样板结构匹配示意图；

图8-检测样板结构示意图；

图9-定位块结构示意图。

图中：1-基座；2-连接盘；3-花盘；4-阴模；5-阳模；6-带齿圆柱销；7-菱形销；8-跟刀架；9-定位块；10-滑轨；11-固定销；12-拉刀；13-拉床主轴；14-叉形件；15-限位销；16-紧固螺钉；17-压板、18-紧固螺母。

具体实施方式

以下结合附图和技术方案，进一步说明本发明的具体实施方式。

应当了解，所附附图并非按比例地绘制，而仅是为了说明本发明的基本原理的各种特征的适当简化的画法。本文所公开的本发明的具体设计特征包括例如具体尺寸、方向、位置和外形将部分地由具体所要应用和使用的环境来确定。在所附多个附图中，同样的或等同的部件(元素)以相同的附图标记标引。

一种定角度齿形零件加工装置，配合现有的拉刀12和拉床主轴13使用，拉刀12一端为截面呈方形的大径端，一端为制有方形槽的小径端，拉床主轴13轴向制内孔，用于穿入拉刀12小径端，拉床主轴13外壁设方形孔，用于与拉刀12的方形槽配合实现锁紧，所述加工装置包括基座1、连接盘2、花盘3、阴模4、阳模5、带齿圆柱销6、菱形销7、跟刀架8、定位块9、滑轨10、固定销11、叉形件14、限位销15、紧固螺栓16、压板17、紧固螺母18。

所述的基座1为竖直放置的圆形板状结构，其与拉床固定连接，用于将整个加工装置固定在拉床上，是安装加工过程中的辅助装置，其上设置有通孔、限位孔和多个螺栓孔，其中通孔位于圆心处，用于穿过拉刀12，通孔两侧对称设置有限位孔，螺栓孔用于固定其他辅助部件。

所述的连接盘2为连接花盘3与基座1之间的连接构件，其中心设置有通过拉刀12的中心通孔，中心通孔两侧对称设置有孔，用于安装限位销15，配合基座1上的限位孔实现与基座1定位贴合，中心通孔上方设置有下陷，下陷形成的凸台中心设置有用于安装紧固螺栓16的螺纹孔，该螺纹孔与中心通孔相通；中心通孔下方距离L1处制预留孔，用于插入固定销11；连接盘2的边缘设置有多个U形槽，通过紧定螺栓与基座1上的螺纹孔配合，将连接盘2固定在基座1上。

所述的花盘3为一端大一端小的类长圆形板状结构，大圆端中心设置有圆形凸台，该圆形凸台中心制通孔，用于拉刀12穿过，圆形凸台插入连接盘2上的中心通孔并精密配合，同时，紧固螺栓16拧入连接盘2凸台上的螺纹孔，尾端抵在花盘3的圆形凸台上，实现花盘3与连接盘2固定连接；花盘3小圆端中心设置有通孔，该通孔与大圆端圆形凸台中心的通孔之间轴间距为L1，固定销11穿过该通孔并过盈配合，固定销11在花盘3的两侧均伸出一定高度，一侧与连接盘2上的预留孔精密配合，另一侧用于与待加工齿形零件或阴模4精密配合。

所述的阴模4作为对刀样板，为阶梯台结构，其上台阶一端设置制有内齿的齿形孔，其齿形与合格的齿形零件完全相同，阴模4另一端制通孔，两孔距离为L1，且两孔中心连线n即为第一齿槽轴线，当该通孔穿过花盘3上的固定销11时，阴模4的齿形孔位于连接盘2的中心，作为对刀样板用于加工前的对刀，对刀完成后拆下。

所述的滑轨10为圆柱形构件，共两个，对称固定连接在基座1下半圆上，作为跟刀架8的滑动轨道。

所述的跟刀架8为条形结构，两端设置有通孔，用于分别穿过滑轨10，实现其在滑轨10上精密滑动；跟刀架8上部设凸台，凸台中心设置有横向的通孔，用于安装定位块9，通孔两侧对称设置有两个安装孔，用于L形压板17的圆柱端穿过，凸台顶部中心制有螺纹孔，该螺纹孔与凸台上的通孔相通，用于穿入紧固螺钉。

所述的定位块9为圆形阶梯构件，中心设置有方形孔，孔的尺寸与拉刀12的尾部即大径端尺寸配合，定位块9侧面开槽，用于在夹持拉刀12过程中实现弹性变形，定位块9小径端从面向基座1的一侧置入跟刀架8凸台中心的通孔中，且其大径端内侧端面与跟刀架8贴合限位，拉刀12穿入定位块9方形孔后，拧入跟刀架8顶部的紧固螺钉，将定位块9的方形孔收紧，以夹紧拉刀12。

所述的压板17为L形构件，一端为圆柱端，另一端为板状端，圆柱端设置有螺纹，压板17共设结构相同的两个，连接时，其圆柱端分别穿过跟刀架8凸台上的两个安装孔，板状端压在定位块9大径端端面上，紧固螺母18拧紧在压板17圆柱端上，实现对定位块9的压紧，防止在拉刀12运动过程中将定位块9带出。

所述的叉形件14为Y型件，拉刀12前段即小径端穿入拉床主轴13的内孔中，将叉形件14通过拉床主轴13的方形孔穿过拉刀12的方形槽，实现拉床主轴13与拉刀12固定连接，拉床主轴13进行拉削运动时，通过叉形件14实现与拉刀12的联动，完成拉削运动。

如图7和图8所示，所述的阳模5、带齿圆柱销6和菱形销7构成检测样板，用于检测加工完成后的齿形零件的齿形是否正确，阳模5亦为阶梯构件，其外形与阴模4相合，阳模5对应阴模4两端的齿形孔和通孔位置亦制孔，孔内对应固定连接带齿圆柱销6和菱形销7，其中，带齿圆柱销6型面与加工后的齿形零件内齿配合，且其第一齿槽轴线与两孔连线重合，检测样板用于检验加工完成的齿形零件合格性，具体的，检测样板中的圆柱销6和菱形销7能够对应插入阴模4的孔中，使阳模5与阴模4能够精密配合，当检测加工后齿形零件的齿形时，如加工后齿形零件合格，则其第一齿槽轴线应与带齿圆柱销6的第一齿槽轴线重合，即菱形销7应穿入该齿形零件的孔a内，并与孔精密配合，否则该齿形零件不合格。

一种定角度齿形零件加工装置的使用方法，流程如图1所示，所述使用方法具体步骤如下：

S1：钻孔。按照设计尺寸，将孔a和孔b进行加工完毕，其中孔b为粗加工；

S2：对刀。采用如图6所示的阴模4作为对刀样板进行对刀，将拉刀12的小径端穿过阴模4的带齿孔内，为了保证对刀的精度，阴模4的齿形精度应满足拉刀12穿入4-5齿后不能继续穿入，以消除阴模4的齿和拉刀12齿之间的间隙；

S3：安装拉刀12和阴模4。将步骤2中阴模4和拉刀12组成的组合件安装在花盘3上，即将拉刀12小径端依次穿过花盘3、连接盘2和基座1，将阴模4小圆端的孔穿入固定销11内，如图4，此时，拉刀12的第一齿尖对准待加工齿形零件两孔中心连线，即满足第一齿槽轴线位置。

S4：拉刀12周向定位。将拉刀12的大径端穿入如图9所示定位块9的方形孔内，并通过跟刀架8顶部的紧固螺钉压紧作用将定位块9的方形孔收紧，将拉刀12夹紧，完成拉刀12周向定位，如图5所示；将压板17圆柱端穿入跟刀架8的安装孔中，并拧紧紧固螺母18，使其板状端压紧定位块9；对刀完成。

S5：拆卸阴模4。向外侧推动跟刀架8，带动拉刀12脱离阴模4，将阴模4拆下。

S6：安装待加工齿形零件。按照阴模4的方式，将待加工齿形零件的孔a内穿入固定销11，此时孔b刚好与花盘3大圆端的通孔，即拉刀12的轴线同轴，如图3所示。

S7：拉刀12轴向固定。步骤6完成后，将拉刀12依次穿过待加工齿形零件的孔b、花盘3、连接盘2和基座1后，插入拉床主轴13内，将叉形件14穿入拉床主轴13上的方形孔并卡在拉刀的小径端的方形槽内，确保二者同步进行拉削运动。

S8：拉削齿形。完成上述步骤后，接通电源，使拉床主轴13带动拉刀12运动，并推动跟刀架8跟随运动，保证在拉削过程中，拉刀12不脱落，且周向定位可靠，在拉刀12上的所有齿穿过孔b后，松开跟刀架8顶端的紧固螺钉，使拉刀12与定位块9及跟刀架8脱离，拉床主轴13继续运动，带动拉刀12完全穿过孔b，完成齿形拉削。当进行下一件齿形零件加工时，不必重新对刀，只需拉刀12大径端穿入定位块9完成周向定位即可保证第一齿槽轴线位置，上述所有操作过程中，定位块9与跟刀架8位置始终在压板17的作用下保持相对静止，当定位块9与跟刀架8位置发生相对运动时，只能重新进行上述过程完成对刀。

S9：检测样板检测。将检测样板的带齿圆柱销6和菱形销7分别穿入已加工齿形零件的孔b和孔a内，如能够穿入，则齿形合格，如不能穿入，说明对刀不准确，该齿形零件报废，应重新对刀，即重复操作S2至S9。

以上所述实施例仅表达本发明的实施方式，但并不能因此而理解为对本发明专利的范围的限制，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些均属于本发明的保护范围。