在变速箱中间轴的加工中生产中常见有操作繁琐、角向定位不准确等问题，这些都不利于工件质量的稳定。

图1 加工中心钻孔工序示意图

图1工序中的现场夹具就存在对齿规卡死，需要重复装夹的问题，为此特别设计有自动化夹具总体方案，而「带轴承的端面定位弹簧顶尖」是其中的关键结构。

原现场夹具的问题分析

加工中心钻孔工序中，中间轴通过浮动顶尖与尾顶尖来限制其轴线位置，通过端面定位来限制其轴向位置，通过对齿规来限制其角向位置，来保证轴有较高的定位精度。

图2 头架顶尖座结构

端面定位与浮动顶尖集成在头架顶尖座上，如图2 所示，当轴的M 面与端面定位块定位端面接触时，压缩浮动顶尖与头架弹簧，浮动顶尖内缩。当零件取走时，在头架弹簧力作用下，顶尖回复原位。对齿规使用手动操作的方式，来限制中间轴的角向转动。

图3 对齿规结构示意图

这项现场夹具存在的主要问题是：左右顶尖顶紧时，轴的角向转动造成齿规形变，角向组立过大时，齿规容易卡死，操作工手动强制转动轴来协助对齿甚至重新装夹定位，不利于此工序生产线自动化的改造，并且也无法对工件是否定位准确进行检测。

图4

（a）对齿规变形（b）对齿规卡死

自动化夹具总体方案

1.定位夹紧方式

为保证孔的加工精度，在左右顶尖顶紧，角向对齿规未伸出时必须保证轴的自由转动。这样可以保证轴的角向位置完全由对齿规来确定，减小角向转动阻力及对齿规的形变对孔对称度的影响，同时减少重复装夹的次数，利于生产线自动化改造。夹具总体方案如图5。

图5 自动化夹具总体方案示意图

1）左端采用浮动顶尖，端面定位，右端采用液压顶尖顶紧，为了方便顶紧后工件可以轻松转动以便角向定位，设计带轴承端面定位弹簧顶尖（左），液压顶尖选用轴承顶尖（右）。

2）在机械手放置工件时，浮动顶尖收回，防止干涉工件，工件放置到位后，浮动顶尖顶紧。

3）角向采用对齿规自动对齿防转，且对齿规可进行微调，采用气压驱动方式。

4）对齿规对齿完成后要锁紧，防止加工过程中对齿松动，工件转动。

5）夹具具有对齿防错功能，避免角向定位齿槽定位错误。

6）端面定位及角向定位处均具有检测定位精度装置，防止未定位或定位不准确。

7）采用V 型块与压板液压夹紧方式，夹紧后液压缸需锁紧，以保证装夹刚性。

2.油路设计与气路设计

液压夹具本体上安装支撑缸，压紧缸，尾座液压缸，和顺序阀。尾座液压缸通过3位四通电磁阀由一路油路控制，其余液压元件在同一条油路。通过顺序阀来实现支撑缸与压紧缸动作的先后，支撑缸采用单作用液压缸，升程由液压驱动，回程由压紧弹簧驱动，压紧缸使用双作用液压缸。支撑缸到达指定位置后，油压升高，达到顺序阀的打开压力，压紧缸动作。回程时顺序阀内单向阀打开，支撑缸与压紧缸同时卸油。

图6 油路设计图

机床无气压系统时从车间引气，并增加各类阀及开关等。顶尖气缸与端面气检开关协同保证端面定位。对齿规顶出气缸，对齿规锁死气缸，对齿规气检开关协同保证对齿规的定位与锁死。

图7 气路设计

关键结构：端面定位弹簧顶尖设计

1.带轴承的端面定位弹簧顶尖

如图8所示分为整体A（顶尖座，顶尖套筒，X 向调整垫）、整体B（内隔套，轴承盖，气缸连接法兰，顶尖气缸，心轴螺母，防尘导套，轴向定位块）两部分。轴承外圈装配在A的顶尖套筒内圈上，轴承内圈装配在B的内隔套外圈上，轴系B采用两端固定的方式。

图8 带轴承端面定位弹簧顶尖结构图

顶尖套，小顶尖，压缩弹簧，气缸拉杆螺栓装配在内隔套内孔中。弹簧始终处于压缩状态，防尘导套限制弹簧的伸缩，防止顶尖套从内隔套中脱落。气缸拉杆螺栓与气缸阀芯相连，当气缸阀芯收回时，压缩弹簧，带动顶尖套及小顶尖收回，防止机械手上料时与工件的干涉。当气缸阀芯伸出时，小顶尖在弹簧的弹力下伸出，顶紧中心孔。

2.气动对齿规及对齿预定位设计

如图9，工件的角向位置是通过预定位顶尖及对齿规确定的。当工件被放置在夹具上时，压缩预定位弹簧，预定位顶尖顶入齿槽，工件在角向仅可以微小转动，保证了对齿规不会错齿。

图9 气动对齿规结构图

以上夹具方案在解决加工精度、齿规变形卡死等问题的同时，最主要的特点在于气动对齿规、气检开关的使用，对机床油路改造及与机械臂的信号传输实现了工序的自动化生产。后续只需更换端面定位块，气动对齿规座等部件就可以实现中间轴零件快速换产，为以后轴类新产品工艺开发，自动化生产线的布置做好了准备。