薄壁齿轮作为机械传动中的重要部件，具有结构紧凑﹑质量轻﹑传动效率高的优点，在航空航天﹑汽车﹑机床等领域有着广泛的应用，然而，由于其壁薄﹑刚性差的特点，加工过程中易产生变形，给加工精度和效率带来挑战。
传统车工加工薄壁齿轮时使用数控车床，而数控车床上使用的是液压动力卡盘，装夹时要依靠操作人员手动对薄壁齿轮进行调平，以保证薄壁齿轮安装后的平行度，然而在实际生产中遇到(见图 1)薄壁零件，在加工时三爪夹紧该薄壁齿轮的外圆后(见图 2)，卡爪夹紧力使得薄壁齿轮端面发生轻微变形，导致车削后薄壁齿轮平行度偏大。将液压动力卡盘压力调小后，平行度有所提高，但在加工过程中薄壁齿轮容易掉落，存在安全隐患。因此，本文通过实际加工一种零件为典型案例，从遇到问题，分析问题，解决问题为主线，以设计新型薄壁车工夹具为中心展开论证，为提升薄壁齿轮的加工质量提供理论支撑和实践指导。
一、夹具设计内容及要求
通过设计新型薄壁车工夹具，车工加工后薄壁齿轮端面平形度小于 0.04 mm，满足工艺要求，并且加工后端面平行度过程能力 CPK 值由原来的最高 0.97 变为 1.67 以上。新设计的夹具既能保证薄壁齿轮端面平行度，又能方便操作人员使用。
薄壁齿轮孔径大、壁很薄、径向刚度很弱，在加工过程中受切削力，切削热及夹紧力等因素影响，极易变形，导致端面平行度，孔轴线与端面的垂直度以及内外圆之间的同轴度难以保证，本研究力求设计出满足工艺要求、操作简单、制造成本低的车用夹具。
二、夹具设计原则
针对车床工作时夹具和工件随机床主轴一起高速旋转，具有离心力和不平衡惯量，考虑到零件薄壁齿轮的加工特点，夹具设计应遵循以下原则：结构力求紧凑，简单，质量尽可能轻;夹具与机床主轴联结要安全可靠;调整简单，操作方便，一次投入长期使用;避开了机床径向夹紧力，利用端面压紧方式;设计标准化，可在行业内普遍推广。
此外夹具应具有足够的刚性和稳定性，以抵抗切削力和热应力，减少工件变形。应确保工件的定位精度，减少加工误差。夹具制造成本低，方便制造。
车床夹具多为心轴类与卡盘类夹具，常以工件的内孔或外圆表面作为定位基准。因此，在这些夹具中，为确定工件基准孔或外圆的正确位置所采用的定位元件的尺寸及形位公差，必须标注这类夹具的主要技术条件：与工件配合的圆柱面(即定位表面)的轴线与工件轴线的同轴度;定位表面与其轴向配合部分的同轴度;夹具定位表面对夹具在机床上安装定位基面的垂直度或平行度。
根据零件结构特点，设计心轴类夹具，心轴类夹具按其定位部分的结构形式分为刚性心轴和弹性心轴两种。刚性心轴与工件定位基准孔之间保持一定的配合间隙，配合间隙愈小，定位精度愈高。弹性心轴和工件基准孔之间的配合间隙，靠定位部分的均匀涨开消除。本文介绍的车用心轴为钢性心轴，用于热处理之前精车工序，主要采用零件内容为基准，端面定位展开夹具设计。
三、夹具结构分析
一种薄壁齿轮车工夹具，以提高车工加工后薄壁齿轮的平行度。其结构见图 3，包括心轴 1、压垫 2 和螺母 3;心轴 1 包括用于被夹爪 102.1 夹持的夹持段、用于穿过薄壁齿轮内孔的定位段以及用于与压垫 2 和螺母 3 连接的连接段;压垫 2 的直径与薄壁齿轮定位孔的内径配合;螺母 3 螺纹连接在心轴 1 的连接段上，将压垫 2 压紧在薄壁齿轮定位孔内，实现定位，压垫 2 与心轴 1 的定位段将薄壁齿轮 101 夹紧。上述薄壁齿轮车工夹具，还包括位于压垫 2 和螺母 3 之间的垫片 4，以分散螺母 3 对压垫 2 的压力。心轴 1 与薄壁齿轮内孔间隙配合，心轴 1 由刚性材料制成。
带肩心轴一般采用球面螺母压紧，但因球面螺母热处理后有变形，拧紧螺母时工件会产生偏位，因此当工件端面对轴线的垂直度要求较高时，宜用平肩螺母。平肩螺母除由工艺保证其端面与螺纹垂直外，螺纹应是松动配合，以补偿螺纹的歪斜。
四、夹具实施方式
精车第一序时采用宽边三爪先夹持薄壁齿轮外圆将薄壁齿轮内孔车到图纸要求，且用反车刀将左端面加工到图纸要求尺寸，作为精车第二序时薄壁齿轮定位孔(见图 4);精车第二序时将心轴 1 夹在三爪卡盘 102 上找正、夹紧，然后将薄壁齿轮 101 装在心轴 1 上，装好压垫 2，用螺母 3 拧紧后(见图 3)，加工薄壁齿轮 101 两端面(见图 5)，每次加工完只需松螺母 3 装夹薄壁齿轮 101，心轴 1 固定在三爪卡盘 102 上不动。
上述薄壁齿轮车工夹具利用三爪卡盘 102 的自定心功能特点，以内孔和端面定位方式设计车削夹具，由于薄壁齿轮 101 在精车加工过程内孔、端面和外圆一次装夹、一次加工，可保证薄壁齿轮 101 内外圆的同轴度和端面的垂直度。
五、效果验证
采用薄壁齿轮车工夹具后，薄壁齿轮端面平行度有效控制在工艺范围，端面平行度过程能力 CPK 值 从 0.97 提升为 1.93，具体见图 6 和图 7，夹具调整简单，操作方便，一次投入长期使用，避开了机床径向夹紧力，利用端面压紧方式，降低加工废损，提高质量，设计标准化，可在行业内普遍推广。
六、本实用新型夹具效果
1)使用本文夹具前平行度不稳定，有的超了上限0.04 mm，使用本文车用夹具后过程稳定，平行度小于等于 0.025 mm。
2)使用本文夹具前端面平行度过程能力 CPK 值不到 1，使用本文夹具后端面平行度过程能力 CPK 值在 1.67 以上。
3)使用本文夹具后，不仅降低了每月废损，而且避免了薄壁齿轮因平行度超差造成的三包索赔，每月可节约 1 万多元，并且保证质量，提高了信誉度。
4)该夹具设计可以推广同类产品使用，解决类似薄壁齿轮车工加工难问题，扩大企业可生产产品类型。
七、结语
上述薄壁齿轮车工夹具在解决端面平行度差问题的同时，有效避免端面振纹产生，夹具设计结构紧凑，加工工艺性好，可靠性稳定，方便操作，一次投入长期使用，避开了机床径向夹紧力，利用端面压紧方式;降低加工废损，提高质量，在保证质量的同时，可降低工件的加工成本，具有较好的经济效益，设计标准化，可在行业内普遍推广。
参考文献略.