一种花键轴叉摩擦焊通用夹具的制作方法

1.本发明涉及机械制造技术领域，尤其涉及汽车零部件制造技术领域，具体涉及一种花键轴叉摩擦焊通用夹具。


背景技术：

2.加工空心结构的花键轴叉摩擦焊，即是将轴叉头和轴叉管通过摩擦焊焊接在一起，成为整体的花键轴叉。在焊接前，需先将轴叉头和轴叉管同轴设置并分别进行有效固定。目前对轴叉头进行固定，是将一个长芯轴穿过轴叉头的预制耳孔中，然后通过左右油缸带动一组卡爪将轴叉头夹紧、找正；轴叉管通过定位块定位，通过弹性夹头、及轴叉管端卡爪拉紧。在加工过程中，每一个轴叉头都需要穿长芯轴后再放入夹具进行加工，加工效率低；并且此加工方式对芯轴长度要求较高，芯轴的长度设置需配合卡爪同时夹紧轴叉头，对于不同的轴叉头需更换不同的芯轴，导致设备适用性低、成本高。


技术实现要素：

3.本发明针对现有技术中存在的技术问题，提供一种花键轴叉摩擦焊通用夹具，其至少能解决现有技术中对花键轴叉进行摩擦焊时加工效率低的问题。
4.本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
5.一种花键轴叉摩擦焊通用夹具，包括沿花键轴叉的轴向设置的轴叉头端夹具和轴叉管端夹具，所述轴叉管端夹具包括锥形套、弹性夹头、定位块与第一卡爪，所述弹性夹头在锥形套内滑动配合，所述弹性夹头为中空设置，所述第一卡爪固定设置在弹性夹头的弹性端，所述定位块设置在弹性夹头的另一端；
6.所述轴叉头端夹具包括双钳口、第二卡爪、一对耳孔芯轴和顶杆，所述第二卡爪固定安装在双钳口内侧，所述双钳口上沿花键轴叉的轴向设有延伸部，一对所述耳孔芯轴垂直花键轴叉的轴向对称设置在所述延伸部上，所述顶杆的端部与轴叉头的端部相抵接。
7.优选的，所述锥形套、弹性夹头和定位块沿花键轴叉的轴向设置，所述锥形套固定安装在基座上，所述锥形套内设有锥形通孔，所述弹性夹头的外形与所述锥形通孔相适配，所述弹性夹头的弹性端朝向锥形通孔渐放的一端；所述弹性夹头的径向设有弹性槽，所述弹性槽延伸到弹性夹头的弹性端；所述第一卡爪设置在所述弹性端的内壁上，所述定位块可拆卸地设置在弹性夹头内背离弹性端的一端。
8.优选的，所述锥形套内还设有与锥形通孔同轴设置的柱形通孔，所述柱形通孔与锥形通孔的渐缩端连通，所述弹性夹头在所述柱形通孔和锥形通孔内滑动配合。
9.优选的，所述弹性夹头的径向设有多条平行设置的弹性槽，每条所述弹性槽均朝向弹性夹头的弹性端开口；所述弹性端的内壁上，相邻弹性槽之间均设有一个第一卡爪，当弹性端沿径向收缩时，所有第一卡爪相互配合收拢。
10.优选的，所述弹性夹头上靠近定位块的端部设有伸缩机构，所述伸缩机构的活动端与所述弹性夹头同轴设置且固定连接。
11.优选的，所述双钳口的两个钳口对向设置，两个所述钳口的内侧分别设有弧形安装槽，每个弧形安装槽内均固定安装一个所述第二卡爪；两个所述第二卡爪的内侧相互配合呈圆弧形，用于夹紧轴叉头。
12.优选的，所述耳孔芯轴朝向花键轴叉的中心轴的一端设为锥形，其另一端通过安装片固定安装在所述双钳口的延伸部上，所述耳孔芯轴与双钳口联动，所述耳孔芯轴穿入轴叉头的耳孔内、且与耳孔间隙配合。
13.优选的，所述顶杆的一端固定安装在基座上，所述顶杆的另一端同轴设有顶杆头，所述顶杆头套设在所述顶杆的端部，所述顶杆头的形状与轴叉头端相适配，用于摩擦焊时为轴叉头传递顶锻力。
14.优选的，所述双钳口的外侧设有驱动机构，所述驱动机构与双钳口传动连接，用于驱动双钳口相对或相背运动。
15.本发明的有益效果是：夹具装置通过驱动弹性夹头在锥形套内滑动，即可实现第一卡爪对轴叉管的径向定位，而定位块对轴叉管进行轴向定位；通过耳孔芯轴对轴叉头进行周向定位，通过顶杆对轴叉头进行轴向定位，通过双钳口驱动第二卡爪对轴叉头进行径向定位。该装置降低操作过程中的劳动强度，加工效率高、缩短了整个生产制造所花费的时间，定位准确、提高摩擦焊加工的质量，可适用于多种不同规格尺寸的花键轴叉的焊接，适用性广、节省了设备成本。
附图说明
16.图1为本发明与待焊接的轴叉相配合的整体结构示意图；
17.图2为花键轴叉焊接完成后结构示意图；
18.图3为本发明轴叉管端夹具与轴叉管相配合的结构示意图；
19.图4为本发明锥形套剖视图；
20.图5为本发明弹性夹头剖视图；
21.图6为本发明弹性夹头侧视图；
22.图7为本发明第一卡爪剖视图；
23.图8为本发明第一卡爪侧视图；
24.图9为本发明轴叉头端夹具与轴叉头相配合的结构示意图；
25.图10为本发明轴叉头端夹具结构示意图；
26.图11为本发明双钳口侧视图；
27.图12为本发明第二卡爪侧视图。
28.附图中，各标号所代表的部件列表如下：
29.1、轴叉管端夹具，101、锥形套，1011、锥形通孔，1012、柱形通孔，102、弹性夹头，1021、弹性槽，103、定位块，104、第一卡爪，2、轴叉头端夹具，201、双钳口，2011、弧形安装槽，202、第二卡爪，203、耳孔芯轴，204、顶杆，205、顶杆头，3、轴叉管，4、轴叉头，401、耳孔。
具体实施方式
30.以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
31.如图1所示的一种花键轴叉摩擦焊通用夹具，包括沿花键轴叉的轴向设置的轴叉头端夹具2和轴叉管端夹具1，其用于将轴叉管3和轴叉头4进行同轴固定并对准，以实现下一工序的摩擦焊。摩擦焊完成后的花键轴叉结构如图2所示。轴叉管端夹具1的结构如图3所示，所述轴叉管端夹具1包括锥形套101、弹性夹头102、定位块103与第一卡爪104，所述弹性夹头102在锥形套101内滑动配合，所述弹性夹头102为中空设置，所述第一卡爪104固定设置在弹性夹头102的弹性端，所述定位块103设置在弹性夹头102的另一端。第一卡爪104用于防止轴叉管3发生径向偏移和周向旋转，定位块103则用于防止轴叉管3进行轴向的位移。
32.轴叉头端夹具2的结构如图9和图10所示，所述轴叉头端夹具2包括双钳口201、第二卡爪202、一对耳孔芯轴203和顶杆204，所述第二卡爪202固定安装在双钳口201内侧，用于在双钳口201的驱动下，夹紧轴叉头4的外周。所述双钳口201上沿花键轴叉的轴向设有延伸部，一对所述耳孔芯轴203垂直花键轴叉的轴向对称设置在所述延伸部上，用于防止轴叉头4旋转。所述顶杆204的端部与轴叉头4的端部相抵接，用于将轴叉头4的端部顶紧。
33.本实施例提供的夹具装置，在使用时，将轴叉管3放入轴叉管端夹具1的弹性夹头102的中间空腔内，轴叉管3的待加工端露出弹性夹头102外，使用定位块103和弹性夹头102内壁对轴叉管3进行定位。当弹性夹头102在锥形套101内滑动时，锥形套101带动弹性夹头102进行缩放。当弹性夹头102进行收缩时，第一卡爪104将轴叉管3夹紧，实现对轴叉管3的固定；当弹性夹头102进行放开时，第一卡爪104将轴叉管3松开。将轴叉头4的放置到轴叉头端夹具2的双钳口201之间，轴叉头4的待加工端露出夹具外，使轴叉头4的外周与第二卡爪202相配合、轴叉头4的两个预制耳孔401与耳孔芯轴203对准，同时使顶杆204与轴叉头4的端部抵紧，驱动双钳口201对向运动，直到第二卡爪202将轴叉头4夹紧，即实现了轴叉头4的固定。进行摩擦焊时，调整轴叉管端夹具1和轴叉头端夹具2的相对距离，则可调整轴叉管3和轴叉头4的位置。
34.本实施例中，如图3所示，所述锥形套101、弹性夹头102和定位块103沿花键轴叉的轴向设置，所述锥形套101固定安装在基座上，由设备带动基座移动，实现轴叉管端夹具1的整体位移。如图4所示，所述锥形套101内设有锥形通孔1011，如图5的弹性夹头102结构图所示，所述弹性夹头102的外形与所述锥形通孔1011相适配，设置为可以与锥形通孔1011适配的锥形体，所述弹性夹头102的弹性端朝向锥形通孔1011渐放的一端，当沿锥形通孔1011的轴向移动弹性夹头102时，弹性夹头102在锥形通孔1011内滑动。如图5和6所示，所述弹性夹头102的径向设有弹性槽1021，所述弹性槽1021延伸到弹性夹头102的弹性端，当弹性夹头102朝锥形套101的锥形通孔1011外运动时，弹性槽1021张大，当弹性夹头102朝锥形套101的锥形通孔1011内运动时，弹性槽1021缩小。所述第一卡爪104设置在所述弹性端的内壁上，当弹性槽1021张大或缩小时，第一卡爪104与其联动，将轴叉管3释放或夹紧。所述定位块103可拆卸地设置在弹性夹头102内背离弹性端的一端，将轴叉管3的端部抵紧，为其进行轴向的定位。根据不同轴长的轴叉管3，可替换不同尺寸规格的定位块103，利于本装置适用于多种规格的花键轴叉。
35.本实施例中，如图4和5所示，所述锥形套101内还设有与锥形通孔1011同轴设置的柱形通孔1012，所述柱形通孔1012与锥形通孔1011的渐缩端连通；弹性夹头102的外周设为带有锥形台阶的柱形体，锥形台阶的锥形面与锥形套101内的锥形通孔1011相适配，柱形体则与锥形套101内的柱形通孔1012相适配，所述弹性夹头102在所述柱形通孔1012和锥形通
孔1011内与锥形套101滑动配合。
36.柱形通孔1012为弹性夹头102进行径向限位，使其只能沿锥形通孔1011的轴向移动，防止在对轴叉管3进行夹紧的过程中轴叉管3发生径向偏移，利于提高轴叉管3与轴叉头4对准的精准度，提高摩擦焊加工的质量。
37.如图5和6所示为弹性夹头102的结构，所述弹性夹头102的径向设有四条平行设置的弹性槽1021，四条弹性槽1021在弹性夹头102的周向上均匀排布，每条所述弹性槽1021均朝向弹性夹头102的弹性端开口，将弹性夹头102的端部切割为对称的四部分。由于弹性槽1021为弹性夹头102端部的四个组成部分提供了形变的空间，因此弹性夹头102的端部可进行径向或周向的形变，从而使弹性夹头102的弹性端具有了弹性。如图6所示，所述弹性端的内壁上，相邻弹性槽1021之间均设有一个第一卡爪104，配合弹性槽1021的数量，本实施例共设有四个第一卡爪104。如图7的第一卡爪104剖视图以及图8的第一卡爪104侧视图所示，四个第一卡爪104相互配合组成四瓣式卡爪，四瓣式卡爪形成的夹紧面配合轴叉管3的外形，呈圆形。当弹性端沿径向收缩时，所有第一卡爪104相互配合收拢以夹紧轴叉管3，当弹性端沿径向松开时，所有第一卡爪104相互配合释放轴叉管3。
38.本实施例中，所述弹性夹头102上靠近定位块103的端部设有伸缩机构(图中未示出)，所述伸缩机构的活动端与所述弹性夹头102同轴设置且通过拉杆固定连接。伸缩机构可以是油缸、气缸、电动缸或其他可控的伸缩机构，该伸缩机构控制弹性夹头102进行轴向的位移，使其配合锥形套101内的锥形通孔1011滑动，从而实现对轴叉管3的夹紧或松开。
39.图9是轴叉头端夹具2和轴叉头4相配合的示意图，图10是轴叉头端夹具2的局部剖视图。本实施例中，所述双钳口201的两个钳口对向设置，当两个钳口靠拢时，可对轴叉头4进行夹紧。如图10和11所示，两个所述钳口的内侧分别设有弧形安装槽2011，每个弧形安装槽2011内均固定安装一个所述第二卡爪202；如图12的第二卡爪202侧视图所示，两个所述第二卡爪202的内侧相互配合呈圆弧形，与轴叉头4的外形相适配，以达到更佳的夹紧效果。
40.本实施例中，如图9～11所示，所述耳孔芯轴203朝向花键轴叉的中心轴的一端设为锥形，其另一端通过安装片和螺栓相配合固定安装在所述双钳口201的延伸部上，所述耳孔芯轴203与双钳口201联动。所述耳孔芯轴203穿入轴叉头4的耳孔401内、且与耳孔401间隙配合，用于对轴叉头4辅助定位、便于第二卡爪202夹紧轴叉头4。当双钳口201对向或背向轴叉头4运动时，两个耳孔芯轴203插进或推出轴叉头4上预制的耳孔401，为轴叉头4进行径向和周向的限位，防止其发生径向位移或周向旋转，影响下一焊接工序的精准度。由于耳孔芯轴203自动对轴叉头4进行对心，免除了现有工艺中在夹具夹紧前需提前在耳孔401中放入长芯轴的步骤，也免除了夹紧后对轴叉头4进行找正的步骤，降低操作过程中的劳动强度，缩短了整个生产制造所花费的时间，提高效率。
41.本实施例中，所述顶杆204的一端固定安装在基座上(基座在图中未示出)，由油缸推动基座移动，基座推动顶杆204移动，从而在摩擦焊工艺中为轴叉头提供顶锻力；所述顶杆204的另一端同轴设有顶杆头205，所述顶杆头205套设在所述顶杆204的端部，并可拆卸，所述顶杆头205的形状与轴叉头4端相适配，用于摩擦焊时(尤其是进行机顶锻时)为轴叉头4传递顶锻力。顶杆头205在顶杆204的推动下与轴叉头4的端部抵紧，在进行摩擦焊(尤其是进行机顶锻时)时将油缸的顶锻力传递到轴叉头4和轴叉管3的焊接面，同时防止轴叉头4发生轴向的位移，增加了夹紧的牢固度与可靠性。根据不同尺寸的轴叉头4可灵活更换对应的
顶杆头205，增加本实施例夹具装置的适用性，节省设备成本。
42.作为优选，所述双钳口201的外侧设有驱动机构(图中未示出)，所述驱动机构与双钳口201传动连接，用于驱动双钳口201相对或相背运动。驱动机构驱动双钳口201进行同步对中运动以驱动第二卡爪202对轴叉头4进行夹紧，可使用油缸、气缸或电动伺服驱动机构，以实现对双钳口201运动的自动控制。
43.工作原理：
44.本发明提供的夹具装置，将轴叉管3放入轴叉管端夹具1的弹性夹头102的中间空腔内，轴叉管3的待加工端露出弹性夹头102外，使用定位块103和弹性夹头102内壁对轴叉管3进行定位。锥形套101固定在机床上，当伸缩机构通过拉杆推拉弹性夹头102在锥形套101内滑动时，由于锥形通孔1011的作用，使得弹性夹头102径向的尺寸发生变化，弹性夹头102进行缩放。当弹性夹头102进行收缩时，四个第一卡爪104联动组成四瓣式卡爪将轴叉管3夹紧，实现对轴叉管3的固定；当弹性夹头102进行放开时，第一卡爪104将轴叉管3松开。将轴叉头4的放置到轴叉头端夹具2的双钳口201之间，轴叉头4的待加工端露出夹具外，使轴叉头4的外周与第二卡爪202相配合、轴叉头4的两个预制耳孔401与耳孔芯轴203对准，驱动双钳口201对向运动，直到第二卡爪202将轴叉头4夹紧，然后使顶杆204与轴叉头4的端部抵紧，即实现了轴叉头4的固定。进行摩擦焊时，调整轴叉管端夹具1和轴叉头端夹具2的相对距离，则可调整轴叉管3和轴叉头4的位置。本发明通过驱动弹性夹头102在锥形套101内滑动，即可实现第一卡爪104对轴叉管3的径向定位，而定位块103对轴叉管3进行轴向定位；通过耳孔芯轴203对轴叉头4进行周向定位，通过顶杆204对轴叉头4进行轴向定位，通过双钳口201驱动第二卡爪202对轴叉头4进行径向定位。该装置降低操作过程中的劳动强度，加工效率高、缩短了整个生产制造所花费的时间，定位准确、提高摩擦焊加工的质量，可适用于多种不同规格尺寸的花键轴叉的焊接，适用性广、节省了设备成本。
45.以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。