簡析國產(chǎn)磨齒機加工短軸齒輪的工藝方法獲獎科研報告

簡析國產(chǎn)磨齒機加工短軸齒輪的工藝方法獲獎科研報告

摘

要：齒輪作為各類機械傳動系統(tǒng)的核心，在工作過程中的穩(wěn)定性和可靠性直接決定著機械設(shè)備運行的可靠性和安全性。因此，針對機械設(shè)備對傳動精度和壽命要求的不斷提升。另外隨著變速器改善噪聲要求的提高，汽車齒輪精加工越來越多地采用磨齒工藝，但對于小直徑短軸類齒輪的磨齒加工，目前國產(chǎn)的某型號蝸桿砂輪磨齒機床加工困難，很多企業(yè)更多靠購買進口磨齒機來解決。本文介紹一種在某國產(chǎn)磨齒機上加工這類短軸齒輪的方法，解決了現(xiàn)有設(shè)備的加工難題。

關(guān)鍵詞：國產(chǎn)磨齒機;短軸齒輪;工藝

一、小直徑短軸齒輪加工問題

隨著對變速器噪聲要求的提高，高速擋齒輪設(shè)計要求達到國標(biāo)6級精度。我公司為新能源電動汽車配套開發(fā)了一款1T15減速器，因電動機輸出的工作轉(zhuǎn)速高達9000r/min，所以該減速器的2個齒輪軸，設(shè)計精度要求都為6級精度（比手動變速器齒輪高1～2級），工藝上必需采用磨齒才能達到要求。該類齒輪軸為小模數(shù)、少齒數(shù)的短軸結(jié)構(gòu)（見圖1），目前公司磨齒設(shè)備為國產(chǎn)的YK7236蝸桿砂輪磨齒機，該機床規(guī)格對加工這種小直徑短軸齒輪明顯不合適。由于產(chǎn)品直徑小，機床徑向進給接近最小極限，軸向進給行程因受砂輪與工件架干涉的限制，工藝上無法采用直接頂工件內(nèi)錐孔進行磨齒。

二、工藝改進措施

為解決在該國產(chǎn)磨齒機上加工以上短軸齒輪的問題，我們在實踐過程中，先后經(jīng)歷了三個階段的改進，解決了這一加工難題。

2.1第一階段

設(shè)計了一種利用工件60°內(nèi)錐孔定位的磨齒夾具（見圖2左），夾具心軸1的60°錐面和一個60°錐度套2進行定位，螺母3壓緊。機床通過夾緊心軸帶動工件運轉(zhuǎn)進行磨齒加工。該方法解決了砂輪軸向進給與工件架發(fā)生干涉的問題，但存在基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換誤差問題。因為工件內(nèi)孔只有φ14mm，夾具心軸為細長軸，剛性差，加上兩端中心孔的同軸度及壓緊螺母端面與心軸中心線的垂直度都存在誤差，當(dāng)螺母壓緊工件時夾具心軸會產(chǎn)生彎曲變形，基準(zhǔn)不重合的誤差得到放大。實際情況也是如此，盡管夾具的精度已做得相當(dāng)高，但夾具裝上工件后打2個基準(zhǔn)外圓的跳動都會超過0.02mm（但如果直接在偏擺儀上頂產(chǎn)品錐孔，打基準(zhǔn)外圓跳動都在0.01mm以內(nèi)）。所以最終的磨削結(jié)果不好，齒向亂，不能達到設(shè)計要求。2.2第二階段

為解決夾具磨削質(zhì)量達不到設(shè)計要求的問題，在前期產(chǎn)品需求量不大的情況下，我們將工件加長，人為增加一個磨齒的工藝軸頸（見圖2右），機床可直接夾持工藝軸頸進行磨削加工。這樣加工剛性肯定好，也不存在基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換誤差，所以磨齒的效果非常好，完全達到設(shè)計要求的6級精度，但磨齒后多一道工序，要將工藝軸頸切斷。

2.3第三階段

前面采用增加工藝軸頸的方法，很好地解決了加工工藝性問題，也滿足了產(chǎn)品的設(shè)計精度要求，但人為增加了材料成本（毛坯成本增加一倍），并且多了一道工序，對于汽車行業(yè)而言，批量生產(chǎn)用這種方法是行不通的。為此，我們與機床廠家聯(lián)系，溝通解決方案。開始試圖將機床夾持機構(gòu)延伸，但由于夾持外圓與磨削齒輪的齒根圓相差不大，無法避免砂輪進給與夾具體的干涉問題。后來詢問機床廠是否可采用頂尖壓緊，靠錐面的摩擦力驅(qū)動來磨削，答復(fù)是此方法一般只適應(yīng)于磨削小直徑的直齒輪，而該工件為30°大螺旋角斜齒輪。但該方法可以一試。采用頂尖驅(qū)動的方法，首先要對機床油路進行轉(zhuǎn)換，將工件架（工作臺）拉緊液壓缸的油道轉(zhuǎn)換到上尾架頂尖的頂緊液壓缸油道，機床廠家已考慮預(yù)留了尾架頂尖的液壓缸和油道，轉(zhuǎn)換并不困難。接下來要設(shè)計制作一個加長、加大的下工件架死頂尖和一個加長、加大的上尾架活頂尖（這種頂尖都要在原機床廠家訂制）。以上準(zhǔn)備妥當(dāng)后，進行調(diào)機加工。首先按原工件架夾緊液壓缸的壓力值，將尾架頂緊液壓缸的壓力值調(diào)整至2MPa，砂輪轉(zhuǎn)速仍按1600r/min。從磨削的幾件產(chǎn)品送檢結(jié)果來看完全不合格，甚至比用夾具加工的還差，周節(jié)累積誤差大，齒形、齒向亂。經(jīng)檢查，機床精度也無任何問題，經(jīng)過分析認為是尾架頂緊力不夠造成。于是逐步加大尾架頂緊壓力，同時將砂輪轉(zhuǎn)速適當(dāng)降低至1200r/min，再次磨削，檢測結(jié)果明顯好轉(zhuǎn)，但油壓也不能太大，但過大的油壓對機床會造成不利影響。經(jīng)反復(fù)試驗驗證，針對該產(chǎn)品，尾架液壓缸壓力3～3.5MPa是比較合適的。由改善前后的檢測報告可看出，開始時采用的夾具裝夾磨削檢測結(jié)果：Fp0.074、Fr0.064（10級）不合格，齒形、齒向不規(guī)則。改直接采用頂工件內(nèi)錐孔進行磨削，結(jié)果非常好，穩(wěn)定達到6級精度要求：Fp0.021、Fr0.01