齒輪箱加工工藝設計研究

徐耀勇

南昌海達建材軸瓦有限責任公司，江蘇南昌 330200

在機械零部件中，齒輪箱零件的體積較小，并且形面呈現復雜的形態，其空間尺寸極難進行測量，需要進行加工的部位也較多，需要具備幾何公差的部位較多，并且需要有準確嚴格的幾何公差值，這些方面都給交齒輪箱的加工帶來了難度。以下主要研究齒輪箱加工工藝的設計問題。

1 齒輪箱加工的技術難點

在我國某煙草機械有限責任公司中，其使用的齒輪箱零件是ZJ19B 卷接機組后身部位的重要零件，通過對該齒輪箱結構特點的分析可以看出，齒輪箱的加工中存在一定的難度：1）齒輪箱的空間尺寸較小，不方便進行測量，并且在加工的過程中，不方便對其進行控制，不能通過測量來保證；2）齒輪箱需要進行加工的部位較多，并且必須具備幾何公差的部位也要求嚴格；3）齒輪箱沒有確切的定位面，很難進行裝夾；4）齒輪箱所使用的材料為ZL101A，在受到壓力的情況下，很容易發生變形的情況。齒輪箱特點，見下圖1 齒輪箱內部結構圖，見下圖2。

圖1 齒輪箱特點展示圖

圖2 齒輪箱內部結構圖

2 加工設備HPM1150U 機床所具有的特性

由于齒輪箱所需要加工的部位較多，并且需要進行高精度加工，并且對齒輪箱加工的中心性能有著較高的要求，因此決定使用瑞士米克朗公司的HPM1150U 立臥轉換加工中心的加工設備。該機床具有以下幾種特性：1）刀庫的最大容量為30 把刀，刀庫的基本形式為盤式，刀柄的主要形式為Hsk-63A，采用5 軸聯動的方式，并且采用TNC430 數控系統和軟件；2）機床的最大行程為：Y=450mm、X=530mm、Z=450mm，主軸所具有的轉速一般在100r/min ～20000r/min 之間，直線軸所具有的定位精度為0.008，重復定位精度為0.006，C 軸分度精度大約為10″，重復定位精度大約為5″，C 周回轉的范圍可以寫作N×360°。

3 具體的解決方案和加工工步的分析

1）齒輪箱加工方案設計驗證過程分析。1.夾具的設計。根據齒輪箱鑄件毛坯的具體情況，設計出了幾種夾具，并從這些方案中選取了兩種具有合理性和可行性的方案來對實物進行拼裝，通過對機床上的實物加工結果分析可以了解到，選取的兩種方案中都存在同樣的問題，也就是在具體公差要求的部位的加工要素由于刀具和夾具沒有發生干涉，所以不能在一次裝夾的過程中順利的完成加工工作，這就導致零件的精度不能滿足基本的精度要求。這就表明，有具體公差要求的加工要素的位置，需要在一次裝夾時結束加工工作，并且做好平面定位，但該平面不屬于齒輪箱零件的中間位置。所以說，應該在加工過程中適當的增設一個輔助支撐面，也就是在R29 圓柱面上增加并焊接一個矩形工藝搭子，這個搭子的尺寸應該為40mm×15mm×12mm；2.螺紋的加工。齒輪箱零件中主要包括3 種內螺紋，分別為M30mm×1.5mm、M45mm×1.5mm 和M33mm×1.5mm。在原有的方案中，主要使用的是鉗工攻螺紋，這種螺紋的直徑較大，并且采用的材料為ZL101A，材質較疏松，極容易出現“爛牙”的情況，從而造成零件報廢。針對這一問題，在開發的過程中，主要運用了機床中的“循環262”功能，利用單刀銑螺紋的方式，有效的解決了“爛牙”問題；

2）重要加工工步分析。（1）對定位面和定位孔的加工。在組合夾具設計中，首先應該對基準線進行核查和校準，加工出D 平面并銑出工藝搭子面；之后將D 平面上的螺孔加工為φ 43.5H6，并將其作為定位孔來使用；為了使接下來需要加工的零件能夠裝夾壓緊，就需要在工藝搭子的兩側增加兩個壓緊槽，并保證其對稱；（2）齒輪箱斜面和孔的加工。在設計組合夾具時，應該對其進行校準，然后以102°的角度來翻轉A 軸，從而加工端面、外圓和內孔等主要部位；之后以180°的角度來翻轉A 軸，從而加工另一個端面、外圓、內孔和內螺紋，并保證同軸度為φ 0.02mm；最后將A 周翻轉到原有的位置，然后分別翻轉±21.5°；（3）A 基準孔和B 基準孔的加工，設計組合夾具。要想避免壓板之間壓在已經完成加工的Ra1.6 對稱斜面上，從而破壞齒輪箱零件的精度，就應該設計一個加工中需要使用的壓緊塊。這個壓緊塊的斜面角度應該和零件的斜面角度相同，在使用的過程中，壓板應該直接按壓在壓緊塊上，并讓壓緊塊緊貼零件的斜面，這樣不僅能夠壓緊零件，也能夠保證零件的完整；（4）去除工藝搭子。通過對組合夾具設計的分析可以了解到，由于齒輪箱零件所使用的材料為ZL101A，并且零件具有較薄的孔壁，如果在加工的過程中過于壓緊，就會使孔變形；如果壓緊的力度太小，就會導致工件出現移動的情況，嚴重的可能造成工件報廢。要想使齒輪箱零件在壓力減小的情況下不發生移動，就需要增加輔助頂的壓力，因此需要設計一個預緊壓塊。預緊壓塊斜面的角度應該和零件斜面的角度一致，在使用的過程中，應該將頂桿壓緊在預緊壓塊上，并讓預緊壓塊緊貼斜面，這樣不僅能夠有效的解決壓緊問題，而且能夠避免對已經完成加工面造成的傷害。

4 結論

在對齒輪箱的零件進行加工的工藝設計環節中，主要使用定制合理的設計組合夾具和工藝路線來解決齒輪箱加工中存在的問題。通過開發HPM1150U 立臥轉換加工中心的程序，有效的解決了齒輪箱零件中的零件下、多部位和多形面的加工問題。由于在許多機械加工中，都存在與齒輪箱零件有著相似特點的零件，所以對齒輪箱加工工藝的設計研究，能夠為其他零件的加工提供一定的借鑒。

[1]向雄方.車身沖模數控加工工藝設計研究[J].制造技術與機床，2009(4).