論高精度薄壁人字齒輪加工方法

占雄輝

摘要：分析了薄壁人字齒輪加工過程中的難點，通過設計液壓螺母、芯棒工裝等確保齒輪的加工狀態(tài)和工裝狀態(tài)一致，保證齒輪內(nèi)孔錐度吃色及齒輪ISO 3級精度。

關(guān)鍵詞：人字齒；ISO 3級精度；磨齒；齒輪計量儀

該人字齒輪的特點：1、齒部精度要求ISO1328 3級精度；2、該零件屬于薄壁齒輪，加工過程中易變形；3、人字齒對中要求高；4、內(nèi)孔錐度吃色要求大于等于90%。客戶要求加載試驗時要求進一步降低噪聲內(nèi)孔且使用錐度測量時高度方向的誤差±0.03。因此，需要設計一種能夠確保齒輪精度的同時又能保證加載時低噪聲的人字齒輪工藝。

一、滾齒劃線優(yōu)化

首先在車工序時保證人字齒滾齒時的對中偏差確保熱處理后磨齒時左右兩齒的齒面余量能夠均勻分配且保證精磨齒時有最小磨齒余量0.05mm。滾齒機未安裝人字齒滾齒程序，只能通過鉗工劃線來保證人字齒對中偏差。為確保對中偏差只需在滾齒之前的粗車工序中將緊靠的兩齒齒端倒角暫不車削，從而方便鉗工劃線測量即可，待滾齒完成后再將齒端倒角車出即可。

二、磨削工序優(yōu)化

磨削內(nèi)孔時專門設計錐度規(guī)來保證內(nèi)孔在恒溫自然狀態(tài)下符合圖紙要求且保證吃色面積大于等于90%。使用國外進口藍油保證藍油吃色層厚度≤2μm，保證吃色時與裝配狀態(tài)一致，反應真實的接觸面積。設計的一對錐度規(guī)采用GCr15鋼材料保證錐度規(guī)經(jīng)過淬火回火后具有較高的硬度、均勻的組織、良好的耐磨性，零件在淬火后經(jīng)過深冷處理及兩次低溫人工時效處理保證規(guī)尺寸的穩(wěn)定性。規(guī)的尺寸通過三坐標測定保證錐度在±2″的誤差之內(nèi)且一對規(guī)進行嚙合檢驗，涂色層厚度不大于1.5μm，接觸面積≥95%。經(jīng)過以上工序能夠保證塞規(guī)檢查的人字齒內(nèi)孔及環(huán)規(guī)檢查的磨齒芯棒能夠嚙合時接觸面積≥90%。在制作錐度規(guī)完成后，粗磨內(nèi)孔時使用錐度規(guī)吃色檢查磨床角度是否調(diào)整到位。該零件特征是壁厚較薄，使用錐度規(guī)時工人的手法不同對于軸向測量尺寸影響較大，經(jīng)過對比不同工人的手法軸向尺寸誤差±0.05。考慮到軸向尺寸誤差較大，影響內(nèi)孔尺寸，因此通過錐度規(guī)使用規(guī)范來控制錐度規(guī)的下落高度能夠大大消減手法不一致導致的軸向尺寸誤差。錐度規(guī)使用規(guī)范的特征是：錐度吃色與內(nèi)孔尺寸（轉(zhuǎn)化為軸向尺寸）測量分開（考慮到藍油厚度的影響）。先在錐度規(guī)上涂一層進口藍油，膜厚≤1.5μm，錐度規(guī)輕放置內(nèi)孔中吃色，吃色面積≥90%，保證內(nèi)孔錐度符合圖紙要求。待完成內(nèi)孔吃色檢查后，清洗干凈錐度面上的藍油準備尺寸檢查。錐度規(guī)使用規(guī)范中增加錐度規(guī)下放高度h=25mm（經(jīng)過設計核算，規(guī)定錐度規(guī)大端里零件端面的高度為25mm往下放置能夠確保錐度內(nèi)孔貼合而不致于將零件內(nèi)孔撐大）消減人工誤差。

三、制作磨齒芯棒

由于該齒輪的特征是齒部較薄，裝配過程中又采用了壓裝，薄齒輪對過盈量較為敏感，從而會對已達精度的齒輪出現(xiàn)公法線超差等使齒輪精度不達標的情況，因此磨齒工序采用芯棒與液壓螺母組合工裝，使工件通過預設的打壓壓力值及制定專門的壓裝規(guī)范來保證在磨齒狀態(tài)下與工作狀態(tài)下零件的漲大量保持一致，從而確保齒部在加載試驗時各項評價指標符合ISO1328 3級[1]精度要求。

本組合工裝由三部分組成，詳見圖

本壓裝規(guī)范如下：

1.把齒輪套入芯棒上，輕輕敲實；將NPT3/8快速接頭纏上膠帶，擰緊到齒輪NPT3/8螺紋接口上。

2.將液壓螺母的行程歸零（擠壓出液壓螺母中的液壓油，保證螺母活塞行程歸零），然后把液壓螺母的活塞端朝向齒輪，旋進芯棒的螺紋端，在液壓螺母上安裝NPT3/8快速接頭。

3.將兩只手動泵分別于齒輪、液壓螺母的快速接頭連接。

4.先對液壓螺母的手動泵泵壓，保證齒輪在軸向有預緊力，再對與齒輪連接的手動泵泵壓，徑向漲開齒輪，然后兩個手動泵交替泵壓將齒輪緩慢壓入芯棒（此過程錐面不可以漏油，且液壓螺母油壓必須保持不得下降），與齒輪連接的手動泵油壓升至22.5MPa-24MPa，與液壓螺母連接的手動泵油壓升至2MPa-4MPa，直至齒輪端面與軸肩端面貼緊，停止加壓。用塞尺檢查齒輪端面與軸肩端面的間隙X，該值應<0.02。

5.確認齒輪安裝到位后拆除手動泵及快換接頭等，一小時后再次確認齒輪端面與軸肩端面的間隙值X<0.02

四、磨齒優(yōu)化

磨齒工序?qū)X部的3級精度起到至關(guān)重要的作用。磨齒工序大致過程：檢查機床狀態(tài)----標定機床----上工件進行余量分配----粗磨----送齒輪計量檢測----根據(jù)報告再次修正機床參數(shù)----粗磨----送齒輪計量檢測----根據(jù)報告再次修正機床參數(shù)----精磨留0.05mm量-----送齒輪計量檢測----精磨----送齒輪計量檢測合格。在提升機床狀態(tài)方面內(nèi)容是提高磨齒粗糙度方面采取更換成人工排列的金剛滾輪，檢查磨齒機的砂輪及滾輪的動平衡系統(tǒng)，提高過濾紙的性能等措施。通過磨削標定輪并計量齒輪精度來確保整個磨齒系統(tǒng)處于能夠磨削三級精度的狀態(tài)。由于齒輪在齒向存在修行且齒輪斜率大因此使用公法線千分尺測量時幾乎只能卡到左右兩齒端，這樣造成的誤差經(jīng)過對比在0.01絲左右，對于3級精度的齒輪是不可以接受的。因此使用齒輪計量儀來評定公法線最為準確。通過反復磨削然后上齒輪計量儀計量來確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

五、結(jié)論

高精度薄壁人字齒輪加工成為生產(chǎn)難點，采取上述有效的工藝方法能夠顯著改善齒輪加工精度保證減少嚙合噪聲。

參考文獻

[1]ISO 1328-1：1995 cylindrical gears-ISO system of accuracy Part 4

（作者單位：南京高精船用設備有限公司）