滄州天碩聯軸器有限公司
 
 
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插齒機

Y54插齒機上插制軸齒斜齒輪的精度保證

 
摘要:通過對廢舊Y54插齒機維修,加高改裝,安裝螺旋導軌,調整刀架及工作臺蝸輪副,選用合適的刀具、切削液,設計合理的夾具,并對工件的材料正火熱處理工序加以控制,達到了插制軸斜齒輪的精度要求,滿足了生產需要。

圖1
某汽車變速箱的中間軸為軸齒結構,如圖1所示,其材料為20CrMnTi,鍛造后正火硬度為156~207HB。C檔齒輪參數,模數m=3~5mm,齒數Z=21,螺旋角b=18°,右旋,壓力角a=22.5°。在加工C檔齒輪時,必須在斜齒插齒機上加工。 C檔齒輪的齒形加工采用插齒—徑向剃齒工藝,熱處理滲碳淬火后的最終精度要求達到8級(GB10095—88)。剃齒后齒輪精度可提高1~1.5級,而熱處理滲碳淬火后則使齒輪精度下降1~2級。綜合考慮,制訂插齒工序應達到的精度為6~7級之間,具體要求為:齒形誤差ff≤0.01mm,齒向誤差Fb≤0.01mm,公法線長度變動量Fw≤0.025mm,齒距偏差fpt≤0.012mm,齒距累積誤差Fp≤0.04mm,齒圈徑向跳動Fr≤0.03mm,表面粗糙度Ra3.2μm。 為了節約,我廠將一臺產于70年代初期的Y54插齒機進行了維修改造,并優化工藝系統達到了斜齒輪插削工序的產量和質量要求。具體如下。

1 機床修理及蝸輪副調整安裝

眾所周知,插齒加工比滾齒加工的齒距累積誤差Fp、公法線長度變動量Fw大得多,這是因為插齒機傳動鏈上(刀具至工件)有兩套蝸輪副所致,即刀架(刀具)蝸輪副和工作臺蝸輪副(分齒蝸輪副):而滾齒機只有一套工作臺(分齒)蝸輪副。蝸輪副的齒距偏差、齒距累積誤差對被加工齒輪的齒距誤差、齒距累積誤差影響最為敏感。 因此,在維修時除了更換必要的易損件、刮削導軌恢復精度外,著重對蝸輪副用“誤差抵消法”進行修復調整,提高了機床精度。 拆卸Y54插齒機上兩套蝸輪副,清洗去毛刺后,蝸輪在PESU640齒輪測量中心上測量,發現磨損量雖然較大,達0.40mm左右(齒厚),但每齒的磨損比較均勻,這是因為蝸輪轉速較慢,潤滑情況良好的緣故:但測出的齒距累積誤差較大,分別為Fp工=0.09mm,Fp刀=0.065mm,其誤差曲線如圖2所示。 因為蝸輪的齒形磨損較均勻,故不用更換,也不必修復,以節省工作量和資金。而蝸桿轉速高,磨損量大且不均勻,需重制,在Y7520W螺紋磨床上與蝸輪進行配磨,達到規定接觸要求為止。

圖2
彭東林等所著《插齒機刀具合理選擇與機床精度提高》(刊于《制造技術與機床》1998年第1期)一文獻指出,插齒機傳動誤差主要取決于刀架蝸輪副和工作臺蝸輪副,如能使刀具蝸輪副的累積誤差與工作臺蝸輪副的累積誤差相抵消,就可有效地提高插齒機精度;谏鲜鏊悸,在安裝兩套蝸輪副時,用實際試切齒坯的方法,即切一只齒坯測出齒距誤差,然后固定分齒蝸輪,轉動調整刀具蝸輪,經數次切削齒坯調整刀具蝸輪,就可使兩套蝸輪副的齒距累積誤差抵消至最小程度(這時誤差曲線剛好相差180°),從而使被加工齒輪的齒距累積誤差達到最小值,機床的精度也提高了。兩套蝸輪副合成誤差曲線如圖2所示。蝸輪副的安裝,除了采用“誤差抵消法”外,還須注意保證徑向跳動,軸向竄動等項目要求。

2 機床的改裝

機床的改裝包括三個方面:螺旋導軌、加高、工作臺主軸內孔加大。
    螺旋導軌 插削斜齒輪的運動,除具備插直齒的所有運動外,還須輔加一個運動,即刀軸(刀具)的附加旋轉運動,這樣才能使斜齒插齒刀與被插齒輪形成對嚙關系,從而插出斜齒輪。 刀軸的附加旋轉運動靠螺旋導軌來實現,螺旋導軌分固定、滑動兩部分;瑒勇菪龑к売蒆T300灰鐵材料制成,裝在刀軸上部的錐體上:固定導軌由三片組成,中間一片用以調整導軌面磨損后的間隙(相當于鑲鐵),用HT300灰口鑄鐵材料制造即可,旁邊兩片導軌用錫青銅制造,若無條件,也可用耐磨鑄鐵制造,固定螺旋導軌安裝在刀架蝸輪副的內孔表面;瑒、固定螺旋導軌面上都應開有油槽,以便正常潤滑,防止拉傷、咬毛(甚至咬死)而影響精度(甚至不能工作)。 螺旋導軌的設計制作先按給出的齒輪、插齒刀參數計算出螺旋導軌的導程為
    Px=Px0= pmz0 = pmtz0
    sinb tanb
    式中:P

    x——螺旋導軌的導程

    Px0——插齒刀的導程 mt——端面模數 m——齒輪模數 z0——斜齒插齒刀齒數 b——斜齒輪分度圓螺旋角(即插齒刀分度圓螺旋角) 根據計算出的導程,進行銑削和用以測量。 螺旋導軌的加工工藝:鑄造—車削—銑削導軌面—鑿油槽面—配刮導軌面。 螺旋導軌加工的關鍵是銑削導軌面,必須按導程精確搭配掛輪:其次是在配刮固定和滑動導軌面時,邊刮削邊在導軌儀上測量,若導程誤差大,則加工出的齒輪齒向誤差Fb超差,使后道剃齒工序無法糾正,最終引起變速箱噪聲增大。當無導程儀時,螺旋導軌的導程可在Y3150E滾齒機上進行簡易測量,通過計算得出導程。具體測量及計算方法請參閱高碩俊所著《斜齒插齒機螺旋導軌參數簡易測試方法》(刊于《汽車齒輪》1991年第1期)。 機床使用時,要防止螺旋導軌咬傷拉毛。Y54插齒機無自動潤滑裝置,注意每個班次需在螺旋導軌上方加兩次32#或46#機械油(班前、班中各一次),且潤滑油要經過濾,不能有污垢雜物鐵屑等。 螺旋導軌自行設計制造的費用大概在3千元左右,比到專業廠家購買節約了3萬多元。 工作臺主軸孔加大 由于變速箱中間軸較長,加工時需將左端65mm外圓裝入工作臺主軸孔內,以降低加工高度。但主軸孔徑太小,無法安裝工件。拆下主軸將孔車至75mm,深度130mm。 加高改裝 被加工的中間軸左端放入工作臺主軸孔后,機床的高度還不夠,經計算需加高135mm。用HT200灰鑄鐵制作兩條加高塊,高135mm,長度與上、下床身結合面等長,寬度120mm,經加工平磨兩底面后,先緊固在下床身結合面上,再將插齒機上床身緊固在加高塊上,這樣機床的插削高度就增加了135mm。

    3 夾具

    插削C齒輪時,以65mm外圓右端面定位,65mm外圓用彈性夾頭(漲胎)夾持并定位,漲胎固定在工作臺主軸平面上:為防止插齒時,軸因受力而歪斜,造成齒輪精度誤差,設計制造一尾座,安裝在插齒機工作臺上,用尾座頂尖頂住中間軸右端中心孔。 安裝尾座時應注意頂尖60°錐面與工作臺主軸孔(或漲胎中心)的同軸度小于0.01mm,校正好后緊固螺栓,再用兩個10mm錐銷定位。

    4 插齒刀

    插削斜齒輪時應用斜齒插齒刀,且螺旋角相等,方向相反,齒輪右旋,則插齒刀左旋。
    選用插齒刀應注意:
      插齒刀齒數z刀的確定前述彭東林等所著《插齒機刀具合理選擇與機床精度提高》一文中提出:當插齒刀齒數z刀大于工件齒數z工時,刀具蝸輪副的誤差將放大反映于工件上:因此要盡可能選擇刀具齒數少一些以及z工/z刀為整數或使刀具蝸輪副盡快回零位的刀具齒數,有利于穩定和提高插齒精度。 在本次加工選用插齒刀時無法做到這點。由于工件齒數z=21太小,若選插齒刀齒數小于或等于工件齒數,將會因刀架體與加裝的尾座產生碰撞,而插齒刀根本就接觸不到工件C檔齒輪。
    由于結構限制,z刀≤z工的條件不能滿足,但確定刀具齒數時應在結構尺寸允許的前提下,盡量取小一些,經計算最終確定z刀=30。 刀具需涂層 插削齒輪的材料為20CrMnTi,該材料的韌性很好,易粘刀。 插削斜齒輪時,插齒刀還要附加一旋轉運動,切削條件比插直齒差。用普通高速鋼插齒刀,加工10多件刀具切削刃即拉毛,切削性能下降引起機床顫振產生異響,齒面粗糙度差且拉傷,需重磨刀具前刀面,刀具壽命和生產率低,產品質量不能保證。若改用TiN涂層插齒刀,可連續加工100多件才需重磨刀具,生產效率和刀具壽命大大提高,齒面粗糙度值也隨之減小。涂層一把插齒刀的費用僅需增加200元左右。

5 工件材料的正火控制

工件材料20CrMnTi,預先熱處理工序為正火,正火硬度156~207HB,范圍太寬,且有時正火硬度和組織不均造成刀具崩刃和拉毛。 為此,我們對工件的正火工序進行了控制,其硬度內控工序標準縮小至165~195HB,且對組織和硬度均勻性進行了規定,使材料的加工性能保持插削要求。

6 切削液的選用

在插斜齒時,切削液的合理選用,對齒面質量至關重要。原先采用46#機械油,齒面拉毛嚴重,粗糙度值大,一般在10μm左右。改用菜油后,切削性能和工件加工質量有明顯提高,刀具的壽命也得到了改善:但使用三個月后,油的粘度明顯增加,出現了鐵屑粘在齒面和刀具上的現象,插齒時出現爛牙和爆刀。采用菜油作為切削液后,機床上一層油垢難清除,維護保養不方便。 針對這種情況,再用好富頓公司出品的“切削佳570AN”作為插斜齒的切削液進行試驗!扒邢骷570AN”為透明、淺色的油,無異味,它由礦物油按一定的配方加入氯化物、硫化物和潤滑劑等添加劑調配而成。插削斜齒時效果明顯,齒面粗糙度一般可穩定在Ra3.2μm以下,未發現齒面拉毛和在工件、刀具上粘有鐵屑的現象,油霧也很少,刀具壽命提高,從一次刃磨加工100件提高至250件,而且尺寸的穩定性也有所提高,機床易清潔保養,深受操作者歡迎。 “切削佳570AN”的價格比菜油貴一倍,但其對工件質量和刀具壽命的提高效果顯著,因此性能價格比好,值得推廣應用。 除了上述各項內容外,還應采用合適的切削用量,如往復沖程、圓周進給量、徑向進給等。 實踐表明,Y54廢舊機床經維修、改裝、調整后完全能適應中小批量中間軸斜齒輪加工,精度也能滿足工序要求,達到了預期目的,其維修、改裝費用不超過2.5萬元。

 


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