如何提高弧齿锥齿轮的制造精度

如何提高弧齿锥齿轮的制造精度精度是弧齿锥齿轮的主要考核指标之一。

为了保证齿轮的精度，常规的工艺措施是：选用高精度的铣齿机；配备高精度的工装夹具；控制热处理变形，以减少热处理变形对齿轮精度的影响。

现在，许多农用运输车都采用BJ130的零部件，其弧齿锥齿轮图纸精度要求为：尺寸较大的弧齿锥齿轮(以下简称大轮)径向跳动为0.11 mm，尺寸较小的弧齿锥齿轮(以下简称小轮)径向跳动为0.065 mm。

我们采用Y2250机床来加工这两种齿轮，根据我们的实际加工条件，为提高齿轮精度在以下几方面采取了一些措施，供大家参考。

1 机床精度经过反复的探索，发现影响机床精度的最主要因素不是传动链的磨损问题(当然这也是其中的影响因素之一，但是修理的费用极高)，而是机床的摇台轴承磨损的问题。

当Y2250机床摇台轴承磨损严重时，会引起摇台的轴向窜动、振动，从而导致齿轮的齿圈径向跳动大，并造成齿面的表面粗糙度大。

造成Y2250机床摇台轴承磨损的主要原因有两个，其一是机床的润滑系统设计不要，润滑油太少，并且失油时不好检查(特别是后轴承)；其二是国产铸件的耐磨性不好。

对于Y2250机床摇台轴承的磨损，修理较容易，费用也较低，方法是把摇台外圆和轴承座内孔用立式车床车一刀并抛光，测出其外圆的实际尺寸d1和内孔的实际尺寸D1，然后配做轴承滚柱，滚柱的外圆直径d0=(D1-d1)/2+0-0.01-0.02 mm，并且保证各滚柱的尺寸一致性要好。

我们对Y2250机床采用该方法修理后，大轮的齿圈跳动由0.09 mm～0.17 mm提高到0.04 mm～0.08 mm(该数据是在工装跳动为径向0.03 mm,轴向0.02 mm时测得的)。

机床修理后还要对机床进行以下调整和检查：①调整刀盘主轴间隙，使主轴跳动在0.01 mm左右。

②调整工件主轴间隙，使主轴的径向、轴向跳动在0.006 mm～0.01 mm之间。

③调整摇台蜗轮、蜗杆的间隙在0.02 mm～0.05 mm之间。

④调整工件主轴蜗轮、蜗杆的间隙在0.01 mm～0.03 mm之间。

⑤检查并调整各传动轴上的齿轮与键的配合情况。

⑥检查其它部位是否有严重磨损或损坏情况。

2 切齿工艺切齿工艺方面包括工装设计及制造精度、操作切齿顺序、操作规范和精切余量等。

2.1 切齿工装的设计和制造精度2.1.1大轮工装对于没有条件制造弹簧碟片夹具的厂家,可采用两种方式的大轮工装。

如果是批量大的产品最好采用整体夹具，这样能保证制造质量好的夹具跳动为：径向 0.01 mm,轴向0.005 mm,也即装上机床后,径向跳动约为0.015 mm,轴向跳动约为0.008 mm左右。

对于多品种、少批量的产品，应采用分体夹具，因为这样便于降低工装成本，这种结构的工装在铣齿机上测得径向跳动约为0.03 mm,轴向0.02 mm～0.03 mm。

2.1.2 小轮工装在对原设计的小轮工装经过反复研究后，发现有一个地方还可以加以改进,即小轮工装前锥体的顶出螺孔由2—M12改为均布的4—M12,此螺孔可在找正工装跳动时,用M12的顶出螺钉来微调工装跳动。

一般来说，小轮工装采用垫纸的方法只能找正至跳动0.015 mm～0.03 mm,而用顶出螺钉可找正至跳动0.005 mm～0.01 mm,该跳动值均是用校对棒在齿面中部位置测出的,这比用垫纸的方法找正快,且精度高。

同时，大轮、小轮工装(包括弹性套)均采用20CrMnTi 材料进行渗碳淬火处理，以提高工装的使用寿命。

2.2 操作中的切齿顺序经过对BJ130大轮精切后的产品进行大量的齿圈径向跳动检验,发现其齿圈径向跳动是呈周期性变化的,而且周期长度对应于齿轮的一圈,即周期为2π弧度。

因此，根据该原理用2台机床分别加工小轮的精切凹面和凸面，对稳定和提高小轮的切齿精度起到了很好的作用。

具体做法是：(1)首先定位第一面加工时的第一齿(第一面是加工凹面，工装跳动为0.02 mm左右),并用红漆标出该齿。

使凹面的跳动周期(如下图所示)固定下来。

图小轮跳动的合成过程(2)然后加工第二面(小轮凸面，工装跳动为0.02 mm左右)时,采用不同的齿作为第二面加工时的第一齿,经过每种情况用10件产品进行检测后,发现小轮凹、凸面分别用2台Y2250机床加工时，同一齿分别作为凹、凸面的第一个加工齿时，小轮的切齿精度最好。

该方法经过3个多月的试验后，每天抽查30件小轮的数据，发现小轮的齿圈跳动在切齿后为0.02 mm～0.05 mm，并且非常稳定。

这种精度的小轮经过热处理后，能保证95%左右的产品跳动小于或等于0.07 mm,5%左右为0.08 mm～0.10 mm的跳动。

当然，以上是对2台机床分别加工小轮的凹凸面的情况而言的。

对于同一台机床分别加工小轮的凹面和凸面时，也显示出有这种规律性。

例如：用法国ZFKK460机床在加工其它小轮的凹面和凸面时，就有与上述相同的规律性。

由此可见，操作的切齿顺序能提高或稳定小轮的切齿精度。

2.3 操作规范和精切余量对于大轮而言,经过检测后发现跳动大的产品往往有杂物在大轮定位面上,或者在大轮的定位面上有小的碰伤,因此我们对操作加工做了以下规定：(1)大轮在精切前，首先擦净大轮的定位面和工装的定位面，如发现大轮的定位面有小的碰伤，则应使用锉刀修掉该碰伤。

(2)对于小轮也同样要先擦净定位面后才能装入工装内加工，如发现定位轴承档有碰伤，则应用砂布打去该碰伤。

根据切削原理可知，精切余量愈大，则切削力愈大，加工后的表面粗糙度和精度也就愈差。

为改善齿面的表面粗糙度，将大轮的精切余量从原来的1.4 mm～1.6 mm改为1.2 mm～1.3 mm(双面余量),这样还进一步稳定或提高了大轮的切齿精度,齿圈的径向跳动波动范围也由原来的0.04 mm～0.11 mm稳定至0.04 mm～0.08 mm。

对于小轮的精切也采取了同样的措施，把双面的精切余量由原来的2 mm改为1.6 mm～1.8 mm,这也同样改善了齿面的表面粗糙度。

3 热处理变形的控制和校正在热处理变形方面,大轮的变形比较严重。

BJ130大轮一次热处理变形的合格率只有40%，60%需要用油压机压平。

我们在大轮校正方面积累了以下一些经验。

(1)在校平时，改冷压为热压，把大轮加热至80°C左右进行热压。

(2)在进行大轮平面度检测时，不仅测内圈不超过0.2 mm,外圈不超过0.1 mm,而且还增加用平尺检查齿平面是否有中间凸出的情况,绝不允许有中凸现象。

对于BJ130小轮的校正，在Y41-40单柱校正油压机工作台上用V形块支撑，用百分表在φ45 mm轴承处校直为0.05 mm跳动,后轴承φ35 mm处为0.1 mm跳动。

为了更好地提高齿轮精度，我们增加了检查齿圈径向跳动为0.05 mm以下的项目,从而对稳定小轮热处理后的精度起了很好的作用。

4 配对前产品的精度检测和精度分类对于弧齿锥齿轮的常规制造工艺来说，一般在配对前是不作精度检测的。

但是，奥利康(Oerlikon)公司生产的T20配对机可对每套配对的产品进行精度的综合显示，以判断产品的配对精度是否合格。

对于不具有T20配对机的用户，弧齿锥齿轮的精度完全随机性地组合。

对于BJ130弧齿锥齿轮，图纸规定为大轮齿圈径向跳动为0.11 mm,小轮为0.065 mm,侧隙变化量为0.15 mm。

为了保证产品的出厂精度，具体做法是：(1)对于BJ130弧齿锥齿轮，把大轮和小轮分别进行齿圈径向跳动的全部检验，以找出弧齿锥齿轮精度合格的产品，再进行配对。

(2)为了提高产品的配对率，又将奥利康公司的skkz调刀仪改装成齿圈跳动检查仪，以提高检测率，改装后一个人一班可测150～170件BJ130大轮。

根据T20检测机的数据情况，发现有以下规律：ΔFrΣ＝ΔFrA＋ΔFrB (1)式中ΔFrΣ——大小轮齿圈径向跳动之和，mmΔFrA——大轮齿圈径向跳动，mmΔFrB——小轮齿圈径向跳动，mm根据公式(1)，对于BJ130弧齿锥齿轮而言，ΔFrΣ=0.175 mm。

我们按具体情况，把大轮和小轮的径向跳动分为6类，见下表。

表大小轮径向跳动分类 mmⅠⅡⅢⅣⅤⅥ大轮≤0.05 0.05～0.08 0.09～0.11 0.12～0.13 0.14～0.15 ≥0.15小轮≤0.02 0.03 0.04～0.07 0.08～0.10 0.11～0.15 ≥0.15为满足ΔFrΣ=0.175 mm≈0.18 mm的要求,我们对BJ130弧齿锥齿轮采用下列组合的方法:①(0.14～0.15) mm+0.02 mm=(0.16～0.17) mm,约占10%。

②(0.12～0.13) mm+0.03 mm=(0.15～0.16) mm,约占20%。

③(0.09～0.11) mm+(0.04＋0.07) mm=(0.13～0.18) mm,约占60%。

④(0.05～0.08) mm+(0.08＋0.10) mm=(0.13～0.18) mm,约占5%。

其余非配套车辆的精度定为ΔFrΣ≈0.18 mm～0.24 mm,约占5%。

对于小轮采取以上综合措施后,基本上达到了100%的精度合格配套率,大轮达到了95%左右的精度配套合格率。

5 结论经过长期的实际验证，采取以下措施，可以提高弧齿锥齿轮的制造精度。

(1) 配做摇台轴承滚柱，提高机床传动精度。

(2) 改进工装结构，提高找正定位精度。

(3) 改进操作方法，稳定加工精度。

(4) 减少精切余量，提高切齿精度。

(5) 热压校平。

(6) 按精度分类组合配套大小齿轮，提高成品合格率。