提高齿轮精度采取一些措施

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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。
* K) W: B9 |9 n+ m; {. o+ V/ U1　机床精度
% W, Y3 l/ [3 \: u5 l: h6 {$ a　　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。
9 V( E1 O, p3 |, s0 Q; z7 Z' S　　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）。
& v0 j7 _$ `) p3 j6 n　　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。
! L8 W- R0 I: n, f2　切齿工艺
) w( n( Y4 z7 V# u- e* ^6 W, f: U　　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。
0 o* i7 Q/ Y, _% B! n# q" ?4 d  l" Y2.1　切齿工装的设计和制造精度
# _" W' }* v) K7 l5 D2.1.1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。
1 \5 U7 O( r# ~2.1.2　小轮工装
. j& {& `3 f6 q0 e2 B+ r$ ^& ?" D　　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。
& p5 I( O3 j+ y  b2.2　操作中的切齿顺序
: T4 Y+ \. i+ ~  H　　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。

$ Y, A1 {' z! e1 O图　小轮跳动的合成过程
( ^- q/ w5 u% B8 F* I0 `3 K' Y　　（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。
; \4 S4 f- B, M/ C: a4 b　　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。
" O5 I: ]* `0 x) J: A　　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。
& |4 c' F) l) G- S　　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
% V* j0 M+ U5 G& w: s　　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。
+ g/ _; F5 g4 j2 S9 f2 a3 o; d　　（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。
* d! Q% e$ O% l1 t/ W" q　　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。
. O' r& r$ ]( z4　配对前产品的精度检测和精度分类
" g+ r; V8 }0 E3 l# }" W) l　　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。
% b# [4 V3 O5 M1 Y/ p　　（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：
, P! G2 T) m# h. q2 X. r2 QΔFrΣ＝ΔFrA＋ΔFrB　　　　　　　　　　　　　　（1）
式中　ΔFrΣ——大小轮齿圈径向跳动之和，mm
　　　ΔFrA——大轮齿圈径向跳动，mm
3 S0 h: P8 p! p  s% h　　　ΔFrB——小轮齿圈径向跳动，mm
, ?& `7 X9 P3 R% u1 {. t　　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       mm
　
( T4 u1 @. r  \6 N' S6 uⅠ
8 K" N; h1 f. E7 i! }) R& B6 h; DⅡ
Ⅲ
Ⅳ
+ w3 [  e7 [7 _2 Y6 ]8 Z& x" JⅤ
7 c) k6 O7 S, L) q" ~Ⅵ
8 y# i7 a9 S2 c! C大轮
≤0.05
0.05～0.08
0.09～0.11
0.12～0.13
0.14～0.15
≥0.15
) e" x3 d* M% B9 X小轮
≤0.02
' X. u0 W% r/ ]! f. W# p6 H0.03
0.04～0.07
0.08～0.10
0.11～0.15
≥0.15
' c3 Y) w5 {  z6 a　　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:
) y9 s) E0 i- K: |　　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%。
& u9 t( T; p- t# i9 D　　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%。
: G+ R$ n$ H  L7 j7 p* b　　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。
+ G. W' f: B; w+ d, m5　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。
7 J: f1 g4 T* G! `6 k4 [　　（1） 配做摇台轴承滚柱，提高机床传动精度。
7 d( U. n' {2 J+ o　　（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。
! f8 c$ V& u/ C) ?$ X　　（4） 减少精切余量，提高切齿精度。
, y, E2 h* h# t- Y: Q" @7 d9 {　　（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。
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