浅谈如何控制齿轮零件的加工精度
发布时间:2022-05-25 12:29:57 点击次数:4


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变速箱内的大部分零件为齿轮,因此齿轮零件的加工精度对变速箱的质量有着重要影响。近期YD13系列变速箱在试车过程中经常出现各种故障,制约了整机出厂总量。对试车记录进行查阅和分析,了解YD13系列变速箱主要的试车故障,通过对这些故障问题进行拆检分析,发现大部分故障原因都是由于齿轮零件的加工问题而造成的。如何提高齿轮零件的加工精度就成为减少变速箱故障的主要手段。本文的目的就是通过对齿轮零件的整个加工过程进行控制和分析,总结出了有效控制齿轮零件加工精度的方法,同时推广至其他型号的变速箱生产中,可以有效降低变速箱检修成本,提高分厂变速箱出厂率。


随着国民经济的发展,市场上对工程机械变速箱的需求量越来越大,变速箱生产厂家也由于订单的增加而变得繁忙。然而变速箱在试车阶段时经常会出现各种故障问题,这些问题严重制约了变速箱的出厂量,生产出来的产品无法交到用户手里,使得订单大量积压,严重影响了产品的销售情况。技术人员在对这些试车故障进行分析和检验时,发现大部分故障原因都是由于齿轮零件的加工问题而造成的,因此,要提高变速箱出厂率,则必须要保证齿轮零件的加工质量。在对齿轮零件的加工流程进行控制和分析后,总结出了有效提高齿轮零件精度的方法,经过大量的验证后,证明这些措施对控制齿轮零件的精度是有效果的。


1.1 保证齿轮材料的质量

制造齿轮的材料是保证零件加工质量的基础,因此对齿轮材料质量的把控就显得尤为重要。我厂制造齿轮的材料通常为20CrMnTi、19CrNi5、20MnCr5等合金钢。材料进厂时除了应严格按照企业标准对这些锻件进行相关参数的验收外,必要时还可在锻件粗加工后增加一道正火处理,以改变材料性能,控制后续机加工和热处理变形,提高零件加工质量。例如我厂在制造YH350铁道维护设备 液力变速箱时对重要的齿轮零件均进行了粗车后正火处理,后续得到了很好的加工效果。


1.2 控制齿轮热前加工误差

齿轮热前加工分为两部分,一部分是齿坯的加工,另一部分是齿部加工。 

1.2.1 齿坯加工精度

齿坯加工过程中,控制齿轮零件定位内孔的尺寸精度最为关键。按照我厂齿轮的精度等级来说,通常齿轮内孔的尺寸公差设定为0.03,这个数值既满足后续齿部加工定位时的精度需要,又不会因为精度过高增加不必要的成本,符合生产经济性。内孔直线度应控制在0.01以内。

控制齿坯端面跳动和径向跳动:齿坯的端面跳动直接影响滚齿时的齿向公差项目。通常要求零件内孔和端面同时加工,以保证端面跳动≤0.01,调头加工另一端面时,需保证两端面之间的平行度≤0.02,同时齿部外圆与定位内孔的径向跳动应控制在0.03以下。 

1.2.2 齿部加工精度 

在齿部加工的工序中,影响齿部误差的主要因素有:齿轮加工机床精度;齿轮加工刀具;齿坯定位夹具等几个方面。

⑴齿轮加工机床精度。

齿轮加工机床的精度在很大程度上决定了所加工齿轮的精度,因此对机床的维护保养应按规定进行。

在准备加工零件齿部前,应确定机床的各部分偏差值符合要求:例如机床主轴的径向间隙<0.01,刀轴径跳 <0.005,刀轴窜动<0.008,刀具安装后径跳和端跳分别 <0.005,上下顶尖同轴度<0.008、工件夹具安装在机床 工作台后的夹具定位处径跳和端跳<0.01。

⑵齿轮加工刀具。

齿轮刀具进厂时应对刀具的各项参数按设计要求进行验收,结果应符合图纸要求。通常采用的刀具等级为A 级,对于一些精度要求较高的零件可以选取AA级刀具;为了提高刀具的耐用度,可以选取涂钛刀具;刀具刃磨后应控制前刃面的径向误差。

⑶齿坯定位夹具。 

夹具的芯轴外径与齿轮内孔之间的间隙应尽可能小,通常为0.02以下。芯轴上的螺纹应保证垂直度0.01以下,带肩螺母的内螺纹与端面垂直度0.01以下。


1.3 齿顶倒棱、齿端倒角

齿形加工后,应对齿部进行齿顶倒棱和齿端倒角,除了满足齿轮在传动过程中的需要,同时可以避免零件磕碰伤问题。齿顶倒棱也可在齿形加工时采用带倒棱的倒棱滚刀加工成形。


1.4 控制热处理的质量 

热处理对齿轮的精度影响甚大。为保证后续加工,对于普通结构的零件,应规定零件热后内孔椭圆度不大于 0.03,公法线尺寸变动量不大于0.03;对于较薄且内孔与齿部外径相差较大的零件,除了上述规定外,该零件的端面翘曲度应不大于0.05;对于带内花键的零件,应避免内花键变形过大。


1.5 热后零件精加工 

零件经热处理后,整体有轻微变形,且表面质量降低,对于一些重要的尺寸需进行精加工。

齿轮热后磨削内孔时,应找正内孔和端面跳动不大于 0.015,同时应校核齿轮节圆跳动不大于0.04,以保证内孔与分度圆同心。内孔与端面磨削应同时进行,以保证端面对内孔的垂直度。磨削作为拧紧定位面的另一端面时,应保证两端面间的平行度0.015以下。采用圆台磨机床加工的零件应在加工后进行去磁工序。


1.6 齿部精加工

我厂齿部精加工通常采用数控磨齿机磨削加工的方式,目前拥有磨齿机有两种型式,分别为成型磨齿机和蜗杆砂轮磨齿机。

对于成型磨齿机来说,在装夹零件之前应检查机床的前后顶尖有无磨损和两顶尖之间的同轴度;零件对刀时尽量保持在中间位置,磨削过程中应查看两齿面的磨削情况,如出现一面磨削的多,一面磨削的少的情况时,应及时调整零件磨削位置,以保证零件磨量均匀不偏心;合理设定磨削参数及砂轮修整参数,保持砂轮磨粒的锐利性;及时更换用完的砂轮,避免齿轮展开长度不够的现象产生;齿轮试磨后应送计量室检验Fa、Fβ、Fr、Fi"、fi"、Fw等项目。

对于蜗杆砂轮磨齿机来说,因其磨削方法与成型磨齿机磨削方法不同,它除了注意上述要求外,还要注意以下几个方面:蜗杆砂轮磨属于展成法磨削,同时有多个齿参与磨削,因此产生的磨削热量较多,极易造成齿面烧伤及裂纹,在设定磨削参数时可以采取少单次进给量和多行程的方式;蜗杆砂轮磨在对砂轮进行修整时,砂轮两侧面和外圆是分两步修整的,这样的方式修出来的砂轮容易造成齿轮磨削齿根或磨削的展开长度不够,在后续的齿轮传动中产生干涉现象,因此在修完砂轮开始零件磨削的过程中,应多观察齿部的磨削情况,及时做出调整;由于蜗杆磨齿机的砂轮修整器的结构比较特殊,它修整砂轮的工具不是金刚笔,而是方形的块状,这种金刚块极易磨损,应经常观察金刚块的磨损情况,及时更换金刚块,以避免出现批量质量事故。

对于磨削工装磨齿芯轴来说,芯轴定位外圆与零件内孔间隙通常为0.015以下,芯轴外圆与端面跳动0.01以下,芯轴外圆表面光滑无痕迹;芯轴两顶尖孔无磨损和异物;芯轴螺纹部分须经螺纹磨床磨削,保证垂直度0.01以下,拧紧螺母与螺纹松配。


在生产过程中要控制齿轮零件的加工质量其实不难,按照本文所述要求去做,再加上认真负责的态度,经过大量的实际应用后,已取得了显著效果。根据整机试车分析报告,齿轮零件的加工质量提高了可以减少变速箱因齿轮问题而产生的故障率,对于有效提高整机出厂率意义重大。