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沧州天硕联轴器有限公司
 
 
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插齿机

Y54插齿机上插制轴齿斜齿轮的精度保证

 
摘要:通过对废旧Y54插齿机维修,加高改装,安装螺旋导轨,调整刀架及工作台蜗轮副,选用合适的刀具、切削液,设计合理的夹具,并对工件的材料正火热处理工序加以控制,达到了插制轴斜齿轮的精度要求,满足了生产需要。

图1
某汽车变速箱的中间轴为轴齿结构,如图1所示,其材料为20CrMnTi,锻造后正火硬度为156~207HB。C档齿轮参数,模数m=3~5mm,齿数Z=21,螺旋角b=18°,右旋,压力角a=22.5°。在加工C档齿轮时,必须在斜齿插齿机上加工。 C档齿轮的齿形加工采用插齿—径向剃齿工艺,热处理渗碳淬火后的最终精度要求达到8级(GB10095—88)。剃齿后齿轮精度可提高1~1.5级,而热处理渗碳淬火后则使齿轮精度下降1~2级。综合考虑,制订插齿工序应达到的精度为6~7级之间,具体要求为:齿形误差ff≤0.01mm,齿向误差Fb≤0.01mm,公法线长度变动量Fw≤0.025mm,齿距偏差fpt≤0.012mm,齿距累积误差Fp≤0.04mm,齿圈径向跳动Fr≤0.03mm,表面粗糙度Ra3.2μm。 为了节约,我厂将一台产于70年代初期的Y54插齿机进行了维修改造,并优化工艺系统达到了斜齿轮插削工序的产量和质量要求。具体如下。

1 机床修理及蜗轮副调整安装

众所周知,插齿加工比滚齿加工的齿距累积误差Fp、公法线长度变动量Fw大得多,这是因为插齿机传动链上(刀具至工件)有两套蜗轮副所致,即刀架(刀具)蜗轮副和工作台蜗轮副(分齿蜗轮副):而滚齿机只有一套工作台(分齿)蜗轮副。蜗轮副的齿距偏差、齿距累积误差对被加工齿轮的齿距误差、齿距累积误差影响最为敏感。 因此,在维修时除了更换必要的易损件、刮削导轨恢复精度外,着重对蜗轮副用“误差抵消法”进行修复调整,提高了机床精度。 拆卸Y54插齿机上两套蜗轮副,清洗去毛刺后,蜗轮在PESU640齿轮测量中心上测量,发现磨损量虽然较大,达0.40mm左右(齿厚),但每齿的磨损比较均匀,这是因为蜗轮转速较慢,润滑情况良好的缘故:但测出的齿距累积误差较大,分别为Fp工=0.09mm,Fp刀=0.065mm,其误差曲线如图2所示。 因为蜗轮的齿形磨损较均匀,故不用更换,也不必修复,以节省工作量和资金。而蜗杆转速高,磨损量大且不均匀,需重制,在Y7520W螺纹磨床上与蜗轮进行配磨,达到规定接触要求为止。

图2
彭东林等所著《插齿机刀具合理选择与机床精度提高》(刊于《制造技术与机床》1998年第1期)一文献指出,插齿机传动误差主要取决于刀架蜗轮副和工作台蜗轮副,如能使刀具蜗轮副的累积误差与工作台蜗轮副的累积误差相抵消,就可有效地提高插齿机精度;谏鲜鏊悸,在安装两套蜗轮副时,用实际试切齿坯的方法,即切一只齿坯测出齿距误差,然后固定分齿蜗轮,转动调整刀具蜗轮,经数次切削齿坯调整刀具蜗轮,就可使两套蜗轮副的齿距累积误差抵消至最小程度(这时误差曲线刚好相差180°),从而使被加工齿轮的齿距累积误差达到最小值,机床的精度也提高了。两套蜗轮副合成误差曲线如图2所示。蜗轮副的安装,除了采用“误差抵消法”外,还须注意保证径向跳动,轴向窜动等项目要求。

2 机床的改装

机床的改装包括三个方面:螺旋导轨、加高、工作台主轴内孔加大。
    螺旋导轨 插削斜齿轮的运动,除具备插直齿的所有运动外,还须辅加一个运动,即刀轴(刀具)的附加旋转运动,这样才能使斜齿插齿刀与被插齿轮形成对啮关系,从而插出斜齿轮。 刀轴的附加旋转运动靠螺旋导轨来实现,螺旋导轨分固定、滑动两部分;菪脊煊蒆T300灰铁材料制成,装在刀轴上部的锥体上:固定导轨由三片组成,中间一片用以调整导轨面磨损后的间隙(相当于镶铁),用HT300灰口铸铁材料制造即可,旁边两片导轨用锡青铜制造,若无条件,也可用耐磨铸铁制造,固定螺旋导轨安装在刀架蜗轮副的内孔表面;、固定螺旋导轨面上都应开有油槽,以便正常润滑,防止拉伤、咬毛(甚至咬死)而影响精度(甚至不能工作)。 螺旋导轨的设计制作先按给出的齿轮、插齿刀参数计算出螺旋导轨的导程为
    Px=Px0= pmz0 = pmtz0
    sinb tanb
    式中:P

    x——螺旋导轨的导程

    Px0——插齿刀的导程 mt——端面模数 m——齿轮模数 z0——斜齿插齿刀齿数 b——斜齿轮分度圆螺旋角(即插齿刀分度圆螺旋角) 根据计算出的导程,进行铣削和用以测量。 螺旋导轨的加工工艺:铸造—车削—铣削导轨面—凿油槽面—配刮导轨面。 螺旋导轨加工的关键是铣削导轨面,必须按导程精确搭配挂轮:其次是在配刮固定和滑动导轨面时,边刮削边在导轨仪上测量,若导程误差大,则加工出的齿轮齿向误差Fb超差,使后道剃齿工序无法纠正,最终引起变速箱噪声增大。当无导程仪时,螺旋导轨的导程可在Y3150E滚齿机上进行简易测量,通过计算得出导程。具体测量及计算方法请参阅高硕俊所著《斜齿插齿机螺旋导轨参数简易测试方法》(刊于《汽车齿轮》1991年第1期)。 机床使用时,要防止螺旋导轨咬伤拉毛。Y54插齿机无自动润滑装置,注意每个班次需在螺旋导轨上方加两次32#或46#机械油(班前、班中各一次),且润滑油要经过滤,不能有污垢杂物铁屑等。 螺旋导轨自行设计制造的费用大概在3千元左右,比到专业厂家购买节约了3万多元。 工作台主轴孔加大 由于变速箱中间轴较长,加工时需将左端65mm外圆装入工作台主轴孔内,以降低加工高度。但主轴孔径太小,无法安装工件。拆下主轴将孔车至75mm,深度130mm。 加高改装 被加工的中间轴左端放入工作台主轴孔后,机床的高度还不够,经计算需加高135mm。用HT200灰铸铁制作两条加高块,高135mm,长度与上、下床身结合面等长,宽度120mm,经加工平磨两底面后,先紧固在下床身结合面上,再将插齿机上床身紧固在加高块上,这样机床的插削高度就增加了135mm。

    3 夹具

    插削C齿轮时,以65mm外圆右端面定位,65mm外圆用弹性夹头(涨胎)夹持并定位,涨胎固定在工作台主轴平面上:为防止插齿时,轴因受力而歪斜,造成齿轮精度误差,设计制造一尾座,安装在插齿机工作台上,用尾座顶尖顶住中间轴右端中心孔。 安装尾座时应注意顶尖60°锥面与工作台主轴孔(或涨胎中心)的同轴度小于0.01mm,校正好后紧固螺栓,再用两个10mm锥销定位。

    4 插齿刀

    插削斜齿轮时应用斜齿插齿刀,且螺旋角相等,方向相反,齿轮右旋,则插齿刀左旋。
    选用插齿刀应注意:
      插齿刀齿数z刀的确定前述彭东林等所著《插齿机刀具合理选择与机床精度提高》一文中提出:当插齿刀齿数z刀大于工件齿数z工时,刀具蜗轮副的误差将放大反映于工件上:因此要尽可能选择刀具齿数少一些以及z工/z刀为整数或使刀具蜗轮副尽快回零位的刀具齿数,有利于稳定和提高插齿精度。 在本次加工选用插齿刀时无法做到这点。由于工件齿数z=21太小,若选插齿刀齿数小于或等于工件齿数,将会因刀架体与加装的尾座产生碰撞,而插齿刀根本就接触不到工件C档齿轮。
    由于结构限制,z刀≤z工的条件不能满足,但确定刀具齿数时应在结构尺寸允许的前提下,尽量取小一些,经计算最终确定z刀=30。 刀具需涂层 插削齿轮的材料为20CrMnTi,该材料的韧性很好,易粘刀。 插削斜齿轮时,插齿刀还要附加一旋转运动,切削条件比插直齿差。用普通高速钢插齿刀,加工10多件刀具切削刃即拉毛,切削性能下降引起机床颤振产生异响,齿面粗糙度差且拉伤,需重磨刀具前刀面,刀具寿命和生产率低,产品质量不能保证。若改用TiN涂层插齿刀,可连续加工100多件才需重磨刀具,生产效率和刀具寿命大大提高,齿面粗糙度值也随之减小。涂层一把插齿刀的费用仅需增加200元左右。

5 工件材料的正火控制

工件材料20CrMnTi,预先热处理工序为正火,正火硬度156~207HB,范围太宽,且有时正火硬度和组织不均造成刀具崩刃和拉毛。 为此,我们对工件的正火工序进行了控制,其硬度内控工序标准缩小至165~195HB,且对组织和硬度均匀性进行了规定,使材料的加工性能保持插削要求。

6 切削液的选用

在插斜齿时,切削液的合理选用,对齿面质量至关重要。原先采用46#机械油,齿面拉毛严重,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质量有明显提高,刀具的寿命也得到了改善:但使用三个月后,油的粘度明显增加,出现了铁屑粘在齿面和刀具上的现象,插齿时出现烂牙和爆刀。采用菜油作为切削液后,机床上一层油垢难清除,维护保养不方便。 针对这种情况,再用好富顿公司出品的“切削佳570AN”作为插斜齿的切削液进行试验!扒邢骷570AN”为透明、浅色的油,无异味,它由矿物油按一定的配方加入氯化物、硫化物和润滑剂等添加剂调配而成。插削斜齿时效果明显,齿面粗糙度一般可稳定在Ra3.2μm以下,未发现齿面拉毛和在工件、刀具上粘有铁屑的现象,油雾也很少,刀具寿命提高,从一次刃磨加工100件提高至250件,而且尺寸的稳定性也有所提高,机床易清洁保养,深受操作者欢迎。 “切削佳570AN”的价格比菜油贵一倍,但其对工件质量和刀具寿命的提高效果显著,因此性能价格比好,值得推广应用。 除了上述各项内容外,还应采用合适的切削用量,如往复冲程、圆周进给量、径向进给等。 实践表明,Y54废旧机床经维修、改装、调整后完全能适应中小批量中间轴斜齿轮加工,精度也能满足工序要求,达到了预期目的,其维修、改装费用不超过2.5万元。

 


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