摘要：通過(guò)對(duì)廢舊Y54插齒機(jī)維修，加高改裝，安裝螺旋導(dǎo)軌，調(diào)整刀架及工作臺(tái)蝸輪副，選用合適的刀具、切削液，設(shè)計(jì)合理的夾具，并對(duì)工件的材料正火熱處理工序加以控制，達(dá)到了插制軸斜齒輪的精度要求，滿(mǎn)足了生產(chǎn)需要。

某汽車(chē)變速箱的中間軸為軸齒結(jié)構(gòu)，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(shù)，模數(shù)m=3～5mm，齒數(shù)Z=21，螺旋角b=18°，右旋，壓力角a=22.5°。在加工C檔齒輪時(shí)，必須在斜齒插齒機(jī)上加工。

圖1

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(dá)到8級(jí)(GB10095—88)。剃齒后齒輪精度可提高1～1.5級(jí)，而熱處理滲碳淬火后則使齒輪精度下降1～2級(jí)。綜合考慮，制訂插齒工序應(yīng)達(dá)到的精度為6～7級(jí)之間，具體要求為：齒形誤差?f_f≤0.01mm，齒向誤差?F_b≤0.01mm，公法線(xiàn)長(zhǎng)度變動(dòng)量?F_w≤0.025mm，齒距偏差?f_pt≤0.012mm，齒距累積誤差?F_p≤0.04mm，齒圈徑向跳動(dòng)?F_r≤0.03mm，表面粗糙度Ra3.2μm。

為了節(jié)約，我廠(chǎng)將一臺(tái)產(chǎn)于70年代初期的Y54插齒機(jī)進(jìn)行了維修改造，并優(yōu)化工藝系統(tǒng)達(dá)到了斜齒輪插削工序的產(chǎn)量和質(zhì)量要求。具體如下。

1 機(jī)床修理及蝸輪副調(diào)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(xiàn)長(zhǎng)度變動(dòng)量?Fw大得多，這是因?yàn)椴妪X機(jī)傳動(dòng)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(tái)蝸輪副(分齒蝸輪副)：而滾齒機(jī)只有一套工作臺(tái)(分齒)蝸輪副。蝸輪副的齒距偏差、齒距累積誤差對(duì)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(shí)除了更換必要的易損件、刮削導(dǎo)軌恢復(fù)精度外，著重對(duì)蝸輪副用“誤差抵消法”進(jìn)行修復(fù)調(diào)整，提高了機(jī)床精度。

拆卸Y54插齒機(jī)上兩套蝸輪副，清洗去毛刺后，蝸輪在PESU640齒輪測(cè)量中心上測(cè)量，發(fā)現(xiàn)磨損量雖然較大，達(dá)0.40mm左右(齒厚)，但每齒的磨損比較均勻，這是因?yàn)槲佪嗈D(zhuǎn)速較慢，潤(rùn)滑情況良好的緣故：但測(cè)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(xiàn)如圖2所示。

圖2

因?yàn)槲佪喌凝X形磨損較均勻，故不用更換，也不必修復(fù)，以節(jié)省工作量和資金。而蝸桿轉(zhuǎn)速高，磨損量大且不均勻，需重制，在Y7520W螺紋磨床上與蝸輪進(jìn)行配磨，達(dá)到規(guī)定接觸要求為止。

彭東林等所著《插齒機(jī)刀具合理選擇與機(jī)床精度提高》(刊于《制造技術(shù)與機(jī)床》1998年第1期)一文獻(xiàn)指出，插齒機(jī)傳動(dòng)誤差主要取決于刀架蝸輪副和工作臺(tái)蝸輪副，如能使刀具蝸輪副的累積誤差與工作臺(tái)蝸輪副的累積誤差相抵消，就可有效地提高插齒機(jī)精度。基于上述思路，在安裝兩套蝸輪副時(shí)，用實(shí)際試切齒坯的方法，即切一只齒坯測(cè)出齒距誤差，然后固定分齒蝸輪，轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)整刀具蝸輪，經(jīng)數(shù)次切削齒坯調(diào)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(shí)誤差曲線(xiàn)剛好相差180°)，從而使被加工齒輪的齒距累積誤差達(dá)到最小值，機(jī)床的精度也提高了。兩套蝸輪副合成誤差曲線(xiàn)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(dòng)，軸向竄動(dòng)等項(xiàng)目要求。

2 機(jī)床的改裝

機(jī)床的改裝包括三個(gè)方面：螺旋導(dǎo)軌、加高、工作臺(tái)主軸內(nèi)孔加大。

螺旋導(dǎo)軌 插削斜齒輪的運(yùn)動(dòng)，除具備插直齒的所有運(yùn)動(dòng)外，還須輔加一個(gè)運(yùn)動(dòng)，即刀軸(刀具)的附加旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，這樣才能使斜齒插齒刀與被插齒輪形成對(duì)嚙關(guān)系，從而插出斜齒輪。

刀軸的附加旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)靠螺旋導(dǎo)軌來(lái)實(shí)現(xiàn)，螺旋導(dǎo)軌分固定、滑動(dòng)兩部分。滑動(dòng)螺旋導(dǎo)軌由HT300灰鐵材料制成，裝在刀軸上部的錐體上：固定導(dǎo)軌由三片組成，中間一片用以調(diào)整導(dǎo)軌面磨損后的間隙(相當(dāng)于鑲鐵)，用HT300灰口鑄鐵材料制造即可，旁邊兩片導(dǎo)軌用錫青銅制造，若無(wú)條件，也可用耐磨鑄鐵制造，固定螺旋導(dǎo)軌安裝在刀架蝸輪副的內(nèi)孔表面。滑動(dòng)、固定螺旋導(dǎo)軌面上都應(yīng)開(kāi)有油槽，以便正常潤(rùn)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(dǎo)軌的設(shè)計(jì)制作先按給出的齒輪、插齒刀參數(shù)計(jì)算出螺旋導(dǎo)軌的導(dǎo)程為

式中：Px——螺旋導(dǎo)軌的導(dǎo)程
Px0——插齒刀的導(dǎo)程
mt——端面模數(shù)
m——齒輪模數(shù)
z0——斜齒插齒刀齒數(shù)
b——斜齒輪分度圓螺旋角(即插齒刀分度圓螺旋角)

根據(jù)計(jì)算出的導(dǎo)程，進(jìn)行銑削和用以測(cè)量。

螺旋導(dǎo)軌的加工工藝：鑄造—車(chē)削—銑削導(dǎo)軌面—鑿油槽面—配刮導(dǎo)軌面。

螺旋導(dǎo)軌加工的關(guān)鍵是銑削導(dǎo)軌面，必須按導(dǎo)程精確搭配掛輪：其次是在配刮固定和滑動(dòng)導(dǎo)軌面時(shí)，邊刮削邊在導(dǎo)軌儀上測(cè)量，若導(dǎo)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(wú)法糾正，最終引起變速箱噪聲增大。當(dāng)無(wú)導(dǎo)程儀時(shí)，螺旋導(dǎo)軌的導(dǎo)程可在Y3150E滾齒機(jī)上進(jìn)行簡(jiǎn)易測(cè)量，通過(guò)計(jì)算得出導(dǎo)程。具體測(cè)量及計(jì)算方法請(qǐng)參閱高碩俊所著《斜齒插齒機(jī)螺旋導(dǎo)軌參數(shù)簡(jiǎn)易測(cè)試方法》(刊于《汽車(chē)齒輪》1991年第1期)。

機(jī)床使用時(shí)，要防止螺旋導(dǎo)軌咬傷拉毛。Y54插齒機(jī)無(wú)自動(dòng)潤(rùn)滑裝置，注意每個(gè)班次需在螺旋導(dǎo)軌上方加兩次32#或46#機(jī)械油(班前、班中各一次)，且潤(rùn)滑油要經(jīng)過(guò)濾，不能有污垢雜物鐵屑等。

螺旋導(dǎo)軌自行設(shè)計(jì)制造的費(fèi)用大概在3千元左右，比到專(zhuān)業(yè)廠(chǎng)家購(gòu)買(mǎi)節(jié)約了3萬(wàn)多元。

工作臺(tái)主軸孔加大 由于變速箱中間軸較長(zhǎng)，加工時(shí)需將左端?65mm外圓裝入工作臺(tái)主軸孔內(nèi)，以降低加工高度。但主軸孔徑太小，無(wú)法安裝工件。拆下主軸將孔車(chē)至?75mm，深度130mm。

加高改裝 被加工的中間軸左端放入工作臺(tái)主軸孔后，機(jī)床的高度還不夠，經(jīng)計(jì)算需加高135mm。用HT200灰鑄鐵制作兩條加高塊，高135mm，長(zhǎng)度與上、下床身結(jié)合面等長(zhǎng)，寬度120mm，經(jīng)加工平磨兩底面后，先緊固在下床身結(jié)合面上，再將插齒機(jī)上床身緊固在加高塊上，這樣機(jī)床的插削高度就增加了135mm。

3 夾具

插削C齒輪時(shí)，以?65mm外圓右端面定位，?65mm外圓用彈性?shī)A頭(漲胎)夾持并定位，漲胎固定在工作臺(tái)主軸平面上：為防止插齒時(shí)，軸因受力而歪斜，造成齒輪精度誤差，設(shè)計(jì)制造一尾座，安裝在插齒機(jī)工作臺(tái)上，用尾座頂尖頂住中間軸右端中心孔。

安裝尾座時(shí)應(yīng)注意頂尖60°錐面與工作臺(tái)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(gè)?10mm錐銷(xiāo)定位。

4 插齒刀

插削斜齒輪時(shí)應(yīng)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(yīng)注意：

插齒刀齒數(shù)z刀的確定前述彭東林等所著《插齒機(jī)刀具合理選擇與機(jī)床精度提高》一文中提出：當(dāng)插齒刀齒數(shù)z刀大于工件齒數(shù)z工時(shí)，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(shù)少一些以及z工/z刀為整數(shù)或使刀具蝸輪副盡快回零位的刀具齒數(shù)，有利于穩(wěn)定和提高插齒精度。

在本次加工選用插齒刀時(shí)無(wú)法做到這點(diǎn)。由于工件齒數(shù)z=21太小，若選插齒刀齒數(shù)小于或等于工件齒數(shù)，將會(huì)因刀架體與加裝的尾座產(chǎn)生碰撞，而插齒刀根本就接觸不到工件C檔齒輪。

由于結(jié)構(gòu)限制，z刀≤z工的條件不能滿(mǎn)足，但確定刀具齒數(shù)時(shí)應(yīng)在結(jié)構(gòu)尺寸允許的前提下，盡量取小一些，經(jīng)計(jì)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(shí)，插齒刀還要附加一旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，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(jī)床顫振產(chǎn)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(chǎn)率低，產(chǎn)品質(zhì)量不能保證。若改用TiN涂層插齒刀，可連續(xù)加工100多件才需重磨刀具，生產(chǎn)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(fèi)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(yù)先熱處理工序?yàn)檎穑鹩捕?56～207HB，范圍太寬，且有時(shí)正火硬度和組織不均造成刀具崩刃和拉毛。

為此，我們對(duì)工件的正火工序進(jìn)行了控制，其硬度內(nèi)控工序標(biāo)準(zhǔn)縮小至165～195HB，且對(duì)組織和硬度均勻性進(jìn)行了規(guī)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(shí)，切削液的合理選用，對(duì)齒面質(zhì)量至關(guān)重要。原先采用46#機(jī)械油，齒面拉毛嚴(yán)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(zhì)量有明顯提高，刀具的壽命也得到了改善：但使用三個(gè)月后，油的粘度明顯增加，出現(xiàn)了鐵屑粘在齒面和刀具上的現(xiàn)象，插齒時(shí)出現(xiàn)爛牙和爆刀。采用菜油作為切削液后，機(jī)床上一層油垢難清除，維護(hù)保養(yǎng)不方便。

針對(duì)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(jìn)行試驗(yàn)。“切削佳570AN”為透明、淺色的油，無(wú)異味，它由礦物油按一定的配方加入氯化物、硫化物和潤(rùn)滑劑等添加劑調(diào)配而成。插削斜齒時(shí)效果明顯，齒面粗糙度一般可穩(wěn)定在Ra3.2μm以下，未發(fā)現(xiàn)齒面拉毛和在工件、刀具上粘有鐵屑的現(xiàn)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(wěn)定性也有所提高，機(jī)床易清潔保養(yǎng)，深受操作者歡迎。

“切削佳570AN”的價(jià)格比菜油貴一倍，但其對(duì)工件質(zhì)量和刀具壽命的提高效果顯著，因此性能價(jià)格比好，值得推廣應(yīng)用。

除了上述各項(xiàng)內(nèi)容外，還應(yīng)采用合適的切削用量，如往復(fù)沖程、圓周進(jìn)給量、徑向進(jìn)給等。

實(shí)踐表明，Y54廢舊機(jī)床經(jīng)維修、改裝、調(diào)整后完全能適應(yīng)中小批量中間軸斜齒輪加工，精度也能滿(mǎn)足工序要求，達(dá)到了預(yù)期目的，其維修、改裝費(fèi)用不超過(guò)2.5萬(wàn)元。