針對(duì)齒輪磨齒加工，以 Y7132A 磨齒機(jī)為研究對(duì)象，在介紹原工藝現(xiàn)狀與不足的基礎(chǔ)上，從磨齒工藝設(shè)計(jì)和磨齒工裝設(shè)計(jì)兩方面提出幾條有效的工藝與工裝設(shè)計(jì)改進(jìn)措施，旨在為提升加工精確度與生產(chǎn)效率提供可靠技術(shù)支撐。

　　1 引言

　　齒輪泵的主要作用是將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成壓力能，其在液壓系統(tǒng)中十分常見(jiàn)常用。作為具有加高精密程度的齒輪工件，需在專用的機(jī)械設(shè)備中進(jìn)行磨削加工，而在具體的加工過(guò)程中需對(duì)齒輪的齒形公差與齒向公差進(jìn)行有效控制，以此達(dá)到最佳的加工精確度?，F(xiàn)圍繞 Y7132A 磨齒機(jī)，結(jié)合其加工生產(chǎn)現(xiàn)狀，深入分析可行的工藝與工裝設(shè)計(jì)改進(jìn)做法。

　　2 磨齒機(jī)概述

　　Y7132A 磨齒機(jī)的磨齒工藝主要運(yùn)用展成原理，而展成遠(yuǎn)動(dòng)則主要由緊繃于鋼帶中的滾圓盤(pán)和鋼帶之間進(jìn)行相對(duì)滾動(dòng)而產(chǎn)生的。砂輪上的錐面母線和垂直線會(huì)形成一個(gè)磨削角，對(duì)于齒條而言，砂輪上的磨削面等同于齒面，被系統(tǒng)上的磨削工件和滾圓盤(pán)銜接為一體，并與砂輪上的磨削面進(jìn)行相對(duì)展成運(yùn)動(dòng)，伴隨砂輪磨削作用的不斷進(jìn)行，會(huì)使被加工工件得以規(guī)范的漸開(kāi)線齒輪形狀。

　　3 齒輪磨齒工藝現(xiàn)狀

　　齒輪磨齒工藝經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的發(fā)展現(xiàn)階段已有很大的改善和優(yōu)化，衍生出很多一體化磨齒工具。為便于對(duì)齒輪磨齒工藝現(xiàn)狀的分析和把握，現(xiàn)將當(dāng)前較為常用的 Y7132A 磨齒機(jī)作為研究對(duì)象，該磨齒機(jī)能很好的代表當(dāng)前齒輪磨齒水平。

　　齒輪磨齒工藝流程為：工裝選取(軸套)→工裝選取(加緊)→按照齒輪的技術(shù)參數(shù)對(duì)砂輪進(jìn)行有效修整→對(duì)所用工件的公法線進(jìn)行測(cè)量→裝夾→明確走刀量與走刀的次數(shù)→對(duì)齒輪齒形齒向的公差進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)量。

　　3.1 齒輪裝夾和磨削

　　齒輪的具體裝夾過(guò)程見(jiàn)圖 1，在操作過(guò)程中，需確保加緊套與軸套光潔平滑，無(wú)任何劃痕與污漬，若不滿足以上要求，需對(duì)其進(jìn)行有效處理。工裝定位面和齒輪軸對(duì)應(yīng)的安裝外圓需要擦拭干凈以后才能進(jìn)行安裝，同時(shí)確保在安裝軸套的過(guò)程中內(nèi)孔沒(méi)有鐵屑與污漬，并且軸套的頂尖孔不能存在劃痕。對(duì)于齒輪軸而言，其中心孔需要擦拭干凈，將其安裝在軸套的內(nèi)部，上緊軸套周圍的全部頂絲，然后松開(kāi)頂尖上的移動(dòng)手柄，在磨床開(kāi)始之前與結(jié)束后，頂尖會(huì)把齒輪軸與接套一同頂緊，再使用螺釘?shù)裙ぞ邤Q緊加緊套(加緊套屬于典型的分體結(jié)構(gòu)，也就是說(shuō)在完成加工以后需要沿著中心位置進(jìn)行軸向銑開(kāi))。

　　圖 1 齒輪軸裝夾示意圖

　　磨齒操作的工藝順序需根據(jù)預(yù)先確定的留量明確實(shí)際走刀量與走刀次數(shù);嚴(yán)格按照模數(shù)和留量，明確走刀的具體次數(shù)，操作加工走刀的進(jìn)給量保持在 7~11 m/min 范圍內(nèi)，避免切削量超出限度在齒輪的端面形成毛刺。對(duì)于走刀量而言，根據(jù)加工磨削余量對(duì)走到量進(jìn)行有效控制，從精磨的角度分析，最大走刀量不宜超出 0.015 mm。

　　3.2 齒形齒向誤差檢測(cè)

　　齒形誤差指的是在齒輪的橫截面上，齒形的工作區(qū)間以內(nèi)，但排除齒輪的頂部，包含實(shí)際齒形并且距離為最短的齒形間法向間距。由于存在一定齒形誤差，所以實(shí)際的嚙合點(diǎn)會(huì)與合線偏離，進(jìn)而導(dǎo)致兩條齒在嚙合時(shí)產(chǎn)生傳動(dòng)比突變，對(duì)傳動(dòng)作用的穩(wěn)定性造成嚴(yán)重影響。齒向誤差指的是在相應(yīng)的分度圓柱平面上，齒寬的有效部分以內(nèi)，但排除端部倒角，包含實(shí)際齒線間的端面間距。對(duì)于不同齒輪的接觸精度而言，齒向誤差是一個(gè)十分重要的評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)，它會(huì)對(duì)接觸點(diǎn)規(guī)格與具體位置造成嚴(yán)重影響，同時(shí)也決定了齒輪使用壽命及承載力。

　　由于在操作中需要重復(fù)使用接套工裝，在這種條件下，易造成接套與齒輪軸間距變大等問(wèn)題，而且操作人員在對(duì)接套周邊的頂絲進(jìn)行擰緊時(shí)法力不均勻，導(dǎo)致擰緊后的接套與齒輪軸沒(méi)有同軸，進(jìn)而出現(xiàn)最終磨削以后齒形與齒向出現(xiàn)超差問(wèn)題，加工的不合格率顯著升高。

　　4 磨齒工藝的設(shè)計(jì)改進(jìn)

　　通過(guò)上述分析可以看出，由于工裝接套使用頻繁，容易遭到不同程度的磨損，所以在固定工件以前需要增設(shè)一道校正復(fù)核工序，詳細(xì)內(nèi)容如下。

　　1)反復(fù)擦拭齒輪軸的中心孔，然后將其固定在偏擺儀設(shè)備上，使用百分表等儀器對(duì)齒輪外圓的實(shí)際跳動(dòng)量進(jìn)行測(cè)量，并標(biāo)注相應(yīng)的高點(diǎn)與低點(diǎn)。

　　2)上述操作完成后，將工件安裝在接套中，認(rèn)真觀察百分表的讀數(shù)，擰緊其周邊的全部頂絲，使它的相同外圈跳動(dòng)和所標(biāo)高點(diǎn)和低點(diǎn)完全相同，通過(guò)調(diào)整使圓周的實(shí)際跳動(dòng)保持在 0.01 mm 以內(nèi)。

　　采取以上措施的主要作用在于確保齒輪軸與接套實(shí)現(xiàn)同軸，在對(duì)工件實(shí)施有效的校正處理以后，即可將其固定在磨齒機(jī)上開(kāi)始磨削加工。通過(guò)計(jì)算分析可知，在增設(shè)了校正工序以后，磨削加工結(jié)果可以達(dá)到企業(yè)所提出的工藝需求，并且齒形公差可保持在 0.02 mm 以內(nèi)，齒向公差也在規(guī)范的 0.016 mm 以內(nèi)。然而，這樣的改進(jìn)方法也有一定不足，如雖然可以有效確保齒輪的精確度，但加工時(shí)間顯著增加，實(shí)際生產(chǎn)效率有所降低。

　　5 磨齒工裝的設(shè)計(jì)改進(jìn)

　　基于齒輪磨削加工現(xiàn)狀，經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)改進(jìn)以后的生產(chǎn)效率大幅降低，因此還要對(duì)工裝夾具等實(shí)施必要的改進(jìn)，以此彌補(bǔ)延長(zhǎng)加工時(shí)間方面的不足。拆除機(jī)頭頂尖之后，在磨床的頭架上安裝新型短驅(qū)動(dòng)頂尖，撥盤(pán)是一個(gè)開(kāi)口的圓環(huán)結(jié)構(gòu)，內(nèi)孔和底座上的外圓相互配合，形成一個(gè)開(kāi)口構(gòu)造確保撥盤(pán)和底座的定位完全正確，以此實(shí)現(xiàn)自動(dòng)補(bǔ)償。在矩形過(guò)渡盤(pán)的兩邊進(jìn)行開(kāi)槽處理，在過(guò)渡盤(pán)上進(jìn)行開(kāi)槽處理的主要目的在于確保主軸開(kāi)始旋轉(zhuǎn)后可帶動(dòng)過(guò)渡盤(pán)的旋轉(zhuǎn)，另外一側(cè)的開(kāi)槽寬度在 2 mm 左右，并且和過(guò)渡盤(pán)的內(nèi)孔進(jìn)行銑開(kāi)，而撥盤(pán)內(nèi)孔和漲套之間是典型的小間隙式配合，通過(guò)對(duì)過(guò)渡盤(pán)上的螺釘?shù)挠行д{(diào)整，能完成漲套的自定義加緊與松開(kāi)。齒輪軸與漲套之間同時(shí)使用間隙式配合，并且漲套需要沿著中心線進(jìn)行軸向開(kāi)槽處理，開(kāi)槽的實(shí)際寬度為 2 mm，雖然開(kāi)槽寬度和過(guò)渡盤(pán)相同，但其深度要比漲套的孔深大，并且在徑向上使用螺釘?shù)裙ぞ邔?duì)齒輪軸進(jìn)行加緊或松開(kāi)，經(jīng)設(shè)計(jì)改進(jìn)后的齒輪軸裝夾如圖 2 所示。實(shí)踐表明，在按照以上方式對(duì)齒輪軸裝夾進(jìn)行設(shè)計(jì)改進(jìn)之后，生產(chǎn)效率大幅提升，很好地彌補(bǔ)了因磨齒工藝設(shè)計(jì)改進(jìn)而造成的加工時(shí)間延長(zhǎng)的弊端。

　　圖 2 設(shè)計(jì)改進(jìn)后齒輪軸裝夾示意圖

　　6 結(jié)語(yǔ)

　　Y7132A磨齒機(jī)改進(jìn)前存在擰緊后接套與齒輪軸未能同軸、容易出現(xiàn)最終磨削后齒形與齒向出現(xiàn)超差、加工不合格率相對(duì)較大等問(wèn)題，亟需進(jìn)行有效改進(jìn)。對(duì)此，采用增設(shè)校核工序的方法首先對(duì)磨齒工藝進(jìn)行設(shè)計(jì)改進(jìn)，雖然改進(jìn)后齒輪精確度明顯提高，但耗時(shí)顯著增加，生產(chǎn)效率降低。為彌補(bǔ)這一缺陷，又采取有效措施對(duì)磨齒工裝實(shí)施設(shè)計(jì)改進(jìn)，改進(jìn)后經(jīng)實(shí)踐得知，齒輪在完成裝夾以后無(wú)需進(jìn)行校正，計(jì)量結(jié)果可很好地滿足特定精度要求，并且還極大地提高了生產(chǎn)效率，降低了工作強(qiáng)度，值得大范圍推廣應(yīng)用。