1 引 言

　　當(dāng)前發(fā)展新能源汽車是我國國民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略舉措，我司積極開發(fā)制造各種新能源變速器。新能源變速器最大輸入轉(zhuǎn)速超過9000 r/min，對傳動(dòng)精準(zhǔn)性、平穩(wěn)性提出了更高要求，要求變速箱齒輪達(dá)到4～6級精度。為了制造高精度的軸類齒輪，除了磨床本身要有高精度外，中心孔的深度、錐角大小、圓度、表面粗糙度及兩端中心孔的同軸度也對最終精加工質(zhì)量起著關(guān)鍵的作用。

　　2 空心狀的齒輪軸加工分析

　　以1T15E新能源變速器一級主動(dòng)齒輪軸(如圖1)的加工過程進(jìn)行分析研究。一級主動(dòng)齒輪軸加工工藝路線為：下料→鍛坯→正火→粗車→粗車坯檢驗(yàn)→精車I (一端及中心孔)→精車II(另一端及中心孔)→齒坯檢驗(yàn)→拉花鍵→滾齒→倒棱→清洗→半成品檢驗(yàn)→熱處理→熱后檢驗(yàn)→磨中心孔→磨外圓端面I→磨外圓端面II→硬車內(nèi) 孔→磨齒→清洗→成品檢驗(yàn)。

圖1 主動(dòng)齒輪軸簡圖

　　滾齒、磨外圓端面、磨齒等后續(xù)精加工的定位基準(zhǔn)以兩端中心孔為基準(zhǔn)(如圖2)，兩端中心孔的尺寸公差直接影響產(chǎn)品的加工精度。由于前期工序多次使用或零件的流轉(zhuǎn)過程中，使中心孔表面可能被劃傷碰壞，造成兩端中心孔不同軸，圓度變差;加之空心狀輸出齒輪軸熱處理滲碳淬火后，中心孔60°錐角變大，圓度變差，均最終導(dǎo)致齒部與軸承安裝位置不同心，產(chǎn)生跳動(dòng)偏差。因此需要提升中心孔的制造精度，消除中心孔誤差帶來的偏差問題。

圖2 齒輪軸定位基準(zhǔn)(精加工)

　　3 采用數(shù)控車車中心孔及修正

　　3.1 數(shù)控車床車中心孔的工藝優(yōu)化

　　中心孔的精度與齒坯的定位精度關(guān)系密切，首先以毛坯外圓作粗基準(zhǔn)粗車外圓端面。然后在數(shù)控車床上利用零件外圓柱段，采用三爪自定心夾盤進(jìn)行裝夾定位，零件的定位基準(zhǔn)選擇在零件中部最大外圓柱段并靠其左端面，精車一端中心孔;再在另一臺(tái)數(shù)控車床上，掉頭裝夾精車后的外圓柱段并靠其右端面，以已車光外圓部位為定位基準(zhǔn)精車另一中心孔。在精車某一端中心孔時(shí)，一次精車完該端外圓內(nèi)孔，確保中心孔與內(nèi)外圓有很好的同軸度。經(jīng)過上述加工后抽檢中心孔尺寸及形位誤差，見表1。

表1 數(shù)控車床精車后中心孔尺寸及誤差

　　檢測發(fā)現(xiàn)兩端中心孔角度存在約2°的較大差異，主要原因?yàn)閮?nèi)花鍵端中心孔是以粗車外圓及端面為定位基準(zhǔn)，而另一端是已精車的外圓及端面為定位基準(zhǔn)，精車后外圓及端面跳動(dòng)小于0.02 mm，產(chǎn)品裝夾后與主軸同軸度更好。為了更好地減少中心孔的圓錐角尺寸及誤差，適當(dāng)修正數(shù)控程序中的車削軌跡;在調(diào)機(jī)加工產(chǎn)品前校準(zhǔn)夾具的端跳、徑跳均小于0.01 mm;并在安裝產(chǎn)品前，用氣槍吹干凈夾爪和產(chǎn)品的定位面，再將產(chǎn)品的定位面貼緊在夾爪的定位面上夾緊。

　　3.2 熱處理變形趨勢及修正

　　由于一級主動(dòng)齒輪軸為空心結(jié)構(gòu)，壁較薄而各軸頸部位不均勻，滲碳淬火時(shí)變形，失圓嚴(yán)重。熱后檢驗(yàn)抽檢中心孔尺寸及形位誤差，見表2。

表2 熱處理后中心孔尺寸及誤差

　　經(jīng)過熱處理滲碳淬火后，一級主動(dòng)齒輪軸中心孔圓度變差至20 μm，圓錐角角度變大20′～40′，中心孔部位外圓跳動(dòng)增大至15 μm。根據(jù)熱處理淬火后中心錐度均會(huì)變大的趨勢，在數(shù)控車時(shí)可以適當(dāng)減少中心孔錐度來補(bǔ)償熱變形量，減少后續(xù)磨中心孔時(shí)的加工量。

　　3.3 中心孔形狀及有效區(qū)域的優(yōu)化

　　中心孔有A型、B型、R型等結(jié)構(gòu)，針對空心狀齒輪軸，兩端設(shè)計(jì)帶120°保護(hù)錐結(jié)構(gòu)的B型中心孔(見圖3)，能有效減少在流轉(zhuǎn)過程中對中心孔的磕碰劃傷;能減少60°中心孔的有效接觸區(qū)域，而減少熱變形的影響;有效接觸區(qū)域的合理設(shè)計(jì)大大減少了熱后研磨區(qū)域和余量，加工過程中精度更容易保證，同時(shí)減少了合金研磨頭或砂輪的損耗。

　　4 中心孔熱后磨削工藝

　　4.1 選取中心孔磨削方式

　　由于后續(xù)磨削過程中，均以兩端中心孔定位;加之空心狀的齒輪軸熱變形的不確定性，軸原始頂尖孔中心會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)，為此我們采取熱后磨中心孔工藝。

　　中心孔磨削方式為(見圖5)：產(chǎn)品下端中心孔、上端外圓(或運(yùn)轉(zhuǎn)齒節(jié)圓)在自定心機(jī)構(gòu)準(zhǔn)確定位后，磨削砂輪高速自轉(zhuǎn)，同時(shí)繞產(chǎn)品中心線公轉(zhuǎn)，在伺服電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)下沿錐面做30°的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。磨中心孔的加工過程如下：零件放置在尾座頂尖上→手動(dòng)橫梁夾緊機(jī)構(gòu)夾緊工件→ 磨頭快速下行接近工件→磨頭微進(jìn)給磨削中心孔→磨削→磨削完畢磨頭快速回位→手動(dòng)橫梁夾緊機(jī)構(gòu)松開工件→取出工件并掉頭→重復(fù)上述動(dòng)作。經(jīng)過大批量產(chǎn)品的磨中心孔加工后，當(dāng)進(jìn)給速度控制在0.005～0.010 mm/s(圖 5中磨頭的上下運(yùn)動(dòng)垂直于加工錐面的速度分量)，磨削速度保持約30 m/s(主要為磨頭自轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速)，磨削深度不超過 0.05 mm狀態(tài)下，中心孔磨削后的精度能得到較好的保證。

　　4.2 優(yōu)化裝夾定位

　　為了更好地優(yōu)化裝夾定位，可以設(shè)計(jì)制作專用的節(jié)圓夾具，三套夾爪均布在膜片卡盤上，節(jié)圓定位工裝預(yù)先套裝在齒輪工件上，再裝夾鎖緊(見圖6)，中心孔與運(yùn)轉(zhuǎn)齒在磨中心孔、磨齒工序中互為定位基準(zhǔn)，減少了同軸度偏差;在試磨兩端中心前，先以上下頂尖拉檢棒母線，檢測校正上下頂尖同軸度≤0.02 mm;在磨削中心孔的過程中，產(chǎn)品再以較低的速度自轉(zhuǎn)。兩端中心孔經(jīng)過磨削后， 分別對中心孔的尺寸及形位誤差進(jìn)行檢測(見表3)。

圖6 齒輪軸裝夾簡圖

表3 中心孔磨削后尺寸及誤差

　　采用熱后磨中心孔工藝后，中心孔錐角偏差：60°±4′， 中心孔圓度偏差≤3 μm，中心孔錐面加工粗糙度≤ Ra0.4 μm。在后續(xù)以兩端中心孔定位磨削外圓加工中，產(chǎn)品外圓跳動(dòng)≤3 μm。

　　4.3 砂輪柄及砂輪的優(yōu)化

　　設(shè)計(jì)加工精度較高的砂輪柄，為了確保砂輪與砂輪柄黏接后有較好的同軸度及平衡性，在加工砂輪柄(圖4)時(shí)，以砂輪柄最大外圓柱段定位夾緊，一次車成與主軸連接的M14內(nèi)螺紋和該端外圓基準(zhǔn)A。再掉頭以基準(zhǔn)A定位夾持，車另一端黏砂輪的芯柱和端面，其與砂輪黏接的芯柱和端面跳動(dòng)，相對于基準(zhǔn)A控制在0.015 mm以內(nèi)，以提高砂輪黏接后的同軸度、平穩(wěn)性。

圖4 砂輪柄簡圖

　　中心表面粗糙度要求≤0.4 μm時(shí)，可選取砂輪粒度 F100的鉻剛玉砂輪，當(dāng)中心表面粗糙度要求≤0.8 μm時(shí)，可選取砂輪粒度F60的白剛玉砂輪。

　　5 結(jié) 論

　　采取中心孔磨床磨削中心孔，能很好地提高中心孔的精度，保證兩端中心孔的同軸度，進(jìn)而提高軸類零件磨外圓、磨齒等精加工精度，在普通磨床上磨削軸類外圓跳動(dòng)可以控制在3 μm以內(nèi)。

　　綜上所述，在機(jī)械加工中，控制中心孔的形位誤差行之有效的方法主要有：

　　1)優(yōu)化中心孔機(jī)加定位基準(zhǔn)及裝夾方式;

　　2)合理設(shè)計(jì)兩端中心孔，并適當(dāng)考慮熱處理變形量;

　　3)采取熱后磨中心孔工藝并設(shè)計(jì)合理的節(jié)圓夾具。