雙聯(lián)齒輪的齒形加工，即大端滾齒和小端插齒，由于工件結(jié)構(gòu)原因，其齒向及齒圈徑向圓跳動誤差往往超出產(chǎn)品技術(shù)要求或加工工藝要求。本文就此問題進(jìn)行分析，并提出相應(yīng)解決措施。
1 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)及傳統(tǒng)工藝工裝結(jié)構(gòu)弊病
圖1所示為雙聯(lián)齒輪典型結(jié)構(gòu)圖，其特點(diǎn)為工件內(nèi)孔的長徑比≥3，工件的大端面較大，其外徑與孔徑之比≥2。按照機(jī)械加工工藝要求，毛坯經(jīng)粗車、精車加工后，齒坯的大小端面圓跳動公差，對于7 和8 級精度齒輪，當(dāng)分度圓直徑≤125mm時(shí)，端面圓跳動公差為0.018mm；分度圓直徑小于400mm，大于125mm時(shí)，端面圓跳動公差為0.022mm。實(shí)際加工中按此標(biāo)準(zhǔn)加工和檢驗(yàn)，但在滾、插齒加工中，我們按照傳統(tǒng)的工裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)了滾、插齒夾具。圖2即為滾齒加工的工裝結(jié)構(gòu)圖。圖中，工件以內(nèi)孔和端面定位，工件內(nèi)孔與芯棒外徑之間采用H6/h5配合，擰緊上面的螺母，通過開口墊而將工件夾緊。插齒加工方法為工件大端面和內(nèi)孔定位，液壓拉桿通過開口墊而夾緊工件。這兩種裝夾方法均為機(jī)械手冊推薦的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)。在實(shí)際加工產(chǎn)品時(shí)，發(fā)現(xiàn)滾、插齒的齒圈徑向圓跳動誤差為0.07～0.10mm，甚至達(dá)0.15mm，齒向誤差為0.02～0.05mm。而工藝要求齒圈徑向跳動誤差≤0.063mm，齒向誤差≤0.011mm。插齒的齒圈徑向跳動誤差及齒向誤差也有不同程度的超差現(xiàn)象。
一般而言，齒輪滾齒的齒圈徑向圓跳動誤差和齒向誤差產(chǎn)生的原因主要是齒坯的幾何偏心和安裝偏心所致；齒向誤差超差主要是夾具和齒坯的制造安裝調(diào)整精度低，分齒、差動交換齒輪誤差大以及齒坯或夾具的剛性差，夾緊后變形等。經(jīng)過分析和實(shí)際檢測，我們發(fā)現(xiàn)夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的不合理，是產(chǎn)生誤差的主要原因。
2 滾齒工件定位和加工受力變形分析
圖2中傳統(tǒng)工裝結(jié)構(gòu)上，工件以內(nèi)孔和端面定位。由于工件內(nèi)孔長徑比大于3 屬于長孔定位，限制4 個(gè)自由度，端面限制3 個(gè)自由度，這就形成了過定位現(xiàn)象，且重復(fù)限制的自由度數(shù)為2 個(gè)，因此這種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理。其次由于工件總長相對于內(nèi)孔直徑較大，裝夾工件的定位芯棒直徑小，裝夾剛性差，在滾齒過程中，滾齒切削力的垂直分力矩基本作用在芯棒底部，使芯棒產(chǎn)生離開滾刀方向上的變形偏擺，這就使工件在滾齒過程中產(chǎn)生運(yùn)動偏心，從而將增加滾齒的齒圈徑向圓跳動誤差和齒向誤差。在實(shí)際加工中，用百分表觸頭對著旋轉(zhuǎn)軸工件表面，也可以發(fā)現(xiàn)這種偏擺。3 改進(jìn)工件定位方法和工裝結(jié)構(gòu)由上分析可知，傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)中工件的定位不合理，加工過程中工裝的剛性差是導(dǎo)致這類齒輪滾齒誤差超差的主要原因(刀具、工件齒坯加工精度、設(shè)備精度正常條件下)，因此經(jīng)研究設(shè)計(jì)了圖3所示的改進(jìn)結(jié)構(gòu)。圖中，芯棒4與上下工件內(nèi)孔接觸的中間段配合選用H6/h5配合，其余部分外圓直徑比工件孔小0.05mm；這樣工件就屬于短孔定位，內(nèi)孔限制2個(gè)自由度；下面的工件是以大端的內(nèi)側(cè)定位于開口套5上，開口套5定位在內(nèi)定位套7上，從而限制工件3個(gè)自由度，因此總體限制工件5個(gè)自由度，屬合理設(shè)計(jì)(上面的工件也是5點(diǎn)定位)。開口套5的另一個(gè)作用是：增加工件內(nèi)側(cè)面的定位面積，減少滾齒切削力的垂直分力之力臂，從而降低力矩，相對增加工件的定位裝夾剛性。外定位套8 作用是限制開口套的位置，以避免滾刀將開口套滾壞。
這種工裝的使用，在實(shí)際生產(chǎn)過程中證明工件的齒圈圓跳動誤差在0.03～0.05mm以內(nèi)，齒向公差在0.010mm以內(nèi)。其要點(diǎn)是工件大端的內(nèi)側(cè)面圓跳動必須按工藝基準(zhǔn)面精度要求保證。其缺點(diǎn)是裝工件時(shí)必須同時(shí)加裝開口套，操作較麻煩。
這類工件的插齒加工時(shí)，工件定位也應(yīng)采取類似方案以消除過定位現(xiàn)象，但不必使用開口套。
1.螺母 2.開口墊 3.拉桿 4.芯棒 5.開口套 6.底墊 7.內(nèi)定位套 8.外定位套
