齿轮箱加工工艺设计研究

徐耀勇

南昌海达建材轴瓦有限责任公司，江苏南昌 330200

在机械零部件中，齿轮箱零件的体积较小，并且形面呈现复杂的形态，其空间尺寸极难进行测量，需要进行加工的部位也较多，需要具备几何公差的部位较多，并且需要有准确严格的几何公差值，这些方面都给交齿轮箱的加工带来了难度。以下主要研究齿轮箱加工工艺的设计问题。

1 齿轮箱加工的技术难点

在我国某烟草机械有限责任公司中，其使用的齿轮箱零件是ZJ19B 卷接机组后身部位的重要零件，通过对该齿轮箱结构特点的分析可以看出，齿轮箱的加工中存在一定的难度：1）齿轮箱的空间尺寸较小，不方便进行测量，并且在加工的过程中，不方便对其进行控制，不能通过测量来保证；2）齿轮箱需要进行加工的部位较多，并且必须具备几何公差的部位也要求严格；3）齿轮箱没有确切的定位面，很难进行装夹；4）齿轮箱所使用的材料为ZL101A，在受到压力的情况下，很容易发生变形的情况。齿轮箱特点，见下图1 齿轮箱内部结构图，见下图2。

图1 齿轮箱特点展示图

图2 齿轮箱内部结构图

2 加工设备HPM1150U 机床所具有的特性

由于齿轮箱所需要加工的部位较多，并且需要进行高精度加工，并且对齿轮箱加工的中心性能有着较高的要求，因此决定使用瑞士米克朗公司的HPM1150U 立卧转换加工中心的加工设备。该机床具有以下几种特性：1）刀库的最大容量为30 把刀，刀库的基本形式为盘式，刀柄的主要形式为Hsk-63A，采用5 轴联动的方式，并且采用TNC430 数控系统和软件；2）机床的最大行程为：Y=450mm、X=530mm、Z=450mm，主轴所具有的转速一般在100r/min ～20000r/min 之间，直线轴所具有的定位精度为0.008，重复定位精度为0.006，C 轴分度精度大约为10″，重复定位精度大约为5″，C 周回转的范围可以写作N×360°。

3 具体的解决方案和加工工步的分析

1）齿轮箱加工方案设计验证过程分析。1.夹具的设计。根据齿轮箱铸件毛坯的具体情况，设计出了几种夹具，并从这些方案中选取了两种具有合理性和可行性的方案来对实物进行拼装，通过对机床上的实物加工结果分析可以了解到，选取的两种方案中都存在同样的问题，也就是在具体公差要求的部位的加工要素由于刀具和夹具没有发生干涉，所以不能在一次装夹的过程中顺利的完成加工工作，这就导致零件的精度不能满足基本的精度要求。这就表明，有具体公差要求的加工要素的位置，需要在一次装夹时结束加工工作，并且做好平面定位，但该平面不属于齿轮箱零件的中间位置。所以说，应该在加工过程中适当的增设一个辅助支撑面，也就是在R29 圆柱面上增加并焊接一个矩形工艺搭子，这个搭子的尺寸应该为40mm×15mm×12mm；2.螺纹的加工。齿轮箱零件中主要包括3 种内螺纹，分别为M30mm×1.5mm、M45mm×1.5mm 和M33mm×1.5mm。在原有的方案中，主要使用的是钳工攻螺纹，这种螺纹的直径较大，并且采用的材料为ZL101A，材质较疏松，极容易出现“烂牙”的情况，从而造成零件报废。针对这一问题，在开发的过程中，主要运用了机床中的“循环262”功能，利用单刀铣螺纹的方式，有效的解决了“烂牙”问题；

2）重要加工工步分析。（1）对定位面和定位孔的加工。在组合夹具设计中，首先应该对基准线进行核查和校准，加工出D 平面并铣出工艺搭子面；之后将D 平面上的螺孔加工为φ 43.5H6，并将其作为定位孔来使用；为了使接下来需要加工的零件能够装夹压紧，就需要在工艺搭子的两侧增加两个压紧槽，并保证其对称；（2）齿轮箱斜面和孔的加工。在设计组合夹具时，应该对其进行校准，然后以102°的角度来翻转A 轴，从而加工端面、外圆和内孔等主要部位；之后以180°的角度来翻转A 轴，从而加工另一个端面、外圆、内孔和内螺纹，并保证同轴度为φ 0.02mm；最后将A 周翻转到原有的位置，然后分别翻转±21.5°；（3）A 基准孔和B 基准孔的加工，设计组合夹具。要想避免压板之间压在已经完成加工的Ra1.6 对称斜面上，从而破坏齿轮箱零件的精度，就应该设计一个加工中需要使用的压紧块。这个压紧块的斜面角度应该和零件的斜面角度相同，在使用的过程中，压板应该直接按压在压紧块上，并让压紧块紧贴零件的斜面，这样不仅能够压紧零件，也能够保证零件的完整；（4）去除工艺搭子。通过对组合夹具设计的分析可以了解到，由于齿轮箱零件所使用的材料为ZL101A，并且零件具有较薄的孔壁，如果在加工的过程中过于压紧，就会使孔变形；如果压紧的力度太小，就会导致工件出现移动的情况，严重的可能造成工件报废。要想使齿轮箱零件在压力减小的情况下不发生移动，就需要增加辅助顶的压力，因此需要设计一个预紧压块。预紧压块斜面的角度应该和零件斜面的角度一致，在使用的过程中，应该将顶杆压紧在预紧压块上，并让预紧压块紧贴斜面，这样不仅能够有效的解决压紧问题，而且能够避免对已经完成加工面造成的伤害。

4 结论

在对齿轮箱的零件进行加工的工艺设计环节中，主要使用定制合理的设计组合夹具和工艺路线来解决齿轮箱加工中存在的问题。通过开发HPM1150U 立卧转换加工中心的程序，有效的解决了齿轮箱零件中的零件下、多部位和多形面的加工问题。由于在许多机械加工中，都存在与齿轮箱零件有着相似特点的零件，所以对齿轮箱加工工艺的设计研究，能够为其他零件的加工提供一定的借鉴。

[1]向雄方.车身冲模数控加工工艺设计研究[J].制造技术与机床，2009(4).