倾角传动齿轮箱箱体孔系加工工艺方法

■杭州前进齿轮箱集团股份有限公司（浙江 311203）王爱琴

孔系加工是箱体加工过程中一项重要环节，不仅有孔本身的形位公差精度要求，而且孔系的相互位置也是一项必须保证的基本要求。

1.加工分析

船用齿轮箱箱体的孔系一般为平行轴孔系，其孔系的加工在组件中常以支架底面或底面为定位基准，一次装夹完成（见图1）。但为适应高速行驶的游艇和快艇等而研发的倾角船用齿轮箱，其特点是交轴孔系加工工艺方法。首先，定位基准选为箱体一支架面，这样把轴系在垂直平面内的相交转换为在水平面内的相交；其次，加工设备选具有任意旋转角度的卧式加工中心，这样就将输出轴线相对输入轴线下倾β角的加工，转换为卧式加工中心上与初始工件原点偏置平面夹角为β的斜面上孔的加工问题。

图1 平行孔系镗孔装夹方法

图2 倾角齿轮箱镗孔装夹方法

卧式加工中心上工件原点偏置转换，即工件在机床工作台上定输入轴与输出轴有一个较小夹角（5°～20°），即箱体上两孔轴线在垂直平面内相交，从而使螺旋桨获得一个入水角，同时解决了齿轮箱在小型船舶上安装空间狭小的问题。对于倾角传动齿轮箱箱体孔系的加工还没有专门的研究，没有一种普遍适用的方法。而此类箱体零件如采用平行轴系的工艺方法，需设计一套带有倾角的专用工装，对单件、小批量生产来说很不经济，且孔系无法一次装夹完成精加工，需要基准转换，这就很难达到图样相互轴线位置精度要求，大大降低了零件的合格率和加工效率，也直接影响到齿轮的传动精度以及传动的平稳性。

2.加工方案

图2所示为倾角传动齿轮箱相位、夹紧后，测量出初始工件坐标系原点，建立初始工件原点偏置，工件在机床坐标系中位置即已确定。工作台旋转β角到斜面孔加工位置时，工件原点的偏置计算，就是以初始工件原点偏置为基础的新的工件加工原点的计算。此时可以通过C A D作图找出X、Z方向新、旧工件坐标系原点的关系。

3.具体实施方法

以我厂某型号齿轮箱体零件（见图3）为例，其输出轴与输入轴在垂直平面内有一个10°的下倾角，为保证齿轮啮合精度，降低噪声、冲击，须一次装夹完成相交轴孔系加工，保证轴线之间的形位公差要求，特别是0.03 mm的斜度要求。

采用上述工艺方法，箱体以F向支架面为定位基面，F向两螺孔为定位孔。选Mazak NEXUS8800-Ⅱ为加工设备，设定工作台在如图4所示方向时，工件的原点放置在O1点，其坐标为（X1，Z1），即工件的绝对坐标原点，当要加工下倾10°的输出轴时，工作台绕旋转中心逆时针旋转10°（Y轴不会有坐标转换，因此只有X、Z轴参与旋转工作台坐标转换计算），此时就相当于工件上O4点在以R为半径的圆上移动，旋转10°后，工件上O4点移动至O3即斜面孔的加工位置（见图5），此时量出初始工件原点偏置O1点与O3点的X、Z方向的距离，然后刀位点移动相应的距离即可进行箱体下倾角输出轴的加工，并能很好地保证斜度、同轴度等设计要求。

图4 零件初始装夹示意图

图5 斜面孔处于加工位置时的示意图

4.结语

使用该工艺方法加工，经三坐标计量表明，各项技术指标符合图样要求，整机试车齿轮啮合精度良好。产品合格率≥97%，经济效益十分显著。目前此方法已应用在本公司所有倾角传动系列产品箱体孔系的加工，有效解决了倾角传动齿轮箱箱体相交孔系的加工难题。

[1]魏康民.机械制造技术基础[M].重庆：重庆大学出版社，2004.

[2]王海霞.小倾角船用齿轮箱接触分析及动态特性研究[D].重庆：重庆大学，2010：2-12.

专家点评

作者充分发挥先进设备的加工优势，有效解决了倾角传动齿轮箱箱体相交孔系的加工难题，代表着箱体类零件的制造工艺及其发展趋势，值得学习和借鉴。