论高精度薄壁人字齿轮加工方法

占雄辉

摘要：分析了薄壁人字齿轮加工过程中的难点，通过设计液压螺母、芯棒工装等确保齿轮的加工状态和工装状态一致，保证齿轮内孔锥度吃色及齿轮ISO 3级精度。

关键词：人字齿；ISO 3级精度；磨齿；齿轮计量仪

该人字齿轮的特点：1、齿部精度要求ISO1328 3级精度；2、该零件属于薄壁齿轮，加工过程中易变形；3、人字齿对中要求高；4、内孔锥度吃色要求大于等于90%。客户要求加载试验时要求进一步降低噪声内孔且使用锥度测量时高度方向的误差±0.03。因此，需要设计一种能够确保齿轮精度的同时又能保证加载时低噪声的人字齿轮工艺。

一、滚齿划线优化

首先在车工序时保证人字齿滚齿时的对中偏差确保热处理后磨齿时左右两齿的齿面余量能够均匀分配且保证精磨齿时有最小磨齿余量0.05mm。滚齿机未安装人字齿滚齿程序，只能通过钳工划线来保证人字齿对中偏差。为确保对中偏差只需在滚齿之前的粗车工序中将紧靠的两齿齿端倒角暂不车削，从而方便钳工划线测量即可，待滚齿完成后再将齿端倒角车出即可。

二、磨削工序优化

磨削内孔时专门设计锥度规来保证内孔在恒温自然状态下符合图纸要求且保证吃色面积大于等于90%。使用国外进口蓝油保证蓝油吃色层厚度≤2μm，保证吃色时与装配状态一致，反应真实的接触面积。设计的一对锥度规采用GCr15钢材料保证锥度规经过淬火回火后具有较高的硬度、均匀的组织、良好的耐磨性，零件在淬火后经过深冷处理及两次低温人工时效处理保证规尺寸的稳定性。规的尺寸通过三坐标测定保证锥度在±2″的误差之内且一对规进行啮合检验，涂色层厚度不大于1.5μm，接触面积≥95%。经过以上工序能够保证塞规检查的人字齿内孔及环规检查的磨齿芯棒能够啮合时接触面积≥90%。在制作锥度规完成后，粗磨内孔时使用锥度规吃色检查磨床角度是否调整到位。该零件特征是壁厚较薄，使用锥度规时工人的手法不同对于轴向测量尺寸影响较大，经过对比不同工人的手法轴向尺寸误差±0.05。考虑到轴向尺寸误差较大，影响内孔尺寸，因此通过锥度规使用规范来控制锥度规的下落高度能够大大消减手法不一致导致的轴向尺寸误差。锥度规使用规范的特征是：锥度吃色与内孔尺寸（转化为轴向尺寸）测量分开（考虑到蓝油厚度的影响）。先在锥度规上涂一层进口蓝油，膜厚≤1.5μm，锥度规轻放置内孔中吃色，吃色面积≥90%，保证内孔锥度符合图纸要求。待完成内孔吃色检查后，清洗干净锥度面上的蓝油准备尺寸检查。锥度规使用规范中增加锥度规下放高度h=25mm（经过设计核算，规定锥度规大端里零件端面的高度为25mm往下放置能够确保锥度内孔贴合而不致于将零件内孔撑大）消减人工误差。

三、制作磨齿芯棒

由于该齿轮的特征是齿部较薄，装配过程中又采用了压装，薄齿轮对过盈量较为敏感，从而会对已达精度的齿轮出现公法線超差等使齿轮精度不达标的情况，因此磨齿工序采用芯棒与液压螺母组合工装，使工件通过预设的打压压力值及制定专门的压装规范来保证在磨齿状态下与工作状态下零件的涨大量保持一致，从而确保齿部在加载试验时各项评价指标符合ISO1328 3级[1]精度要求。

本组合工装由三部分组成，详见图

本压装规范如下：

1.把齿轮套入芯棒上，轻轻敲实；将NPT3/8快速接头缠上胶带，拧紧到齿轮NPT3/8螺纹接口上。

2.将液压螺母的行程归零（挤压出液压螺母中的液压油，保证螺母活塞行程归零），然后把液压螺母的活塞端朝向齿轮，旋进芯棒的螺纹端，在液压螺母上安装NPT3/8快速接头。

3.将两只手动泵分别于齿轮、液压螺母的快速接头连接。

4.先对液压螺母的手动泵泵压，保证齿轮在轴向有预紧力，再对与齿轮连接的手动泵泵压，径向涨开齿轮，然后两个手动泵交替泵压将齿轮缓慢压入芯棒（此过程锥面不可以漏油，且液压螺母油压必须保持不得下降），与齿轮连接的手动泵油压升至22.5MPa-24MPa，与液压螺母连接的手动泵油压升至2MPa-4MPa，直至齿轮端面与轴肩端面贴紧，停止加压。用塞尺检查齿轮端面与轴肩端面的间隙X，该值应<0.02。

5.确认齿轮安装到位后拆除手动泵及快换接头等，一小时后再次确认齿轮端面与轴肩端面的间隙值X<0.02

四、磨齿优化

磨齿工序对齿部的3级精度起到至关重要的作用。磨齿工序大致过程：检查机床状态----标定机床----上工件进行余量分配----粗磨----送齿轮计量检测----根据报告再次修正机床参数----粗磨----送齿轮计量检测----根据报告再次修正机床参数----精磨留0.05mm量-----送齿轮计量检测----精磨----送齿轮计量检测合格。在提升机床状态方面内容是提高磨齿粗糙度方面采取更换成人工排列的金刚滚轮，检查磨齿机的砂轮及滚轮的动平衡系统，提高过滤纸的性能等措施。通过磨削标定轮并计量齿轮精度来确保整个磨齿系统处于能够磨削三级精度的状态。由于齿轮在齿向存在修行且齿轮斜率大因此使用公法线千分尺测量时几乎只能卡到左右两齿端，这样造成的误差经过对比在0.01丝左右，对于3级精度的齿轮是不可以接受的。因此使用齿轮计量仪来评定公法线最为准确。通过反复磨削然后上齿轮计量仪计量来确保系统的稳定性。

五、结论

高精度薄壁人字齿轮加工成为生产难点，采取上述有效的工艺方法能够显著改善齿轮加工精度保证减少啮合噪声。

参考文献

[1]ISO 1328-1：1995 cylindrical gears-ISO system of accuracy Part 4

（作者单位：南京高精船用设备有限公司）