推土機(jī)用行星輪同軸度精度的提升

宋超，王麗媛，翟展新，穆玉芹，向俊兵

山推工程機(jī)械股份有限公司 山東濟(jì)寧 272000

1 序言

某機(jī)型推土機(jī)行星輪位于推土機(jī)終傳動內(nèi)部，每套終傳動需要3件行星輪為推土機(jī)行走提供傳動動力。行星輪通過行星架、銷軸及軸承確定安裝位置，并與內(nèi)齒圈、太陽輪軸配合做齒面?zhèn)鲃?，是行星傳動中的重要工件。同軸度精度直接影響齒輪傳動精度，超差過大會造成打齒的嚴(yán)重后果。該工件要求同軸度為0.04mm，目前同軸度合格率為90.5%。

2 行星輪結(jié)構(gòu)

行星輪結(jié)構(gòu)如圖1所示，外齒為齒面?zhèn)鲃樱瑑?nèi)部含有兩個等徑軸承內(nèi)孔，同軸度要求0.04mm。軸承內(nèi)孔在內(nèi)圓磨床上加工，工件進(jìn)行整體滲碳淬火，表面硬度為60HRC。

圖1 行星輪結(jié)構(gòu)

3 加工工藝

加工至成品共需要10道工序：粗車→開齒→滲碳淬火→磨一端平面→調(diào)頭磨平面→磨一端軸承內(nèi)孔→調(diào)頭磨軸承內(nèi)孔→精車內(nèi)端面→調(diào)頭精車內(nèi)端面→磨齒。0.04mm同軸度由兩次磨內(nèi)孔工序保證，其中前置工序兩次磨平面為磨內(nèi)孔工序找平基準(zhǔn)。

4 內(nèi)孔磨削加工過程

目前，磨削內(nèi)孔采用單動卡盤裝夾，通過找正相應(yīng)基準(zhǔn)進(jìn)行加工。磨削加工如圖2所示，具體步驟為：①使用量棒及百分表找正工件齒面至公差0.05mm以內(nèi)。②使用百分表找正磨制平面至公差0.03mm以內(nèi)。③磨削軸承內(nèi)孔。④磨削過渡內(nèi)孔。⑤翻轉(zhuǎn)工件，使用百分表找正工件過渡內(nèi)孔及另一端磨制平面至公差0.03mm以內(nèi)。⑥磨削另一端軸承內(nèi)孔。

圖2 磨削加工示意

在整個磨削過程中，步驟⑤找正工件過渡內(nèi)孔及磨制平面0.03mm為保證兩軸承內(nèi)孔同軸度的關(guān)鍵過程。

5 行星輪同軸度超差分析

從人、機(jī)、料、法、環(huán)5個方面對行星輪同軸度超差進(jìn)行分析，逐一排除內(nèi)孔磨床旋轉(zhuǎn)間隙大造成工件橢圓、前置工序平面磨床加工造成兩平面不平行兩方面原因，并對存在隱患的要求找正端面及內(nèi)孔0.03mm公差存在不可避免誤差進(jìn)行重點(diǎn)分析。

5.1 極限找正誤差理論分析

對工藝要求的端面及內(nèi)孔0.03mm找正公差進(jìn)行理論極限驗(yàn)證。

內(nèi)孔極限找正如圖3所示。在工件磨制兩平面絕對平行的前提下，第一端平面找正時，在工件中部位置φ155mm處按照最大公差0.03mm找正，磨削內(nèi)孔后則第一側(cè)內(nèi)孔與平面垂線傾斜角度α1＝arctan（0.03÷155）＝0.01109°。

圖3 內(nèi)孔極限找正示意

翻轉(zhuǎn)工件，按照與第一端平面相反位置找正第二端平面。磨削內(nèi)孔后，則第二側(cè)內(nèi)孔與平面垂線傾斜角度α2＝a r c t a n（0.03÷155）＝0.01109°。因兩孔傾斜方向相反，則兩孔相對傾斜角度α＝α1＋α2＝0.02218°，此時計算兩孔同軸度x＝81×tanα＝0.03136（mm）。

如第二端內(nèi)孔找正0.03mm，則此時理論最大同軸度為0.03136+0.03=0.06136（mm），遠(yuǎn)超圖樣要求的0.04mm。

5.2 極限找正誤差實(shí)際驗(yàn)證

為驗(yàn)證按照工藝極限找正對工件使用存在影響，記錄不同找正精度工件使用三坐標(biāo)實(shí)際驗(yàn)證工件同軸度的情況，不同找正精度對應(yīng)的同軸度見表1。

表1 不同找正精度對應(yīng)的同軸度 （單位：mm）

從實(shí)測同軸度可以看出，隨著找正精度的提升，實(shí)測同軸度也隨之提升，可以判定要求找正端面及內(nèi)孔0.03mm公差存在不可避免的誤差是造成同軸度超差的主要原因。

6 解決行星輪同軸度超差問題的對策

為保證同軸度0.04mm，最直接的措施是將工藝要求找正公差0.03mm提升為0.02mm，但目前工件使用單動卡盤裝夾，內(nèi)孔與平面各使用兩塊百分表找正（見圖4），實(shí)際找正難度大，提升找正精度將大大降低加工效率。

圖4 找正

由于磨削內(nèi)孔工藝效率低，且加工難度大，所以需要優(yōu)化工藝，以車代磨，使用車床一次裝夾加工，提升產(chǎn)品質(zhì)量及加工效率，其優(yōu)點(diǎn)為：①減少二次找正，消除找正誤差。②可取消前置找正基準(zhǔn)磨平面工序。③徑向進(jìn)給變?yōu)檩S向進(jìn)給，提高了加工效率。

6.1 車削方案

車削方案如圖5所示，利用數(shù)控立式車床液壓卡盤靠平工件端面并夾緊工件齒部，使用1號刀進(jìn)行上部軸承內(nèi)孔及端面的加工，使用2號刀進(jìn)行下部軸承內(nèi)孔及端面的加工，保證一次裝夾實(shí)現(xiàn)各部位全部加工。

圖5 車削方案示意

6.2 刀具

上部加工選用95°主偏角內(nèi)孔車刀，下部加工自制95°主偏角內(nèi)勾車刀（見圖6）。為提升齒面硬度，工件采用整體滲碳淬火工藝，硬度達(dá)60HRC，故選用高強(qiáng)度的CBN刀片進(jìn)行上下部加工。

圖6 95°主偏角內(nèi)勾車刀

7 結(jié)束語

針對行星輪同軸度超差問題進(jìn)行原因分析并采取相應(yīng)的對策，通過批量加工驗(yàn)證對策的正確性和有效性，對后續(xù)加工的1260件工件的同軸度精度全部采用三坐標(biāo)檢測，結(jié)果如圖7所示，可以看出合格率達(dá)100%。實(shí)際解決了兩端軸承內(nèi)孔的同軸度超差問題，達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。同時將原工藝“磨一端平面→調(diào)頭磨平面→磨一端軸承內(nèi)孔→調(diào)頭磨軸承內(nèi)孔→精車內(nèi)端面→調(diào)頭精車內(nèi)端面”的6道工序合并為1道精車工序，大幅減少了裝夾和找正的輔助時間。工藝改進(jìn)前后加工用時對比如圖8所示，可見加工效率提升650%，取得了很好的經(jīng)濟(jì)效益。

圖7 行星輪同軸度檢測結(jié)果

圖8 工藝改進(jìn)前后加工用時對比