滾齒加工平齒根倒錐齒的程序調(diào)試分析

崔寶峰

陜西法士特汽車傳動(dòng)工程研究院

1 引言

倒錐齒結(jié)構(gòu)零件目前廣泛應(yīng)用于汽車變速箱領(lǐng)域，一般分為斜齒根倒錐齒和平齒根倒錐齒兩種。前者對(duì)滾刀設(shè)計(jì)及程序調(diào)試要求相對(duì)簡單，而后者則要求采用不等距滾刀，其滾齒程序在調(diào)試過程中相對(duì)較復(fù)雜。本文分析了采用不等距滾刀加工平齒根倒錐齒時(shí)程序調(diào)試注意事項(xiàng)以及應(yīng)對(duì)措施，以此提高現(xiàn)場(chǎng)換產(chǎn)速度，減少廢品，降低成本。

2 斜齒根倒錐齒結(jié)構(gòu)及加工程序分析

如圖1所示，B為齒寬，ah為根錐角，dH為齒根半徑深度差(齒根高度差)，as為齒側(cè)椎角，dS為單邊齒厚差(大端和小端的齒厚差)，其中，dH=Btanah，dS=BtanaS=dHtanah。根據(jù)倒錐齒原理關(guān)系式tanas=tanahtanan(an為壓力角)，因?yàn)樾枰ＷC大端和小端的齒厚差dS才能加工出倒錐齒，則需實(shí)現(xiàn)齒根高度差dH，即滿足根錐角ah。

斜齒根倒錐齒的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是大端到小端齒厚均勻變化，齒根圓是斜圓錐面。斜齒根倒錐齒一般采用滾齒、插齒、擠齒和旋切等加工方式，但外齒多采用滾齒加工。如圖2所示，采用普通滾刀并利用數(shù)控滾齒機(jī)在X軸和Z軸做聯(lián)動(dòng)即可實(shí)現(xiàn)加工斜齒根倒錐齒結(jié)構(gòu)。

圖1 倒錐齒幾何原理

圖2 斜齒根倒錐齒的滾齒加工原理

3 平齒根倒錐齒結(jié)構(gòu)及加工程序分析

3.1 滾平齒根倒錐齒原理

相對(duì)于斜齒根倒錐齒結(jié)構(gòu)，平齒根倒錐齒結(jié)構(gòu)齒根圓是平的圓柱面，且其齒根圓為定值，這導(dǎo)致徑向方向無法進(jìn)刀，因此為了保證不同截面的齒厚均勻變化，則需采用變齒厚不等距滾刀，以同時(shí)實(shí)現(xiàn)Y軸和Z軸等比聯(lián)動(dòng)進(jìn)給，即Z向滾刀從上向下進(jìn)刀，Y向滾刀先由外向里竄刀加工上端倒錐齒，再反向竄刀到起始位置加工下端倒錐齒，最終實(shí)現(xiàn)雙聯(lián)齒平齒根倒錐齒加工(見圖3)。

圖3 平齒根倒錐齒滾齒加工原理

以某離合器滑套(見圖4)為例，通常滾齒程序采用圖5所示的兩種走刀方式：一是中線分刀方式，主要用于上下端倒錐齒同時(shí)調(diào)整，程序修改簡單(見圖5a)；二是對(duì)稱分刀方式，主要用于上下端分開調(diào)整，程序較復(fù)雜(見圖5b)。本文主要以第一種走刀方式研究相關(guān)程序調(diào)試問題。

圖4 平齒根倒錐齒零件

(a)中線分刀

(b)對(duì)稱分刀

根據(jù)以上加工程序分析，采用Y軸減速機(jī)以增加Y軸、Z軸同步聯(lián)動(dòng)功能，并聯(lián)合機(jī)床廠家專門定制了如圖6和圖7所示的加工方案和程序界面，用于加工平齒根倒錐齒結(jié)構(gòu)。

圖6 平齒根倒錐滾齒加工

圖7 平齒根倒錐齒程序參數(shù)界面

3.2 平齒根倒錐齒滾齒程序調(diào)試實(shí)例分析

3.2.1 平齒根倒錐齒各坐標(biāo)變化對(duì)跨球距的影響分析

根據(jù)表1中的零件參數(shù)信息計(jì)算出以下任意變量對(duì)零件跨球距的影響規(guī)律。

表1 平齒根倒錐齒零件相關(guān)參數(shù) (mm)

由大端、小端的Mop差值相對(duì)于齒寬的比值計(jì)算可得

(140.263-138.954)/13.88=0.094mm

可知，當(dāng)只有坐標(biāo)差ΔZ整體平移時(shí)，跨球距ΔMop的變化規(guī)律為

ΔZ+1mm→ΔMop±0.094mm

(1)

式中，當(dāng)ΔZ正向整體平移1mm，上端倒錐齒Mop減小0.094mm，下端倒錐齒Mop增大0.094mm。

由表1可計(jì)算Y軸的竄刀長度為

13.88/0.3=46.267mm

由大端、小端的Mop差值相對(duì)于竄刀長度的比值計(jì)算可得

(140.263-138.954)/46.267=0.028mm

可知，當(dāng)只有坐標(biāo)差ΔY整體平移時(shí)，跨球距ΔMop的變化為

ΔY+1mm→ΔMop-0.028mm

(2)

式中，當(dāng)ΔY正向整體平移1mm時(shí)，上、下端Mop同時(shí)減小0.028mm。

3.2.2 平齒根倒錐齒跨球距調(diào)試分析

(1)根據(jù)不等距滾刀Z向和Y向的速比0.3:1，在程序界面輸入X，Y，Z的初步對(duì)刀坐標(biāo)值，其中特別注意Z和Y坐標(biāo)行程差的比值ΔZ/ΔY=0.3不變(見圖7)。

(2)調(diào)整齒根圓使之符合產(chǎn)品圖要求。根據(jù)首件試切測(cè)量的齒根圓結(jié)果，在程序界面輸入X的補(bǔ)償差值。

(3)調(diào)整跨球距Mop差值。在齒根圓加工到公差范圍后，檢測(cè)上下端的跨球距Mop值分別為M0+ΔM1和M0+ΔM2，其中M0為目標(biāo)值，并假設(shè)ΔM1>ΔM2。

先調(diào)整上下端Mop值大小一致，根據(jù)式(1)計(jì)算Z軸的整體平移量

ΔZ=0.5(ΔM1-ΔM2)/0.094

(3)

再調(diào)整上下端Mop到目標(biāo)值M0，根據(jù)式(2)計(jì)算Y軸的整體平移量

ΔY=0.5(ΔM1+ΔM2)/0.028

(4)

按照上述方法，即可快速完成換產(chǎn)調(diào)試，加工出符合要求的實(shí)物(見圖8)。

圖8 加工工件實(shí)例

3.2.3 平齒根倒錐齒向調(diào)試分析

如圖9所示，在實(shí)際生產(chǎn)中通常根據(jù)變形實(shí)驗(yàn)調(diào)整熱處理前滾齒齒向坡度比(或齒向傾斜fHb)。改變齒向坡度比本質(zhì)為改變倒錐齒大端齒厚與小端齒厚差值，不等距滾刀的齒厚是連續(xù)漸變的，因此在現(xiàn)有滾刀不變的情況下，只需按等比差值改變Y向竄刀長度來實(shí)現(xiàn)調(diào)整大小端齒厚差值，從而改變坡度比。

圖9 齒面坡度比(齒向傾斜)

例如，當(dāng)增大齒向坡度比為0.021:1時(shí)，對(duì)應(yīng)增加的竄刀長度為

ΔY′=[(0.021-0.019)/0.019]×(Y2-Y1)

兩邊對(duì)稱調(diào)整Y坐標(biāo)，有

Y1″=Y1-ΔY′/2
Y2″=Y2+ΔY′/2

這樣即可實(shí)現(xiàn)坡度比0.021:1的要求。試切完成后，可根據(jù)3.2.2的第三步微調(diào)Mop。

4 結(jié)語

淺析了平齒根倒錐齒調(diào)試方法，該方法可迅速指導(dǎo)操作工進(jìn)行快速換產(chǎn)和調(diào)試，已應(yīng)用于實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)加工，且整個(gè)加工過程穩(wěn)定，能夠滿足批量化生產(chǎn)需求。