薄壁內(nèi)齒輪加工新要求：需16瓣液壓夾具

一往冇前

近些年來，汽車齒輪制造的主要方向由商用車齒輪轉(zhuǎn)向乘用車齒輪，其制造工藝也由傳統(tǒng)的滾齒（插齒）+剃齒轉(zhuǎn)變?yōu)闈L齒+ 磨齒，而強(qiáng)力珩齒和車齒加工、內(nèi)齒加工中應(yīng)用多瓣式液壓夾具、齒輪的焊接和機(jī)床技術(shù)……這些汽車齒輪制造工藝的發(fā)展都給行業(yè)帶來了很多新要求。

外圓柱齒輪磨齒

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磨齒作為齒輪精加工工藝已有很多年，從成形砂輪磨齒、雙錐面砂輪磨齒發(fā)展到了蝸桿砂輪磨齒，現(xiàn)大批量汽車齒輪的磨齒基本采用蝸桿砂輪磨齒，它的好處是生產(chǎn)效率高（有的廠家機(jī)床齒輪磨削速度可達(dá)100 m/s，節(jié)拍可達(dá)13～40 s/件）、精度高（可達(dá)DIN 4～7級(jí)）、成本相對(duì)較低，并可以解決齒輪熱處理變形較大的難題。

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1.磨齒工藝傳統(tǒng)難點(diǎn)

機(jī)床動(dòng)態(tài)精度要求穩(wěn)定（尤其是大批量生產(chǎn)，長期2、3班倒作業(yè)，齒輪件精度穩(wěn)定在DIN 5～7級(jí)），可靠性要好；夾具精度要求高，且便于工件自動(dòng)上下料；砂輪修整器精度要求高且耐用，砂輪修整能快速達(dá)到磨齒精度要求，砂輪修形時(shí)間要短；砂輪要求自銳性好，且使用壽命長（每修整一次砂輪加工件數(shù)多）；線速度要高（可達(dá)100 m/s），能滿足超高速磨齒的砂輪制造供貨商較少。

2.磨齒工藝的新難點(diǎn)

由于汽車市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)需要，對(duì)變速器噪聲要求不斷提高, 齒輪磨齒并未解決的扭曲變形，2007年德國大眾對(duì)齒輪磨齒工藝提出了一齒三截面的要求（也就是齒形方向測(cè)三截面、齒向方向測(cè)三截面，在單一齒輪的一側(cè)齒面上共測(cè)9個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)誤差值）；而過去僅僅要求一齒一截面（也就是齒形方向測(cè)中間一個(gè)截面、齒向方向測(cè)中間一個(gè)截面，在單一齒輪的一側(cè)齒面上共測(cè)5個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)誤差值）。

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現(xiàn)在則要求齒輪一側(cè)曲面上要測(cè)9個(gè)點(diǎn)的空間位置都必須合格，而一個(gè)輪齒的雙側(cè)曲面上的18個(gè)點(diǎn)的空間位置都必須合格，國際上真正能滿足此要求的磨齒機(jī)制造廠較少。

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為實(shí)現(xiàn)此規(guī)定，德國大眾先對(duì)瑞士萊森豪威爾公司提出要求，經(jīng)過該公司對(duì)磨齒機(jī)床控制軟件、砂輪修整器等的多次重新設(shè)計(jì)、試驗(yàn)，最后滿足大眾要求，之后大眾才出臺(tái)磨齒一齒三截面要求，并在之后的新產(chǎn)品設(shè)計(jì)中廣泛使用。目前為了更穩(wěn)定達(dá)到尤其是混合動(dòng)力汽車、電動(dòng)汽車用戶不斷提出的新要求，瑞士萊森豪威爾公司已對(duì)磨齒機(jī)床控制軟件版本等進(jìn)行多次升級(jí)。

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▲變速器齒輪

電動(dòng)汽車的發(fā)展可能對(duì)汽車齒輪的制造精度提出更進(jìn)一步的要求，所以工程師必須有一定的思想準(zhǔn)備應(yīng)對(duì)。同時(shí)作為變速器的設(shè)計(jì)者，必須考慮新設(shè)計(jì)的產(chǎn)品是否能加工出來，提出的新要求需要有相應(yīng)技術(shù)文件的支持等問題。

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強(qiáng)力珩斜齒外圓柱齒輪

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過去珩齒加工只是外珩輪主動(dòng)旋轉(zhuǎn)，而齒輪工件跟隨珩輪轉(zhuǎn)動(dòng)且被加工，類似剃齒加工，此加工僅僅只是提高齒輪表面粗糙度，基本不能提高齒輪精度。

現(xiàn)在的強(qiáng)力珩齒加工是珩磨輪與被加工件按一定速比強(qiáng)制轉(zhuǎn)動(dòng)，而且采用內(nèi)珩磨輪珩磨外圓柱齒輪，這增大了齒輪嚙合時(shí)的重合系數(shù)，加大了磨削力，提高了加工效率（有的廠家機(jī)床珩磨輪轉(zhuǎn)速可達(dá)2000r/min，節(jié)拍可達(dá)20 s/件），并可在一定范圍提高齒輪精度達(dá)DIN 4～7級(jí)。

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▲內(nèi)珩輪強(qiáng)力珩外圓柱齒輪

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內(nèi)圓柱斜齒齒圈的強(qiáng)力車齒加工

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車齒加工，國內(nèi)也稱“插滾”“刮齒”加工。由于近些年汽車自動(dòng)變速器的大量使用，對(duì)行星排里的薄壁高精度內(nèi)齒圈件的加工量逐漸增大，過去單靠插齒機(jī)的插斜齒加工已經(jīng)不能滿足生產(chǎn)的需求（三菱SD25全數(shù)控插齒機(jī)加工節(jié)拍25 min/件），所以車齒加工又被推出，它既有插齒的徑向進(jìn)給，又有圓周進(jìn)給。

內(nèi)齒圈車齒加工節(jié)拍比插齒加工要快很多，最快2.5 min/件，精度可達(dá)DIN 6～8級(jí)，表面粗糙度Rz3 mm。它的刀具類似插齒刀，這種車齒加工也能加工外圓柱齒輪，而且換產(chǎn)時(shí)間只需30 min。現(xiàn)能夠批量穩(wěn)定車齒加工高精度薄壁內(nèi)齒圈的機(jī)床廠家并不多，所以訂貨時(shí)需根據(jù)具體情況而做選擇。

▲強(qiáng)力車齒加工薄壁內(nèi)圓柱斜齒齒圈

同時(shí)，對(duì)于這種薄壁內(nèi)齒圈加工還必須注意的是機(jī)床夾具的選擇：必須采用多瓣式液壓夾具，4瓣、6瓣甚至8瓣的夾具都不能滿足夾緊精度要求，至少應(yīng)16瓣以上，且多多益善。要求采用多瓣式液壓夾具的目的是使夾緊力能均勻夾持薄壁內(nèi)齒圈，盡量不產(chǎn)生夾持變形，加工后工件沒有彈性恢復(fù)變形，保證加工質(zhì)量不受到破壞。

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薄壁內(nèi)圓柱斜齒齒圈的螺旋拉齒

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現(xiàn)在的企業(yè)對(duì)薄壁內(nèi)齒圈件需求量非常大，以前的加工工藝已經(jīng)不能滿足大量生產(chǎn)的需求，所以用螺旋拉床加工斜齒內(nèi)齒圈逐漸被一些主要從事自動(dòng)變速器生產(chǎn)的企業(yè)所采用，而且其生產(chǎn)率高（可達(dá)節(jié)拍 60 s/件）、調(diào)整方便的特點(diǎn)越來越顯現(xiàn)出優(yōu)越性。

但是這種加工方法的加工精度主要取決于齒輪螺旋拉刀的制造精度，現(xiàn)在能夠制造高精度（DIN 8級(jí)）薄壁內(nèi)齒圈螺旋拉刀的廠商少之又少，使這種工藝的廣泛應(yīng)用受到極大限制。

齒輪、齒轂類零件的焊接

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手動(dòng)變速器、自動(dòng)變速器中有一些齒輪、齒轂類零件需要焊接，現(xiàn)常用的焊接工藝有激光焊接和電子束焊接兩種，從二者的加工特點(diǎn)分析來看，激光焊接適用于薄壁零件，優(yōu)點(diǎn)是可在常態(tài)下進(jìn)行焊接；缺點(diǎn)是有熱變形，焊縫較淺，大量生產(chǎn)中很難達(dá)到4 mm，零件真實(shí)焊縫檢查不方便。

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電子束焊接適用于關(guān)鍵件和安全件，優(yōu)點(diǎn)是工藝十分穩(wěn)定，焊縫小而深，熱變形很小，焊縫深且牢固可靠，焊縫質(zhì)量可方便檢查，生產(chǎn)率高（節(jié)拍可達(dá)22 s/件，含抽真空時(shí)間的分?jǐn)偅�；缺點(diǎn)是必須在真空度好（5×10-4 Pa）的環(huán)境下焊接。

齒輪機(jī)床的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)

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齒輪機(jī)床是復(fù)雜的精密設(shè)備，對(duì)這類機(jī)床的驗(yàn)收關(guān)鍵不是靜態(tài)精度如何，而是動(dòng)態(tài)精度能穩(wěn)定地達(dá)到什么程度，也就是說能否加工出好工件。

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如下表所示，一般工廠常用工序能力 Cp、Cpk值來進(jìn)行機(jī)床驗(yàn)收，而德國則用機(jī)床能力Cm、Cmk值進(jìn)行驗(yàn)收，這對(duì)驗(yàn)收機(jī)床更為合理。工序能力涉及人、機(jī)、料、法、環(huán)等因素，這些因素與驗(yàn)證機(jī)床本身固有加工精度只有“機(jī)”一項(xiàng)有關(guān)，其他則與機(jī)床制造廠商沒有密切關(guān)系，而是與自己企業(yè)管理、工藝設(shè)計(jì)、人員培訓(xùn)等有關(guān)，用這些無關(guān)項(xiàng)去驗(yàn)收機(jī)床廠是沒有道理的，其他項(xiàng)也只有在生產(chǎn)一段時(shí)間后逐步完善。

▲齒輪精加工機(jī)床能力驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值及用戶差異

所以現(xiàn)在越來越多的企業(yè)使用機(jī)床能力Cm、Cmk值對(duì)機(jī)床進(jìn)行驗(yàn)收，而在投產(chǎn)穩(wěn)定生產(chǎn)后定期做機(jī)床工序能力Cp、Cpk值，復(fù)查生產(chǎn)組織管理及設(shè)備等出現(xiàn)的問題，并加以改正，這才真正能保證產(chǎn)品的質(zhì)量。

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強(qiáng)力珩磨淬硬內(nèi)圓柱斜齒齒圈

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過去對(duì)淬硬后的大批量斜齒內(nèi)齒圈件是無法加工的，所以對(duì)由于熱處理變形所降低的齒圈零件精度只能一味提高熱前加工精度，但熱前加工精度再提高也很困難，將增加零件廢品率，大大增加生產(chǎn)成本。

而目前電動(dòng)車和混合動(dòng)力車對(duì)變速器的噪聲要求提高較多，對(duì)內(nèi)齒圈的精度也必然隨之提升，因此一些有實(shí)力的國外機(jī)床廠家都在設(shè)計(jì)、試制強(qiáng)力珩磨淬硬內(nèi)齒圈的珩磨機(jī)，但目前還沒有國內(nèi)外廠家有成熟的珩磨機(jī)床產(chǎn)品應(yīng)用在大量生產(chǎn)中。

所以目前薄壁內(nèi)圓柱斜齒齒圈的精度能夠穩(wěn)定達(dá)到一些廠家產(chǎn)品圖要求（大約DIN 8級(jí)）還是很困難的，它的難點(diǎn)在于珩磨輪尺寸較小，熱后內(nèi)齒圈又較硬，珩輪精度保持的壽命低，加工成本很高，所以這種機(jī)床遲遲未能出現(xiàn)在大量生產(chǎn)中，許多廠家只好把薄壁齒圈精度降到DIN 9～10級(jí)或以下。期待能適應(yīng)大量生產(chǎn)的這種薄壁內(nèi)齒圈熱后加工的機(jī)床能盡快制造出來，滿足未來汽車齒輪技術(shù)上的需求。

隨著汽車行業(yè)的發(fā)展，國內(nèi)一些生產(chǎn)廠家制定出未來將全面加大自動(dòng)變速器產(chǎn)能，降低手動(dòng)變速器的產(chǎn)量的計(jì)劃，而且未來電動(dòng)汽車的發(fā)展速度不可預(yù)測(cè)，高速電機(jī)轉(zhuǎn)速可達(dá)10 000 r/min，可能采用超高速電機(jī)的更高轉(zhuǎn)速，對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)噪聲、振動(dòng)的要求更嚴(yán)格，由此帶來汽車齒輪制造精度不斷提高，所以作為行業(yè)人士必須密切注意這個(gè)趨勢(shì)，及時(shí)調(diào)整好發(fā)展方向，適應(yīng)未來汽車產(chǎn)業(yè)的變化。