■杭州前進(jìn)齒輪箱集團(tuán)股份有限公司(浙江 311203)王愛琴
孔系加工是箱體加工過程中一項(xiàng)重要環(huán)節(jié),不僅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項(xiàng)必須保證的基本要求。
船用齒輪箱箱體的孔系一般為平行軸孔系,其孔系的加工在組件中常以支架底面或底面為定位基準(zhǔn),一次裝夾完成(見圖1)。但為適應(yīng)高速行駛的游艇和快艇等而研發(fā)的傾角船用齒輪箱,其特點(diǎn)是交軸孔系加工工藝方法。首先,定位基準(zhǔn)選為箱體一支架面,這樣把軸系在垂直平面內(nèi)的相交轉(zhuǎn)換為在水平面內(nèi)的相交;其次,加工設(shè)備選具有任意旋轉(zhuǎn)角度的臥式加工中心,這樣就將輸出軸線相對輸入軸線下傾β角的加工,轉(zhuǎn)換為臥式加工中心上與初始工件原點(diǎn)偏置平面夾角為β的斜面上孔的加工問題。
圖1 平行孔系鏜孔裝夾方法
圖2 傾角齒輪箱鏜孔裝夾方法
臥式加工中心上工件原點(diǎn)偏置轉(zhuǎn)換,即工件在機(jī)床工作臺上定輸入軸與輸出軸有一個較小夾角(5°~20°),即箱體上兩孔軸線在垂直平面內(nèi)相交,從而使螺旋槳獲得一個入水角,同時解決了齒輪箱在小型船舶上安裝空間狹小的問題。對于傾角傳動齒輪箱箱體孔系的加工還沒有專門的研究,沒有一種普遍適用的方法。而此類箱體零件如采用平行軸系的工藝方法,需設(shè)計一套帶有傾角的專用工裝,對單件、小批量生產(chǎn)來說很不經(jīng)濟(jì),且孔系無法一次裝夾完成精加工,需要基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換,這就很難達(dá)到圖樣相互軸線位置精度要求,大大降低了零件的合格率和加工效率,也直接影響到齒輪的傳動精度以及傳動的平穩(wěn)性。
圖2所示為傾角傳動齒輪箱相位、夾緊后,測量出初始工件坐標(biāo)系原點(diǎn),建立初始工件原點(diǎn)偏置,工件在機(jī)床坐標(biāo)系中位置即已確定。工作臺旋轉(zhuǎn)β角到斜面孔加工位置時,工件原點(diǎn)的偏置計算,就是以初始工件原點(diǎn)偏置為基礎(chǔ)的新的工件加工原點(diǎn)的計算。此時可以通過C A D作圖找出X、Z方向新、舊工件坐標(biāo)系原點(diǎn)的關(guān)系。
以我廠某型號齒輪箱體零件(見圖3)為例,其輸出軸與輸入軸在垂直平面內(nèi)有一個10°的下傾角,為保證齒輪嚙合精度,降低噪聲、沖擊,須一次裝夾完成相交軸孔系加工,保證軸線之間的形位公差要求,特別是0.03 mm的斜度要求。
采用上述工藝方法,箱體以F向支架面為定位基面,F(xiàn)向兩螺孔為定位孔。選Mazak NEXUS8800-Ⅱ?yàn)榧庸ぴO(shè)備,設(shè)定工作臺在如圖4所示方向時,工件的原點(diǎn)放置在O1點(diǎn),其坐標(biāo)為(X1,Z1),即工件的絕對坐標(biāo)原點(diǎn),當(dāng)要加工下傾10°的輸出軸時,工作臺繞旋轉(zhuǎn)中心逆時針旋轉(zhuǎn)10°(Y軸不會有坐標(biāo)轉(zhuǎn)換,因此只有X、Z軸參與旋轉(zhuǎn)工作臺坐標(biāo)轉(zhuǎn)換計算),此時就相當(dāng)于工件上O4點(diǎn)在以R為半徑的圓上移動,旋轉(zhuǎn)10°后,工件上O4點(diǎn)移動至O3即斜面孔的加工位置(見圖5),此時量出初始工件原點(diǎn)偏置O1點(diǎn)與O3點(diǎn)的X、Z方向的距離,然后刀位點(diǎn)移動相應(yīng)的距離即可進(jìn)行箱體下傾角輸出軸的加工,并能很好地保證斜度、同軸度等設(shè)計要求。
圖4 零件初始裝夾示意圖
圖5 斜面孔處于加工位置時的示意圖
使用該工藝方法加工,經(jīng)三坐標(biāo)計量表明,各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)符合圖樣要求,整機(jī)試車齒輪嚙合精度良好。產(chǎn)品合格率≥97%,經(jīng)濟(jì)效益十分顯著。目前此方法已應(yīng)用在本公司所有傾角傳動系列產(chǎn)品箱體孔系的加工,有效解決了傾角傳動齒輪箱箱體相交孔系的加工難題。
[1]魏康民.機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)[M].重慶:重慶大學(xué)出版社,2004.
[2]王海霞.小傾角船用齒輪箱接觸分析及動態(tài)特性研究[D].重慶:重慶大學(xué),2010:2-12.
專家點(diǎn)評
作者充分發(fā)揮先進(jìn)設(shè)備的加工優(yōu)勢,有效解決了傾角傳動齒輪箱箱體相交孔系的加工難題,代表著箱體類零件的制造工藝及其發(fā)展趨勢,值得學(xué)習(xí)和借鑒。