針對齒輪制造的快速交付需求，介紹了一種全新的齒輪加工方案，利用已有的齒形刀具開粗之后，再進(jìn)行磨齒整形，得到設(shè)計(jì)要求的齒輪參數(shù)，從而大大加快了齒輪的制造速度。

　　1 引 言

　　隨著市場競爭日益激烈，快速試制出滿足客戶質(zhì)量要求的變速箱是一個(gè)公司研發(fā)能力的體現(xiàn)，是核心競爭力之一，是爭取客戶資源的重要砝碼。

　　齒輪是汽車變速箱的關(guān)鍵零件，其精度直接影響著變速箱的質(zhì)量，包括NVH(Noise(噪聲)，Vibration(振動(dòng))， Harshness(聲振粗糙度))、耐久性、強(qiáng)度等性能。對齒輪的關(guān)鍵參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)是改善這些性能的常用手段，比如調(diào)整微觀修形、增加螺旋角、變更宏觀參數(shù)。如果采用傳統(tǒng)的齒輪制造工藝方案，宏觀參數(shù)的變更將必然增加制造周期及刀具成本。因此新的齒輪樣件的加工方案開發(fā)顯得尤為重要，該方案必須滿足樣箱的快速交付需求，為新項(xiàng)目開發(fā)助力，為公司贏得客戶增加砝碼。

　　2 加工方案

　　以某汽車二擋從動(dòng)齒輪為例，外形結(jié)構(gòu)如圖1所示。

　　如表1所示，量產(chǎn)參數(shù)是指已在工廠大批量投產(chǎn)的齒輪參數(shù)，設(shè)計(jì)優(yōu)化參數(shù)是為滿足客戶所提出的NVH及強(qiáng)度要求而新設(shè)計(jì)的參數(shù)。為滿足客戶的1個(gè)月交付周期，重新訂購滾刀顯然是無法滿足時(shí)間要求。因此采用一種全新的整形磨齒工藝方案。

　　表1 齒輪參數(shù)對比表

　　與傳統(tǒng)的齒輪加工工藝流程相比，整形磨齒工藝方案增加了最為關(guān)鍵的滾齒開粗及磨齒整形兩個(gè)工序，詳細(xì)的工藝流程如下：精車一端→精車另一端→滾齒開粗→磨齒整形→磨棱→清洗→熱處理→清理拋丸→硬車→熱后磨齒→成品檢測。

　　3 滾刀選擇

　　選取滾刀的原則：

　　1) 在現(xiàn)有滾齒刀具庫里，選擇模數(shù)、壓力角相近的滾刀;

　　2)設(shè)計(jì)計(jì)算跨棒距(M值)，確保工藝最優(yōu)化，使得磨齒整形可磨出整個(gè)漸開線螺旋面，且不至于余量留得太多而使得效率低下。

　　根據(jù)上述兩個(gè)選刀原則，對比表1中的新的齒輪設(shè)計(jì)參數(shù)，決定選擇如下的滾刀參數(shù)：滾刀法向模數(shù)m_n= 1.5754 mm，滾刀法向壓力角α_n=15°，滾刀螺旋升角ω= 2°21′38"。其法向截面如圖2所示。

　　4 整形磨齒參數(shù)的確定

　　整形磨齒工序的作用等同于傳統(tǒng)滾磨工藝流程中的滾齒工序，因此該工序的工藝參數(shù)可以依據(jù)新設(shè)計(jì)的成品齒輪參數(shù)、熱后磨齒余量和熱變形而定。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值，計(jì)算出各相關(guān)工序的法向弧齒厚S_n，計(jì)算值如表2所示。根據(jù)法向弧齒厚，計(jì)算得出工藝過程中方便測量的跨棒距M。根據(jù)上述原則，可以確定整形磨齒工序的全部工藝參數(shù)，如表3所示。

　　5 滾齒開粗工藝參數(shù)設(shè)計(jì)

　　滾齒開粗工藝參數(shù)的設(shè)計(jì)包括法向模數(shù)m_n、法向壓力角α_n、齒根圓直徑d_f、跨棒距M。這些參數(shù)的設(shè)計(jì)步驟如下：

　　1)根據(jù)新設(shè)計(jì)參數(shù) z、d、β，計(jì)算得mn=dcosβ/ z=57.515×cos32.590/29= 1.671。

　　2)根據(jù)公式m_ncosα_n =m_n刀cosα_n刀，計(jì)算得α_n= arccos(m_n·cosα_n /m_n刀)≈ 24.403°。

　　3) 確定滾齒開粗工序的法向弧齒厚Sn。計(jì)算原則是：整形磨齒余量盡量小，且整個(gè)漸開螺旋面必須“見光”,即漸開螺旋面任意位置都必須有不少于0.02 mm的法向余量。

　　一般地，最可能有“不見光”的三處截面分別是：齒頂圓、挖根圓和齒根圓處，因此只需要核算這三處截面就可判定整形磨齒是否可完全“見光”。

　　圖3是利用EXCEL軟件設(shè)計(jì)的一種用于磨齒整形參數(shù)轉(zhuǎn)換的小型計(jì)算軟件，該圖的最后一列數(shù)據(jù)中包含了最可能有“不見光”的三處截面的單邊法向余量。根據(jù)圖 3，用“試算法”可以確定滾齒開粗工序的法向弧齒厚S_n，試算時(shí)要確保這三個(gè)截面的余量全都大于0.02 mm。試計(jì)算步驟如表4所示。

　　表4是通過圖3用試計(jì)算法得出的參數(shù)，從中摘取余量數(shù)據(jù)而形成的表格，這樣便于最終確定滾齒開粗參數(shù)。

　　觀察表4，當(dāng)分度圓法向弧齒厚余量不變，齒頂圓法向弧齒厚余量最小，齒根圓余量最大，因此，可以確定齒頂圓處是“危險(xiǎn)截面”。隨著分度圓法向弧齒厚余量的減小，其余截面的余量也相應(yīng)減小，當(dāng)減小到0.35 mm時(shí)，齒頂圓法向弧齒厚余量是0.02 mm。這時(shí)可以將0.35 mm作為整形磨齒的余量，進(jìn)而確定滾齒開粗工序的法向弧齒厚 S_n =2.656 + 0.35×2=3.356 mm。

　　4)跨棒距M計(jì)算。根據(jù)滾齒開粗基本參數(shù)可以很容易計(jì)算出跨棒距M=64.823 mm。

　　5)d_f和d_nf的計(jì)算。依據(jù)圖2所示的滾刀法面齒形參數(shù)，將圖中方框內(nèi)的參數(shù)輸入至表6中，可以計(jì)算得出：d_f =52.271、 d_nf=55.955。至此，所有滾齒開粗參數(shù)的計(jì)算全部完成，如表6所示。

　　6 工藝參數(shù)計(jì)算

　　磨齒整形工藝參數(shù)和滾齒開粗工藝參數(shù)的計(jì)算都可以通過如圖3所示的EXCEL表格編程軟件的方式進(jìn)行，圖4是用Kissoft模擬的圖形，圖中顯示各個(gè)截面上的磨削余量不均勻，齒頂余量最小，齒根余量最大。這與圖3中計(jì)算的余量分布情況是一致的。

　　滾齒開粗工序在KASHIFUJI/ KE201滾齒機(jī)上進(jìn)行，整形磨齒工藝在 KAPP/ KX300P 磨齒機(jī)上進(jìn)行，其余所有工序按傳統(tǒng)加工方案進(jìn)行。

　　7 收 益

　　按照公司每年開發(fā)60個(gè)新齒輪計(jì)算，大概有1/3的項(xiàng)目節(jié)點(diǎn)非常緊急(大概1個(gè)月)，如果用正常的工藝方案，至少需要2個(gè)月交付樣箱，根本無法滿足客戶的要求。新的加工方案可節(jié)省20把滾刀，每把滾刀平均 8000元,每年可節(jié)約16萬元，增強(qiáng)了公司項(xiàng)目的競爭力，減少了客戶抱怨。