發(fā)動機傳動齒輪精密加工在機測量技術(shù)應(yīng)用的研究

張景鈺

摘要： 為了使發(fā)動機傳動齒輪在精密加工中，精度高，省時省力，采用在機測量技術(shù)對傳動齒輪進(jìn)行精密加工。最終得到一種齒輪的精密加工在機測量技術(shù)方法，通過實驗表明標(biāo)明，相對于傳統(tǒng)精密加工方法，精密加工在機測量技術(shù)的應(yīng)用，精度高，比節(jié)省用時節(jié)省54%，很好的滿足了工程需要。

Abstract： In order to make the engine drive gear in precision machining with high precision and save time and effort， the on-machine measuring technology is used for precision machining of the drive gear. Finally， a precision machining technology for gear is obtained. The experiment shows that compared with traditional precision machining method， the precision machining technology is applied with high precision， saving 54% of time and satisfying engineering requirements.

關(guān)鍵詞： 齒輪;精密加工;在機測量

Key words： gears;precision machining;on-line measurement

中圖分類號：TG806 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-957X（2022）05-0028-03

0 ?引言

在傳統(tǒng)的發(fā)動機傳動齒輪加工中，遵循上機加工，離線測量。是將傳統(tǒng)的加工與測量分離開來，這就會導(dǎo)致出現(xiàn)一定的問題。毛坯在安裝在機床上時，很難保證實際位置與理論位置相同，機床加工中精度、刀具的磨損量、毛坯的制造誤差等。這些都會反映在最終的齒輪成品上。本文應(yīng)用北京精雕在機測量系統(tǒng)和智能修正技術(shù)可在機檢測工件實際位置，在精雕數(shù)控系統(tǒng)中進(jìn)行理論與實際位置誤差的計算和智能補償。完成發(fā)動機傳動齒輪加工，與傳統(tǒng)加工方法相比省時省力。創(chuàng)造了比較好的精度與經(jīng)濟效益。

1 ?精密加工在機測量系統(tǒng)

傳統(tǒng)的檢測方法是將零件加工完成以后，將其卸下用三坐標(biāo)的設(shè)備離線檢測的方式。這種方式存在以下幾類

問題：產(chǎn)品批量生產(chǎn)時，零件都需要進(jìn)行檢測，可能會出現(xiàn)零件堆積在質(zhì)檢部門待檢情況，導(dǎo)致后續(xù)的裝配工作無法開展。加工過程沒法控制，智能對成品零件的尺寸進(jìn)行檢測，加工過程中每一步工序完成情況沒法監(jiān)測。信息化程度弱，因為很多公司的三坐標(biāo)檢測儀配置是需要質(zhì)檢員進(jìn)行逐一手工記錄。工作量大。人工檢測還存在不同的檢測人員水平經(jīng)驗差異，從而零件的統(tǒng)一表面可能有多種測量值的情況。

在機測量是將測頭等檢測工具集成到機床中，再輔以加工檢測為一體的軟件，在零件加工工藝中，可以完成實時加工反饋。而且可以通過對毛坯裝夾的的測量完成工件位置補償，使毛坯自動擺正，完全不需要傳統(tǒng)的人工打表調(diào)整工件位置的方法省時省力，提高加工精度。

毛坯在定位夾緊時就采用在機測量，根據(jù)測量結(jié)果對毛坯擺放位置進(jìn)行補償和修正。而通過在機測量系統(tǒng)將數(shù)據(jù)進(jìn)行實時分析可以為批量生產(chǎn)時提供依據(jù)。在加工過程中不斷檢測，補償加工數(shù)據(jù)可以避免有刀具損耗、毛坯變形、表面加工尺寸誤差的諸多因素。保證后續(xù)加工精度。

2 ?實例驗證

①樣件模型分析：模數(shù)4齒數(shù)11壓力角20齒頂高系數(shù)0.75分度圓直徑44。材料718磨具鋼。

加工要求技術(shù)要求：齒面極差要求<<0.02mm;未標(biāo)注尺才偏差±0.1mm未標(biāo)注角度偏差為±0.1°;銳邊倒角C0.2°孔與輸入軸配合間隙0.008-0.015mm;齒面粗糙度值0.8μm;表面不允許有任何磕碰、劃傷等加工缺陷。我們從模型中分析可知，模型與軸配合的孔表面要求精度較高。發(fā)動機傳動齒輪齒面加工要求高。用傳統(tǒng)加工完成再進(jìn)行測量的方法，浪費加工時間，影響加工效率。我們在這里采用精雕Surfmill9.0對工件進(jìn)行刀路編程。工藝安排為粗加工、半精加工、精加工、倒角和底面精修磨削在機測量、智能補償。

②發(fā)動機傳動齒輪毛坯大小：48*14.46mm。材料718磨具鋼。

③關(guān)于工件的裝夾：發(fā)動機傳動齒輪精度要求高，這里我們采用采用零點快換進(jìn)行工件的裝夾。零點定位器通過短錐實現(xiàn)中心定位，通過支持滑塊實現(xiàn)鎖緊。工件裝夾夾具包括零點快換、零點快換轉(zhuǎn)接板、齒輪工裝組成。重復(fù)定位精度小于0.005mm;夾緊力最高可達(dá)40，000N;齒輪毛坯通過螺栓緊固在齒輪工裝上。

④工件在機測量位置補償：在工件定位擺正之前，首先需要用標(biāo)準(zhǔn)球?qū)R進(jìn)行標(biāo)定，看測頭相對于機床的偏心情況和實際測頭的直徑值。采用的是在機測量，在工件上預(yù)設(shè)一些探測點，用測頭測得實際的點，將獲得的點陣數(shù)據(jù)在Surfmill軟件中進(jìn)行擬合出實體零件的整個形態(tài)后與理論上的坐標(biāo)值進(jìn)行對比。將差值自動補償?shù)綑C床數(shù)據(jù)中，機床自動擺正工件毛坯。

這里采用回轉(zhuǎn)體法確定毛坯的位置偏差值。它的原理：圓柱孔面確定坐標(biāo)系Z軸方向;孔軸線與凹平面平面的交點確定坐標(biāo)系原點;由于孔面是回轉(zhuǎn)體，無論如何放置，X、Y方向無影響，因此無需選擇平面旋轉(zhuǎn)X元素。得到的工件位置補償測量點如圖1所示。

⑤刀具設(shè)置如表1所示。

⑥加工工藝安排：

1）齒形加工。

a發(fā)動機傳動齒輪毛坯齒根側(cè)面粗加工數(shù)控編程。

粗加工齒根側(cè)面開粗加工，采用Surfmill自帶的特征加工—齒輪加工命令，選擇的加工域：齒根側(cè)面（前期做好的輔助面與輔助線）先設(shè)置一個齒根側(cè)面加工，然后再用陣列刀路的方法完成所有的齒根側(cè)面粗加工刀路設(shè)置。完成的加工路徑規(guī)劃如圖2所示。

b）半精加工。

半精加工命令與粗加工類似，取消了指定參數(shù)線功能，將路徑間距設(shè)置為1mm。同樣的在編程完一條刀路以后將其映射到剩余齒根側(cè)面。如圖3。

c）精加工。

精加工將路徑間距設(shè)置為0.2mm。其余與半精加工類似完成效果如圖4。

d）齒根底面精加工。

采用曲面投影精加工的方式，路徑間距0.15mm。切向進(jìn)刀。用底部邊緣帶有圓角的錐形刀（錐度牛鼻刀具）完成底部的精加工。如圖5所示。

e）齒根頂面倒角五軸曲線加工。

采用刀路走五軸曲線的方式完成每個齒頂面倒角的加工。如圖6所示。

2）中間與輸入軸配合孔的加工。

采用平底銑刀擴孔，磨頭精加工的方式完成通孔的加工。加工要求公差范圍0.005mm、粗糙度值0.8。如圖7所示。

完成軟件的刀具工藝規(guī)劃后，我們用Surfmill進(jìn)行軟件仿真。將所需要的機床導(dǎo)入、零點快換與工裝模型導(dǎo)入、毛坯導(dǎo)入、刀具導(dǎo)入、將零件工裝放在正確位置后，開始機床加工仿真。仿真結(jié)果良好，工藝安排合理，零件加工正常無過切與碰撞發(fā)生。仿真結(jié)果如圖8所示。

⑦加工完成零件在機測量檢測。

針對加工完成以后的零件我們采用在機測量檢測其關(guān)鍵部位的加工精度。因為該發(fā)動機傳動齒輪最重要表面即為與軸的配合孔徑，精度要求較高。所以我們在完成孔精加工后用在機測量技術(shù)實時檢測下孔的直徑值與圓柱度，避免因?qū)⒐ぜ断拢M(jìn)行離線測量發(fā)現(xiàn)零件精度不滿足要求，后續(xù)無法繼續(xù)加工的問題。這里我們采用Surfmill9.0在機測量模塊。

測頭設(shè)置方法與工件位置補償類似。我們在在這里檢測孔的直徑值與孔的圓柱度。在機測量模塊下選擇圓柱測量，設(shè)置好測量點與測量表面、測量參數(shù)。完成了孔徑的在機測量路徑設(shè)置。如圖9，軟件仿真如圖10所示。

⑧零件實際加工。

將程序傳輸機床，毛坯裝夾完成，開始加工齒輪，加工完成和在機測量后得到在機測量結(jié)果如表2所示。

最終結(jié)果顯示采用了在機測量的發(fā)動機傳動齒輪精密加工符合精度要求，超差為零。而相比與傳統(tǒng)方法用時節(jié)省54%、零件良品率提高、工人勞動減少。有良好的經(jīng)濟效益和效果。

加工的完成零件如圖11所示，我們采用數(shù)控加工與在機測量相結(jié)合的方式完成了發(fā)動機傳動齒輪的加工及檢測。合理編排工藝流程，選擇合適的加工方法。針對工件加工中誤差產(chǎn)生的原因，設(shè)置了修正措施。本文關(guān)于發(fā)動機傳動齒輪的精密加工中在機測量的應(yīng)用為相關(guān)問題提供了一個解決方案。

參考文獻(xiàn)：

[1]丁文政，王明濤，陳勇，卞榮.典型幾何特征在機測量評定算法研究[J].組合機床與自動化加工技術(shù)，2021（12）：71-74，78.DOI：10.13462/j.cnki.mmtamt.2021.12.017.

[2]曾向彬.內(nèi)外齒輪軸零件的精密加工工藝研究[C]//第三屆金屬加工工藝創(chuàng)新論壇論文集.[出版者不詳]，2021：29-33.DOI：10.26914/c.cnkihy.2021.047689.

[3]于保軍，董青青，谷巖，趙春滿.自由曲面慢刀伺服車削加工技術(shù)[J].機械設(shè)計與制造，2021（11）：119-121.DOI：10.19356/j.cnki.1001-3997.2021.11.027.

[4]任國柱，王喆.精密微孔高速鉆削加工技術(shù)研究[J].機床與液壓，2021，49（18）：67-70.

[5]劉學(xué)術(shù)，徐金亭.面向精密制造的測量加工一體化系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)[J].組合機床與自動化加工技術(shù)，2021（07）：62-65.DOI：10.13462/j.cnki.mmtamt.2021.07.015.