汽車驅(qū)動(dòng)橋螺旋錐齒輪制造技術(shù)分析
汽車驅(qū)動(dòng)橋作為汽車的重要傳動(dòng)部件，對(duì)整車的承載能力和舒適性有很大影響，其中螺旋錐齒輪是驅(qū)動(dòng)橋中最重要的零件，我國從上世紀(jì)50年代開始生產(chǎn)汽車驅(qū)動(dòng)橋螺旋錐齒輪，先后引進(jìn)前蘇聯(lián)和美國格里森的生產(chǎn)設(shè)備和制造技術(shù)，經(jīng)過50多年的消化、吸收和研究創(chuàng)新，逐漸形成了每年幾千萬套齒輪的生產(chǎn)能力，成為齒輪制造大國。但是，目前齒輪行業(yè)多數(shù)企業(yè)制造工藝落后、研發(fā)能力低、質(zhì)量水平不高，存在中低端產(chǎn)品產(chǎn)能過剩、競爭激烈、效益低，而高端產(chǎn)品產(chǎn)能不足、大部分依靠進(jìn)口等一些問題。因此提高制造工藝水平、提升研發(fā)能力、積極探索新技術(shù)、盡快消化吸收國外先進(jìn)技術(shù)，對(duì)整個(gè)行業(yè)的發(fā)展有著重要的意義。
一汽解放車橋公司始建于1953年，50多年來，經(jīng)過三次創(chuàng)業(yè)、資源整合及大規(guī)模的技術(shù)改造，形成了50萬套車橋和螺旋錐齒輪的生產(chǎn)能力，是研發(fā)、生產(chǎn)和銷售車橋的專業(yè)企業(yè)。從上個(gè)世紀(jì)九十年代開始，一汽車橋公司引進(jìn)了格里森和奧立康公司的最先進(jìn)的六軸數(shù)控螺旋錐齒輪加工、檢測及輔助磨刀設(shè)備，有力地保證了齒輪加工精度。在大量引進(jìn)先進(jìn)設(shè)備的同時(shí)，一汽車橋公司還對(duì)螺旋錐齒輪先進(jìn)的制造、檢測技術(shù)進(jìn)行深入的研究，形成了一整套完善的加工控制保證體系。
1、螺旋錐齒輪加工設(shè)備分析：
目前很多螺旋錐齒輪生產(chǎn)企業(yè)還在使用上世紀(jì)五、六十年代出廠的前蘇聯(lián)和國產(chǎn)設(shè)備，也包括一部分美國格里森的早期設(shè)備，加工設(shè)備相對(duì)陳舊、落后，加工精度較差，已無法滿足現(xiàn)代汽車齒輪的質(zhì)量要求。近年來，美國格里森公司和德國克林貝格—奧立康公司應(yīng)用現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)，研制出高精度、高效率的數(shù)控齒輪加工設(shè)備，包括六軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控切齒機(jī)和磨齒機(jī)、數(shù)控研齒機(jī)和數(shù)控檢驗(yàn)機(jī)等，螺旋錐齒輪加工設(shè)備發(fā)生了革命性的變化，一汽車橋公司等少數(shù)骨干企業(yè)從上世紀(jì)九十年代開始引進(jìn)的數(shù)控齒輪加工設(shè)備，齒輪質(zhì)量有了很大提高，但是很多中、小型企業(yè)由于資金問題，還無法引進(jìn)昂貴的進(jìn)口設(shè)備，在這種情況下，天津第一機(jī)床總廠、天津市精誠機(jī)床制造有限公司和湖南中大創(chuàng)遠(yuǎn)數(shù)控裝備有限公司等國內(nèi)螺旋錐齒輪加工設(shè)備制造商研制、開發(fā)了多種數(shù)控齒輪加工設(shè)備，在一定程度上滿足了一些企業(yè)的發(fā)展需求。大量高精度、高效率的數(shù)控齒輪加工設(shè)備的應(yīng)用，一定會(huì)提高整個(gè)齒輪行業(yè)的制造水平。
2、螺旋錐齒輪制造工藝分析：
目前絕大多數(shù)齒輪生產(chǎn)企業(yè)主要采用五刀法加工漸縮齒齒輪，五刀法加工漸縮齒是一種傳統(tǒng)的加工方法，接觸區(qū)是在小輪兩個(gè)側(cè)面分別調(diào)整，互不影響，技術(shù)成熟，因此長期以來在國內(nèi)、外廣泛應(yīng)用。在大批量生產(chǎn)中常采用五臺(tái)以上機(jī)床為一組，加工一對(duì)齒輪需要五次裝卸，轉(zhuǎn)換品種時(shí)間長、調(diào)整工作量較大。延伸外擺線等高齒采用兩刀法加工，大、小輪兩個(gè)側(cè)面都是用一把刀同時(shí)加工的，接觸區(qū)調(diào)整比較復(fù)雜，國內(nèi)以前應(yīng)用不多，只有少數(shù)一些企業(yè)采用此方法。近年來，隨著切齒調(diào)整計(jì)算分析軟件和切齒機(jī)床數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，調(diào)整計(jì)算準(zhǔn)確度提高、數(shù)控機(jī)床定位精度提高、調(diào)整參數(shù)更加簡單方便，兩刀法加工的接觸區(qū)調(diào)整已不再是難題，另外由于兩刀法加工采用兩臺(tái)機(jī)床為一組，加工一對(duì)齒輪僅需要兩次裝卸，加工時(shí)間短，生產(chǎn)效率高，勞動(dòng)強(qiáng)度低，因此應(yīng)用越來越廣泛，一汽車橋公司在中、重型卡車齒輪上對(duì)等高齒進(jìn)行了研究和推廣，生產(chǎn)實(shí)踐證明，等高齒的強(qiáng)度和壽命明顯高于漸縮齒。目前在國外已基本上形成了兩種主要的加工方式：一種是采用等高齒，熱后研齒;另一種是采用漸縮齒，用全工序法切齒，熱后磨齒。在美國廣泛采用第一種方式，用于各種卡車和SUV等領(lǐng)域。而在歐洲，輕、重型卡車通常采用第一種方式，各種高端客車和豪華后驅(qū)轎車等主要采用第二種方式。
3、檢測設(shè)備和質(zhì)量控制方法分析：
現(xiàn)在國內(nèi)大多數(shù)齒輪生產(chǎn)企業(yè)缺乏先進(jìn)的齒輪檢測手段和有效的控制方法，齒輪終檢一般是在滾動(dòng)檢驗(yàn)機(jī)上配對(duì)檢驗(yàn)，檢驗(yàn)項(xiàng)目主要包括接觸區(qū)、齒側(cè)間隙及變動(dòng)量、噪聲等指標(biāo)。普通的機(jī)械式滾動(dòng)檢驗(yàn)機(jī)僅僅具備驅(qū)動(dòng)軸正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)、高速和低速兩級(jí)轉(zhuǎn)速、手動(dòng)加載等簡單的功能。V-H值檢查是比較有效的控制方法，可以綜合反映接觸區(qū)的長短、寬窄和對(duì)角方向，但由于普通滾動(dòng)檢驗(yàn)機(jī)的安裝距調(diào)整不方便、準(zhǔn)確度不高并且很容易產(chǎn)生零位變化，很少有人來做。在某一固定安裝距下檢測的接觸區(qū)并不能完全真實(shí)地反映出齒輪質(zhì)量狀況，在殼體的制造誤差或?qū)嶋H工作受載后可能導(dǎo)致安裝位置發(fā)生變化，齒輪就處于不正確的工作狀態(tài)，極易發(fā)生損壞或失效。
現(xiàn)在先進(jìn)的五軸數(shù)控檢驗(yàn)機(jī)為齒輪的綜合檢驗(yàn)提供極大的便利條件，通過三個(gè)數(shù)控線性軸可以很方便準(zhǔn)確地進(jìn)行V-H值檢查，兩個(gè)數(shù)控旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速可無級(jí)調(diào)速，均可做為驅(qū)動(dòng)軸和加載軸，可模擬汽車加速和滑行狀態(tài)，能夠比較真實(shí)地反映出齒輪在各種工況條件下的質(zhì)量狀況。此外先進(jìn)的數(shù)控檢驗(yàn)機(jī)還具有雙面嚙合滾動(dòng)檢查齒圈徑向跳動(dòng)、單面嚙合傳動(dòng)誤差測量及分析系統(tǒng)(SFT)及振動(dòng)測量及分析系統(tǒng)(SBN)等功能。
單面嚙合傳動(dòng)誤差測量(SFT)是一種傳統(tǒng)的齒輪測量方法，用以檢測齒輪的切向綜合偏差和單齒切向綜合偏差，以前一般只用于精密傳動(dòng)齒輪的測量?，F(xiàn)在由于人們對(duì)汽車的舒適性要求越來越高，振動(dòng)和噪聲的問題逐漸引起人們的重視，也成為齒輪生產(chǎn)企業(yè)需要解決的問題，為了查清引起振動(dòng)和噪聲的根源，僅僅依靠檢測接觸區(qū)和齒側(cè)間隙變動(dòng)量是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，用齒輪測量中心檢測齒形和分度精度也只能反映單個(gè)齒輪質(zhì)量，而SFT是用傳動(dòng)誤差分析評(píng)價(jià)齒輪副的綜合精度。齒輪傳動(dòng)誤差是振動(dòng)和噪聲的來源，對(duì)齒輪進(jìn)行傳動(dòng)誤差檢查，能夠科學(xué)地評(píng)價(jià)齒輪副的運(yùn)轉(zhuǎn)質(zhì)量，減少人為因素的干擾。新一代的齒輪數(shù)控檢驗(yàn)機(jī)可以進(jìn)行單面嚙合傳動(dòng)誤差測量，對(duì)傳動(dòng)誤差信號(hào)進(jìn)行長波、短波過濾分析，可以看出齒形誤差、周節(jié)相鄰誤差、周節(jié)累積誤差及齒圈跳動(dòng)誤差等，從而準(zhǔn)確找出引起振動(dòng)和噪聲的根源。綜合傳動(dòng)誤差測量的優(yōu)點(diǎn)是測量速度快、準(zhǔn)確度高，適合批量產(chǎn)品的質(zhì)量終檢，便于對(duì)齒輪加工過程進(jìn)行及時(shí)監(jiān)控。上述測量技術(shù)基于傳統(tǒng)的齒輪精度理論，然而隨著對(duì)齒輪質(zhì)量檢測要求的不斷增加和提高，這些傳統(tǒng)的齒輪測量技術(shù)也在不斷細(xì)化、豐富、更新和提高。
4、螺旋錐齒輪加工閉環(huán)控制系統(tǒng)介紹：
螺旋錐齒輪加工閉環(huán)控制系統(tǒng)包括齒輪參數(shù)設(shè)計(jì)及調(diào)整參數(shù)計(jì)算、切齒加工、齒面測量及反調(diào)修正四部分，是目前世界上最先進(jìn)的齒輪加工控制方法，原理如下：
參數(shù)設(shè)計(jì)及調(diào)整參數(shù)計(jì)算
切齒(磨齒)加工
齒面測量
反調(diào)修正
通過軟件計(jì)算得到機(jī)床調(diào)整參數(shù)和理論齒面形貌數(shù)據(jù)分別輸入到齒輪加工機(jī)床和齒輪測量中心，按機(jī)床調(diào)整參數(shù)加工的齒輪在齒輪測量中心上測量出齒面的實(shí)際坐標(biāo)值，利用專用修正反調(diào)軟件根據(jù)理論坐標(biāo)值和實(shí)際坐標(biāo)值之差，自動(dòng)計(jì)算出機(jī)床調(diào)整參數(shù)的修正量，再傳送到齒輪加工機(jī)床，重新進(jìn)行加工、測量，一般經(jīng)過1-2次反調(diào)即可加工出符合理論齒面形貌的齒輪。因此，經(jīng)過閉環(huán)控制系統(tǒng)加工出來的齒輪符合理論設(shè)計(jì)參數(shù)。齒輪加工閉環(huán)控制系統(tǒng)的核心是齒面測量技術(shù)，以前我們無法對(duì)壓力角和螺旋角等齒形參數(shù)進(jìn)行檢測，因此無法判斷所加工的齒輪是否符合設(shè)計(jì)參數(shù)，由于機(jī)床調(diào)整誤差的存在，就導(dǎo)致不同的企業(yè)生產(chǎn)同一種齒輪是不相同的，即使同一生產(chǎn)廠家不同批次的齒輪也很難做到完全互換。一汽車橋公司成功地將螺旋錐齒輪加工閉環(huán)控制系統(tǒng)應(yīng)用于大批量生產(chǎn)中，取得了非常好的效果，產(chǎn)品質(zhì)量得到國外用戶的好評(píng)。齒輪加工閉環(huán)控制系統(tǒng)是螺旋錐齒輪加工的發(fā)展方向，對(duì)于汽車齒輪行業(yè)大批量生產(chǎn)具有較高的實(shí)用價(jià)值。
隨著汽車行業(yè)的飛速發(fā)展，對(duì)零部件的制造質(zhì)量提出了更加嚴(yán)格的要求，也促使了制造工藝、測量技術(shù)和裝備的快速發(fā)展和更新?lián)Q代。目前國內(nèi)少數(shù)骨干企業(yè)螺旋錐齒輪的部分加工設(shè)備已達(dá)到西方國家的先進(jìn)水平，但是制造工藝和測量技術(shù)還有一定的差距，只有通過持續(xù)的技術(shù)改造，加快對(duì)新工藝、新技術(shù)的研究和推廣，產(chǎn)學(xué)研有效地結(jié)合，才能不斷提高企業(yè)的產(chǎn)品研發(fā)能力，突破高端產(chǎn)品技術(shù)，實(shí)現(xiàn)由齒輪生產(chǎn)大國向齒輪強(qiáng)國的跨越，這是中國整個(gè)齒輪行業(yè)今后一個(gè)時(shí)期的重要任務(wù)和努力方向。
一汽解放汽車有限公司車橋分公司