汽車變速器軸類零件經(jīng)扭擺式扭齒機(jī)加工齒形故障分析

汽車變速器軸類零件經(jīng)扭擺式扭齒機(jī)加工齒形故障分析

1齒輪的磨損德國進(jìn)口設(shè)備在車輛變速器的輸出軸上摩擦。最近，在加工后，發(fā)現(xiàn)第五輸出軸的齒面在圓齒機(jī)的工作后刮傷，并分布在對稱的位置。齒頂上有一根毛刺，由于與咬合齒輪相關(guān)的齒輪是尼龍材料，因此不可避免地會(huì)導(dǎo)致尼龍輪的快速磨損，降低使用壽命，并影響整個(gè)車輛的質(zhì)量。2同步運(yùn)動(dòng)的齒輪(1)設(shè)備概述:該設(shè)備數(shù)控系統(tǒng)是西門子810數(shù)控裝置,尾架頂尖是由伺服電動(dòng)機(jī)控制的,工件在裝夾時(shí)是由尾頂尖定位的。搓板的相對運(yùn)動(dòng)是靠液壓缸帶動(dòng)的,是由同步輪來控制同步運(yùn)動(dòng)的。該工序加工5個(gè)齒輪,其中第5個(gè)齒輪是斜齒輪,齒數(shù)為Z=7,其他齒輪都為直齒輪。搓齒屬無屑加工,工件被送入正確位置后,上下搓板相對擠壓,這時(shí)工件沒有移動(dòng),只有繞自身軸線被動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)。從而實(shí)現(xiàn)齒的加工,齒形、齒向靠刀具來保證。(2)故障分析:為了找出設(shè)備加工時(shí)產(chǎn)生齒面刮傷現(xiàn)象的故障原因,筆者反復(fù)試驗(yàn),經(jīng)過分析造成這種現(xiàn)象的原因是該齒輪是斜齒輪,在加工時(shí)產(chǎn)生彈性變形,當(dāng)加工過程即將完成且工件尚未與搓板脫離的瞬間,軸向力消失即工件彈性釋放,使工件軸向竄動(dòng),從而將工件刮傷。3解決了工件刮傷的方法(1)工件在裝夾時(shí)是由尾頂尖定位的,分析產(chǎn)生故障的原因有可能與機(jī)床內(nèi)頂尖的液壓鎖死機(jī)構(gòu)有關(guān)。在自動(dòng)加工時(shí),液壓缸抱死內(nèi)頂尖,使它不能竄動(dòng),由于在搓直齒時(shí),沒有軸向力,工件被送到正確位置后,加工時(shí)頂尖的作用是非常小的。這個(gè)鎖死機(jī)構(gòu)是針對搓斜齒而設(shè)計(jì)的,因?yàn)樵诖闦=24及Z=38齒時(shí),頂尖不被鎖死,開始筆者判斷軸向力的方向是向里的(后來經(jīng)檢驗(yàn)是不對的),懷疑鎖死機(jī)構(gòu)沒將內(nèi)頂尖鎖住,在加工時(shí)由于受到軸向力的作用,將內(nèi)頂尖頂回,當(dāng)軸向力消失時(shí),內(nèi)頂尖必將伸出,將工件向尾架頂尖方向頂出使工件被搓板刮傷。經(jīng)觀察液壓圖紙得知鎖死缸的壓力最低為8MPa,而實(shí)際中是4.5MPa,可能是壓力不夠造成的。于是又將壓力調(diào)到8MPa,可加工工件后發(fā)現(xiàn)刮傷現(xiàn)象反而嚴(yán)重。我們結(jié)合程序分析,程序中有這一程序段,即在加工斜齒前向前進(jìn)0.5mm。既然內(nèi)頂尖已被鎖死,而工件卻被頂入0.5mm,那這0.5mm是怎么走的呢,后來認(rèn)為這是為防止工件反彈,而先前預(yù)加的載荷,為此我們做了一個(gè)試驗(yàn),證明鎖死機(jī)構(gòu)能否鎖死頂尖,用自動(dòng)單步加工方式,在程序執(zhí)行到向前進(jìn)0.5mm時(shí),表上顯示0.5mm,再將電源接上進(jìn)行工件加工。又做了不取消鎖緊的試驗(yàn),表針幾乎不動(dòng),而二次試驗(yàn)加工工件幾乎一樣,說明鎖死機(jī)構(gòu)沒有問題,同時(shí)也證明造成工件表面刮傷的直接原因不是鎖緊機(jī)構(gòu)。(2)對刀具進(jìn)行檢驗(yàn)和分析,搓板分為3個(gè)區(qū),即切入?yún)^(qū)、加工區(qū)和卸荷區(qū),如圖1所示。切入?yún)^(qū)傾斜15°的目的是使刀具與工件接觸時(shí),刀具承載載荷逐漸加大,降低了刀具的沖擊強(qiáng)度,使工件逐漸加工成形,變形很小。加工區(qū)即對工件最終加工及修整,與工件齒數(shù)相同。卸荷區(qū)存在的目的是使工件彈性緩慢恢復(fù),減小沖擊。在圖紙上,卸荷區(qū)的角度沒有標(biāo)注,對其測量的結(jié)果是30°,筆者猜想,是否這個(gè)角度太小,未能起到卸荷的作用,工件在出口時(shí)被刮傷。將卸荷區(qū)磨掉一塊,重新裝上后試驗(yàn),刮傷反而加重,刮傷面積加大,改善刀具卸荷區(qū)角度的辦法也放棄了。(3)搓板導(dǎo)軌間隙大也可能產(chǎn)生上述故障:設(shè)想由于加工時(shí),軸向力很大,作用在工件上;反之軸向力消失瞬間,反作用力也消失,使搓板向后方向恢復(fù),將工件刮傷。為驗(yàn)證上述設(shè)想,用表打在搓板上,用撬棍撬,最大間隙為0.03mm,可是對于2m多長的拖板在導(dǎo)軌上運(yùn)動(dòng),0.03mm的間隙是不大的,絕不會(huì)將工件刮傷,導(dǎo)軌沒有問題。(4)進(jìn)一步對工件加工過程進(jìn)行研究,設(shè)想搓板相對運(yùn)動(dòng)速度過快,又因卸荷區(qū)很短,軸向力沒有充分卸掉就走過去了,造成工件回彈而被刮傷。為驗(yàn)證此設(shè)想,筆者降低搓板運(yùn)行速度,把力卸掉,加工工件沒有變化。檢查頂尖時(shí)發(fā)現(xiàn),內(nèi)頂尖有些磨損,是不是因頂尖磨損,摩擦阻力大,使搓板在卸荷區(qū)時(shí)帶不動(dòng)工件,使工件與搓板不同步,致使搓板末端將齒面刮傷。但是更換頂尖,減小夾緊力還是不行。在觀察工件刮傷痕跡時(shí),發(fā)現(xiàn)兩面刮痕不一樣大小。這是上下搓板距離工件高度不同造成的(如圖2),距離工件近的搓板,對工件產(chǎn)生的壓力大,壓痕相應(yīng)也大,調(diào)整搓板高度,將廢件車小外徑,并磨至ue78815.7mm的光軸,將百分表固定在光軸上,將光軸夾緊送入到加工位置,移動(dòng)搓板到所測量的位置,將表頭打到搓板墊鐵上,記下數(shù)值。再將光軸翻轉(zhuǎn)180°,測一下搓板,將兩個(gè)數(shù)值比較,發(fā)現(xiàn)上搓板比下搓板大0.15mm(H1>H2),將上下搓板同時(shí)向下降0.075mm(H1=H2),調(diào)好后加工一件,發(fā)現(xiàn)工件表面刮傷仍然存在,大小基本一樣。(5)針對軸向力的問題,又做了一個(gè)試驗(yàn)加以驗(yàn)證這個(gè)力到底有無作用方向。采用自動(dòng)單步加工方式,當(dāng)搓完Z=24、Mn=0.793mm的齒時(shí)停止,將表打到頂尖架上向前進(jìn)0.5mm改為+5,+10,+15,+20,-5,-10,-15,-20這樣一組數(shù),試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1所示。觀察表指針,無論是“+”還是“-”都朝一個(gè)方向變化,當(dāng)斜齒搓完后恢復(fù)。根據(jù)表指針判斷,搓斜齒工件確實(shí)受軸向力的作用,當(dāng)搓板與工件接觸上隨著搓板的移動(dòng),力不斷增大,達(dá)到一定程度時(shí)表指針不連續(xù)變化,即軸向力保持,當(dāng)搓板脫離工件時(shí),指針向反方向轉(zhuǎn),表明力消失。由于表顯示的是位移量直接顯示尾架的變化,尾架是伺服電動(dòng)機(jī)控制的,而搓直齒時(shí)它根本不動(dòng),只有搓斜齒時(shí)發(fā)生了偏移,最大有0.5mm,足以說明工件受到向后的軸向力p并作用到頂尖上,將頂尖向后壓縮,當(dāng)力消失時(shí),頂尖勢必恢復(fù)原位,所以產(chǎn)生偏移。然而用兩組數(shù)據(jù)加工的工件刮傷現(xiàn)象卻有著明顯的不同,向前(+)進(jìn)量越大,刮傷越重,向后(-)量越大,刮傷越輕,但也不是無止境的,當(dāng)達(dá)到0.20mm時(shí),刮傷現(xiàn)象不再變化。根據(jù)試驗(yàn)得出的結(jié)論,加工斜齒時(shí)受軸向力,方向與當(dāng)初判斷方向相反,是向外的,既然是向外的而程序又向前進(jìn)0.5mm,而內(nèi)頂尖被鎖死,相當(dāng)于一個(gè)死頂尖,所以向前進(jìn)0.5mm是根本實(shí)現(xiàn)不了的。事實(shí)上最先做的試驗(yàn)也證明尾頂尖是不動(dòng)的,那么尾頂尖始終進(jìn)不到位,伺服電動(dòng)機(jī)就一直向前進(jìn),所以就會(huì)給工件一個(gè)力F,再加上軸向力P,這樣搓板帶動(dòng)工件轉(zhuǎn)動(dòng)吃力,又會(huì)使搓板和尾頂尖間的工件彈性變形加大,所以刮傷也會(huì)嚴(yán)重。從這個(gè)角度分析,將程序向前進(jìn)改為向后退,似乎是合理的。加工出的工件雖有所改善,但從根本上仍沒有解決問題。后來從德國傳回的程序說明該段程序是后退0.5mm,更加與筆者的判斷吻合,所以將現(xiàn)程序改為向后退0.5mm。又想到原程序向前進(jìn)會(huì)不會(huì)是彌補(bǔ)絲杠間隙,可是打表設(shè)定數(shù)值卻沒走到,而屏幕卻顯示到位了,檢查絲杠間隙,符合使用要求,將伺服電動(dòng)機(jī)更換,現(xiàn)象是一樣的。說明原電動(dòng)機(jī)沒有問題,將以前做的試驗(yàn)數(shù)據(jù)和結(jié)果進(jìn)行幾種比較和分析,應(yīng)該從解決軸向力方面著手,既然軸向力是無法消除的,那么就想辦法改善它。在觀察加工工件時(shí),當(dāng)尾頂尖向后退時(shí),工件勢必也向后退,因后退只有0.5mm所以工件還與尾頂尖的壓縮量很大,所以反彈也很大,如果先將工件壓上一點(diǎn)后停下來,再執(zhí)行向后退這個(gè)動(dòng)作,這樣工件就不會(huì)隨尾頂尖同退,于是就將行程開關(guān)的行程擋鐵后移一點(diǎn)。加工試驗(yàn)調(diào)整兩次才合適,加工工件刮傷立刻減輕了許多,5件中只有2件有刮傷,另3件一點(diǎn)刮傷也沒有,此時(shí)清楚了刮傷的真正原因是工件受到軸向力。將尾頂尖向后壓縮,而頂尖向前進(jìn)0.5mm使工件緊緊地靠近尾頂尖一側(cè),尾頂尖被壓縮量很大,工件在出卸荷區(qū)瞬間,齒面被搓板刀齒面劃傷,當(dāng)力消失后頂尖反彈又使工件與搓板最外小齒齒頂相撞,將工件撞出坑來。經(jīng)過調(diào)整行程擋鐵的位置和加大后移量,工件在加工時(shí),受到軸向力的作用,逐漸向后尾頂尖靠近,不是直接壓縮尾頂尖,當(dāng)竄動(dòng)到預(yù)定后移量后才作用在尾頂尖上,此時(shí)對尾頂尖的作用也很小了。同時(shí),工件與內(nèi)頂尖也若即若離,當(dāng)工件脫離搓板瞬間