目前，在我國運(yùn)輸行業(yè)的不斷發(fā)展過程中，不同領(lǐng)域的價(jià)值創(chuàng)建、產(chǎn)品升級等工作都需要螺旋錐齒輪加工技術(shù)的支持。但是，由于螺旋錐齒輪的結(jié)構(gòu)涉及大量的幾何參數(shù)知識(shí)。因此，在實(shí)際使用過程中，需要相關(guān)人員投入大量精力來完成檢驗(yàn)工作，包含設(shè)計(jì)、制造、檢測等環(huán)節(jié)。在不同的應(yīng)用環(huán)境中，螺旋錐齒輪的應(yīng)用名稱也不同，如螺傘錐齒輪是一種可以展開傳動(dòng)工作的零件，其主要特點(diǎn)為傳動(dòng)平穩(wěn)、噪聲控制難度低等，且在傳動(dòng)質(zhì)量、承載能力、圓弧重疊系數(shù)、圓弧重疊系數(shù)穩(wěn)定性等方面可以保持在較高的水平。
一、螺旋錐齒輪加工機(jī)床構(gòu)成
如圖 1 所示，螺旋錐齒輪各部分的連接主要是通過傳動(dòng)鏈聯(lián)動(dòng)實(shí)現(xiàn)的，主要有床身、搖臺(tái)、刀傾刀轉(zhuǎn)體、工件主軸箱、床鞍、展成機(jī)構(gòu)、進(jìn)刀機(jī)構(gòu)、分齒機(jī)構(gòu)等。在展開加工工作之前，設(shè)備使用人員需明確機(jī)床狀態(tài)，利用調(diào)整卡了解各部位的位置。
圖1 螺旋錐齒輪加工機(jī)床結(jié)構(gòu)
刀具位置的調(diào)整
q：搖臺(tái)角。以搖臺(tái)中心為基準(zhǔn)點(diǎn)，刀盤中心所轉(zhuǎn)過的角度。
s：徑向刀位。確定搖臺(tái)中心并將其作為基準(zhǔn)點(diǎn)，計(jì)算刀盤中心偏心距離，齒輪螺旋角的數(shù)值受其影響。
i：刀傾角。刀盤傾斜角度與軸線重疊軸線，銑刀刀齒壓力角調(diào)節(jié)，解決切齒節(jié)錐壓力角變化的問題，減少之后其產(chǎn)生的影響。
j：刀轉(zhuǎn)角。刀軸在回轉(zhuǎn)的狀態(tài)下產(chǎn)生的角度數(shù)據(jù)，通常情況下其為刀軸傾斜狀態(tài)下發(fā)生的變化，刀軸與固定的清下角度重合后，刀傾斜的方向也得以矯正。
工件位置的調(diào)整
XP：水平輪位。搖臺(tái)中心線、工件主軸箱呈交叉狀態(tài)，交點(diǎn)位置確定后，與工件箱主軸端面對應(yīng)，產(chǎn)生的距離為修正壓力角，可用來調(diào)整水平輪位。
Em：垂直輪位。輪坯中心線與搖臺(tái)中心線相交之后，兩者形成垂直距離，在加工雙曲線的過程中可以被用在修正齒高方向，并控制曲率數(shù)值。
γm：輪坯安裝角。在安裝工件箱調(diào)整裝置的過程中，角度可根據(jù)實(shí)際情況改變，從而滿足齒根曲面的加工需求。兩個(gè)齒面的加工要求中，采用刀盤切削方式為主可高效完成工作，即刀盤刀尖平面、根錐面呈相切狀態(tài)。
Xb：床位。在移動(dòng)工件箱過程中，以中心線為基準(zhǔn)，根據(jù)實(shí)際移動(dòng)的距離情況調(diào)整切齒深度，從而便于工件軸撤出并完成分度工作。
刀具與工件的協(xié)同位置關(guān)系
滾比掛輪：明確滾比數(shù)值，保證搖臺(tái)、輪坯等工作質(zhì)量。
切速掛輪：旋轉(zhuǎn)速度控制，銑刀盤轉(zhuǎn)動(dòng)頻率控制。
分齒掛輪：齒后工件軸的分度，完成切割工作。
擺角掛輪：搖臺(tái)擺動(dòng)角度確認(rèn)，起始角、終止角擋塊確認(rèn)。
進(jìn)給掛輪：進(jìn)刀速度控制。
專業(yè)技術(shù)人員應(yīng)用設(shè)備時(shí)，以調(diào)整卡中標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值為參照，刀盤參數(shù)的確定后可為機(jī)床施工提供相應(yīng)的建議，以保證刀盤選擇的科學(xué)性。調(diào)整工作落實(shí)完成之后安裝毛坯和刀盤，并完成對接環(huán)節(jié)，隨 后進(jìn)行逐齒加工。
在螺旋錐齒輪切齒的加工過程中，運(yùn)用信息化技術(shù)可有效提升主軸刀盤的運(yùn)行精準(zhǔn)度，明確刀盤的角度，從而更好地進(jìn)行工作。刀盤處于公轉(zhuǎn)狀態(tài)時(shí)，切削刃也被稱為是產(chǎn)形輪，主要運(yùn)行原理為在機(jī)床搖臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，被切齒輪相嚙合，嚙合狀態(tài)下刀具加工形成一個(gè)齒面，再完成一個(gè)齒的加工工作后，搖臺(tái)中心確定，工件遠(yuǎn)離，進(jìn)行退刀環(huán)節(jié)，刀具退回原點(diǎn)(見圖 2)。
圖2 螺旋錐齒輪切齒加工零部件構(gòu)成示意圖
二、螺旋錐齒輪加工工藝
五刀法加工
在應(yīng)用螺旋錐齒輪加工技術(shù)中，五刀法的普及性較高，其也被稱為固定安裝法。隨著世界運(yùn)輸行業(yè)不斷發(fā)展，車輛加工行業(yè)展現(xiàn)出蓬勃發(fā)展的趨勢，齒輪加工技術(shù)作為其中最重要的一種技術(shù)，也發(fā)生了變革。五刀法應(yīng)用的區(qū)域?yàn)樵谛≥唭蓚?cè)面展開調(diào)整工作，使兩者保持一定的距離，且不會(huì)相互影響。與此同時(shí)，實(shí)用技術(shù)也在不斷的應(yīng)用中走向成熟。在面向需求量較大的生產(chǎn)中，每一組的機(jī)床使用數(shù)量都隨之增加，替班為 5 臺(tái)以上為佳，加工齒輪需要進(jìn)行 5 次以上的裝卸環(huán)節(jié)，調(diào)整轉(zhuǎn)換時(shí)間也隨之延長。而運(yùn)用信息化技術(shù)可以有效針對此種情況進(jìn)行調(diào)節(jié)，結(jié)合智能化技術(shù)提高其運(yùn)轉(zhuǎn)效率，促進(jìn)提高施工速度。
兩刀法
信息化技術(shù)下，在副分度錐角不變位的情況下，運(yùn)用兩刀法可以達(dá)到節(jié)錐角重合的目的。小輪凹面運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，主要是應(yīng)用原單面法加工，并完成參數(shù)的調(diào)整工作。而在齒數(shù)和螺旋角較小的狀態(tài)下，傳動(dòng)、變位等問題的限制控制能力有限。在展開兩刀法加工工作中，小輪凹面的機(jī)床參數(shù)調(diào)整仍舊使用單面法落實(shí)。而隨著加工接觸區(qū)域的調(diào)整，小輪凹面加工工作的展開也不再是難題。實(shí)際加工過程中通常采用小組形式，即共同使用兩臺(tái)機(jī)床，操作人員只需完成齒輪的裝卸工作即可，加工時(shí)間較短，生產(chǎn)效率可得到保證，適用范圍也更加廣泛。
數(shù)控技術(shù)
信息化技術(shù)下，在制定螺旋錐齒輪銑齒機(jī)數(shù)控系統(tǒng)軟件方案中，螺旋錐齒輪齒面運(yùn)動(dòng)的方式具有特殊性和復(fù)雜性，具體應(yīng)用圍繞數(shù)控系統(tǒng)的使用與升級展開，專用數(shù)控系統(tǒng)的優(yōu)勢更強(qiáng)，能夠保證加工的效率和質(zhì)量。因此，利用信息化技術(shù)實(shí)現(xiàn)了數(shù)控軟件的優(yōu)化與升級，可以在遠(yuǎn)程完成設(shè)備的參數(shù)輸入工作，并計(jì)算出加工中的數(shù)據(jù)，以自動(dòng)化的形式生成代碼，從而提高加工工作操作質(zhì)量。
其中，數(shù)控加工工藝流程主要先通過機(jī)床調(diào)整參數(shù)，再進(jìn)行刀盤參數(shù)的輸入，結(jié)合工藝參數(shù)輸入落實(shí)加工代碼的書寫，并展開對刀、試切，同時(shí)對解除區(qū)域展開對滾檢查并確定該流程是否合格。如果符合標(biāo)準(zhǔn)，則可完成該項(xiàng)任務(wù);而如果不合格，則需通過重新調(diào)整并展開新一輪的加工工藝分析，具體展開的點(diǎn)主要圍繞代碼加工程序方面，因?yàn)閿?shù)據(jù)和內(nèi)容的調(diào)整可以為設(shè)備整體運(yùn)行效率的提高打下基礎(chǔ)。
在加工齒輪時(shí)，不同類型參數(shù)也各不相同，其中，刀盤參數(shù)、機(jī)床調(diào)整參數(shù)等數(shù)據(jù)存在一定的差異。大輪采用展成法、成型法兩種加工方法，小輪則采用刀傾法、變形法兩種加工方法。為有效提升參數(shù)的規(guī)范性，可以利用調(diào)整卡完成調(diào)整工作。圖 3 為數(shù)控軟件加工架構(gòu)圖，可見，螺旋錐齒輪數(shù)控加工模塊之中，應(yīng)用層主要被分成了三個(gè)部分：數(shù)據(jù)的輸入及管理、刀位點(diǎn)的計(jì)算、數(shù)控程序。這幾部分以輸入輸出循環(huán)的形式展開工作，由數(shù)據(jù)輸入及管理模塊流出，再由數(shù)控程序生成模塊收回，形成良性循環(huán)。信息化技術(shù)下，數(shù)控軟件之中設(shè)備操作者可有效了解各個(gè)模塊的連接情況，以減少事故問題的發(fā)生。
圖3 信息化極速俠數(shù)控軟件加工架構(gòu)圖
三、螺旋錐齒輪加工質(zhì)量分析
變形出現(xiàn)的原因
螺旋錐齒輪加工質(zhì)量控制中，熱處理變形包含的主要內(nèi)容為輪坯變形、輪齒變形等。熱處理后，螺旋角與齒側(cè)間隙得到控制，此時(shí)，壓力角也將出現(xiàn)各種變化，且會(huì)引起齒面的變化，齒輪之間的噪聲隨之變大，將影響操作車間內(nèi)人員的健康。在展開處理工作中，檢測人員可以通過齒輪副輪坯參數(shù)進(jìn)行分析，以明確參數(shù)調(diào)整標(biāo)準(zhǔn)(見表 1)。
表1 齒輪副輪坯參數(shù)數(shù)據(jù)
解決方案對比
熱處理過程中，為防止螺旋錐齒輪存在變形問題，可提升齒輪制造的精度，控制方式主要為反復(fù)試驗(yàn)的方式。實(shí)際應(yīng)用中相關(guān)人員可從切齒調(diào)整和熱處理變形試驗(yàn)兩個(gè)方面進(jìn)行調(diào)整，進(jìn)而確定處理中的技術(shù)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)。首先，切齒計(jì)算，完成大齒輪切制環(huán)節(jié)，控制齒輪之間的距離，需要注意的是材料熱處理后，根據(jù)其變化規(guī)律完成選定工作，需有效拉大齒輪側(cè)面之間的距離。其次，滾動(dòng)檢驗(yàn)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)之中，保證其處于成對的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，并記錄齒面接觸區(qū)與齒側(cè)之間的間隙情況。最后，完成熱處理工作后，需同步落實(shí)測量記錄工作，記錄標(biāo)準(zhǔn)格式以熱處理前的格式為準(zhǔn)。同時(shí)，二者可完成分析與對比的工作，并直接獲取熱處理之后齒輪的變形問題，若其中的技術(shù)要求無法得到滿足，就需要通過切齒的調(diào)整進(jìn)行多次的熱處理變形實(shí)驗(yàn)，并保證其達(dá)標(biāo)。
四、結(jié)束語
在了解螺旋錐齒輪技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢時(shí)，分析需要注意的部分，并為之后加工工藝的應(yīng)用與升級打牢基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)信息化技術(shù)與螺旋錐齒輪技術(shù)的高度融合，最終實(shí)現(xiàn)技術(shù)發(fā)展目標(biāo)。