擺線輪作為RV減速器的核心零件之一，其加工精度和一致性的要求極高。從加工工藝裝備設(shè)計(jì)的角度出發(fā)，為擺線輪的每道加工工序設(shè)計(jì)特殊的加工工裝，通過(guò)工藝裝備與加工工藝相結(jié)合的方式，來(lái)保證擺線輪加工的精度和一致性。經(jīng)過(guò)對(duì)產(chǎn)品的實(shí)際檢測(cè)結(jié)果統(tǒng)計(jì)分析，按照本套生產(chǎn)工藝生產(chǎn)出的擺線輪，產(chǎn)品滿足設(shè)計(jì)要求并且產(chǎn)品一致性良好。
0 引 言
RV減速器是一種精密的動(dòng)力傳輸機(jī)構(gòu)，廣泛應(yīng)用于工業(yè)機(jī)器人、數(shù)控機(jī)床、醫(yī)療檢測(cè)設(shè)備、衛(wèi)星接收系統(tǒng)等領(lǐng)域。它由兩級(jí)減速裝置組成: 第一級(jí)是漸開(kāi)線圓柱齒輪行星減速機(jī)構(gòu)，第二級(jí)是擺線針輪行星減速機(jī)構(gòu)，形成一個(gè)封閉的差動(dòng)輪系。擺線輪(圖1)作為第二級(jí)減速機(jī)構(gòu)的關(guān)鍵部件，分為A、B 兩種型號(hào)，使用時(shí)兩種擺線輪成組配合使用，因此擺線輪在加工時(shí)除了要保證單片的加工精度，更重要的是控制好成組使用的擺線輪之間的一致性，才能保證RV減速器的運(yùn)動(dòng)精度和穩(wěn)定性。
圖 1 擺線輪
目前，擺線輪的粗加工及熱處理工序由外協(xié)廠家完成，公司內(nèi)完成后續(xù)的精加工工序。首先，對(duì)擺線輪的兩端面進(jìn)行平磨，然后以平面為定位基準(zhǔn)對(duì)軸承安裝孔進(jìn)行鏜孔加工，最后以軸承安裝孔為定位基準(zhǔn)進(jìn)行擺線齒的磨齒加工。由于RV減速器擺線輪的精度要求極高，目前的加工精度達(dá)不到設(shè)計(jì)圖紙的要求，主要存在以下問(wèn)題: 首先，產(chǎn)品合格率低。由于工藝編排不合理、生產(chǎn)設(shè)備的精度和穩(wěn)定性不夠高，導(dǎo)致生產(chǎn)出的產(chǎn)品質(zhì)量一致性不穩(wěn)定，由于擺線輪熱處理后的變形，導(dǎo)致擺線輪平磨需要多次互為基準(zhǔn)加工后平面度才能達(dá)到要求，并且成組使用的擺線輪需要加工完成后測(cè)量匹配才能使用。其次，生產(chǎn)效率低。鏜孔工序時(shí)的工裝是將擺線輪A、B 分開(kāi)加工，并且鏜孔和磨齒都是單片加工，導(dǎo)致擺線輪組裝時(shí)需要挑選一致性較高的擺線輪，導(dǎo)致組裝效率低。基于上述問(wèn)題，本研究主要從擺線輪精加工工藝的優(yōu)化及工藝裝備的創(chuàng)新設(shè)計(jì)為切入點(diǎn)，來(lái)提高擺線輪的加工精度和生產(chǎn)效率。首先，參考了韓忠皓等以及鄭紅的研究，對(duì)生產(chǎn)工藝進(jìn)行優(yōu)化，在平磨工序后增加雙端面研磨的工序，提高擺線輪的厚度及平面度精度和一致性。其次，將生產(chǎn)設(shè)備更換成匹配產(chǎn)品精度的設(shè)備，并建造恒溫車間來(lái)保證設(shè)備運(yùn)行精度，提高產(chǎn)品精度和生產(chǎn)效率。最后，為每道工序設(shè)計(jì)裝夾工裝，在保證加工精度的同時(shí)提高生產(chǎn)效率。該生產(chǎn)工藝及工裝裝備的應(yīng)用，對(duì)于推動(dòng)擺線輪的批量生產(chǎn)，確保產(chǎn)品加工質(zhì)量，具有重要意義。
1生產(chǎn)工藝及生產(chǎn)設(shè)備的優(yōu)化
1.1生產(chǎn)工藝的優(yōu)化
擺線輪A、B兩種型號(hào)的生產(chǎn)工藝相同，生產(chǎn)過(guò)程中除了要保證單個(gè)擺線輪的加工精度，更要保證一組配對(duì)使用擺線輪之間的配合精度要求，比如平面度、一組擺線輪的安裝孔位置度和孔徑等。首先，優(yōu)化擺線輪精加工生產(chǎn)工藝(圖2)，在平磨工序后增加雙端研磨的工序，雙端研磨在加工時(shí)可對(duì)擺線輪兩端面同時(shí)加工，提高了擺線輪的平面度，且設(shè)備可同時(shí)加工多片擺線輪，在提高生產(chǎn)效率的同時(shí)提高了產(chǎn)品的一致性。
圖 2 擺線輪生產(chǎn)工藝
1.2生產(chǎn)設(shè)備的優(yōu)化
目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的機(jī)床精度還無(wú)法滿足批量生產(chǎn)擺線輪的要求，因此需要采購(gòu)進(jìn)口的加工設(shè)備及刀具，來(lái)保證產(chǎn)品精加工的精度和一致性，如外圓磨床、平面磨床、數(shù)控鏜床及三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x等，同時(shí)由于生產(chǎn)設(shè)備對(duì)運(yùn)行環(huán)境的要求，將車間改造成恒溫車間，溫度穩(wěn)定在22℃±0.5℃，在保證設(shè)備運(yùn)行精度的同時(shí)，也可以保證產(chǎn)品的加工精度。
2 工裝設(shè)計(jì)
2.1平磨工裝
擺線輪的外協(xié)最后一道工序?yàn)闊崽幚?，粗加工給精加工的端面預(yù)留量為0.1mm，由于熱處理后工件會(huì)不可避免的發(fā)生變形，如果精加工采用直接吸在磨床上進(jìn)行平磨，會(huì)導(dǎo)致工件的形位公差超差，進(jìn)而影響后續(xù)的工序加工。因此，需要設(shè)計(jì)一套工裝(圖3)來(lái)完成此工序的加工。此工裝利用標(biāo)準(zhǔn)的三爪卡盤(pán)改造，只需更換特制的卡爪即可，擺線輪在裝夾時(shí)，需保證每個(gè)卡爪的圓弧面與2個(gè)以上的擺線齒接觸。圖中的調(diào)整塊可以快速的調(diào)整擺線輪裝夾時(shí)的平面度，擺線輪夾緊后取掉調(diào)整塊進(jìn)行磨削加工。工裝的夾緊力控制在5N·m，工件在裝夾后幾乎不會(huì)發(fā)生彎曲變形，可以保證擺線輪在第一面磨削完成松開(kāi)后，加工面不會(huì)發(fā)生彎曲變形，磨第二面時(shí)便可以將第一面直接吸在磨床平臺(tái)上即可，不需要互為基準(zhǔn)的多次磨削。要求平磨后擺線輪兩平面的平行度為0.01mm。
圖 3 平磨工裝
2.2雙端研磨
根據(jù)擺線輪的平行度和成套使用的擺線輪高度要求，使用雙端面研磨才能滿足其技術(shù)要求，并且雙端面研磨可以同時(shí)進(jìn)行多片擺線輪的磨削，更適合產(chǎn)品的批量生產(chǎn)。此道工序主要需要保證零件的厚度和平行度。設(shè)備采用的雙端面精密研磨機(jī)，可同時(shí)對(duì)零件進(jìn)行雙端面研磨，磨床與工裝配合后，可以讓擺線輪在圍繞磨床中心公轉(zhuǎn)的同時(shí)還能進(jìn)行自轉(zhuǎn)，這樣使工件在研磨過(guò)程中整個(gè)表面受力均勻，產(chǎn)品尺寸及表面質(zhì)量良好。為了保證配合使用的擺線輪厚度尺寸，需要將配合使用的擺線輪放在同一次研磨。
2.3珩磨工裝
此道工序需要完成擺線輪3個(gè)偏心軸配合孔的加工。為了保證擺線輪組之間的精度，需要將一組配合使用的擺線輪同時(shí)加工，因此需要設(shè)計(jì)工裝(圖4)來(lái)保證擺線輪組的裝夾精度和穩(wěn)定性。設(shè)計(jì)工裝時(shí)首先應(yīng)滿足同時(shí)裝夾一組擺線輪(擺線輪A和擺線輪B)，并且可以保證2片擺線輪的相對(duì)位置，2片擺線輪在將偏心軸配合孔對(duì)齊后，其擺線齒處于互相交錯(cuò)的位置(圖5)，因此工裝采用可活動(dòng)定位舌與擺線齒配合，來(lái)確定2片擺線輪的位置，Z向的定位靠擺線輪研磨后的平面。
圖 4 珩磨工裝
圖 5 擺線輪組合圖
本道工序的加工工藝為: 粗鏜-精 鏜-珩磨。單麗君等分析了切削力和切削溫度對(duì)于擺線輪加工的影響，工件的硬度對(duì)擺線的精加工有很大的影響。本研究的優(yōu)化工藝要求，加工前需要使用洛氏硬度計(jì)測(cè)量擺線輪齒部硬度，同一組加工的擺線輪的硬度差應(yīng)在1HRC以內(nèi)，將擺線輪按照硬度測(cè)量值分組后，使用激光打標(biāo)機(jī)在擺線輪上做好永久性的標(biāo)識(shí)，并且在組裝時(shí)必須按標(biāo)識(shí)成組使用。擺線輪加工時(shí)應(yīng)與實(shí)際使用時(shí)的安裝方式一致。加工時(shí)先使用硬鏜刀片對(duì)孔進(jìn)行粗鏜和精鏜加工，保證孔的位置精度，然后用珩磨刀對(duì)孔進(jìn)行精加工。一組擺線輪同時(shí)加工，可以保證同組擺線輪之間尺寸精度的一致性。
2.4磨齒
磨齒工裝的設(shè)計(jì)
磨齒是擺線輪最重要的工序，本工序以珩磨加工完成的孔來(lái)定位，對(duì)擺線齒進(jìn)行精磨加工，可同時(shí)加工多片同類型的擺線輪(擺線輪A或擺線輪B)。為了滿足產(chǎn)品加工的精度要求，工裝(圖6)的加工精度需要高于產(chǎn)品精度。工裝的液壓漲緊柱是根據(jù)擺線輪孔的尺寸定制的產(chǎn)品，為了滿足液壓漲緊柱安裝后的精度，需要工裝芯軸安裝孔的垂直度小于φ0. 001mm，位置度及3個(gè)孔的構(gòu)造圓與芯軸中心線的同軸度小于φ0.003mm。因?yàn)橐簤簼q軸安裝軸的磨削尺寸較芯軸安裝孔更容易保證，所以芯軸加工完成后液壓漲緊柱的安裝軸按照芯軸孔的尺寸進(jìn)行配磨，配合公差要求0-0，要達(dá)到液壓漲緊柱需要用尼龍錘輕輕敲入的程度。
圖 6 磨齒工裝
磨齒工裝的制造
磨齒工裝芯軸的粗加工和熱處理采用外協(xié)的方式完成，公司內(nèi)部只完成芯軸的精加工，芯軸的精加工也是擺線輪工藝裝備中最關(guān)鍵的一環(huán)。芯軸材質(zhì)為低碳鋼，熱處理工藝采用滲碳淬火+低溫回火，熱處理后要求表面硬度為58～62HRC，芯部硬度為30~45HRC，滲碳時(shí)需要對(duì)孔及其周圍的區(qū)域(比孔最終尺寸+φ4mm)進(jìn)行防護(hù)，目的是熱處理后需要鏜孔加工的區(qū)域的表面硬度與芯軸內(nèi)部保持一致，精加工時(shí)有利于保證加工質(zhì)量，加工完成后孔周邊的表面硬度還可以滿足工裝的使用。芯軸本體的形狀不便于進(jìn)行鏜孔加工，因此精加工時(shí)還需設(shè)計(jì)一個(gè)芯軸加工底座，來(lái)輔助完成芯軸鏜孔時(shí)的定位裝夾。芯軸粗加工完成到貨后，先將其中心孔精研，提高定位基準(zhǔn)的質(zhì)量，因后續(xù)的工裝加工以及擺線輪加工都是以中心孔為基準(zhǔn)。將芯軸與底座的配合面精磨，要求對(duì)中心孔的跳動(dòng)≤0.001mm，然后與底座安裝在一起后進(jìn)行精加工(圖7)。 圖中的關(guān)鍵尺寸按圖所示加工。為了防止芯軸在鏜孔夾緊時(shí)發(fā)生變形導(dǎo)致加工精度超差，底座底部設(shè)計(jì)并非是一個(gè)大的圓環(huán)面，而是設(shè)計(jì)為半徑方向厚4mm左右的圓環(huán)狀，并且要精磨成內(nèi)凹的形狀。這種設(shè)計(jì)是為了保證在壓緊時(shí)工裝與機(jī)床工作臺(tái)面為線接觸，這樣芯軸在夾緊后不會(huì)發(fā)生變形。
圖 7 芯軸加工工裝
為了加工出合格的芯軸，首先，要保證環(huán)境溫度穩(wěn)定在22℃±1℃。其次，機(jī)床要處于充分熱機(jī)的狀態(tài)。再次，加工過(guò)程中冷卻液沖洗的位置正確，且刀柄及刀片狀態(tài)良好。最重要的是，工件安裝時(shí)要利用千分表將其找正到最佳狀態(tài)。
磨齒加工
按圖8所示將擺線輪安裝好后，以工裝中心孔定位將工裝安裝在磨床C軸上。由于磨齒工裝組裝后重量較大，并且沒(méi)有預(yù)留吊裝設(shè)備使用的空間，這給磨床工裝的裝夾定位帶來(lái)了困難，因此需要設(shè)計(jì)輔助工裝來(lái)完成工件的裝夾，輔助工裝可以快速完成擺線輪磨齒工裝的粗定位，同時(shí)在磨床頂尖夾緊前對(duì)工裝進(jìn)行支撐。輔助工裝的接觸圓弧中心比機(jī)床頂尖中心低0.5mm，當(dāng)磨床頂尖夾緊時(shí)，輔助工裝與磨齒工裝之間存在0.5mm的間隙，保證在磨齒時(shí)工裝之間不會(huì)發(fā)生干涉。砂輪的修整是擺線齒廓加工中的關(guān)鍵步驟，可以通過(guò)成型滾輪或CNC碟片進(jìn)行修整。工件加工完成后按圖進(jìn)行三坐標(biāo)測(cè)量。擺線輪齒廓的精度測(cè)試采用三坐標(biāo)逐點(diǎn)掃描法，將得到的曲線與修形目標(biāo)擺線對(duì)比，得出齒廓精度范圍。
圖 8 磨齒安裝圖
3 應(yīng)用效果
在擺線輪的生產(chǎn)過(guò)程中，升級(jí)后的生產(chǎn)基礎(chǔ)設(shè)施和生產(chǎn)設(shè)備為加工提供了穩(wěn)定的基礎(chǔ)，新設(shè)計(jì)的工裝夾具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔高效，可以保證生產(chǎn)的產(chǎn)品滿足設(shè)計(jì)要求，又便于操作人員的操作，快速完成工件的裝夾并在數(shù)控機(jī)床上完成加工。本套工裝的設(shè)計(jì)，顯著提高了產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率，使得擺線輪的日產(chǎn)量增加到了30套，同時(shí)保持了95%以上的合格率，生產(chǎn)效率提升了3倍以上。由于一組配合使用的擺線輪為先分組再一次加工，加工后的擺線輪無(wú)需再進(jìn)行測(cè)量挑選，裝配人員可以按標(biāo)記直接進(jìn)行組裝，從而提高了減速器的組裝質(zhì)量和生產(chǎn)效率。
4 結(jié) 論
本研究對(duì)擺線輪的生產(chǎn)工藝進(jìn)行了合理的優(yōu)化，詳盡介紹了新工裝的設(shè)計(jì)及使用過(guò)程，并闡述了新設(shè)計(jì)的工裝在實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用效果。優(yōu)化的生產(chǎn)工藝配合新設(shè)計(jì)的工裝，顯著提高了擺線輪的加工精度和一致性、減速器的裝配質(zhì)量和生產(chǎn)效率，大幅降低了制造過(guò)程中的人力和物力成本，為RV減速器行業(yè)帶來(lái)了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。
參考文獻(xiàn)：略
作者簡(jiǎn)介: 徐榮輝(1982-) ，男，本科，高級(jí)工程師，研究方向?yàn)闄C(jī)械設(shè)計(jì)與制造。
0 引 言
RV減速器是一種精密的動(dòng)力傳輸機(jī)構(gòu)，廣泛應(yīng)用于工業(yè)機(jī)器人、數(shù)控機(jī)床、醫(yī)療檢測(cè)設(shè)備、衛(wèi)星接收系統(tǒng)等領(lǐng)域。它由兩級(jí)減速裝置組成: 第一級(jí)是漸開(kāi)線圓柱齒輪行星減速機(jī)構(gòu)，第二級(jí)是擺線針輪行星減速機(jī)構(gòu)，形成一個(gè)封閉的差動(dòng)輪系。擺線輪(圖1)作為第二級(jí)減速機(jī)構(gòu)的關(guān)鍵部件，分為A、B 兩種型號(hào)，使用時(shí)兩種擺線輪成組配合使用，因此擺線輪在加工時(shí)除了要保證單片的加工精度，更重要的是控制好成組使用的擺線輪之間的一致性，才能保證RV減速器的運(yùn)動(dòng)精度和穩(wěn)定性。
圖 1 擺線輪
目前，擺線輪的粗加工及熱處理工序由外協(xié)廠家完成，公司內(nèi)完成后續(xù)的精加工工序。首先，對(duì)擺線輪的兩端面進(jìn)行平磨，然后以平面為定位基準(zhǔn)對(duì)軸承安裝孔進(jìn)行鏜孔加工，最后以軸承安裝孔為定位基準(zhǔn)進(jìn)行擺線齒的磨齒加工。由于RV減速器擺線輪的精度要求極高，目前的加工精度達(dá)不到設(shè)計(jì)圖紙的要求，主要存在以下問(wèn)題: 首先，產(chǎn)品合格率低。由于工藝編排不合理、生產(chǎn)設(shè)備的精度和穩(wěn)定性不夠高，導(dǎo)致生產(chǎn)出的產(chǎn)品質(zhì)量一致性不穩(wěn)定，由于擺線輪熱處理后的變形，導(dǎo)致擺線輪平磨需要多次互為基準(zhǔn)加工后平面度才能達(dá)到要求，并且成組使用的擺線輪需要加工完成后測(cè)量匹配才能使用。其次，生產(chǎn)效率低。鏜孔工序時(shí)的工裝是將擺線輪A、B 分開(kāi)加工，并且鏜孔和磨齒都是單片加工，導(dǎo)致擺線輪組裝時(shí)需要挑選一致性較高的擺線輪，導(dǎo)致組裝效率低。基于上述問(wèn)題，本研究主要從擺線輪精加工工藝的優(yōu)化及工藝裝備的創(chuàng)新設(shè)計(jì)為切入點(diǎn)，來(lái)提高擺線輪的加工精度和生產(chǎn)效率。首先，參考了韓忠皓等以及鄭紅的研究，對(duì)生產(chǎn)工藝進(jìn)行優(yōu)化，在平磨工序后增加雙端面研磨的工序，提高擺線輪的厚度及平面度精度和一致性。其次，將生產(chǎn)設(shè)備更換成匹配產(chǎn)品精度的設(shè)備，并建造恒溫車間來(lái)保證設(shè)備運(yùn)行精度，提高產(chǎn)品精度和生產(chǎn)效率。最后，為每道工序設(shè)計(jì)裝夾工裝，在保證加工精度的同時(shí)提高生產(chǎn)效率。該生產(chǎn)工藝及工裝裝備的應(yīng)用，對(duì)于推動(dòng)擺線輪的批量生產(chǎn)，確保產(chǎn)品加工質(zhì)量，具有重要意義。
1生產(chǎn)工藝及生產(chǎn)設(shè)備的優(yōu)化
1.1生產(chǎn)工藝的優(yōu)化
擺線輪A、B兩種型號(hào)的生產(chǎn)工藝相同，生產(chǎn)過(guò)程中除了要保證單個(gè)擺線輪的加工精度，更要保證一組配對(duì)使用擺線輪之間的配合精度要求，比如平面度、一組擺線輪的安裝孔位置度和孔徑等。首先，優(yōu)化擺線輪精加工生產(chǎn)工藝(圖2)，在平磨工序后增加雙端研磨的工序，雙端研磨在加工時(shí)可對(duì)擺線輪兩端面同時(shí)加工，提高了擺線輪的平面度，且設(shè)備可同時(shí)加工多片擺線輪，在提高生產(chǎn)效率的同時(shí)提高了產(chǎn)品的一致性。
圖 2 擺線輪生產(chǎn)工藝
1.2生產(chǎn)設(shè)備的優(yōu)化
目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的機(jī)床精度還無(wú)法滿足批量生產(chǎn)擺線輪的要求，因此需要采購(gòu)進(jìn)口的加工設(shè)備及刀具，來(lái)保證產(chǎn)品精加工的精度和一致性，如外圓磨床、平面磨床、數(shù)控鏜床及三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x等，同時(shí)由于生產(chǎn)設(shè)備對(duì)運(yùn)行環(huán)境的要求，將車間改造成恒溫車間，溫度穩(wěn)定在22℃±0.5℃，在保證設(shè)備運(yùn)行精度的同時(shí)，也可以保證產(chǎn)品的加工精度。
2 工裝設(shè)計(jì)
2.1平磨工裝
擺線輪的外協(xié)最后一道工序?yàn)闊崽幚?，粗加工給精加工的端面預(yù)留量為0.1mm，由于熱處理后工件會(huì)不可避免的發(fā)生變形，如果精加工采用直接吸在磨床上進(jìn)行平磨，會(huì)導(dǎo)致工件的形位公差超差，進(jìn)而影響后續(xù)的工序加工。因此，需要設(shè)計(jì)一套工裝(圖3)來(lái)完成此工序的加工。此工裝利用標(biāo)準(zhǔn)的三爪卡盤(pán)改造，只需更換特制的卡爪即可，擺線輪在裝夾時(shí)，需保證每個(gè)卡爪的圓弧面與2個(gè)以上的擺線齒接觸。圖中的調(diào)整塊可以快速的調(diào)整擺線輪裝夾時(shí)的平面度，擺線輪夾緊后取掉調(diào)整塊進(jìn)行磨削加工。工裝的夾緊力控制在5N·m，工件在裝夾后幾乎不會(huì)發(fā)生彎曲變形，可以保證擺線輪在第一面磨削完成松開(kāi)后，加工面不會(huì)發(fā)生彎曲變形，磨第二面時(shí)便可以將第一面直接吸在磨床平臺(tái)上即可，不需要互為基準(zhǔn)的多次磨削。要求平磨后擺線輪兩平面的平行度為0.01mm。
圖 3 平磨工裝
2.2雙端研磨
根據(jù)擺線輪的平行度和成套使用的擺線輪高度要求，使用雙端面研磨才能滿足其技術(shù)要求，并且雙端面研磨可以同時(shí)進(jìn)行多片擺線輪的磨削，更適合產(chǎn)品的批量生產(chǎn)。此道工序主要需要保證零件的厚度和平行度。設(shè)備采用的雙端面精密研磨機(jī)，可同時(shí)對(duì)零件進(jìn)行雙端面研磨，磨床與工裝配合后，可以讓擺線輪在圍繞磨床中心公轉(zhuǎn)的同時(shí)還能進(jìn)行自轉(zhuǎn)，這樣使工件在研磨過(guò)程中整個(gè)表面受力均勻，產(chǎn)品尺寸及表面質(zhì)量良好。為了保證配合使用的擺線輪厚度尺寸，需要將配合使用的擺線輪放在同一次研磨。
2.3珩磨工裝
此道工序需要完成擺線輪3個(gè)偏心軸配合孔的加工。為了保證擺線輪組之間的精度，需要將一組配合使用的擺線輪同時(shí)加工，因此需要設(shè)計(jì)工裝(圖4)來(lái)保證擺線輪組的裝夾精度和穩(wěn)定性。設(shè)計(jì)工裝時(shí)首先應(yīng)滿足同時(shí)裝夾一組擺線輪(擺線輪A和擺線輪B)，并且可以保證2片擺線輪的相對(duì)位置，2片擺線輪在將偏心軸配合孔對(duì)齊后，其擺線齒處于互相交錯(cuò)的位置(圖5)，因此工裝采用可活動(dòng)定位舌與擺線齒配合，來(lái)確定2片擺線輪的位置，Z向的定位靠擺線輪研磨后的平面。
圖 4 珩磨工裝
圖 5 擺線輪組合圖
本道工序的加工工藝為: 粗鏜-精 鏜-珩磨。單麗君等分析了切削力和切削溫度對(duì)于擺線輪加工的影響，工件的硬度對(duì)擺線的精加工有很大的影響。本研究的優(yōu)化工藝要求，加工前需要使用洛氏硬度計(jì)測(cè)量擺線輪齒部硬度，同一組加工的擺線輪的硬度差應(yīng)在1HRC以內(nèi)，將擺線輪按照硬度測(cè)量值分組后，使用激光打標(biāo)機(jī)在擺線輪上做好永久性的標(biāo)識(shí)，并且在組裝時(shí)必須按標(biāo)識(shí)成組使用。擺線輪加工時(shí)應(yīng)與實(shí)際使用時(shí)的安裝方式一致。加工時(shí)先使用硬鏜刀片對(duì)孔進(jìn)行粗鏜和精鏜加工，保證孔的位置精度，然后用珩磨刀對(duì)孔進(jìn)行精加工。一組擺線輪同時(shí)加工，可以保證同組擺線輪之間尺寸精度的一致性。
2.4磨齒
磨齒工裝的設(shè)計(jì)
磨齒是擺線輪最重要的工序，本工序以珩磨加工完成的孔來(lái)定位，對(duì)擺線齒進(jìn)行精磨加工，可同時(shí)加工多片同類型的擺線輪(擺線輪A或擺線輪B)。為了滿足產(chǎn)品加工的精度要求，工裝(圖6)的加工精度需要高于產(chǎn)品精度。工裝的液壓漲緊柱是根據(jù)擺線輪孔的尺寸定制的產(chǎn)品，為了滿足液壓漲緊柱安裝后的精度，需要工裝芯軸安裝孔的垂直度小于φ0. 001mm，位置度及3個(gè)孔的構(gòu)造圓與芯軸中心線的同軸度小于φ0.003mm。因?yàn)橐簤簼q軸安裝軸的磨削尺寸較芯軸安裝孔更容易保證，所以芯軸加工完成后液壓漲緊柱的安裝軸按照芯軸孔的尺寸進(jìn)行配磨，配合公差要求0-0，要達(dá)到液壓漲緊柱需要用尼龍錘輕輕敲入的程度。
圖 6 磨齒工裝
磨齒工裝的制造
磨齒工裝芯軸的粗加工和熱處理采用外協(xié)的方式完成，公司內(nèi)部只完成芯軸的精加工，芯軸的精加工也是擺線輪工藝裝備中最關(guān)鍵的一環(huán)。芯軸材質(zhì)為低碳鋼，熱處理工藝采用滲碳淬火+低溫回火，熱處理后要求表面硬度為58～62HRC，芯部硬度為30~45HRC，滲碳時(shí)需要對(duì)孔及其周圍的區(qū)域(比孔最終尺寸+φ4mm)進(jìn)行防護(hù)，目的是熱處理后需要鏜孔加工的區(qū)域的表面硬度與芯軸內(nèi)部保持一致，精加工時(shí)有利于保證加工質(zhì)量，加工完成后孔周邊的表面硬度還可以滿足工裝的使用。芯軸本體的形狀不便于進(jìn)行鏜孔加工，因此精加工時(shí)還需設(shè)計(jì)一個(gè)芯軸加工底座，來(lái)輔助完成芯軸鏜孔時(shí)的定位裝夾。芯軸粗加工完成到貨后，先將其中心孔精研，提高定位基準(zhǔn)的質(zhì)量，因后續(xù)的工裝加工以及擺線輪加工都是以中心孔為基準(zhǔn)。將芯軸與底座的配合面精磨，要求對(duì)中心孔的跳動(dòng)≤0.001mm，然后與底座安裝在一起后進(jìn)行精加工(圖7)。 圖中的關(guān)鍵尺寸按圖所示加工。為了防止芯軸在鏜孔夾緊時(shí)發(fā)生變形導(dǎo)致加工精度超差，底座底部設(shè)計(jì)并非是一個(gè)大的圓環(huán)面，而是設(shè)計(jì)為半徑方向厚4mm左右的圓環(huán)狀，并且要精磨成內(nèi)凹的形狀。這種設(shè)計(jì)是為了保證在壓緊時(shí)工裝與機(jī)床工作臺(tái)面為線接觸，這樣芯軸在夾緊后不會(huì)發(fā)生變形。
圖 7 芯軸加工工裝
為了加工出合格的芯軸，首先，要保證環(huán)境溫度穩(wěn)定在22℃±1℃。其次，機(jī)床要處于充分熱機(jī)的狀態(tài)。再次，加工過(guò)程中冷卻液沖洗的位置正確，且刀柄及刀片狀態(tài)良好。最重要的是，工件安裝時(shí)要利用千分表將其找正到最佳狀態(tài)。
磨齒加工
按圖8所示將擺線輪安裝好后，以工裝中心孔定位將工裝安裝在磨床C軸上。由于磨齒工裝組裝后重量較大，并且沒(méi)有預(yù)留吊裝設(shè)備使用的空間，這給磨床工裝的裝夾定位帶來(lái)了困難，因此需要設(shè)計(jì)輔助工裝來(lái)完成工件的裝夾，輔助工裝可以快速完成擺線輪磨齒工裝的粗定位，同時(shí)在磨床頂尖夾緊前對(duì)工裝進(jìn)行支撐。輔助工裝的接觸圓弧中心比機(jī)床頂尖中心低0.5mm，當(dāng)磨床頂尖夾緊時(shí)，輔助工裝與磨齒工裝之間存在0.5mm的間隙，保證在磨齒時(shí)工裝之間不會(huì)發(fā)生干涉。砂輪的修整是擺線齒廓加工中的關(guān)鍵步驟，可以通過(guò)成型滾輪或CNC碟片進(jìn)行修整。工件加工完成后按圖進(jìn)行三坐標(biāo)測(cè)量。擺線輪齒廓的精度測(cè)試采用三坐標(biāo)逐點(diǎn)掃描法，將得到的曲線與修形目標(biāo)擺線對(duì)比，得出齒廓精度范圍。
圖 8 磨齒安裝圖
3 應(yīng)用效果
在擺線輪的生產(chǎn)過(guò)程中，升級(jí)后的生產(chǎn)基礎(chǔ)設(shè)施和生產(chǎn)設(shè)備為加工提供了穩(wěn)定的基礎(chǔ)，新設(shè)計(jì)的工裝夾具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔高效，可以保證生產(chǎn)的產(chǎn)品滿足設(shè)計(jì)要求，又便于操作人員的操作，快速完成工件的裝夾并在數(shù)控機(jī)床上完成加工。本套工裝的設(shè)計(jì)，顯著提高了產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率，使得擺線輪的日產(chǎn)量增加到了30套，同時(shí)保持了95%以上的合格率，生產(chǎn)效率提升了3倍以上。由于一組配合使用的擺線輪為先分組再一次加工，加工后的擺線輪無(wú)需再進(jìn)行測(cè)量挑選，裝配人員可以按標(biāo)記直接進(jìn)行組裝，從而提高了減速器的組裝質(zhì)量和生產(chǎn)效率。
4 結(jié) 論
本研究對(duì)擺線輪的生產(chǎn)工藝進(jìn)行了合理的優(yōu)化，詳盡介紹了新工裝的設(shè)計(jì)及使用過(guò)程，并闡述了新設(shè)計(jì)的工裝在實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用效果。優(yōu)化的生產(chǎn)工藝配合新設(shè)計(jì)的工裝，顯著提高了擺線輪的加工精度和一致性、減速器的裝配質(zhì)量和生產(chǎn)效率，大幅降低了制造過(guò)程中的人力和物力成本，為RV減速器行業(yè)帶來(lái)了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。
參考文獻(xiàn)：略
作者簡(jiǎn)介: 徐榮輝(1982-) ，男，本科，高級(jí)工程師，研究方向?yàn)闄C(jī)械設(shè)計(jì)與制造。