齒輪箱殼體數控高精度加工技術的研究

摘要：齒輪箱殼體的加工精度高，工藝難度較大，特別是國外精度等級高的高速齒輪箱。文章通過技術人員潛心研究、精益求精，操作先進的數控加工設備，調試了設備的精度、刀具、工裝、工藝參數、多種加工方法，對齒輪箱殼體第一件和正式件進行加工，研究出了一套高精度齒輪箱殼體小批量加工生產的合理、優化、新的工藝技術方案。

關鍵詞：齒輪箱殼體；數控機床；加工技術；形位公差；同軸度；

0.前言

箱體零件是機器或部件的基礎零件，它把機器及其部件中的軸、軸承套和齒輪等零件按一定的相互關系裝配成一整體，使這些零件保持正確的相對位置，彼此能協調地工作。因此，箱體零件的制造精度將直接影響機器或部件的裝配質量，進而影響機器的使用性能和壽命。因而箱體一般具有較高的技術要求。

1. 箱體類零件的數控加工技術

1.1.零件的結構及特點

結構形狀復雜、壁薄且不均勻，內部呈腔形，加工部位多，既有狹狹窄平面和微小孔系，還有較多的緊固螺紋孔等，加工精度要求較高，加工難度大。

1.2.零件材料

箱體材料一般選用HT200～400的灰鑄鐵，其成本低，且具有較好的耐磨性、可鑄性、可切削性和阻尼特性。有些采用鋼材焊接結構，精度要求較高的箱箱體類零件則選用耐磨鑄鐵。

1.3. 零件的主要技術要求

1.3.1.孔尺寸精度、幾何形狀精度和表面粗糙度

一般機床床頭箱，主軸支撐孔精度為IT6級，表面粗糙度為Ra0.8～1.6μm，其他支撐孔精度為IT6～IT7級，表面粗糙度為Ra1.6～3.2μm。幾何形狀精度一般應在孔的公差范圍內。

1.3.2. 支撐孔之間的孔距尺寸精度及相互位置精度

箱體上有齒輪嚙合關系的相鄰孔之間，需要有一定的孔距尺寸精度及平行度要求，一般的中心距公差0.02～0.08mm，軸心線平行度0.03～0.1mm。箱體上同軸線孔應有一定的同軸度要求，同軸度為0.03～0.1mm。

1.3.3.主平面的形狀精度、相互位置精度和表面粗糙度

一般機床箱體裝配基面和定位基面的平面度為0.03～0.1mm表面粗糙度為Ra1.6～3.2μm。其他平面對裝配基面也有一定的尺寸精度和平面度要求，如一般平面的平行度為0.05～0.2mm，平面間的垂直度為0.1mm。

1.3.4. 支撐孔與主平面的尺寸精度及相互位置精度

箱體上個支持孔對裝配基面有一定的尺寸精度和平面度要求；對斷面有一定的垂直度要求。

1.4.箱體零件的加工工藝

1.4.1.平面及支承孔的加工

中、小件箱體一般在牛頭刨床或普通銑床上進行，大件在龍門刨床或龍門銑床上進行。直徑小于50mm的孔，一般不鑄出，可采用鉆-擴-鉸的方案。對于已鑄出的孔，可采用粗鏜-半精鏜-精鏜的方案。精鏜后，用浮動鏜刀片進行精細鏜，對于箱體上的高精度孔，采用珩磨、滾壓等工藝方法。

1.4.2. 加工流程順序

1.4.3.定位基準的選擇

1.4.3.1.粗基準的選擇：

① 重要孔的加工余量均勻，孔壁的厚薄盡量均勻，其余部位均有適當的壁厚。

② 裝入箱體內的回轉零件應與箱壁有足夠的間隙。

③ 注意保持箱體必要的外形尺寸，應保證定位穩定，夾緊可靠。

1.4.3.2.精基準的選擇：

① 一面兩孔。箱體利用底面及其上的兩孔作定位基準，加工其它的平面和孔系。

② 三面定位。箱體上的裝配基準一般為平面，而它們又往往是箱體上其它要素的設計基準。

2.齒輪箱殼體第一件加工

2.1.齒輪箱殼體加工概況

2.2.第一件試制

根據齒輪箱殼體零件的材料、結構特點，根據箱體上孔尺寸、幾何形狀、表面、支撐孔之間的孔距尺寸、相互位置等精度的主要技術要求，根據箱體零件主要表面加工的方法、擬定工藝的過程、定位的基準等加工工藝，以及工廠數控加工設備精度、刀具、工裝、加工工藝參數。部分加工階段程序內容如表1所示。

在對第一件齒輪箱殼體精加工完成后，對其進行了三坐標的測繪。實測數字與設計圖數字對比情況詳見圖1所示。

圖1 實測數據與設計圖數據對比圖

實測與設計對比超差數據見表2所示：

3. 調試加工后的主要情況

首先，肯定第一件齒輪箱殼體工藝方案的可行性、合理性。

其次，將此件齒輪箱殼體各主要孔進行擴大，通過補償孔中心坐標達到C-C剖視圖中孔同軸度要求。各個孔重新鏜過程如下：

4.齒輪箱殼體正式件的加工

4.1. 主要工藝

圖2 正反端面內孔同軸度加工圖

4.1.3. 切削刀具選擇。在加工深孔或用高速鋼刀具時，宜選擇較低的進給速度，一般在20～50m/min范圍內選取。刀片在粗、精加工過程中選擇的具體參數，見表4所示。

刀具的粗、精加工參數表 表4

4.2.檢測報告

加工后，齒輪箱殼體正式件的主要形位公差尺寸完全達到設計要求。如表5所示：

正式件加工檢測尺寸表 表5

5. 結言

高精度的齒輪箱加工技術難度特別高，加工困難。但技術人員不畏艱難、潛心研究、精益求精，通過先進的數控加工設備，研究出了一套高精度齒輪箱殼體加工生產的新工藝技術。加工出的產品合格，得到了客戶肯定與贊揚，公司加工精度等級高零件的技術能力得到提高。

參考文獻：

[1]齒輪箱殼體的靜力和振動阻尼研究 Syed Rizwan Ui Haque 哈爾濱工程大學 2010-05-01

[2]脈沖電化學及電化學機械齒輪光整與修形加工技術研究 龐桂兵 大連理工大學 2005-04-01

[3]碳纖維復合材料回轉殼體數控加工技術研究 康永峰 大連理工大學 2008-11-01

[4]大規格高精度螺旋錐齒輪加工技術研究 曾亦愚 中南大學 2012-06-01

[5] 螺旋錐齒輪脈沖電化學及電化學機械光整加工技術研究 馬寧 大連理工大學 2010-04-01