汽車變速箱軸類外圓直線度加工研究

沈俊澤 謝建勛 蘆 杰

（格特拉克（江西）傳動系統有限分司，江西 南昌330000）

直線度屬于形狀公差中的一種，形狀公差是指單一提取（實際）要素形狀的允許變動量。外圓直線度公差定義代表的是單一實際直線允許的變動量。用來控制平面、空間的形狀誤差。

a. 在給平面內誤差

位于平行于投影面而且距離為公差值0.1mm 的兩平行直線內。在給定平面內，公差帶是距離為公差值t 的兩平行直線之間的區域。

b. 在任意方向上誤差

任意方向上的直線度“￠”，公差帶是直徑為公差值t 的圓柱面內的區域。被測圓柱體直徑d 的軸線必須位于直徑為公差值0.04mm 的圓柱面內。

c. 在給定方向上誤差

給定方向上的直線度是指直線度公差帶是距離為t 的公差值，兩平行平面之間的區域0.02 的兩平行平面內的公差值0.02，棱線必須位于箭頭所指方向距離為公差值0.02mm 的兩平行平面內。

直線度誤差的檢測一般可采用“與理想要素比較原則”、“測量特征原則”、和“控制實段邊介原則”。其中“與理想要素比較原則”應用最多。這時理想直線采用以下兩種形式來體現：(1)實物形式體現理想直線，可采用平尺、刀口尺（樣板直齒）、精密平板和拉緊鋼絲等來體現理想直線；(2) 自然物理形式體現理想直線。異響如果超過技術要求，機床將產生較大的動載荷和噪聲，從而影響其工作性能和使用壽命，嚴重時會導致產品的早期損壞。例如，透平葉片因振動而產生的斷裂，可以引起嚴重事故。由于目前機械結構越來越趨于現代化，加速度逐漸提高，抖動的風險尤為突出。汽車主要部件變速箱中很多零件的直線度要求都是為了減低車輛振動、噪音，異響，這是提高傳動穩定性的根本方法，這也會影響汽車變速器的性能、質量、壽命。在汽車變速器中，尤其是軸類外圓直線度生產中的持續性、穩定性水平。已保證軸類外圓直線度加工在整車中充分發揮其優勢的重要依據。

1 加工原理分析

公司QUICKPOINT 3000 磨床國內先進的設備，其原理是采用點接觸式進行的高速切削法，采用僅幾毫米寬，難磨損的砂輪，材料是立方氮化硼，依據砂輪刀具前段斜角設計，與水平夾緊的工件之間的傾斜產生一個后角，使砂輪與零件的工作區域從線接觸轉化為點接觸，以達到高速精磨切削的目的，再編寫產品的加工程序，使刀具刃類似車刀走程序，適應不同外徑，軸長，形狀的外圓加工，達到產品上各種各樣的外圓公用一塊砂輪的萬能磨削。就節省節拍時間而言，和就處理效率而言，通過一次裝夾完成各類工件整體磨削的優勢繁多。QUICKPOINT 3000 磨床提供一系列配置選項供用戶選擇，不管是標機還是定制機都可按需配置以匹配當前加工任務。附加測量系統，全自動系統，與現有生產線連接生產，這一切都共同成就了按客戶需求量身定制的方案。QUICKPOINT 3000 圓磨床在安裝后同樣可以靈活換型改造：如有需求，即刻改造，各種加工任務都不在話下。并且機床可隨時加入工廠網絡。QUICKPOINT 3000 磨床不僅精于諸如軸向，直切，和斜切等基本磨削工藝，同樣對諸如型面，溝槽，螺紋和平面等磨削工藝駕輕就熟。內外圓磨削工藝亦可結合使用。圓磨床加工的典型工件包括各類軸和螺栓，如齒輪軸，增壓器轉子和轉子軸。QUICKPOINT 3000 磨床是符合各類生產批次和柔性要求的理想機床。

針對帶有直線度要求的軸類外圓，需單獨建立相匹配的砂輪主參數，砂輪主參數中設置2 次光磨程序，改善首次磨削時產生的紋理。

2 加工程序設定

為了滿足設計、制造、維修和普及的需要，在輸入代碼、坐標系統，加工指令、輔助功能及程序格式等方面，國際上已經形成了兩種通用的標準，即國際標準化組織(ISO)標準和美國電子工業學會(EIA) 標準。我國機械工業部根據ISO 標準制定了JB3050-82《數字控制機床用七單位編碼字符》、JB3051-1999《數字控制機床坐標和運動方向的命名》、JB3208-1999《數字控制機床穿孔帶程序段格式中的準備功能G 和輔助功能M 代碼》。

由于各個數控機床生產廠家所用的標準尚未完全統一，其所用的代碼、指令及其含義不完全相同，因此在編制程序時必須按所用數控機床編程手冊中的規定進行。數控編程人員必須掌握與數控加工相關內容的知識，包括數控加工原理、數控機床及其原理、機床坐標系，數控程序結構和常用數控指令等。數控加工工藝分析和規劃將影響數控加工的加工質量和加工效率，因此，數控加工工藝分析和規劃是數控編程的核心內容。主要包括有加工區域的劃分和規劃，刀軌形式與走刀方式的選擇，刀具及機械參數的設置和加工工藝參數的設置。

對于Ranger82 有外圓直線度要求的中間軸零件，對該零件的直線度要求進行的加工程序編寫，如下所示：

2.1 在設備QUICKPOINT 3000 的程序界面加工列表，對外圓Φ52（-0.015,-0.034）的直線度要求，創建加工砂輪刀具的的主切削路徑，通過加工設備的特殊方法，使工件能夠滿足直線度尺寸的要求，從切削起點坐標（x:51.9755,z:50.7）開始進行Z 方向的切削，為使外圓平行度、直線度、圓度、傅里葉要求，Z 的切削路徑上設立兩個中途點（X:51.9755,Z:56）、（X:51.9755,Z:60），最后切削加工到達出刀的終點位置（X:51.975,Z:65.7）。

2.2 進行完第一遍主磨削加工后，為獲得更好的直線度水平，增加第一次無余量磨削程序，并且為了獲得更好的圓度、平行度、傅里葉水平，磨削方案經過的坐標必須要和等于與第一次主磨削中坐標，同樣經過中間坐標（X:51.975,Z:50.7）、（X:51.975,Z:56）、（X:51.975,Z:60）、（X:51.975,Z:65.7）。

2.3 完成第一次無余量磨程序后，為進一步優化直線度水平，同2.2 步驟，補充進行第二次無余量磨削程序，同樣經過加工點位（X:51.975,Z:50.7）、（X:51.975,Z:56）、（X:51.975,Z:60）、（X:51.975,Z:65.7）。

2.4 復核程序中加工路線

2.4.1 檢查切削起點（X:51.975,Z:50.7），與零點位置距離Z50.7，相對于砂輪刀刃位于其左側，較零件在左邊的端面長度尺寸Z41.62 留有間隙，不會與左邊端面發生碰撞。

2.4.2 檢查磨削的終點位置（X:51.975,Z:65.7），相對于零點的位置間隔Z65.7,相對于砂輪的磨削刃右邊，相對零件右邊端面長度Z69.3 留有間隙，不會與右邊端面發生碰撞。

2.5 按照常規操作，進行加工進退刀、進刀安全點的設置，通過無實物運行檢測程序無異常后進行加工驗證。

3 驗證結果比較分析

對比分析法通常是把兩個相互聯系的指標數據進行比較，從數量上展示和說明研究對象規模的大小，水平的高低，快慢，以及各種關系是否協調。能夠把客觀事物加以分析對比，以達到認識事物的本質和規律并做出正確的評價。

在比較分析中，選擇合適的比較基準是很重要的一環，如果選擇不合適，評估可能得出相反的結論，選擇的合適，才能做出正確的結論。

驗證的中間齒軸零件特性要求，取3 件進行驗證，結果如下：

a.產品外圓直徑要求Φ52（-0.015,-0.034）；結果：Φ51.979、51.978、ΦΦ51.98。

b.產品外圓粗糙度要求Rz2，Rmax3.2，Mr2，RVK0.3, RK0.3，RPK0.18。

結 果 Rz1.0-1.8，Rmax2.1-2.8，Mr1.2-1.6，RVK0.12-0.19,RK0.13-0.25, RPK0.08-0.16。

c.產品外圓直線度要求0.004，中凹要求0.001；結果：直線度0.0015、0.0021、0.0023，中凹0.0002-0.0004。

d.產品圓度要求0.004，；結果：圓度0.0014-0.0026。

4 過程能力分析

沃特休哈博士在在1928 年提出，每一個方向都會受時間和空間的影響，及時在理想條件下獲得的一組數據，也會存在一定的隨機誤差，但某一個結果超出隨機誤差的允許范圍時，運用數據統計的方法，可以判斷結果是異常的，過程能力分析是質量意識的門主方式。若是否決定對其設備進行改動，以反映過程能力的改進情況，就必須對過程度量基線進行測算。

過程能力取決于人機料法環測等幾個因素，包括了機器設備精度、材料性能、工藝方案、操作工人的工作技能以及其他等要求。依據過程能力的數量指標結論，以及現場的加工情況，也可以相應地放松或縮緊標準線的控制要求。設備工序過程能力指該工序過程在要求正常的狀態下，能穩定、合格地加工出零件的實際能力。過程能力指數用Cp 、Cpk 表示；以下開始進行過程能力分析：

4.1 依據GETRAG 的GCG_803007 的標準進行過程加工能力的分析，連續不間斷進行加工200 件，設備加工中不可以進行機床的補償，只能進行手動的尺寸調整，分析中間軸零件外圓Φ52（-0.015,-0.034），，對結果分析，并收集樣本數量25，容量是3，得到了連續加工75 件零件外徑數據，如下：

圖1

運用Q-DAS 軟件分析設備加工過程能力：從如下結果可知，在一定的容量內，樣本數據排列符合正態分布，設備加工過程能力CP、CPK 合格（圖2）。

圖2

4.2 現場連續加工零件，60 個零件為一組，一共加工2 組，在此要求下，零件外圓直線度的水平，全部合格。

5 結論

5.1 使用外圓磨床QUICKPOINT 3000 加工，能夠實現Ranger82 變速箱軸類直線度外圓零件要求精度的生產。

5.2 此加工方式可以滿足公司零件的性能要求，對提高Ranger82 變速箱的傳動穩定性，減少嘯叫的產品起到有效作用。

5.3 試驗結果表明：使用該加工方案加工產品Major 特性的加工能力CP≥1.67,CPK≥1.33，滿足批量生產的加工能力要求，可作為延展設計的依據及基礎。