小齿数连续分度主动锥齿轮铣齿工艺技术研究

前言

随着汽车驱动桥产品系列化和模块化技术的发展，在设计大速比单级减速驱动桥齿轮副时，不可避免会出现主动轮齿数较少的情况。目前在使用的最少齿数有6齿或7齿。在之前的小齿数产品，大部分为格里森齿制，主要采用单分度加工工艺，通过合理的产品设计和刀具设计，可以实现大批量稳定加工。但当采用连续分度延伸外摆线齿制后，会出现一系列的加工困难。本文探讨通过工艺技术的改进，来实现该类产品的大批量稳定生产。

产品特点

大速比主动轮产品存在如下特点：首先是齿数较少，齿根圆与定位轴径尺寸相差不大甚至比轴径还小。其次，该类齿轮螺旋角较大，需要采用展成法加工，极易存在加工干涉情况。以某系列驱动桥为例，其速比为7/37时，其齿根圆直径小于轴承定位外圆尺寸，又由于所有速比轴承安装轴径相同，因此铣齿工装定位套轴径值不能设计过小。在产品试制初期，C50铣齿过程中将定位套切出齿槽，使得工装定位面减小，支撑刚度变差，导致齿轮齿跳等关键尺寸合格率较低无法实现产品批量生产。

由于工装在初次使用的过程中已经出现齿槽，再次安装工装进行使用时必须保证铣齿刀具再次加工已加工齿槽。因此，再次安装调整过程中难度较大，切换产品效率较低。

工艺改进过程

1.分析试制过程中损坏工装，确定产品毛坯更改方案。

铣齿过程中产品齿数过少、根锥角过小，受工装结构限制对工装定位套造成损坏。锥齿轮根锥角与工装结构关系如下图：

主动轮与铣齿工装位置关系

由于主动锥齿轮只有7齿，要达到齿轮加工要求齿深齿根位置已经到达工装内部，因此在切削过程中刀具就会对工装定位套进行切削。观察损坏齿轮夹具定位套切削深度由定位面起始端已被切穿，向下逐渐变浅直至脱离工装表面，工装定位面被切削后剩余面积过小，定位支撑过程中类似于点支承，工装被切削后支撑刚度变差导致齿跳等关键尺寸合格率低。

工装被切削后图示

考虑到刀具对工装的损坏由开始到结束深入浅出，可以将主动轮定位面上移，使刀具切削到工装定位套时深度已有所减小，较少对工装的损坏。为将主动轮定位面上移，设计新的毛坯交接图结构，增加轴承外圆与轮冠交接处的外径尺寸，使齿轮定位面下移。新旧交接图结构变化如图，改变出外径由φ80增加为φ，厚度为15。产品结构改变再进行铣齿加工时齿轮轮齿加工面上移，具体效果如下图。

改进前改进后

毛坯结构变化对比图

改进前改进后

工件与工装相对位置改变

毛坯改进后C50机床只需对齿轮加工安装距进行修改就可以完成铣齿工作，不会对铣齿效率及质量造成影响。结构改进后铣齿工序对工装损坏程度降低提高了工装夹紧定位稳定性，产品质量也可以稳定保证。

为了减少铣齿对工装夹具的损坏，毛坯结构增加了φ×15的轴径工艺台，在铣齿工序结束后对增加的工艺台再进行精车加工达到图纸工艺要求。

2.C50机床对齿功能的开发使用。

由于5.29锥齿轮副主动轮齿数较少根锥角较小的特殊性，C50铣齿工装单独设计使用，不能满足其他速比产品的使用加工。5.29速比主动轮工装在首次铣齿过程中已经被铣出齿槽，在再次使用工装加工时安装工装必须保证铣齿刀具再次加工上次已加工的齿槽，否则工装就会被切削报废。试制初期操作者再调整安装已开槽工装时使用多次尝试的方法进行安装调整工装，使得工装安装调整效率大大降低。

针对工装安装效率低的问题，技术人员重新研究C50机床操作说明书，查阅到关于加工已开槽工装安装调整的相关资料，根据资料编制相应操作指导书，大大提高了工装更换效率。

工装对齿操作指导

3.齿轮接触区的调整。

试制初期，齿轮成品配对后接触区位置较理想位置有所差异，被动锥齿轮凸面接触区偏向齿轮小端过大（理论位置应位于齿面中部或略偏小端）。

前期齿轮接触区位置

为调整齿轮接触区位置优化KIMOS锥齿轮副齿部参数设计，调整齿面接触区位置。

齿轮参数的调整

调整后接触区位置如下图：

由图可看出凸面位置变化明显位置较好得到明显效果。

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