使用双联插刀解决多联齿圈插齿的工艺分析及应用

使用双联插刀解决多联齿圈插齿的工艺分析及应用

张超   

[ 西安法士特汽车传动有限公司，西安 710119 ]

【摘 要】齿圈类零件在实际生产中多使用插齿工艺。对于多联齿圈，在加工中往往需要分别单独工序加工，即每工序单独设计工装刀夹具、单独调整，加工过程较复杂。本文讨论了使用一种双联插刀提高加工效率及便利性的应用。

【关键词】  插齿  双联插刀

一、引言

部分具有多联齿的齿圈，其不同齿之间具有一定位置关系。在普遍的加工方法中，针对每处齿部的加工单独设计工装刀夹具，在加工时分别调试，加工过程较为繁琐，且相关齿之间的位置关系(同轴度等)不能较好的保证。本文以某大型齿圈齿部加工为例，分析并介绍了一种使用双联插齿刀完成加工的解决方案。

二、背景分析

齿轮传动广泛应用于现代生产生活的方方面面，在汽车、机械设备中占有非常重要的比例，齿轮的加工制造是制造业非常重要的一环。常见的齿加工方案主要有滚齿、剃齿、插齿、磨齿、珩齿等工艺，在实际生产中，工艺方法的选择受结构限制、精度要求、加工成本等所制约。本文以一种常见大型齿圈的插齿加工为例，介绍了一种使用双联插齿刀完成加工的解决方案。

大型齿圈类零件通常包含多处外齿（含花键）/内齿，对于其齿部加工，通常所采取的方案为：针对其每一个齿所在齿圈结构上的位置，设计针对性的定位夹紧工装及刀具，将每一处齿部加工设计为单独的插齿工序，在生产时，针对每一序分别进行设备调试、生产。这种方法能够完成所有齿部的加工，然而，对于具有多个齿的齿圈，其调试次数与零件所具有的内外齿数量成正比，造成工作量翻倍增加。某零件如图1，在其齿圈结构上共有3个齿，分别为外齿C、内齿A和内齿B。其设计图要求齿C对齿A节圆（基准）具有同轴度要求。对于此零件，常规的加工思路自然会带来一系列的问题：

1.需要针对每个齿部设计针对性的工装夹具以及刀具，齿的数量越多，设计人员工作量及工装投入成倍数增加。

2.实际生产中，3处齿圈插齿工序需要每处齿圈进行一次加工，即需要多次换产调试，造成生产效率低下。

3.每处齿圈单独装夹加工，对于设计所要求的齿圈C和A同轴度较严格的要求，只能通过工装精度的提升来保证，不仅增加成本，且存在无法保证精度要求的风险。零件齿C对齿A基准跳动要求0.2，Fp0.15，薄壁齿圈在加工过程中变形大， 多次不同位置装夹，在类似零件的加工经验中， 此类加工精度约0.15左右，在热处理变形后，导致零件跳动极有可能超出0.2要求，不能满足图纸要求。

三、解决方案

以前述零件为例,该零件具有A、B、C三个齿，其中齿A分圆为基准S，

齿C对基准S有同轴度要求。若以常规方法，该齿圈ABC三个齿，分别针对性设计三套工装（部分通用）、三把插刀，现场加工需要调试三次，极大占用设计工时及加工时间。

通过对零件结构分析，该零件除齿B单独加工外，齿A和齿C可使用同一方案，若将A和C所用刀具设计为一个整体，则可以在一次装夹中加工完成。

1.首先，现有数控插齿机具备双联齿插齿程序的设置功能，在插齿程序编

辑中，加入双联齿数据，即可将两个齿的插削参数设置为一个加工程序。

2.装夹方案的设计。对于该零件的特征，对于A齿、C齿科通过夹持大端外圆的方式一次性装夹，装夹方案如图1所示。通过这样的装夹方案可使A、C齿满足一次性装夹。

3.双联插刀的设计。

双联插刀，即将两个参数不同的插刀合并设计于一把刀柄上，从而满足一次性加工。复合插刀图如图2所示，加工时，使用刀2加工齿A，使用刀1加工齿C，在一次装夹中完成双联齿的加工。双联插齿刀实物如图3所示。

在实际加工过程中， 如图4所示。使用零件大端定位并夹紧。将A齿和C齿同时置于朝上的位置，保证两个齿部均满足插齿状态下不干涉的空间条件。将复合插刀安装于插齿机刀位。插齿机插削程序按双联齿编辑完成。

调试时，需要根据两联齿的上下关系，确定插齿机的凸轮行程。同时根据两联齿的分圆大小，确定刀架的水平移动行程位置。对每一个齿实际加工的进刀/出刀点要重复确认，对两联齿加工衔接时刀具的移动路径需要作出确认，防止发生撞击、干涉等故障。

双联插齿加工方案，提高了加工的便利性，同时使得零件精度得以保证，本次使用双联插刀加工的零件成品跳动累积均较好，如图5。

图5

四、小结

从本文双联齿零件应用双联插刀的情况，总结出其在应用过程中的一些特点：

1.双联齿在加工中，只需要一次装夹，极大地节省了操作人员的调试时间，

同时节省了一次换产时间。

2.具有位置关系(同轴度)的两个齿，通过一次装夹加工，使的加工方法能

够于图纸基准要求相一致，满足了设计要求。

同时，在应用双联插齿刀时，也存在一些不足的地方，有待后续改善：

a.零件夹持方案确定难度稍大。需要同时考虑两个齿的加工，因此装夹方

案需要兼顾两个齿圈的装夹刚性。

b.双联刀在对刀和插削过程中的限位设置难度较大。

c.双联插刀修磨难度大。某一把刀的修磨导致两把刀前刀面距离发生变化，容易在加工过程中发生干涉，因此在修磨双联插刀时，要考虑两把刀互相的干涉关系。

参考文献：

[1] 何七荣. 机械制造工艺与工装 （第二版）. 高等教育出版社出版，2007

[2] 田培棠. 齿轮刀具设计与选用手册. 国防工业出版社出版，2011

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