一种双中间轴斜齿轮的单键键槽的加工方法

技术领域

本发明涉及齿轮加工领域，具体地涉及一种双中间轴斜齿轮的单键键槽的加工方法。

背景技术

双中间轴齿轮主要是用于中重载商用车的变速器上，它有两根一样的中间轴，采用对称布置，两根中间轴及其轴上的齿轮与主轴上相应的齿轮相互啮合，从而驱动主轴并输出扭矩与功率。中间轴上每个齿轮施加给输入轴齿轮和主轴齿轮的径向力大小相等而方向相反。因此，输入轴、主轴、输出轴只承受扭矩而不承受弯矩，这样就从结构上保证了双中间轴变速器在设计时能够减小中心距和各挡齿轮直径，减窄齿轮宽度并减小各轴径，从而使变速器的轴向尺寸变短、重量降低。充分体现了中心距小、齿轮窄、承载能力大、体积小、重量轻等优点。由于消除了主轴弯曲变形引起的齿轮啮合区的破坏，还有效降低变速器齿轮啮合的噪声，全面提高了齿轮的寿命，进一步延长了变速器使用寿命。

两根中间轴齿轮的对称度必须有相应的要求，否则，两根中间轴齿轮无法正确地与主轴及其上的齿轮装配。

传统的双中间轴变速器设计的双中间轴齿轮基本上都是设计成直齿，也主要是因为直齿相对于键槽的对称度相对来说容易加工，而且检测也方便。而本申请涉及的是一种双中间轴斜齿轮，即中间轴上的齿轮设计成斜齿轮，并且要求斜齿轮相对单键键槽有对称度要求，不仅检测难度大，而且加工难度也很大。见附图1。如图示，此中间轴上有两个左旋的斜齿轮，外径小的是Z12齿，外径大的是Z23齿。在轴的另一端有10mm宽的键槽，在装配时还需要装两个齿轮，也是左旋的齿轮。

中间轴上这两个斜齿轮因为齿数不同，它们之间不可能齿槽对齿槽的，但总有一个齿槽的中心线相对于键槽的中心线是要做到重合的。这样才能保证两根中间轴在装配过程中与主轴能够正确啮合。

要实现上述的要求还是有难度的，原因是斜齿轮的齿轮槽它相对于其本身的轴线是有螺旋角的，即斜齿轮的齿轮槽在任一垂直于中间轴轴心线截面的中心线都是不同的。所以就需要确定好一个固定的截面，在这个截面内，齿槽的中心线相对于键槽的中心线重合。

通过专利检索没发现有与本发明相同技术的专利文献报道，与本发明有一定关系的专利主要有以下几个：

1.申请号为CN202011007934.X，名称为“一种中间轴一档齿轮的滚齿夹具”，该专利公开了一种中间轴一档齿轮的滚齿夹具，包括压盖、压头座、弧形凸面座和弧形凹面座，所述弧形凹面座固定在所述压头座上，所述弧形凸面座套设在所述压头座上，所述弧形凹面座的凹面与所述弧形凸面座的凸面适配，所述压头座的端部设置有限位圈，所述弧形凸面座设置在所述限位圈和所述弧形凹面座之间，所述弧形凸面座的凸面紧邻所述弧形凹面座的凹面，所述压盖固定在所述弧形凸面座上，所述弧形凸面座滑动设置在所述压头座上，所述弧形凸面座与所述压头座之间设置有间隙，压盖的转动使得压盖端面与齿轮端面接触面积增大，压盖能够稳定压持在齿轮的端面，有效压持固定齿轮，提升了齿轮加工的精度。

2.申请号为CN202011007941.X，名称为一种中间轴的滚齿夹具，包括底座和夹头座，所述底座和所述夹头座可拆卸的连接，所述夹头座上设置有通孔，所述通孔内设置有安装套，所述安装套一端固定有弹性套，所述弹性套呈上大下小的结构，所述底座上设置有安装孔，所述安装孔内设置有顶尖，所述顶尖与所述安装孔胀紧固定，所述底座的与所述夹头座连接一侧设置有凹槽，所述凹槽内设置有连接座，所述底座上还设置有拉杆孔，所述拉杆孔内设置有拉杆，所述拉杆一端与所述连接座固定，所述凹槽内设置有使所述连接座沿着所述安装孔的轴线来回移动的让位空间，不需将底座从车床上拆卸，提升了对顶尖的检修和更换的效率，进而提高了对中间轴齿轮加工的效率。

通过对上述这些专利的仔细分析，虽然已经有专利提出了一些中间轴的滚齿夹具改进方法和结构，但这些专利并未涉及斜齿轮的加工，因此前面所提出的问题仍然存在，所以仍有待进一步加以研究改进。

发明内容

本发明的目的在于针对现有双中间轴斜齿轮的滚齿加工的不足，设计出了一种双中间轴斜齿轮的单键键槽的加工方法。本加工方法主要是针对的是斜齿轮，因为斜齿轮不同于直齿轮的地方在于斜齿轮在垂直于其轴心线的截面上齿槽中心线的位置都是不同的，而直齿轮则是任一截面位置齿槽中心线的位置都是相同的。斜齿轮相对于键槽对称度的要求比直齿轮的要难很多，直齿轮的承载大需要设计大，直齿啮合齿之间不是渐进式的，啮合容易产生冲击；斜齿轮啮合传动平稳、斜齿比直齿承载好；齿之间是渐进式的，啮合时+不容易产生冲击；使用加工方法制备的双中间轴斜齿轮精度高，加工效率好。

为达到上述目标，本发明的具体技术方案如下：

提供了一种双中间轴斜齿轮的单键键槽的加工方法，包括以下步骤：

S1.滚齿加工：将双中间轴斜齿轮的键槽位置与夹具上的键槽定位销对好位置后，将双中间轴斜齿轮放入夹具体内，使双中间轴斜齿轮的端面与夹具定位端面贴合，双中间轴斜齿轮产品轴颈端的下端顶尖孔与夹具的弹性下顶尖贴紧；实现双中间轴斜齿轮在夹具内的正确定位，启动循环，滚齿机处于加工状态，从而滚齿机开始加工产品；

S2.在程序的设定参数中，需要将窜刀间隔设定为0，同时取消窜刀激活；即在滚切加工过程中，保持恒定的同步关系；

S3.检测验证与调整：滚齿加工一个中间轴产品后，将产品进行对称度的检测；根据所测的对称度数值，经过计算，得出C轴应该回转的数值；按计算所得的数值修改滚齿机中的零点偏移中的C1中的数据后，重新加工下一个产品。

本发明的双中间轴斜齿轮的单键键槽的加工方法以斜齿轮的结构为依据，从检测方法，加工方法，夹具设计，机床调整等方面全面考虑，通过在夹具的径向的键槽定位销，来定位中间轴斜齿轮的键槽槽侧，可以有效地将某个齿槽相对于键槽的中心重合，保证不同的中间轴在装夹加工过程中始终处于同一个位置，从而实现滚齿时运转齿的某个齿槽相对于键槽保证在同一个正确位置，进而在成品装配时两中间轴与主轴能同时正确啮合。

本发明的双中间轴斜齿轮的单键键槽的加工方法可以增加双中间轴斜齿轮的滚齿的加工精度和加工效率。

进一步地，所述双中间轴斜齿轮的键槽槽侧的槽宽尺寸及键侧相对于外圆对称度在0.01以内。

进一步地，所述滚齿夹具的设计是保证对称度的前提条件，滚齿夹具需要以双中间轴斜齿轮的外圆、端面及键槽进行定位，所述键槽采用键槽定位销定位，中间轴的上下两顶尖定位。

进一步地，所述滚齿加工时，所述双中间轴斜齿轮先用手将中间轴往一个方向转动，待中间轴上的键槽侧面与键槽定位销的外圆接触后，再放上顶尖顶住中间轴有顶尖孔，然后再涨紧轴颈部的外圆。

进一步地，产品进行对称度的检测时，在距离中间轴定位面沿轴心线的位置取一个恒定的虚拟的测量平面，在这个平面内，检测出的齿槽中心线相对于键槽的中心线的偏移量；通过偏移量来判定合格或者需修正。

进一步地，对所测的对称度数值的结果进行分析，给出两个方向的偏移量，即在X轴的偏移量和A轴角度方向的偏移量；其中X轴方向的偏移量是评判数据，A轴角度方向的偏移量则是根据其偏移的数值，在滚齿机中的零点偏移中的C1中的修改其数据。

本发明的双中间轴斜齿轮的单键键槽的加工方法使用的夹具，包括由上至下安装的同轴设置的定位单元、夹紧单元和支撑单元；所述双中间轴斜齿轮包括轴颈部和运转齿；所述定位单元与中间轴斜齿轮的轴颈部外圆间隙配合，所述定位单元的定位面与运转齿的端面抵接，以将中间斜齿轮的轴颈部限位于定位单元内；在轴颈部外圆设置有键槽，所述定位单元的径向设置键槽定位销；以定位双中间轴斜齿轮的键槽槽侧；可以保证不同的中间轴在装夹加工过程中始终处于同一个位置，从而实现滚齿时运转齿的某个齿槽相对于键槽保证在同一个正确位置，进而在成品装配时两中间轴与主轴能同时正确啮合。

所述夹紧单元包括弹簧夹头和夹具体，所弹簧夹头通过所述夹具体的中间设置有腔体，以容纳双中间轴斜齿轮的端部；所述支撑单元为设置在连接单元底部的底座，所述底座上安装有弹性顶尖，所述弹性下顶尖以定位双中间轴斜齿轮的端部顶尖孔。与滚齿机的上顶尖定位中间轴的上端顶尖孔相配合，达到双中间轴斜齿轮的定位是以两端顶尖孔定位的目的。

本发明的双中间轴斜齿轮的滚齿夹具将定位单元、夹紧单元和支撑单元进行配合，通过在定位单元的周向设置键槽定位销，来定位中间轴斜齿轮的键槽槽侧，可以有效地将某个齿槽相对于键槽的中心重合，才能保证两根中间轴在装配过程中与主轴能够正确啮合。

本发明的双中间轴斜齿轮的滚齿的夹具可以增加双中间轴斜齿轮的滚齿的加工精度和加工效率。

进一步地，所述定位单元为中心孔设置有定位台阶的定位盘，所述定位盘包括与双中间轴斜齿轮轴颈部相贴合的定位套和锥套，所述锥套的外径尺寸由筒体向连接单元方向逐渐增加。

进一步地，靠近定位单元一端的所述连接单元的内壁设置有弹簧夹头，以夹紧双中间轴斜齿轮的运转齿的外径。

进一步地，所述夹紧单元还包括拉套，拉盘；所述夹具体包括内套和与内套贴合的外套，所述内套的内锥与弹簧夹头的外锥配合，在拉套和拉盘的拉力之下，使所述弹簧夹头与内套的锥度配合形成一个向内涨紧双中间轴斜齿轮轴颈部的力。

进一步地，所述内套的外周设置有环向密封圈。

进一步地，所述内套与外套通过键槽卡接和/或螺栓固定成为一体。

进一步地，所述底座的中心设置有拉盘，所述拉盘的上方设置有支承体，所述支承体包括本体，所述本体为凸台结构，所述凸台结构的中心设置有弹性下顶尖，所述弹性下顶尖对双中间轴斜齿轮的轴颈部端面轴向定位。

进一步地，所述凸台结构的内部设置有用于给弹性下顶尖提供伸缩的弹性体。

进一步地，所述弹性体的底部设置有螺母。

更进一步地，所述夹紧单元和支撑单元间设置有过渡连接单元，所述过渡连接单元一端伸入夹紧单元内壁，另一端伸入支撑单元的内壁。

与现有技术相比，本发明的双中间轴斜齿轮的滚齿的夹具的有如下优点：

本发明的加工方法保证双斜齿轮的两斜齿对称度的前提条件，以外圆，端面，键槽定位，采用上下两顶尖定位，涨紧另一个外圆；键槽采用键槽定位销定位，保证对称度控制在0.05以内。

本发明的双中间轴斜齿轮的滚齿的夹具将定位单元、连接单元和支撑单元进行配合，通过在定位单元的周向设置键槽定位销，来定位中间轴斜齿轮的键槽槽侧，可以有效地将某个齿槽相对于键槽的中心重合，才能保证两根中间轴在装配过程中与主轴能够正确啮合。

本发明的双中间轴斜齿轮的滚齿的夹具可以增加双中间轴斜齿轮的滚齿的加工精度和加工效率。本装置可靠性较高，安装和使用方便。

附图说明

图1为本发明所述双中间轴斜齿轮的结构示意图。

图2为本发明所述双中间轴斜齿轮的滚齿加工位置的结构示意图。

图3为本发明的双中间轴斜齿轮的滚齿的夹具的结构示意图。

其中，1.定位盘，2.内六角圆柱头螺钉一，3.弹簧夹头，4.夹具体，41.外套，42.内套42，5防转螺钉，6.本体，7.拉套，8.定位尖体下顶尖，9.弹性体矩形弹簧，10.螺母，11.等高柱，12.内六角圆柱头螺钉二，13.底座，14.内六角圆柱头螺钉四，15.拉盘，16.内六角圆柱头螺钉三，17.键槽定位销，18.环向密封圈，20.连接座，21.底座，100.双中间轴斜齿轮，101.杆部，102.运转齿。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明做进一步的描述。

实施例1

如图1-图3所示，本实施例中的双中间轴斜齿轮100包括轴颈部101和运转齿102，如图所示，本中间轴上有两个左旋的斜齿轮，外径小的是Z12齿，外径大的是Z23齿。在轴的另一端有10mm宽的键槽，在装配时还需要装两个齿轮，也是左旋的齿轮。本实施例以此种结构的双中间轴斜齿轮为例进行进一步的阐述和说明。

本实施例的双中间轴斜齿轮的滚齿的夹具包括由上至下安装的同轴设置的定位单元、夹紧单元和支撑单元，本实施例中的定位单元与夹紧单元通过内六角圆柱头螺钉一2固定连接。

具体地，定位单元与双中间轴斜齿轮的轴颈部101外圆接触配合，定位单元的顶端与运转齿102的端部抵接，以将双中间轴斜齿轮的杆部101限位于定位单元内；在杆部101外圆设置有键槽，定位单元的径向设置键槽定位销17；以定位双中间轴斜齿轮100的键槽槽侧；定位单元为中心孔设置有定位台阶的定位盘1，定位盘1包括与双中间轴斜齿轮杆部相贴合的筒体和锥台，所述锥台的外径尺寸由筒体向连接单元方向逐渐增加。

本实施例中的连接单元包括夹具体4，夹具体4的中间设置有腔体，以容纳的双中间轴斜齿轮的端部；支撑单元为设置在连接单元底部的底座21，底座21上安装有支承体，支承体以定位双中间轴斜齿轮的端部顶尖孔。夹具体4包括外套41和与外套41贴合的内套42，外套41与内套42通过键槽卡接和/或螺栓固定成为一体。本实施例中的是通过防转螺钉5周向进行固定。

外套41的一端与弹簧夹头3的端部对接，使所述弹簧夹头3与外套41形成一个多锥度的容置腔体。外套41的外周设置有环向密封圈18。

本实施例，靠近定位单元一端的连接单元的内壁设置有弹簧夹头3，弹簧夹头3整体为锥台状与外套41内壁贴合以夹持双中间轴斜齿轮的运转齿102的外径。

本实施例中的底座21的中心设置有拉盘15，拉盘15通过6个内六角圆柱头螺钉四14固定连接，内六角圆柱头螺钉四14的外径设置有6个等高柱11，6个等高柱11用6个螺钉将拉盘15与拉套7连接在一起，拉套7与弹簧夹头3连接在一起。该拉盘15的上方设置有支承体，支承体包括本体，本体为凸台结构6，其凸台结构6的中心设置有弹性下顶尖8，本弹性下顶尖8对双中间轴斜齿轮100的轴颈部101端面的顶尖孔轴向定位。并且，凸台结构6的内部设置有用于给弹性下顶尖8提供伸缩动力的弹性体9的底部设置有螺母10。

夹紧单元和支撑单元间设置有过渡连接单元，过渡连接单元一端伸入夹紧单元内壁，另一端伸入支撑单元的内壁。本实施例中的过渡连接单元为连接座20，夹紧单元、过渡单元和支撑单元依次放置，通过内六角圆柱头螺钉二12和内六角圆柱头螺钉三16固定连接。

本实施例的双中间轴斜齿轮的滚齿的夹具保证双斜齿轮的两斜齿对称度的前提条件，以外圆，端面，键槽定位，采用上下两顶尖定位，涨紧另一个外圆；键槽采用键槽定位销定位，保证对称度控制在0.05以内。

本发明的双中间轴斜齿轮的滚齿的夹具将定位单元、连接单元和支撑单元进行配合，通过在定位单元的周向设置键槽定位销，来定位中间轴斜齿轮的键槽槽侧，可以有效地将某个齿槽相对于键槽的中心重合，才能保证两根中间轴在装配过程中与主轴能够正确啮合。

本发明的双中间轴斜齿轮的滚齿的夹具可以增加双中间轴斜齿轮的滚齿的加工精度和加工效率。本装置可靠性较高，安装和使用方便。

实施例2

本实施例中的双中间轴斜齿轮的单键键槽的加工方法，包括以下步骤：

S1.滚齿加工：将双中间轴斜齿轮的键槽位置与夹具上的键槽定位销对好位置后，将双中间轴斜齿轮放入夹具体内，使双中间轴斜齿轮的端面与夹具定位端面贴合，双中间轴斜齿轮产品轴颈端的下端顶尖孔与夹具的弹性下顶尖贴紧；实现双中间轴斜齿轮在夹具内的正确定位，启动循环，滚齿机处于加工状态，从而滚齿机开始加工产品；

S2.在程序的设定参数中，需要将窜刀间隔设定为0，同时取消窜刀激活；即在滚切加工过程中，保持恒定的同步关系；

S3.检测验证与调整：滚齿加工一个中间轴产品后，将产品进行对称度的检测；根据所测的对称度数值，经过计算，得出C轴应该回转的数值；按计算所得的数值修改滚齿机中的零点偏移中的C1中的数据后，重新加工下一个产品。

本发明涉及的双中间轴斜齿轮加工，其大致的工艺流程如下：

下料——锻坯——正火——铣打中心孔——粗车——粗磨外圆一——精车外圆、端面——粗磨外圆端面二——铣键槽，铣槽——滚齿一——滚齿二——铣棱一——铣棱二——剃齿一——剃齿二——热处理——强喷——校直——研磨中心孔——磨外圆端面一——磨外圆端面二——热后车削一——热后车削二——磨齿——清洗——打印——成品检验。本程序中的滚齿、铣棱、剃齿均是要分两次装夹才能磨好。

从以上工艺流程来看，决定中间轴斜齿轮能否保证对称度的关键在粗磨外圆端面二——铣键槽，铣槽——滚齿一——滚齿二这几道工序。粗磨外圆端面二保证外圆的跳动在0.01以内，是为了保证滚齿时有一个很好的定位基准，铣键槽在立加上加工，要保证键槽相对于外圆的对称度0.01以内。键槽也是其定位基准。真正保证其对称度的工序是滚齿一和滚齿二。

滚齿工序是在南京数控滚齿机YS3140CNC上加工，主要是利用切削参数以及C轴的参数调整，使得齿轮的对称度达到图纸要求。

具体操作步骤为：

1、加工双中间轴斜齿轮前，操作者先将双中间轴斜齿轮的轴颈部外圆，端面，上下两端顶尖孔等定位面用气枪吹干净，然后将双中间轴斜齿轮的键槽位置与夹具上的键槽定位销17对好位置后，轻轻将双中间轴斜齿轮放入夹具体内，此时双中间轴斜齿轮的端面与夹具定位端面贴合，而双中间轴斜齿轮产品轴颈端的下端顶尖孔与夹具的弹性下顶尖8贴紧。

2、操作者用手将双中间轴斜齿轮沿产品圆周方向顺时针旋转，使双中间轴斜齿轮的键槽侧面与夹具体4上径向方向的键槽定位销17的外圆贴紧后，按下滚齿机上操作面板的“尾架下”按键，使滚齿机的上顶尖下移，使上顶尖与双中间轴斜齿轮的上端部的顶尖孔贴紧，实现双中间轴斜齿轮在夹具内的正确定位，再将操作面板上的工件“夹紧，松开”的旋钮旋向夹紧的位置，使夹具夹紧双中间轴斜齿轮的轴颈处的外圆。

3、启动循环，滚齿机处于加工状态。

4、加工完毕后，将操作面板上的工件“夹紧，松开”的旋钮旋向松开的位置，夹具松开。再按下操作面板的“尾架上”按键，使滚齿机的上顶尖上移，操作者再将双中间轴斜齿轮轻轻拿出。

以下从工艺流程对技术方案进行详细阐述。

1.中间轴的锻坯采用铣打机，先铣平中间轴两端的平面，再顶打中心孔。

2.以两端中心孔定位，粗车外圆端面。

3.以两端中心孔定位，粗磨精车夹持外圆。

4.在数控车床上采用一夹一顶精车外圆端面。

5.在立架上进行中间轴的单键铣槽，保证键槽槽侧的槽宽尺寸及键侧相对于外圆对称度0.01以内。

6.在南京数控滚齿机YS3140CNC上，先将中间轴放入夹具内，中间轴的中心孔与夹具里的弹性顶尖定好位，由第一个人手动旋转中间轴顺时针旋转至中间轴的键槽槽侧与夹具的单键键槽定位销牢固贴死后，由第二个人在操作面板上执行双手操作，同时点按“双手操作”和“尾架下”两个按钮，让尾架的上顶尖顶住中间轴的上端中心孔后，再同时点按“双手操作”按钮和“工件夹紧”旋钮，从而实现中间轴的系统夹紧。在这个过程中，第一个人用手带动旋转的手必须保持这个方向和力度，直到第二个人完成工作夹紧的步骤后，第一个人才能松开双手；这时启动循环，滚齿机开始加工产品。

7.在程序的设定参数中，需要将窜刀间隔设定为0，同时取消窜刀激活。即在滚切加工过程中，一定要保持恒定的同步关系。否则会造成对称度的紊乱。

8.滚完一个中间轴产品后，将产品送到三坐标进行对称度的检测。以检测Z12为例，在距离中间轴定位面沿轴心线170.5的位置取一个虚拟的测量平面，在这个平面内，可以检测出Z12的齿槽中心线相对于键槽的中心线的偏移量。如果偏移量在图纸要求的范围内则是合格的，如果不在范围内，则需要进行调整。

9.具体调整步骤：①根据三坐标所测量的结果进行分析。一般会给出两个方向的偏移量，即在X轴的偏移量和A轴角度方向的偏移量。其中X轴方向的偏移量是评判数据，A轴角度方向的偏移量则是根据偏移的数值，在基本按钮里找到C轴的坐标。将计量的数据进行处理后，如果是正值就在C轴现有的这个值的基础上减去偏移量，如果是负值就在C轴现有的这个值的基础上加上偏移量，再将修改后的数值输入后保存。

②重复以上步骤6-步骤8，加工后送检合格后，此方法可以将对称度控制在0.05以内。

本发明的双中间轴斜齿轮的单键键槽的加工方法以斜齿轮的结构为依据，从检测方法、加工方法、夹具设计、机床调整等方面全面考虑，通过在夹具的周向的键槽定位销，来定位中间轴斜齿轮的键槽槽侧，可以有效地将某个齿槽相对于键槽的中心重合，才能保证两根中间轴在装配过程中与主轴能够正确啮合。