升船机齿轮轴加工工艺制造技术

本发明专利技术公开了齿轮加工制造领域内的升船机齿轮轴加工工艺，包括备料、毛坯两端划钻中心孔、粗车见光、探伤、热处理、粗车、毛坯复验、半精车、粗铣齿、倒角、热处理、喷丸、精车、粗磨、精铣齿、着色滚检、检测、精磨、终检的步骤，通过本方案的工艺能够完成对升船机齿轮轴的逆向加工制造，生产的升船机齿轮轴为一体成型，成型质量好，内部缺陷少，锥齿轮与轴之间没有配合误差，啮合精度高，传动平稳性好，使用时产生的震动和噪音小。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及齿轮加工制造领域，具体涉及一种升船机齿轮轴加工工艺。
技术介绍
升船机是利用机械装置的动力来提升或下降船舶、克服航道上集中水位落差、并使船只顺利通过水坝的机械设备。升船机是水电站提升系统的最关键设备，具有输出扭矩大、传动比大、形状结构尺寸大等特点，升船机的驱动系统主要由电机、减速器、联轴器和同步轴等组成，内部通常采用齿轮传动机构，升船机中常用的锥齿轮完成动力的换向传动，为了满足内部结构的需要，升船机使用的锥齿轮在面锥一侧的轴的长度较长，现有技术常采用将分离的锥齿轮通过键连接等方式装配在阶梯轴上的方式实现齿轮与轴的连接，但是这样零件之间的配合要求多，各配合处均存在不可避免的误差，大量误差造成升船机内部传动震动大、噪音大、传动效率低。为了满足升船机的使用需要，现设计一种升船机齿轮轴，具有一体成型的阶梯轴和锥齿轮，且锥齿轮面锥一侧的阶梯轴较长，背锥一侧的轴颈短，面锥一侧轴上一体成型有直齿。目前，还没有适用于生产此类升船机齿轮轴的加工工艺。
技术实现思路
本专利技术意在提供升船机齿轮轴轮加工工艺，以实现锥齿轮面锥一侧轴长度较长的升船机齿轮轴的加工。为达到上述目的，本专利技术的基础技术方案如下：升船机齿轮轴加工工艺，包括以下步骤：A、备料；B、探伤，用超声波对工件进行检测，检测后的工件缺陷容许≤φ2mm，底波降低量≤6dB；C、粗车，车出齿轮轴和齿轮体，修两端中心孔，中心孔粗糙度要求Ra1.6，从锥齿轮粗车体上切取第一本体试样和第二本体试样；D、毛坯复检，对第一本体试样进行化学成分、晶粒度、非金属夹杂物的复验，对第二本体试样进行机械性能复验；E、粗铣齿，创建锥齿轮副模型，给定修形修向参数，在加工中心上生成加工程序，采用的刀具为硬质合金棒铣刀；镜像前路径：交叉点位由安装面的负轴向，由背锥看向前锥，齿槽的右边，刀具由背锥到前锥并平行于面锥进行齿加工运动，走刀方向沿负X方向；齿槽的左边，刀具由前锥到背锥并平行于面锥进行齿加工运动，走刀方向沿正X方向；刀具轨迹相对齿牙呈顺时针方向，整个齿面加工沿齿高方向层层递进；将加工程序进行镜像，镜像后路径：交叉点位由安装面的正轴向，由背锥看向前锥，齿槽的右边，刀具由背锥到前锥并平行于面锥进行齿加工运动，走刀方向沿正X方向；齿槽的左边，刀具由前锥到背锥并平行于面锥进行齿加工运动，走刀方向沿负X方向；刀具轨迹相对齿牙呈顺时针方向，整个齿面加工沿齿高方向层层递进；确保啮合区域位置，采用专用工装顶住工件面锥方向的中心孔，所述专用工装包括机床分度头、尾座和安装在尾座上的尾座顶尖，装夹分度头和尾座顶尖，使分度头位于尾座的正X轴向，分度头卡爪正对尾座顶尖且距离大于1米，分别对分度头和尾座进行找正找平，使两者的回转中心均与X轴重合，分度头装夹齿轮面锥方向轴颈，装夹位置距离锥齿轮齿牙大于450mm，用铣刀对齿轮体进行粗铣加工，铣出左、右齿面，中点分度圆弦齿厚度预留1mm厚的精铣齿量，对齿廓倒角1.5×45°，对齿顶倒圆角，成型为一体式升船机齿轮轴；F、热处理；G、喷丸；H、精车，对喷丸处理后的锥齿轮进行精车，使齿轮轴、齿轮体各台阶的外圆单边留0.3mm余量，端面留0.2mm余量；I、粗磨，粗磨齿轮轴、齿轮体各台阶的外圆，单边留0.15mm余量，磨削长度到成品；J、精铣齿，采用与粗铣齿同样的操作，对左右齿面进行精加工，中点齿厚加工到成品；K、着色滚检，对锥齿轮进行着色检验啮合精度；L、检测，着色滚检后的成品锥齿轮送齿轮检测仪检测其齿部精度，并进行磁粉探伤，使之工件探伤后线性缺陷≤0.5，圆形缺陷≤0.1；M、精磨，将检测后的工件进行精磨，精磨工件各台阶外圆到成品；N、终检。本方案的原理及优点是：加工前准备整体原料，对原料进行超声波探伤检测，规避原料内部缺陷，降低原料内部缺陷对齿轮质量造成的影响。粗车的时候取用第一本体试样和第二本体试样分别用于化学成分、晶粒度、非金属夹杂物和机械性能的复验，符合材料测验的合理性。粗铣齿时，常用加工程序为适用于单体锥齿轮的加工程序，将加工程序镜像，将齿轮轴面锥一侧的轴径装夹在机床上，从与常规加工相反的方向进行加工，使加工时刀具走刀反向进给，刀具进给轨迹相对于齿牙成顺时针方向，调整装夹工装中分度头和顶尖的相对位置，分度头卡爪正对尾座顶尖且距离大于1米，使得装夹时能够将齿轮轴面锥一侧的轴稳定牢固的装夹，防止装夹后齿轮轴的重心偏移导致加工出现偏差，分度头和顶尖两者的回转中心与X轴重合，使得升船机齿轮轴装夹时轴线与X轴重合，减少装夹误差对加工精度的影响；分度头装夹面锥方向轴颈能够为升船机齿轮轴提供良好的支撑，装夹位置距离锥齿轮齿牙大于450mm使得分度头与锥齿轮齿牙之间留有足够的走刀空间，采用镜像程序反向加工齿形时避免刀具与装夹工装之间产生相互干涉，使加工过程更加顺畅，一次成型质量更好，效率更高；中点分度圆弦齿厚预留精铣齿量到1mm，为后续精铣齿的加工做准备；锥齿轮的齿顶倒圆角，能避免棱角刮伤其它设备或者人员，防止应力集中与啮合干涉。喷丸处理，提高齿疲劳强度和消除热处理应力，精车、粗磨、精铣齿完成升船机齿轮轴的精加工，进一步提高齿轮啮合精度。进行着色滚检和检测完成对升船机齿轮轴的啮合检测和内部缺陷检测，保障成品质量，再通过精磨对成品表面进行抛光处理，去除成品表面缺陷，进一步提高成品精度。通过本方案的工艺能够完成对升船机齿轮轴的逆向加工制造，生产的升船机齿轮轴为一体成型，成型质量好，内部缺陷少，锥齿轮与轴之间没有配合误差，啮合精度高，传动平稳性好，使用时产生的震动和噪音小。优选方案一，作为基础方案的一种改进，所述粗铣齿时齿根以沉深圆弧过渡，沉深量为齿高方向0.16倍的模数，齿厚方向为0.5mm。这样设置使得齿轮轴锥齿齿形的齿根与轴体之间过渡更为平滑，齿轮轴使用时齿形承受载荷更加均匀，减少应力在齿根集中导致轮齿疲劳、变形、断裂等情况的发生，沉深量使齿轮轴使用时齿根处留有避让余量，使啮合时不会产生干涉，运行更加平稳。优选方案二，作为优选方案一的一种改进，所述着色滚检步骤中，装夹锥齿轮副进行啮合实验，轻载时啮合区域中长度方向占总齿宽的45％～65％，高度方向占全齿高的50％，接触位置在啮合区域的中部偏锥齿轮小端，确定安装距及侧隙，在滚检机上进行轻载运行5～10分钟，检测噪音≤80分贝。齿轮啮合接触区域有大小、位置要求，接触区比例过小，传递的扭矩达不到要求，比例过大，加载后会出现啮合干涉，容易断齿。设定啮合区域中长度方向占总齿宽的45％～65％，高度方向占全齿高的50％，这样设置对加工完成的锥齿轮进行啮合区域的检测，能直观有效的反映齿轮的啮合情况，便于及时解决该问题，降低问题发现不及时带来的后续补救成本。优选方案三，作为优选方案一的一种改进，所述粗铣齿采用硬质合金棒铣刀，棒铣刀以顺铣的方式对锥齿轮粗车体进行铣削加工，棒铣刀进刀路径平行于锥齿轮粗车体的面锥设置。采用硬质合金棒铣刀其铣削速度较高、加工表面质量也较好,并可加工带有硬皮和淬硬层的工件，切削平稳性更好,加工精度更高。优选方案四，作为优选方案一的一种改进，所述备料步骤包括将毛坯正火升温到930℃保温3小时，在空气中冷却到室温，再升温到680℃保温3小时，再在空气中冷却到室温，在毛坯的两端划钻B5中心孔，去除工件表面氧化层本文档来自技高网...

【技术保护点】
升船机齿轮轴加工工艺，包括以下步骤：A、备料；B、探伤，用超声波对工件进行检测，检测后的工件缺陷容许≤φ2mm，底波降低量≤6dB；C、粗车，车出齿轮轴和齿轮体，修两端中心孔，中心孔粗糙度要求Ra1.6，从锥齿轮粗车体上切取第一本体试样和第二本体试样；D、毛坯复检，对第一本体试样进行化学成分、晶粒度、非金属夹杂物的复验，对第二本体试样进行机械性能复验；E、粗铣齿，创建锥齿轮副模型，给定修形修向参数，在加工中心上生成加工程序，确保啮合区域位置，采用专用工装顶住工件面锥方向的中心孔，用铣刀对齿轮体进行粗铣加工，铣出左、右齿面，中点分度圆弦齿厚度预留1mm厚的精铣齿量，对齿廓倒角1.5×45°，对齿顶倒圆角R1，成型为一体式升船机齿轮轴；F、热处理；G、喷丸；H、精车，对喷丸处理后的锥齿轮进行精车，使齿轮轴、齿轮体各台阶的外圆单边留0.3mm余量，端面留0.2mm余量；I、粗磨，粗磨齿轮轴、齿轮体各台阶的外圆，单边留0.15mm余量，磨削长度到成品；J、精铣齿，对左右齿面进行精加工，中点齿厚加工到成品；K、着色滚检，对锥齿轮进行着色检验啮合精度；L、检测，着色滚检后的成品锥齿轮送齿轮检测仪检测其齿部精度，并进行磁粉探伤，使之工件探伤后线性缺陷≤0.5，圆形缺陷≤0.1；M、精磨，将检测后的工件进行精磨，精磨工件各台阶外圆到成品；N、终检；其特征在于：所述粗铣齿步骤中将加工程序进行镜像，使交叉点位由安装面的正轴向改为负轴向，将所有的坐标点数值进行正负转换，走刀方向由沿正X方向的改为沿负X方向，沿负X方向的改为沿正X方向，使刀具轨迹相对齿牙呈顺时针方向；所述专用工装包括机床分度头、尾座和安装在尾座上的尾座顶尖，装夹分度头和尾座顶尖，使分度头位于尾座的正X轴向，分度头卡爪正对尾座顶尖且距离大于1米，分别对分度头和尾座进行找正找平，使两者的回转中心均与X轴重合，分度头装夹齿轮面锥方向轴颈，装夹位置距离锥齿轮齿牙大于450mm。...

【技术特征摘要】
1.升船机齿轮轴加工工艺，包括以下步骤：A、备料；B、探伤，用超声波对工件进行检测，检测后的工件缺陷容许≤φ2mm，底波降低量≤6dB；C、粗车，车出齿轮轴和齿轮体，修两端中心孔，中心孔粗糙度要求Ra1.6，从锥齿轮粗车体上切取第一本体试样和第二本体试样；D、毛坯复检，对第一本体试样进行化学成分、晶粒度、非金属夹杂物的复验，对第二本体试样进行机械性能复验；E、粗铣齿，创建锥齿轮副模型，给定修形修向参数，在加工中心上生成加工程序，确保啮合区域位置，采用专用工装顶住工件面锥方向的中心孔，用铣刀对齿轮体进行粗铣加工，铣出左、右齿面，中点分度圆弦齿厚度预留1mm厚的精铣齿量，对齿廓倒角1.5×45°，对齿顶倒圆角R1，成型为一体式升船机齿轮轴；F、热处理；G、喷丸；H、精车，对喷丸处理后的锥齿轮进行精车，使齿轮轴、齿轮体各台阶的外圆单边留0.3mm余量，端面留0.2mm余量；I、粗磨，粗磨齿轮轴、齿轮体各台阶的外圆，单边留0.15mm余量，磨削长度到成品；J、精铣齿，对左右齿面进行精加工，中点齿厚加工到成品；K、着色滚检，对锥齿轮进行着色检验啮合精度；L、检测，着色滚检后的成品锥齿轮送齿轮检测仪检测其齿部精度，并进行磁粉探伤，使之工件探伤后线性缺陷≤0.5，圆形缺陷≤0.1；M、精磨，将检测后的工件进行精磨，精磨工件各台阶外圆到成品；N、终检；其特征在于：所述粗铣齿步骤中将加工程序进行镜像，使交叉点位由安装面的正轴向改为负轴向，将所有的坐标点数值进行正负转换，走刀方向由沿正X方向的改为沿负X方向，沿负X方向的改为沿正X方向，使刀具轨迹相对齿牙呈顺时针方向；所述专用工装包括机床分度头、尾座和安装在尾座上的尾座顶尖，装夹分度头和尾座顶尖，使分度头位于尾座的正X轴向，分度头卡爪正对尾座顶尖且距离大于1米，分别对分度头和尾座进行找正找平，使两者的回转中心均与X轴重合，分度头...

【专利技术属性】
技术研发人员：张军警，杜华，
申请(专利权)人：重庆智展齿轮传动有限公司，
类型：发明
国别省市：重庆;50