华威齿轮：精确装夹保证高效磨削
磨削加工作为一种多刀多刃的高速切削方法，随着加工技术水平的不断提高，各种高硬度材料使用的日益增多，对磨削加工的精度和表面粗糙度要求也越来越高。此外，随着磨料磨具和高速磨削工艺的发展，以及高速磨床的结构和性能的不断改进，磨削效率和经济性也日益提高，磨削加工已从精加工逐步扩大到粗加工领域。
郑州华威齿轮有限公司（以下简称“华威齿轮”）作为生产CUV、SUV汽车和轿车齿轮的专业生产企业，其主要产品——高精度汽车前、后驱动桥用弧型锥齿轮对磨削加工的需求最为典型。在华威齿轮的加工现场，整齐地排列着4条美国格里森生产线、2条俄罗斯生产线和1条天津国产弧齿生产线，还有1条国内少有的齿轮压淬生产线，拥有国内最大的研齿机群（5台数控研齿机和10台内江产半自动研齿机），有一整套先进的滚动检查、台架试验、路况试验等一整套完善的齿轮检测手段。
磨削加工保证弧型锥齿轮精度
“由于磨削加工时所采用的磨料、磨具（砂轮）具有颗粒细小、耐热性好等特点，因而能加工一般金属刀具所不能加工的零件（如淬硬表面），加工过程中同时参与切削运动的颗料数量多，能切除极薄极细的切屑。所以经过磨削加工后的工件表面具有精度高、粗糙度Ra值小等特点。”威齿轮技术设备部的高永强认为，磨削加工是一种精加工工艺，无论在小批生产、中批生产，还是大批生产，都可以得到广泛的应用，特别是汽车配件制造行业应用更加广泛。同时，对机床的精度及工装的精度要求也非常高，如果不严格要求，所磨削加工的表面同样也达不到工件的技术要求，特别是汽车齿轮的磨削。“因为它是汽车的核心传动部件之一，齿轮精度直接影响着整车的质量。”
据高永强介绍，在华威齿轮的机加工车间磨工工序共有各种型号的磨床29台（不含花键滚刀磨床、切齿刀磨刀机等专用磨刀设备），其中外圆磨床14台、内圆磨床12台、平面磨床2台、工具磨床1台。这些先进的设备可以保证磨削加工的精度达到IT6~IT5，表面粗糙度的可以达到Ra1.25～0.32。“磨削的工艺范围很广，可以划分为预磨（粗磨）、精磨、细磨及镜面磨削。以华威齿轮生产的汽车后桥齿轮为例，表面硬度达HRC58～64，要求磨后表面粗糙度在Ra0.4以下。”
“对于汽车后桥传动弧型锥齿轮来说，一般采取的磨削工艺是先进行热处理前的粗磨，待热处理后再进行半粗磨，然后再精磨。这样，所加工的工件表面质量除达到技术要求的精度以外，由于热处理后工件表面光洁度较高，再加上热处理变形较小，还可以将热处理后的磨量留得少一些，节约了精磨的时间，提高了磨削效率。”高永强认为，正是这种先进磨削加工工艺才保证了汽车前、后驱动桥用弧型锥齿轮的精度，保证了汽车行驶的安全。
磨削加工中工装、夹具不可忽视
“汽车前、后桥齿轮副中，主动齿轮两个轴承位的径向跳动、被动齿轮基准孔与齿面的同轴度是齿轮传动和安装的主要精度指标。因此主动齿轮轴承位和被动齿轮基准孔热处理后的磨削，是汽车齿轮加工的关键工序之一。”高永强一语道破汽车前、后桥弧型锥齿轮加工的重点。
据高永强介绍，主动齿轮前、后两轴承位的磨削一般采用与中心孔锥度一致的莫氏顶尖和带动工件旋转专用夹具加工，但在加工过程中如果机床磨头旋转时的径向跳动过大，或者所采用顶尖莫氏锥度与工件中心孔的锥度不一致，可能使工件的磨削面与主轴的径向跳动大于0.02mm（技术要求两轴承位相对于中心的径向跳动为小于0.02mm），当安装到车上之后，主动齿轮传动扭矩时可能会由于扭矩大小不一致使该齿轮副出现早期失效。因此在主动齿轮轴承位的磨削加工过程中，对中心孔顶尖的精度及磨床主轴的精度必须严格要求。
“另外，我们通过多次试验发现，尾座顶尖之间的距离如果调整不当也会对工件的磨削精度产生影响，如果调整过紧，磨之后将会影响后轴承位的径向跳动，如果调整距离过大将会影响前轴承位的径向跳动，所以对于尾座顶尖的调整也是不容忽视的。只有这样，才能保证所加工的工件精度达到要求。”高永强很看重齿轮磨削加工过程中工装、夹具的作用。
高永强介绍说，在磨削加工被动齿轮的过程中，精磨基准孔的夹具工装为节园定心夹具和压板组成，而节园定心夹具又是由六个高度一致的定心球头和支撑平板组成。定心球头用来保证被动齿轮的内孔与齿轮的节圆同心，压板则保证定位后齿轮的外锥面紧紧地贴在支撑平板上。但如果所选用的定心球头大小与齿轮的模数、外圆及齿数不合适，则所加工的齿轮基准孔就有可能与齿轮的面锥不同心或误差过大。这样将会造成成品齿轮在研齿时由于齿距累积误差过大而研磨困难，从而影响齿轮的接触质量和运转平稳性。
“以前我们在磨削加工被动齿轮的基准孔时，无论多大的模数都用一套节园定心夹具，那时总是找不到磨削之后齿轮齿距增大的原因，可以说这个问题一直是我们公司磨削加工的难题。后来经过不断的摸索和研究，才发现了这个问题。现在我们还发现压板对工件的压力大小也影响工件磨削后的质量，目前这个问题正在研究之中。”高永强认为，在加工过程中不断发现问题、总结问题，并找出相应的解决措施，才是提高弧齿锥齿轮加工效率和质量的最佳途径。
