摘要: 在機(jī)械產(chǎn)品裝配中, 減速機(jī)的裝配工藝有一定的典型性。蝸輪減速機(jī)的裝配工藝包括: 機(jī)體的裝配工藝; 蝸輪組件的裝配; 蝸桿組件的裝配; 機(jī)體總裝配; 研齒; 試車; 裝聯(lián)軸器; 油漆等工作。實(shí)際應(yīng)用說(shuō)明本文介紹的方法能顯著提高裝配的精度和效率。

        眾所周知, 機(jī)械產(chǎn)品是由許多零件組合而成。裝配是機(jī)械制造當(dāng)中的最后一道工序, 也是產(chǎn)品的最終完成階段。裝配工作做得好壞對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量起者決定性的作用。按照規(guī)定的技術(shù)要求, 將合格的零件結(jié)合成組件和部件或?qū)⑷舾闪慵⒔M件和部件連接固定成為機(jī)器的過(guò)程就稱為裝配。凡是裝配完成的機(jī)器, 必須滿足規(guī)定的裝配精度。產(chǎn)品的裝配精度一般包括零件、部件之間的距離精度、相互位置精度、配合精度、運(yùn)動(dòng)精度、接觸精度等。同時(shí)對(duì)特殊要求的零件還要做平衡試驗(yàn)、密封試驗(yàn)等。
         為了達(dá)到一定的裝配精度, 通過(guò)尺寸鏈分析, 由于封閉環(huán)的公差等于組成環(huán)公差之和, 裝配精度取決于零件的制造公差, 但零件的制造精度過(guò)高, 生產(chǎn)成本將提高。為正確處理裝配精度與零件制造精度兩者的關(guān)系, 形成了以下不同的裝配方法: 裝配精度完全取決于零件制造精度的裝配方法稱為完全互換法; 裝配精度不完全取決于零件制造精度的裝配方法稱為選配法、修配法和調(diào)法。在裝配過(guò)程中, 依照產(chǎn)品的特點(diǎn)和技術(shù)要求以及現(xiàn)有的條件規(guī)定用什么方法保證裝配質(zhì)量的前提下, 必須同時(shí)滿足高生產(chǎn)率和經(jīng)濟(jì)的要求。為了達(dá)到這個(gè)要求就必須制訂合理的裝配工藝。
                      
 1.蝸輪減速機(jī)裝配的技術(shù)要求
    (1) 保證蝸桿軸線與蝸輪軸線相互垂直。
    (2) 蝸桿軸心線應(yīng)在蝸輪輪齒的對(duì)稱平面內(nèi)。
    (3) 要具有正確的嚙合中心距。
    (4) 要有適當(dāng)?shù)膰Ш蟼?cè)隙和正確的嚙合接觸面。
     (5) 對(duì)于不同用途的蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)有不同的技術(shù)要求。用于分度機(jī)構(gòu)中的蝸桿傳動(dòng)應(yīng)盡量減少傳動(dòng)副在運(yùn)動(dòng)的空行程角度; 用于傳遞動(dòng)力的蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)則應(yīng)以提高其接觸精度為主, 使之增加耐磨性和承載能力和傳遞較大的轉(zhuǎn)矩。
          裝配蝸桿傳動(dòng)過(guò)程中, 可能產(chǎn)生三種誤差: 蝸桿軸線與蝸輪軸線的角度誤差, 如圖 1(a) 所示; 中心距誤差, 如圖 1(b) 所示; 蝸輪對(duì)稱中間平面與蝸桿軸線的偏移, 如圖 1(c) 所示。
            
2.下置式蝸輪減速機(jī)的裝配前的檢查
(1)為了確保蝸桿傳動(dòng)副的裝配技術(shù)要求, 使蝸輪與蝸桿軸線在同一平面上互相垂直, 先要對(duì)蝸桿孔軸線與蝸輪孔軸線的中心距誤差和垂直度誤差進(jìn)行檢驗(yàn)。箱體孔中心距檢驗(yàn)時(shí),按圖 2 所示的方法進(jìn)行測(cè)量。將箱體清理干凈, 用三個(gè)千斤頂支撐箱體在一個(gè)平面上, 分別將測(cè)量芯棒 1 和 2 插入箱體孔中, 調(diào)整千斤頂使其中一個(gè)芯棒與平板平行( 用百分表在該芯棒的兩端點(diǎn)上檢驗(yàn)) , 再用兩組量塊以相對(duì)測(cè)量法測(cè)量?jī)尚景糁疗桨宓木嚯x, 即可算出中心距 a。
               
(2)測(cè)量軸線間的垂直度誤差如圖 3 所示, 檢驗(yàn)時(shí)將芯棒 1 和 2 插入箱體孔中, 在芯棒 2 的一端套一百分表擺桿, 用螺釘固定, 旋轉(zhuǎn)芯棒出了新的要求。直線電機(jī)的成熟應(yīng)用使高速加工中心在效率、精度和實(shí)用性方面翻開了新的一頁(yè)。直線電機(jī)為非接觸的直接驅(qū)動(dòng)方式, 移動(dòng)部件少, 無(wú)扭曲變形問(wèn)題, 采用這種技術(shù), 機(jī)床制造絲桿所無(wú)法達(dá)到的水平。直線電機(jī)具有高加速度和減速特性, 加速可達(dá) 2g～6g, 為傳統(tǒng)驅(qū)動(dòng)裝置的 10～20 倍, 進(jìn)給速度是傳統(tǒng)的 4～5 倍。
                              
(3) 高速 CNC 控制系統(tǒng) 高速加工中心要求 CNC 控制系統(tǒng)具有快速數(shù)據(jù)處理能力和高的功能化特性, 以保證在高速切削(特別是 4～5軸坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)加工復(fù)雜曲面時(shí))仍具有良好的加工性能。高速加工中心須選擇傳輸速度快, CPU 運(yùn)算速度快, 預(yù)讀單節(jié)及 NURBS 功能等適當(dāng)?shù)?CNC 控制器, 才能發(fā)揮高速切削加工的效能。OPEN 架構(gòu)及 PC-based 也是發(fā)展的一個(gè)新潮流。結(jié)合 PC 在通訊及網(wǎng)絡(luò)上的發(fā)展, 建立參數(shù)資料庫(kù)系統(tǒng)、CAD/CAM整合模擬系統(tǒng)及標(biāo)準(zhǔn)化電控模組, 也是未來(lái)發(fā)展的新趨勢(shì)。
         高速 CNC 數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理能力有兩個(gè)重要指標(biāo): 一是單個(gè)程序段處理時(shí)間, 為了適應(yīng)高速, 要求單個(gè)程序段處理時(shí)間要短, 為此, 需使用 32 位 CPU 和 64 位 CPU, 并采用多處理器; 二是插補(bǔ)精度,為了確保高速下的插補(bǔ)精度, 要有前饋和大數(shù)目超前程序段處理功能, 此外, 還可采用 NURBS(非線性 B 樣條)插補(bǔ)、回沖加速、平滑插補(bǔ)、鐘型加減速等輪廓控制技術(shù)。高速切削加工 CNC 系統(tǒng)的功能特征包括: ①加減預(yù)插補(bǔ); ②前饋控制; ③精確矢量補(bǔ)償; ④最佳拐角減速度。
(4) 高速切削刀具 已發(fā)展的刀具材料主要有聚晶金剛石(PCD)、聚晶立方氮化硼(PCBN)、硬質(zhì)含金涂層刀具、陶瓷刀具等, 都能適應(yīng)鋁合金、鑄鐵、鋼和耐熱合金的高速切削, 其切削水平如下: 鋁合金2500～5000m/min(Si 含量≥12%時(shí) 500～1500m/min), 鑄鐵 500～1500m/min, 鋼 300～1000m/min, 淬硬鋼和耐熱合金 100～400m/min, 鐵合金90～200m/min。有關(guān)研究機(jī)構(gòu)正開發(fā)新的刀具材料, 向更高的切削速度發(fā)展。
       要對(duì)刀具結(jié)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)平衡, 特別刀柄外伸較長(zhǎng)的刀具必須進(jìn)行動(dòng)平衡, 以防止高速引起離心力使抗彎強(qiáng)度和斷裂韌性都較低的刀柄或刀片發(fā)生斷裂, 對(duì)高速加工中心和操作者帶來(lái)危險(xiǎn)。
        刀柄系統(tǒng)選擇也會(huì)影響自動(dòng)換刀的重復(fù)精度和刀具切削剛性。目前刀柄系統(tǒng)一般選擇 7:24 錐度的單面夾緊刀柄系統(tǒng), ISO、CAT、DIN、BT 等都屬此類, 兩面定位刀具系統(tǒng)有 HSK、KM、NC5、BIG- PLUS、WSU、ABSC 等。
(5) 高速加工中心溫控系統(tǒng) 高速加工中心的熱特性是指高速加工中心結(jié)構(gòu)在其內(nèi)部熱源和外部熱源的作用下, 產(chǎn)生結(jié)構(gòu)變形和對(duì)加工精度影響的特性, 為了改善高速加工中心的熱特性, 一般采用溫控循環(huán)水(或其他介質(zhì))來(lái)冷卻主軸電機(jī)、主軸軸承、直線電機(jī)、液壓油箱、電氣柜, 有的甚至冷卻主軸箱、橫梁、床身等大構(gòu)件。此外, 還可采用低膨脹系數(shù)的鑄鐵來(lái)作高速加工中心的主軸箱體, 以減少主軸的熱伸長(zhǎng)和主軸部件的熱變形。
(6) 其它 為了使高速加工中心正常運(yùn)行和發(fā)揮效能, 高速加工中心總體結(jié)構(gòu)上還要設(shè)置刀庫(kù)及換刀裝置、冷卻系統(tǒng)、溫控系統(tǒng)、安全防護(hù)與實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)、刀具破損監(jiān)控、刀具長(zhǎng)度及直徑的激光檢測(cè)裝置、光柵尺測(cè)量系統(tǒng)和排屑裝置等。
             
3.蝸桿組件裝配
(1) 清洗、清理蝸桿上的毛刺、鐵銹、油污等并測(cè)量軸承內(nèi)孔與軸
徑, 軸承外徑與箱體孔的實(shí)際尺寸。
(2) 滾動(dòng)軸承的裝配 根據(jù)軸承的類型與配合性質(zhì), 采用不同的方法進(jìn)行裝配。當(dāng)軸承內(nèi)圈與軸緊配時(shí), 而軸承外圈與箱體孔配合較松時(shí), 可先將軸承裝在軸上, 然后把軸承與軸一起裝入箱體中; 當(dāng)軸承內(nèi)圈與軸配合較松時(shí), 而軸承外圈與箱體孔配合較緊時(shí), 可先將軸承壓入殼體中, 然后在將軸裝入殼體中; 當(dāng)軸承內(nèi)圈與軸緊配時(shí), 而軸承外圈與箱體孔配合也較緊時(shí), 把軸承同時(shí)壓入軸和殼體中。
(3)對(duì)于圓錐滾子軸承, 因其外圈可分離, 可以分別把內(nèi)圈裝入軸上, 外圈裝在箱體中, 然后再調(diào)整游隙。軸承與軸或殼體配合過(guò)盈量小時(shí), 可用擊壓法平穩(wěn)、均勻用錘子加間接件直接打入或用壓力機(jī)壓入。當(dāng)過(guò)盈量大時(shí)用溫差法, 即將軸承用介質(zhì)加溫, 然后與軸配合。
(4)裝配滾動(dòng)軸承時(shí)應(yīng)注意標(biāo)有軸承型號(hào)的一端應(yīng)向外, 軸承端面與軸肩或孔的支承面緊貼, 裝配過(guò)程中要嚴(yán)格清潔。裝配之后用手轉(zhuǎn)動(dòng)軸承檢查有無(wú)卡阻現(xiàn)象, 并檢查軸承在工作時(shí)噪音的大小。

4.蝸輪組件的裝配
(1) 將蝸輪齒圈壓裝在輪轂上并用螺釘加以緊固。
(2) 將蝸輪裝在軸上, 檢查蝸輪的徑向跳動(dòng)和端面跳動(dòng)誤差。測(cè)量方法如圖 4 所示, 將齒輪軸支撐在 V 形架或兩頂尖上, 使軸和平板平行, 把圓柱規(guī)放在蝸輪的輪齒間, 將百分表測(cè)量頭抵在圓柱規(guī)上, 從百分表上得到一個(gè)讀數(shù), 然后轉(zhuǎn)動(dòng)蝸輪, 每隔 3- 4 個(gè)齒再重復(fù)進(jìn)行一次測(cè)量, 百分表的最大讀數(shù)與最小讀數(shù)之差就是蝸輪分度圓上的徑向跳動(dòng)誤差。檢查端面跳動(dòng)誤差, 可用頂尖將軸頂在中間, 使百分表測(cè)量頭抵在蝸輪端面上, 蝸輪軸旋轉(zhuǎn)一周范圍內(nèi), 百分表的最大讀數(shù)和最小讀數(shù)之差就為蝸輪端面跳動(dòng)誤差。
                           
              
5.機(jī)體總裝配
(1) 將減速機(jī)箱體清洗干凈, 然后將蝸桿組件裝入箱體中, 蝸桿軸線的位置是由箱體安裝孔所確定的, 調(diào)整軸承端蓋墊圈的厚度控制蝸桿軸向間隙。
(2) 將蝸輪組件裝入箱體中, 蝸輪的中央對(duì)稱面應(yīng)于蝸桿軸線重合, 蝸輪中央面的位置通過(guò)改變軸承蓋墊圈厚度或其它方式進(jìn)行調(diào)整。
(3) 齒側(cè)間隙檢查, 用塞尺、鉛絲或鉛片檢查, 鉛絲直徑不得小于最小側(cè)隙系數(shù)值的 4 倍。側(cè)隙的大小等于齒形兩側(cè)經(jīng)過(guò)擠壓后鉛絲厚度之和。百分表測(cè)量齒側(cè)間隙, 在蝸桿軸上固定一帶量角器的刻度盤,把百分表測(cè)量抵在蝸輪齒面上, 用手轉(zhuǎn)動(dòng)蝸桿, 在百分表指針不動(dòng)的條件下, 用刻度盤相對(duì)于固定指針的最大空程角來(lái)判斷側(cè)隙的大小。
(4) 檢查齒面接觸率 將蝸輪、蝸桿裝入箱體后, 首先要用涂色法來(lái)檢查蝸桿與蝸輪的相互位置以及嚙合的接觸點(diǎn)。用紫色和紅鉛油或紅丹粉著色在蝸桿螺旋面上, 給以輕微阻力, 轉(zhuǎn)動(dòng)蝸桿, 根據(jù)蝸輪輪齒上的痕跡判斷嚙合質(zhì)量。
(5) 試車 根據(jù)圖紙要求, 空載試車兩小時(shí)后, 負(fù)載試車, 試車時(shí)減速機(jī)內(nèi)注入潤(rùn)滑油, 工作時(shí)油溫不能超過(guò) 35℃, 軸承溫度不能超過(guò)40℃。試車檢查齒面的粗糙度, 有無(wú)拉傷現(xiàn)象, 噪聲如何, 傳動(dòng)是否平穩(wěn), 有無(wú)漏油現(xiàn)象等等。直到達(dá)到技術(shù)要求, 然后交檢、涂漆。

6      結(jié)束語(yǔ)
        近年來(lái), 各工科院校編寫的《機(jī)械制造工藝學(xué)》和《機(jī)械制造工藝手冊(cè)》對(duì)典型產(chǎn)品裝配工藝介紹甚少。學(xué)生在“機(jī)械設(shè)計(jì)”課程設(shè)計(jì)中大多從事減速箱的設(shè)計(jì), 他們對(duì)裝配工藝方面的知識(shí)甚少, 有些指導(dǎo)教師也不十分清楚。為了提高教學(xué)質(zhì)量, 有必要在這方面作以介紹, 同時(shí)對(duì)從事這方面設(shè)計(jì)和維修人員了解裝配工藝知識(shí)也很有必要。