汽车电动助力转向用蜗杆机加工艺

工艺方案Technique soluTions汽车电动助力转向用蜗杆机加工艺■■长城汽车股份有限公司　（河北保定　071000）　亢彦海扫码了解更多摘要：为提高蜗杆的齿型精度和表面质量，降低噪声，对各工序实现方法和齿面成形工艺方案进行阐述和比较。＝0.2μm的表面粗糙度要求是较为严苛的，就现状来说，大多数C-EPS蜗杆的表面粗糙度值要求控制在Ra＝0.4μm，但要达到更好的噪声和效率水平，控制在Ra＝0.2μm是必要的。2. 蜗杆加工工艺路线蜗杆毛坯为直径约22mm的棒料，其整体工艺路线如图2所蜗杆蜗轮传动机构在汽车领域有较多的应用，常用来实现电动机的减速增扭，如C-EPS（电动助力转向）。从本质上说，蜗杆是轴向拉长的斜齿圆柱齿轮，通常所说的蜗杆头数即对应着齿数，一般常用的蜗杆头数为一头或双头，相应蜗杆转过一转，蜗轮只转过一齿或两齿，因此蜗杆蜗轮传动结构具有高传动比的显著特点，但传动效率较低，一般在85%左右，这就意味着有较多的机械损失和热量产生。从汽车整车层面来看，出于对NVH性能和节能的严苛要求，往往对传动过程的噪声特性和能量损失控制严格，例如对EPS要求总体噪声不得大于43dB，蜗杆蜗轮传动效率不低于90%。示。1. 蜗杆的总体加工要求基于蜗杆蜗轮传动结构的特点，为提高传动效率，降低噪声，对于作为主动部件的蜗杆精度要求是较高的，这主要体现在齿型精度和表面粗糙度上，并需适应大批量生产条件，在制造成本上可接受。如图１所示为某C-EPS减速机构使用的蜗杆，双头右旋，轴向模数2.29，分度圆直径为14.55mm，导程角20°，精度等级按GB/T 10089圆柱蜗杆、蜗轮精度中的7级精度要求执行，要求表面粗糙度值Ra＝0.2μm，蜗杆材质为37CrS4，硬度要求24～28HRC。从产品角度而言，Ra冷加工3. 各工序工艺实现方法OP10为外圆加工，通常的工艺方式为车削，除需要精加工的轴承位和齿部外圆外，均车削到位。图 1362018年 第6期www.mw1950.com工艺方案Technique soluTions→→→ 车外圆 　　　轴承位/齿顶磨削 　　　齿部成形 　　　齿部精加工 OP10 OP20 OP30 OP40需要特别提出的是，该序除可采用通用数控车床加工外，效率更高、更省人化的加工设备是纵切车床（走心机）。纵切数控车床目前最大可加工直径为32mm，一次加工行程最多230mm，主要通过刀具的直线运动或摇摆运动来加工零件。纵切数控车床设计有主、副双主轴，配合动力头设计可同时进行车、铣、磨、铰、钻、镗、攻螺纹、端面切槽、侧面切槽、侧面铣削和角度钻孔等功能和多工序加工。如图3所示为带上料机构的纵切车床及机床内部主轴和刀库配置情况。配置带上料机构的纵切车床，可实现无人化自动加工，只需在上料机构无料时补料即可，成品自动从出料口输出，非常适合该种零件的大批量加工。OP20加工的轴承位外径公差约为7μm，齿顶直径公差为±0.005mm，由于工件和加工量均较小，采用小型外圆磨床，在满足尺寸公差要求和稳定加工前提下，不必在设备档次上有过高要求。OP30和OP40，即齿面成形是蜗杆加工的重点，这主要是因为齿部是动力传输的主要接触部位，齿型的精度和表面质量，在很大程度上决定了整个部件的技图 2术指标和性能。现就齿面成形工工艺条件限制，导致齿型成形精艺方案进行阐述。度不足，需要经磨齿和抛光处4. 齿面成形工艺方案理，在一定程度上又制约了其高（1）方案一：旋风铣＋磨齿效率的优点，齿面粗糙度值要想（见图4）。利用旋风铣削工艺进稳定保持在Ra＝0.2μm的水平，行齿型成形的粗加工，留有磨削存在较大的难度。对于低端产余量，经铣削的齿面表面粗糙度品，该工艺方式维持Ra＝0.4μm值Ra≤1.6μm，铣削完成后经磨的水平，还是足够的。齿机磨齿，完成齿型的终加工，（2）方案二：滚齿＋滚压经磨齿后的齿面粗糙度值Ra＝0.4（见图5）。利用滚齿机进行齿～0.8μm，因此，为达到要求，型的加工，齿形精度高且较为稳需进行齿面的抛光处理。定，无需再对齿型做其他加工，该工艺的显著特点是旋风滚齿后齿面表面粗糙度值在Ra＝铣工艺的高切削效率，通常情况0.8μm左右。齿面成形后采用滚下，相比滚齿工艺可以高近3倍。压工艺对齿面进行强化，可以使但该工艺方式由于旋风铣设备和表面粗糙度值稳定保持在Ra＝ （a）带上料机构的纵切车床 （b）主轴及刀库图 3 （a）旋风铣床 （b）磨齿机图 4冷加工2018年 第6期www.mw1950.com37工艺方案Technique soluTions力臂调节器薄壁套筒螺旋导程槽加工改进■■中航工业贵阳万江航空机电有限公司　（贵州　550018）　汪　奎加工提供了新的路径与技巧。扫码了解更多摘要：分析了薄壁套筒零件外圆螺旋槽的建模和加工方法。通过UG软件与四轴联动加工中心的完美结合，为类似零件的数控1. 产品结构和加工难点图1所示产品为全晶体力臂调节器，主要功能是调节飞机机翼的水平平衡，用于多种机型的歼击机和其他机种。组成产品的零部件及元器件中，薄壁套筒（见图1b）是一个重要件，它装在产品内部，不外露。其外圆上的三处螺旋导程角是加工中的难点。图2所示为该套筒的外形尺寸，其结构特点是：①零件壁薄，最薄处尺寸仅为0.925mm。②外圆上沿120°方向均匀分布3处螺旋槽，槽宽为（10±0.008）mm，螺旋槽的导程角是26°±5′，根部R0.5mm，表面粗糙度值Ra＝0.4μm。③薄壁外圆一端要插0.2μm的水平，同时齿面滚压后产生的冷作硬化效应，可有效增加零件的耐磨性及使用寿命。但相对旋风铣削工艺而言，滚齿的加工效率是其短板。德国机床厂家莱斯特瑞兹提供了兼顾上述两种工艺特点的方案，即旋风铣削成形齿型＋齿面滚压工艺，该工艺的难点在于使旋风铣削设备具备同滚齿设备相同或更高的齿型精度加工能力，而不必再使用磨齿工艺对齿型进行校正，目前该工艺处于推广阶段，其效果需要经过时间的考量，是值得关注的。 （a）滚齿机 度和表面质量要求是大势所趋。新工艺方式的出现，在初期固然有不少瑕疵，但随着一些关键问题的解决，新的工艺方式有可能对行业产生巨大的影响，应引起足够的重视。参考文献：[1] 齿轮手册编委会. 齿轮手册[M]. 2版. 北京：机械工业出版社，2004.[2] 朱孝录. 齿轮传动设计手册[M]. 3版. 北京：化学工业出版社，2010.[3] 齿轮制造加工速查手册编委会. 齿轮制造加工速查手册[M]. 北京：机械工业出版社，2012.（b）齿面滚压5. 结语对电动助力转向系统中的核心零件蜗杆来说，更高的制造精2018年 第6期www.mw1950.com（收稿日期：20180110）图 538冷加工