本發(fā)明涉及斜齒焊接軸的裝配領(lǐng)域，具體涉及一種保證斜齒焊接軸位置度的裝置及方法。
背景技術(shù)：
：傳統(tǒng)副箱焊接軸圖紙位置度要求±0.075mm，s系列產(chǎn)品為高端產(chǎn)品，對位置精度提出了更高的要求，為±0.065mm，為了更加穩(wěn)妥，一般工藝希望大部分偏差落在±0.03的范圍內(nèi)，這就對裝配工藝提出了更高的挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的裝配方式為對齒冷壓裝然后焊接，壓裝過程不平穩(wěn)，位置精度不好控制，國內(nèi)同行業(yè)產(chǎn)品也是冷壓裝居多，這種工藝方式壓裝過程不可控，只能靠壓裝前的對齒定位，壓裝過程一旦發(fā)生齒輪和軸的周向位移，無法調(diào)整，只能返修。近年來熱裝的應(yīng)用逐漸多起來，也有公司采用熱裝對齒然后焊接的工藝手段，然而也都遇到了加熱以及焊接帶來的位置度的偏移，由于裝配工藝只能通過熱裝時的定位球頭對齒來保證，后面由于熱傳導(dǎo)、焊接等引入的因素就使得焊接前后位置度有偏差，這些偏差有規(guī)律可循，因此有公司采用了提前加入補(bǔ)償量的辦法，如果焊接后位置度向順時針方向偏移，那么熱裝時就調(diào)整對齒夾具，使位置度向逆時針方向偏離目標(biāo)值，這樣焊接后，位置度就能回到目標(biāo)值附近。提前加入補(bǔ)償量的方式能夠解決現(xiàn)有的問題，但是也有不太完善的方面。位置度的抽檢一般放在熱裝后，因為焊接后如果發(fā)現(xiàn)不合格，返修特別困難，需要將焊縫車掉重新熱裝，而我們需要的位置度實際上必須是焊接后的最終位置度，提前在熱裝環(huán)節(jié)加入補(bǔ)償量，對操作工提出了更高的要求，他在調(diào)整對齒夾具時，必須加入補(bǔ)償量，偏移方向必須正確，一旦錯了焊接后偏移量就會疊加，使得位置度超差；抽檢時也必須換算一下，實測值與圖紙要求的目標(biāo)值會存在偏差，容易發(fā)生誤判。技術(shù)實現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的在于提供一種保證斜齒焊接軸位置度的裝置及方法，以克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明不需要操作工引入補(bǔ)償量，嚴(yán)格按圖紙要求控制即可，使焊接和加熱導(dǎo)致的位置度偏移互相抵消了，位置度變化量為-0.01mm到+0.01左右，在工藝控制范圍內(nèi)。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：一種保證斜齒焊接軸位置度的裝置，包括機(jī)架9，機(jī)架9上側(cè)連接有上滑座8，下側(cè)連接有底座10，上滑座8的下端連接有上頂尖4，底座10的上端連接有與上頂尖4配合的下頂尖5，在對斜齒焊接軸進(jìn)行裝配時，中間軸齒輪6套設(shè)在下頂尖5上，中間軸7穿過中間軸齒輪6且連接在上頂尖4和下頂尖5之間，上滑座8的下端還連接有上對齒球頭，底座10的上端還連接有與上對齒球頭配合對中間軸7和中間軸齒輪6進(jìn)行對齒的下對齒球頭。進(jìn)一步地，上滑座8的下端通過上壓頭連接有上頂尖4。進(jìn)一步地，上滑座8的下端通過上球頭座2連接有上對齒球頭。進(jìn)一步地，底座10的上端通過下球頭座1連接有下對齒球頭。進(jìn)一步地，底座10上設(shè)有凹槽，凹槽中設(shè)有彈簧，下頂尖5連接在彈簧頂部。進(jìn)一步地，中間軸7的兩端分別設(shè)有與上頂尖4和下頂尖5對應(yīng)的上頂尖孔和下頂尖孔。一種保證斜齒焊接軸位置度的方法，采用上述裝置，包括以下步驟：步驟一：將中間軸齒輪6擺放到加熱定位座上，將中間軸7擺放到軸定位座上；步驟二：在中間軸7上找到o標(biāo)對應(yīng)的齒槽，做標(biāo)記，并進(jìn)行初定位；步驟三：分別對中間軸齒輪6的齒部和內(nèi)孔進(jìn)行加熱；步驟四：將加熱好的中間軸齒輪6套設(shè)在下頂尖5外側(cè)，將中間軸7輸送至上頂尖4和下頂尖5之間，然后利用上對齒球頭和下對齒球頭分別對中間軸7和中間軸齒輪6進(jìn)行定位，即將中間軸7上o標(biāo)對應(yīng)的齒槽與中間軸齒輪6上的某一個齒槽對齊；步驟五：待中間軸齒輪6和中間軸7熱裝到位，將二者裝配的整體放至焊機(jī)輸送料架；步驟六：焊機(jī)上料，空轉(zhuǎn)90度，保證o標(biāo)對應(yīng)的齒槽朝上，開始焊接；步驟七：焊接完成后進(jìn)行清洗。進(jìn)一步地，步驟三中分別采用感應(yīng)線圈和加熱芯軸對中間軸齒輪6的齒部和內(nèi)孔進(jìn)行加熱。進(jìn)一步地，步驟三中將中間軸齒輪6的齒部加熱至150-180℃，將中間軸齒輪6的內(nèi)孔加熱到180-200℃。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益的技術(shù)效果：本發(fā)明裝置通過設(shè)置上頂尖和下頂尖對中間軸進(jìn)行扶正，另外通過上對齒球頭和下對齒球頭分別對中間軸和中間軸齒輪進(jìn)行精確對齒，使中間軸和中間軸齒輪的裝配過程更加穩(wěn)定可控。本發(fā)明方法通過調(diào)節(jié)中間軸和中間軸齒輪的裝配過程、調(diào)節(jié)中間軸齒輪的加熱方式和加熱溫度，另外在焊接過程中，結(jié)合程序控制電機(jī)空轉(zhuǎn)，保證起弧時被測齒槽靠近焊槍，使焊接和加熱導(dǎo)致的位置度偏移互相抵消了，位置度變化量為-0.01mm到+0.01左右，在工藝控制范圍內(nèi)。附圖說明圖1為本發(fā)明的保證斜齒焊接軸位置度的裝置示意圖；圖2為本發(fā)明的副箱中間軸和中間軸齒輪裝配示意圖；圖3為裝配后的示意圖。其中，1、下球頭座；2、上球頭座；3、上壓頭；4、上頂尖；5、下頂尖；6、中間軸齒輪；7、中間軸；8、上滑座；9、機(jī)架；10、底座。具體實施方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明：傳統(tǒng)的斜齒焊接軸的裝配方式為夾具對齒-壓機(jī)壓裝-焊接，壓裝過程不平穩(wěn)，需要經(jīng)常調(diào)整對齒夾具，s變速器對焊接軸位置度的要求更加嚴(yán)格，決定改變傳統(tǒng)裝配方式，采用熱裝加焊接的方式進(jìn)行裝配。熱裝時通過一組對齒球頭進(jìn)行對齒，為了批量化生產(chǎn)，加熱方式采用電磁感應(yīng)加熱，加熱速度快，但也因此導(dǎo)致齒輪內(nèi)孔和齒部膨脹量不一樣，齒輪剛裝配完和冷卻后，齒槽位置度前后有差別；經(jīng)過試驗，發(fā)現(xiàn)焊接過程對位置度同樣有影響，焊接后齒輪位置度會向一側(cè)偏移；這兩項影響對控制位置精度提出了更高的要求。焊接軸過盈量最大0.066mm，通過計算，必須加熱到150度膨脹量才能大于最大過盈量，而加熱方式、加熱時間的不同，實際的膨脹量也不同，另外由于裝配過程還需要一定的時間，裝配過程中，齒輪一直在通過熱輻射和熱傳導(dǎo)在散熱，膨脹量逐漸縮小，計算值只是個參考，必須根據(jù)實際試驗摸索一個可靠的溫度值，既不影響齒輪的金相組織和硬度，又能給裝配留有充足的時間，保證裝配的成功率。針對溫度問題，先摸索出可以成功裝配的溫度范圍，然后分成幾組，將溫度逐步提高，去做金相組織檢測，得出熱裝溫度的極限值，便于溫度控制。針對位置精度的控制問題，做熱裝試驗，記錄齒輪熱裝完、焊接完、冷卻后三個狀態(tài)的位置度，進(jìn)行對比，找出規(guī)律，使位置精度得到有效控制。為了使得焊接軸位置精度滿足設(shè)計要求而且裝配過程穩(wěn)定可控，必須解決兩個問題，溫度控制和由于加熱和焊接導(dǎo)致的位置度偏移。(1)設(shè)計一套熱裝對齒夾具通過上頂尖4和下頂尖5來扶正副箱中間軸7，上下兩個對齒球頭分別對中間軸7和中間軸齒輪6進(jìn)行精確對齒，上球頭座2隨著上頂尖4在z向移動，保證上壓頭3平面和上對齒球頭中心的距離與圖紙上所標(biāo)的軸的基準(zhǔn)和測量基準(zhǔn)的距離相等；上下對齒球頭的距離通過底座10上的調(diào)整塊來調(diào)整，保證與設(shè)計圖紙一致，不同的調(diào)整塊可以用來裝配不同測量基準(zhǔn)的零件品種；下對齒球頭z向固定，球頭中心與齒輪定位基準(zhǔn)距離保持與焊接軸設(shè)計圖紙一致；對齒時，氣缸推動上球頭座2，使得上對齒球頭頂?shù)綐?biāo)記齒槽內(nèi)，達(dá)到對齒的目的；上下對齒球頭與齒輪和軸接觸的地方堆焊硬質(zhì)合金，提高耐磨性，也具有良好的熱穩(wěn)定性(見圖1)。(2)確定溫度區(qū)間由于各個廠家采用的加熱方式不一樣，沒有可供參考的數(shù)據(jù)，理論計算也只能提供一個初始的試驗溫度，最終的溫度區(qū)間還需要做試驗去摸索。由于我公司熱裝采用的是內(nèi)外圈同時加熱的方式加熱齒輪，齒輪內(nèi)孔溫度和齒部溫度控制不同，主要膨脹量靠內(nèi)孔溫度，齒部加熱是為了提升加熱效率，減少熱傳導(dǎo)，因此一般來說內(nèi)孔加熱溫度高，齒部加熱溫度低，這和齒部比較關(guān)鍵的這一特性也比較貼合，在滿足裝配的情況下，保護(hù)齒部，防止齒部出現(xiàn)金相變化。準(zhǔn)備5組齒輪，第1組不加熱；第2組內(nèi)孔加熱到180℃，齒部加熱到150℃；第3組內(nèi)孔加熱到200℃，齒部加熱到180℃；第4組內(nèi)孔加熱到220℃，齒部加熱到180℃；第5組內(nèi)孔加熱到250℃，齒部加熱到210℃。分別給5組齒輪做標(biāo)記，寫明加熱溫度，送去材料中心做金相、硬度等項目的檢測。根據(jù)檢測報告發(fā)現(xiàn)，第2、3、4組齒輪的各項數(shù)據(jù)與第1組差別不大，表明硬度、心部硬度、非馬指標(biāo)等均沒有明顯變化，第5組齒輪在加熱完成后，內(nèi)孔表面已經(jīng)有發(fā)藍(lán)狀況，檢測報告顯示金相組織還沒有變化，但是硬度有所降低，圖紙規(guī)定齒部和內(nèi)孔表面硬度58-63hrc，1、2、3、4組齒輪的硬度都在這個范圍內(nèi)，而第5組齒輪內(nèi)孔不同部位硬度為50.5-57.0hrc，硬度明顯下降了，齒部硬度仍然沒有變化。為了保證裝配穩(wěn)定性和成功率，也為了保證齒輪加熱處在安全區(qū)域內(nèi)，防止由于加熱過沖導(dǎo)致的燒傷，通過與材料中心等部門討論確定，最終決定將內(nèi)孔加熱溫度控制在200℃以內(nèi)，齒部加熱溫度控制在180℃以內(nèi)。(3)解決位置度偏移問題①加熱對焊接軸位置度的影響為了批量生產(chǎn)，提高加熱效率，采用電磁感應(yīng)的技術(shù)對齒輪加熱，在試驗過程中發(fā)現(xiàn)焊接軸在剛熱裝完后冷卻后位置度會有不同程度的偏移，以現(xiàn)場測量姿態(tài)建立坐標(biāo)系，位置度逆時針偏移為負(fù)，順時針偏移為正，根據(jù)現(xiàn)場試驗過程測得的數(shù)據(jù)，冷卻后都是向正反向偏移，偏移量從+0.04到+0.06mm不等。采用感應(yīng)加熱的方式，到達(dá)設(shè)定溫度需要60s-70s的時間，在這個過程中，內(nèi)孔膨脹量明顯快于齒部，導(dǎo)致齒部形狀發(fā)生微量變形，表現(xiàn)出來的就是位置度偏移，冷卻后恢復(fù)原狀。②焊接對焊接軸位置度的影響焊接采用的還是傳統(tǒng)的氣體保護(hù)焊的方式，焊接時齒輪向內(nèi)旋轉(zhuǎn)(外側(cè)為操作側(cè)，面朝電機(jī)，順時針轉(zhuǎn))，焊接前后分別記錄位置度值(見表1)，數(shù)據(jù)表明焊接后位置度偏移范圍為-0.025mm到+0.02mm，偏移方向不固定，冷卻后位置度整體向正方向變動。為了控制偏移量，必須對焊接影響位置度的成因進(jìn)行分析。表1焊接前后位置度值通過對焊接過程進(jìn)行分析，初步判斷是由于焊接變形導(dǎo)致，起弧的一瞬間，會將齒輪向軸的一側(cè)拉，由于齒輪是斜齒，這個軸向變形會影響到位置度，影響的量與螺旋角有關(guān)，假設(shè)軸向變化量為δz，圓周方向變化量為δd(位置度變化量)，螺旋角為α，則理論上δd＝tan(α)×δz(公式一)。為了驗證以上的判斷，在焊接前后分別測量齒輪的端面跳動(遠(yuǎn)離軸的一側(cè))，為了便于統(tǒng)計分析，試驗均采用一個品種齒輪，螺旋角為25°，左旋。通過對比焊接前后端面跳動變化，發(fā)現(xiàn)焊接后跳動變大了，變化最大的點(diǎn)都在起弧點(diǎn)附近。由于焊接軸焊接時是人工放置，姿態(tài)不固定，起弧點(diǎn)在被測齒槽附近時，被測齒槽附近端面向軸側(cè)傾斜，表現(xiàn)在位置度方面向正方向偏移；起弧點(diǎn)在被測齒槽對面齒槽附近時，被測齒槽附近端面向遠(yuǎn)離軸的方向傾斜，位置度向負(fù)方向偏移，測得的數(shù)據(jù)驗證了這一趨勢，這也解釋了為什么焊接前后位置度偏移方向有正有負(fù)。測得數(shù)據(jù)，齒輪端面跳動變化量范圍在0.05mm到0.07mm，以起弧點(diǎn)在被測齒槽附近這一姿態(tài)為例，根據(jù)公式一計算得出，位置度偏移量應(yīng)該在+0.023mm到+0.033mm，但是這一因素是不是焊接導(dǎo)致位置度偏移的唯一因素還不確定。隨后的試驗中，每次放置焊接軸時，都將被測齒槽放置在起弧點(diǎn)的附近，對比焊接前后位置度值，發(fā)現(xiàn)位置度的偏移量大于起弧導(dǎo)致的位置度偏移量，說明還有別的因素影響著位置度。焊接的過程是焊槍將焊絲溶化后將軸和齒輪連接起來的過程，焊滴不斷溶化，隨著軸的旋轉(zhuǎn)焊滿一圈，既然起弧時候能夠?qū)X輪向一側(cè)拉動，那么焊接過程中，齒輪相對于軸在圓周方向上應(yīng)該也有可能會發(fā)生微量移動，如果是這樣，那么旋轉(zhuǎn)方向不同，位置度偏移方向應(yīng)該也不同。為了驗證以上猜想，將焊機(jī)焊接方向改為逆時針轉(zhuǎn)動，即齒輪朝外側(cè)旋轉(zhuǎn)，記錄焊接前后位置度值，被測齒槽與起弧點(diǎn)的相對位置，進(jìn)行對比，得出數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)焊接后位置度向負(fù)方向變動了，被測齒槽遠(yuǎn)離焊槍時變動量最大，為-0.08mm到-0.1mm左右，被測齒槽靠近焊槍時，變化量最小，為-0.04mm到-0.06mm，這是周向變化和起弧瞬間的軸向變化兩個因素疊加的效果，這也驗證了焊接方向?qū)ξ恢枚鹊挠绊?。至此，焊接和加熱對焊接軸位置度的影響因素已經(jīng)分析完畢，為了抵消這些因素，盡量使焊接前后位置度變化最小，決定采取如下措施：固定焊接姿態(tài)，從熱裝到焊機(jī)采用機(jī)械手抓取，結(jié)合程序控制電機(jī)空轉(zhuǎn)，保證起弧時被測齒槽靠近焊槍；焊接方向調(diào)整為逆時針轉(zhuǎn)動(齒輪向人工操作側(cè)旋轉(zhuǎn))；熱裝后的位置度盡量調(diào)整到中值。通過試驗驗證，得出數(shù)據(jù)見表2，焊接前后位置度變化不大，不需要操作工引入補(bǔ)償量，嚴(yán)格按圖紙要求控制就行，焊接和加熱導(dǎo)致位置度偏移互相抵消了，位置度變化量為-0.01mm到+0.01左右，在工藝控制范圍內(nèi)。表2焊接前后位置度變化熱裝焊接冷卻后變化量1#0.080.0802#-0.05-0.0503#0.070.065-0.0054#0.0650.06-0.0055#0.0350.03506#0.020.0207#0.0650.06-0.0058#0.060.055-0.0059#0.020.030.0110#0.020.030.0111#0.040.03-0.01下面結(jié)合附圖對本發(fā)明實施過程作進(jìn)一步說明：(1)人工上料，將中間軸齒輪6擺放到加熱定位座上，將中間軸7擺放到軸定位座上；(2)在中間軸7上找到o標(biāo)對應(yīng)的齒槽，做標(biāo)記，并用定位球頭初定位；(3)分別采用感應(yīng)線圈和加熱芯軸對中間軸齒輪6的齒部和內(nèi)孔進(jìn)行加熱，將中間軸齒輪6的齒部加熱至150-180℃，將中間軸齒輪6的內(nèi)孔加熱到180-200℃；(4)將加熱好的中間軸齒輪6套設(shè)在下頂尖5外側(cè)，將中間軸7輸送至上頂尖4和下頂尖5之間，通過氣缸推動上對齒球頭和下對齒球頭分別對中間軸7和中間軸齒輪6進(jìn)行定位，并始終保持氣壓，即將中間軸7上o標(biāo)對應(yīng)的齒槽與中間軸齒輪6上的某一個齒槽對齊；(5)中間軸齒輪6和中間軸7熱裝到位后，通過機(jī)械手放到焊機(jī)輸送料架(在這個環(huán)節(jié)，根據(jù)工藝要求抽檢位置度)；(6)焊機(jī)上料，空轉(zhuǎn)90°，保證o標(biāo)對應(yīng)的齒槽朝上，開始焊接；(7)焊接完成后搬運(yùn)到清洗機(jī)進(jìn)行清洗。當(dāng)前第1頁12