一种保证斜齿焊接轴位置度的装置及方法与流程

本发明涉及斜齿焊接轴的装配领域，具体涉及一种保证斜齿焊接轴位置度的装置及方法。
背景技术：
：传统副箱焊接轴图纸位置度要求±0.075mm，s系列产品为高端产品，对位置精度提出了更高的要求，为±0.065mm，为了更加稳妥，一般工艺希望大部分偏差落在±0.03的范围内，这就对装配工艺提出了更高的挑战。传统的装配方式为对齿冷压装然后焊接，压装过程不平稳，位置精度不好控制，国内同行业产品也是冷压装居多，这种工艺方式压装过程不可控，只能靠压装前的对齿定位，压装过程一旦发生齿轮和轴的周向位移，无法调整，只能返修。近年来热装的应用逐渐多起来，也有公司采用热装对齿然后焊接的工艺手段，然而也都遇到了加热以及焊接带来的位置度的偏移，由于装配工艺只能通过热装时的定位球头对齿来保证，后面由于热传导、焊接等引入的因素就使得焊接前后位置度有偏差，这些偏差有规律可循，因此有公司采用了提前加入补偿量的办法，如果焊接后位置度向顺时针方向偏移，那么热装时就调整对齿夹具，使位置度向逆时针方向偏离目标值，这样焊接后，位置度就能回到目标值附近。提前加入补偿量的方式能够解决现有的问题，但是也有不太完善的方面。位置度的抽检一般放在热装后，因为焊接后如果发现不合格，返修特别困难，需要将焊缝车掉重新热装，而我们需要的位置度实际上必须是焊接后的最终位置度，提前在热装环节加入补偿量，对操作工提出了更高的要求，他在调整对齿夹具时，必须加入补偿量，偏移方向必须正确，一旦错了焊接后偏移量就会叠加，使得位置度超差；抽检时也必须换算一下，实测值与图纸要求的目标值会存在偏差，容易发生误判。技术实现要素：本发明的目的在于提供一种保证斜齿焊接轴位置度的装置及方法，以克服上述现有技术存在的缺陷，本发明不需要操作工引入补偿量，严格按图纸要求控制即可，使焊接和加热导致的位置度偏移互相抵消了，位置度变化量为-0.01mm到+0.01左右，在工艺控制范围内。为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：一种保证斜齿焊接轴位置度的装置，包括机架9，机架9上侧连接有上滑座8，下侧连接有底座10，上滑座8的下端连接有上顶尖4，底座10的上端连接有与上顶尖4配合的下顶尖5，在对斜齿焊接轴进行装配时，中间轴齿轮6套设在下顶尖5上，中间轴7穿过中间轴齿轮6且连接在上顶尖4和下顶尖5之间，上滑座8的下端还连接有上对齿球头，底座10的上端还连接有与上对齿球头配合对中间轴7和中间轴齿轮6进行对齿的下对齿球头。进一步地，上滑座8的下端通过上压头连接有上顶尖4。进一步地，上滑座8的下端通过上球头座2连接有上对齿球头。进一步地，底座10的上端通过下球头座1连接有下对齿球头。进一步地，底座10上设有凹槽，凹槽中设有弹簧，下顶尖5连接在弹簧顶部。进一步地，中间轴7的两端分别设有与上顶尖4和下顶尖5对应的上顶尖孔和下顶尖孔。一种保证斜齿焊接轴位置度的方法，采用上述装置，包括以下步骤：步骤一：将中间轴齿轮6摆放到加热定位座上，将中间轴7摆放到轴定位座上；步骤二：在中间轴7上找到o标对应的齿槽，做标记，并进行初定位；步骤三：分别对中间轴齿轮6的齿部和内孔进行加热；步骤四：将加热好的中间轴齿轮6套设在下顶尖5外侧，将中间轴7输送至上顶尖4和下顶尖5之间，然后利用上对齿球头和下对齿球头分别对中间轴7和中间轴齿轮6进行定位，即将中间轴7上o标对应的齿槽与中间轴齿轮6上的某一个齿槽对齐；步骤五：待中间轴齿轮6和中间轴7热装到位，将二者装配的整体放至焊机输送料架；步骤六：焊机上料，空转90度，保证o标对应的齿槽朝上，开始焊接；步骤七：焊接完成后进行清洗。进一步地，步骤三中分别采用感应线圈和加热芯轴对中间轴齿轮6的齿部和内孔进行加热。进一步地，步骤三中将中间轴齿轮6的齿部加热至150-180℃，将中间轴齿轮6的内孔加热到180-200℃。与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：本发明装置通过设置上顶尖和下顶尖对中间轴进行扶正，另外通过上对齿球头和下对齿球头分别对中间轴和中间轴齿轮进行精确对齿，使中间轴和中间轴齿轮的装配过程更加稳定可控。本发明方法通过调节中间轴和中间轴齿轮的装配过程、调节中间轴齿轮的加热方式和加热温度，另外在焊接过程中，结合程序控制电机空转，保证起弧时被测齿槽靠近焊枪，使焊接和加热导致的位置度偏移互相抵消了，位置度变化量为-0.01mm到+0.01左右，在工艺控制范围内。附图说明图1为本发明的保证斜齿焊接轴位置度的装置示意图；图2为本发明的副箱中间轴和中间轴齿轮装配示意图；图3为装配后的示意图。其中，1、下球头座；2、上球头座；3、上压头；4、上顶尖；5、下顶尖；6、中间轴齿轮；7、中间轴；8、上滑座；9、机架；10、底座。具体实施方式下面结合附图对本发明作进一步详细说明：传统的斜齿焊接轴的装配方式为夹具对齿-压机压装-焊接，压装过程不平稳，需要经常调整对齿夹具，s变速器对焊接轴位置度的要求更加严格，决定改变传统装配方式，采用热装加焊接的方式进行装配。热装时通过一组对齿球头进行对齿，为了批量化生产，加热方式采用电磁感应加热，加热速度快，但也因此导致齿轮内孔和齿部膨胀量不一样，齿轮刚装配完和冷却后，齿槽位置度前后有差别；经过试验，发现焊接过程对位置度同样有影响，焊接后齿轮位置度会向一侧偏移；这两项影响对控制位置精度提出了更高的要求。焊接轴过盈量最大0.066mm，通过计算，必须加热到150度膨胀量才能大于最大过盈量，而加热方式、加热时间的不同，实际的膨胀量也不同，另外由于装配过程还需要一定的时间，装配过程中，齿轮一直在通过热辐射和热传导在散热，膨胀量逐渐缩小，计算值只是个参考，必须根据实际试验摸索一个可靠的温度值，既不影响齿轮的金相组织和硬度，又能给装配留有充足的时间，保证装配的成功率。针对温度问题，先摸索出可以成功装配的温度范围，然后分成几组，将温度逐步提高，去做金相组织检测，得出热装温度的极限值，便于温度控制。针对位置精度的控制问题，做热装试验，记录齿轮热装完、焊接完、冷却后三个状态的位置度，进行对比，找出规律，使位置精度得到有效控制。为了使得焊接轴位置精度满足设计要求而且装配过程稳定可控，必须解决两个问题，温度控制和由于加热和焊接导致的位置度偏移。(1)设计一套热装对齿夹具通过上顶尖4和下顶尖5来扶正副箱中间轴7，上下两个对齿球头分别对中间轴7和中间轴齿轮6进行精确对齿，上球头座2随着上顶尖4在z向移动，保证上压头3平面和上对齿球头中心的距离与图纸上所标的轴的基准和测量基准的距离相等；上下对齿球头的距离通过底座10上的调整块来调整，保证与设计图纸一致，不同的调整块可以用来装配不同测量基准的零件品种；下对齿球头z向固定，球头中心与齿轮定位基准距离保持与焊接轴设计图纸一致；对齿时，气缸推动上球头座2，使得上对齿球头顶到标记齿槽内，达到对齿的目的；上下对齿球头与齿轮和轴接触的地方堆焊硬质合金，提高耐磨性，也具有良好的热稳定性(见图1)。(2)确定温度区间由于各个厂家采用的加热方式不一样，没有可供参考的数据，理论计算也只能提供一个初始的试验温度，最终的温度区间还需要做试验去摸索。由于我公司热装采用的是内外圈同时加热的方式加热齿轮，齿轮内孔温度和齿部温度控制不同，主要膨胀量靠内孔温度，齿部加热是为了提升加热效率，减少热传导，因此一般来说内孔加热温度高，齿部加热温度低，这和齿部比较关键的这一特性也比较贴合，在满足装配的情况下，保护齿部，防止齿部出现金相变化。准备5组齿轮，第1组不加热；第2组内孔加热到180℃，齿部加热到150℃；第3组内孔加热到200℃，齿部加热到180℃；第4组内孔加热到220℃，齿部加热到180℃；第5组内孔加热到250℃，齿部加热到210℃。分别给5组齿轮做标记，写明加热温度，送去材料中心做金相、硬度等项目的检测。根据检测报告发现，第2、3、4组齿轮的各项数据与第1组差别不大，表明硬度、心部硬度、非马指标等均没有明显变化，第5组齿轮在加热完成后，内孔表面已经有发蓝状况，检测报告显示金相组织还没有变化，但是硬度有所降低，图纸规定齿部和内孔表面硬度58-63hrc，1、2、3、4组齿轮的硬度都在这个范围内，而第5组齿轮内孔不同部位硬度为50.5-57.0hrc，硬度明显下降了，齿部硬度仍然没有变化。为了保证装配稳定性和成功率，也为了保证齿轮加热处在安全区域内，防止由于加热过冲导致的烧伤，通过与材料中心等部门讨论确定，最终决定将内孔加热温度控制在200℃以内，齿部加热温度控制在180℃以内。(3)解决位置度偏移问题①加热对焊接轴位置度的影响为了批量生产，提高加热效率，采用电磁感应的技术对齿轮加热，在试验过程中发现焊接轴在刚热装完后冷却后位置度会有不同程度的偏移，以现场测量姿态建立坐标系，位置度逆时针偏移为负，顺时针偏移为正，根据现场试验过程测得的数据，冷却后都是向正反向偏移，偏移量从+0.04到+0.06mm不等。采用感应加热的方式，到达设定温度需要60s-70s的时间，在这个过程中，内孔膨胀量明显快于齿部，导致齿部形状发生微量变形，表现出来的就是位置度偏移，冷却后恢复原状。②焊接对焊接轴位置度的影响焊接采用的还是传统的气体保护焊的方式，焊接时齿轮向内旋转(外侧为操作侧，面朝电机，顺时针转)，焊接前后分别记录位置度值(见表1)，数据表明焊接后位置度偏移范围为-0.025mm到+0.02mm，偏移方向不固定，冷却后位置度整体向正方向变动。为了控制偏移量，必须对焊接影响位置度的成因进行分析。表1焊接前后位置度值通过对焊接过程进行分析，初步判断是由于焊接变形导致，起弧的一瞬间，会将齿轮向轴的一侧拉，由于齿轮是斜齿，这个轴向变形会影响到位置度，影响的量与螺旋角有关，假设轴向变化量为δz，圆周方向变化量为δd(位置度变化量)，螺旋角为α，则理论上δd＝tan(α)×δz(公式一)。为了验证以上的判断，在焊接前后分别测量齿轮的端面跳动(远离轴的一侧)，为了便于统计分析，试验均采用一个品种齿轮，螺旋角为25°，左旋。通过对比焊接前后端面跳动变化，发现焊接后跳动变大了，变化最大的点都在起弧点附近。由于焊接轴焊接时是人工放置，姿态不固定，起弧点在被测齿槽附近时，被测齿槽附近端面向轴侧倾斜，表现在位置度方面向正方向偏移；起弧点在被测齿槽对面齿槽附近时，被测齿槽附近端面向远离轴的方向倾斜，位置度向负方向偏移，测得的数据验证了这一趋势，这也解释了为什么焊接前后位置度偏移方向有正有负。测得数据，齿轮端面跳动变化量范围在0.05mm到0.07mm，以起弧点在被测齿槽附近这一姿态为例，根据公式一计算得出，位置度偏移量应该在+0.023mm到+0.033mm，但是这一因素是不是焊接导致位置度偏移的唯一因素还不确定。随后的试验中，每次放置焊接轴时，都将被测齿槽放置在起弧点的附近，对比焊接前后位置度值，发现位置度的偏移量大于起弧导致的位置度偏移量，说明还有别的因素影响着位置度。焊接的过程是焊枪将焊丝溶化后将轴和齿轮连接起来的过程，焊滴不断溶化，随着轴的旋转焊满一圈，既然起弧时候能够将齿轮向一侧拉动，那么焊接过程中，齿轮相对于轴在圆周方向上应该也有可能会发生微量移动，如果是这样，那么旋转方向不同，位置度偏移方向应该也不同。为了验证以上猜想，将焊机焊接方向改为逆时针转动，即齿轮朝外侧旋转，记录焊接前后位置度值，被测齿槽与起弧点的相对位置，进行对比，得出数据，发现焊接后位置度向负方向变动了，被测齿槽远离焊枪时变动量最大，为-0.08mm到-0.1mm左右，被测齿槽靠近焊枪时，变化量最小，为-0.04mm到-0.06mm，这是周向变化和起弧瞬间的轴向变化两个因素叠加的效果，这也验证了焊接方向对位置度的影响。至此，焊接和加热对焊接轴位置度的影响因素已经分析完毕，为了抵消这些因素，尽量使焊接前后位置度变化最小，决定采取如下措施：固定焊接姿态，从热装到焊机采用机械手抓取，结合程序控制电机空转，保证起弧时被测齿槽靠近焊枪；焊接方向调整为逆时针转动(齿轮向人工操作侧旋转)；热装后的位置度尽量调整到中值。通过试验验证，得出数据见表2，焊接前后位置度变化不大，不需要操作工引入补偿量，严格按图纸要求控制就行，焊接和加热导致位置度偏移互相抵消了，位置度变化量为-0.01mm到+0.01左右，在工艺控制范围内。表2焊接前后位置度变化热装焊接冷却后变化量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下面结合附图对本发明实施过程作进一步说明：(1)人工上料，将中间轴齿轮6摆放到加热定位座上，将中间轴7摆放到轴定位座上；(2)在中间轴7上找到o标对应的齿槽，做标记，并用定位球头初定位；(3)分别采用感应线圈和加热芯轴对中间轴齿轮6的齿部和内孔进行加热，将中间轴齿轮6的齿部加热至150-180℃，将中间轴齿轮6的内孔加热到180-200℃；(4)将加热好的中间轴齿轮6套设在下顶尖5外侧，将中间轴7输送至上顶尖4和下顶尖5之间，通过气缸推动上对齿球头和下对齿球头分别对中间轴7和中间轴齿轮6进行定位，并始终保持气压，即将中间轴7上o标对应的齿槽与中间轴齿轮6上的某一个齿槽对齐；(5)中间轴齿轮6和中间轴7热装到位后，通过机械手放到焊机输送料架(在这个环节，根据工艺要求抽检位置度)；(6)焊机上料，空转90°，保证o标对应的齿槽朝上，开始焊接；(7)焊接完成后搬运到清洗机进行清洗。当前第1页12