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輪焊接既可減少零件數(shù)量，又能提高齒輪質(zhì)量和降低齒輪的制造成本，因此，在汽車工業(yè)中早已廣泛應(yīng)用。在激光焊接齒輪以前，齒輪的焊接一般采用電阻焊、感應(yīng)焊、電子束焊等工藝方法。與上焊接工藝相比，激光焊接齒輪無(wú)需在真空中進(jìn)行，而且可避免焊接變形，保證了焊接后的齒輪無(wú)需再精加工。不僅如此，激光焊接可使焊縫深寬比高達(dá)10：1，且焊縫處具有相當(dāng)或優(yōu)于母材的綜合機(jī)械性能，保證了齒輪可以傳遞較大的扭矩［1］。因此，齒輪激光焊接是一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)。目前世界各大汽車制造廠竟相采用激光焊接齒輪，以提高產(chǎn)品在國(guó)際市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)力。我國(guó)齒輪激光焊接設(shè)備設(shè)計(jì)制造水平和能力目前還比較薄弱，國(guó)內(nèi)主要汽車廠的齒輪激光焊接設(shè)備主要依賴進(jìn)口，且價(jià)格昂貴。因此，研制開(kāi)發(fā)汽車變速箱雙聯(lián)齒輪激光焊接機(jī)，對(duì)推動(dòng)我國(guó)汽車工業(yè)的發(fā)展具有一定意義。

1 雙聯(lián)齒輪

汽車變速箱雙聯(lián)齒輪激光焊接機(jī)的焊接對(duì)象是富康轎車的五速箱四檔從動(dòng)齒輪、四速箱五檔從動(dòng)齒輪和五檔從動(dòng)齒輪三種，它們的結(jié)構(gòu)形式相同，都由齒輪、齒圈和墊片組成，齒輪材料為27MC5(法國(guó)牌號(hào))，齒圈材料為16MC5(法國(guó)牌號(hào))，如圖1所示。齒圈的兩面有細(xì)微的差別，A面齒側(cè)倒角，裝配時(shí)要求齒圈A面向外，其內(nèi)孔D1與齒輪軸外圓D3為過(guò)盈配合，過(guò)盈量要求控制在一定的范圍；墊片的內(nèi)孔D2與齒輪軸外圓D3為間隙配合。設(shè)備生產(chǎn)率要求能達(dá)到每小時(shí)生產(chǎn)64件，雙聯(lián)齒輪要求焊縫深度為1.5±0.25mm， 焊縫寬度小于 1.1mm，焊縫偏移量為±#p#分頁(yè)標(biāo)題#e#0.1mm，雙聯(lián)齒輪傳遞扭矩大于1000Nm。

圖1雙聯(lián)齒輪

2 整體方案的確定

在進(jìn)行雙聯(lián)齒輪的激光焊接機(jī)的整體方案的設(shè)計(jì)時(shí)，我們對(duì)雙聯(lián)齒輪進(jìn)行了認(rèn)真的分析，確定了需要解決的四個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題：

(1)雙聯(lián)齒輪壓裝過(guò)程中齒圈的內(nèi)孔和齒輪的外圓過(guò)盈量的檢測(cè)。雙聯(lián)齒輪壓裝過(guò)程中須對(duì)齒圈的內(nèi)孔D1、齒輪的外圓D3之間的配合進(jìn)行檢查，保證過(guò)盈量控制在一定的范圍內(nèi)。齒圈的內(nèi)孔D1和齒輪的外圓D3的尺寸一般呈正態(tài)分布，即使合格的齒圈和齒輪，當(dāng)齒圈的內(nèi)孔D1靠近上偏差，而齒輪的外圓D3靠近下偏差；或者，當(dāng)齒圈的內(nèi)孔D1靠近下偏差，而齒輪的外圓D3靠近上偏差，都會(huì)出現(xiàn)壓裝后的雙聯(lián)齒輪不符合質(zhì)量要求，這是在壓裝前無(wú)法檢測(cè)出來(lái)的。

(2)雙聯(lián)齒輪壓裝過(guò)程中齒圈的裝配方向的檢測(cè)。齒圈A面齒側(cè)倒角，裝配時(shí)要求齒圈A面向外，由于齒圈兩面的差別細(xì)微，在壓裝時(shí)如何判別齒圈的安裝方向是一個(gè)難點(diǎn)。

(3)雙聯(lián)齒輪壓裝前齒圈的扶正。由于齒圈的內(nèi)孔D1和齒輪的外圓D3的公差配合為過(guò)盈配合，齒輪的前段有一小臺(tái)階，所以齒圈套在齒輪上的自然狀態(tài)容易為傾斜狀態(tài)，導(dǎo)致無(wú)壓裝，因此，壓裝前必須將齒圈扶正。#p#分頁(yè)標(biāo)題#e#

(4)雙聯(lián)齒輪的激光焊接工藝參數(shù)的確定。激光焊接的焊縫容易出現(xiàn)氣孔、裂紋、咬邊等缺陷，如何通過(guò)激光焊接工藝參數(shù)的優(yōu)化避免這些缺陷的出現(xiàn)。不僅如此，汽車用的雙聯(lián)齒輪還要求較大的焊縫深寬比，以便傳遞較大的轉(zhuǎn)矩，且焊縫首尾相接處不允許有凹坑等外觀缺陷。雖然在設(shè)計(jì)整體方案時(shí)并不需要也不可能每一項(xiàng)工藝參數(shù)都確定下來(lái)，但對(duì)于激光功率、焊接速度等對(duì)設(shè)備的結(jié)構(gòu)有較大影響的工藝參數(shù)必須通過(guò)試驗(yàn)得到。

在汽車變速箱雙聯(lián)齒輪激光焊接機(jī)方案確立的過(guò)程中，我們始終把上述問(wèn)題作為重點(diǎn)解決的問(wèn)題。由于對(duì)齒圈的內(nèi)孔D1和齒輪的外圓D3的尺寸進(jìn)行在線測(cè)量技術(shù)難度較大，費(fèi)用高，不可能對(duì)齒圈的內(nèi)孔D1和齒輪的外圓D3的配合過(guò)盈量進(jìn)行直接檢測(cè)。我們用相同的材料加工一批齒圈和齒輪，控制齒圈的內(nèi)孔D1和齒輪的外圓D3的實(shí)際尺寸接近上偏差或下偏差，通過(guò)在壓力機(jī)上進(jìn)行裝配，測(cè)出在過(guò)盈量上限和下限所需的壓力值，從而通過(guò)間接的方法檢測(cè)齒圈的內(nèi)孔D1和齒輪的外圓D3的過(guò)盈量。對(duì)于對(duì)設(shè)備的結(jié)構(gòu)有較大影響的工藝參數(shù)的確定，我們借助已有的三坐標(biāo)激光加工設(shè)備通過(guò)插補(bǔ)的方式模擬齒輪焊接，取得了相當(dāng)多的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。在此基礎(chǔ)上經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)和反復(fù)論證，確立了汽車變速箱雙聯(lián)齒輪激光焊接機(jī)的技術(shù)方案為：整個(gè)設(shè)備由雙聯(lián)齒輪壓裝機(jī)床和雙聯(lián)齒輪激光焊接機(jī)床組成，兩臺(tái)機(jī)床之間由輸送裝置連接，由兩名工人操作。該方案結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造成本較低，設(shè)備的可靠性大大提高，其加工工藝過(guò)程和工作原理為：齒輪、齒圈和墊片在齒輪壓裝機(jī)床上裝配、壓緊，然后由輸送裝置傳送至齒輪激光焊接機(jī)床，在齒輪激光焊接機(jī)床上進(jìn)行焊接。

3 雙聯(lián)齒輪壓裝機(jī)床

3.1 工藝過(guò)程和工作原理

雙聯(lián)齒輪壓裝機(jī)床由主機(jī)、液壓系統(tǒng)和控制系統(tǒng)構(gòu)成，其主機(jī)結(jié)構(gòu)示意如圖2所示。將齒輪4、墊片5及齒圈6按規(guī)定順序安裝定位于機(jī)床工作臺(tái)面的夾具7上。夾具中的檢測(cè)裝置自動(dòng)對(duì)齒圈的安裝方向進(jìn)行檢測(cè)，如果齒圈安裝方向不正確。控制系統(tǒng)控制機(jī)床壓頭3不能壓下，如果齒圈安裝方向正確，則按動(dòng)啟動(dòng)按鈕后，由液壓缸#p#分頁(yè)標(biāo)題#e#1推動(dòng)機(jī)床壓頭3下壓，從而將具有過(guò)盈配合的齒輪4、齒圈6及墊片5壓合在一起。在機(jī)床壓頭上裝有壓力傳感器2，能對(duì)壓裝過(guò)程的壓力信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，控制系統(tǒng)將采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，壓力值一旦超出規(guī)定裝配過(guò)盈量的壓力上下限時(shí)，表明齒輪或齒圈的配合不符合要求，系統(tǒng)則發(fā)出報(bào)警和停機(jī)，等待操作人員進(jìn)行處理。這樣，可避免不合格的工件流入下一道工序。壓裝夾具中的檢測(cè)裝置不僅可檢測(cè)齒圈的安裝方向，而且還可以對(duì)是否安裝了工件進(jìn)行判斷。齒輪壓裝機(jī)床采用了全封閉的防護(hù)結(jié)構(gòu)，只有在有機(jī)玻璃的拉門(mén)關(guān)閉后，門(mén)檢測(cè)開(kāi)關(guān)發(fā)出信號(hào)，左右手同時(shí)按下左右兩個(gè)啟動(dòng)按鍵后，壓裝工作才能進(jìn)行。

圖2壓裝機(jī)床示意圖