摘要: 在機械產品裝配中, 減速機的裝配工藝有一定的典型性。蝸輪減速機的裝配工藝包括: 機體的裝配工藝; 蝸輪組件的裝配; 蝸桿組件的裝配; 機體總裝配; 研齒; 試車; 裝聯軸器; 油漆等工作。實際應用說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, 機械產品是由許多零件組合而成。裝配是機械制造當中的最后一道工序, 也是產品的最終完成階段。裝配工作做得好壞對產品的質量起者決定性的作用。按照規定的技術要求, 將合格的零件結合成組件和部件或將若干零件、組件和部件連接固定成為機器的過程就稱為裝配。凡是裝配完成的機器, 必須滿足規定的裝配精度。產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、運動精度、接觸精度等。同時對特殊要求的零件還要做平衡試驗、密封試驗等。
         為了達到一定的裝配精度, 通過尺寸鏈分析, 由于封閉環的公差等于組成環公差之和, 裝配精度取決于零件的制造公差, 但零件的制造精度過高, 生產成本將提高。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、修配法和調法。在裝配過程中, 依照產品的特點和技術要求以及現有的條件規定用什么方法保證裝配質量的前提下, 必須同時滿足高生產率和經濟的要求。為了達到這個要求就必須制訂合理的裝配工藝。
                      
 1.蝸輪減速機裝配的技術要求
    (1) 保證蝸桿軸線與蝸輪軸線相互垂直。
    (2) 蝸桿軸心線應在蝸輪輪齒的對稱平面內。
    (3) 要具有正確的嚙合中心距。
    (4) 要有適當的嚙合側隙和正確的嚙合接觸面。
     (5) 對于不同用途的蝸桿傳動機構有不同的技術要求。用于分度機構中的蝸桿傳動應盡量減少傳動副在運動的空行程角度; 用于傳遞動力的蝸桿傳動機構則應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矩。
          裝配蝸桿傳動過程中, 可能產生三種誤差: 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.下置式蝸輪減速機的裝配前的檢查
(1)為了確保蝸桿傳動副的裝配技術要求, 使蝸輪與蝸桿軸線在同一平面上互相垂直, 先要對蝸桿孔軸線與蝸輪孔軸線的中心距誤差和垂直度誤差進行檢驗。箱體孔中心距檢驗時,按圖 2 所示的方法進行測量。將箱體清理干凈, 用三個千斤頂支撐箱體在一個平面上, 分別將測量芯棒 1 和 2 插入箱體孔中, 調整千斤頂使其中一個芯棒與平板平行( 用百分表在該芯棒的兩端點上檢驗) , 再用兩組量塊以相對測量法測量兩芯棒至平板的距離, 即可算出中心距 a。
               
(2)測量軸線間的垂直度誤差如圖 3 所示, 檢驗時將芯棒 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, 旋轉芯棒出了新的要求。直線電機的成熟應用使高速加工中心在效率、精度和實用性方面翻開了新的一頁。直線電機為非接觸的直接驅動方式, 移動部件少, 無扭曲變形問題, 采用這種技術, 機床制造絲桿所無法達到的水平。直線電機具有高加速度和減速特性, 加速可達 2g～6g, 為傳統驅動裝置的 10～20 倍, 進給速度是傳統的 4～5 倍。
                              
(3) 高速 CNC 控制系統 高速加工中心要求 CNC 控制系統具有快速數據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軸坐標聯動加工復雜曲面時)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 運算速度快, 預讀單節及 NURBS 功能等適當的 CNC 控制器, 才能發揮高速切削加工的效能。OPEN 架構及 PC-based 也是發展的一個新潮流。結合 PC 在通訊及網絡上的發展, 建立參數資料庫系統、CAD/CAM整合模擬系統及標準化電控模組, 也是未來發展的新趨勢。
         高速 CNC 數控系統的數據處理能力有兩個重要指標: 一是單個程序段處理時間, 為了適應高速, 要求單個程序段處理時間要短, 為此, 需使用 32 位 CPU 和 64 位 CPU, 并采用多處理器; 二是插補精度,為了確保高速下的插補精度, 要有前饋和大數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、回沖加速、平滑插補、鐘型加減速等輪廓控制技術。高速切削加工 CNC 系統的功能特征包括: ①加減預插補; ②前饋控制; ③精確矢量補償; ④最佳拐角減速度。
(4) 高速切削刀具 已發展的刀具材料主要有聚晶金剛石(PCD)、聚晶立方氮化硼(PCBN)、硬質含金涂層刀具、陶瓷刀具等, 都能適應鋁合金、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 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。有關研究機構正開發新的刀具材料, 向更高的切削速度發展。
       要對刀具結構進行動平衡, 特別刀柄外伸較長的刀具必須進行動平衡, 以防止高速引起離心力使抗彎強度和斷裂韌性都較低的刀柄或刀片發生斷裂, 對高速加工中心和操作者帶來危險。
        刀柄系統選擇也會影響自動換刀的重復精度和刀具切削剛性。目前刀柄系統一般選擇 7:24 錐度的單面夾緊刀柄系統, ISO、CAT、DIN、BT 等都屬此類, 兩面定位刀具系統有 HSK、KM、NC5、BIG- PLUS、WSU、ABSC 等。
(5) 高速加工中心溫控系統 高速加工中心的熱特性是指高速加工中心結構在其內部熱源和外部熱源的作用下, 產生結構變形和對加工精度影響的特性, 為了改善高速加工中心的熱特性, 一般采用溫控循環水(或其他介質)來冷卻主軸電機、主軸軸承、直線電機、液壓油箱、電氣柜, 有的甚至冷卻主軸箱、橫梁、床身等大構件。此外, 還可采用低膨脹系數的鑄鐵來作高速加工中心的主軸箱體, 以減少主軸的熱伸長和主軸部件的熱變形。
(6) 其它 為了使高速加工中心正常運行和發揮效能, 高速加工中心總體結構上還要設置刀庫及換刀裝置、冷卻系統、溫控系統、安全防護與實時監控系統、刀具破損監控、刀具長度及直徑的激光檢測裝置、光柵尺測量系統和排屑裝置等。
             
3.蝸桿組件裝配
(1) 清洗、清理蝸桿上的毛刺、鐵銹、油污等并測量軸承內孔與軸
徑, 軸承外徑與箱體孔的實際尺寸。
(2) 滾動軸承的裝配 根據軸承的類型與配合性質, 采用不同的方法進行裝配。當軸承內圈與軸緊配時, 而軸承外圈與箱體孔配合較松時, 可先將軸承裝在軸上, 然后把軸承與軸一起裝入箱體中; 當軸承內圈與軸配合較松時, 而軸承外圈與箱體孔配合較緊時, 可先將軸承壓入殼體中, 然后在將軸裝入殼體中; 當軸承內圈與軸緊配時, 而軸承外圈與箱體孔配合也較緊時, 把軸承同時壓入軸和殼體中。
(3)對于圓錐滾子軸承, 因其外圈可分離, 可以分別把內圈裝入軸上, 外圈裝在箱體中, 然后再調整游隙。軸承與軸或殼體配合過盈量小時, 可用擊壓法平穩、均勻用錘子加間接件直接打入或用壓力機壓入。當過盈量大時用溫差法, 即將軸承用介質加溫, 然后與軸配合。
(4)裝配滾動軸承時應注意標有軸承型號的一端應向外, 軸承端面與軸肩或孔的支承面緊貼, 裝配過程中要嚴格清潔。裝配之后用手轉動軸承檢查有無卡阻現象, 并檢查軸承在工作時噪音的大小。

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和端面跳動誤差。測量方法如圖 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, 把圓柱規放在蝸輪的輪齒間, 將百分表測量頭抵在圓柱規上, 從百分表上得到一個讀數, 然后轉動蝸輪, 每隔 3- 4 個齒再重復進行一次測量, 百分表的最大讀數與最小讀數之差就是蝸輪分度圓上的徑向跳動誤差。檢查端面跳動誤差, 可用頂尖將軸頂在中間, 使百分表測量頭抵在蝸輪端面上, 蝸輪軸旋轉一周范圍內, 百分表的最大讀數和最小讀數之差就為蝸輪端面跳動誤差。
                           
              
5.機體總裝配
(1) 將減速機箱體清洗干凈, 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, 蝸輪的中央對稱面應于蝸桿軸線重合, 蝸輪中央面的位置通過改變軸承蓋墊圈厚度或其它方式進行調整。
(3) 齒側間隙檢查, 用塞尺、鉛絲或鉛片檢查, 鉛絲直徑不得小于最小側隙系數值的 4 倍。側隙的大小等于齒形兩側經過擠壓后鉛絲厚度之和。百分表測量齒側間隙, 在蝸桿軸上固定一帶量角器的刻度盤,把百分表測量抵在蝸輪齒面上, 用手轉動蝸桿, 在百分表指針不動的條件下, 用刻度盤相對于固定指針的最大空程角來判斷側隙的大小。
(4) 檢查齒面接觸率 將蝸輪、蝸桿裝入箱體后, 首先要用涂色法來檢查蝸桿與蝸輪的相互位置以及嚙合的接觸點。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, 轉動蝸桿, 根據蝸輪輪齒上的痕跡判斷嚙合質量。
(5) 試車 根據圖紙要求, 空載試車兩小時后, 負載試車, 試車時減速機內注入潤滑油, 工作時油溫不能超過 35℃, 軸承溫度不能超過40℃。試車檢查齒面的粗糙度, 有無拉傷現象, 噪聲如何, 傳動是否平穩, 有無漏油現象等等。直到達到技術要求, 然后交檢、涂漆。

6      結束語
        近年來, 各工科院校編寫的《機械制造工藝學》和《機械制造工藝手冊》對典型產品裝配工藝介紹甚少。學生在“機械設計”課程設計中大多從事減速箱的設計, 他們對裝配工藝方面的知識甚少, 有些指導教師也不十分清楚。為了提高教學質量, 有必要在這方面作以介紹, 同時對從事這方面設計和維修人員了解裝配工藝知識也很有必要。