其工作原理簡(jiǎn)單，齒條齒輪式齒輪組被包在一個(gè)金屬管中，齒條的各個(gè)齒端都突出在金屬管外，并用橫拉桿連在一起。一只小齒輪連在轉(zhuǎn)向軸上，當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)汽車方向盤，轉(zhuǎn)向器齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，使與之嚙合的齒條沿著軸向移動(dòng)。在齒條各齒端的橫拉桿轉(zhuǎn)向軸的轉(zhuǎn)向臂上，通過齒條將方向盤旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化成車輪傳動(dòng)所需要的線性運(yùn)動(dòng)，從而使左右橫拉桿帶動(dòng)轉(zhuǎn)向節(jié)左右轉(zhuǎn)動(dòng)，使轉(zhuǎn)向車輪實(shí)現(xiàn)偏轉(zhuǎn)而實(shí)現(xiàn)汽車轉(zhuǎn)向。
在齒條齒輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)向齒條的精度、嚙合度高低非常重要，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是決定汽車主動(dòng)安全性的關(guān)鍵總成。轉(zhuǎn)向齒條精度差會(huì)造成轉(zhuǎn)向不靈敏、操縱不穩(wěn)，需大幅轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤，不僅影響汽車的操作宜人性，甚至?xí)斐赊D(zhuǎn)向系統(tǒng)故障而導(dǎo)致事故。國(guó)際上，汽車生產(chǎn)大廠曾出現(xiàn)由於轉(zhuǎn)向系統(tǒng)問題而召回的事例。
圖1 汽車轉(zhuǎn)向齒條
汽車轉(zhuǎn)向齒條的形狀與加工
轉(zhuǎn)向齒條可分為直齒條和螺旋齒條，亦可以分為單齒型齒條和變齒型齒條。齒型部分的寬度一般為200mm左右，加工深度在5-10mm。國(guó)內(nèi)目前仍采用把熱處理作為末道工序的工藝流程，齒條的常規(guī)加工是在未淬火的材料上磨出齒型，然後淬硬。但國(guó)外有些廠家已把磨削優(yōu)化為末道工序，因?yàn)槿绻谡w淬硬的實(shí)體材料上直接磨出全寬度齒型可以明顯提高加工質(zhì)量和生產(chǎn)效率。
長(zhǎng)期以來，我國(guó)的汽車行業(yè)大多采用插削、銑削或拉削方法進(jìn)行汽車轉(zhuǎn)向齒條齒型的加工。從這些工藝的實(shí)際應(yīng)用來看，插削、銑削的精度精度較低，效率一般，而拉削的精度稍好，效率也較高，但是這幾種加工方式的精度和效率都不及強(qiáng)力成形磨削，而且所使用的刀具成本高，加工的柔性較差。由於國(guó)內(nèi)沒有轉(zhuǎn)向齒成形磨床的生產(chǎn)，從而嚴(yán)重制約了汽車工業(yè)的發(fā)展。
國(guó)外，早在上世紀(jì)的60、70年代起就廣泛應(yīng)用了強(qiáng)力成形磨削，德國(guó)斯來福臨集團(tuán)旗下的Blohm、Maegerle公司都有相應(yīng)的機(jī)床，如Blohm公司的PROFIMAT MT、MC系列成形磨床和Maegerle公司的MMS、MGC系列磨床都能進(jìn)行汽車轉(zhuǎn)向齒的成形磨削加工。德國(guó)ELB公司的MICRO-CUT-A系列磨床、aba公司的POWERLINE CNC成形磨床系列也都能進(jìn)行轉(zhuǎn)向齒條的成形磨削。此外，意大利FAVERETTO公司、西班牙達(dá)諾巴特公司、日本的岡本公司都能制造相應(yīng)的能磨削汽車轉(zhuǎn)向齒的數(shù)控強(qiáng)力成形磨床。
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圖2 齒條齒輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)示意圖
轉(zhuǎn)向齒條齒形的磨削工藝
杭機(jī)集團(tuán)將其數(shù)控強(qiáng)力成形磨床系列中通用性較好的MKL7150×10數(shù)控強(qiáng)力成形磨床成功用於汽車轉(zhuǎn)向齒條的成形磨削加工。迄今為止，該機(jī)床已批量提供給國(guó)內(nèi)近10家汽車零部件制造企業(yè)，最多的一家先後購(gòu)置了8臺(tái)MKL7150數(shù)控強(qiáng)力成形磨床。
該機(jī)床采用臺(tái)式金剛滾輪修整器或者臺(tái)式金剛碟形應(yīng)用Y、Z軸聯(lián)動(dòng)實(shí)現(xiàn)成形修整的方法，在最大厚度為240mm的砂輪上修整出齒條齒形輪廓。通過采用緩進(jìn)給強(qiáng)力深切成形的方式，在砂輪的全寬度上磨削出整體的齒形。轉(zhuǎn)向齒條采用五工位液壓夾具夾緊，一次裝夾5件（見圖3 ）。
圖3 五工位液壓夾具
該機(jī)床采用西門子840D數(shù)控系統(tǒng)，在磨削過程中，除工件裝卸外，均可執(zhí)行數(shù)控程序自動(dòng)完成加工，磨削工作循環(huán)是“粗磨–修整砂輪–精磨”，垂直總進(jìn)給量8mm，直接磨出成形齒，單件加工時(shí)間約1.4分鐘。
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當(dāng)然，各個(gè)生產(chǎn)廠根據(jù)自身的設(shè)備、加工批量、生產(chǎn)效率等因素采用不同的加工工藝。如機(jī)床經(jīng)過國(guó)內(nèi)荊州恒隆等汽車零部件生產(chǎn)廠的實(shí)際生產(chǎn)驗(yàn)證，使用情況很好。該公司所購(gòu)置的幾臺(tái)MKL7150數(shù)控強(qiáng)力成形磨床基本處?kù)?4小時(shí)連續(xù)工作的狀態(tài)?，F(xiàn)在，該公司為了充分利用原有的生產(chǎn)設(shè)備，同時(shí)節(jié)約加工費(fèi)用，也為了進(jìn)一步提高加工效率，由原來的粗磨、精磨分兩刀進(jìn)行，改成在上磨床進(jìn)行成形磨削之前，用銑床在工件上先銑出一個(gè)頂面，再上MKL7150數(shù)控強(qiáng)力成形磨床磨一刀就下料了，每臺(tái)機(jī)床每天的產(chǎn)量在1000件左右。
需說明一點(diǎn)，MKL7150數(shù)控強(qiáng)力成形磨床也完全可以和國(guó)外機(jī)床媲美，在淬硬的實(shí)體材料上直接磨出轉(zhuǎn)向齒條的齒型輪廓。只是因?yàn)閲?guó)內(nèi)仍沿用將熱處理工序作為末道工序—可能這種工藝仍適合目前的生產(chǎn)實(shí)踐。以後，如有用戶要求采用這種工藝，MKL7150數(shù)控強(qiáng)力成形磨床完全可以勝任。而這款數(shù)控強(qiáng)力成形磨床除了用於汽車轉(zhuǎn)向齒條，還能用於汽車轉(zhuǎn)向搖臂軸扇形齒的成形磨削。汽車轉(zhuǎn)向搖臂軸扇形齒的齒部模數(shù)為8~10m，一般加工工藝是齒形滾削或插削後滲碳淬火，較先進(jìn)的工藝是淬火後采用成形磨齒以提高齒形精度和降低粗糙度并延長(zhǎng)使用壽命。扇形齒的成形磨削是根據(jù)變齒厚直齒的嚙合原理而成的。
MKL7150數(shù)控強(qiáng)力成形磨床
該磨床結(jié)構(gòu)先進(jìn)，屬國(guó)內(nèi)首創(chuàng)，其橫向?qū)к壷渺读⒅胁績(jī)蓚?cè)，X、Y、Z三軸導(dǎo)軌具有先進(jìn)的結(jié)構(gòu)性和工藝性，進(jìn)給靈敏，加工精度高。其可采用多種成形修整技術(shù)，如臺(tái)面金剛滾輪修整、金剛筆通過X、Y兩軸聯(lián)動(dòng)修整或采用國(guó)際先進(jìn)的盤形修整技術(shù)，修整成形精度高。機(jī)床縱向有快速進(jìn)給功能，可實(shí)現(xiàn)普通平磨的往復(fù)式磨削。磨削區(qū)域采用全封閉式結(jié)構(gòu)，同時(shí)貫徹強(qiáng)制性安全標(biāo)準(zhǔn)，采標(biāo)先進(jìn)，操作宜人性好。值得一提的是，杭機(jī)在為用戶提供加工設(shè)備的同時(shí)，還在深入研究用戶工藝後將可靠的工藝一起配套提供給用戶。
針對(duì)汽車轉(zhuǎn)向齒條磨削寬度在200mm、切深在5-10mm，且材料是實(shí)體的實(shí)際情況，MKL7150×10磨床系列中專用於汽車轉(zhuǎn)向齒條磨削機(jī)床的磨頭主軸電機(jī)功率高達(dá)77KW，是該系列機(jī)床中較大的一個(gè)品種。砂輪寬度最大可達(dá)240mm，為目前國(guó)內(nèi)最寬。砂輪全寬度磨削切深最大為8mm，可實(shí)現(xiàn)高效率的超寬砂輪、超大功率主軸大切深強(qiáng)力成形磨削，掌握這項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)的企業(yè)在國(guó)際上也為數(shù)不多。
