本發明涉及斜齒焊接軸的裝配領域，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：
：傳統副箱焊接軸圖紙位置度要求±0.075mm，s系列產品為高端產品，對位置精度提出了更高的要求，為±0.065mm，為了更加穩妥，一般工藝希望大部分偏差落在±0.03的范圍內，這就對裝配工藝提出了更高的挑戰。傳統的裝配方式為對齒冷壓裝然后焊接，壓裝過程不平穩，位置精度不好控制，國內同行業產品也是冷壓裝居多，這種工藝方式壓裝過程不可控，只能靠壓裝前的對齒定位，壓裝過程一旦發生齒輪和軸的周向位移，無法調整，只能返修。近年來熱裝的應用逐漸多起來，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、焊接等引入的因素就使得焊接前后位置度有偏差，這些偏差有規律可循，因此有公司采用了提前加入補償量的辦法，如果焊接后位置度向順時針方向偏移，那么熱裝時就調整對齒夾具，使位置度向逆時針方向偏離目標值，這樣焊接后，位置度就能回到目標值附近。提前加入補償量的方式能夠解決現有的問題，但是也有不太完善的方面。位置度的抽檢一般放在熱裝后，因為焊接后如果發現不合格，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，提前在熱裝環節加入補償量，對操作工提出了更高的要求，他在調整對齒夾具時，必須加入補償量，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值會存在偏差，容易發生誤判。技術實現要素：本發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，以克服上述現有技術存在的缺陷，本發明不需要操作工引入補償量，嚴格按圖紙要求控制即可，使焊接和加熱導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。為達到上述目的，本發明采用如下技術方案：一種保證斜齒焊接軸位置度的裝置，包括機架9，機架9上側連接有上滑座8，下側連接有底座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，在對斜齒焊接軸進行裝配時，中間軸齒輪6套設在下頂尖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進行對齒的下對齒球頭。進一步地，上滑座8的下端通過上壓頭連接有上頂尖4。進一步地，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。進一步地，底座10上設有凹槽，凹槽中設有彈簧，下頂尖5連接在彈簧頂部。進一步地，中間軸7的兩端分別設有與上頂尖4和下頂尖5對應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標對應的齒槽，做標記，并進行初定位；步驟三：分別對中間軸齒輪6的齒部和內孔進行加熱；步驟四：將加熱好的中間軸齒輪6套設在下頂尖5外側，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進行定位，即將中間軸7上o標對應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輸送料架；步驟六：焊機上料，空轉90度，保證o標對應的齒槽朝上，開始焊接；步驟七：焊接完成后進行清洗。進一步地，步驟三中分別采用感應線圈和加熱芯軸對中間軸齒輪6的齒部和內孔進行加熱。進一步地，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的內孔加熱到180-200℃。與現有技術相比，本發明具有以下有益的技術效果：本發明裝置通過設置上頂尖和下頂尖對中間軸進行扶正，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行精確對齒，使中間軸和中間軸齒輪的裝配過程更加穩定可控。本發明方法通過調節中間軸和中間軸齒輪的裝配過程、調節中間軸齒輪的加熱方式和加熱溫度，另外在焊接過程中，結合程序控制電機空轉，保證起弧時被測齒槽靠近焊槍，使焊接和加熱導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。附圖說明圖1為本發明的保證斜齒焊接軸位置度的裝置示意圖；圖2為本發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、機架；10、底座。具體實施方式下面結合附圖對本發明作進一步詳細說明：傳統的斜齒焊接軸的裝配方式為夾具對齒-壓機壓裝-焊接，壓裝過程不平穩，需要經常調整對齒夾具，s變速器對焊接軸位置度的要求更加嚴格，決定改變傳統裝配方式，采用熱裝加焊接的方式進行裝配。熱裝時通過一組對齒球頭進行對齒，為了批量化生產，加熱方式采用電磁感應加熱，加熱速度快，但也因此導致齒輪內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；經過試驗，發現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在散熱，膨脹量逐漸縮小，計算值只是個參考，必須根據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、冷卻后三個狀態的位置度，進行對比，找出規律，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計要求而且裝配過程穩定可控，必須解決兩個問題，溫度控制和由于加熱和焊接導致的位置度偏移。(1)設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的軸的基準和測量基準的距離相等；上下對齒球頭的距離通過底座10上的調整塊來調整，保證與設計圖紙一致，不同的調整塊可以用來裝配不同測量基準的零件品種；下對齒球頭z向固定，球頭中心與齒輪定位基準距離保持與焊接軸設計圖紙一致；對齒時，氣缸推動上球頭座2，使得上對齒球頭頂到標記齒槽內，達到對齒的目的；上下對齒球頭與齒輪和軸接觸的地方堆焊硬質合金，提高耐磨性，也具有良好的熱穩定性(見圖1)。(2)確定溫度區間由于各個廠家采用的加熱方式不一樣，沒有可供參考的數據，理論計算也只能提供一個初始的試驗溫度，最終的溫度區間還需要做試驗去摸索。由于我公司熱裝采用的是內外圈同時加熱的方式加熱齒輪，齒輪內孔溫度和齒部溫度控制不同，主要膨脹量靠內孔溫度，齒部加熱是為了提升加熱效率，減少熱傳導，因此一般來說內孔加熱溫度高，齒部加熱溫度低，這和齒部比較關鍵的這一特性也比較貼合，在滿足裝配的情況下，保護齒部，防止齒部出現金相變化。準備5組齒輪，第1組不加熱；第2組內孔加熱到180℃，齒部加熱到150℃；第3組內孔加熱到200℃，齒部加熱到180℃；第4組內孔加熱到220℃，齒部加熱到180℃；第5組內孔加熱到250℃，齒部加熱到210℃。分別給5組齒輪做標記，寫明加熱溫度，送去材料中心做金相、硬度等項目的檢測。根據檢測報告發現，第2、3、4組齒輪的各項數據與第1組差別不大，表明硬度、心部硬度、非馬指標等均沒有明顯變化，第5組齒輪在加熱完成后，內孔表面已經有發藍狀況，檢測報告顯示金相組織還沒有變化，但是硬度有所降低，圖紙規定齒部和內孔表面硬度58-63hrc，1、2、3、4組齒輪的硬度都在這個范圍內，而第5組齒輪內孔不同部位硬度為50.5-57.0hrc，硬度明顯下降了，齒部硬度仍然沒有變化。為了保證裝配穩定性和成功率，也為了保證齒輪加熱處在安全區域內，防止由于加熱過沖導致的燒傷，通過與材料中心等部門討論確定，最終決定將內孔加熱溫度控制在200℃以內，齒部加熱溫度控制在180℃以內。(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，提高加熱效率，采用電磁感應的技術對齒輪加熱，在試驗過程中發現焊接軸在剛熱裝完后冷卻后位置度會有不同程度的偏移，以現場測量姿態建立坐標系，位置度逆時針偏移為負，順時針偏移為正，根據現場試驗過程測得的數據，冷卻后都是向正反向偏移，偏移量從+0.04到+0.06mm不等。采用感應加熱的方式，到達設定溫度需要60s-70s的時間，在這個過程中，內孔膨脹量明顯快于齒部，導致齒部形狀發生微量變形，表現出來的就是位置度偏移，冷卻后恢復原狀。②焊接對焊接軸位置度的影響焊接采用的還是傳統的氣體保護焊的方式，焊接時齒輪向內旋轉(外側為操作側，面朝電機，順時針轉)，焊接前后分別記錄位置度值(見表1)，數據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行分析。表1焊接前后位置度值通過對焊接過程進行分析，初步判斷是由于焊接變形導致，起弧的一瞬間，會將齒輪向軸的一側拉，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，假設軸向變化量為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(遠離軸的一側)，為了便于統計分析，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，發現焊接后跳動變大了，變化最大的點都在起弧點附近。由于焊接軸焊接時是人工放置，姿態不固定，起弧點在被測齒槽附近時，被測齒槽附近端面向軸側傾斜，表現在位置度方面向正方向偏移；起弧點在被測齒槽對面齒槽附近時，被測齒槽附近端面向遠離軸的方向傾斜，位置度向負方向偏移，測得的數據驗證了這一趨勢，這也解釋了為什么焊接前后位置度偏移方向有正有負。測得數據，齒輪端面跳動變化量范圍在0.05mm到0.07mm，以起弧點在被測齒槽附近這一姿態為例，根據公式一計算得出，位置度偏移量應該在+0.023mm到+0.033mm，但是這一因素是不是焊接導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的附近，對比焊接前后位置度值，發現位置度的偏移量大于起弧導致的位置度偏移量，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，隨著軸的旋轉焊滿一圈，既然起弧時候能夠將齒輪向一側拉動，那么焊接過程中，齒輪相對于軸在圓周方向上應該也有可能會發生微量移動，如果是這樣，那么旋轉方向不同，位置度偏移方向應該也不同。為了驗證以上猜想，將焊機焊接方向改為逆時針轉動，即齒輪朝外側旋轉，記錄焊接前后位置度值，被測齒槽與起弧點的相對位置，進行對比，得出數據，發現焊接后位置度向負方向變動了，被測齒槽遠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對位置度的影響。至此，焊接和加熱對焊接軸位置度的影響因素已經分析完畢，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，從熱裝到焊機采用機械手抓取，結合程序控制電機空轉，保證起弧時被測齒槽靠近焊槍；焊接方向調整為逆時針轉動(齒輪向人工操作側旋轉)；熱裝后的位置度盡量調整到中值。通過試驗驗證，得出數據見表2，焊接前后位置度變化不大，不需要操作工引入補償量，嚴格按圖紙要求控制就行，焊接和加熱導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。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下面結合附圖對本發明實施過程作進一步說明：(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標對應的齒槽，做標記，并用定位球頭初定位；(3)分別采用感應線圈和加熱芯軸對中間軸齒輪6的齒部和內孔進行加熱，將中間軸齒輪6的齒部加熱至150-180℃，將中間軸齒輪6的內孔加熱到180-200℃；(4)將加熱好的中間軸齒輪6套設在下頂尖5外側，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進行定位，并始終保持氣壓，即將中間軸7上o標對應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，通過機械手放到焊機輸送料架(在這個環節，根據工藝要求抽檢位置度)；(6)焊機上料，空轉90°，保證o標對應的齒槽朝上，開始焊接；(7)焊接完成后搬運到清洗機進行清洗。當前第1頁12