輪焊接既可減少零件數(shù)量，又能提高齒輪質量和降低齒輪的制造成本，因此，在汽車工業(yè)中早已廣泛應用。在激光焊接齒輪以前，齒輪的焊接一般采用電阻焊、感應焊、電子束焊等工藝方法。與上焊接工藝相比，激光焊接齒輪無需在真空中進行，而且可避免焊接變形，保證了焊接后的齒輪無需再精加工。不僅如此，激光焊接可使焊縫深寬比高達10：1，且焊縫處具有相當或優(yōu)于母材的綜合機械性能，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發(fā)展趨勢。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)品在國際市場上的競爭力。我國齒輪激光焊接設備設計制造水平和能力目前還比較薄弱，國內主要汽車廠的齒輪激光焊接設備主要依賴進口，且價格昂貴。因此，研制開發(fā)汽車變速箱雙聯(lián)齒輪激光焊接機，對推動我國汽車工業(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)齒輪激光焊接機的焊接對象是富康轎車的五速箱四檔從動齒輪、四速箱五檔從動齒輪和五檔從動齒輪三種，它們的結構形式相同，都由齒輪、齒圈和墊片組成，齒輪材料為27MC5(法國牌號)，齒圈材料為16MC5(法國牌號)，如圖1所示。齒圈的兩面有細微的差別，A面齒側倒角，裝配時要求齒圈A面向外，其內孔D1與齒輪軸外圓D3為過盈配合，過盈量要求控制在一定的范圍；墊片的內孔D2與齒輪軸外圓D3為間隙配合。設備生產(chǎn)率要求能達到每小時生產(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#分頁標題#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

在進行雙聯(lián)齒輪的激光焊接機的整體方案的設計時，我們對雙聯(lián)齒輪進行了認真的分析，確定了需要解決的四個關鍵問題：

(1)雙聯(lián)齒輪壓裝過程中齒圈的內孔和齒輪的外圓過盈量的檢測。雙聯(lián)齒輪壓裝過程中須對齒圈的內孔D1、齒輪的外圓D3之間的配合進行檢查，保證過盈量控制在一定的范圍內。齒圈的內孔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，當齒圈的內孔D1靠近上偏差，而齒輪的外圓D3靠近下偏差；或者，當齒圈的內孔D1靠近下偏差，而齒輪的外圓D3靠近上偏差，都會出現(xiàn)壓裝后的雙聯(lián)齒輪不符合質量要求，這是在壓裝前無法檢測出來的。

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

(3)雙聯(lián)齒輪壓裝前齒圈的扶正。由于齒圈的內孔D1和齒輪的外圓D3的公差配合為過盈配合，齒輪的前段有一小臺階，所以齒圈套在齒輪上的自然狀態(tài)容易為傾斜狀態(tài)，導致無壓裝，因此，壓裝前必須將齒圈扶正。#p#分頁標題#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，以便傳遞較大的轉矩，且焊縫首尾相接處不允許有凹坑等外觀缺陷。雖然在設計整體方案時并不需要也不可能每一項工藝參數(shù)都確定下來，但對于激光功率、焊接速度等對設備的結構有較大影響的工藝參數(shù)必須通過試驗得到。

在汽車變速箱雙聯(lián)齒輪激光焊接機方案確立的過程中，我們始終把上述問題作為重點解決的問題。由于對齒圈的內孔D1和齒輪的外圓D3的尺寸進行在線測量技術難度較大，費用高，不可能對齒圈的內孔D1和齒輪的外圓D3的配合過盈量進行直接檢測。我們用相同的材料加工一批齒圈和齒輪，控制齒圈的內孔D1和齒輪的外圓D3的實際尺寸接近上偏差或下偏差，通過在壓力機上進行裝配，測出在過盈量上限和下限所需的壓力值，從而通過間接的方法檢測齒圈的內孔D1和齒輪的外圓D3的過盈量。對于對設備的結構有較大影響的工藝參數(shù)的確定，我們借助已有的三坐標激光加工設備通過插補的方式模擬齒輪焊接，取得了相當多的試驗數(shù)據(jù)。在此基礎上經(jīng)過設計和反復論證，確立了汽車變速箱雙聯(lián)齒輪激光焊接機的技術方案為：整個設備由雙聯(lián)齒輪壓裝機床和雙聯(lián)齒輪激光焊接機床組成，兩臺機床之間由輸送裝置連接，由兩名工人操作。該方案結構簡單，制造成本較低，設備的可靠性大大提高，其加工工藝過程和工作原理為：齒輪、齒圈和墊片在齒輪壓裝機床上裝配、壓緊，然后由輸送裝置傳送至齒輪激光焊接機床，在齒輪激光焊接機床上進行焊接。

3 雙聯(lián)齒輪壓裝機床

3.1 工藝過程和工作原理

雙聯(lián)齒輪壓裝機床由主機、液壓系統(tǒng)和控制系統(tǒng)構成，其主機結構示意如圖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床工作臺面的夾具7上。夾具中的檢測裝置自動對齒圈的安裝方向進行檢測，如果齒圈安裝方向不正確。控制系統(tǒng)控制機床壓頭3不能壓下，如果齒圈安裝方向正確，則按動啟動按鈕后，由液壓缸#p#分頁標題#e#1推動機床壓頭3下壓，從而將具有過盈配合的齒輪4、齒圈6及墊片5壓合在一起。在機床壓頭上裝有壓力傳感器2，能對壓裝過程的壓力信號進行數(shù)據(jù)采集，控制系統(tǒng)將采集的數(shù)據(jù)進行處理，壓力值一旦超出規(guī)定裝配過盈量的壓力上下限時，表明齒輪或齒圈的配合不符合要求，系統(tǒng)則發(fā)出報警和停機，等待操作人員進行處理。這樣，可避免不合格的工件流入下一道工序。壓裝夾具中的檢測裝置不僅可檢測齒圈的安裝方向，而且還可以對是否安裝了工件進行判斷。齒輪壓裝機床采用了全封閉的防護結構，只有在有機玻璃的拉門關閉后，門檢測開關發(fā)出信號，左右手同時按下左右兩個啟動按鍵后，壓裝工作才能進行。

圖2壓裝機床示意圖