1、问题描述
由于市场需求的变化，1500 型搓齿机产能严重不足，而 1000 型搓齿机产能过剩，出现了两种机型产能不均衡的问题。为了解决这一产能不均衡的问题，希望通过提高 1000 型搓齿机利用率，缓解或解决 1500 型搓齿机产能压力，且避免新增设备投入。
2、1000 型和 1500 型搓齿机工艺参数分析
搓齿最大模数、搓齿最大外径、搓齿最大宽度、最大工件长度、搓齿板安装最大宽度、开口部尺寸均可以根据被加工产品外形尺寸和花键参数直接选择。由于搓齿圈数决定了搓齿板长度，而搓齿圈数与被加工工件压力角有关，因此只有确定搓齿圈数后才能确定可安装搓齿板规格和滑鞍最大行程。1000 型和 1500 型搓齿机主要工艺参数详见表 1。
3、搓齿板圈数的选择
通常加工 30°压力角的花键需要搓 8 圈以上，加工 37.5°压力角的花键需要搓 7 圈以上，加工 45°压力角的花键需要搓 6 圈以上。搓齿圈数越多齿升量就越小，搓齿圈数越少齿升量就越大。搓齿板齿升量过大，易造成搓齿板损伤、加工机床负载过大而振动、工件齿距累积不合格。搓齿板齿升量过小，则搓齿板长度较长，搓齿加工时间长，需要较大滑鞍行程的设备，且刀具采购成本高。
搓齿板齿升量设计一般不大于 0.003 毫米，齿升量的计算主要与被加工工件的花键大径、花键小径、刀具齿数设计有关，设备选型时搓齿板齿升量可运用公式(1)—(3)进行计算。
式中：fz 为搓齿板齿升量，D 为被加工工件花键大径，d 为被加工工件花键小径，Z 为搓齿板刀具齿数，z 为被加工工件花键齿数，Mn 为被加工工件花键模数，N 为搓齿板圈数，t 为搓齿板齿距。
4、1500 型搓齿机加工产品齿升量再计算
运用公式(1)—(3)对 1500 型搓齿机加工产品的齿升量进行计算，寻找可转移至 1000 型设备上加工的产品，以此解决 1500 型搓齿机产能不足的问题。计算结果见表 2。
通过对 1000 型和 1500 型搓齿机产能计算，产品1、产品 2、产品 3 的齿升量均小于 0.003 毫米。其中产品 1 需求量较大，若产品 1 能够实现在 1000 型搓齿机加工，即可解决 1500 型搓齿机产能不足的问题，两种设备利用率接近平衡。
5、改进与验证
由表 2 可知，产品 2 和产品 4 花键压力角虽然也都是 30°，但搓齿圈数仅 7 圈，较上述搓齿板应选择圈数 8 圈少 1 圈。因此，搓齿圈数并不是必须严格按照 30°压力角 8 圈、37.5°压力角 7 圈、45°压力角 6 圈对应选择。
对产品 1 搓齿圈数减少至 7 圈进行计算，得到齿升量为 0.0028 毫米、刀具长度为 901.64 毫米，即刀具齿升量小于 0.003 毫米、刀具长度小于 36 英寸。为保障产品 1 在 1000 型搓齿机上加工的可行性，经与刀具厂家确认，1000 型搓齿机可以满足产品 1 的加工要求，搓齿板刀具长度为 36 英寸、914 毫米。
对改进后的搓齿板进行符合性和稳定性加工验证，连续加工 50 件，齿轮检测中心检测其花键精度均合格，花键精度可稳定达到《圆柱直齿渐开线花键(米制模数 齿侧配合)第 1 部分：总论》(GB/T 3478.1— 2008)中规定的 6 级(以下简称 GB/T 3478.1 6 级)。搓齿板连续使用 3 个月，加工数量已达 2 万件，搓齿板目视没有明显损伤，加工过程中机床也没有出现明显振动现象。此外，改进后的搓齿板长度为 36 英寸，1000 型搓齿机和 1500 型搓齿机均可以安装，搓齿板实现了两种机型的通用。改进后搓齿板长度减少 305 毫米，加工效率提升约 1.5 秒 / 件。
为进一步验证以齿升量大小选择设备机型方法的有效性，对表 2 中产品 2 和产品 3 能否在 1000 型搓齿机上加工进行可行性计算分析。产品 2 外径为 51.25 毫米，超出了 1000 型搓齿机搓齿最大外径 50 毫米的范围，故不可行。产品 3 按照搓 6 圈计算，搓齿板长度约为 848 毫米，刀具齿升量为 0.0031 毫米，分析结果可行。同样，对改进后搓齿板进行符合性和稳定性加工验证，验证结果显示花键精度可稳定达到 GB/T 3478.1 6 级，搓齿板目视没有明显损伤，加工过程机床相对平稳。
6、结语
通过齿升量选择搓齿机机型的方法，实现了产品 1 和产品 3 在 1000 型搓齿机和 1500 型搓齿机互换加工，不仅解决了 1500 型搓齿机产能不足的问题，还提高了产品 1 的加工节拍。此外，本方法还在一定程度上规避了大批量生产过程中出现设备故障而导致停线的风险。