大直徑小寬度齒輪的加工工藝的改進

吳敬，張樹偉

(1.沈陽理工大學(xué)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院，遼寧沈陽110005;2.沈陽水泥機械機電配件公司，遼寧沈陽110005)

某公司承攬了一批大直徑、小寬度齒輪的加工任務(wù)。該齒輪齒頂圓直徑為φ5 850 mm，齒寬為130 mm，內(nèi)圓止口圓直徑為φ5 530 mm，齒輪結(jié)構(gòu)形狀如圖1所示，齒輪技術(shù)參數(shù)見表1。

圖1 齒輪結(jié)構(gòu)圖

表1 齒輪的技術(shù)參數(shù)

由于是第一次加工這樣結(jié)構(gòu)的齒輪，沒有加工經(jīng)驗，經(jīng)過幾次探索，摸索出了一套比較可行的加工工藝方案。保證了這批齒輪加工的順利完成。

1 工件的結(jié)構(gòu)分析和工藝性分析

該齒輪直徑大而寬度小，里孔止口尺寸大，寬徑比為φd=b/d=0.022，其加工難點是剛性差，精度高，需要采取措施提高工件的剛度，防止工件變形。在齒輪軸向端面上，有均勻圓周排列的72個直徑φ32 mm的孔，其上有直徑φ50 mm的凹形圓槽，孔與孔之間間距要求較高，加工時需要采取措施保證72個孔的間距要求。

2 首件加工工藝的探索及存在的問題

首件加工時，由于對工件變形的嚴(yán)重性估計不足，沒有采取措施，毛坯車加工完成后，直接在φ8 m 滾齒機上加工齒形，工件落在工作臺支架上，找正夾緊。選用0.9 mm/r 吃刀量，分兩刀加工，開刀后發(fā)現(xiàn)振動嚴(yán)重，認(rèn)為是吃刀量大造成的，于是將吃刀量改為0.4 mm/r 后，振動明顯減小，但仍然沒有完全消除。檢查首件加工后的質(zhì)量，并總結(jié)加工過程，發(fā)現(xiàn)存在下列問題:

(1)由于工件直徑大，寬度小，剛性差，加工過程中受力使工件產(chǎn)生嚴(yán)重局部彈性變形，其中受力部位變形，不受力部位不變形，且是周期性的變形，引起振動。

(2)由于M18的滾刀對齒輪壓力小，無法抵抗工件的周期變形引起的振動，反過來工件的振動又作用于滾刀，使?jié)L刀受到反作用力的影響。

(3)由于吃刀量小，加工時間延長，首件加工僅滾齒工序就用了25 天。加工后檢查齒形，齒厚方向存在厚薄不均現(xiàn)象，表面粗糙度也很差。

3 合理加工方案的確定

針對首件加工出現(xiàn)的問題，決定采用加支承加固的方法，提高工件的剛度。鉆孔采用鉆套工裝，保證孔距均勻。具體方案如下:

(1)單個齒輪車削加工，外圓直徑粗加工，留精加工余量;里孔止口圓直徑及寬度130 mm 加工完成到設(shè)計尺寸。

(2)將兩個齒輪落在一起，以里孔直徑為基準(zhǔn)，在工件軸向端面上鉆4個均布定位孔，然后用4個定位銷定位，保證兩個齒輪同心。

(3)制造兩個圓形支撐圈，分別放在兩個齒輪內(nèi)圓止口里(見圖2)止口尺寸是φ5 690 mm，調(diào)整支承圈圓周上的T形螺栓，將支承圈與齒輪毛坯連接為一體。

圖2 兩齒輪加支承圈示意圖

(4)支承圈結(jié)構(gòu)如圖3所示，外圓由鋼板卷制而成，內(nèi)側(cè)焊有24個外形為圓形的螺母，螺扣是T形，尺寸是T50×8 mm。由中心呈放射線狀有12個徑向支承，與外圓焊接為一體，12個支承的里端焊在同心圓的鋼板上，組成一個整體，支承圈的軸向?qū)挾葹?5 mm。

圖3 支承圈示意圖

(5)支承圈放入齒輪毛坯的止口里，并將兩個齒輪毛坯落在一起夾緊，大大提高了工件毛坯的剛性。上立車精加工外圓，保證兩個齒輪外圓尺寸一致。

(6)上滾齒機加工齒形，由于兩個齒輪落在一起加工，相當(dāng)于齒寬增加一倍，再由于支承圈的加固，有效地防止了加工變形，滾齒過程中選用0.9 mm/r 吃刀量，分兩刀加工，效果非常好，在保證齒形加工質(zhì)量的前提下，10 天完成一組齒輪的滾齒加工，效率大大提高。

(7)制做鉆模板，用鉆模板加工72個φ32 mm孔，如圖4所示，鉆模板分30°制作一件，每個模板上有6個鉆套孔，鉆模板精心制作，保證各部分尺寸的精確。鉆孔時，將12個鉆摸板圍成整圓擺放在齒輪端面上，找正后，壓緊。由于用鉆套做引導(dǎo)，保證了72個孔間距的均布精確。

圖4 鉆孔模板

(8)加工72個φ32 mm 孔上的φ50 mm 凹形孔，制作專用擴孔刀具，如圖5所示，鉆頭直徑為φ50 mm，鉆頭頭部加工成φ12 mm 圓柱體，其上安裝滾動軸承(GB/T 276-1994 球軸承代號6201)尺寸是d=12 mm，D=32 mm，加工時，鉆頭頭部軸承伸進已加工完成的φ32 mm 直徑孔中，軸承在φ32 mm 直徑的孔中轉(zhuǎn)動，這種設(shè)計既起定位作用，又減小了摩擦，保證了φ50 mm 凹孔和φ32 mm 孔的同心，同時提高了加工速度。

圖5 專用擴孔刀具

4 結(jié)束語

經(jīng)過探索，摸索出合理的加工工藝方案，采用了工藝裝備和自制刀具，既提高了加工效率，又保證了加工質(zhì)量，僅滾齒一項，由首件加工25 天完成一件，到10天完成兩件，效率提高幾倍，其改善效果非常明顯。

【1】丁俊鍵，邱術(shù)芹，劉勇.一種薄壁深腔殼體零件數(shù)控加工工藝研究[J].機床與液壓，2011，39(20):44－45.

【2】馬海龍，段輝，湯愛君.薄壁零件切削變形的研究現(xiàn)狀綜述[J].機床與液壓，2010，38(9):117－119.

【3】金屬機械加工工藝人員手冊修訂組.金屬機械加工工藝人員手冊[M].上海:上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，1983.