齒盤類零件加工工藝優(yōu)化

■ 沈陽機(jī)床股份有限公司 （遼寧沈陽 110142） 魏蘭杰

1. 數(shù)控刀架齒盤結(jié)構(gòu)

數(shù)控刀架是機(jī)床的主要功能部件，其精度主要取決于關(guān)鍵件——三聯(lián)齒盤的精度。數(shù)控刀架齒盤結(jié)構(gòu)局部剖視如圖1所示。定齒盤固定在箱體中心孔中，動(dòng)齒盤與定齒盤配合，鎖緊盤在箱體里與定、動(dòng)齒盤嚙合。動(dòng)齒盤上面有定位孔裝配分度刀盤，刀盤與動(dòng)齒盤裝配找正后打兩個(gè)錐銷，保證刀盤精度穩(wěn)定。刀盤轉(zhuǎn)位由三聯(lián)齒盤松開鎖緊嚙合即完成一個(gè)轉(zhuǎn)位動(dòng)作。

2. 齒盤加工工藝路線分析

齒盤類零件材質(zhì)均選用低碳合金鋼20CrMo，需要滲碳+淬火處理才能滿足零件圖樣技術(shù)要求，使工件的表面層具有高硬度和耐磨性，而工件中心部分仍然保持著低碳鋼的韌性和塑性。

圖1 數(shù)控刀架齒盤結(jié)構(gòu)局部剖視1－箱體 2－定齒盤 3－動(dòng)齒盤 4－鎖緊盤 5－主軸

定齒盤/動(dòng)齒盤工藝路線安排如下：粗車（C61）→正火（R40）→半精車（C01）→立加Z05（銑齒鉆孔）→鉗工（S81）→滲碳（R13）→車（C61）（打銷孔平面去碳層）→淬火（Z40） →平磨（M71）→內(nèi)磨（M21）→外磨（M14）→齒磨（M99）→外磨（M14）。生產(chǎn)周期最快也要三、四個(gè)月，嚴(yán)重制約了數(shù)控刀架的供貨計(jì)劃。

3. 三次工藝改進(jìn)

（1）第一次工藝改進(jìn) 將熱處理滲碳+淬火工序一次性完成。通過調(diào)整工藝，在銷孔平面處增加防滲碳措施（鍍銅和涂涂料），齒盤整體滲碳后直接進(jìn)行淬火處理，不再轉(zhuǎn)機(jī)加車間進(jìn)行去碳層加工。由于減少了熱加工與冷加工之間的輔助工序，生產(chǎn)周期縮短了很多。然而，改進(jìn)后的兩銷孔防滲碳措施穩(wěn)定性較差，經(jīng)常出現(xiàn)淬硬現(xiàn)象，裝配工序配作銷孔時(shí)，鉆頭和鉸刀無法正常切削，勉強(qiáng)加工也會(huì)影響銷孔的尺寸和位置精度。攻關(guān)小組到處尋找合適的硬切削進(jìn)口刀具，問題也沒有得到有效解決。

（2）第二次工藝改進(jìn) 攻關(guān)小組認(rèn)真分析刀架和齒盤的結(jié)構(gòu)原理，經(jīng)過反復(fù)論證，最后與設(shè)計(jì)人員共同制定了一個(gè)大膽的方案：取消刀盤，打銷孔。通過其他方法進(jìn)行安裝定位，同時(shí)為確保刀架與刀盤的聯(lián)接預(yù)緊力，動(dòng)齒盤與刀盤的聯(lián)接螺紋由6-M10均布（見圖2）改為8-M8均布（見圖3），經(jīng)核算可以滿足設(shè)計(jì)要求。

圖2 6-M10均布聯(lián)接螺紋

圖3 8-M8均布聯(lián)接螺紋

需要說明的是，刀架上刀盤與動(dòng)齒盤聯(lián)接打銷子已經(jīng)是國內(nèi)機(jī)床功能部件幾十年的“行規(guī)”，這個(gè)不成文的規(guī)定從我們建廠以來一直堅(jiān)定不移地執(zhí)行著。

取消刀盤定位銷雖然縮短了生產(chǎn)周期，但也給撞車后刀盤精度的修復(fù)增加了難度。短期內(nèi)沒有出現(xiàn)問題，不證明方案的可持續(xù)性，優(yōu)化方法必須要保證產(chǎn)品的穩(wěn)定性并采取新的定位方法。經(jīng)綜合論證分析，現(xiàn)在的刀盤采用隨機(jī)配做的方法，單件刀盤加工合格后安裝到刀架光機(jī)上，然后通過機(jī)床導(dǎo)軌工裝找正刀盤兩側(cè)的刀槽精度，即可滿足刀架精度要求，因此，取消兩處定位銷孔不會(huì)影響產(chǎn)品的使用性能。如果用戶在使用刀架過程中不小心造成刀架撞車，刀盤精度出現(xiàn)問題，維修時(shí)只要在機(jī)床上重新找正刀盤兩側(cè)面刀槽精度在0.02mm/150mm，系統(tǒng)設(shè)置刀架重新回零，即可恢復(fù)刀架精度。為保險(xiǎn)起見，首先小量試制10臺(tái)刀架，跟蹤到主機(jī)廠，最后到機(jī)床終端用戶。從調(diào)試到試運(yùn)車，到機(jī)床（刀架）在用戶現(xiàn)場加工使用兩個(gè)月，沒有出現(xiàn)其他問題，事實(shí)證明方案可行。決定大批量修改定齒盤和動(dòng)齒盤工藝加工文件：C61-R40-C01-Z05-S81-R16（滲碳淬火）-S81- M71–M21-M14-M99。取消兩處定位銷孔，一次完成滲碳和淬火工序，縮短加工流程。

經(jīng)過兩次大規(guī)模工藝優(yōu)化，齒盤生產(chǎn)周期縮短了將近一半時(shí)間。生產(chǎn)運(yùn)行速度也明顯改善。工藝技術(shù)改進(jìn)后，運(yùn)行了近兩年時(shí)間，優(yōu)化后的數(shù)控刀架沒有出現(xiàn)相關(guān)的質(zhì)量事故和市場不良反饋。但從生產(chǎn)角度考慮，齒盤工序和周轉(zhuǎn)環(huán)節(jié)仍然很多，參照業(yè)已成熟的硬車工藝，攻關(guān)小組再次進(jìn)行了工藝改進(jìn)。

（3）第三次工藝改進(jìn) 購進(jìn)一臺(tái)主機(jī)廠生產(chǎn)的精密數(shù)控車床HTC32，購買配置硬車刀具，選用山特維克可樂滿硬車刀桿（LAG123G09-32B內(nèi)孔刀桿）、外圓車刀片（N123G1-0300-0002-GECB200）和端面車刀片（BF-CNGM120404TS2 BC8110），如圖4所示。試驗(yàn)加工淬火后的齒盤表面，在一次裝夾中完成端面、外圓和內(nèi)孔的全部精車內(nèi)容，同時(shí)硬切槽刀將孔內(nèi)密封圈環(huán)槽精車至要求的尺寸，嚴(yán)格保證加工部位的幾何公差要求。經(jīng)三坐標(biāo)檢測，零件精度完全能達(dá)到圖樣技術(shù)要求。決定第三次優(yōu)化齒盤工藝加工文件，熱處理工序后取消內(nèi)磨及外磨工序。以車代磨加工至成品尺寸，具體工序路線改變見表1、表2。

圖4 車床和刀具

表1 動(dòng)、定齒盤工序路線改變

表2 鎖緊齒盤工序路線改變

4.結(jié)語

為縮短齒盤的生產(chǎn)周期，攻關(guān)小組采用簡單的思路、大膽的方案，不斷地進(jìn)行工藝分析和改進(jìn)，通過取消定位銷孔和以車代磨兩項(xiàng)改善措施，將齒盤零件的生產(chǎn)周期縮短到一個(gè)半月以內(nèi)，生產(chǎn)效率明顯提高。優(yōu)化方案實(shí)施后，連續(xù)4年沒有出現(xiàn)質(zhì)量問題，有效保障了公司為主機(jī)廠配套任務(wù)的順利完成，同時(shí)外銷市場也得到了發(fā)展。