大直徑端齒盤的加工

■ 煙臺(tái)環(huán)球機(jī)床裝備股份有限公司 （山東煙臺(tái) 265500） 姜 力

端齒盤（見(jiàn)圖1）又稱多齒盤、細(xì)齒盤或鼠牙盤，是具有自動(dòng)定心功能的精密分度定位元件，廣泛應(yīng)用于加工中心、柔性單元、數(shù)控機(jī)床、組合機(jī)床、測(cè)量?jī)x器、各種高精度間歇式圓周分度裝置、多工位定位機(jī)構(gòu)以及其他需要精密分度的各種設(shè)備上，如數(shù)控車床中的多工位數(shù)控刀架、銑床及加工中心用的數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)及其他分度裝置中都采用端齒盤作為精確定位元件。端齒盤實(shí)際上相當(dāng)于一對(duì)齒數(shù)相同的離合器，其嚙合過(guò)程與離合器的嚙合類似。端齒盤的齒形分為直齒和弧面齒兩種，直齒端齒盤由于加工方便、定位精度及重復(fù)定位精度高而廣受歡迎。

圖1 端齒盤

1. 大直徑端齒盤加工工藝路線

大直徑齒盤一般直徑＞500mm，齒數(shù)超過(guò)144，通常為360個(gè)齒。工件直徑越大，齒數(shù)越多，磨削加工越困難。設(shè)計(jì)大直徑齒盤工藝的基本原則為：減小加工誤差，保證加工精度；消除殘余應(yīng)力，減小變形；提高生產(chǎn)效率，降低加工成本。

對(duì)于大直徑端齒盤，特別是直徑＞500mm的端齒盤，考慮到熱處理及加工過(guò)程殘余應(yīng)力等因素會(huì)導(dǎo)致工件基準(zhǔn)面或相關(guān)部位變形，工件材料常選取40Cr、38CrMoAl等，一般采用的熱處理工藝方法為調(diào)質(zhì)+氮化。工藝路線為：鍛造→熱處理（退火）→粗車→熱處理（調(diào)質(zhì)）→半精車→平磨→銑齒→機(jī)鉗（倒角）→熱處理（低溫時(shí)效）→外磨→平磨→內(nèi)外圓磨→粗、半精磨齒→熱處理（氮化）→平磨→內(nèi)外圓磨→機(jī)鉗（研基準(zhǔn)面）→精磨齒。

2. 大直徑端齒盤齒部精加工難點(diǎn)

端齒盤的齒部磨削精加工一直以來(lái)是個(gè)技術(shù)難點(diǎn)，特別是大直徑端齒盤的磨削加工尤為明顯。由于工件直徑尺寸大，加工過(guò)程中不同程度地存在變形，調(diào)整困難，影響工件的精度。加之大直徑端齒盤在磨削時(shí)，齒盤齒部與砂輪接觸面積大，砂輪會(huì)產(chǎn)生讓刀現(xiàn)象，砂輪磨損快，極易使工件產(chǎn)生分度誤差。因此，磨削大直徑端齒盤的關(guān)鍵是減少系統(tǒng)誤差，從而提高加工精度。

精磨齒時(shí)，用到的分度裝置中齒盤的精度等級(jí)應(yīng)高于齒盤工件的設(shè)計(jì)精度等級(jí)。整個(gè)磨齒過(guò)程在20℃±5℃的恒溫室內(nèi)進(jìn)行，工作場(chǎng)所應(yīng)無(wú)振動(dòng)，無(wú)強(qiáng)冷熱氣流沖擊。另外，為了便于制造并保證配對(duì)齒盤嚙合性能最好，配對(duì)齒盤應(yīng)在齒形角不變的同一設(shè)備上加工，并對(duì)已配好的齒盤做配對(duì)標(biāo)記。

3. 齒部精加工工藝方法

大直徑端齒盤齒部的精加工應(yīng)重點(diǎn)從以下幾方面入手。

1）磨齒前要檢查機(jī)床，消除系統(tǒng)誤差。檢查機(jī)床潤(rùn)滑狀況，檢查各油孔、導(dǎo)軌的潤(rùn)滑情況，保證機(jī)床在運(yùn)行過(guò)程中不出現(xiàn)爬行現(xiàn)象；檢查機(jī)床運(yùn)行速度和換向速度是否一致。磨齒前，機(jī)床必須進(jìn)行2h以上的空運(yùn)轉(zhuǎn)，使機(jī)床性能穩(wěn)定可靠，從而保證齒盤的加工精度。

2）砂輪的選擇和及時(shí)修整。齒部齒形的磨削關(guān)鍵是砂輪的耐磨性及其齒形的修正問(wèn)題。磨齒選用的砂輪應(yīng)具備：磨損小，壽命高；切削性能好，加工齒面表面粗糙度值小；砂輪組件不平衡量小的特點(diǎn)。

由于大直徑端齒盤尺寸大、齒數(shù)多，砂輪的選擇很關(guān)鍵。經(jīng)過(guò)多年的摸索和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，一般優(yōu)先選用中軟、自銳性好的白剛玉砂輪。在磨削過(guò)程中應(yīng)經(jīng)常修整砂輪，保證砂輪鋒利，避免產(chǎn)生讓刀現(xiàn)象。另外，砂輪應(yīng)根據(jù)粗磨、半精磨和精磨工序要求，選用不同的粒度，以保證各個(gè)加工階段達(dá)到圖樣和工藝要求。一般情況下，粗磨選用46#，半精磨選用60#，精磨選用100#或120#粒度為宜。

3）工裝夾具找正是關(guān)鍵。由于工件尺寸大，調(diào)整困難，應(yīng)盡量減少找正的次數(shù)，這需要有扎實(shí)的基本功。將機(jī)床表面、工裝夾具各接觸表面擦拭干凈，在必要的情況下可用油石修研表面，然后找正工裝夾具，一般將找正精度控制在工件要求的1/3以內(nèi)。

4）工件的裝夾。在裝夾工件之前，要注意消除各種影響因素，比如工件基準(zhǔn)面是否有磕碰現(xiàn)象，是否存在毛刺，查看齒盤與工裝夾具接觸面積是否達(dá)到90%以上等，這些都是為保證加工精度必須做到的。

5）磨削余量選擇及過(guò)程控制。大直徑端齒盤齒部磨削加工最難的就是保證齒盤分度精度和重復(fù)精度。因此，要合理分配磨齒加工余量。一般來(lái)說(shuō)，齒部精磨前的齒面留量為0.05～0.10mm，并根據(jù)工件的形狀大小選用。氮化的硬齒齒盤精磨前留量應(yīng)偏少，以保證工件表面硬化層的最終厚度。

磨齒時(shí)齒部的測(cè)量方法與銑齒時(shí)相同，需要注意的是，上下配合齒盤總厚度尺寸有要求時(shí)，應(yīng)適當(dāng)調(diào)整單個(gè)齒盤齒部尺寸以保證這項(xiàng)要求。

6）齒形磨削過(guò)程控制。在做好以上幾個(gè)步驟后，應(yīng)選擇合理的走刀量和運(yùn)行速度。粗磨時(shí)，避免大吃刀量，因?yàn)檫@樣很容易出現(xiàn)讓刀，并且砂輪磨損很快，造成工件前半部分磨削量大，后半部分磨削量小。吃刀量大也會(huì)產(chǎn)生很多的磨削熱量，造成齒盤磨削變形，從而使齒盤分度精度和重復(fù)精度達(dá)不到要求。為保證齒盤的加工精度，齒部磨削一般采用的是均等循環(huán)成形磨削法，即連續(xù)分度磨削，再進(jìn)刀再連續(xù)分度磨削至整個(gè)齒形。這樣可以使工件達(dá)到較高的加工精度，基本消除變形的影響，當(dāng)然，這其中也需要相應(yīng)的操作技巧和經(jīng)驗(yàn)。

4.齒部精加工后的存放與包裝運(yùn)輸

為防止工件變形而影響齒盤的分度和重復(fù)定位精度，大直徑端齒盤在精加工后，由專職檢查員檢驗(yàn)。檢驗(yàn)合格后，做配對(duì)標(biāo)記。先用干凈的棉紗蘸180號(hào)溶劑汽油將防銹部位擦干凈，在光線充足的條件下檢驗(yàn)金屬裸露面是否有銹，有銹的部位應(yīng)進(jìn)行除銹處理，經(jīng)檢查無(wú)銹蝕、臟物、油污和手印等方可進(jìn)行防銹處理。采用刷涂法涂防銹油（脂），涂層要均勻連續(xù)，不得有氣泡和漏涂現(xiàn)象。涂完防銹油（脂）后，平整放置于專用托架上進(jìn)行包裝。覆蓋苯甲酸鈉防銹紙，注意防銹紙蠟面向外，不得用反。包裝時(shí)一般配對(duì)將齒盤嚙合成對(duì)存放，然后用防銹紙沿內(nèi)外圓逐漸扎緊，平整放置并固定于包裝箱內(nèi)。

5. 結(jié)語(yǔ)

大直徑端齒盤由于尺寸規(guī)格大、精度要求高，其加工一直以來(lái)都是難題；作為功能部件的核心部件，其分度及重復(fù)定位精度顯得尤為重要。本文通過(guò)加工工藝設(shè)計(jì)，解決了大直徑端齒盤加工過(guò)程中易變形、分度精度和重復(fù)精度低的問(wèn)題，將提高國(guó)內(nèi)大規(guī)格功能部件的精度指標(biāo)，增強(qiáng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。