一種插齒機(jī)刀架體靜壓澆鑄工裝的研發(fā)與應(yīng)用

黃蓉

摘要：傳統(tǒng)的插齒機(jī)刀架體在使用過程中存在運(yùn)行穩(wěn)定性問題，影響機(jī)床加工性能，靜壓刀架體可以有效減少刀軸的摩擦磨損，使得機(jī)床的剛性和穩(wěn)定性更高。但是靜壓刀架體的澆鑄工藝非常復(fù)雜，澆鑄工裝的使用是其中非常重要的因素，本文介紹了一種新型的靜壓澆鑄工裝，并完整闡述了其應(yīng)用流程，通過實(shí)踐探索，證明了其良好的應(yīng)用價值。

Abstract： The traditional gear shaper tool holder body in the use of the process of running stability， affect the machine tool processing performance， static pressure tool holder body can effectively reduce the tool shaft friction and wear， so that the rigidity and stability of the machine tool.However， the casting technology of the static press tool holder is very complicated， and the use of the casting tooling is a very important factor among them. This paper introduces a new type of static press casting tooling， and completely describes its application flow. Through practical exploration， it has proved its good application value.

關(guān)鍵詞：插齒機(jī);刀架體;靜壓;澆鑄;工裝

Key words： gear shaper;the tool carriage body;static pressure;casting;tooling

0? 引言

傳統(tǒng)插齒機(jī)的主運(yùn)動是依靠刀軸在刀軸套中的配合實(shí)現(xiàn)刀軸的往復(fù)運(yùn)動，當(dāng)?shù)遁S往復(fù)運(yùn)動的沖程數(shù)提高到一定程度后，主軸會出現(xiàn)潤滑不足、摩擦加劇和油溫升過高等問題，直接導(dǎo)致機(jī)床加工性能惡化、刀軸研壞;針對現(xiàn)場汽車行業(yè)和齒輪制造業(yè)行業(yè)對加工設(shè)備的高速高效要求，靜壓技術(shù)的采用已越來越受關(guān)注。靜壓刀架體的原理是在刀軸與刀軸套、導(dǎo)向套的配合中形成油膜，依靠油膜的剛度保證刀軸在刀架體中的幾何精度。當(dāng)?shù)遁S高速往復(fù)運(yùn)動時，刀軸與刀軸套之間的油膜有效保證潤滑、減少摩擦，確保機(jī)床性能，最終實(shí)現(xiàn)商品化，并盡快推向市場。靜壓刀架體中除了刀架體、刀軸、蝸輪蝸桿副、刀軸套等已被大家所熟知的零件之外，還有靜壓導(dǎo)向套和靜壓導(dǎo)軌，其加工工藝復(fù)雜。通過前期的試驗(yàn)積累和考察，從靜壓剛性、穩(wěn)定性和批量生產(chǎn)的要求來看，漸開線齒形靜壓導(dǎo)軌是最理想的插齒機(jī)刀架體靜壓方案。然而靜壓導(dǎo)向套的內(nèi)齒形狀和精度的加工，目前還難以用加工設(shè)備完成。因此我們采用了澆鑄工藝，即將耐磨涂層填充至靜壓導(dǎo)向套和靜壓導(dǎo)軌所形成的間隙中，達(dá)到間隙的一致和精度復(fù)制的目的。

1? 小型插齒機(jī)靜壓刀架體的主要構(gòu)成及其特點(diǎn)

為滿足用戶高沖程高精度加工的需求，分析國內(nèi)外刀架體先進(jìn)結(jié)構(gòu)，采用恒壓式毛細(xì)管節(jié)流方式的靜壓刀架體。刀軸上下兩端分別采用靜壓導(dǎo)軌副與靜壓軸承結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了刀軸運(yùn)動通過油膜進(jìn)行接觸，當(dāng)?shù)遁S高速往復(fù)運(yùn)動時，刀軸與刀軸套之間的油膜有效保證潤滑、減小摩擦與發(fā)熱，確保機(jī)床性能。允許最高沖程速度達(dá)90m/min，使刀軸的運(yùn)動更適合高速高沖程的需要。

在油腔的結(jié)構(gòu)形式上刀軸套采用了對稱四油腔、有周向回油的結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)形式廣泛應(yīng)用于各種機(jī)床上并加工方便、易于保證加工和組裝精度。導(dǎo)向套上的靜壓結(jié)構(gòu)形式特殊，不同于其它靜壓結(jié)構(gòu)形式，它同時需要具備直線和旋轉(zhuǎn)兩種運(yùn)動：直線運(yùn)動控制加工齒輪的齒向精度，旋轉(zhuǎn)運(yùn)動控制加工齒輪的分度精度。根據(jù)國內(nèi)及國外靜壓插齒機(jī)導(dǎo)向套的靜壓結(jié)構(gòu)形式的分析，靜壓導(dǎo)軌可采用矩型花鍵結(jié)構(gòu)形式和漸開線齒輪結(jié)構(gòu)形式，由于靜壓導(dǎo)軌精度要求相當(dāng)高：齒向精度0.003、相鄰齒距偏差0.005、齒形精度0.003;當(dāng)時兩種結(jié)構(gòu)形式都存在加工上的難題，通過后期一系列的試驗(yàn)總結(jié)漸開線齒輪結(jié)構(gòu)形式相對合適。

靜壓導(dǎo)軌采用漸開線齒輪結(jié)構(gòu)后，靜壓導(dǎo)向套采用了與之相配的內(nèi)漸開線齒輪結(jié)構(gòu)，根據(jù)靜壓形成的條件，各個相配齒面必須保證均勻間隙0.015-0.02mm，常規(guī)的加工方法已無法保證，通過對理論的分析，參照國內(nèi)外插齒機(jī)靜壓導(dǎo)向套的實(shí)物了解，在靜壓導(dǎo)向套與靜壓導(dǎo)軌之間澆注一層減摩涂層較可行，期間查閱了相關(guān)減摩涂層的資料，了解了其使用性能及使用方法，并與部分生產(chǎn)廠商進(jìn)行了交流，更好地促進(jìn)了靜壓工作的開展。

2? 小型插齒機(jī)的靜壓澆鑄工裝的改進(jìn)過程

在研發(fā)前期，采用傾倒的方式往靜壓導(dǎo)軌和靜壓導(dǎo)向套之間注入耐磨涂層，但是由于耐磨涂層的流動性差，粘度大等因素，導(dǎo)致自然形成的澆鑄層表面光潔度差，精度不能滿足設(shè)計要求。因此，后期更改為壓力澆鑄的方式，通過改變澆鑄工裝的結(jié)構(gòu)（見圖1），使耐磨涂層通過壓力進(jìn)入靜壓導(dǎo)軌和靜壓導(dǎo)向套的間隙中，壓力的產(chǎn)生使?jié)茶T層表面貼合緊密，表面光潔度大大的提高。如圖1所示，改進(jìn)之后的靜壓澆鑄工裝主要由注射器部分、密封部分和連接部分所組成。注射器部分采用螺桿12推動活塞10前進(jìn)，將裝置在注射筒7內(nèi)的耐磨涂層推入裝置，兩端通過端蓋進(jìn)行密封，避免耐磨涂層的泄露。密封部分主要由下端的定位柱2A與靜壓導(dǎo)向套的內(nèi)孔和靜壓導(dǎo)軌的外圓進(jìn)行定位，上端由齒形芯塊4A將成型的靜壓導(dǎo)軌齒部進(jìn)行密封，再以上端蓋3A與壓蓋5A對系統(tǒng)進(jìn)行密封和對零件進(jìn)行固定。連接部分主要由底盤和連接板1A對耐磨涂層的進(jìn)入進(jìn)行流路分配。整個裝置流動通暢，且密封性良好，能夠很好的控制耐磨涂層按照預(yù)定的流動路線達(dá)到所預(yù)留的間隙中。

3? 小型插齒機(jī)的靜壓澆鑄工裝的應(yīng)用

①先將澆鑄工裝中的所有零件進(jìn)行徹底的清洗和組裝，預(yù)先檢查各螺釘孔和進(jìn)膠孔的通暢性，嚴(yán)禁裝置中有油污，以影響膠體的粘附。

②將靜壓導(dǎo)向套按照設(shè)計圖紙上所要求的油腔尺寸用膠皮制作出油腔塊8塊，將設(shè)計要求的間隙用塑料紙粘貼在靜壓導(dǎo)軌上，要求粘貼均勻，不允許有氣泡，再將事先準(zhǔn)備好的油腔塊按照圖紙上的位置粘貼在靜壓導(dǎo)軌上，以形成八個油腔。

③將靜壓導(dǎo)軌和靜壓導(dǎo)向套按照裝配圖進(jìn)行組裝，尤其注意在放置靜壓導(dǎo)向套和靜壓導(dǎo)軌時，不可碰到粘貼的膠紙和油腔塊，以避免影響間隙的均勻和油腔塊位置的一致性。

④上端的端蓋3A與導(dǎo)向套和導(dǎo)軌配磨間隙，要求下端實(shí)上端虛，目的是使下端與導(dǎo)向套的上端面貼合良好，避免澆鑄過程中膠體受到壓力而擠出，上端與導(dǎo)軌留有少量間隙，以使空氣能夠及時的排除。

⑤齒形芯塊4A按照圖紙要求加工端面至要求，以保證裝置的密封和靜壓導(dǎo)向套齒部預(yù)留的長度。

⑥將除靜壓導(dǎo)向套之外的零件表面均勻的噴涂上脫模劑，避免拆卸后粘附的膠體難以去除，將各螺釘處緊固。

⑦將耐磨涂層與固化劑按照比例進(jìn)行混合后攪拌均勻，要求攪拌方向一致，時間控制在十分鐘之內(nèi)，然后將攪拌后的膠體沿著傾斜的筒壁緩緩的倒入注射筒7中，與端蓋和接頭進(jìn)行連接。

⑧用預(yù)先準(zhǔn)備好的鉸杠緩緩轉(zhuǎn)動絲杠12的方頭推動活塞10前進(jìn)，使膠體進(jìn)入裝置內(nèi)，要求用力均勻，速度保持一致，直至壓蓋5A的縫隙中見到膠體的流出，便可停止轉(zhuǎn)動。

⑨將裝置靜止五分鐘之后，迅速的拆卸定位柱2A以下的零件，用四個M8X40螺釘堵住定位柱2A下端的四個進(jìn)膠口。

⑩將澆鑄完后的裝置靜置在25°左右的恒溫條件24小時，隨后轉(zhuǎn)70°的保溫箱中8小時，取出后待裝置自然冷卻，隨后拆下工裝，便可進(jìn)行澆鑄組件和零件的后續(xù)加工。

4? 插齒機(jī)刀架體靜壓澆鑄工裝的應(yīng)用成效

在靜壓導(dǎo)軌齒部粘貼固定厚度的塑料層，通過澆鑄工裝往靜壓導(dǎo)軌和靜壓導(dǎo)向套的間隙中填充耐磨涂層，待耐磨涂層凝固后將粘貼的塑料層去掉便可形成靜壓導(dǎo)軌副之間的固定間隙。在這一澆鑄過程中涉及到工裝的設(shè)計和使用、溫度的控制、時效處理、耐磨涂層的性能影響等多項(xiàng)因素。通過了多次的試驗(yàn)和過程數(shù)據(jù)的記錄，現(xiàn)在已經(jīng)使操作者能夠獨(dú)立使用澆鑄方式完成澆鑄過程，為批量生產(chǎn)提供了基礎(chǔ)。

①經(jīng)過多次的試驗(yàn)和改進(jìn)，以及現(xiàn)場的試制，現(xiàn)在已經(jīng)成為靜壓刀架體加工工藝中不可替代的工裝結(jié)構(gòu)，經(jīng)過多次的應(yīng)用，操作者已經(jīng)熟練的掌握了工裝和工藝的應(yīng)用。經(jīng)過澆鑄之后的靜壓導(dǎo)向套齒面光潔度良好，通過裝配與靜壓導(dǎo)軌的配合間隙均勻。

②通過靜壓澆鑄工藝加工而成的靜壓刀架體應(yīng)用于插齒機(jī)上，使機(jī)床剛性得到很大程度改善，傳動件的磨損率下降60%，加工效率增加80%以上，提高了機(jī)床的檔次，具有十分巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。并為汽車、摩托車行業(yè)高速、高效率插齒機(jī)的要求提供了前提條件。

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