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如何有效解决大直径端齿盘加工难点？

如何有效解决大直径端齿盘加工难点？
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编者按
本文针对大直径端齿盘齿部加工难点 ， 改进工艺路线 ， 优化精加工方法和包装运输要求 ， 消除不利因素 ， 解决了加工过程中的变形和精度低问题 。
端齿盘（见图1）又称多齿盘、细齿盘或鼠牙盘 ， 是具有自动定心功能的精密分度定位元件 ， 广泛应用于加工中心、柔性单元、数控机床、组合机床、测量仪器、各种高精度间歇式圆周分度装置、多工位定位机构以及其他需要精密分度的各种设备上 ， 如数控车床中的多工位数控刀架、铣床及加工中心用的数控回转工作台及其他分度装置中都采用端齿盘作为精确定位元件 。 端齿盘实际上相当于一对齿数相同的离合器 ， 其啮合过程与离合器的啮合类似 。 端齿盘的齿形分为直齿和弧面齿两种 ， 直齿端齿盘由于加工方便、定位精度及重复定位精度高而广受欢迎 。
如何有效解决大直径端齿盘加工难点？
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图1端齿盘
01
大直径端齿盘加工工艺路线
大直径齿盘一般直径＞500mm ， 齿数超过144 ， 通常为360个齿 。 工件直径越大 ， 齿数越多 ， 磨削加工越困难 。 设计大直径齿盘工艺的基本原则为：减小加工误差 ， 保证加工精度；消除残余应力 ， 减小变形；提高生产效率 ， 降低加工成本 。
对于大直径端齿盘 ， 特别是直径＞500mm的端齿盘 ， 考虑到热处理及加工过程残余应力等因素会导致工件基准面或相关部位变形 ， 工件材料常选取40Cr、38CrMoAl等 ， 一般采用的热处理工艺方法为调质+氮化 。 工艺路线为：锻造→热处理（退火）→粗车→热处理（调质）→半精车→平磨→铣齿→机钳（倒角）→热处理（低温时效）→外磨→平磨→内外圆磨→粗、半精磨齿→热处理（氮化）→平磨→内外圆磨→机钳（研基准面）→精磨齿 。
02
大直径端齿盘齿部精加工难点
端齿盘的齿部磨削精加工一直以来是个技术难点 ， 特别是大直径端齿盘的磨削加工尤为明显 。 由于工件直径尺寸大 ， 加工过程中不同程度地存在变形 ， 调整困难 ， 影响工件的精度 。 加之大直径端齿盘在磨削时 ， 齿盘齿部与砂轮接触面积大 ， 砂轮会产生让刀现象 ， 砂轮磨损快 ， 极易使工件产生分度误差 。 因此 ， 磨削大直径端齿盘的关键是减少系统误差 ， 从而提高加工精度 。
精磨齿时 ， 用到的分度装置中齿盘的精度等级应高于齿盘工件的设计精度等级 。 整个磨齿过程在20℃±5℃的恒温室内进行 ， 工作场所应无振动 ， 无强冷热气流冲击 。 另外 ， 为了便于制造并保证配对齿盘啮合性能最好 ， 配对齿盘应在齿形角不变的同一设备上加工 ， 并对已配好的齿盘做配对标记 。
03
齿部精加工工艺方法
大直径端齿盘齿部的精加工应重点从以下几方面入手 。
1）磨齿前要检查机床 ， 消除系统误差 。 检查机床润滑状况 ， 检查各油孔、导轨的润滑情况 ， 保证机床在运行过程中不出现爬行现象；检查机床运行速度和换向速度是否一致 。 磨齿前 ， 机床必须进行2h以上的空运转 ， 使机床性能稳定可靠 ， 从而保证齿盘的加工精度 。
2）砂轮的选择和及时修整 。 齿部齿形的磨削关键是砂轮的耐磨性及其齿形的修正问题 。 磨齿选用的砂轮应具备：磨损小 ， 寿命高；切削性能好 ， 加工齿面表面粗糙度值小；砂轮组件不平衡量小的特点 。 由于大直径端齿盘尺寸大、齿数多 ， 砂轮的选择很关键 。 经过多年的摸索和实践经验总结 ， 一般优先选用中软、自锐性好的白刚玉砂轮 。 在磨削过程中应经常修整砂轮 ， 保证砂轮锋利 ， 避免产生让刀现象 。 另外 ， 砂轮应根据粗磨、半精磨和精磨工序要求 ， 选用不同的粒度 ， 以保证各个加工阶段达到图样和工艺要求 。 一般情况下 ， 粗磨选用46# ， 半精磨选用60# ， 精磨选用100#或120#粒度为宜 。 3）工装夹具找正是关键 。 由于工件尺寸大 ， 调整困难 ， 应尽量减少找正的次数 ， 这需要有扎实的基本功 。 将机床表面、工装夹具各接触表面擦拭干净 ， 在必要的情况下可用油石修研表面 ， 然后找正工装夹具 ， 一般将找正精度控制在工件要求的1/3以内 。 4）工件的装夹 。 在装夹工件之前 ， 要注意消除各种影响因素 ， 比如工件基准面是否有磕碰现象 ， 是否存在毛刺 ， 查看齿盘与工装夹具接触面积是否达到90%以上等 ， 这些都是为保证加工精度必须做到的 。 5）磨削余量选择及过程控制 。 大直径端齿盘齿部磨削加工最难的就是保证齿盘分度精度和重复精度 。 因此 ， 要合理分配磨齿加工余量 。 一般来说 ， 齿部精磨前的齿面留量为0.05～0.10mm ， 并根据工件的形状大小选用 。 氮化的硬齿齿盘精磨前留量应偏少 ， 以保证工件表面硬化层的最终厚度 。 磨齿时齿部的测量方法与铣齿时相同 ， 需要注意的是 ， 上下配合齿盘总厚度尺寸有要求时 ， 应适当调整单个齿盘齿部尺寸以保证这项要求 。6）齿形磨削过程控制 。 在做好以上几个步骤后 ， 应选择合理的走刀量和运行速度 。 粗磨时 ， 避免大吃刀量 ， 因为这样很容易出现让刀 ， 并且砂轮磨损很快 ， 造成工件前半部分磨削量大 ， 后半部分磨削量小 。 吃刀量大也会产生很多的磨削热量 ， 造成齿盘磨削变形 ， 从而使齿盘分度精度和重复精度达不到要求 。 为保证齿盘的加工精度 ， 齿部磨削一般采用的是均等循环成形磨削法 ， 即连续分度磨削 ， 再进刀再连续分度磨削至整个齿形 。 这样可以使工件达到较高的加工精度 ， 基本消除变形的影响 ， 当然 ， 这其中也需要相应的操作技巧和经验 。
04
齿部精加工后的存放与包装运输
为防止工件变形而影响齿盘的分度和重复定位精度 ， 大直径端齿盘在精加工后 ， 由专职检查员检验 。 检验合格后 ， 做配对标记 。 先用干净的棉纱蘸180号溶剂汽油将防锈部位擦干净 ， 在光线充足的条件下检验金属裸露面是否有锈 ， 有锈的部位应进行除锈处理 ， 经检查无锈蚀、脏物、油污和手印等方可进行防锈处理 。 采用刷涂法涂防锈油（脂） ， 涂层要均匀连续 ， 不得有气泡和漏涂现象 。 涂完防锈油（脂）后 ， 平整放置于专用托架上进行包装 。 覆盖苯甲酸钠防锈纸 ， 注意防锈纸蜡面向外 ， 不得用反 。 包装时一般配对将齿盘啮合成对存放 ， 然后用防锈纸沿内外圆逐渐扎紧 ， 平整放置并固定于包装箱内 。
05
结语
大直径端齿盘由于尺寸规格大、精度要求高 ， 其加工一直以来都是难题；作为功能部件的核心部件 ， 其分度及重复定位精度显得尤为重要 。 本文通过加工工艺设计 ， 解决了大直径端齿盘加工过程中易变形、分度精度和重复精度低的问题 ， 将提高国内大规格功能部件的精度指标 ， 增强市场竞争力 。
本文发表于《金属加工（冷加工）》2020年第6期42-43页 ， 作者：烟台环球机床装备股份有限公司姜力 ， _本文原始标题：《大直径端齿盘的加工》 。 【如何有效解决大直径端齿盘加工难点？】如何有效解决大直径端齿盘加工难点？
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