齒盤類零件加工工藝優化

■ 沈陽機床股份有限公司 （遼寧沈陽 110142） 魏蘭杰

1. 數控刀架齒盤結構

數控刀架是機床的主要功能部件，其精度主要取決于關鍵件——三聯齒盤的精度。數控刀架齒盤結構局部剖視如圖1所示。定齒盤固定在箱體中心孔中，動齒盤與定齒盤配合，鎖緊盤在箱體里與定、動齒盤嚙合。動齒盤上面有定位孔裝配分度刀盤，刀盤與動齒盤裝配找正后打兩個錐銷，保證刀盤精度穩定。刀盤轉位由三聯齒盤松開鎖緊嚙合即完成一個轉位動作。

2. 齒盤加工工藝路線分析

齒盤類零件材質均選用低碳合金鋼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 數控刀架齒盤結構局部剖視1－箱體 2－定齒盤 3－動齒盤 4－鎖緊盤 5－主軸

定齒盤/動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）→內磨（M21）→外磨（M14）→齒磨（M99）→外磨（M14）。生產周期最快也要三、四個月，嚴重制約了數控刀架的供貨計劃。

3. 三次工藝改進

（1）第一次工藝改進 將熱處理滲碳+淬火工序一次性完成。通過調整工藝，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行淬火處理，不再轉機加車間進行去碳層加工。由于減少了熱加工與冷加工之間的輔助工序，生產周期縮短了很多。然而，改進后的兩銷孔防滲碳措施穩定性較差，經常出現淬硬現象，裝配工序配作銷孔時，鉆頭和鉸刀無法正常切削，勉強加工也會影響銷孔的尺寸和位置精度。攻關小組到處尋找合適的硬切削進口刀具，問題也沒有得到有效解決。

（2）第二次工藝改進 攻關小組認真分析刀架和齒盤的結構原理，經過反復論證，最后與設計人員共同制定了一個大膽的方案：取消刀盤，打銷孔。通過其他方法進行安裝定位，同時為確保刀架與刀盤的聯接預緊力，動齒盤與刀盤的聯接螺紋由6-M10均布（見圖2）改為8-M8均布（見圖3），經核算可以滿足設計要求。

圖2 6-M10均布聯接螺紋

圖3 8-M8均布聯接螺紋

需要說明的是，刀架上刀盤與動齒盤聯接打銷子已經是國內機床功能部件幾十年的“行規”，這個不成文的規定從我們建廠以來一直堅定不移地執行著。

取消刀盤定位銷雖然縮短了生產周期，但也給撞車后刀盤精度的修復增加了難度。短期內沒有出現問題，不證明方案的可持續性，優化方法必須要保證產品的穩定性并采取新的定位方法。經綜合論證分析，現在的刀盤采用隨機配做的方法，單件刀盤加工合格后安裝到刀架光機上，然后通過機床導軌工裝找正刀盤兩側的刀槽精度，即可滿足刀架精度要求，因此，取消兩處定位銷孔不會影響產品的使用性能。如果用戶在使用刀架過程中不小心造成刀架撞車，刀盤精度出現問題，維修時只要在機床上重新找正刀盤兩側面刀槽精度在0.02mm/150mm，系統設置刀架重新回零，即可恢復刀架精度。為保險起見，首先小量試制10臺刀架，跟蹤到主機廠，最后到機床終端用戶。從調試到試運車，到機床（刀架）在用戶現場加工使用兩個月，沒有出現其他問題，事實證明方案可行。決定大批量修改定齒盤和動齒盤工藝加工文件：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。

經過兩次大規模工藝優化，齒盤生產周期縮短了將近一半時間。生產運行速度也明顯改善。工藝技術改進后，運行了近兩年時間，優化后的數控刀架沒有出現相關的質量事故和市場不良反饋。但從生產角度考慮，齒盤工序和周轉環節仍然很多，參照業已成熟的硬車工藝，攻關小組再次進行了工藝改進。

（3）第三次工藝改進 購進一臺主機廠生產的精密數控車床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。試驗加工淬火后的齒盤表面，在一次裝夾中完成端面、外圓和內孔的全部精車內容，同時硬切槽刀將孔內密封圈環槽精車至要求的尺寸，嚴格保證加工部位的幾何公差要求。經三坐標檢測，零件精度完全能達到圖樣技術要求。決定第三次優化齒盤工藝加工文件，熱處理工序后取消內磨及外磨工序。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、定齒盤工序路線改變

表2 鎖緊齒盤工序路線改變

4.結語

為縮短齒盤的生產周期，攻關小組采用簡單的思路、大膽的方案，不斷地進行工藝分析和改進，通過取消定位銷孔和以車代磨兩項改善措施，將齒盤零件的生產周期縮短到一個半月以內，生產效率明顯提高。優化方案實施后，連續4年沒有出現質量問題，有效保障了公司為主機廠配套任務的順利完成，同時外銷市場也得到了發展。