大直徑端齒盤的加工

■ 煙臺環球機床裝備股份有限公司 （山東煙臺 265500） 姜 力

端齒盤（見圖1）又稱多齒盤、細齒盤或鼠牙盤，是具有自動定心功能的精密分度定位元件，廣泛應用于加工中心、柔性單元、數控機床、組合機床、測量儀器、各種高精度間歇式圓周分度裝置、多工位定位機構以及其他需要精密分度的各種設備上，如數控車床中的多工位數控刀架、銑床及加工中心用的數控回轉工作臺及其他分度裝置中都采用端齒盤作為精確定位元件。端齒盤實際上相當于一對齒數相同的離合器，其嚙合過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，齒數超過144，通常為360個齒。工件直徑越大，齒數越多，磨削加工越困難。設計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；消除殘余應力，減小變形；提高生產效率，降低加工成本。

對于大直徑端齒盤，特別是直徑＞500mm的端齒盤，考慮到熱處理及加工過程殘余應力等因素會導致工件基準面或相關部位變形，工件材料常選取40Cr、38CrMoAl等，一般采用的熱處理工藝方法為調質+氮化。工藝路線為：鍛造→熱處理（退火）→粗車→熱處理（調質）→半精車→平磨→銑齒→機鉗（倒角）→熱處理（低溫時效）→外磨→平磨→內外圓磨→粗、半精磨齒→熱處理（氮化）→平磨→內外圓磨→機鉗（研基準面）→精磨齒。

2. 大直徑端齒盤齒部精加工難點

端齒盤的齒部磨削精加工一直以來是個技術難點，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，加工過程中不同程度地存在變形，調整困難，影響工件的精度。加之大直徑端齒盤在磨削時，齒盤齒部與砂輪接觸面積大，砂輪會產生讓刀現象，砂輪磨損快，極易使工件產生分度誤差。因此，磨削大直徑端齒盤的關鍵是減少系統誤差，從而提高加工精度。

精磨齒時，用到的分度裝置中齒盤的精度等級應高于齒盤工件的設計精度等級。整個磨齒過程在20℃±5℃的恒溫室內進行，工作場所應無振動，無強冷熱氣流沖擊。另外，為了便于制造并保證配對齒盤嚙合性能最好，配對齒盤應在齒形角不變的同一設備上加工，并對已配好的齒盤做配對標記。

3. 齒部精加工工藝方法

大直徑端齒盤齒部的精加工應重點從以下幾方面入手。

1）磨齒前要檢查機床，消除系統誤差。檢查機床潤滑狀況，檢查各油孔、導軌的潤滑情況，保證機床在運行過程中不出現爬行現象；檢查機床運行速度和換向速度是否一致。磨齒前，機床必須進行2h以上的空運轉，使機床性能穩定可靠，從而保證齒盤的加工精度。

2）砂輪的選擇和及時修整。齒部齒形的磨削關鍵是砂輪的耐磨性及其齒形的修正問題。磨齒選用的砂輪應具備：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。

由于大直徑端齒盤尺寸大、齒數多，砂輪的選擇很關鍵。經過多年的摸索和實踐經驗總結，一般優先選用中軟、自銳性好的白剛玉砂輪。在磨削過程中應經常修整砂輪，保證砂輪鋒利，避免產生讓刀現象。另外，砂輪應根據粗磨、半精磨和精磨工序要求，選用不同的粒度，以保證各個加工階段達到圖樣和工藝要求。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）工裝夾具找正是關鍵。由于工件尺寸大，調整困難，應盡量減少找正的次數，這需要有扎實的基本功。將機床表面、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。

4）工件的裝夾。在裝夾工件之前，要注意消除各種影響因素，比如工件基準面是否有磕碰現象，是否存在毛刺，查看齒盤與工裝夾具接觸面積是否達到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精度。因此，要合理分配磨齒加工余量。一般來說，齒部精磨前的齒面留量為0.05～0.10mm，并根據工件的形狀大小選用。氮化的硬齒齒盤精磨前留量應偏少，以保證工件表面硬化層的最終厚度。

磨齒時齒部的測量方法與銑齒時相同，需要注意的是，上下配合齒盤總厚度尺寸有要求時，應適當調整單個齒盤齒部尺寸以保證這項要求。

6）齒形磨削過程控制。在做好以上幾個步驟后，應選擇合理的走刀量和運行速度。粗磨時，避免大吃刀量，因為這樣很容易出現讓刀，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。吃刀量大也會產生很多的磨削熱量，造成齒盤磨削變形，從而使齒盤分度精度和重復精度達不到要求。為保證齒盤的加工精度，齒部磨削一般采用的是均等循環成形磨削法，即連續分度磨削，再進刀再連續分度磨削至整個齒形。這樣可以使工件達到較高的加工精度，基本消除變形的影響，當然，這其中也需要相應的操作技巧和經驗。

4.齒部精加工后的存放與包裝運輸

為防止工件變形而影響齒盤的分度和重復定位精度，大直徑端齒盤在精加工后，由專職檢查員檢驗。檢驗合格后，做配對標記。先用干凈的棉紗蘸180號溶劑汽油將防銹部位擦干凈，在光線充足的條件下檢驗金屬裸露面是否有銹，有銹的部位應進行除銹處理，經檢查無銹蝕、臟物、油污和手印等方可進行防銹處理。采用刷涂法涂防銹油（脂），涂層要均勻連續，不得有氣泡和漏涂現象。涂完防銹油（脂）后，平整放置于專用托架上進行包裝。覆蓋苯甲酸鈉防銹紙，注意防銹紙蠟面向外，不得用反。包裝時一般配對將齒盤嚙合成對存放，然后用防銹紙沿內外圓逐漸扎緊，平整放置并固定于包裝箱內。

5. 結語

大直徑端齒盤由于尺寸規格大、精度要求高，其加工一直以來都是難題；作為功能部件的核心部件，其分度及重復定位精度顯得尤為重要。本文通過加工工藝設計，解決了大直徑端齒盤加工過程中易變形、分度精度和重復精度低的問題，將提高國內大規格功能部件的精度指標，增強市場競爭力。