齿盘类零件加工工艺优化

■ 沈阳机床股份有限公司 （辽宁沈阳 110142） 魏兰杰

1. 数控刀架齿盘结构

数控刀架是机床的主要功能部件，其精度主要取决于关键件——三联齿盘的精度。数控刀架齿盘结构局部剖视如图1所示。定齿盘固定在箱体中心孔中，动齿盘与定齿盘配合，锁紧盘在箱体里与定、动齿盘啮合。动齿盘上面有定位孔装配分度刀盘，刀盘与动齿盘装配找正后打两个锥销，保证刀盘精度稳定。刀盘转位由三联齿盘松开锁紧啮合即完成一个转位动作。

2. 齿盘加工工艺路线分析

齿盘类零件材质均选用低碳合金钢20CrMo，需要渗碳+淬火处理才能满足零件图样技术要求，使工件的表面层具有高硬度和耐磨性，而工件中心部分仍然保持着低碳钢的韧性和塑性。

图1 数控刀架齿盘结构局部剖视1－箱体 2－定齿盘 3－动齿盘 4－锁紧盘 5－主轴

定齿盘/动齿盘工艺路线安排如下：粗车（C61）→正火（R40）→半精车（C01）→立加Z05（铣齿钻孔）→钳工（S81）→渗碳（R13）→车（C61）（打销孔平面去碳层）→淬火（Z40） →平磨（M71）→内磨（M21）→外磨（M14）→齿磨（M99）→外磨（M14）。生产周期最快也要三、四个月，严重制约了数控刀架的供货计划。

3. 三次工艺改进

（1）第一次工艺改进 将热处理渗碳+淬火工序一次性完成。通过调整工艺，在销孔平面处增加防渗碳措施（镀铜和涂涂料），齿盘整体渗碳后直接进行淬火处理，不再转机加车间进行去碳层加工。由于减少了热加工与冷加工之间的辅助工序，生产周期缩短了很多。然而，改进后的两销孔防渗碳措施稳定性较差，经常出现淬硬现象，装配工序配作销孔时，钻头和铰刀无法正常切削，勉强加工也会影响销孔的尺寸和位置精度。攻关小组到处寻找合适的硬切削进口刀具，问题也没有得到有效解决。

（2）第二次工艺改进 攻关小组认真分析刀架和齿盘的结构原理，经过反复论证，最后与设计人员共同制定了一个大胆的方案：取消刀盘，打销孔。通过其他方法进行安装定位，同时为确保刀架与刀盘的联接预紧力，动齿盘与刀盘的联接螺纹由6-M10均布（见图2）改为8-M8均布（见图3），经核算可以满足设计要求。

图2 6-M10均布联接螺纹

图3 8-M8均布联接螺纹

需要说明的是，刀架上刀盘与动齿盘联接打销子已经是国内机床功能部件几十年的“行规”，这个不成文的规定从我们建厂以来一直坚定不移地执行着。

取消刀盘定位销虽然缩短了生产周期，但也给撞车后刀盘精度的修复增加了难度。短期内没有出现问题，不证明方案的可持续性，优化方法必须要保证产品的稳定性并采取新的定位方法。经综合论证分析，现在的刀盘采用随机配做的方法，单件刀盘加工合格后安装到刀架光机上，然后通过机床导轨工装找正刀盘两侧的刀槽精度，即可满足刀架精度要求，因此，取消两处定位销孔不会影响产品的使用性能。如果用户在使用刀架过程中不小心造成刀架撞车，刀盘精度出现问题，维修时只要在机床上重新找正刀盘两侧面刀槽精度在0.02mm/150mm，系统设置刀架重新回零，即可恢复刀架精度。为保险起见，首先小量试制10台刀架，跟踪到主机厂，最后到机床终端用户。从调试到试运车，到机床（刀架）在用户现场加工使用两个月，没有出现其他问题，事实证明方案可行。决定大批量修改定齿盘和动齿盘工艺加工文件：C61-R40-C01-Z05-S81-R16（渗碳淬火）-S81- M71–M21-M14-M99。取消两处定位销孔，一次完成渗碳和淬火工序，缩短加工流程。

经过两次大规模工艺优化，齿盘生产周期缩短了将近一半时间。生产运行速度也明显改善。工艺技术改进后，运行了近两年时间，优化后的数控刀架没有出现相关的质量事故和市场不良反馈。但从生产角度考虑，齿盘工序和周转环节仍然很多，参照业已成熟的硬车工艺，攻关小组再次进行了工艺改进。

（3）第三次工艺改进 购进一台主机厂生产的精密数控车床HTC32，购买配置硬车刀具，选用山特维克可乐满硬车刀杆（LAG123G09-32B内孔刀杆）、外圆车刀片（N123G1-0300-0002-GECB200）和端面车刀片（BF-CNGM120404TS2 BC8110），如图4所示。试验加工淬火后的齿盘表面，在一次装夹中完成端面、外圆和内孔的全部精车内容，同时硬切槽刀将孔内密封圈环槽精车至要求的尺寸，严格保证加工部位的几何公差要求。经三坐标检测，零件精度完全能达到图样技术要求。决定第三次优化齿盘工艺加工文件，热处理工序后取消内磨及外磨工序。以车代磨加工至成品尺寸，具体工序路线改变见表1、表2。

图4 车床和刀具

表1 动、定齿盘工序路线改变

表2 锁紧齿盘工序路线改变

4.结语

为缩短齿盘的生产周期，攻关小组采用简单的思路、大胆的方案，不断地进行工艺分析和改进，通过取消定位销孔和以车代磨两项改善措施，将齿盘零件的生产周期缩短到一个半月以内，生产效率明显提高。优化方案实施后，连续4年没有出现质量问题，有效保障了公司为主机厂配套任务的顺利完成，同时外销市场也得到了发展。