大模數(shù)、高精度的齒條制造工藝這個不簡單

針對精度較高的大模數(shù)齒條采用專用刀具和專用機床加工成本較高的問題，利用數(shù)控銑床上萬能角度頭改進加工方法，并在加工過程中用量棒代替樣板進行隨機測量，有效保證了齒形齒距的加工精度。我公司為某鋼廠生產的3500mm軋機支承輥換輥機中，用于傳動的齒條是由12件大模數(shù)齒條拼接到換輥機機架上的，單件齒條長約3m，質量接近2t。該齒條為細長工件，剛性較差，在鍛造毛坯上開出齒形，控制變形難度較大。這些齒條最后要連接起來使用，必須嚴格控制齒形和齒距的累積誤差。因此，采用合理的制造工藝是非常必要的。工件的工藝參數(shù)工件的材質為42CrMo，硬度達248～302HBW，抗拉強度為850MPa。齒條的加工圖樣如圖1所示。齒條的相應技術參數(shù)見表1，其中L為齒條上任意兩個齒之間的距離（mm）。齒條的加工難點和加工方案從圖1可以看出，齒條的外廓尺寸是2895.6mm×460mm×210mm，是典型的細長型零件，圖1齒條加工圖樣表1

齒條相關參數(shù)從鍛坯上直接加工出齒形，變形量控制起來比較困難，這就要求工件加工必須要有合理的工藝順序和有效的裝夾方法；齒條的齒厚公差和齒距誤差要求非常小，全長范圍內齒距累積誤差不超過0.4mm，如果采用成形銑刀或者滾齒刀具進行加工，隨著加工的不斷進行，刀具勢必會出現(xiàn)一定的磨損，這樣就無法保證齒距精度，也會導致齒距累積誤差不斷增大，無法滿足齒條的使用要求。綜合上述因素，結合本單位的設備情況制定齒條的制造工藝流程為：鍛坯→粗加工→調質→第一次半精加工→人工時效→第二次半精加工→自然時效→精加工→各齒條裝配拼接。齒條制造工藝方法和控制措施（1）粗加工本序是從毛坯轉化成半成品的過程。為了既降低成本又提高加工效率，安排在捷克斯柯達W200H數(shù)顯落地鏜床上，采用φ200mm刀盤、φ315mm三面刃銑刀和φ25mm刀盤進行加工。首先采用φ200mm刀盤加工齒條的6個面，單面留10mm加工余量，然后用萬能角度頭上φ315mm三面刃銑刀，沿齒形輪廓開出直槽，再將工件側立，用φ25mm刀盤按照排折線的方式加工出兩側齒形面，各面留10mm加工余量，轉下序，這樣可以快速去除大部分加工余量，比單用φ25mm刀盤粗銑齒槽加工效率提高近3倍。（2）第一次半精加工齒條經過調質處理后回到3m×8m數(shù)控龍門銑床上進行半精加工。將工件平放到工作臺上兩次裝夾加工。在找正過程中發(fā)現(xiàn)各齒條存在著向齒側凹心的變形，變形量在3～5mm。這主要是粗加工階段齒形側去除較大的加工量所造成的。均勻考慮加工余量后，半精加工外廓和齒形，各面留5mm余量，轉下序進行人工時效。（3）第二次半精加工齒條經過人工時效后，內部的殘余應力會得到充分的釋放。本序主要的加工內容包括半精加工齒形、輪廓面和加工各把合孔等。在數(shù)控龍門銑床上，按照圖2所示裝夾方法，采用萬能角度頭上φ250mm直角刀盤加工齒形，分2～3次走刀進行，單面留1mm加工余量，然后工件翻180°，加工底面至1mm加工余量，轉下序自然時效5天。半精加工工序可在同一臺機床上成組加工齒條，這樣可以縮短整體加工周期。圖2利用萬能角度頭加工（4）精加工的控制方法

本工序采用的設備和加工方法與上序相同，區(qū)別在于齒條加工精度的控制。首先將工件底面朝向機床主軸裝夾，下置等高墊鐵，找正完畢后輕輕夾緊即可，加工底面至0.3mm加工余量，然后將工件翻轉180°，置于等高墊鐵上加工齒形，首先將齒頂面加工至圖樣尺寸。由于齒厚和齒距精度要求很高，在精加工齒形的過程中，采用量棒進行邊加工邊測量的方法來控制齒形精度。選擇量棒的直徑時，應使量棒外圓與齒廓的接觸點落在分度線及其附近位置上，一般按照量棒直徑D=（1.68～1.72）m進行選取，其中m為端面模數(shù)（mm）。經計算圓整，采用φ（80±0.01）mm的量棒進行測量。具體控制方法為：按照圖樣要求的尺寸畫出標準量棒頂端最高點與齒頂之間的距離h，如圖3所示。加工過程中，首先將所有齒的一側斜面加工至符合圖樣要求，然后將量棒置于第一個齒谷中，利用百分表打表檢測量棒與齒頂之間的實際距離h′，h′與h之間的差值為Δh，那么刀盤沿著齒條長度方向上的加工余量A可以按照公式A＝2Δhtan25°進行計算。精加工完成第一個齒后，機床滑枕沿齒條長度方向上行走152.4mm加工第二個齒，依次加工各齒及長度方向尺寸，齒面按照三次走刀加工完成，接下來采用R15球刀對齒根進行清根。齒形加工完畢后，工件翻個去除厚度和寬度的加工余量，轉下序進行裝配。圖3量棒測量示意結語通過采用合理的工藝方法很好地保證了齒條的加工精度，齒條各加工面變形均保證在0.1mm以內，表面粗糙度值Ra控制在1.6μm以內。在齒形加工過程中利用量棒代替齒形齒距樣板進行測量，有效地保證了齒形精度，全長齒距累積誤差在0.10～0.15mm。為今后同類產品的加工提供了一定的參考。

專家點評

以大模數(shù)齒條的加工為例，結合本單位生產條件制定合理的工藝