攻克大直径衬环插齿工艺关键

张利东， 金勇， 孙艳吉， 付丽秋

（齐齐哈尔北方机器有限责任公司，黑龙江 齐齐哈尔 161000）

1 引言

某产品大直径衬环的工艺技术含量高，产品要求的尺寸精度高，加工难度大，其中插齿工序是重要的控制环节。我们通过对该零件进行试验加工，采取了相应工艺措施，排除了在加工过程时由于工艺方法不当或装夹变形等不利因素，摸索出一套合理的工艺方案，从根本上解决了该工序的关键问题，保证了该零件插齿工序的加工质量，提高了生产效率。

2 对大直径衬环进行工艺分析

如图1所示，大型衬环外直径为2820mm，壁厚 80mm，是典型的圈类零件。由于该零件在装夹和加工过程中会产生较大的变形，所以控制装夹变形和防止加工变形的难度也非常大。

大型衬环内齿模数m=5mm，齿数Z=520，由于插齿加工量大，插齿刀具每加工一个圆周齿，其切削线速度和切削时间都很长，故刀具磨损会加快，工件齿面精度及表面粗糙度都难以保证。每加工一个圆周齿，插齿刀具就会产生磨损量，会影响齿面精度和表面粗糙度，影响生产效率。

由于零件直径较大，已经达到机床加工规格的极限，同时零件属于内齿轮，夹具压板压紧应在工件外侧，与机床会产生干涉，因此零件夹压难度大。

图1

3 确定工艺方案

（1）在加工过程中，为了减少加工变形，将插齿工序分为粗、精加工。

（2）增加插齿刀具的齿数，减少刀具磨损时间，提高零件齿面精度（由标准插齿刀具25个齿，改用专用插齿刀具41个齿）。

图2

（3）利用零件中20-M20-6H螺纹孔，设计无压板夹具，直接紧固在螺纹孔上，可保证工件底部夹紧，从而解决压板与机床干涉问题（如图2）。

4 采取的相应工艺措施

（1）修改工艺，将零件底面的螺纹孔加工工序在插齿工序之前加工，并将螺纹孔的位置精度提高，保证装夹精度。

（2）在对零件装夹时，由经验丰富的操作者按图2中序号 1、2、3、4、5、6……等依次进行压紧，尽可能减少零件的装夹变形。

5 实施过程出现的问题及解决措施

（1）在工艺方案和相应工艺措施到位后，进行了第一次加工，切削深度6mm；切削速度20m/min，结果在第一个圆周齿插齿时，插齿至三分之一圆周处，机床插齿让刀机构损坏，第一次实施终断，通过维修人员修理机床时，发现让刀机构的顶出弹簧损坏。初步认为是顶出弹簧年久老化而产生断裂。

（2）更换弹簧后，切削参数同上，结果在插齿至三分之二圆周左右，机床插齿让刀机构再次损坏，维修人员修理机床时，还是发现让刀机构的顶出弹簧损坏。

首先，排除弹簧年久老化的结论；通过分析，认为由于刀具由25个齿的标准刀具改为41个齿的专用刀具，其刀具直径由原来直径138mm增加到直径218mm，所以插齿时切削力矩增加了60%左右，并且根据工艺安排第一刀是粗加工，切削深度较大，由此产生的切削阻力矩也会增大。

图3

（3）将全部由 41个齿专用插齿刀具切削加工，改为在工步为粗加工时用25个齿的标准插齿刀具，切削参数采用较大切削量；精加工时用41个齿的专用插齿刀具，切削参数采用较小切削量。

机床再次修好后，在精加工时机床插齿让刀机构再次损坏，情况同前。

分析认为，切削力矩大，联接刀具与机床刀杆的过渡盘过大、过重是影响切削力矩过大的主要原因。

（4）通过改进连接刀具与刀杆的过渡盘，来减少切削力矩（如图3），然后后进行加工，结果齿面精度、粗糙度等各项指标均满足图纸要求。按此加工方法连续生产了3个衬环，经检测均满足齿面精度等各项要求，设备一直处于完好状态。

6 结论

以上所确定的工艺方案和采取的改进措施的实践证明，能够满足零件加工精度要求，提高了加工效率。对加工类似零件也具有一定借鉴作用。