細(xì)長(zhǎng)齒條加工工藝分析
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摘要：齒條是噴油泵中常用的傳動(dòng)部件。由于結(jié)構(gòu)原因，在噴油泵油缸數(shù)目增多的同時(shí)齒條長(zhǎng)度隨之增長(zhǎng)，但直徑通常不變，導(dǎo)致齒條長(zhǎng)徑比增大，加工難度越來(lái)越高。因此，以某型號(hào)噴油泵齒條為例，分析了細(xì)長(zhǎng)齒條在加工中遇到的難點(diǎn)，并提出了使用跟刀架車(chē)削、增加磨削余量、設(shè)計(jì)專(zhuān)用夾具以及多次校直等解決方案，最終完成了該型號(hào)齒條的加工。
關(guān)鍵詞：齒條；細(xì)長(zhǎng)軸；直線度
齒條是船用中速機(jī)噴油泵中的重要運(yùn)動(dòng)控制部件，與齒圈、柱塞配合，使用時(shí)通過(guò)拉動(dòng)齒條帶動(dòng)齒圈和柱塞轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)控制行程的作用。為滿(mǎn)足使用需求，通常對(duì)齒條直線度、圓度和粗糙度要求很高。在多缸噴油泵中，齒條長(zhǎng)徑比隨油缸數(shù)目增多而不斷增大，加工難度越來(lái)越高。
1加工重點(diǎn)難點(diǎn)分析
某型號(hào)噴油泵有8缸和12缸兩種類(lèi)型，在噴油泵工作時(shí)通過(guò)拉動(dòng)齒條來(lái)調(diào)節(jié)流量。噴油泵裝配和使用中對(duì)齒條的要求是能夠與齒圈精確配合，拉動(dòng)齒條不會(huì)發(fā)生卡滯。兩種噴油泵對(duì)應(yīng)齒條長(zhǎng)度為510mm、700mm，直徑為16mm，如圖1和圖2所示。工作原理和圖紙分析可得加工難點(diǎn)主要為兩個(gè)方面。（1）兩種齒條長(zhǎng)度和直徑比分別為32、44，均屬于細(xì)長(zhǎng)軸，加工時(shí)易產(chǎn)生彎曲變形以及錐度、腰鼓形、竹節(jié)形等缺陷[1]，齒條直線度和圓度保證相當(dāng)困難。（2）與普通齒條不同，該型號(hào)噴油泵齒條的齒是方形齒，兩齒一組，齒條每組齒對(duì)應(yīng)一個(gè)齒圈，對(duì)齒的位置要求更高，只要有一個(gè)齒位置和形狀尺寸稍差，對(duì)齒條的工作性能就會(huì)產(chǎn)生巨大影響[2]。所以，加工齒時(shí)要求齒條定位精確、穩(wěn)定，保證每個(gè)齒的位置符合圖紙要求。
2工藝解決方案
2.1初步方案的確認(rèn)
針對(duì)此類(lèi)齒條的加工難點(diǎn)，結(jié)合圖紙要求制定了初步工藝方案，主要工藝流程如下：下料→材料檢驗(yàn)→棒料調(diào)質(zhì)處理→車(chē)外圓、端面、打中心孔→調(diào)頭車(chē)外圓、端面、打中心孔→磨外圓→銑平面、銑齒、鉆鉸孔→去毛刺并倒角→銑鍵槽、扁面、倒角→調(diào)頭銑鍵槽、扁面、倒角→終檢→入庫(kù)。在齒條生產(chǎn)過(guò)程中，為減少齒條在加工過(guò)程中產(chǎn)生的變形，滿(mǎn)足圖紙要求的直線度、圓度等位置和尺寸精度要求，現(xiàn)場(chǎng)加工中實(shí)行以下工藝方案。（1）設(shè)計(jì)專(zhuān)用零件懸掛架，要求零件在放置時(shí)豎直懸掛，防止零件在放置過(guò)程中產(chǎn)生形變；（2）在車(chē)外圓時(shí)使用一夾一頂方式加工，同時(shí)要求全程使用跟刀架，磨外圓時(shí)使用雙中心架加工，減少零件由切削受力導(dǎo)致的變形[3]。（3）加工齒形時(shí)，設(shè)計(jì)專(zhuān)用銑夾具。如圖3所示，該銑夾具主體部分由3塊夾具體組成，夾具體Ⅰ、Ⅲ拼接用于加工8缸齒條，夾具體Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ按順序拼接用于加工12缸齒條，使用一套夾具完成多種齒條的加工，提高夾具的通用性，減少浪費(fèi)。夾具整體使用T形槽螺母，螺釘固定在機(jī)床工作臺(tái)上定位穩(wěn)定可靠。齒條加工時(shí)，通過(guò)夾具體底面、側(cè)面及壓板來(lái)固定齒條，實(shí)現(xiàn)齒條的完全定位，并且可以防止齒條在加工過(guò)程中產(chǎn)生受力直接產(chǎn)生彎曲變形。（4）設(shè)計(jì)專(zhuān)用夾套，防止使用三爪卡盤(pán)加工時(shí)在齒條上產(chǎn)生壓痕。
2.2現(xiàn)場(chǎng)跟蹤生產(chǎn)過(guò)程發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題
在完成工藝方案制定和工裝的設(shè)計(jì)生產(chǎn)后，兩種齒條投入生產(chǎn)。通過(guò)工藝人員現(xiàn)場(chǎng)跟蹤頭批齒條的全部加工過(guò)程，發(fā)現(xiàn)初始加工方案存在以下問(wèn)題。（1）由于零件長(zhǎng)徑比過(guò)大，車(chē)床加工時(shí)即使全程使用跟刀架加工，齒條仍然產(chǎn)生了較大的彎曲變形，直線度無(wú)法滿(mǎn)足加工要求，導(dǎo)致磨削時(shí)外圓無(wú)法完全磨出。（2）即使零件磨削外圓后直線度和圓度符合圖紙要求，但是后續(xù)機(jī)加工工序均在立加上進(jìn)行，由于銑削切削力過(guò)大，雖然通過(guò)夾具約束防止了加工時(shí)零件直接彎曲變形，但是零件加工完取下懸掛后由于應(yīng)力原因依舊產(chǎn)生了較大形變，導(dǎo)致齒條直線度超差。以上兩種問(wèn)題都是由于加工時(shí)切削力導(dǎo)致的零件變形，最終導(dǎo)致齒條直線度超差而無(wú)法滿(mǎn)足圖紙和使用要求。
2.3解決方案
針對(duì)加工中產(chǎn)生的問(wèn)題，工藝人員對(duì)加工工藝進(jìn)行了改進(jìn)。（1）車(chē)削時(shí)，將頂尖改為彈性活頂尖，使零件受熱后可以自由伸長(zhǎng)，減少熱變形[4]；（2）在車(chē)外圓后增加校直工序，對(duì)車(chē)削后產(chǎn)生較大變形的齒條進(jìn)行初步矯正，保證其直線度在0.2mm以?xún)?nèi)；（3）增加外圓磨削余量，確保齒條在磨外圓時(shí)能夠完全磨出，保證直徑的同時(shí)達(dá)到圖紙要求的圓度，同時(shí)提高了對(duì)直線度的要求，為后續(xù)加工和矯正提供了一個(gè)良好的基準(zhǔn)；（4）在完成所有機(jī)加工工序完成后再次對(duì)零件進(jìn)行校直，保證齒條的直線度符合產(chǎn)品圖紙要求。
3工藝效果
改進(jìn)后工藝方案為：下料→材料檢驗(yàn)→棒料調(diào)質(zhì)處理→車(chē)外圓、端面、打中心孔→調(diào)頭車(chē)外圓、端面、打中心孔→校直零件→磨外圓→銑平面、銑齒、鉆鉸孔→去毛刺并倒角→銑鍵槽、扁面、倒角→調(diào)頭銑鍵槽、扁面、倒角→校直零件→終檢→入庫(kù)。按照改進(jìn)后工藝進(jìn)行加工，首批兩種齒條試制完全滿(mǎn)足圖紙要求，并通過(guò)了裝機(jī)實(shí)驗(yàn)。
4結(jié)語(yǔ)
通過(guò)對(duì)該型號(hào)噴油泵兩種細(xì)長(zhǎng)軸齒條的試制可以發(fā)現(xiàn)，這類(lèi)齒條加工最大的難點(diǎn)是保證齒條的直線度?，F(xiàn)階段可以通過(guò)加工時(shí)使用跟刀架、中心架、夾具等限制零件變形、加工完后垂直懸掛、增加磨削余量、加工后校直矯正零件等方式保證齒條直線度，最終滿(mǎn)足齒條的使用需求。
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作者：劉海川 李學(xué)良 黃鑫 金奎 向健利 陳思睿 單位：中船重工重慶智能裝備工程設(shè)計(jì)有限公司