摘要：結(jié)合生產(chǎn)實(shí)踐，探索一種適合大型偏心齒輪的單件加工新工藝，實(shí)現(xiàn)單件加工達(dá)到成對(duì)和互換的精度，解決傳統(tǒng)工藝中成對(duì)使用的兩件大型偏心齒輪需要通過心軸緊固在一起加工的技術(shù)難題，提高了大型偏心齒輪的加工效率及質(zhì)量。
隨著社會(huì)的發(fā)展，對(duì)巨型工程輪胎的需求日趨旺盛，帶動(dòng)了巨型工程輪胎定型硫化機(jī)的迅速發(fā)展。巨型工程輪胎定型硫化機(jī)是制造巨型工程輪胎的最后一道工序所需關(guān)鍵設(shè)備之一，在一臺(tái)硫化機(jī)上完成輪胎毛坯的裝胎、定型、硫化和卸胎等制造過程。根據(jù)主機(jī)結(jié)構(gòu)的不同，主要分為機(jī)械式硫化機(jī)和液壓式硫化機(jī)兩大類。
機(jī)械式巨型工程輪胎定型硫化機(jī)有兩個(gè)成對(duì)使用的偏心齒輪（見圖1）。硫化機(jī)在工作時(shí)，通過偏心齒輪傳遞所需的巨大轉(zhuǎn)矩，產(chǎn)生輪胎硫化所需的巨大合模力。目前，偏心齒輪的外形尺寸越來越大型化，同時(shí)，加工精度特別是同步性的要求也越來越高。此處的同步性要求，是指同一臺(tái)硫化機(jī)上所用兩件偏心齒輪的同步性要求，即其圓心、齒面和偏心軸頭三者同軸度的要求。大型偏心齒輪的同步性要求對(duì)其制造工藝設(shè)計(jì)工作提出了新的挑戰(zhàn)。本文通過實(shí)踐，嘗試使用新的成對(duì)加工技術(shù)，保證偏心齒輪加工精度要求，同時(shí)同規(guī)格的偏心齒輪可以做到互換。
巨型工程輪胎定型硫化機(jī)的大型偏心齒輪具有如下特點(diǎn)：
（1）偏心齒輪的質(zhì)量和外形尺寸較大。單件加工后的零件質(zhì)量達(dá)8t，外徑達(dá)3 500mm。
（2）同軸度要求。成對(duì)使用的兩件偏心齒輪，有三處即中心孔、偏心軸和齒面有同軸度要求。若未能滿足此要求，則會(huì)影響機(jī)器的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，嚴(yán)重時(shí)將導(dǎo)致機(jī)臺(tái)的損壞，造成機(jī)械事故。圖1c所示為同批兩件的同軸度要求。
（3）測(cè)量存在一定的困難。除尺寸較大造成測(cè)量困難以外，其獨(dú)有的偏心結(jié)構(gòu)也給測(cè)量帶來了較大的困難。
以上3點(diǎn)是偏心齒輪加工設(shè)計(jì)工作中的重點(diǎn)和難點(diǎn)。實(shí)現(xiàn)互換的工藝方案設(shè)計(jì)也是從以上3點(diǎn)進(jìn)行考慮，其中最重要的是同軸度要求，因?yàn)橥S度是實(shí)現(xiàn)偏心齒輪互換性的關(guān)鍵。
由于偏心軸的加工關(guān)聯(lián)到中心孔、齒面等要素的同軸度，同時(shí)，偏心軸加工設(shè)備的選擇也是關(guān)鍵因素之一。在此首先考慮偏心軸的加工方案設(shè)計(jì)，其加工是實(shí)現(xiàn)互換性的關(guān)鍵因素之一。
通常，偏心軸外圓表面的加工常規(guī)有車削、銑削等方法。若采用車削的加工方法，需要采用大立式車床。此時(shí)，偏心軸的中心為工件的旋轉(zhuǎn)中心。當(dāng)外圓直徑達(dá)到3 500mm、偏心距為1 400mm時(shí)，由（1 700+1 325）×2=6 050（mm）可知，需要加工外圓為6 050mm以上的大立式車床，對(duì)加工設(shè)備規(guī)格需求較大，同時(shí)設(shè)備的承重能力應(yīng)達(dá)到8t以上。作為一件重心非均布的工件，在車床上加工時(shí)，為了保證孔的圓度、平面的平面度，同時(shí)避免工件的重心過度偏離工作臺(tái)的旋轉(zhuǎn)中心對(duì)機(jī)床造成的不良影響，需要在工作臺(tái)上配重，在實(shí)際生產(chǎn)中都會(huì)有一定的難度。
同樣，若采用銑削的加工方法，至少應(yīng)具備X、Y軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控龍門銑床，龍門的跨度大于偏心齒輪的齒頂圓直徑。同時(shí)，也可采用數(shù)控鏜床棒銑刀加工偏心軸，其外圓的尺寸及表面粗糙度因振刀而不易達(dá)到圖樣要求。
由于公司沒有符合要求的設(shè)備，且準(zhǔn)備采用鏜削的方法完成偏心軸的加工，同時(shí)考慮到承載要求，決定采用普通大型鏜床T200的平旋盤進(jìn)行偏心軸的加工。
在確定采用大型鏜床加工偏心軸后，需要考慮中心孔、偏心軸頭和齒面等成組要素的加工，這是實(shí)現(xiàn)同規(guī)格零件互換性的關(guān)鍵?；Q性要求的實(shí)質(zhì)是保證圓心、齒面和偏心軸頭中心三者同軸度，直觀的理解是兩件置于一起的重合性，理論狀態(tài)是兩件偏心齒完全重合。
大規(guī)格輪胎定型硫化機(jī)屬低速重載裝備，設(shè)計(jì)圖樣對(duì)偏心軸頭的同軸度要求為≤0.05mm。現(xiàn)以該數(shù)據(jù)為根本要求設(shè)計(jì)保證互換性的加工工藝。在工藝設(shè)計(jì)時(shí)，所有在工藝系統(tǒng)中的測(cè)量及定位等誤差也需要考慮進(jìn)去。
為了保證齒面的同軸度要求，直觀的加工方法即是將兩件工件通過螺栓聯(lián)接等方式，將兩件偏心齒輪疊加在一起進(jìn)行加工。此種工藝最大的好處是外圓、內(nèi)孔車削及滾齒時(shí)可以做到一刀下，但是在調(diào)頭加工找正時(shí)，又需要借助定制的測(cè)量工具進(jìn)行，由此帶來操作上的工作量及裝置上的工作量。同時(shí)，此工藝方案對(duì)于保證偏心軸頭的同軸度存在較大困難，不方便零件的找正及測(cè)量。
為避免上述弊端，考慮采用一種新的工藝方案。該方案所有工序都是采用單件加工，先將中心孔、齒面等按圖樣要求加工到位，余下偏心軸頭留待后續(xù)加工。此時(shí)，偏心軸頭的加工須考慮中心孔、齒面以及偏心軸頭的同軸度。具體的新工藝方案思路是將中心孔和齒面在每一件偏心齒輪的加工過程都定位于同一位置，由此每一件偏心齒輪加工得到的中心孔、齒面和偏心軸頭的同軸度，其中的偏差值亦是主要工藝系統(tǒng)的定位誤差值。
新工藝方案的定位主要利用已經(jīng)到位的加工面進(jìn)行定位，主要是中心孔和齒面。其中中心孔利用定位套進(jìn)行定位，齒面采用定位心軸進(jìn)行定位。中心孔的定位套定位方式是一種常規(guī)的外圓與內(nèi)孔的定位方式，在本工藝系統(tǒng)中，其定位誤差可采用千斤頂調(diào)整外圓與內(nèi)孔四周的縫隙，保證圓周方向的縫隙一致，此時(shí)其定位誤差可不計(jì)。
下面重點(diǎn)計(jì)算齒面的定位誤差。齒面的定位方法是將定位心軸置于分度圓的圓心處（見圖2）。A1、A2是定位心軸與齒面的縫隙，在使用過程中需用千斤頂調(diào)整側(cè)面的齒面（操作中，注意隔離，不得損壞齒面），利用塞尺檢測(cè)，達(dá)到A1和A2尺寸基本相同為止?，F(xiàn)通過理論計(jì)算來驗(yàn)證該工藝方案對(duì)于實(shí)現(xiàn)同軸度要求的可行性。
b中的角度α與定位心軸的直徑大小有關(guān)系，現(xiàn)假設(shè)α為30°。設(shè)定位心軸的中心偏移量為L(zhǎng)，設(shè)A1與A2之間的誤差為0.02mm，以A1為例，心軸的中心左右偏移量L＝A1/cosα＝0.023（mm）。該數(shù)據(jù)可以近似認(rèn)為是新工藝系統(tǒng)中的同軸度數(shù)據(jù)。此時(shí)其與中心孔的中心位置距離為分度圓的半徑，大于偏心軸頭的偏心距，這時(shí)不考慮其他誤差，偏心軸的偏移量應(yīng)小于0.023mm，即可以認(rèn)為偏心軸的同軸度小于0.023mm，同時(shí)小于前述的0.05mm的要求。說明從理論上新工藝方案是可行的。
新工藝方案采用的定位工裝如圖3所示，裝上偏心齒輪后如圖4所示。
其余各面的加工按照常規(guī)工藝要求執(zhí)行。保證偏心軸的偏心距非常有必要，因?yàn)槠木嘁彩怯绊懲S度的主要因素之一。在加工時(shí)，打表找正中心孔的中心，跳動(dòng)量≤0.02mm。利用鏜床顯示的坐標(biāo)移動(dòng)鏜桿，保證圖樣的偏心距尺寸。此時(shí)，新工藝方案中偏心距的測(cè)量可以制作專用的測(cè)量工具來完成，或是在鏜床的移動(dòng)精度保證的前提下，直接采用打表的方法進(jìn)行測(cè)量，即完成加工后，利用定位套的中心與偏心軸的外圓的中心距離測(cè)量偏心量是否符合圖樣的設(shè)計(jì)要求。
大型偏心齒輪的新工藝路線如下：鑄造→熱處理→粗車外圓、平面→精車外圓、平面及內(nèi)孔→滾齒→粗鏜偏心軸頭→精鏜軸頭→鉆攻其余各孔。
經(jīng)生產(chǎn)實(shí)踐，按此新工藝加工的偏心齒輪組裝試車后達(dá)到整機(jī)的性能要求，實(shí)現(xiàn)了單件加工達(dá)到成對(duì)和互換的精度，提高了大型偏心齒輪的加工效率及質(zhì)量。同規(guī)格的互換性為組裝工作提供了便利，不再需要成對(duì)組裝。
一個(gè)零件的加工工藝，應(yīng)以保證圖樣的設(shè)計(jì)要求為前提。大型偏心齒輪的單件加工實(shí)現(xiàn)互換效果的實(shí)例，避免了傳統(tǒng)工藝的短板，為大型零件的工藝開發(fā)提供了一種思路。在加工設(shè)計(jì)工作中，除了重視設(shè)備的更新?lián)Q代之外，還需要結(jié)合現(xiàn)有的設(shè)備和條件開發(fā)出適用的加工工藝。由此，才得以解決工藝設(shè)計(jì)中的各種難題，提升加工技術(shù)的水平和產(chǎn)品質(zhì)量。