摘要：結合(he)生(sheng)產實踐(jian)，探索一種適合(he)大型偏(pian)心齒(chi)(chi)輪的(de)單件(jian)加工(gong)(gong)新工(gong)(gong)藝，實現單件(jian)加工(gong)(gong)達(da)到成(cheng)對和互換的(de)精度，解決傳統工(gong)(gong)藝中成(cheng)對使用(yong)的(de)兩件(jian)大型偏(pian)心齒(chi)(chi)輪需要通過心軸緊固在一起加工(gong)(gong)的(de)技術難(nan)題，提高了(le)大型偏(pian)心齒(chi)(chi)輪的(de)加工(gong)(gong)效率及質量。
隨著社會的(de)(de)發展(zhan)，對巨(ju)型工程(cheng)(cheng)(cheng)輪(lun)胎(tai)(tai)(tai)的(de)(de)需(xu)求日趨旺(wang)盛，帶動(dong)了巨(ju)型工程(cheng)(cheng)(cheng)輪(lun)胎(tai)(tai)(tai)定型硫(liu)(liu)化(hua)(hua)機的(de)(de)迅速發展(zhan)。巨(ju)型工程(cheng)(cheng)(cheng)輪(lun)胎(tai)(tai)(tai)定型硫(liu)(liu)化(hua)(hua)機是制造巨(ju)型工程(cheng)(cheng)(cheng)輪(lun)胎(tai)(tai)(tai)的(de)(de)最(zui)后(hou)一道工序所需(xu)關鍵設備之一，在(zai)一臺硫(liu)(liu)化(hua)(hua)機上完成(cheng)輪(lun)胎(tai)(tai)(tai)毛(mao)坯的(de)(de)裝胎(tai)(tai)(tai)、定型、硫(liu)(liu)化(hua)(hua)和卸胎(tai)(tai)(tai)等制造過程(cheng)(cheng)(cheng)。根據主機結構(gou)的(de)(de)不同，主要(yao)分為機械式(shi)硫(liu)(liu)化(hua)(hua)機和液壓(ya)式(shi)硫(liu)(liu)化(hua)(hua)機兩大類。
機械式巨(ju)(ju)型工(gong)程輪(lun)(lun)(lun)胎(tai)定型硫化(hua)(hua)機有兩個(ge)成對使用的(de)(de)偏(pian)心(xin)齒(chi)(chi)輪(lun)(lun)(lun)（見圖1）。硫化(hua)(hua)機在工(gong)作(zuo)時，通(tong)過偏(pian)心(xin)齒(chi)(chi)輪(lun)(lun)(lun)傳遞(di)所(suo)(suo)需(xu)的(de)(de)巨(ju)(ju)大(da)轉矩(ju)，產生輪(lun)(lun)(lun)胎(tai)硫化(hua)(hua)所(suo)(suo)需(xu)的(de)(de)巨(ju)(ju)大(da)合(he)模力。目前(qian)，偏(pian)心(xin)齒(chi)(chi)輪(lun)(lun)(lun)的(de)(de)外(wai)形尺(chi)寸(cun)越來(lai)越大(da)型化(hua)(hua)，同(tong)(tong)時，加工(gong)精度(du)特別是(shi)同(tong)(tong)步(bu)性(xing)的(de)(de)要(yao)(yao)求(qiu)也(ye)越來(lai)越高。此處(chu)的(de)(de)同(tong)(tong)步(bu)性(xing)要(yao)(yao)求(qiu)，是(shi)指同(tong)(tong)一臺硫化(hua)(hua)機上(shang)所(suo)(suo)用兩件偏(pian)心(xin)齒(chi)(chi)輪(lun)(lun)(lun)的(de)(de)同(tong)(tong)步(bu)性(xing)要(yao)(yao)求(qiu)，即其圓心(xin)、齒(chi)(chi)面和偏(pian)心(xin)軸(zhou)頭三(san)者(zhe)同(tong)(tong)軸(zhou)度(du)的(de)(de)要(yao)(yao)求(qiu)。大(da)型偏(pian)心(xin)齒(chi)(chi)輪(lun)(lun)(lun)的(de)(de)同(tong)(tong)步(bu)性(xing)要(yao)(yao)求(qiu)對其制造工(gong)藝設計工(gong)作(zuo)提(ti)出(chu)了新(xin)(xin)的(de)(de)挑戰。本(ben)文通(tong)過實踐，嘗(chang)試使用新(xin)(xin)的(de)(de)成對加工(gong)技術，保證(zheng)偏(pian)心(xin)齒(chi)(chi)輪(lun)(lun)(lun)加工(gong)精度(du)要(yao)(yao)求(qiu)，同(tong)(tong)時同(tong)(tong)規格的(de)(de)偏(pian)心(xin)齒(chi)(chi)輪(lun)(lun)(lun)可以(yi)做到互換(huan)。
巨型(xing)(xing)工程(cheng)輪胎定型(xing)(xing)硫(liu)化(hua)機的大型(xing)(xing)偏(pian)心齒輪具有如下特點：
（1）偏(pian)心齒(chi)輪(lun)的質量和外(wai)形尺寸較大(da)。單件(jian)加(jia)工后的零(ling)件(jian)質量達8t，外(wai)徑達3 500mm。
（2）同(tong)軸(zhou)度(du)要(yao)(yao)求。成(cheng)對(dui)使用的(de)兩件偏心齒(chi)輪(lun)，有三處即中心孔、偏心軸(zhou)和齒(chi)面有同(tong)軸(zhou)度(du)要(yao)(yao)求。若(ruo)未能(neng)滿足此要(yao)(yao)求，則會影響機器的(de)正(zheng)常運轉，嚴(yan)重時(shi)將(jiang)導致機臺的(de)損壞，造成(cheng)機械(xie)事故。圖1c所示為同(tong)批兩件的(de)同(tong)軸(zhou)度(du)要(yao)(yao)求。
（3）測量存在一定(ding)的困(kun)難(nan)。除尺(chi)寸較大造成測量困(kun)難(nan)以外(wai)，其獨有的偏(pian)心結構也(ye)給測量帶來了較大的困(kun)難(nan)。
以上3點是偏心齒輪(lun)加工(gong)設計(ji)(ji)工(gong)作中的重(zhong)點和難點。實現互換的工(gong)藝方案設計(ji)(ji)也(ye)是從(cong)以上3點進行考(kao)慮，其(qi)中最重(zhong)要(yao)的是同軸度要(yao)求(qiu)，因為(wei)同軸度是實現偏心齒輪(lun)互換性的關鍵。
由于(yu)偏心軸的(de)加工(gong)關(guan)(guan)(guan)聯到中心孔、齒面(mian)等要素的(de)同(tong)軸度，同(tong)時，偏心軸加工(gong)設備(bei)的(de)選擇(ze)也是關(guan)(guan)(guan)鍵因(yin)(yin)素之一(yi)(yi)。在此首先(xian)考慮偏心軸的(de)加工(gong)方(fang)案設計，其(qi)加工(gong)是實現互換性的(de)關(guan)(guan)(guan)鍵因(yin)(yin)素之一(yi)(yi)。
通常(chang)，偏心(xin)(xin)軸外圓表(biao)面的(de)(de)加(jia)(jia)工(gong)(gong)常(chang)規(gui)有(you)車(che)削、銑削等方(fang)法(fa)。若采(cai)用車(che)削的(de)(de)加(jia)(jia)工(gong)(gong)方(fang)法(fa)，需(xu)(xu)要采(cai)用大(da)(da)立式車(che)床(chuang)(chuang)。此時，偏心(xin)(xin)軸的(de)(de)中心(xin)(xin)為工(gong)(gong)件的(de)(de)旋(xuan)轉(zhuan)中心(xin)(xin)。當外圓直徑達到3 500mm、偏心(xin)(xin)距(ju)為1 400mm時，由(you)（1 700+1 325）×2=6 050（mm）可知，需(xu)(xu)要加(jia)(jia)工(gong)(gong)外圓為6 050mm以上(shang)(shang)的(de)(de)大(da)(da)立式車(che)床(chuang)(chuang)，對加(jia)(jia)工(gong)(gong)設備規(gui)格需(xu)(xu)求較大(da)(da)，同(tong)時設備的(de)(de)承重能力應達到8t以上(shang)(shang)。作為一件重心(xin)(xin)非(fei)均布的(de)(de)工(gong)(gong)件，在車(che)床(chuang)(chuang)上(shang)(shang)加(jia)(jia)工(gong)(gong)時，為了保證孔(kong)的(de)(de)圓度、平面的(de)(de)平面度，同(tong)時避免工(gong)(gong)件的(de)(de)重心(xin)(xin)過度偏離工(gong)(gong)作臺(tai)(tai)的(de)(de)旋(xuan)轉(zhuan)中心(xin)(xin)對機床(chuang)(chuang)造(zao)成的(de)(de)不良(liang)影響，需(xu)(xu)要在工(gong)(gong)作臺(tai)(tai)上(shang)(shang)配重，在實際生(sheng)產中都(dou)會有(you)一定(ding)的(de)(de)難度。
同(tong)樣(yang)，若(ruo)采用銑(xian)(xian)削的加(jia)工方法，至少(shao)應具備(bei)X、Y軸聯動(dong)數控龍(long)門銑(xian)(xian)床，龍(long)門的跨度(du)大于偏心(xin)齒輪的齒頂圓直徑。同(tong)時(shi)，也可采用數控鏜床棒銑(xian)(xian)刀加(jia)工偏心(xin)軸，其外圓的尺寸及表面粗糙度(du)因(yin)振刀而不易達到圖樣(yang)要求。
由于公司(si)沒有(you)符合要(yao)求的(de)設備，且準備采用鏜(tang)削的(de)方(fang)法完成偏(pian)(pian)心軸(zhou)的(de)加(jia)工，同時考(kao)慮到承(cheng)載要(yao)求，決(jue)定采用普通大(da)型鏜(tang)床T200的(de)平旋盤(pan)進行偏(pian)(pian)心軸(zhou)的(de)加(jia)工。
在(zai)確(que)定(ding)采用大型(xing)鏜床加工(gong)偏(pian)(pian)心(xin)軸(zhou)后，需要(yao)考慮(lv)中心(xin)孔(kong)、偏(pian)(pian)心(xin)軸(zhou)頭和齒(chi)面等成組(zu)要(yao)素的加工(gong)，這是實(shi)現同(tong)規(gui)格(ge)零件互換性(xing)的關鍵。互換性(xing)要(yao)求(qiu)的實(shi)質是保證圓心(xin)、齒(chi)面和偏(pian)(pian)心(xin)軸(zhou)頭中心(xin)三者同(tong)軸(zhou)度，直觀的理解是兩件置于一起的重合性(xing)，理論狀態是兩件偏(pian)(pian)心(xin)齒(chi)完全重合。
大規格(ge)輪(lun)胎定型硫化機(ji)屬(shu)低速重載裝(zhuang)備，設計圖樣(yang)對偏心軸頭的(de)(de)同軸度要(yao)求為(wei)≤0.05mm。現以(yi)該數(shu)據為(wei)根本要(yao)求設計保證互(hu)換(huan)性的(de)(de)加工(gong)(gong)工(gong)(gong)藝。在(zai)工(gong)(gong)藝設計時，所有在(zai)工(gong)(gong)藝系統中的(de)(de)測(ce)量及定位等誤差(cha)也需(xu)要(yao)考(kao)慮進去。
為了保證(zheng)齒面(mian)的(de)(de)同軸度(du)要(yao)(yao)求，直觀的(de)(de)加(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong)方(fang)法即是將兩(liang)件(jian)工(gong)(gong)(gong)(gong)件(jian)通過螺栓聯接等方(fang)式，將兩(liang)件(jian)偏(pian)心(xin)齒輪疊(die)加(jia)在一(yi)起進行加(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong)。此種工(gong)(gong)(gong)(gong)藝最大(da)的(de)(de)好處是外圓(yuan)、內孔車削及滾(gun)齒時可(ke)以做到一(yi)刀下，但是在調頭(tou)加(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong)找正時，又需要(yao)(yao)借助(zhu)定制(zhi)的(de)(de)測(ce)量(liang)工(gong)(gong)(gong)(gong)具進行，由此帶(dai)來(lai)操作(zuo)上(shang)的(de)(de)工(gong)(gong)(gong)(gong)作(zuo)量(liang)及裝置(zhi)上(shang)的(de)(de)工(gong)(gong)(gong)(gong)作(zuo)量(liang)。同時，此工(gong)(gong)(gong)(gong)藝方(fang)案對于保證(zheng)偏(pian)心(xin)軸頭(tou)的(de)(de)同軸度(du)存在較大(da)困難，不方(fang)便零(ling)件(jian)的(de)(de)找正及測(ce)量(liang)。
為避免上(shang)述弊端，考慮(lv)采用一種新(xin)的(de)工(gong)(gong)藝(yi)方案。該方案所有工(gong)(gong)序都是(shi)采用單件(jian)加工(gong)(gong)，先將中心(xin)孔(kong)、齒(chi)(chi)面(mian)(mian)等按(an)圖樣要(yao)求加工(gong)(gong)到(dao)位(wei)，余(yu)下偏心(xin)軸(zhou)(zhou)(zhou)頭(tou)留待后續加工(gong)(gong)。此(ci)時，偏心(xin)軸(zhou)(zhou)(zhou)頭(tou)的(de)加工(gong)(gong)須(xu)考慮(lv)中心(xin)孔(kong)、齒(chi)(chi)面(mian)(mian)以及偏心(xin)軸(zhou)(zhou)(zhou)頭(tou)的(de)同軸(zhou)(zhou)(zhou)度。具體的(de)新(xin)工(gong)(gong)藝(yi)方案思路(lu)是(shi)將中心(xin)孔(kong)和齒(chi)(chi)面(mian)(mian)在每一件(jian)偏心(xin)齒(chi)(chi)輪的(de)加工(gong)(gong)過(guo)程都定(ding)位(wei)于同一位(wei)置，由此(ci)每一件(jian)偏心(xin)齒(chi)(chi)輪加工(gong)(gong)得到(dao)的(de)中心(xin)孔(kong)、齒(chi)(chi)面(mian)(mian)和偏心(xin)軸(zhou)(zhou)(zhou)頭(tou)的(de)同軸(zhou)(zhou)(zhou)度，其中的(de)偏差(cha)值亦是(shi)主(zhu)要(yao)工(gong)(gong)藝(yi)系統的(de)定(ding)位(wei)誤差(cha)值。
新工藝方案(an)的定(ding)(ding)(ding)(ding)位(wei)(wei)(wei)主(zhu)要(yao)利用已經(jing)到位(wei)(wei)(wei)的加工面(mian)(mian)進(jin)(jin)行(xing)(xing)定(ding)(ding)(ding)(ding)位(wei)(wei)(wei)，主(zhu)要(yao)是(shi)(shi)中(zhong)(zhong)心孔和(he)齒面(mian)(mian)。其中(zhong)(zhong)中(zhong)(zhong)心孔利用定(ding)(ding)(ding)(ding)位(wei)(wei)(wei)套進(jin)(jin)行(xing)(xing)定(ding)(ding)(ding)(ding)位(wei)(wei)(wei)，齒面(mian)(mian)采用定(ding)(ding)(ding)(ding)位(wei)(wei)(wei)心軸進(jin)(jin)行(xing)(xing)定(ding)(ding)(ding)(ding)位(wei)(wei)(wei)。中(zhong)(zhong)心孔的定(ding)(ding)(ding)(ding)位(wei)(wei)(wei)套定(ding)(ding)(ding)(ding)位(wei)(wei)(wei)方式是(shi)(shi)一種常規的外圓(yuan)與內孔的定(ding)(ding)(ding)(ding)位(wei)(wei)(wei)方式，在本工藝系統中(zhong)(zhong)，其定(ding)(ding)(ding)(ding)位(wei)(wei)(wei)誤(wu)差(cha)可(ke)采用千斤頂調整外圓(yuan)與內孔四周(zhou)的縫(feng)隙(xi)，保證圓(yuan)周(zhou)方向的縫(feng)隙(xi)一致，此時其定(ding)(ding)(ding)(ding)位(wei)(wei)(wei)誤(wu)差(cha)可(ke)不計。
下面重點計算齒面的定位誤差。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整側面的齒面（操作中，注意隔離，不得損壞齒面），利用塞尺檢測，達到A1和A2尺寸基本相同(tong)(tong)為止。現通過理(li)論計算來驗證該工藝方案對于(yu)實現同(tong)(tong)軸度要(yao)求(qiu)的可行性(xing)。
b中的角度α與定位心軸的直徑大小有關系，現假設α為30°。設定位心軸的中心偏移量為L，設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）。該數據可(ke)以近似(si)認為(wei)是(shi)新(xin)工(gong)藝系統(tong)中(zhong)的(de)同軸(zhou)度數據。此時(shi)其與中(zhong)心(xin)(xin)孔的(de)中(zhong)心(xin)(xin)位置距離為(wei)分度圓的(de)半徑(jing)，大(da)于偏心(xin)(xin)軸(zhou)頭的(de)偏心(xin)(xin)距，這時(shi)不考慮其他誤(wu)差，偏心(xin)(xin)軸(zhou)的(de)偏移(yi)量應小(xiao)于0.023mm，即(ji)可(ke)以認為(wei)偏心(xin)(xin)軸(zhou)的(de)同軸(zhou)度小(xiao)于0.023mm，同時(shi)小(xiao)于前述的(de)0.05mm的(de)要求。說明從理論(lun)上(shang)新(xin)工(gong)藝方案(an)是(shi)可(ke)行(xing)的(de)。
新(xin)工(gong)藝方(fang)案采用的定位工(gong)裝如(ru)圖3所示，裝上偏心齒輪后如(ru)圖4所示。
其余各面的(de)(de)加工(gong)按照常(chang)規工(gong)藝(yi)要求執行。保證偏(pian)心(xin)(xin)軸的(de)(de)偏(pian)心(xin)(xin)距(ju)非(fei)常(chang)有必要，因為偏(pian)心(xin)(xin)距(ju)也是(shi)(shi)影響同軸度的(de)(de)主(zhu)要因素之一。在加工(gong)時，打表找正(zheng)中(zhong)心(xin)(xin)孔的(de)(de)中(zhong)心(xin)(xin)，跳動(dong)量≤0.02mm。利用鏜(tang)(tang)床顯示(shi)的(de)(de)坐標移動(dong)鏜(tang)(tang)桿，保證圖樣的(de)(de)偏(pian)心(xin)(xin)距(ju)尺寸。此(ci)時，新工(gong)藝(yi)方(fang)案(an)中(zhong)偏(pian)心(xin)(xin)距(ju)的(de)(de)測(ce)(ce)(ce)量可以制作專(zhuan)用的(de)(de)測(ce)(ce)(ce)量工(gong)具來完(wan)成，或是(shi)(shi)在鏜(tang)(tang)床的(de)(de)移動(dong)精度保證的(de)(de)前提下(xia)，直接(jie)采用打表的(de)(de)方(fang)法進行測(ce)(ce)(ce)量，即完(wan)成加工(gong)后，利用定位套(tao)的(de)(de)中(zhong)心(xin)(xin)與(yu)偏(pian)心(xin)(xin)軸的(de)(de)外(wai)圓的(de)(de)中(zhong)心(xin)(xin)距(ju)離測(ce)(ce)(ce)量偏(pian)心(xin)(xin)量是(shi)(shi)否符合(he)圖樣的(de)(de)設計要求。
大型偏心(xin)齒(chi)輪(lun)的新(xin)工(gong)藝路線(xian)如下：鑄造→熱處理→粗(cu)車外圓(yuan)、平(ping)面→精車外圓(yuan)、平(ping)面及(ji)內孔(kong)→滾齒(chi)→粗(cu)鏜偏心(xin)軸頭→精鏜軸頭→鉆攻其余各(ge)孔(kong)。
經(jing)生產(chan)實踐(jian)，按此新工藝加(jia)工的偏心(xin)齒輪組裝(zhuang)試車后達(da)(da)到整機的性能要(yao)(yao)求(qiu)，實現了單(dan)件加(jia)工達(da)(da)到成對(dui)和互換的精度，提(ti)高了大(da)型偏心(xin)齒輪的加(jia)工效率及質量。同規格的互換性為組裝(zhuang)工作提(ti)供了便利，不再需要(yao)(yao)成對(dui)組裝(zhuang)。
一個零(ling)件(jian)的(de)(de)加(jia)工工藝(yi)(yi)，應以保(bao)證(zheng)圖樣的(de)(de)設計(ji)要(yao)求為前提(ti)。大(da)型(xing)偏心齒輪的(de)(de)單件(jian)加(jia)工實現(xian)互換(huan)效果的(de)(de)實例，避免了傳統工藝(yi)(yi)的(de)(de)短板，為大(da)型(xing)零(ling)件(jian)的(de)(de)工藝(yi)(yi)開發提(ti)供了一種(zhong)思路。在加(jia)工設計(ji)工作(zuo)中，除了重視設備的(de)(de)更新(xin)換(huan)代之外，還需要(yao)結合現(xian)有(you)的(de)(de)設備和(he)條件(jian)開發出適用的(de)(de)加(jia)工工藝(yi)(yi)。由此(ci)，才得以解決工藝(yi)(yi)設計(ji)中的(de)(de)各種(zhong)難(nan)題，提(ti)升加(jia)工技術(shu)的(de)(de)水平和(he)產(chan)品質量(liang)。