針對(duì)影響鏈輪軸向圓跳動(dòng)的加工因素，在調(diào)試過程中做了大量的數(shù)據(jù)收集及工藝驗(yàn)證工作，事實(shí)證明，數(shù)控精車及感應(yīng)淬火工序?qū)︽溳喌妮S向圓跳動(dòng)有一定的影響，但拉床工作臺(tái)的水平度是影響鏈輪軸向圓跳動(dòng)的關(guān)鍵因素。
01序言
鏈輪是工程機(jī)械常用驅(qū)動(dòng)裝置的重要零部件之一，其加工質(zhì)量直接影響整機(jī)的裝配質(zhì)量及使用壽命。我廠在鏈輪試制過程中，首批投入15件毛坯，機(jī)械加工完成后，進(jìn)行成品全尺寸檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果：小端孔口軸向圓跳動(dòng)超差率6.67%，大端孔口軸向圓跳動(dòng)超差率13.33%，大端齒部軸向圓跳動(dòng)超差率33.33%，總長(zhǎng)尺寸（83±0.25）mm，約86.67%超出上極限。分析認(rèn)為，總長(zhǎng)尺寸超出上極限為感應(yīng)淬火工序齒部變形所致。針對(duì)鏈輪軸向圓跳動(dòng)超差的原因分析及相應(yīng)的工藝驗(yàn)證做了如下具體工作。
02圖樣分析及機(jī)械加工工藝路線
我廠前期已開發(fā)過圖1所示鏈輪的類似產(chǎn)品，加工工藝相對(duì)成熟，但前期開發(fā)產(chǎn)品的軸向圓跳動(dòng)要求0.5mm，較為寬松，正常機(jī)械加工即可滿足要求，未曾發(fā)現(xiàn)軸向圓跳動(dòng)超差現(xiàn)象。但該鏈輪要求齒數(shù)22，內(nèi)孔30°，平齒根漸開線花鍵齒數(shù)43，齒部端面感應(yīng)淬火，淬火硬度最小45HRC，淬硬層深度最小1.5mm；以花鍵內(nèi)孔為軸向圓跳動(dòng)測(cè)量基準(zhǔn)，要求大端齒部軸向圓跳動(dòng)0.25mm、大端孔口軸向圓跳動(dòng)0.13mm以及小端孔口軸向圓跳動(dòng)0.13mm，軸向圓跳動(dòng)較之前已開發(fā)產(chǎn)品要求相對(duì)較嚴(yán)。
圖1 鏈輪
生產(chǎn)工藝路線：鉆孔→粗車大端外圓、端面→粗車小端端面、鏜內(nèi)孔→精車大端端面、退刀槽及齒形倒角→精車小端端面、齒形倒角，精鏜內(nèi)孔及退刀槽→拉花鍵→銑齒形倒角→外齒形倒角→外齒形感應(yīng)淬火、回火→清理→全尺寸檢驗(yàn)→防銹、包裝和入庫(kù)[1]。
影響成品鏈輪軸向圓跳動(dòng)的主要工序：精車小端端面、齒形倒角、精鏜內(nèi)孔及退刀槽；拉花鍵；外齒形感應(yīng)淬火、回火。
03軸向圓跳動(dòng)的測(cè)量方法及超差原因分析
3.1 軸向圓跳動(dòng)的測(cè)量方法
將鏈輪大端端面水平放置在三坐標(biāo)檢測(cè)平臺(tái)上，三坐標(biāo)探頭在花鍵齒頂圓同一平面的不同方向取3個(gè)點(diǎn)確定1個(gè)平面。重復(fù)此法，分別在花鍵內(nèi)孔上、中和下的不同高度確定3個(gè)平面，確定花鍵內(nèi)孔中心線。以中心線為基準(zhǔn)，用檢測(cè)鏈輪大、小端齒部端面及小端孔口端面平面度的方法檢測(cè)軸向圓跳動(dòng)[2]。
3.2 軸向圓跳動(dòng)超差原因分析
（1）精車后的內(nèi)孔與拉花鍵定位面不垂直 精車內(nèi)孔找正不準(zhǔn)確，造成拉花鍵工序定位面與內(nèi)孔不垂直，拉花鍵時(shí)，鏈輪定位面與拉刀不垂直，花鍵拉斜，再以花鍵內(nèi)孔為基準(zhǔn)測(cè)量軸向圓跳動(dòng)，軸向圓跳動(dòng)超差。由于拉刀呈錐狀，前端帶定位導(dǎo)向，工藝開發(fā)階段已考慮精車內(nèi)孔與拉花鍵定位面不垂直因素，所以樣件調(diào)試時(shí)，精鏜內(nèi)孔工序要求內(nèi)孔尺寸圖片，為拉花鍵工序留存少許加工余量，以此保證拉花鍵后內(nèi)孔尺寸圖片。
（2）感應(yīng)淬火變形 感應(yīng)淬火易造成鏈輪齒部變形，但前期未做該類產(chǎn)品感應(yīng)淬火變形數(shù)據(jù)的收集。若感應(yīng)淬火變形量過大，即使前期各工序軸向圓跳動(dòng)在合格范圍，感應(yīng)淬火后齒部變形也會(huì)導(dǎo)致軸向圓跳動(dòng)超差。
（3）拉刀與工作臺(tái)不垂直 拉花鍵時(shí)，將鏈輪大端齒部面放置在拉床工作臺(tái)上，大端齒部端面與拉床工作臺(tái)呈面接觸，定位準(zhǔn)確度完全靠工作臺(tái)的水平度保證，所以拉床工作臺(tái)的水平度對(duì)鏈輪的軸向圓跳動(dòng)起著至關(guān)重要的作用。
04軸向圓跳動(dòng)超差挽救、原因分析及工藝驗(yàn)證
4.1 軸向圓跳動(dòng)超差挽救
首批調(diào)試件感應(yīng)淬火后，由于總長(zhǎng)尺寸（83±0.25）mm，約86.67%超出上極限尺寸，所以決定在數(shù)控車床上對(duì)軸向圓跳動(dòng)超差件進(jìn)行挽救。針對(duì)不同軸向圓跳動(dòng)超差件及圖樣尺寸要求，制定不同的挽救方案，具體如下。
1）對(duì)成品鏈輪進(jìn)行100%測(cè)量總長(zhǎng)尺寸，根據(jù)測(cè)得數(shù)據(jù)，計(jì)算可加工余量。
2）對(duì)于小端孔口軸向圓跳動(dòng)超差：撐內(nèi)孔，大端齒部端面貼卡爪定位面，內(nèi)孔找正，檢測(cè)返修面軸向圓跳動(dòng)，適當(dāng)去除超差端面余量進(jìn)行返修挽救。
3）對(duì)于大端齒部、大端孔口軸向圓跳動(dòng)超差：撐內(nèi)孔，小端孔口端面貼卡爪定位面，內(nèi)孔找正，檢測(cè)返修面軸向圓跳動(dòng)，根據(jù)軸向圓跳動(dòng)結(jié)果及總長(zhǎng)尺寸超差量進(jìn)行端面返修挽救。
挽救效果：效果不理想，挽救3件，挽救后進(jìn)行軸向圓跳動(dòng)的三坐標(biāo)檢測(cè)。檢測(cè)結(jié)果：1件合格，2件不合格。
4.2 軸向圓跳動(dòng)超差原因分析及工藝驗(yàn)證
（1）精車工序?qū)S向圓跳動(dòng)影響的原因分析及工藝驗(yàn)證 精車工序所用設(shè)備為數(shù)控車床，設(shè)備穩(wěn)定，定位一致性好。為驗(yàn)證精車工序?qū)S向圓跳動(dòng)的影響，取精鏜內(nèi)孔后的8件鏈輪，依次做代碼標(biāo)識(shí)，拉花鍵前用三坐標(biāo)檢測(cè)并記錄軸向圓跳動(dòng)。隨機(jī)抽取5件到外委加工廠進(jìn)行拉花鍵加工，剩余3件在我廠進(jìn)行拉花鍵加工。拉花鍵工序完成后，再用三坐標(biāo)進(jìn)行相應(yīng)的軸向圓跳動(dòng)檢測(cè)，拉花鍵前后軸向圓跳動(dòng)檢測(cè)數(shù)據(jù)見表1。表1顯示，精車工序后的軸向圓跳動(dòng)數(shù)據(jù)均在工藝要求范圍之內(nèi)。由于外委加工廠和我廠拉花鍵后均存在軸向圓跳動(dòng)超差現(xiàn)象，所以精車工序不是造成軸向圓跳動(dòng)超差的主要原因。
表1 拉花鍵前后軸向圓跳動(dòng)檢測(cè)數(shù)據(jù) （單位：mm）
（2）感應(yīng)淬火變形對(duì)軸向圓跳動(dòng)影響的原因分析及工藝驗(yàn)證 鏈輪淬火工序?yàn)橹蓄l感應(yīng)淬火，由于總長(zhǎng)尺寸在感應(yīng)淬火前后變形量大，所以在排除精車工序是造成軸向圓跳動(dòng)超差的主要原因后，初步認(rèn)為軸向圓跳動(dòng)超差的主要原因是感應(yīng)淬火變形所致。為此取5件鏈輪，依次進(jìn)行編號(hào)，分別在感應(yīng)淬火工序前后用三坐標(biāo)進(jìn)行軸向圓跳動(dòng)檢測(cè)并記錄，檢測(cè)數(shù)據(jù)見表2。表2數(shù)據(jù)顯示，感應(yīng)淬火變形對(duì)軸向圓跳動(dòng)影響不穩(wěn)定，沒有一定的規(guī)律，但總體來看對(duì)軸向圓跳動(dòng)影響不大，所以感應(yīng)淬火變形不是導(dǎo)致軸向圓跳動(dòng)超差的主要原因。
表2 感應(yīng)淬火工序前后軸向圓跳動(dòng)檢測(cè)數(shù)據(jù) （單位：mm）
（3）拉花鍵對(duì)軸向圓跳動(dòng)影響的原因分析及工藝驗(yàn)證 排除精車及感應(yīng)淬火工序?yàn)檩S向圓跳動(dòng)超差的主要原因后，重點(diǎn)排查拉花鍵工序?qū)S向圓跳動(dòng)的影響。我廠拉花鍵工序所用設(shè)備為立式拉床，拉床局部如圖2所示。工作時(shí)，將工件大端端面朝下放置在拉床工作臺(tái)上，拉刀以工件內(nèi)孔做定位導(dǎo)向，刀夾松開刀柄，刀具呈懸臂狀，絲杠將通過螺母的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為拉刀的直線運(yùn)動(dòng)，完成拉花鍵加工。
圖2 拉床局部
工作臺(tái)平面度工藝驗(yàn)證：目測(cè)工作臺(tái)表面無明顯磕碰，初步分析拉刀與拉床工作臺(tái)不垂直是因?yàn)楣ぷ髋_(tái)長(zhǎng)期使用磨損，導(dǎo)致工作臺(tái)表面傾斜。用水平儀測(cè)工作臺(tái)平面度，發(fā)現(xiàn)平面度超出工藝要求。遂將工作臺(tái)拆下，放置在平面磨床上，以拉床工作
臺(tái)與拉床本體裝配面為基準(zhǔn)面，在平面磨床上對(duì)拉床工作臺(tái)進(jìn)行磨平面，確保工作臺(tái)自身的平面度，待加工完畢裝配后進(jìn)行拉花鍵加工，依然存在軸向圓跳動(dòng)超差現(xiàn)象，故排除工作臺(tái)自身平面度差導(dǎo)致軸向圓跳動(dòng)超差的原因。
拉床本體傾斜工藝驗(yàn)證：用水平儀測(cè)量精磨后未與拉床本體裝配前拉床工作臺(tái)的水平度，以及工作臺(tái)與拉床本體裝配后的水平度，顯示工作臺(tái)裝配前水平度符合工藝要求，裝配后拉床工作臺(tái)水平度不符合要求。用水平儀測(cè)量機(jī)床本體與工作臺(tái)安裝定位面水平度，顯示機(jī)床本體西北向偏低。由于拉床自身調(diào)整不便，決定在工作臺(tái)的不同方向做標(biāo)記，與拉床本體進(jìn)行配裝，配裝后用水平儀測(cè)量工作臺(tái)水平度，依次更換不同的標(biāo)記位置進(jìn)行換方向配裝，選擇工作臺(tái)水平度最佳方向進(jìn)行配裝。配裝后，拉床工作臺(tái)的水平度在0.02mm以內(nèi)。隨機(jī)抽取5件鏈輪進(jìn)行編號(hào)，進(jìn)行全工序軸向圓跳動(dòng)工藝驗(yàn)證，檢測(cè)數(shù)據(jù)見表3。
表3 全工序軸向圓跳動(dòng)檢測(cè)數(shù)據(jù) （單位：mm）
表3數(shù)據(jù)顯示，拉床工作臺(tái)找平后生產(chǎn)的鏈輪軸向圓跳動(dòng)100%合格，確定拉床工作臺(tái)的水平度欠佳是造成鏈輪軸向圓跳動(dòng)超差的主要原因。拉床工作臺(tái)找平至今，該工序已生產(chǎn)鏈輪約3500件，未再發(fā)現(xiàn)軸向圓跳動(dòng)超差現(xiàn)象。
05結(jié)束語(yǔ)
經(jīng)工藝驗(yàn)證，精車工序、感應(yīng)淬火工序及拉床工作臺(tái)自身的平面度對(duì)鏈輪軸向圓跳動(dòng)有一定的影響，但不是造成軸向圓跳動(dòng)超差的主要原因，影響軸向圓跳動(dòng)的主要原因是拉床工作臺(tái)的水平度。由于拉床工作原理的特殊性，應(yīng)定期對(duì)拉床工作臺(tái)進(jìn)行水平度檢測(cè)，保持工作臺(tái)水平度良好，拉花鍵過程中，拉刀可在某種程度上對(duì)鏈輪的軸向圓跳動(dòng)起到一定的修正作用，從而改善產(chǎn)品質(zhì)量。
參考文獻(xiàn)：
[1] 王先逵. 機(jī)械加工工藝手冊(cè)[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006.
[2] 徐學(xué)林. 互換性與測(cè)量技術(shù)基礎(chǔ)[M]. 長(zhǎng)沙：湖南大學(xué)出版社，2007.
（轉(zhuǎn)載）
