影響鏈輪軸向圓跳動的加工因素

宋國品，呂陽峰，張屹，王紹武，王子煜

1.第一拖拉機股份有限公司鑄鍛廠 河南洛陽 471004

2.洛陽天寶環保科技有限公司 河南洛陽 471000

1 序言

鏈輪是工程機械常用驅動裝置的重要零部件之一，其加工質量直接影響整機的裝配質量及使用壽命。我廠在鏈輪試制過程中，首批投入15件毛坯，機械加工完成后，進行成品全尺寸檢測，檢測結果：小端孔口軸向圓跳動超差率6.67%，大端孔口軸向圓跳動超差率13.33%，大端齒部軸向圓跳動超差率33.33%，總長尺寸（83±0.25）mm，約86.67%超出上極限。分析認為，總長尺寸超出上極限為感應淬火工序齒部變形所致。針對鏈輪軸向圓跳動超差的原因分析及相應的工藝驗證做了如下具體工作。

2 圖樣分析及機械加工工藝路線

我廠前期已開發過圖1所示鏈輪的類似產品，加工工藝相對成熟，但前期開發產品的軸向圓跳動要求0.5mm，較為寬松，正常機械加工即可滿足要求，未曾發現軸向圓跳動超差現象。但該鏈輪要求齒數22，內孔30°，平齒根漸開線花鍵齒數43，齒部端面感應淬火，淬火硬度最小45HRC，淬硬層深度最小1.5mm；以花鍵內孔為軸向圓跳動測量基準，要求大端齒部軸向圓跳動0.25mm、大端孔口軸向圓跳動0.13mm以及小端孔口軸向圓跳動0.13mm，軸向圓跳動較之前已開發產品要求相對較嚴。

圖1 鏈輪

生產工藝路線：鉆孔→粗車大端外圓、端面→粗車小端端面、鏜內孔→精車大端端面、退刀槽及齒形倒角→精車小端端面、齒形倒角，精鏜內孔及退刀槽→拉花鍵→銑齒形倒角→外齒形倒角→外齒形感應淬火、回火→清理→全尺寸檢驗→防銹、包裝和入庫[1]。

影響成品鏈輪軸向圓跳動的主要工序：精車小端端面、齒形倒角、精鏜內孔及退刀槽；拉花鍵；外齒形感應淬火、回火。

3 軸向圓跳動的測量方法及超差原因分析

3.1 軸向圓跳動的測量方法

將鏈輪大端端面水平放置在三坐標檢測平臺上，三坐標探頭在花鍵齒頂圓同一平面的不同方向取3個點確定1個平面。重復此法，分別在花鍵內孔上、中和下的不同高度確定3個平面，確定花鍵內孔中心線。以中心線為基準，用檢測鏈輪大、小端齒部端面及小端孔口端面平面度的方法檢測軸向圓跳動[2]。

3.2 軸向圓跳動超差原因分析

（1）精車后的內孔與拉花鍵定位面不垂直 精車內孔找正不準確，造成拉花鍵工序定位面與內孔不垂直，拉花鍵時，鏈輪定位面與拉刀不垂直，花鍵拉斜，再以花鍵內孔為基準測量軸向圓跳動，軸向圓跳動超差。由于拉刀呈錐狀，前端帶定位導向，工藝開發階段已考慮精車內孔與拉花鍵定位面不垂直因素，所以樣件調試時，精鏜內孔工序要求內孔尺寸φ66.5+0.15+0mm，為拉花鍵工序留存少許加工余量，以此保證拉花鍵后內孔尺寸φ66.65+0.48+0mm。

（2）感應淬火變形 感應淬火易造成鏈輪齒部變形，但前期未做該類產品感應淬火變形數據的收集。若感應淬火變形量過大，即使前期各工序軸向圓跳動在合格范圍，感應淬火后齒部變形也會導致軸向圓跳動超差。

（3）拉刀與工作臺不垂直 拉花鍵時，將鏈輪大端齒部面放置在拉床工作臺上，大端齒部端面與拉床工作臺呈面接觸，定位準確度完全靠工作臺的水平度保證，所以拉床工作臺的水平度對鏈輪的軸向圓跳動起著至關重要的作用。

4 軸向圓跳動超差挽救、原因分析及工藝驗證

4.1 軸向圓跳動超差挽救

首批調試件感應淬火后，由于總長尺寸（83±0.25）mm，約86.67%超出上極限尺寸，所以決定在數控車床上對軸向圓跳動超差件進行挽救。針對不同軸向圓跳動超差件及圖樣尺寸要求，制定不同的挽救方案，具體如下。

1）對成品鏈輪進行100%測量總長尺寸，根據測得數據，計算可加工余量。

2）對于小端孔口軸向圓跳動超差：撐內孔，大端齒部端面貼卡爪定位面，內孔找正，檢測返修面軸向圓跳動，適當去除超差端面余量進行返修挽救。

3）對于大端齒部、大端孔口軸向圓跳動超差：撐內孔，小端孔口端面貼卡爪定位面，內孔找正，檢測返修面軸向圓跳動，根據軸向圓跳動結果及總長尺寸超差量進行端面返修挽救。

挽救效果：效果不理想，挽救3件，挽救后進行軸向圓跳動的三坐標檢測。檢測結果：1件合格，2件不合格。

4.2 軸向圓跳動超差原因分析及工藝驗證

（1）精車工序對軸向圓跳動影響的原因分析及工藝驗證 精車工序所用設備為數控車床，設備穩定，定位一致性好。為驗證精車工序對軸向圓跳動的影響，取精鏜內孔后的8件鏈輪，依次做代碼標識，拉花鍵前用三坐標檢測并記錄軸向圓跳動。隨機抽取5件到外委加工廠進行拉花鍵加工，剩余3件在我廠進行拉花鍵加工。拉花鍵工序完成后，再用三坐標進行相應的軸向圓跳動檢測，拉花鍵前后軸向圓跳動檢測數據見表1。

表1顯示，精車工序后的軸向圓跳動數據均在工藝要求范圍之內。由于外委加工廠和我廠拉花鍵后均存在軸向圓跳動超差現象，所以精車工序不是造成軸向圓跳動超差的主要原因。

表1 拉花鍵前后軸向圓跳動檢測數據 （單位：mm）

（2）感應淬火變形對軸向圓跳動影響的原因分析及工藝驗證 鏈輪淬火工序為中頻感應淬火，由于總長尺寸在感應淬火前后變形量大，所以在排除精車工序是造成軸向圓跳動超差的主要原因后，初步認為軸向圓跳動超差的主要原因是感應淬火變形所致。為此取5件鏈輪，依次進行編號，分別在感應淬火工序前后用三坐標進行軸向圓跳動檢測并記錄，檢測數據見表2。

表2數據顯示，感應淬火變形對軸向圓跳動影響不穩定，沒有一定的規律，但總體來看對軸向圓跳動影響不大，所以感應淬火變形不是導致軸向圓跳動超差的主要原因。

表2 感應淬火工序前后軸向圓跳動檢測數據 （單位：mm）

（3）拉花鍵對軸向圓跳動影響的原因分析及工藝驗證 排除精車及感應淬火工序為軸向圓跳動超差的主要原因后，重點排查拉花鍵工序對軸向圓跳動的影響。我廠拉花鍵工序所用設備為立式拉床，拉床局部如圖2所示。工作時，將工件大端端面朝下放置在拉床工作臺上，拉刀以工件內孔做定位導向，刀夾松開刀柄，刀具呈懸臂狀，絲杠將通過螺母的旋轉運動轉換為拉刀的直線運動，完成拉花鍵加工。

圖2 拉床局部

工作臺平面度工藝驗證：目測工作臺表面無明顯磕碰，初步分析拉刀與拉床工作臺不垂直是因為工作臺長期使用磨損，導致工作臺表面傾斜。用水平儀測工作臺平面度，發現平面度超出工藝要求。遂將工作臺拆下，放置在平面磨床上，以拉床工作臺與拉床本體裝配面為基準面，在平面磨床上對拉床工作臺進行磨平面，確保工作臺自身的平面度，待加工完畢裝配后進行拉花鍵加工，依然存在軸向圓跳動超差現象，故排除工作臺自身平面度差導致軸向圓跳動超差的原因。

拉床本體傾斜工藝驗證：用水平儀測量精磨后未與拉床本體裝配前拉床工作臺的水平度，以及工作臺與拉床本體裝配后的水平度，顯示工作臺裝配前水平度符合工藝要求，裝配后拉床工作臺水平度不符合要求。用水平儀測量機床本體與工作臺安裝定位面水平度，顯示機床本體西北向偏低。由于拉床自身調整不便，決定在工作臺的不同方向做標記，與拉床本體進行配裝，配裝后用水平儀測量工作臺水平度，依次更換不同的標記位置進行換方向配裝，選擇工作臺水平度最佳方向進行配裝。配裝后，拉床工作臺的水平度在0.02mm以內。隨機抽取5件鏈輪進行編號，進行全工序軸向圓跳動工藝驗證，檢測數據見表3。

表3數據顯示，拉床工作臺找平后生產的鏈輪軸向圓跳動100%合格，確定拉床工作臺的水平度欠佳是造成鏈輪軸向圓跳動超差的主要原因。拉床工作臺找平至今，該工序已生產鏈輪約3500件，未再發現軸向圓跳動超差現象。

表3 全工序軸向圓跳動檢測數據 （單位：mm）

5 結束語

經工藝驗證，精車工序、感應淬火工序及拉床工作臺自身的平面度對鏈輪軸向圓跳動有一定的影響，但不是造成軸向圓跳動超差的主要原因，影響軸向圓跳動的主要原因是拉床工作臺的水平度。由于拉床工作原理的特殊性，應定期對拉床工作臺進行水平度檢測，保持工作臺水平度良好，拉花鍵過程中，拉刀可在某種程度上對鏈輪的軸向圓跳動起到一定的修正作用，從而改善產品質量。