在普通立式銑床上加工鏈輪齒面

陳濤

紐龍船舶動力（阜南）有限公司 安徽阜陽 236300

1 序言

鏈傳動作為大功率船用低速柴油機供油與排氣正時的直接紐帶，其制造精度越來越受到柴油機設計與制造人員的重視。鏈輪齒面加工有多種工藝方案。滾齒機床加工需要專業的設備投入，對大節距的鏈輪齒滾削加工，需要成本較高的特殊滾刀且效率低下；數控銑削鏈輪齒是當前比較理想的工藝方案。本文主要介紹基于公司普通機床設備條件下的鏈輪齒高效率、低成本加工工藝方案。

2 鏈輪齒的加工與檢測要求

某型船用大功率低速柴油機鏈輪尺寸如圖1所示，分度圓直徑584.29mm，節距3in（76.2mm），齒數24，齒根圓半徑24.38mm，齒面夾角60°，齒厚41mm，齒面表面粗糙度值Ra=1.6μm，齒面平行度在全齒寬范圍內＜0.02mm。任一節距與理論節距偏差±0.04mm，相鄰兩個節距允許偏差≤0.05mm，累計節距允許偏差≤0.10mm[1]。

齒形檢測用標準齒形樣板（見圖1）檢測。不同節距的鏈輪齒形檢測要求見表1。節距為3in的鏈輪齒底圓φ535.985mm與分度圓φ584.29mm的精確測量，用兩件φ48.26mm工藝滾柱壓入圓周正對側兩個齒底后，用外徑千分尺測量滾柱間距數據后計算得出；節距的測量同樣用兩件φ48.26mm工藝滾柱壓入相鄰兩齒的齒根圓底部后，用外徑千分尺測量滾柱間距數據后計算得出[2]。

表1 不同節距的鏈輪齒形檢測要求 （單位：mm）

3 普通立式銑床與分度盤的應用

普通立式銑床、鏈輪與分度盤如圖2所示。普通立式銑床如X53K有縱向（工作臺長度方向）、橫向（工作臺寬度方向）及上下（垂直工作臺方向）3個方向的單向機動進給或快速進給方式，也具有3個方向的單向手動進給功能。分度盤型號為TS500A，回轉盤直徑500mm，360°旋轉無限制。手搖柄每旋轉一周，分度盤回轉工作臺旋轉3°。分度盤回轉工作臺中心有φ50mm工藝定心孔，可供工藝定位心軸安裝使用。分度盤手搖柄處有一個圓形的分度盤孔板，此孔板正反兩面可供選擇的分度孔數見表2[3]，根據可能需要回轉盤旋轉的各種不同精確角度來選擇孔板孔數，將手柄插針調整固定至所選孔數的圓周上。孔板應用例如：需要分度盤回轉臺旋轉6.25°，選擇將手柄插針調整固定至孔數為24的圓周上后，同一方向手搖手柄旋轉兩圈后，再旋轉圓周上的兩格孔距，即可使回轉盤旋轉6.25°[3°×（2＋2/24）＝6.25°]。

表2 分度盤孔板孔數

圖2 普通立式銑床、鏈輪與分度盤

4 工藝步驟

鏈輪齒面的加工步驟[4]如下。

（1）外圓、內孔及端面車削 立式車床按粗、精車削步驟車削齒厚41mm、齒頂圓φ627mm、中心孔φ216+0.046+0mm及軸孔兩端厚度尺寸。

（2）劃線 鏈輪在分度盤上的裝夾與校正如圖3所示。劃刻鏈輪0°中心線和24個φ42mm圓線。

圖3 鏈輪在分度盤上的裝夾與校正

（3）裝夾找正 按圖2將分度盤固定安裝于立式銑床工作臺面（分度盤底部有定位鍵，與工作臺面T形槽相配合），分度盤上安裝定位心盤（定位心盤與鏈輪軸孔相關聯直徑尺寸為216－0.02－0.05mm），安裝鏈輪，按圖3裝夾緊固。在機床主軸端面安裝百分表支架，百分表測頭對準鏈輪軸孔面，旋轉主軸校正鏈輪軸孔中心與機床主軸中心重合（誤差≤0.02mm），在機床工作臺標尺上做位置標記。調整分度盤手柄插針固定在孔數為24的圓周位置，旋轉分度盤手柄，按圖3所示校直鏈輪0°中心線與機床工作臺縱向平行。

（4）鉆削去量 順時針旋轉分度盤7.5°（手搖分度盤手柄旋轉2圈，再加圓周12個孔距后放入插針，后鎖緊分度盤），使φ42m m孔中心位于鏈輪橫向中心線上，工作臺縱向移動292.145mm（584.29m m/2），鉆φ42m m孔（去除銑削余量）。每鉆一個孔，分度盤旋轉15°（手搖分度盤手柄旋轉5圈）再鉆下一個孔，依次共鉆24個孔。

（5）粗銑齒面1 鏈輪銑削校正如圖4所示，旋轉分度盤使0°中心線回到原始起點（與工作臺縱向平行），再逆時針旋轉分度盤22.5°，使齒面1與工作臺縱向平行（分度盤轉臺逆時針旋轉前，先順時針旋轉6°再逆時針旋轉6°，即手柄正反各搖轉兩圈，以消除分度盤蝸輪蝸桿間隙）。銑削齒面1如圖5所示，工作臺橫向移動（136.693＋1）mm（1mm為精切余量），鎖住工作臺橫向移動，工作臺縱向移動至圖5所示位置1，主軸安裝φ30mm四刃高速鋼立銑刀后，垂直下刀（齒厚41mm用立銑刀側刃一刀切削完成）。主軸轉速n=200r/min，進給速度vf=30mm/min。操作機床工作臺從位置1銑削進給至位置2[縱向尺寸位置（253.005＋1）mm]。銑削行程結束垂直向上提刀后，再回到位置1。逆時針旋轉分度盤15°，用同樣方法銑削第2個齒面1，依此類推，銑削完24個齒面1。

圖4 鏈輪銑削校正

圖5 銑削齒面1

（6）粗銑齒面2和齒面3 齒面3與齒面1夾角60°，銑削完所有齒面1后，順時針旋轉分度盤60°，使齒面3與機床工作臺縱向平行。銑削齒面2和齒面3如圖6所示。粗銑選擇φ46mm高速鋼立銑刀，由位置3用立銑刀底刃插銑齒面2（考慮留精銑余量），插銑深度＞41mm后，由位置3利用立銑刀側刃，41mm厚度一次性銑削至位置4。主軸轉速n=160r/min，進給速度vf=23.5mm/min。順時針旋轉分度盤15°，用同樣方法粗銑第2個齒面2和齒面3，直至銑削完24個齒面。

圖6 銑削齒面2和齒面3

（7）精銑齒面2和齒面3 按第（6）步方法，選用如圖6所示φ48.76mm專用立銑刀，用銑刀底刃在位置3插銑齒面2，插銑深度＞41mm后，再用立銑刀側刃精銑至位置4，即可完成齒面2和齒面3的精銑。插銑齒面2（齒根圓R24.38mm）時，先試插銑深約6mm，然后分度盤旋轉180°，再試插銑第13個齒面2深約6mm，之后用1m游標卡尺測量齒底圓φ535.985－0－0.5mm，根據尺寸偏差工作臺縱向調整插銑位置3，直至尺寸符合要求后開始后續精銑。主軸轉速n=200r/min，進給速度vf=30mm/min。

（8）精銑齒面1 逆時針旋轉分度盤60°，使齒面1與工作臺縱向平行，采用φ30mm立銑刀在齒厚方向6mm試切，如圖5所示由位置1銑削至位置2，與已精銑好的齒面2（R24.38mm）相切，并用齒形樣板檢測。調整好刀具橫向位置以及位置2的縱向精確位置并標記后，開始完整性精銑。主軸轉速n=250r/min，進給速度vf=37.5mm/min。用同樣方法精銑完24個齒面1，即全部完成鏈輪齒的銑削加工。

5 結束語

分度盤在立式銑床上的靈活應用，有效解決了盤類零件環形陣列孔面特征的加工精度與效率問題，通過分度盤精確分度，完成了鏈輪齒面在普通立式銑床上的銑削加工，充分利用普通機床設備的擴展加工能力，為大功率船用低速柴油機系列機型不同節距不同齒數的鏈輪銑削加工，探索出了質量穩定且不失高效的加工工藝方案，為公司在其他領域相關零件的加工工藝方案設計方面提供了很好的借鑒。

專家點評

數控銑削是鏈輪齒加工比較理想的方案。但投資較大，不適合大節距、小批量的鏈輪加工。文章從實際出發，因地制宜，利用分度盤擴展銑床功能，通過精確分度，在普通立式銑床上實現了鏈輪的齒面圓周鉆孔和齒形銑削加工，為不同節距不同齒數的鏈輪銑削加工探索出一套質量穩定且不失高效的加工方案。

文章的亮點是發揚和繼承傳統機械加工技術，基于公司普通機床設備條件下，采用立式銑床+分度盤銑削鏈輪齒面的加工方法。立式銑床的加工面廣，經濟實用，分度盤是立式銑床的必備附件，用于零件的精密分度，兩者配合，擴展了普通銑床的加工能力，輕松完成了鏈輪齒面的銑削加工。充分利用傳統設備的優勢，配合工裝夾具拓寬加工范圍，減少了對數控設備的依賴，降低了成本。