零件的特點(diǎn)及加工難點(diǎn)
盤形齒輪零件如圖1所示，零件材料為鈦合金TC4-R，零件外徑φ201mm，零件總厚度為9mm。零件兩端的表面上分別設(shè)計(jì)有減輕槽，一個(gè)表面均布有6處扇形減輕槽，另一表面有兩處環(huán)形減輕槽，零件中間部分厚度變?yōu)?mm。齒輪齒數(shù)為400，模數(shù)為0.5mm，齒輪精度等級為6級。此零件長徑比最大處達(dá)到1：67，屬于薄壁零件，它有以下特點(diǎn)：
(1)零件壁厚不足，剛性差，在夾緊力或切削力作用下，零件厚度不足以抵抗夾緊力的作用，極易產(chǎn)生變形，無法達(dá)到尺寸精度、形位精度、齒輪精度要求。
(2)零件質(zhì)量重，外徑大而薄，兩面有多種減輕槽，定位、支撐、著力點(diǎn)小，定位夾緊困難。
(3)在切削力特別是軸向力的作用下，很容易產(chǎn)生振動和變形，影響零件尺寸精度、形位精度、齒輪精度和表面粗糙度。
工藝措施及注意事項(xiàng)
對盤形齒輪零件的設(shè)計(jì)圖進(jìn)行分析，將毛坯加工至成品零件，材料的去除率為60%以上，較大的材料去除率，如果不能很好地處理殘余應(yīng)力釋放問題，容易造成零件加工過程中及加工后的變形，從而不能滿足設(shè)計(jì)要求。
為減少零件變形對加工精度的影響，工藝流程劃分為粗加工→時(shí)效→精加工→加工。粗加工主要是去除各表面大余量。時(shí)效是去除精加工的殘余應(yīng)力。精加工中定位面的精加工是關(guān)鍵工序，為后續(xù)的精加工、齒輪加工做工藝準(zhǔn)備。齒輪加工安排在精加工后進(jìn)行。
工藝流程的每個(gè)工序都要考慮釋放應(yīng)力和控制零件加工變形，無論哪個(gè)階段，都把控制變形作為零件加工的重要內(nèi)容進(jìn)行分析和考慮，以確保零件的加工精度。
粗加工保留了精加工余量以后，零件基本結(jié)構(gòu)已經(jīng)全部加工成形。粗加工為精加工所留余量，在保證精加工要求的前提下，盡量減少余量留存，以保證精加工在去除余量后不會造成大的變形。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和實(shí)踐，外圓留余量單邊0.3～0.4mm，端面留0.15～0.2mm.同時(shí)粗加工時(shí)對零件端面的平面度要有限制。
精加工時(shí)，定位基準(zhǔn)的選擇和加工精度對保證零件精度至關(guān)重要。任何高精度表面加工前一定要先選好、加工好定位基準(zhǔn)。為了保證6級齒輪精度，應(yīng)考慮將零件加工基準(zhǔn)和齒輪的加工基準(zhǔn)重合;定位基準(zhǔn)穩(wěn)定可靠;所使用的定位基準(zhǔn)設(shè)計(jì)的夾具結(jié)構(gòu)簡單，易操作的原則。根據(jù)這些原則，此零件選擇一個(gè)孔和一個(gè)端面作為定位基準(zhǔn)。φ71mm臺階孔(基準(zhǔn)A)及其端面(基準(zhǔn)B)，是設(shè)計(jì)和裝配基準(zhǔn)，但是孔長太短，端面也太小。用它們做定位基準(zhǔn)顯然不合適。所以選用φ65mm孔定位，定位面相對較長，又是通孔，夾具好制造且裝卸零件也方便。但是φ65mm孔公差大，也沒有形位公差限制。因此在選用此孔做定位基準(zhǔn)時(shí)，要對其尺寸精度、對設(shè)計(jì)基準(zhǔn)φ71的同軸度提高要求，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和試驗(yàn)一般孔公差按IT7級,同軸度不大于0.005mm，以消除工藝基準(zhǔn)與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)不重合造成的誤差。定位端面的選用，因兩個(gè)大端面多溝槽，不是一個(gè)完整的平面，其形狀精度不高，而齒輪精度等級為6級，齒向誤差為0.006mm，因此做定位面的端面要提高形位公差要求，根據(jù)實(shí)踐平面度應(yīng)不大于0.005mm，端面對定位孔φ65mm的垂直度要求應(yīng)不大于0.005mm，對基準(zhǔn)面B的平行度要求應(yīng)不大于0.005mm，同時(shí)按齒輪精度等級查表選擇零件另一端面對定位孔的跳動值。選用φ65mm孔和一大端面作為定位基準(zhǔn)面，保證精加工、齒輪加工、檢驗(yàn)和安裝時(shí)的基準(zhǔn)統(tǒng)一。雖然基準(zhǔn)進(jìn)行了轉(zhuǎn)換，但工藝采取措施滿足了設(shè)計(jì)要求。
零件的精度要求高，精加工定位孔與定位端面的加工是加工的關(guān)鍵技術(shù)，主要是由鉗工和車工進(jìn)行。鉗工配合車床保證零件定位孔、定位端面的形位公差要求。首先由車工車定位面和一個(gè)孔φ93mm，要求一次加工完成，然后鉗工研磨加工過的端面，保證平面度0.005mm，車工以研過的端面和φ93mm定位，軸向壓緊加工φ65mm、φ71mm、環(huán)形槽、端面和最大外徑φ201mm，要求一次加工完成。這樣保證了零件的形位公差要求。
值得注意的是：加工過程要降低切削力，控制走刀量，防止零件振顫;夾緊力控制適當(dāng)，既要保證零件夾緊又不能使零件變形，為控制零件在裝夾過程的受力變形量可以采用端面打表的方式進(jìn)行控制;端面接刀要避開裝配位置、零件定位、壓緊位置;平面度0.005mm檢測，因?yàn)椴皇窃O(shè)計(jì)要求，是工藝過程的要求，不一定要有實(shí)測數(shù)據(jù)，只要能滿足最終齒輪加工精度要求即可。通過跟蹤現(xiàn)場，發(fā)現(xiàn)只要將零件定位面放在檢驗(yàn)平臺上推，感覺有均勻的相互吸力，零件的平面度就能滿足后續(xù)零件的加工精度，同時(shí)也可采用在平臺上用表打端面的方法配合使用，這種檢驗(yàn)方法易操作也好掌握。
在保證滾齒夾具必要的硬度、精度的同時(shí)，夾具定位面以及壓緊面的設(shè)計(jì)很關(guān)鍵，根據(jù)零件的結(jié)構(gòu)，為消除因定位面不平，零件在壓緊過程產(chǎn)生的變形，使零件獲得準(zhǔn)確可靠的裝夾，選用零件兩端面靠近齒根部的環(huán)形實(shí)體面作為定位和壓緊位置。因此夾具的定位端面及壓緊塊上應(yīng)加工出一個(gè)大的環(huán)形槽，以便讓開零件的非定位部分，這樣可減輕夾具重量，夾具也容易制造。
夾具裝在滾齒機(jī)上之后，應(yīng)對夾具進(jìn)行找正。找正夾具的定位軸與工作臺同心;找正夾具定位軸與工作臺垂直;找正夾具定位端面與工作臺平行。注意夾具的徑向跳動不大于加工零件徑向跳動量要求的三分之一。對定位部分較長的夾具，需要校正兩點(diǎn)，并使兩點(diǎn)跳動的方向一致，以免夾具安裝與工作臺不垂直。夾具的端面跳動根據(jù)夾具支撐端面半徑大小決定，一般在0.006～0.01mm。
零件的安裝關(guān)系著加工出的齒輪精度好壞，故零件應(yīng)可靠固定，同時(shí)檢查零件外徑，應(yīng)與夾具同心，并且在零件夾緊情況下不應(yīng)產(chǎn)生變形，可用打表的方式來檢查工件的裝夾情況。
由于齒輪模數(shù)較小，加工精度高，零件材料為鈦合金，這種材料強(qiáng)度大、硬度高、耐沖擊、加工中容易硬化、切削溫度高刀具磨損嚴(yán)重，屬難加工材料，選用AA級硬質(zhì)合金滾刀，并分多次走刀加工。
從表1中可以看出，通過利用三坐標(biāo)測量機(jī)上Quindos測量軟件中齒輪測量功能，一次性完成了齒向、齒形、周節(jié)誤差、周節(jié)累積誤差及齒圈徑向跳動的測量，并可輸出測量結(jié)果，滿足用戶檢測要求。
零件材料為鈦合金，毛刺堅(jiān)韌，不易去除干凈，需要用尖銳的刀具在放大鏡下鏟去較大的毛刺及齒面粘結(jié)物，然后局部修光，再用常規(guī)的齒輪去毛刺辦法去毛刺，最后用超聲波清洗機(jī)處理，這樣齒輪表面才會干凈。
上述工藝方法在現(xiàn)場多批零件中進(jìn)行應(yīng)用，經(jīng)受了考驗(yàn)。為現(xiàn)場生產(chǎn)加工解決了生產(chǎn)難題，零件合格率可以達(dá)到99%，加工300件(包括φ181和φ201兩種齒輪)保守估計(jì)可創(chuàng)造上百萬的經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)也積淀了精密零組件加工經(jīng)驗(yàn)。