一种插齿机刀架体静压浇铸工装的研发与应用

黄蓉

摘要：传统的插齿机刀架体在使用过程中存在运行稳定性问题，影响机床加工性能，静压刀架体可以有效减少刀轴的摩擦磨损，使得机床的刚性和稳定性更高。但是静压刀架体的浇铸工艺非常复杂，浇铸工装的使用是其中非常重要的因素，本文介绍了一种新型的静压浇铸工装，并完整阐述了其应用流程，通过实践探索，证明了其良好的应用价值。

Abstract： The traditional gear shaper tool holder body in the use of the process of running stability， affect the machine tool processing performance， static pressure tool holder body can effectively reduce the tool shaft friction and wear， so that the rigidity and stability of the machine tool.However， the casting technology of the static press tool holder is very complicated， and the use of the casting tooling is a very important factor among them. This paper introduces a new type of static press casting tooling， and completely describes its application flow. Through practical exploration， it has proved its good application value.

关键词：插齿机;刀架体;静压;浇铸;工装

Key words： gear shaper;the tool carriage body;static pressure;casting;tooling

0  引言

传统插齿机的主运动是依靠刀轴在刀轴套中的配合实现刀轴的往复运动，当刀轴往复运动的冲程数提高到一定程度后，主轴会出现润滑不足、摩擦加剧和油温升过高等问题，直接导致机床加工性能恶化、刀轴研坏;针对现场汽车行业和齿轮制造业行业对加工设备的高速高效要求，静压技术的采用已越来越受关注。静压刀架体的原理是在刀轴与刀轴套、导向套的配合中形成油膜，依靠油膜的刚度保证刀轴在刀架体中的几何精度。当刀轴高速往复运动时，刀轴与刀轴套之间的油膜有效保证润滑、减少摩擦，确保机床性能，最终实现商品化，并尽快推向市场。静压刀架体中除了刀架体、刀轴、蜗轮蜗杆副、刀轴套等已被大家所熟知的零件之外，还有静压导向套和静压导轨，其加工工艺复杂。通过前期的试验积累和考察，从静压刚性、稳定性和批量生产的要求来看，渐开线齿形静压导轨是最理想的插齿机刀架体静压方案。然而静压导向套的内齿形状和精度的加工，目前还难以用加工设备完成。因此我们采用了浇铸工艺，即将耐磨涂层填充至静压导向套和静压导轨所形成的间隙中，达到间隙的一致和精度复制的目的。

1  小型插齿机静压刀架体的主要构成及其特点

为满足用户高冲程高精度加工的需求，分析国内外刀架体先进结构，采用恒压式毛细管节流方式的静压刀架体。刀轴上下两端分别采用静压导轨副与静压轴承结构，实现了刀轴运动通过油膜进行接触，当刀轴高速往复运动时，刀轴与刀轴套之间的油膜有效保证润滑、减小摩擦与发热，确保机床性能。允许最高冲程速度达90m/min，使刀轴的运动更适合高速高冲程的需要。

在油腔的结构形式上刀轴套采用了对称四油腔、有周向回油的结构，该结构形式广泛应用于各种机床上并加工方便、易于保证加工和组装精度。导向套上的静压结构形式特殊，不同于其它静压结构形式，它同时需要具备直线和旋转两种运动：直线运动控制加工齿轮的齿向精度，旋转运动控制加工齿轮的分度精度。根据国内及国外静压插齿机导向套的静压结构形式的分析，静压导轨可采用矩型花键结构形式和渐开线齿轮结構形式，由于静压导轨精度要求相当高：齿向精度0.003、相邻齿距偏差0.005、齿形精度0.003;当时两种结构形式都存在加工上的难题，通过后期一系列的试验总结渐开线齿轮结构形式相对合适。

静压导轨采用渐开线齿轮结构后，静压导向套采用了与之相配的内渐开线齿轮结构，根据静压形成的条件，各个相配齿面必须保证均匀间隙0.015-0.02mm，常规的加工方法已无法保证，通过对理论的分析，参照国内外插齿机静压导向套的实物了解，在静压导向套与静压导轨之间浇注一层减摩涂层较可行，期间查阅了相关减摩涂层的资料，了解了其使用性能及使用方法，并与部分生产厂商进行了交流，更好地促进了静压工作的开展。

2  小型插齿机的静压浇铸工装的改进过程

在研发前期，采用倾倒的方式往静压导轨和静压导向套之间注入耐磨涂层，但是由于耐磨涂层的流动性差，粘度大等因素，导致自然形成的浇铸层表面光洁度差，精度不能满足设计要求。因此，后期更改为压力浇铸的方式，通过改变浇铸工装的结构（见图1），使耐磨涂层通过压力进入静压导轨和静压导向套的间隙中，压力的产生使浇铸层表面贴合紧密，表面光洁度大大的提高。如图1所示，改进之后的静压浇铸工装主要由注射器部分、密封部分和连接部分所组成。注射器部分采用螺杆12推动活塞10前进，将装置在注射筒7内的耐磨涂层推入装置，两端通过端盖进行密封，避免耐磨涂层的泄露。密封部分主要由下端的定位柱2A与静压导向套的内孔和静压导轨的外圆进行定位，上端由齿形芯块4A将成型的静压导轨齿部进行密封，再以上端盖3A与压盖5A对系统进行密封和对零件进行固定。连接部分主要由底盘和连接板1A对耐磨涂层的进入进行流路分配。整个装置流动通畅，且密封性良好，能够很好的控制耐磨涂层按照预定的流动路线达到所预留的间隙中。

3  小型插齿机的静压浇铸工装的应用

①先将浇铸工装中的所有零件进行彻底的清洗和组装，预先检查各螺钉孔和进胶孔的通畅性，严禁装置中有油污，以影响胶体的粘附。

②將静压导向套按照设计图纸上所要求的油腔尺寸用胶皮制作出油腔块8块，将设计要求的间隙用塑料纸粘贴在静压导轨上，要求粘贴均匀，不允许有气泡，再将事先准备好的油腔块按照图纸上的位置粘贴在静压导轨上，以形成八个油腔。

③将静压导轨和静压导向套按照装配图进行组装，尤其注意在放置静压导向套和静压导轨时，不可碰到粘贴的胶纸和油腔块，以避免影响间隙的均匀和油腔块位置的一致性。

④上端的端盖3A与导向套和导轨配磨间隙，要求下端实上端虚，目的是使下端与导向套的上端面贴合良好，避免浇铸过程中胶体受到压力而挤出，上端与导轨留有少量间隙，以使空气能够及时的排除。

⑤齿形芯块4A按照图纸要求加工端面至要求，以保证装置的密封和静压导向套齿部预留的长度。

⑥将除静压导向套之外的零件表面均匀的喷涂上脱模剂，避免拆卸后粘附的胶体难以去除，将各螺钉处紧固。

⑦将耐磨涂层与固化剂按照比例进行混合后搅拌均匀，要求搅拌方向一致，时间控制在十分钟之内，然后将搅拌后的胶体沿着倾斜的筒壁缓缓的倒入注射筒7中，与端盖和接头进行连接。

⑧用预先准备好的铰杠缓缓转动丝杠12的方头推动活塞10前进，使胶体进入装置内，要求用力均匀，速度保持一致，直至压盖5A的缝隙中见到胶体的流出，便可停止转动。

⑨将装置静止五分钟之后，迅速的拆卸定位柱2A以下的零件，用四个M8X40螺钉堵住定位柱2A下端的四个进胶口。

⑩将浇铸完后的装置静置在25°左右的恒温条件24小时，随后转70°的保温箱中8小时，取出后待装置自然冷却，随后拆下工装，便可进行浇铸组件和零件的后续加工。

4  插齿机刀架体静压浇铸工装的应用成效

在静压导轨齿部粘贴固定厚度的塑料层，通过浇铸工装往静压导轨和静压导向套的间隙中填充耐磨涂层，待耐磨涂层凝固后将粘贴的塑料层去掉便可形成静压导轨副之间的固定间隙。在这一浇铸过程中涉及到工装的设计和使用、温度的控制、时效处理、耐磨涂层的性能影响等多项因素。通过了多次的试验和过程数据的记录，现在已经使操作者能够独立使用浇铸方式完成浇铸过程，为批量生产提供了基础。

①经过多次的试验和改进，以及现场的试制，现在已经成为静压刀架体加工工艺中不可替代的工装结构，经过多次的应用，操作者已经熟练的掌握了工装和工艺的应用。经过浇铸之后的静压导向套齿面光洁度良好，通过装配与静压导轨的配合间隙均匀。

②通过静压浇铸工艺加工而成的静压刀架体应用于插齿机上，使机床刚性得到很大程度改善，传动件的磨损率下降60%，加工效率增加80%以上，提高了机床的档次，具有十分巨大的经济效益和社会效益。并为汽车、摩托车行业高速、高效率插齿机的要求提供了前提条件。

参考文献：

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