漢中萬(wàn)目?jī)x電有限責(zé)任公司 （陜西 723000） 王玉虎

杠桿千分尺是精密機(jī)械量具的金字塔塔尖。它是由測(cè)微頭與杠桿卡規(guī)測(cè)微機(jī)構(gòu)相組合的一種精密量具，在機(jī)械加工行業(yè)中，廣泛用于精密比較測(cè)量或精密絕對(duì)測(cè)量。杠桿千分尺指示表又稱杠桿測(cè)微千分表，是杠桿千分尺杠桿卡規(guī)測(cè)微機(jī)構(gòu)的核心，而扇形齒輪部件又是千分尺指示表中的一個(gè)重要部件。對(duì)于生產(chǎn)杠桿千分尺指示表的制造商來(lái)說(shuō)，扇形齒輪部件的優(yōu)化設(shè)計(jì)可謂意義重大，本文予以分析說(shuō)明。

1. 優(yōu)化前的扇形齒輪部件

優(yōu)化前的扇形齒輪部件如圖1所示。

優(yōu)化前的扇形齒輪座如圖2所示。齒輪座材料為T(mén)10PbS。要求棱邊去毛刺倒鈍，外孔口倒角0.05mm×45°，表面鍍鎳處理。

2. 優(yōu)化前裝配方面存在的問(wèn)題

優(yōu)化前的扇形齒輪部件存在如下裝配方面的問(wèn)題：

圖1 優(yōu)化前的扇形齒輪部件

（1）φ1.2mm×0.4mm的端面寶石軸承1是通過(guò)金屬膠粘結(jié)在扇形齒輪座上的，粘結(jié)端面寶石軸承的位置尺寸和形位公差很重要，保證端面寶石軸承粘結(jié)的位置尺寸是為了讓杠桿觸頭工作在端面寶石中間的有效位置上，而粘結(jié)端面寶石軸承要達(dá)到部件的設(shè)計(jì)要求是非常困難的。如果（1.7±0.08）mm或（1.5±0.05）mm的尺寸不能保證，加上杠桿部件和扇形齒輪部件應(yīng)有的軸向間隙和各種相關(guān)零件的綜合誤差，杠桿觸頭就會(huì)工作在端面寶石的邊緣，而端面寶石臨近邊緣通常存在微塌邊，端面寶石棱角微觀地看更是R圓弧連接。因此，杠桿觸頭工作在端面寶石的邊緣將導(dǎo)致杠桿傳動(dòng)比的線性誤差加大。

圖2 優(yōu)化前的扇形齒輪座

（2）端面寶石軸承與扇形齒輪座粘結(jié)，存在粘結(jié)面膠膜不勻、寶石端面平行度超差的問(wèn)題，這樣會(huì)導(dǎo)致杠桿千分尺指示表工作的位差和示值穩(wěn)定性超差。

（3）粘結(jié)掌握不好，存在寶石軸承的工作面被膠污染的問(wèn)題，將影響杠桿觸頭在寶石軸承工作面上的微滑動(dòng)。

（4）粘結(jié)工藝還存在返修困難的問(wèn)題。如果端面寶石軸承粘結(jié)未達(dá)到要求，需要拆卸端面寶石軸承，對(duì)此還沒(méi)有很好的方法，尤其是部件狀態(tài)拆卸不成功會(huì)導(dǎo)致部件報(bào)廢，損失較大。

（5）存在金屬膠老化問(wèn)題，由于杠桿千分尺屬于精密量具，工作環(huán)境相對(duì)較好，一般使用壽命少則數(shù)年，多則幾十年。金屬膠屬于有機(jī)物質(zhì)，難免會(huì)老化，存在著造成端面寶石軸承脫落的風(fēng)險(xiǎn)。

（6）由圖1和圖2可以看出，扇形齒輪座與扇輪軸裝配時(shí)，扇形齒輪座緊配合受力處是2處懸臂C形結(jié)構(gòu)，裝配工裝不但要有定向機(jī)構(gòu)，還要有工藝支撐機(jī)構(gòu)，裝配困難，同時(shí)還存在或多或少的應(yīng)力變形問(wèn)題；由于緊配合的配合面積較小，在過(guò)盈量的下極限還存在打滑扭轉(zhuǎn)的移位風(fēng)險(xiǎn)，這也是該扇形齒輪座不選用切削性能好的鉛黃銅，而選擇鋼材的原因。

3. 優(yōu)化前加工工藝存在的問(wèn)題

優(yōu)化前的扇形齒輪部件還存在加工工藝問(wèn)題。由圖2看扇形齒輪座這個(gè)零件，車坯很簡(jiǎn)單，但其寬2.4mm、深度過(guò)半徑的槽加工工藝性卻很差，常用的兩種加工工藝分析如下：

（1）銑削工藝。夾持部分很少，夾緊力又不能大，夾緊力過(guò)大會(huì)導(dǎo)致零件變形；槽兩側(cè)剩余部分只有0.5mm厚，強(qiáng)度很低，也極易變形。因此銑槽的切削量一定不能大，只能反復(fù)多次銑削，效率低下，銑槽完成后或多或少都存在槽兩側(cè)0.5mm懸臂部分向外變形問(wèn)題，只是切削刃鋒利、變形小，切削刃鈍、變形大而已。該工藝還存在銑削毛刺去除困難問(wèn)題。

（2）線切割工藝。夾持沒(méi)有問(wèn)題，也不存在變形和去毛刺問(wèn)題；但要重視的是鍍鎳前處理一定要到位，否則后序存在粘結(jié)的端面寶石軸承與鍍層起皮、一起脫落的風(fēng)險(xiǎn)。該工藝最大的問(wèn)題是加工效率比銑削工藝還要差，不適合大批量生產(chǎn)。

最后，還有一個(gè)相關(guān)的潛在問(wèn)題。如果扇輪軸兩端軸頸需要在雙軸頸拋磨機(jī)上磨軸頸，這種扇形齒輪座就沒(méi)有給扇輪軸留下工藝傳動(dòng)齒存在的設(shè)計(jì)空間。

針對(duì)上述問(wèn)題，對(duì)扇形齒輪部件進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。

4. 優(yōu)化后的扇形齒輪部件

優(yōu)化后的扇形齒輪部件如圖3所示。

優(yōu)化后的扇形齒輪座如圖4所示。齒輪座材料為HPb59-1。要求棱邊去毛刺倒鈍，所有口倒角0.05mm×45°，表面鍍鎳處理。

圖3 優(yōu)化后的扇形齒輪部件

5. 優(yōu)化后的裝配工藝特點(diǎn)

優(yōu)化后的扇形齒輪部件裝配采用的是通常使用的壓合工藝，很簡(jiǎn)單。該工藝具有以下特點(diǎn)：

（1）φ1.2mm×0.9mm的端面寶石軸承1與扇形齒輪座是過(guò)盈的緊配合，不存在粘結(jié)端面寶石軸承裝配工藝導(dǎo)致的位置尺寸和形位公差問(wèn)題。

（2）由于不存在端面寶石軸承與扇形齒輪座粘結(jié)面膠膜不勻問(wèn)題，寶石端面平行度與裝配基本無(wú)關(guān)系，僅與扇形齒輪座φ1.2mm孔的形位公差關(guān)系密切。

（3）不存在寶石軸承工作面膠污染和膠老化造成的端面寶石軸承脫落問(wèn)題。

圖4 優(yōu)化后的扇形齒輪座

（4）返修容易。如果扇形齒輪座φ1.2mm孔的形位公差或其他尺寸超差，拆卸端面寶石軸承很方便，從端面寶石軸承底面φ0.8mm孔頂出端面寶石軸承即可，充其量是報(bào)廢一個(gè)低價(jià)值的扇形齒輪座，而價(jià)值高的端面寶石軸承不會(huì)報(bào)廢，可以重復(fù)使用，使損失最小化。實(shí)際使用該工藝需要返修的部件很少。

（5）由圖3和圖4可以看出，扇形齒輪座與扇輪齒軸裝配時(shí)，扇形齒輪座與扇輪齒軸緊配合受力是整個(gè)內(nèi)孔面，在配合過(guò)盈量的下極限也不存在打滑扭轉(zhuǎn)、移位問(wèn)題，因此扇形齒輪座可以選用切削性能好的鉛黃銅材料。

（6）扇形齒輪座零件剛性好，裝配工裝簡(jiǎn)單，只需要有定向機(jī)構(gòu)，不要求有工藝支撐機(jī)構(gòu)，不存在應(yīng)力變形問(wèn)題。

6. 優(yōu)化后的齒輪座加工工藝

優(yōu)化后的扇形齒輪座加工工藝路線為：車坯→銑扁→光飾去毛刺→鉆孔→孔口倒角→表面鍍鎳。關(guān)鍵工序是銑扁和鉆孔工序，下面予以說(shuō)明。

（1）銑扁工序。使用鐘表小立銑設(shè)備，制作一個(gè)夾持扇形齒輪座兩端面的專用工裝，固定于小立銑工作臺(tái)上；準(zhǔn)備一大一小2片銑刀片，2片銑刀片外圓直徑差約2mm，大銑刀片需要在刀具磨機(jī)床上刃磨出20°的斜切削刃。然后在兩銑刀片中間放置1.6mm厚的墊片，固定于小立銑機(jī)床銑刀軸上，調(diào)整銑削即可。由于材料切削性能好，銑削效率極高。

（2）鉆孔工序。仍然使用鐘表小立銑設(shè)備，制作一個(gè)帶定位器的專用夾持工裝，固定于小立銑工作臺(tái)上；準(zhǔn)備硬質(zhì)合金雙刃復(fù)合扁鉆，重點(diǎn)是確保φ1.2mm孔的尺寸，按圖樣要求調(diào)整形位尺寸即可。加工效率依然很高。

如果扇輪軸兩端軸頸需要在雙軸頸拋磨機(jī)上磨軸頸，這種扇形齒輪座的設(shè)計(jì)就給扇輪齒軸留下設(shè)計(jì)工藝傳動(dòng)齒的空間，工藝傳動(dòng)齒的參數(shù)根據(jù)具體情況可以自由設(shè)計(jì)。建議工藝傳動(dòng)齒設(shè)計(jì)為模數(shù)0.15、齒數(shù)16，這樣與扇形輪片配合的扇輪齒軸φ2mm外圓會(huì)有淺淺的花鍵槽，對(duì)扇形輪片與扇輪齒軸緊配合的可靠性和精度都是利好因素。

7. 結(jié)語(yǔ)

觀察優(yōu)化前后的扇形齒輪部件和扇形齒輪座圖樣的尺寸標(biāo)注，看似優(yōu)化前的圖樣簡(jiǎn)單。但通過(guò)前述仔細(xì)研究對(duì)比可以得出結(jié)論：不論是裝配工藝還是零件加工工藝，優(yōu)化后的設(shè)計(jì)工藝簡(jiǎn)單，生產(chǎn)效率高，精度有保證，制造成本低，經(jīng)濟(jì)效益突出。

本公司使用扇形齒輪部件優(yōu)化設(shè)計(jì)工藝15年，已充分驗(yàn)證了扇形齒輪部件優(yōu)化設(shè)計(jì)的科學(xué)性和先進(jìn)性。

專家點(diǎn)評(píng)

文中所述內(nèi)容是把原來(lái)粘接的端面軸承，改為過(guò)盈鑲嵌。簡(jiǎn)單的一個(gè)小改進(jìn)，解決了寶石軸承粘接難、易脫落等問(wèn)題，在裝配類似零件時(shí)值得借鑒。