文 / 王劍勇 席戰(zhàn)輝 張磊

圖片來源 / 作者拍攝

摘要從航天衛(wèi)星零件到鐘表機心零件，都需經(jīng)過一些精密車床加工來完成。鐘表車床，鐘表業(yè)內(nèi)稱為“小擺車”，是一些鐘表維修大咖或獨立制表師非常熟悉的操作機器。鐘表車床主體構造相對簡單，也利于操作，大致可分為四部分：即車床導軌、車頭、車刀架及頂針座。這種鐘表車床結構小巧，操作方便，可以完成鐘表零件上的各種車削加工和銑齒等功能，可以完成銑平面、銑槽、分度銑削和刻線，用成型刀加工鐘表齒輪及磨削內(nèi)外圓、平面和小刀具刃磨等等。

手表齒輪材料的選擇要考慮到機械物理化學性能，如硬度、強度、耐磨性、磁性能、彈性模量、溫度系數(shù)、輸出力矩、耐腐蝕等。還要考慮到加工性能，如易切削、拉伸、拋光、熱處理等。

輪片材料一般選擇為HPb63-3 (HPb60-2、HPb59-1)。在一些創(chuàng)新手表技術品牌里，如瑞士Quinting手表就用很薄的圓盤狀的藍寶石水晶重疊在一起組成藍寶石水晶齒輪，該齒輪經(jīng)過了金屬處理和防反射涂層處理，是很有新穎的視覺效果。

齒輪在手表正常運轉(zhuǎn)中承擔了很重要的作用，把發(fā)條產(chǎn)的力矩由條盒輪傳遞到擒縱輪；把分針的運動傳遞到時針；上條時把柄軸的轉(zhuǎn)動傳遞到條軸；撥針等。

一般機械制造所采用的齒輪為漸開線齒形。手表機構中的齒輪傳動絕大多數(shù)采用圓弧齒形，也叫鐘表齒形；從齒形發(fā)展歷史來看，這種齒形是由擺線齒形演變而來的，所以也叫修正擺線齒形。修正的目的：是為了改進嚙合質(zhì)量和便于生產(chǎn)，以便更好的適應鐘表機構工作和生產(chǎn)上的要求。

齒輪設計時，也需要計算它的幾何參數(shù)和尺寸。如設定已知數(shù)據(jù)：輪片齒數(shù)（z2=46），模數(shù)m=0.5；齠輪齒數(shù)（z1=15），模數(shù)m=0.5。根據(jù)計時儀器用齒輪標準進行相關參數(shù)的計算。

1. 中心距 A A=1 2m(z1+z2)=1 2×0.5(15+46)=15.25 2. 分度圓半徑 r2 r2=1 2mz2=1 2×0.5×46=11.5 3. 角周節(jié) τ2 τ2=2π z =2×π 46=7.83°4. 周節(jié) ρ2 ρ2= π·m=3.14×0.5=1.57 5. 中心圓半徑 rc2rc2=r2-Δrc2?·m=11.5-0.15×0.5=11.43

6. 齒頂圓弧半徑 ρa2 ρa2=ρa2? ·m=2×0.5=12 8. βc角 βc2r22+rc2 2+ρa2 2r2rc2 st2? z 11.52+11.432-12 46 180 π=3.03°10. 齒根圓半徑 rf2 rf2=r2-hf2?·m=11.5-1.3×0.5=10.8512. ηc2角 ηc2= π z2-Ψc2=3.14 46×180 π-1.99=1.92°13. 齒根圓弧半徑 ρf2 ρf2=rf2· sinηc2 1-sin ηc2=10.85× sin0.04 1-sin0.04=0.43?·m=1.57×0.5=0.785 st2 14. 端面齒厚st2=st2

計算完成進行結果匯總

手表齒輪作為機心工作的重要部件，要發(fā)揮傳遞動力、指示時間、上條、撥針等功能，所以齒輪的計算是至關重要的。

鐘表齒輪的加工工藝

1. 材料準備

C6104小車床、銑刀、夾頭、頂針、工裝、車刀、尾架、易切鋼，直徑φ1.5毫米的高碳易切鋼圓棒（高耐磨，加工精度高，熱處理變形小，機械性能優(yōu)越，廣泛應用于精密鐘表零件制作）。

2. 粗加工流程

加工前，為了避免浪費和易操作，我們首先截取適當長度的棒料。

調(diào)整齒輪銑刀架搖柄，銑削一定齒長，后面的分度盤則用于固定齒數(shù)。銑齒過程本身很快，前期準備工作機床調(diào)試更為耗時。

銑削好齒形的坯料夾在卡盤上，對加工好的齒輪規(guī)格進行測量，并檢查齒輪間是否達到光潔度。

車削其中一端齒輪軸，使用千分尺檢查直徑，一端齒輪軸車削完成。固定齒輪棒料不動，車削另一端齒輪軸時需要用到其他的工具，重新計算需要車削的長度。千分尺就是為應對這種情況特別制作，探頭纖薄，可伸入齒槽間，常規(guī)千分尺僅能測量齒頂圓直徑。

下來就可以將齒輪從坯料上切下。雛形齒輪加工完成后，需將所有加工痕跡擦除，進行修飾性打磨。針對齒輪表層的打磨，不但具有實際應用功能，還有審美上的提高。在機心內(nèi)任何一個小零件上的工藝處理，都是對制作機心時最細微細節(jié)注重的呈現(xiàn)，因此保證了高級制表的技術完美。

對齒輪進行拋光，將樞軸邊緣打磨圓潤。對毛坯齒輪的邊緣需輕微打磨，去除零件上的缺陷，讓齒輪間隙在運行中保持流暢和持久。接下來再在顯微鏡下去除毛邊。然后是采用超聲波清洗齒輪。

3. 對鋼軸齒的再加工——烤藍

對鋼制零件烤藍最初的目的是為了防銹，延長零件的壽命，可以達到幾十年不生銹，但漸漸的，這種色澤漂亮的金屬附層成為機心中的一種裝飾。鋼的藍色實際上是鋼的表層氧化層，當鋼制零件被加熱到特定的溫度時會發(fā)生不同顏色的變化。不同的溫度會產(chǎn)生多種顏色，如稻黃色、棕色、紫色、藍色。這張照片解釋了不同的回火溫度和顏色。

將鋼材質(zhì)軸齒進行烤藍。先準備酒精燈、支架、石棉網(wǎng)、黃銅屑、鑷子、鋼材質(zhì)軸齒。

金屬表面務必洗凈和干燥以后，才能進行“烤藍”處理。搭好支架，將黃銅屑放置在石棉網(wǎng)上，點燃支架下的酒精燈加熱黃銅屑；待溫度升高后，將鋼軸齒埋入黃銅屑中，注意需將鋼軸齒全部掩蓋住，這樣加工出來的顏色更加均勻。

來回旋轉(zhuǎn)加熱黃銅屑，以確保鋼軸齒的所有部分均勻加熱。隨著時間長短，它會變成稻黃色，然后是深黃色，然后是棕色，紫色，深藍色，藍色，淺藍色和灰色。

在達到所需顏色后用鑷子快速取下鋼軸齒，并浸油缸中冷卻。鋼軸齒幾乎立即冷卻下來，保持燒制而成的顏色。制作藍鋼軸齒加熱的過程很快，加熱零件達到合適的溫度只需要幾秒鐘。大部分的工作都是在磨和清理鋼軸齒表層的準備，或多次反復燒制零件以至達到合適的藍色。

注意：打磨鋼軸齒時遺漏在其表層的污漬、污垢或灰塵顆粒，都會導致零件受熱溫度不均勻，這些都可能導致有斑點的藍色。這意味著在達到完美藍色之前，軸齒時可能需要多次發(fā)藍，并且每次嘗試都必須再次對螺絲進行打磨和清潔。