伴隨著水泥裝備技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展，水泥裝備的大型化是發(fā)展趨勢，大型回轉(zhuǎn)窯其筒體直徑已超過Φ6 000mm，大型磨機的規(guī)格已突破Φ10 000mm，其配套的傳動大齒輪最大已達(dá)到Φ13 000mm。直徑大于Φ8 000mm 以上的齒輪，一般稱特大型齒輪。由于齒輪毛坯結(jié)構(gòu)尺寸大，重量重，鑄造成型困難，一般均設(shè)計成剖分式，由兩個半圓齒輪組合而成，螺栓連接緊固。
特大型齒輪特點是尺寸大，重量大，輪齒模數(shù)大，齒數(shù)多。加工中存在諸多困難，導(dǎo)致很多企業(yè)望而生畏，不敢涉足。加工特大型齒輪要解決的三個主要問題。
（1） 輪齒的尺寸精度和表面質(zhì)量的保證；
（2） 齒輪變形的預(yù)防和控制；
（3） 提高加工效率，減少加工時間。
超大型齒輪是鑄造毛坯，尺寸大，熱處理不方便或熱處理效果不好，其內(nèi)部存在的鑄造應(yīng)力消除困難，應(yīng)力不斷變化，將導(dǎo)致齒輪變形。在機加工中，由于切削力的作用，使齒輪毛坯內(nèi)部產(chǎn)生新的應(yīng)力，原殘余應(yīng)力不斷釋放，新的應(yīng)力不斷產(chǎn)生和變化，使齒輪毛坯內(nèi)部存在十分復(fù)雜的應(yīng)力分布。這些應(yīng)力導(dǎo)致齒輪變形。變形特征是半齒輪對口處向外擴張，組成整個齒輪后，形成橢圓，剖分面對口處出現(xiàn)較大開口。該處齒槽寬尺寸變大，節(jié)距變大。齒輪工作時出現(xiàn)周期性震動。
特大型齒輪由于尺寸大，重量重，加工難度很大，加工中齒輪的變形影響加工質(zhì)量，機床的震動影響加工質(zhì)量，刀具的選擇影響加工質(zhì)量，工藝方案的確定影響加工質(zhì)量。大齒輪的主要質(zhì)量精度指標(biāo)包括齒厚誤差，齒形誤差，周節(jié)誤差，齒面粗糙度，齒頂圓和齒端面跳動誤差等。要保證齒輪的加工質(zhì)量，需要確定科學(xué)合理的加工工藝方案，采用高精度的加工機床，選用合適的加工刀具。
某礦山機械生產(chǎn)企業(yè)，多年生產(chǎn)重型機械設(shè)備。2008 年加工一件特大型齒輪，齒輪直徑Φ9 039mm，獲得成功，并取得很好的加工經(jīng)驗。本文以該齒輪加工為例，談其加工工藝方案。大齒輪材質(zhì)為ZG35CrMo，模數(shù)M=40mm，齒數(shù)Z=224，齒頂圓直徑Φ9 039mm，分度圓直徑Φ8 960mm，齒寬b=680mm，整體重量52t。熱處理硬度HBS225~260。加工精度9 級（GB10095—2001）。
1 劃線與加工找正
齒輪毛坯上機床之前的第一道工序是劃線，劃線包括毛坯中心十字線，對口結(jié)合面線，輪緣線，齒寬中分面線，齒寬端面線，齒輪外圓線等。通過劃線可以檢查齒輪毛坯各部的加工余量是否合格，檢查齒輪各部尺寸的大小，通過劃線可以保證齒輪輪緣的厚度和對口結(jié)合面法蘭的厚度均勻，通過劃線確定中分面線，從而劃出兩端面線，保證兩端面與輻板對稱。
機加工第一道工序是加工對口結(jié)合面，可以在刨床上加工，也可以在鏜床上加工，可以單半齒輪加工，也可以兩個半齒輪毛坯疊放在一起加工，加工中按已劃出的外圓線和結(jié)合面線對齊，按兩半齒輪毛坯中分面線找平，按結(jié)合面線找正。第二道工序是上立車整圓加工外圓和端面，要以毛坯中心十字線為基準(zhǔn)，毛坯中心十字線應(yīng)與機床工作臺中心重合，以外圓線找正。齒輪加工以外圓為基準(zhǔn)找正。
2 加工工藝合理安排及特點
2.1 加工中的“三個階段”
齒輪在加工中分三個階段，粗加工，半精加工和精加工。
粗加工包括粗加工對口結(jié)合平面，粗加工對口螺孔，粗加工外圓及端面，粗加工齒形，采用銑齒加工方法。
半精加工包括半精加工對口結(jié)合平面，半精加工對口螺孔，半精加工外圓及兩端面，半精銑齒形。
精加工包括精加工對口結(jié)合平面，精加工對口螺孔，精加工外圓及兩端面，精滾加工齒形，完成。
三個階段加工各部位預(yù)留余量及加工尺寸見表1。
2.2 加工中的“三次組合”和“三次拆卸”
為充分釋放齒輪毛坯內(nèi)存在的應(yīng)力，控制變形，加工中實行“三次組合”和“三次拆卸”的步驟。
對口粗加工后，將兩半齒輪毛坯組成整圓（第一次組合），粗加工外圓及兩端面，上滾齒機粗加工齒形，然后拆開（第一次拆開），釋放應(yīng)力。
對口半精加工后，將兩半齒輪毛坯二次組圓，（第二次組合），進(jìn)行其他部位半精加工，然后拆開釋放應(yīng)力（二次拆開）。
對口精加工后，將兩半齒輪毛坯第三次組圓，（第三次組合），進(jìn)行其他部位精加工，然后拆開釋放應(yīng)力（第三次拆開）。
2.3 加工中的“三個結(jié)合”
2.3.1 熱處理和時效處理與機加工相結(jié)合
齒輪毛坯為鑄造毛坯。其內(nèi)部存在鑄造應(yīng)力，在機加工過程中，由于切削力作用，也會在毛坯內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力，這些應(yīng)力的存在會導(dǎo)致齒輪產(chǎn)生變形，所以必須進(jìn)行釋放應(yīng)力的處理。
毛坯鑄造后，進(jìn)行正火處理，消除其內(nèi)部殘余應(yīng)力，正火溫度850℃，保溫，取出空冷。粗加工后進(jìn)行二次正火處理，消除加工應(yīng)力。
齒輪在半精加工后，拆開進(jìn)行自然時效處理，時效時間2 周。齒輪精加工完成后，拆開進(jìn)行二次自然時效處理，時效時間1~2 周。時效處理后，再次組圓，進(jìn)行整體檢查，包括徑向跳動，端面跳動等，對稱檢查8 個點，檢查直徑方向變形量，最大變形小于2mm 為合格。
2.3.2 車加工和銑齒加工相結(jié)合
三個階段加工，每次都包括車外圓和銑齒，車加工和銑齒加工相結(jié)合，通過多次車加工和齒形加工，不斷釋放應(yīng)力，有利于控制變形。
2.3.3 銑齒加工和滾齒加工相結(jié)合
齒形加工分粗銑齒，半精銑齒和精滾齒加工。齒形粗加工采用銑齒，可以提高加工效率，減小滾刀的磨損和消耗。
粗銑齒采用模數(shù)M=28 的指形銑刀，銑刀為四刃刀，該種銑刀強度高，抗沖擊，耐磨損，適于粗加工。銑齒從對口縫開始，對口縫在齒谷中間，按“米”字形對稱跳躍式加工。銑刀降刀量為0.07~0.08mm/r，刀具轉(zhuǎn)速80~85r/min。
半精銑齒采用模數(shù)M=36 指形銑刀，銑刀為六刃刀，該種銑刀可以提高加工精度。加工方式與粗銑齒一樣。銑刀降刀量為0.07~0.08mm/r，刀具轉(zhuǎn)速80~85r/min。
精加工齒形采用模數(shù)M=40 的滾刀，滾刀為機夾硬質(zhì)合金滾刀，分兩刀加工，第一刀吃刀深度3mm，進(jìn)給量0.7mm/r，第二刀吃刀深度2mm,進(jìn)給量0.9mm/r。
3 結(jié)語
該企業(yè)在加工特大型齒輪過程中，不斷總結(jié)經(jīng)驗，制定科學(xué)可行的工藝方案，保證了特大型齒輪的尺寸精度和表面粗糙度，控制了齒輪的變形，取得較好的效果。設(shè)備的大型化發(fā)展，要求制造企業(yè)的加工手段和加工工藝方案適應(yīng)這種變化，本文所述加工方案已證明是可行的，可供同仁參考。
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