摘要：結合生產實踐，探索一種適合大型偏心齒輪的單件加工新工藝，實現單件加工達到成對和互換的精度，解決傳統工藝中成對使用的兩件大型偏心齒輪需要通過心軸緊固在一起加工的技術難題，提高了大型偏心齒輪的加工效率及質量。
隨著社會的發展，對巨型工程輪胎的需求日趨旺盛，帶動了巨型工程輪胎定型硫化機的迅速發展。巨型工程輪胎定型硫化機是制造巨型工程輪胎的最后一道工序所需關鍵設備之一，在一臺硫化機上完成輪胎毛坯的裝胎、定型、硫化和卸胎等制造過程。根據主機結構的不同，主要分為機械式硫化機和液壓式硫化機兩大類。
機械式巨型工程輪胎定型硫化機有兩個成對使用的偏心齒輪（見圖1）。硫化機在工作時，通過偏心齒輪傳遞所需的巨大轉矩，產生輪胎硫化所需的巨大合模力。目前，偏心齒輪的外形尺寸越來越大型化，同時，加工精度特別是同步性的要求也越來越高。此處的同步性要求，是指同一臺硫化機上所用兩件偏心齒輪的同步性要求，即其圓心、齒面和偏心軸頭三者同軸度的要求。大型偏心齒輪的同步性要求對其制造工藝設計工作提出了新的挑戰。本文通過實踐，嘗試使用新的成對加工技術，保證偏心齒輪加工精度要求，同時同規格的偏心齒輪可以做到互換。
巨型工程輪胎定型硫化機的大型偏心齒輪具有如下特點：
（1）偏心齒輪的質量和外形尺寸較大。單件加工后的零件質量達8t，外徑達3 500mm。
（2）同軸度要求。成對使用的兩件偏心齒輪，有三處即中心孔、偏心軸和齒面有同軸度要求。若未能滿足此要求，則會影響機器的正常運轉，嚴重時將導致機臺的損壞，造成機械事故。圖1c所示為同批兩件的同軸度要求。
（3）測量存在一定的困難。除尺寸較大造成測量困難以外，其獨有的偏心結構也給測量帶來了較大的困難。
以上3點是偏心齒輪加工設計工作中的重點和難點。實現互換的工藝方案設計也是從以上3點進行考慮，其中最重要的是同軸度要求，因為同軸度是實現偏心齒輪互換性的關鍵。
由于偏心軸的加工關聯到中心孔、齒面等要素的同軸度，同時，偏心軸加工設備的選擇也是關鍵因素之一。在此首先考慮偏心軸的加工方案設計，其加工是實現互換性的關鍵因素之一。
通常，偏心軸外圓表面的加工常規有車削、銑削等方法。若采用車削的加工方法，需要采用大立式車床。此時，偏心軸的中心為工件的旋轉中心。當外圓直徑達到3 500mm、偏心距為1 400mm時，由（1 700+1 325）×2=6 050（mm）可知，需要加工外圓為6 050mm以上的大立式車床，對加工設備規格需求較大，同時設備的承重能力應達到8t以上。作為一件重心非均布的工件，在車床上加工時，為了保證孔的圓度、平面的平面度，同時避免工件的重心過度偏離工作臺的旋轉中心對機床造成的不良影響，需要在工作臺上配重，在實際生產中都會有一定的難度。
同樣，若采用銑削的加工方法，至少應具備X、Y軸聯動數控龍門銑床，龍門的跨度大于偏心齒輪的齒頂圓直徑。同時，也可采用數控鏜床棒銑刀加工偏心軸，其外圓的尺寸及表面粗糙度因振刀而不易達到圖樣要求。
由于公司沒有符合要求的設備，且準備采用鏜削的方法完成偏心軸的加工，同時考慮到承載要求，決定采用普通大型鏜床T200的平旋盤進行偏心軸的加工。
在確定采用大型鏜床加工偏心軸后，需要考慮中心孔、偏心軸頭和齒面等成組要素的加工，這是實現同規格零件互換性的關鍵。互換性要求的實質是保證圓心、齒面和偏心軸頭中心三者同軸度，直觀的理解是兩件置于一起的重合性，理論狀態是兩件偏心齒完全重合。
大規格輪胎定型硫化機屬低速重載裝備，設計圖樣對偏心軸頭的同軸度要求為≤0.05mm。現以該數據為根本要求設計保證互換性的加工工藝。在工藝設計時，所有在工藝系統中的測量及定位等誤差也需要考慮進去。
為了保證齒面的同軸度要求，直觀的加工方法即是將兩件工件通過螺栓聯接等方式，將兩件偏心齒輪疊加在一起進行加工。此種工藝最大的好處是外圓、內孔車削及滾齒時可以做到一刀下，但是在調頭加工找正時，又需要借助定制的測量工具進行，由此帶來操作上的工作量及裝置上的工作量。同時，此工藝方案對于保證偏心軸頭的同軸度存在較大困難，不方便零件的找正及測量。
為避免上述弊端，考慮采用一種新的工藝方案。該方案所有工序都是采用單件加工，先將中心孔、齒面等按圖樣要求加工到位，余下偏心軸頭留待后續加工。此時，偏心軸頭的加工須考慮中心孔、齒面以及偏心軸頭的同軸度。具體的新工藝方案思路是將中心孔和齒面在每一件偏心齒輪的加工過程都定位于同一位置，由此每一件偏心齒輪加工得到的中心孔、齒面和偏心軸頭的同軸度，其中的偏差值亦是主要工藝系統的定位誤差值。
新工藝方案的定位主要利用已經到位的加工面進行定位，主要是中心孔和齒面。其中中心孔利用定位套進行定位，齒面采用定位心軸進行定位。中心孔的定位套定位方式是一種常規的外圓與內孔的定位方式，在本工藝系統中，其定位誤差可采用千斤頂調整外圓與內孔四周的縫隙，保證圓周方向的縫隙一致，此時其定位誤差可不計。
下面重點計算齒面的定位誤差。齒面的定位方法是將定位心軸置于分度圓的圓心處（見圖2）。A1、A2是定位心軸與齒面的縫隙，在使用過程中需用千斤頂調整側面的齒面（操作中，注意隔離，不得損壞齒面），利用塞尺檢測，達到A1和A2尺寸基本相同為止。現通過理論計算來驗證該工藝方案對于實現同軸度要求的可行性。
b中的角度α與定位心軸的直徑大小有關系，現假設α為30°。設定位心軸的中心偏移量為L，設A1與A2之間的誤差為0.02mm，以A1為例，心軸的中心左右偏移量L＝A1/cosα＝0.023（mm）。該數據可以近似認為是新工藝系統中的同軸度數據。此時其與中心孔的中心位置距離為分度圓的半徑，大于偏心軸頭的偏心距，這時不考慮其他誤差，偏心軸的偏移量應小于0.023mm，即可以認為偏心軸的同軸度小于0.023mm，同時小于前述的0.05mm的要求。說明從理論上新工藝方案是可行的。
新工藝方案采用的定位工裝如圖3所示，裝上偏心齒輪后如圖4所示。
其余各面的加工按照常規工藝要求執行。保證偏心軸的偏心距非常有必要，因為偏心距也是影響同軸度的主要因素之一。在加工時，打表找正中心孔的中心，跳動量≤0.02mm。利用鏜床顯示的坐標移動鏜桿，保證圖樣的偏心距尺寸。此時，新工藝方案中偏心距的測量可以制作專用的測量工具來完成，或是在鏜床的移動精度保證的前提下，直接采用打表的方法進行測量，即完成加工后，利用定位套的中心與偏心軸的外圓的中心距離測量偏心量是否符合圖樣的設計要求。
大型偏心齒輪的新工藝路線如下：鑄造→熱處理→粗車外圓、平面→精車外圓、平面及內孔→滾齒→粗鏜偏心軸頭→精鏜軸頭→鉆攻其余各孔。
經生產實踐，按此新工藝加工的偏心齒輪組裝試車后達到整機的性能要求，實現了單件加工達到成對和互換的精度，提高了大型偏心齒輪的加工效率及質量。同規格的互換性為組裝工作提供了便利，不再需要成對組裝。
一個零件的加工工藝，應以保證圖樣的設計要求為前提。大型偏心齒輪的單件加工實現互換效果的實例，避免了傳統工藝的短板，為大型零件的工藝開發提供了一種思路。在加工設計工作中，除了重視設備的更新換代之外，還需要結合現有的設備和條件開發出適用的加工工藝。由此，才得以解決工藝設計中的各種難題，提升加工技術的水平和產品質量。