圆柱齿轮加工工艺实施优化

圆柱齿轮的加工工艺过程，是根据齿轮精度要求、结构形式、产量多少、材料及各工厂设备条件而制定的，但大致的路线如下：

毛坯制造→热处理→齿坯加工→齿轮加工→轮齿热处理→定位基面精加工→轮齿精加工。图3-18所示为一只双联齿轮零件，小齿轮精度为7级，大齿轮精度为6级，齿面硬度为52 HRC，生产批量为中批生产（齿轮参数见表3-9）。表3-10所示为其加工工艺过程。由此可归纳出一些共同的规律：

图3-18　双联齿轮

表3-9　双联齿轮参数　mm

表3-10　双联齿轮加工工艺过程

1.定位基准的确定与加工

齿轮加工的定位基准应尽可能与设计基准相重合。而且，在加工齿形的各工序中尽可能应用相同的定位基准。

对于小直径的轴齿轮，定位基准采用两端中心孔；大直径的轴齿轮通常用轴颈及一个较大的端面来定位；带孔（或花键孔）齿轮则以孔和一端面来定位。

必须注意：当齿面经淬火后，在齿面精加工之前，必须对基准孔进行修正，如表3-9中14号工序，以修正淬火变形。内孔的修正通常采用在内圆磨床上磨孔的工序，或用推刀在压床上推孔的工序。

磨孔时应以齿轮的分度圆作定位基准，若工件齿数是3的倍数，则可用图3-19所示的方法：用三只滚柱三等分装卡在内圆磨床的三爪卡盘里。磨削后孔的中心与齿圈的径向跳动小，对以后的磨齿有利。如果工件齿数不能被3整除，则需采用专用的齿轮节圆夹具。

2.齿坯加工

圆盘带孔齿轮的齿坯加工，主要加工齿坯内孔（或带键槽、花键孔）、齿顶外圆和两个端面。

孔加工可采用钻、扩、铰、插，或钻、扩、拉，或钻、扩、拉、磨，或镗、拉、磨等方法。

在成批生产中，常用六角车床或单轴多刀半自动车床上加工齿坯；在大批大量生产中，采用多轴、多刀、半自动机床或自动线加工齿坯。

3.齿形加工工序的安排

齿形加工工序的安排主要取决于齿轮精度等级和热处理要求。

（1）对于8级精度的齿轮，用滚齿或插齿就能满足要求。采取的工艺路线为：滚（或插）齿→齿端倒角→齿面热处理→校正内孔的路线。热处理前的齿形加工精度应提高一级。

（2）7级精度的齿轮，一般的工艺路线为：锻造→粗车→正火→拉孔→精车→钳工→滚齿→齿端倒角剃齿→热处理（齿面高频淬火）→磨内孔（或校正花键孔）→珩齿→检验。

7级齿轮齿形的基本加工工艺为：滚→剃→热→珩；或者也可以采用粗滚→精滚；有时还采用滚→热→磨的工艺，但这样做增加了成本。

（3）对于6级以上的精密圆柱齿轮，常用齿形加工路线有：粗滚→精滚→淬火→磨齿（4-6级）；或粗滚→精滚（或精插）→剃→高频淬火→珩。

如果所用的精密滚齿机的周期误差非常小，且滚齿机的传动链带有误差校正装置，也可以精滚4～5级的齿轮与蜗轮。

案例1：盘套类零件加工。

图3-20示为一齿轮坯零件。

图3-19　分度圆定位磨内孔

图3-20　齿轮坯

1.技术要求分析

盘套类零件主要由孔、外圆与端面所组成。除尺寸精度、表面粗糙度有要求外，其外圆对孔有径向圆跳动的要求，端面对孔有端面圆跳动的要求。保证径向圆跳动和端面圆跳动是制定盘套类零件工艺要重点考虑的问题。在工艺上一般分粗车和精车，精车时，尽可能把有位置精度要求的外圆、孔、端面在一次安装中全部加工完。若有位置精度要求的表面不可能在一次安装中完成，则通常先把孔制出，然后以孔定位上心轴加工外圆或端面（有条件也可在平面磨床上磨削端面）。其常使用心轴装夹方式。

2.加工步骤如下：

（1）下料φ110mm×36.5mm。

（2）夹持φ110mm外圆，长20mm；车端面见平；车外圆φ63mm×10mm；三爪卡盘装夹。(www.xing528.com)

案例2：图3-21所示为直齿圆柱齿轮，批量生产。

图3-21　直齿圆柱齿轮

1.齿形加工工艺过程分析

齿轮的加工工艺过程应根据齿轮的结构形状、材料及热处理要求、精度要求、生产批量和生产条件确定。常用的齿形加工方案如下。

（1）8级精度以下的齿轮：调质齿轮用滚齿或插齿就能满足要求。对于淬硬齿轮可采用滚（插）齿—齿端加工—齿面热处理—校正内孔的加工方案。

（2）6、7级精度齿轮对于淬硬齿面的齿轮可采用滚（插）齿—齿端加工—剃齿—表面淬火—校正基准—珩磨（蜗杆砂轮磨齿）的加工方案。这种方案加工精度稳定，生产率高，适用于批量生产。

（3）5级以上精度齿轮：一般采用粗滚齿—精滚齿—表面淬火—找正基准—粗磨齿—精磨齿的加工方案。

该齿轮材料为45钢，精度等级为7级，齿廓粗糙度为Ra0.8 μm，齿部热处理要求为G52。因此，对齿轮齿形的加工可以采用滚齿—齿端加工—剃齿—表面淬火—校正基准—珩磨（蜗杆砂轮磨齿）的加工方案。

2.滚齿加工

（1）滚齿机及滚刀的选择。根据齿轮的尺寸、加工精度等级，可选用Y3150E型滚齿机，滚刀为A级精度，右旋单头，采用逆铣加工；滚刀轴扳动角度λ0=2°19′，应按顺时针方向扳动。

（2）刀具耐用度、滚齿留剃余量的确定。刀具耐用度取值为240 min，选择滚齿留剃余量为0.16mm。

（3）切削深度、垂直进给量的确定。由于该齿轮滚齿后需剃齿加工，因此切削深度采用一次走刀加工，选取垂直进给量fa=0.5mm/r。

（4）切削速度的确定。根据上述所取得的进给量和耐用度数值，再综合考虑被加工齿轮的模数、材料性质的其他加工条件，确定加工类型改变的修正系数为1.4，则切削速度vc=85×1.4=119(m/min)。

（5）切削功率的计算。由于切削功率为0.6 kW，则机床电动功率PE=Pm/ηm=0.6/0.4=1.5（kW）。Y3150E型滚齿机的主电动机功率为4 kW，所以满足要求。

（6）滚齿切削液的选用。切削过程中，选用由矿物油和植物油合成的复合切削油，以提高滚刀寿命、降低齿面粗糙度。切削液的流量为8～10 L/min。

（7）分齿挂轮的进给挂轮的计算。Z=50＜142，取E/F=36/36。

取a=48，b=100。

取a1=30，b1=48。