某齒輪軸車序加工工藝設(shè)計

【摘要】本論文提出了一種齒輪軸車序加工工藝，該工藝能夠節(jié)約時間和成本，適用于齒輪中大批量生產(chǎn)，具有一定的推廣價值。

【關(guān)鍵詞】齒輪軸；車序；工藝；中大批量

1.引言

齒輪軸是齒輪傳動機構(gòu)常用零件。當(dāng)齒輪齒數(shù)較小時，若與軸分體加工，則齒輪過薄，齒輪剛度和強度不能滿足生產(chǎn)實際需求，此時應(yīng)當(dāng)將齒輪要素與軸要素合并成一個零件，加工成齒輪軸。齒輪軸在機械行業(yè)各個領(lǐng)域均有廣泛應(yīng)用。我公司對某齒輪軸的車序進行了加工工藝改進，使工藝路線更加完善。

2.齒輪軸加工工藝分析

齒輪軸根據(jù)應(yīng)用條件不同，其材質(zhì)、加工工藝、熱處理工藝也不同。而且，大多數(shù)情況下齒輪副的傳動比并不是1：1，對于主要起傳動功率和扭矩作用的齒輪副，大齒輪的材料一般會選擇較軟一些、成本較低一些的中碳鋼或者低合金鋼材料，而小齒輪的材料一般選擇較硬一些的中碳鋼、低合金鋼或者高合金鋼材料，同時在熱處理方面，需要區(qū)別性地對兩齒輪進行熱處理。一般而言，在較高轉(zhuǎn)速、較重載荷作用下，齒輪需要進行表面熱處理，如表面淬火、滲碳、滲氮、碳氮共滲等。由于本論文討論的齒輪軸應(yīng)用在高速重載工作環(huán)境下，因此，齒輪軸材料選用20CrMnTi，半精加工完成后進行調(diào)制處理，再進行滲碳處理，要求齒面硬度HRC56-62，滲碳層深度0.8～1.2，心部硬度HRC32～38，再對齒面進行磨削加工到尺寸。

齒輪軸在齒面加工之前，需要進行車序加工。如圖1所示為齒輪軸的圖紙。分析圖紙，齒輪軸兩處Φ25直徑處，Φ28直徑處，這三處精度要求較高（尺寸公差0.015，跳動度0.03）。齒輪外齒廓直徑尺寸精度要求也較高（尺寸公差0.017）。但是，這些尺寸仍然在車削經(jīng)濟尺寸范圍內(nèi)。因此，齒輪軸車序加工可以將以上尺寸加工到位。而齒輪軸兩端面粗糙度Ra50，且長度尺寸為最低等級的尺寸公差要求，該粗糙度可以通過鋸床切割保證。因此，本零件毛坯設(shè)計為Φ47×95棒料，由Φ47長20CrMnTi棒料在鋸床上切割而成。

3.齒輪軸車序加工工藝的難點

3.1 刀具裝卡方式的確定

該齒輪軸的車序加工使用一般的數(shù)控車床即可完成，加工重點為提高加工效率的提高和加工成本的降低。而對于批量生產(chǎn)，增加一個工序意味著增加一臺機床和一套卡具，并且增加一臺機床的占地面積。對于不采用自動線或者經(jīng)常換產(chǎn)的企業(yè)，還需要增加相應(yīng)的人工成本。因此，應(yīng)盡量減少加工工序以降低設(shè)備投資?；谝陨峡紤]，該齒輪軸車序采用端面驅(qū)動頂尖和尾臺頂尖同時頂緊，粗精加工在一臺車床上完成的方式進行加工，這樣，整個車序只需要1臺數(shù)控車床即可完成。而且，驅(qū)動頂尖和尾臺頂尖已經(jīng)有大量供應(yīng)商提供的標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品可供采購，這也大大減少了成本，縮短了供貨周期。

該齒輪軸車序加工地工藝難點為如何在使用端面驅(qū)動頂尖的時候達到高效率切削，以及車削刀具的選擇。端面驅(qū)動頂尖中心是一個頂尖，頂尖由彈簧控制其軸向位置，但彈簧的作用力不大；彈性頂尖周圍有4個固定的撥塊，撥塊端面與齒輪軸粗糙的端面接觸，并由尾臺頂尖提供壓緊力，從而在機床主軸旋轉(zhuǎn)時及加工時產(chǎn)生摩擦力推動齒輪軸旋轉(zhuǎn)，但此方法產(chǎn)生的摩擦力不是很大。如果采用過高速度或者過大切削力進行加工，則會出現(xiàn)齒輪軸端面打滑，破壞端面和端面驅(qū)動頂尖，同時造成加工精度和粗糙度不滿足圖紙要求。

3.2 刀具參數(shù)的確定

3.2.1 刀具材料和刀桿的確定

由于20CrMnTi屬于低合金鋼，因此可以采用P類硬質(zhì)合金刀片。根據(jù)對工藝系統(tǒng)的分析，粗加工選用4225材料硬質(zhì)合金，精加工選用4215材料硬質(zhì)合金，刀桿采用常規(guī)刀桿，同時根據(jù)加工工藝，粗車左、右手刀各一，精車左、右手刀各一。

3.2.2 刀具幾何角度的確定

確定刀具幾何角度，需要根據(jù)工件具體問題具體分析。一般而言，刀具角度對工件加工地影響如下：

（1）前角：前角增大，刃口會更加鋒利，這樣可以減小切屑層的塑性變形，減小切削摩擦阻力；但前角過大會不利于切削熱發(fā)散，降低切削刃強度，甚至可能造成崩刃。由于該齒輪軸加工系統(tǒng)剛性較差，因此粗加工時用-6o負前角，精加工時用0o前角。

（2）后角：后角的大小會影響工件與刀具后刀面的摩擦。一般而言，后角越大工件與刀具后刀面摩擦越小。但是后角過大會不利于切削熱發(fā)散，降低切削刃強度。一般而言，粗加工時需要刀具剛性更高，因此取較小后角；精加工時后刀面上的磨損為主要磨損，為了降低磨損，取較大后角。因此，加工該齒輪軸，粗加工時取0o后角，精加工時取7o后角。

（3）主偏角、副偏角：主偏角增大，會造成切削時進給力增大，背向力減?。桓逼侵饕绊懠庸ご植诙?，一般而言副偏角越小粗糙度越低，但副偏角過小會增大徑向切削力，容易引起振動。而且，由于需要車削階梯面，因此刀具主偏角必須大于90o。為了增加工藝系統(tǒng)剛性，選擇主偏角為95o，副偏角為5o。

3.2.3 刀尖角的確定

一般而言，車削零件時刀尖角采用0.4～2.0mm可以滿足大多數(shù)加工要求。由于該齒輪軸最高粗糙度要求為車削外圓面的Ra1.6要求，因此粗加工可以采用0.8mm刀尖角刀具，精加工可以采用0.4mm刀尖角刀具。

3.2.4 切削用量的確定

由于使用斷面驅(qū)動頂尖和尾臺頂尖兩端頂緊工件，粗加工切削速度120m/min，切削深度2.5mm，進給量0.3mm/r；精加工切削速度160m/min，切削深度1mm，進給量0.2mm/r。

4.該加工工藝的優(yōu)點

本方案采用了端面驅(qū)動頂尖與尾臺頂尖兩端頂緊的方式，只需要1臺機床、1次裝夾即可完成整個車序加工。雖然驅(qū)動頂尖的價格較高，但相較兩臺車床、標(biāo)準(zhǔn)卡盤裝卡的方式，依然節(jié)約了設(shè)備的投資。由于減少了機床設(shè)備數(shù)量，人力成本也得到節(jié)約。同時，該方案避免了二次裝夾帶來的誤差，提高了加工精度。在工藝許可范圍內(nèi)盡可能選取大的切削深度、進給量和切削速度，則有效地保證了加工的高效率。通過批量試制證明，該方案節(jié)約時間30%以上，節(jié)約成本50%以上。

5.結(jié)語

通過齒輪軸的車序工藝的設(shè)計，齒輪軸的加工節(jié)約了設(shè)備、人力的投入，節(jié)約了加工時間和加工成本。特別是中大批量生產(chǎn)，該方案的優(yōu)勢體現(xiàn)得更加明顯。而且，由于卡具已經(jīng)有大量供應(yīng)商標(biāo)準(zhǔn)化，卡具采購方便。根據(jù)生產(chǎn)實際需要，可以很方便地進行換產(chǎn)，更好地滿足生產(chǎn)需求。

參考文獻

[1]王先奎等，機械加工工藝手冊[M].北京：機械工業(yè)出版社，2011.

[2]現(xiàn)代實用機床設(shè)計手冊編委會，現(xiàn)代實用機床設(shè)計手冊[M].北京：機械工業(yè)出版社，2006.