長軸類齒輪零件插齒加工工藝優(yōu)化

路陽+張晨

摘 要：目前，齒輪的加工仍以滾齒和插齒加工為主，不同的加工工藝具有不同的特點，在實際加工中往往會根據(jù)零件特點選擇最適合的加工工藝；選擇不同的加工工藝，影響甚至決定了機械加工的質(zhì)量和水平。在我國現(xiàn)階段齒輪加工工藝技術(shù)中，仍存在許多問題需要工藝設(shè)計人員進行思考，不斷地提出新的方法加以優(yōu)化，以提升齒輪加工工藝水平。

關(guān)鍵詞：軸類零件；插齒；工藝優(yōu)化

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.10.014

1 概述

齒輪零件的制齒加工，一般采用效率較高的滾齒加工工藝；相對于滾齒工藝，雖然插齒工藝效率較低，但其精度比滾齒好，另外插齒可以加工內(nèi)齒以及離軸肩較近的齒輪。例如有些長軸類齒輪零件，由于軸肩結(jié)構(gòu)限制，沒有足夠的滾齒出刀，因此只能采取插齒工藝。然而，由于插齒效率較低，工藝優(yōu)化就尤顯重要，通過設(shè)計自動加緊夾具，優(yōu)化切削參數(shù)及余量等可以達到提高插齒加工效率的作用。

2 工件結(jié)構(gòu)及現(xiàn)狀分析

圖1為拖拉機零件動力輸出主動軸，其中A齒模數(shù)為5mm，齒數(shù)11，B齒模數(shù)為5mm，齒數(shù)13。B齒可直接滾齒加工，而A齒直接滾齒加工時B齒對滾刀出刀造成干涉，長期以來只能用插齒加工。軸類零件加工一般采用兩端中心孔為定位基準(zhǔn)，但此零件較長（478mm），桿部外圓又比較細（Φ30mm），所以A齒插齒工序采用外圓D和端面E定位，手動用百分表找正A齒部外圓C，進行加工；C、D外圓和E端面插齒前有精磨工序加工。而且夾具需用手動上緊四個壓板來壓緊零件，加工效率及裝夾效率極低，勞動強度也大，每班僅加工15件，已經(jīng)成為此零件的加工瓶頸工序，嚴重影響產(chǎn)能。圖2為工藝優(yōu)化前手動裝夾夾具。通過對零件結(jié)構(gòu)和原工藝方案的分析，認為此零件加工的主要問題為加工效率低，解決此問題主要可以從以下兩方面尋找突破：第一、加工工藝方面：尋找高效的加工工藝手段，彌補插齒工藝效率低的缺點；第二、夾具方面：設(shè)計新的自動加緊無間隙定位的插齒夾具，不用手工單件找正及上壓板螺釘，大幅提高裝夾效率，也提高了插齒精度。

滾齒是目前較高效的加工工藝，但是直接滾齒會有出刀干涉。所以想到滾齒和插齒相結(jié)合的方式，即滾齒只去除大部分加工余量，而不加工到尺寸，剩下的余量由插齒加工到尺寸，這樣既可以避開出刀干涉，又可以達到提高效率的目的。要想設(shè)計自動加緊加緊，首先要考慮零件結(jié)構(gòu)。由于零件結(jié)構(gòu)比較長，設(shè)計夾具難度較大：零件長478mm，大部分的長度要裝在機床工作臺面一下，基本達到了機床的加工極限。按常規(guī)的設(shè)計，其夾具制造極其困難，制造精度很難保證，重量也非常大，價格也將非常的昂貴。

3 加工方案優(yōu)化

通過對零件理論分析和繪圖（見圖1）發(fā)現(xiàn)，A處滾齒出刀干涉較小，如將滾齒加工公法線減小1mm，即可剛好完成出刀；滾齒粗加工后，再用插齒工藝對齒加工剩余余量，完成最終齒形加工。這樣，本工序一分為二，兩種加工方式的加工余量均較小，都可以采用大的進給加工，并且滾齒工藝本來效率就高，這樣下來加工效率將會成倍提高。

4 自動夾具設(shè)計

經(jīng)過分析原工藝，外圓D和端面E為磨過的精基準(zhǔn)，所以新夾具仍以外圓D和端面E定位，其裝配示意圖如圖2所示。之前加工精度不高主要為外圓D和夾具間隙定位，手動找正精度不高造成；新夾具則采用彈性筒夾抱緊外圓D，無間隙定位，無需找正齒部外圓；彈性筒夾通過連接螺母、連接桿、拉桿與機床液壓缸相連，隨機床液壓缸動作完成零件自動定位和加緊過程。用四根長拉桿連接彈性筒夾和機床液壓缸，既避開了較長的零件桿部，又不會造成夾具超重，節(jié)省材料降低夾具成本。而上本體上裝有手動對齒規(guī)，首件調(diào)整刀具后，后續(xù)對齒規(guī)可保證每個零件齒槽與刀齒的對應(yīng)，由于公法線余量有1mm，對齒方便快捷的同時也可以滿足插齒精度的要求。

5 新工藝方案效果

新工藝實施前，由于插齒加工效率及裝夾效率低，每班僅加工15件，采用新工藝后，粗滾工藝每班60件，精插工藝每班35件，成倍的提高了加工效率；另外，零件精度也有較大的提高，而且插齒裝夾不用找正，因此取消了齒部外圓C的熱前精磨工序。此零件使用粗滾齒工藝，必須經(jīng)過驗算及加工實驗，嚴格控制公法線尺寸及出刀，避免出刀過多造成與B齒干涉；而滾齒公法線一致性的控制有利于對齒插齒加工。另外，插齒工藝主要應(yīng)注意對齒操作，避免對齒不準(zhǔn)確而造成齒面無法全部加工出來。

6 結(jié)語

通過工藝方案的創(chuàng)新優(yōu)化及插齒夾具的創(chuàng)新設(shè)計，在提高加工效率的同時，提高了零件加工質(zhì)量，減少了多余的磨外圓工序，達到了工藝的整體優(yōu)化，也為以后特殊零件的加工提供了新的工藝方案。因此，機械工藝設(shè)計及優(yōu)化只有突破傳統(tǒng)加工思維，才能找到解決方案，并以理論為依據(jù)，進行不斷地實踐驗證，才能成為可行的創(chuàng)新型方案。

參考文獻：

[1]王啟平.機床夾具設(shè)計[M].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，1995.

[2]成大先.機械設(shè)計手冊[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2008.

作者簡介：路陽（1986-），男，河南洛陽人，本科，助理工程師，從事齒輪工藝與制造。