機(jī)械中斜齒輪加工的工藝設(shè)計(jì)

龐 廣

（廣東省肇慶市廣寧縣中等職業(yè)技術(shù)學(xué)校，廣東 肇慶 526300）

1 斜齒輪的介紹

傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)高速旋轉(zhuǎn)的部位是齒輪，其傳動(dòng)效率的高低由齒輪材料、接觸嚙合率、好壞直接決定。齒輪性能是齒輪的圓周轉(zhuǎn)速高達(dá)200m/s,切削精度等級(jí)為IT9～I(xiàn)T6,表面粗糙度Ra1.5μm以上，扭轉(zhuǎn)剛度和彎曲剛度都比較高，并且具有極高的回轉(zhuǎn)精度和良好的抗震性能。斜齒輪的機(jī)構(gòu):根據(jù)齒輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，假如齒輪和軸分開(kāi)制造，根據(jù)齒輪的大小要求，可以做成實(shí)心式齒輪。中心孔的主要作用是加工齒輪和齒輪使用的固定作用，相互間的跳動(dòng)為0.005，中心孔和鍵槽的表面精度對(duì)固定有著重要的影響，鍵槽其作用是傳遞扭矩和轉(zhuǎn)速[1]。

1.1 斜齒輪功能與結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

斜齒輪是機(jī)械傳動(dòng)中最重要的傳動(dòng)之一，形式很多，應(yīng)有廣泛，它的作用是是傳遞功率和傳遞圓周速度。具有效率高、結(jié)構(gòu)緊湊、壽命長(zhǎng)、傳動(dòng)穩(wěn)定是它的主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。斜齒輪的技術(shù)要求:斜齒輪輪齒加工表面精度要求較高，屬于高精度輪齒，其中齒輪外圓?141.56js5外圓尺寸精為IT5，表面粗糙度要求，齒輪條部位表面粗糙度要求較高，它們的精度著決定斜齒輪工作精度。

1.2 齒輪工藝分析

初步工藝流程下所示：①粗車?141.56外圓；②精車?60內(nèi)中心孔；③滾齒?141.56外圓和倒角；④插鍵槽至尺寸；⑤精磨平面、內(nèi)孔和齒條。由于斜齒輪的幾個(gè)加工表面都有精度、位置度要求，因此需要使用專用夾具，粗車外圓和內(nèi)孔使用三抓卡盤(pán)，此外滾齒和插鍵槽專用夾具[2,3]。

2 毛坯、材料、熱處理

毛坯的選擇:斜齒輪毛胚的選擇主要考慮齒輪條強(qiáng)度要求和齒面的精度要求，多選用鍛鋼，斜齒輪的用于高速、重載及精密機(jī)器，加工齒輪是應(yīng)先切齒，再做表面硬化處理，后再進(jìn)行精加工，選擇20CrMnTi鍛鋼經(jīng)過(guò)硬化處理就可以滿足要求。毛坯材料的選擇:鍛鋼是齒輪類零件常用的材料，經(jīng)熱處理即可滿足使用要求[7]。由于斜齒輪作為專用傳遞扭矩和動(dòng)力之一，其斜齒輪在強(qiáng)度、精度和轉(zhuǎn)速上要求都極高，因此需要選擇經(jīng)過(guò)熱處理的20CrMnTi作為專用毛坯材料。零件熱處理時(shí)斜齒輪通常要經(jīng)過(guò)預(yù)備熱處理和最終熱處理兩個(gè)熱處理階段，預(yù)備熱處理通常采用調(diào)質(zhì)或正火，安排在粗加工之前，使斜齒輪降低的硬度和強(qiáng)度，以便于切齒，并使刀具不至于磨損遲鈍。

3 工藝規(guī)程設(shè)計(jì)

3.1 加工階段的劃分

結(jié)合中斜齒輪精度要求，可以將加工斜齒輪過(guò)程分為下面4個(gè)階段，毛坯鍛造階段、粗加工階段、精加工階段、滾齒階段、磨平階段。切削加工的順序：基準(zhǔn)先行、先粗后精、先主后次、先面后孔。

3.2 定位基準(zhǔn)的選擇與轉(zhuǎn)換、加工順序

根據(jù)加工流程的需要，選擇不一樣的夾具，定位基準(zhǔn)也就不一樣了，選擇內(nèi)孔中心定位，避免徑向跳動(dòng)。斜齒輪的主要加工是外圓、鉆孔、鍵槽，按先粗后精順序，使最終加工精度達(dá)到零件要求。“基準(zhǔn)先行”：前一工序應(yīng)該作為后一工序的基準(zhǔn)。首先加工外圓，為粗車外圓準(zhǔn)備好基準(zhǔn)，外圓又作為加工內(nèi)圓的基準(zhǔn)，滾齒完畢之后安裝就可以反過(guò)來(lái)作為加工外圓基準(zhǔn)。加工倒圓，插鍵槽，提高精度之后作為加工外圓、螺紋、鍵槽的精基準(zhǔn)，精加工之后的外圓又作為內(nèi)孔精磨的基準(zhǔn)，如此，把基準(zhǔn)先行貫穿于整個(gè)工藝過(guò)程。先粗后精：斜齒輪的加工順序應(yīng)遵循先粗加工后精加工端的順序，因?yàn)橐婚_(kāi)始就加工工件線段會(huì)降低工件剛度。先主后次：斜齒輪為空心齒，加工分先后順序，一步一步按照需求來(lái)執(zhí)行，粗車外形之后，精車內(nèi)孔，以便內(nèi)孔用來(lái)固定便于滾齒加工，精加工用于最后階段，以達(dá)到精度要求。先面后孔：外圓和孔屬于表面，外圓為主表面，孔為次表面，這些加工順序一般安排在粗加工之后，不然加工內(nèi)孔先，等到加工外齒面之后，孔的精確度得不到保證，尺寸精度存在誤差。

3.3 確定機(jī)械加工余量、工序尺寸

由已知斜齒輪材料為20CrMnTi，屈服強(qiáng)度達(dá)1100MPa，并且采用鍛鋼毛坯。通過(guò)查《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》確定，可得到各個(gè)表面加工量，工序尺寸如下：加工余量的大小對(duì)于斜齒輪的加工質(zhì)量和效率、加工成本都有很大的影響。加工余量過(guò)于大，又增加加工成本和刀具的損耗，加工余量過(guò)小又會(huì)導(dǎo)致補(bǔ)償工序加工的時(shí)候產(chǎn)生誤差，所以合理的確定加工余量是非常重要的事。加工余量小，精確度就高，對(duì)生產(chǎn)成本也就不會(huì)這么高。

3.4 確定各工序切削用量

（1）粗車端面、外圓、鉆中心孔切削用量 加工條件。毛坯材料：20CrMnTi δb=1200MPa 鍛鋼。加工要求：大端表面粗糙度Ra=0.8μm，小端面Ra=1.6μm ；車?141.56和?60內(nèi)孔，要求表面粗糙度Ra=1.25μm。機(jī)床: CA6140普通車床。 確定切削用量：切屑用量的確定方法是根據(jù)工件的材料和直徑選擇加工刀具，然后由加工余量確定背吃刀量，背吃刀量確定后即可以確定進(jìn)給量，進(jìn)給量確定后就可以確定切屑速度。

（2）鉆、粗車內(nèi)孔切削用量： 加工條件：工件材料：20CrMnTi δb=1200MPa 鍛鋼。加工要求：從大端面鉆長(zhǎng)度90mm ，直徑?30孔。設(shè)備條件：CA6140普通車床。刀具：由于毛坯材料為碳合金剛，鉆孔選用W18Cr4V鉆頭，內(nèi)排屑深孔鉆。

（3）半精車端面、外圓和倒角切削用量。為達(dá)到工件表面粗糙度要求，粗車外圓之后必須進(jìn)行半精車，半精車要盡量減少余量，降低磨削加工余量，從而降低加工成本。由于半精車背吃刀量比較小，切削過(guò)程刀具運(yùn)轉(zhuǎn)速度比較快，需要保證刃傾角為正直。當(dāng)刃傾角λs=0時(shí)，主切削刃與切削速度垂直，稱為直角切削或正切削。當(dāng)λs＞0時(shí)，主切削刃與切削速度成銳角，可保證加工精度。除了半精車外圓，本道工序還要切倒角。為在加工時(shí)便于退刀，保證相鄰零件在組裝時(shí)靠緊需要留出退刀槽。倒角的作用是更好地裝配和消除加工帶來(lái)的毛刺。設(shè)備條件：CA6140普通車床。倒角選用：YT15 刀寬3mm 刀尖半徑 re=1mm。

（4）半精車內(nèi)孔、內(nèi)凹面和倒角切削用量。。半精車內(nèi)孔主要技術(shù)難點(diǎn)是內(nèi)凹面加工，要保證斜度符合要求外，表面粗糙度Ra=0.3μm，精度較高。以及內(nèi)孔拉鍵的加工要達(dá)到圖紙要求，加工的條件：本工序加工材料和表面精度示，機(jī)床：CA6140普通車床.刀具：內(nèi)孔車刀選擇 YT15 16x25mm r0=150 kr=750 λs=150。

（5）粗磨端面、外圓切削用量。磨削是利用砂輪表面上由結(jié)合劑彈性支撐著的極多微小磨粒切削刃進(jìn)行的切削加工[5]。磨削能達(dá)到精度為IT5～I(xiàn)T6級(jí)，表面粗糙度能達(dá)到0.8～0.08μm[5]。粗磨能夠?yàn)榫チ舫鼍鶆虻挠嗔浚尵ツコ龀叽绾愣?。根?jù)圖1-1表面粗糙度要求，零件磨削加工應(yīng)先安排粗磨，然后精磨。 加工條件:工件材料和表面精度要求。設(shè)備條件：外圓磨床。滾齒加工：斜齒輪滾刀，材料為高速鋼，采用Y3150E滾齒機(jī)。確定進(jìn)給量：首次進(jìn)給量為0.5，二次為1.25mm，留磨削余量0.25mm。

4 夾具設(shè)計(jì)

機(jī)床磨具。這是在機(jī)床上裝夾的一種裝置，其作用是用于固定工件，并維持和刀具的一個(gè)正確位置，并在加工的過(guò)程中保持位置不變。為了保證加工質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，需要設(shè)計(jì)專用的夾具。由分析得，斜齒輪加工齒條特點(diǎn)是以內(nèi)孔我固定點(diǎn)，鍵槽固定，互為基準(zhǔn)。根據(jù)這個(gè)原則，可以設(shè)計(jì)固定轉(zhuǎn)盤(pán)，滾齒加工外圓時(shí)，鍵槽固定，這樣就可以保證滾齒刀加工的精確度。齒輪加工的方法有很多，最常用的救贖切削加工法。切削法又可以分為仿形法和范成法兩種，由于仿形法是以銑床銑刀逐個(gè)切，精度不高。所以一般使用范成法，弄一對(duì)相嚙合的齒輪之一作為刀具，另一個(gè)作為輪坯，兩者按照一點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)比運(yùn)動(dòng)，刀具也就起到切削作用。

5 總結(jié)

文章通過(guò)介紹斜齒輪加工工藝規(guī)程，齒輪加工工藝過(guò)程卡，主要加工工序卡，各工序具體切削用量和斜齒輪是傳遞扭矩和動(dòng)力不可或缺的零件，說(shuō)明它的加工精度直接決定齒輪工作效率和使用壽命。希望在不久的未來(lái)可以通過(guò)不斷改善加工設(shè)備、專用夾具、加工工序等方法加工出效率和剛度更高的斜齒輪。