探析套筒齒輪零件機(jī)械加工工藝設(shè)計(jì)

摘 ?要：為解決因機(jī)械加工方法選擇不當(dāng)、工藝流程缺乏嚴(yán)格把關(guān)等因素引發(fā)的零件質(zhì)量差、不符合工藝手冊(cè)要求等問(wèn)題，本文針對(duì)某套筒齒輪零件的結(jié)構(gòu)、工藝參數(shù)進(jìn)行分析，確認(rèn)毛坯材料選型、加工余量、軸向工序尺寸及公差、表面粗糙度等具體指標(biāo)，并完成工藝路線(xiàn)的科學(xué)設(shè)計(jì)，為零件機(jī)械加工質(zhì)量提供良好保障。

關(guān)鍵詞：機(jī)械加工;套筒齒輪;工序尺寸;加工余量

引言：

套筒齒輪是發(fā)揮傳動(dòng)作用的軸零件，主要依靠軸、平鍵之間的連接帶動(dòng)齒輪嚙合，在傳動(dòng)過(guò)程中實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩的傳遞。該零件在工業(yè)產(chǎn)品制造領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用價(jià)值，零件加工質(zhì)量將直接影響裝配精度及產(chǎn)品質(zhì)量，對(duì)其機(jī)械加工工藝的改進(jìn)與優(yōu)化提出現(xiàn)實(shí)要求。

1零件加工要求分析

1.1加工參數(shù)

以某套筒齒輪零件為例，該零件模數(shù)為3mm、齒數(shù)為25個(gè)，整體外形輪廓較為簡(jiǎn)潔，加工工藝復(fù)雜程度較低，但對(duì)于零件表面粗糙度指標(biāo)提出嚴(yán)格要求。在加工方法選擇上，零件齒輪一端表面的粗糙度為3.2μm、齒輪公差組的精度等級(jí)為6級(jí)，齒輪內(nèi)孔表面粗糙度為1.6μm，另一端外圓表面粗糙度數(shù)值為0.8μm，且內(nèi)孔中開(kāi)設(shè)鍵槽的槽頂面粗糙度為3.2μm，精度等級(jí)相對(duì)較高，對(duì)上述位置宜采用精加工方法;零件其余部位的表面粗糙度均為6.3μm，可選擇粗加工或半精加工方法配合使用，在滿(mǎn)足加工精度要求的同時(shí)提高加工效率。同時(shí)，應(yīng)控制好零件兩端外圓Φ50js6mm、Φ52H7mm與中心孔之間的同軸度，在零件加工環(huán)節(jié)選擇中心孔、外圓和中心孔、外圓表面或帶中心孔的錐堵作為定位基準(zhǔn)，保證加工精度達(dá)標(biāo)[1]。此外，還需在零件相應(yīng)端面加工成45°倒角，用于改善零件強(qiáng)度、便于后續(xù)裝配。

1.2毛坯件選型

套筒齒輪主要承擔(dān)傳動(dòng)功能，該零件選用45鋼作為原材料，具有強(qiáng)度高、成本經(jīng)濟(jì)等特點(diǎn)，可保證加工后零件的強(qiáng)度達(dá)標(biāo)[2]。在毛坯選擇環(huán)節(jié)，根據(jù)零件外形、輪廓與尺寸等參數(shù)，以及預(yù)計(jì)年產(chǎn)1500臺(tái)的生產(chǎn)規(guī)模，擬選用鍛件毛坯以鍛造工藝成型。根據(jù)GB/T 12362-2016《鋼質(zhì)模鍛件公差及機(jī)械加工余量》與工藝手冊(cè)，確定零件內(nèi)、外表面的機(jī)械加工余量，判斷零件不同部位的表面粗糙度是否>1.6μm，確定毛坯尺寸，并根據(jù)45鋼的含碳量<0.65%，判斷鍛件材質(zhì)系數(shù)M1級(jí)，獲取鍛件毛坯的尺寸公差。

2機(jī)械加工路線(xiàn)及工藝要點(diǎn)

2.1工藝路線(xiàn)規(guī)劃

根據(jù)零件設(shè)計(jì)圖紙可知，該零件外形呈圓柱狀，以零件左側(cè)外圓的Φ30H7mm孔作為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)，并將其統(tǒng)一為測(cè)量、裝配基準(zhǔn)，借此最大限度避免在后續(xù)加工與裝配環(huán)節(jié)增加尺寸誤差，為零件加工精度提供保障。在定位基準(zhǔn)的選擇上，對(duì)于零件齒輪右側(cè)表面、齒輪內(nèi)孔表面、左側(cè)外圓表面與內(nèi)孔中開(kāi)設(shè)鍵槽的頂面等部位進(jìn)行精加工，應(yīng)在各部位加工環(huán)節(jié)選取已完工的零件表面作為定位基準(zhǔn);對(duì)于零件其他部位進(jìn)行粗加工或半精加工時(shí)，則選取零件兩側(cè)外圓、端面作為定位基準(zhǔn)。在工藝路線(xiàn)設(shè)計(jì)上，大體分為以下11道工序：

（1）選取Φ50js6mm外圓、左側(cè)端面作為定位基準(zhǔn)，對(duì)右側(cè)端面、外圓Φ810-0.1mm進(jìn)行粗車(chē)，對(duì)Φ52H7mm內(nèi)孔進(jìn)行粗鏜，并完成45°倒角加工。

（2）選取粗車(chē)后的右側(cè)端面和外圓Φ810-0.1mm作為定位基準(zhǔn)，對(duì)左側(cè)端面、Φ50js6mm外圓進(jìn)行粗車(chē)，對(duì)Φ30H7mm內(nèi)孔進(jìn)行粗鏜，并完成45°倒角加工。

（3）選取粗車(chē)后的左側(cè)端面、Φ50js6mm外圓作為定位基準(zhǔn)，對(duì)右側(cè)端面、外圓Φ810-0.1mm進(jìn)行半精車(chē)，對(duì)Φ52H7mm內(nèi)孔進(jìn)行粗鏜，并完成45°倒角加工。

（4）選取半精車(chē)后的右側(cè)端面、外圓Φ810-0.1mm作為定位基準(zhǔn)，對(duì)左側(cè)端面、外圓Φ50js6mm進(jìn)行半精車(chē)，對(duì)Φ30H7mm內(nèi)孔進(jìn)行半精鏜。

（5）選取半精車(chē)后的右側(cè)端面、Φ810-0.1mm外圓作為定位基準(zhǔn)，對(duì)Φ50js6mm外圓進(jìn)行精車(chē)，對(duì)Φ30H7mm內(nèi)孔進(jìn)行精鏜，并完成45°倒角加工。

（6）選取精車(chē)后的Φ50js6mm外圓、左側(cè)端面作為定位基準(zhǔn)，對(duì)Φ52H7mm內(nèi)孔進(jìn)行精鏜，并完成45°倒角加工。

（7）選取Φ30H7mm內(nèi)孔與左側(cè)端面作為定位基準(zhǔn)，滾齒。

（8）選取Φ30H7mm內(nèi)孔與左側(cè)端面作為定位基準(zhǔn)，拉鍵槽。

（9）選取Φ30H7mm內(nèi)孔與左側(cè)端面作為定位基準(zhǔn)，磨齒。

（10）鉗工去毛刺。

（11）終檢。

遵循上述工藝路線(xiàn)進(jìn)行零件加工，利用粗加工環(huán)節(jié)切除毛坯表面的機(jī)械加工余量，再經(jīng)由半精加工、精加工兩項(xiàng)工序確保零件表面粗糙度滿(mǎn)足精度要求。

2.2工序尺寸設(shè)計(jì)

為有效切除套筒齒輪外圓表面預(yù)留的機(jī)械加工余量，需運(yùn)用粗車(chē)、半精車(chē)、精車(chē)三道基本工序進(jìn)行零件加工，保證將總加工余量均衡分散至各工序環(huán)節(jié)，并通過(guò)將各工序的零件尺寸、公差數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總，確定具體的工序尺寸。該套筒齒輪零件待加工表面主要包含Φ50js6mm、Φ810-0.1mm兩外圓以及Φ30H7mm孔、Φ52H7mm兩內(nèi)孔，在各工序雙邊余量設(shè)計(jì)上，粗加工環(huán)節(jié)余量均為3mm;半精加工環(huán)節(jié)兩外圓加工余量分別為1.5mm和1mm，兩孔加工余量均為2mm;精加工環(huán)節(jié)外圓Φ50js6mm的加工余量為0.5mm，兩孔加工余量均為1mm。在軸向工序尺寸與公差設(shè)計(jì)上，粗加工環(huán)節(jié)四個(gè)部位分別為Φ52mm、Φ82mm、Φ27mm和Φ49mm;半精加工環(huán)節(jié)分別為Φ50.5mm、Φ810-0.1mm、Φ29mm和Φ51mm;精加工環(huán)節(jié)達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)尺寸。在表面粗糙度設(shè)計(jì)上，粗加工環(huán)節(jié)四個(gè)部位均為6.3μm;半精加工環(huán)節(jié)均為3.2μm;精加工環(huán)節(jié)外圓Φ50js6mm為0.8μm，兩孔均為1.6μm。

根據(jù)零件三個(gè)環(huán)節(jié)加工余量、工序尺寸與表面粗糙度三項(xiàng)指標(biāo)的設(shè)計(jì)結(jié)果，已知在完成工序1、2后零件端面的加工余量為3.7mm，將總加工余量分配至后續(xù)各工序環(huán)節(jié)中，在粗車(chē)、半精車(chē)工序中分別切除2mm、1.7mm余量，由此計(jì)算出粗加工、半精加工后鍛件毛坯尺寸分別為53.7mm和52mm。由于零件外圓的加工精度要求較高，已知零件軸向總機(jī)械加工余量為5.4mm（2mm+1.7mm+1.7mm），由此計(jì)算出粗車(chē)、半精車(chē)、精車(chē)環(huán)節(jié)的工序尺寸分別為20.4mm、18.7mm以及17mm。同理完成零件兩內(nèi)孔的加工，粗鏜、半精鏜、精鏜環(huán)節(jié)的工序尺寸分別為8.6mm、10.3mm和12mm。

結(jié)論：套筒齒輪作為典型軸類(lèi)零件，在機(jī)械加工環(huán)節(jié)中務(wù)必嚴(yán)格依據(jù)預(yù)設(shè)工序流程與零件尺寸要求進(jìn)行加工處理，明確不同加工部位選定的定位基準(zhǔn)，防范因工序把控不當(dāng)引發(fā)零件變形、剛度下降等問(wèn)題，并且充分利用數(shù)控機(jī)床保證零件外觀質(zhì)量與表面粗糙度等指標(biāo)符合工藝要求，實(shí)現(xiàn)機(jī)械加工工藝的改進(jìn)優(yōu)化。

參考文獻(xiàn)：

[1]張?chǎng)危T清.螺紋短軸零件機(jī)械加工工藝設(shè)計(jì)分析[J].科技視界，2021，（30）：2.

[2]王光亞.機(jī)械工藝設(shè)計(jì)的新方法及設(shè)計(jì)原則分析[J].決策探索（中），2020，（02）：50.

作者簡(jiǎn)介：

周來(lái)建（1975年04月—），男，漢族，浙江省杭州市人，本科，中級(jí)工程師，研究方向：機(jī)械制造。