機械中斜齒輪加工的工藝設計

龐 廣

（廣東省肇慶市廣寧縣中等職業技術學校，廣東 肇慶 526300）

1 斜齒輪的介紹

傳動實現高速旋轉的部位是齒輪，其傳動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速高達200m/s,切削精度等級為IT9～IT6,表面粗糙度Ra1.5μm以上，扭轉剛度和彎曲剛度都比較高，并且具有極高的回轉精度和良好的抗震性能。斜齒輪的機構:根據齒輪結構設計，假如齒輪和軸分開制造，根據齒輪的大小要求，可以做成實心式齒輪。中心孔的主要作用是加工齒輪和齒輪使用的固定作用，相互間的跳動為0.005，中心孔和鍵槽的表面精度對固定有著重要的影響，鍵槽其作用是傳遞扭矩和轉速[1]。

1.1 斜齒輪功能與結構特點

斜齒輪是機械傳動中最重要的傳動之一，形式很多，應有廣泛，它的作用是是傳遞功率和傳遞圓周速度。具有效率高、結構緊湊、壽命長、傳動穩定是它的主要結構特點。斜齒輪的技術要求: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、內孔和齒條。由于斜齒輪的幾個加工表面都有精度、位置度要求，因此需要使用專用夾具，粗車外圓和內孔使用三抓卡盤，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、重載及精密機器，加工齒輪是應先切齒，再做表面硬化處理，后再進行精加工，選擇20CrMnTi鍛鋼經過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力之一，其斜齒輪在強度、精度和轉速上要求都極高，因此需要選擇經過熱處理的20CrMnTi作為專用毛坯材料。零件熱處理時斜齒輪通常要經過預備熱處理和最終熱處理兩個熱處理階段，預備熱處理通常采用調質或正火，安排在粗加工之前，使斜齒輪降低的硬度和強度，以便于切齒，并使刀具不至于磨損遲鈍。

3 工藝規程設計

3.1 加工階段的劃分

結合中斜齒輪精度要求，可以將加工斜齒輪過程分為下面4個階段，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：基準先行、先粗后精、先主后次、先面后孔。

3.2 定位基準的選擇與轉換、加工順序

根據加工流程的需要，選擇不一樣的夾具，定位基準也就不一樣了，選擇內孔中心定位，避免徑向跳動。斜齒輪的主要加工是外圓、鉆孔、鍵槽，按先粗后精順序，使最終加工精度達到零件要求。“基準先行”：前一工序應該作為后一工序的基準。首先加工外圓，為粗車外圓準備好基準，外圓又作為加工內圓的基準，滾齒完畢之后安裝就可以反過來作為加工外圓基準。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，精加工之后的外圓又作為內孔精磨的基準，如此，把基準先行貫穿于整個工藝過程。先粗后精：斜齒輪的加工順序應遵循先粗加工后精加工端的順序，因為一開始就加工工件線段會降低工件剛度。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執行，粗車外形之后，精車內孔，以便內孔用來固定便于滾齒加工，精加工用于最后階段，以達到精度要求。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 確定機械加工余量、工序尺寸

由已知斜齒輪材料為20CrMnTi，屈服強度達1100MPa，并且采用鍛鋼毛坯。通過查《機械制造工藝設計手冊》確定，可得到各個表面加工量，工序尺寸如下：加工余量的大小對于斜齒輪的加工質量和效率、加工成本都有很大的影響。加工余量過于大，又增加加工成本和刀具的損耗，加工余量過小又會導致補償工序加工的時候產生誤差，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，對生產成本也就不會這么高。

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內孔，要求表面粗糙度Ra=1.25μm。機床: CA6140普通車床。 確定切削用量：切屑用量的確定方法是根據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給量，進給量確定后就可以確定切屑速度。

（2）鉆、粗車內孔切削用量： 加工條件：工件材料：20CrMnTi δb=1200MPa 鍛鋼。加工要求：從大端面鉆長度90mm ，直徑?30孔。設備條件：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，內排屑深孔鉆。

（3）半精車端面、外圓和倒角切削用量。為達到工件表面粗糙度要求，粗車外圓之后必須進行半精車，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，切削過程刀具運轉速度比較快，需要保證刃傾角為正直。當刃傾角λs=0時，主切削刃與切削速度垂直，稱為直角切削或正切削。當λs＞0時，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。為在加工時便于退刀，保證相鄰零件在組裝時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的毛刺。設備條件：CA6140普通車床。倒角選用：YT15 刀寬3mm 刀尖半徑 re=1mm。

（4）半精車內孔、內凹面和倒角切削用量。。半精車內孔主要技術難點是內凹面加工，要保證斜度符合要求外，表面粗糙度Ra=0.3μm，精度較高。以及內孔拉鍵的加工要達到圖紙要求，加工的條件：本工序加工材料和表面精度示，機床：CA6140普通車床.刀具：內孔車刀選擇 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合劑彈性支撐著的極多微小磨粒切削刃進行的切削加工[5]。磨削能達到精度為IT5～IT6級，表面粗糙度能達到0.8～0.08μm[5]。粗磨能夠為精磨留出均勻的余量，讓精磨磨出尺寸恒定。根據圖1-1表面粗糙度要求，零件磨削加工應先安排粗磨，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。確定進給量：首次進給量為0.5，二次為1.25mm，留磨削余量0.25mm。

4 夾具設計

機床磨具。這是在機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正確位置，并在加工的過程中保持位置不變。為了保證加工質量，提高生產效率，降低生產成本，減輕勞動強度，需要設計專用的夾具。由分析得，斜齒輪加工齒條特點是以內孔我固定點，鍵槽固定，互為基準。根據這個原則，可以設計固定轉盤，滾齒加工外圓時，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切，精度不高。所以一般使用范成法，弄一對相嚙合的齒輪之一作為刀具，另一個作為輪坯，兩者按照一點的運動比運動，刀具也就起到切削作用。

5 總結

文章通過介紹斜齒輪加工工藝規程，齒輪加工工藝過程卡，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力不可或缺的零件，說明它的加工精度直接決定齒輪工作效率和使用壽命。希望在不久的未來可以通過不斷改善加工設備、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。