探析套筒齒輪零件機械加工工藝設計

摘 ?要：為解決因機械加工方法選擇不當、工藝流程缺乏嚴格把關等因素引發的零件質量差、不符合工藝手冊要求等問題，本文針對某套筒齒輪零件的結構、工藝參數進行分析，確認毛坯材料選型、加工余量、軸向工序尺寸及公差、表面粗糙度等具體指標，并完成工藝路線的科學設計，為零件機械加工質量提供良好保障。

關鍵詞：機械加工;套筒齒輪;工序尺寸;加工余量

引言：

套筒齒輪是發揮傳動作用的軸零件，主要依靠軸、平鍵之間的連接帶動齒輪嚙合，在傳動過程中實現轉矩的傳遞。該零件在工業產品制造領域具有廣泛應用價值，零件加工質量將直接影響裝配精度及產品質量，對其機械加工工藝的改進與優化提出現實要求。

1零件加工要求分析

1.1加工參數

以某套筒齒輪零件為例，該零件模數為3mm、齒數為25個，整體外形輪廓較為簡潔，加工工藝復雜程度較低，但對于零件表面粗糙度指標提出嚴格要求。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為6級，齒輪內孔表面粗糙度為1.6μm，另一端外圓表面粗糙度數值為0.8μm，且內孔中開設鍵槽的槽頂面粗糙度為3.2μm，精度等級相對較高，對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，在滿足加工精度要求的同時提高加工效率。同時，應控制好零件兩端外圓Φ50js6mm、Φ52H7mm與中心孔之間的同軸度，在零件加工環節選擇中心孔、外圓和中心孔、外圓表面或帶中心孔的錐堵作為定位基準，保證加工精度達標[1]。此外，還需在零件相應端面加工成45°倒角，用于改善零件強度、便于后續裝配。

1.2毛坯件選型

套筒齒輪主要承擔傳動功能，該零件選用45鋼作為原材料，具有強度高、成本經濟等特點，可保證加工后零件的強度達標[2]。在毛坯選擇環節，根據零件外形、輪廓與尺寸等參數，以及預計年產1500臺的生產規模，擬選用鍛件毛坯以鍛造工藝成型。根據GB/T 12362-2016《鋼質模鍛件公差及機械加工余量》與工藝手冊，確定零件內、外表面的機械加工余量，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45鋼的含碳量<0.65%，判斷鍛件材質系數M1級，獲取鍛件毛坯的尺寸公差。

2機械加工路線及工藝要點

2.1工藝路線規劃

根據零件設計圖紙可知，該零件外形呈圓柱狀，以零件左側外圓的Φ30H7mm孔作為設計基準，并將其統一為測量、裝配基準，借此最大限度避免在后續加工與裝配環節增加尺寸誤差，為零件加工精度提供保障。在定位基準的選擇上，對于零件齒輪右側表面、齒輪內孔表面、左側外圓表面與內孔中開設鍵槽的頂面等部位進行精加工，應在各部位加工環節選取已完工的零件表面作為定位基準;對于零件其他部位進行粗加工或半精加工時，則選取零件兩側外圓、端面作為定位基準。在工藝路線設計上，大體分為以下11道工序：

（1）選取Φ50js6mm外圓、左側端面作為定位基準，對右側端面、外圓Φ810-0.1mm進行粗車，對Φ52H7mm內孔進行粗鏜，并完成45°倒角加工。

（2）選取粗車后的右側端面和外圓Φ810-0.1mm作為定位基準，對左側端面、Φ50js6mm外圓進行粗車，對Φ30H7mm內孔進行粗鏜，并完成45°倒角加工。

（3）選取粗車后的左側端面、Φ50js6mm外圓作為定位基準，對右側端面、外圓Φ810-0.1mm進行半精車，對Φ52H7mm內孔進行粗鏜，并完成45°倒角加工。

（4）選取半精車后的右側端面、外圓Φ810-0.1mm作為定位基準，對左側端面、外圓Φ50js6mm進行半精車，對Φ30H7mm內孔進行半精鏜。

（5）選取半精車后的右側端面、Φ810-0.1mm外圓作為定位基準，對Φ50js6mm外圓進行精車，對Φ30H7mm內孔進行精鏜，并完成45°倒角加工。

（6）選取精車后的Φ50js6mm外圓、左側端面作為定位基準，對Φ52H7mm內孔進行精鏜，并完成45°倒角加工。

（7）選取Φ30H7mm內孔與左側端面作為定位基準，滾齒。

（8）選取Φ30H7mm內孔與左側端面作為定位基準，拉鍵槽。

（9）選取Φ30H7mm內孔與左側端面作為定位基準，磨齒。

（10）鉗工去毛刺。

（11）終檢。

遵循上述工藝路線進行零件加工，利用粗加工環節切除毛坯表面的機械加工余量，再經由半精加工、精加工兩項工序確保零件表面粗糙度滿足精度要求。

2.2工序尺寸設計

為有效切除套筒齒輪外圓表面預留的機械加工余量，需運用粗車、半精車、精車三道基本工序進行零件加工，保證將總加工余量均衡分散至各工序環節，并通過將各工序的零件尺寸、公差數據進行匯總，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兩內孔，在各工序雙邊余量設計上，粗加工環節余量均為3mm;半精加工環節兩外圓加工余量分別為1.5mm和1mm，兩孔加工余量均為2mm;精加工環節外圓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計上，粗加工環節四個部位分別為Φ52mm、Φ82mm、Φ27mm和Φ49mm;半精加工環節分別為Φ50.5mm、Φ810-0.1mm、Φ29mm和Φ51mm;精加工環節達到標準尺寸。在表面粗糙度設計上，粗加工環節四個部位均為6.3μm;半精加工環節均為3.2μm;精加工環節外圓Φ50js6mm為0.8μm，兩孔均為1.6μm。

根據零件三個環節加工余量、工序尺寸與表面粗糙度三項指標的設計結果，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各工序環節中，在粗車、半精車工序中分別切除2mm、1.7mm余量，由此計算出粗加工、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，已知零件軸向總機械加工余量為5.4mm（2mm+1.7mm+1.7mm），由此計算出粗車、半精車、精車環節的工序尺寸分別為20.4mm、18.7mm以及17mm。同理完成零件兩內孔的加工，粗鏜、半精鏜、精鏜環節的工序尺寸分別為8.6mm、10.3mm和12mm。

結論：套筒齒輪作為典型軸類零件，在機械加工環節中務必嚴格依據預設工序流程與零件尺寸要求進行加工處理，明確不同加工部位選定的定位基準，防范因工序把控不當引發零件變形、剛度下降等問題，并且充分利用數控機床保證零件外觀質量與表面粗糙度等指標符合工藝要求，實現機械加工工藝的改進優化。

參考文獻：

[1]張鑫，馮清.螺紋短軸零件機械加工工藝設計分析[J].科技視界，2021，（30）：2.

[2]王光亞.機械工藝設計的新方法及設計原則分析[J].決策探索（中），2020，（02）：50.

作者簡介：

周來建（1975年04月—），男，漢族，浙江省杭州市人，本科，中級工程師，研究方向：機械制造。