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工程機(jī)械中齒輪軸的加工工藝探析

本文根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)實(shí)踐，對(duì)齒輪軸加工的下料、切削、表面處理、熱處理等加工工藝進(jìn)行了具體的分析和探討，并對(duì)在生產(chǎn)實(shí)踐中驗(yàn)證過(guò)的能夠具體實(shí)施，并且能夠保證齒輪軸加工質(zhì)量以及加工效率的加工工藝進(jìn)行了詳細(xì)的總結(jié)和論述，為工程機(jī)械齒輪軸的加工和生產(chǎn)提供了有力的技術(shù)支持，同時(shí)為齒輪軸的工藝改進(jìn)提供了借鑒。

齒輪軸是工程機(jī)械中最重要的支撐回轉(zhuǎn)零件，能夠?qū)崿F(xiàn)齒輪及其它部件的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)， 并且可以長(zhǎng)距離傳遞力矩和動(dòng)力，以傳動(dòng)效率高、使用壽命長(zhǎng)、結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點(diǎn)在工程機(jī)械中得到了廣泛的應(yīng)用，成為工程機(jī)械傳動(dòng)的基礎(chǔ)零件之一 。目前，隨著國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，基礎(chǔ)建設(shè)的擴(kuò)大，對(duì)工程機(jī)械的需求也會(huì)隨之出現(xiàn)一個(gè)新的浪潮。齒輪軸的材料選擇、熱處理的方式、機(jī)械加工的工裝夾具安裝、調(diào)整，滾齒工藝參數(shù)、進(jìn)給等對(duì)齒輪軸的加工質(zhì)量和壽命都非常重要。本文根據(jù)自身實(shí)踐對(duì)工程機(jī)械中的齒輪軸加工工藝進(jìn)行具體的研究，并提出了相應(yīng)的改進(jìn)設(shè)計(jì)，為工程齒輪軸的加工工藝改良提供了有力的技術(shù)支撐。

工程機(jī)械中齒輪軸的加工工藝探析

為了研究的方便，本文選擇工程機(jī)械中的經(jīng)典輸入齒輪軸，即典型的階梯軸類零件，由花鍵、圓周面、圓弧面、軸肩、凹槽、環(huán)槽、齒輪以及其它不同形式的幾何表面及幾何實(shí)體構(gòu)成。齒輪軸的精度要求一般都比較高，加工難度比較大，所以必須對(duì)加工過(guò)程中的一些重要環(huán)節(jié)進(jìn)行正確的選擇和分析，如材料、漸開(kāi)線外花鍵、基準(zhǔn)、齒形加工、熱處理等，才能確保齒輪軸的質(zhì)量和加工成本，下面對(duì)齒輪軸加工過(guò)程中的各種關(guān)鍵工藝進(jìn)行分析。

齒輪軸的材料選用

傳動(dòng)機(jī)械中的齒輪軸通常采用的材料為優(yōu)質(zhì)碳素鋼中的45鋼、合金鋼中的40Cr、20CrMnTi等。一般以滿足材料的強(qiáng)度要求，耐磨性能好，價(jià)格適當(dāng)為準(zhǔn)。

齒輪軸的毛坯加工工藝

由于齒輪軸的強(qiáng)度要求很高，采用圓鋼直接進(jìn)行機(jī)械加工消耗的材料和勞動(dòng)量都比較大，所以通常采用鍛件作為坯料，尺寸較大的齒輪軸可以采用自由鍛；中小型尺寸的可以采用模鍛件；有時(shí)候部分較小的齒輪可以與軸一起做成整體毛坯。在進(jìn)行毛坯制造時(shí)，若鍛件毛坯為自由鍛件，其加工要遵循GB/T15826標(biāo)準(zhǔn)；若毛坯為模鍛件，則機(jī)械加工余量要遵循GB/T12362系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)。鍛件坯料要防止晶粒不均勻、龜裂、裂紋等鍛造缺陷，要按照 相關(guān)的鍛件評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢測(cè)。

坯料的預(yù)備熱處理及粗車工藝

齒輪軸多的坯料多是優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼和合金鋼，為了增加材料硬度，便于加工，熱處理采用的正火熱處理，即：正火工藝，溫度960℃，空冷，硬度值保持HB170-207。正火熱處理還可以起到細(xì)化鍛件晶粒、均勻晶體組織，消除鍛造應(yīng)力的效果，為以后的熱處理打下了基礎(chǔ)。

粗車主要目的是切削坯體表面的加工余量，其主要表面的加工順序取決于零件訂位基準(zhǔn)的選擇。齒輪軸零件本身的特征和各個(gè)表面的精度要求都受訂位基準(zhǔn)影響，齒輪軸零件通常以軸線作為定位基準(zhǔn)，這樣既可以實(shí)現(xiàn)基準(zhǔn) ，又能實(shí)現(xiàn)與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)重合。實(shí)際生產(chǎn)中將外圓作為定位粗基準(zhǔn)，將齒輪軸兩端的 孔作為定位精基準(zhǔn)，將誤差控制在尺寸誤差的1/3到1/5。

毛坯在預(yù)備熱處理后進(jìn)行車削或銑削倆端面（按劃線找正），然后劃出兩端中心孔位置，并鉆出兩端中心孔，然后就可以粗車外圓。

精車外圓的加工工藝

精車的工藝流程為：以齒輪軸兩端的 孔為基準(zhǔn)，對(duì)外圓進(jìn)行精車。在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，齒輪軸都是成批量加工生產(chǎn)的，為了提高齒輪軸的加工效率和加工質(zhì)量，通常采用數(shù)控車削的方式，這樣可以通過(guò)程序來(lái)控制所有加工件的加工質(zhì)量，同時(shí)保證了批量加工的效率。

精車后的零件可以根據(jù)零件的工作環(huán)境和技術(shù)要求進(jìn)行選擇是否進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，這樣可以為以后的表面淬火和表面滲氮處理大小基礎(chǔ)，減小表面處理時(shí)的變形。如果設(shè)計(jì)要求不進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，就可以直接進(jìn)入到滾齒工序。

齒輪軸齒部及花鍵部的加工工藝

對(duì)于工程機(jī)械的傳動(dòng)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，齒輪和花鍵是傳遞功率和力矩的關(guān)鍵部件，精度要求較高。齒輪通常采用7-9級(jí)精度，對(duì)于9級(jí)精度的齒輪，無(wú)論滾齒刀，還是插齒刀都能滿足齒輪要求，但滾齒刀的加工精度明顯高于插齒，效率也同樣如此；對(duì)于8級(jí)精度要求的齒輪，可以 行滾齒或插齒加工，后進(jìn)行桁齒加工；對(duì)于7級(jí)高精度的齒輪，要根據(jù)批量大小的不同采用不同的加工工藝，如果是小批量或單件生產(chǎn)，可以按照滾（插）齒加工，然后通過(guò)高頻感應(yīng)加熱淬火以及其它表面處理方式， 通過(guò)磨齒工藝達(dá)到精度要求；如果是大批量加工，則 行滾齒加工，再進(jìn)行剃齒，然后進(jìn)行高頻感應(yīng)加熱淬火， 進(jìn)行珩磨加工。對(duì)于有淬火要求的齒輪，要在其圖紙要求的加工精度等級(jí)上提高一級(jí)進(jìn)行加工，淬火后精度稍有下降，才符合圖紙要求。

齒輪軸的花鍵一般有矩形花鍵和漸開(kāi)線花鍵兩種類型，對(duì)精度要求高的花鍵要采用滾鍵齒和磨鍵齒。目前工程機(jī)械領(lǐng)域的使用最多的是漸開(kāi)線花鍵，多采用30°壓力角，而大批量的齒輪軸花鍵的加工工藝比較繁瑣，需要使用專用的銑床進(jìn)行加工；小批量的加工可以使用分度盤，由專門的技術(shù)人員用銑床