《长轴类齿轮零件插齿加工工艺优化》
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[摘 要]目前,常见的齿轮类零件都是通过滚齿的方法加工而成的,虽然滚齿的加工效率高,但精度却比不上插齿,同时插齿也能加工内齿以及离轴肩较近的齿轮.某些长轴类齿轮零件由于设有轴肩,无法利用滚齿进行加工,所以只能采用插齿的方式进行加工.但由于插齿加工效率比较低,因此,插齿加工工艺优化就尤显重要.
[关键词]长轴类；齿轮零件；插齿加工；工艺优化
中图分类号：F31 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2019）02-0371-01
引言
目前,齿轮加工工艺主要分为插齿和滚齿两种,不同的加工工艺有不同的特点和优势,在实际加工过程中,工作人员会根据零件的实际情况选择合适的加工工艺.在我国现阶段的插齿加工过程中,仍然存在许多问题,因此,相关工作人员需要进行思考,进而找出优化措施,提升插齿加工工艺水平.
1轴类齿轮加工工艺的确定
1.1确定齿轮毛料
在确定毛料尺寸时,要充分考虑加工余量是否能满足工艺需要,尤其是齿轮渗碳淬火,非渗碳表面采用“余量保护”法时,要考虑“余量保护”的数值.
1.2齿轮的粗加工
齿轮的粗加工主要是为了尽量减小加工余量,同时也是为了给半精加工确定加工基准.齿轮粗加工之前需要选择好加工基准,基准对于加工表面的余量分配、加工表面与非加工表面的相对位置等都具有很大影响.
粗加工时,要考虑零件化学热处理——渗碳时非渗碳表面的保护方法,一般有镀铜保护法和余量保护法.前者是非渗碳表面采用镀铜的方法保护,渗碳、淬火同时进行,然后除去铜层,镀铜部位无碳层.后者是非渗碳表面留足够的加工余量（大于渗碳深度）,渗碳时全渗碳,然后车去不需渗碳表面的碳层,再淬火.
粗加工应该选择滚齿加工,在进行粗加工之前,需要考虑磨齿时的碳层减薄量,一般情况下,单次磨齿余量不大于0.2mm.由于滚齿和磨齿不是按照同一基准进行加工的,因此,在进行滚齿和磨齿之前都要对跳动量进行限制,避免磨齿余量不一致.
1.3齿轮的热处理
齿轮轮体和轮齿部位经过粗加工后,为了达到设计图要求,一般要进行热处理,例如轮齿渗碳、淬火、氰化、氮化等,以改善材料的机械性能,满足使用要求.液压泵齿轮采用的是渗碳、淬火处理.
1.4齿轮的半精加工
半精加工主要是对次要表面进行加工,同时为主要表面的加工做准备,确定精加工的基准.精加工主要进行车削、磨削和精基准修正等工作.此外,还要利用渗碳淬火的余量保护齿轮的基本尺寸,精加工之前的热处理分为渗碳和淬火两道工序,同时要保证精加工的加工余量.
1.5齿轮的精加工
轮体的精加工.齿轮轮体的精加工主要包括零件的精密表面的精加工及光整加工；也包括对齿轮上内外花键的滚、插、拉削加工；螺纹的磨、铣、车加工；键槽的铣、插加工；工艺扁台的铣削；减轻孔的钻铰等.这些工序多安排在轴承外圆的精加工及轮齿的精加工（磨齿）之前.
轮齿的精加工.高精度齿轮的精度一般在6到7级,最高为5级.为了提高加工精度和表面质量,进行精加工时,通常会选择磨齿,磨齿之前需要选择合适的加工参数,避免磨削烧伤轮齿表面.
1.6无损检验
齿轮设计图中一般都要求进行无损检验.齿轮零件一般采用磁粉探伤检查.磁粉探伤工序多安排在机械加工全部结束,进行最终检验之前.
1.7检验工序
检验工序对保证产品质量和及时发现废品并中止加工有重要作用.在齒轮工艺规程中,除零件全部加工完成后进行最终检验外,一般要安排中间检验.
第一,零件发外单位进行热处理、表面处理前后；第二,有些尺寸在齿轮全部加工完成后不易测量,例如轴类齿轮内孔的空刀槽,就可以在加工空刀槽工序后进行中间检验,最终检验时不再检查这部分尺寸.
1.8表面处理工序
齿轮检验合格后,为了达到防锈、耐磨等要求,一般齿轮表面都要进行发蓝、氧化磷化、镀铜、镀银等表面处理,以达到防锈、耐磨等要求.
2加工方案优化
通过对齿轮的加工图纸（如图1所示）进行分析可知,A处滚齿出刀干涉较小,通过适当调节滚齿加工公法线,可以利用滚齿进行加工.当齿轮粗加工完成之后,再利用插齿完成半精加工和精加工.这样一来,加工工序则可以分为两步,利用两种加工方式进行加工.由于滚齿工艺的加工效率较高,粗加工用滚齿,半精加工和精加工用插齿可以进一步提高长轴类齿轮零件的加工效率.
3自动夹具设计
经过分析原工艺,外圆D和端面E为磨过的精基准,所以新夹具仍以外圆D和端面E定位,其装配示意图如图2所示.之前加工精度不高主要为外圆D和夹具间隙定位,手动找正精度不高造成；新夹具则采用弹性筒夹抱紧外圆D,无间隙定位,无需找正齿部外圆；弹性筒夹通过连接螺母、连接杆、拉杆与机床液压缸相连,随机床液压缸动作完成零件自动定位和加紧过程.用四根长拉杆连接弹性筒夹和机床液压缸,既避开了较长的零件杆部,又不会造成夹具超重,节省材料降低夹具成本.而上本体上装有手动对齿规,首件调整刀具后,后续对齿规可保证每个零件齿槽与刀齿的对应,由于公法线余量有1mm,对齿方便快捷的同时也可以满足插齿精度的要求.
4新工艺方案效果
新工艺实施前,由于插齿加工效率及装夹效率低,每班次可加工的数量比较少.采用新工艺后,粗加工采用滚齿工艺,精加工采用插齿工艺,使加工效率得到了成倍的提高.另外,零件精度也有较大的提高,而且插齿装夹不用找正,因此取消了齿部外圆C的热前精磨工序.此零件使用粗滚齿工艺,必须经过验算及加工实验,严格控制公法线尺寸及出刀,避免出刀过多造成与B齿干涉；而滚齿公法线一致性的控制有利于对齿插齿加工.另外,插齿工艺主要应注意对齿操作,避免对齿不准确而造成齿面无法全部加工出来.
结语
在加工长轴类齿轮零件时,只要了解轴类齿轮加工的特点,合理安排加工路线,抓住齿轮工艺编制中的重点,明确各工序的注意事项,合理运用不同的加工方式,就能有效简化加工过程,同时也能提高加工效率.这有利于新工艺的研制,同时也能为工艺员编制类似工艺规程时提供一定参考和帮助.
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加工工艺引用文献:
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