机械中斜齿轮加工的工艺设计

庞 广

（广东省肇庆市广宁县中等职业技术学校，广东 肇庆 526300）

1 斜齿轮的介绍

传动实现高速旋转的部位是齿轮，其传动效率的高低由齿轮材料、接触啮合率、好坏直接决定。齿轮性能是齿轮的圆周转速高达200m/s,切削精度等级为IT9～IT6,表面粗糙度Ra1.5μm以上，扭转刚度和弯曲刚度都比较高，并且具有极高的回转精度和良好的抗震性能。斜齿轮的机构:根据齿轮结构设计，假如齿轮和轴分开制造，根据齿轮的大小要求，可以做成实心式齿轮。中心孔的主要作用是加工齿轮和齿轮使用的固定作用，相互间的跳动为0.005，中心孔和键槽的表面精度对固定有着重要的影响，键槽其作用是传递扭矩和转速[1]。

1.1 斜齿轮功能与结构特点

斜齿轮是机械传动中最重要的传动之一，形式很多，应有广泛，它的作用是是传递功率和传递圆周速度。具有效率高、结构紧凑、寿命长、传动稳定是它的主要结构特点。斜齿轮的技术要求:斜齿轮轮齿加工表面精度要求较高，属于高精度轮齿，其中齿轮外圆ø141.56js5外圆尺寸精为IT5，表面粗糙度要求，齿轮条部位表面粗糙度要求较高，它们的精度着决定斜齿轮工作精度。

1.2 齿轮工艺分析

初步工艺流程下所示：①粗车ø141.56外圆；②精车ø60内中心孔；③滚齿ø141.56外圆和倒角；④插键槽至尺寸；⑤精磨平面、内孔和齿条。由于斜齿轮的几个加工表面都有精度、位置度要求，因此需要使用专用夹具，粗车外圆和内孔使用三抓卡盘，此外滚齿和插键槽专用夹具[2,3]。

2 毛坯、材料、热处理

毛坯的选择:斜齿轮毛胚的选择主要考虑齿轮条强度要求和齿面的精度要求，多选用锻钢，斜齿轮的用于高速、重载及精密机器，加工齿轮是应先切齿，再做表面硬化处理，后再进行精加工，选择20CrMnTi锻钢经过硬化处理就可以满足要求。毛坯材料的选择:锻钢是齿轮类零件常用的材料，经热处理即可满足使用要求[7]。由于斜齿轮作为专用传递扭矩和动力之一，其斜齿轮在强度、精度和转速上要求都极高，因此需要选择经过热处理的20CrMnTi作为专用毛坯材料。零件热处理时斜齿轮通常要经过预备热处理和最终热处理两个热处理阶段，预备热处理通常采用调质或正火，安排在粗加工之前，使斜齿轮降低的硬度和强度，以便于切齿，并使刀具不至于磨损迟钝。

3 工艺规程设计

3.1 加工阶段的划分

结合中斜齿轮精度要求，可以将加工斜齿轮过程分为下面4个阶段，毛坯锻造阶段、粗加工阶段、精加工阶段、滚齿阶段、磨平阶段。切削加工的顺序：基准先行、先粗后精、先主后次、先面后孔。

3.2 定位基准的选择与转换、加工顺序

根据加工流程的需要，选择不一样的夹具，定位基准也就不一样了，选择内孔中心定位，避免径向跳动。斜齿轮的主要加工是外圆、钻孔、键槽，按先粗后精顺序，使最终加工精度达到零件要求。“基准先行”：前一工序应该作为后一工序的基准。首先加工外圆，为粗车外圆准备好基准，外圆又作为加工内圆的基准，滚齿完毕之后安装就可以反过来作为加工外圆基准。加工倒圆，插键槽，提高精度之后作为加工外圆、螺纹、键槽的精基准，精加工之后的外圆又作为内孔精磨的基准，如此，把基准先行贯穿于整个工艺过程。先粗后精：斜齿轮的加工顺序应遵循先粗加工后精加工端的顺序，因为一开始就加工工件线段会降低工件刚度。先主后次：斜齿轮为空心齿，加工分先后顺序，一步一步按照需求来执行，粗车外形之后，精车内孔，以便内孔用来固定便于滚齿加工，精加工用于最后阶段，以达到精度要求。先面后孔：外圆和孔属于表面，外圆为主表面，孔为次表面，这些加工顺序一般安排在粗加工之后，不然加工内孔先，等到加工外齿面之后，孔的精确度得不到保证，尺寸精度存在误差。

3.3 确定机械加工余量、工序尺寸

由已知斜齿轮材料为20CrMnTi，屈服强度达1100MPa，并且采用锻钢毛坯。通过查《机械制造工艺设计手册》确定，可得到各个表面加工量，工序尺寸如下：加工余量的大小对于斜齿轮的加工质量和效率、加工成本都有很大的影响。加工余量过于大，又增加加工成本和刀具的损耗，加工余量过小又会导致补偿工序加工的时候产生误差，所以合理的确定加工余量是非常重要的事。加工余量小，精确度就高，对生产成本也就不会这么高。

3.4 确定各工序切削用量

（1）粗车端面、外圆、钻中心孔切削用量 加工条件。毛坯材料：20CrMnTi δb=1200MPa 锻钢。加工要求：大端表面粗糙度Ra=0.8μm，小端面Ra=1.6μm ；车ø141.56和ø60内孔，要求表面粗糙度Ra=1.25μm。机床: CA6140普通车床。 确定切削用量：切屑用量的确定方法是根据工件的材料和直径选择加工刀具，然后由加工余量确定背吃刀量，背吃刀量确定后即可以确定进给量，进给量确定后就可以确定切屑速度。

（2）钻、粗车内孔切削用量： 加工条件：工件材料：20CrMnTi δb=1200MPa 锻钢。加工要求：从大端面钻长度90mm ，直径ø30孔。设备条件：CA6140普通车床。刀具：由于毛坯材料为碳合金刚，钻孔选用W18Cr4V钻头，内排屑深孔钻。

（3）半精车端面、外圆和倒角切削用量。为达到工件表面粗糙度要求，粗车外圆之后必须进行半精车，半精车要尽量减少余量，降低磨削加工余量，从而降低加工成本。由于半精车背吃刀量比较小，切削过程刀具运转速度比较快，需要保证刃倾角为正直。当刃倾角λs=0时，主切削刃与切削速度垂直，称为直角切削或正切削。当λs＞0时，主切削刃与切削速度成锐角，可保证加工精度。除了半精车外圆，本道工序还要切倒角。为在加工时便于退刀，保证相邻零件在组装时靠紧需要留出退刀槽。倒角的作用是更好地装配和消除加工带来的毛刺。设备条件：CA6140普通车床。倒角选用：YT15 刀宽3mm 刀尖半径 re=1mm。

（4）半精车内孔、内凹面和倒角切削用量。。半精车内孔主要技术难点是内凹面加工，要保证斜度符合要求外，表面粗糙度Ra=0.3μm，精度较高。以及内孔拉键的加工要达到图纸要求，加工的条件：本工序加工材料和表面精度示，机床：CA6140普通车床.刀具：内孔车刀选择 YT15 16x25mm r0=150 kr=750 λs=150。

（5）粗磨端面、外圆切削用量。磨削是利用砂轮表面上由结合剂弹性支撑着的极多微小磨粒切削刃进行的切削加工[5]。磨削能达到精度为IT5～IT6级，表面粗糙度能达到0.8～0.08μm[5]。粗磨能够为精磨留出均匀的余量，让精磨磨出尺寸恒定。根据图1-1表面粗糙度要求，零件磨削加工应先安排粗磨，然后精磨。 加工条件:工件材料和表面精度要求。设备条件：外圆磨床。滚齿加工：斜齿轮滚刀，材料为高速钢，采用Y3150E滚齿机。确定进给量：首次进给量为0.5，二次为1.25mm，留磨削余量0.25mm。

4 夹具设计

机床磨具。这是在机床上装夹的一种装置，其作用是用于固定工件，并维持和刀具的一个正确位置，并在加工的过程中保持位置不变。为了保证加工质量，提高生产效率，降低生产成本，减轻劳动强度，需要设计专用的夹具。由分析得，斜齿轮加工齿条特点是以内孔我固定点，键槽固定，互为基准。根据这个原则，可以设计固定转盘，滚齿加工外圆时，键槽固定，这样就可以保证滚齿刀加工的精确度。齿轮加工的方法有很多，最常用的救赎切削加工法。切削法又可以分为仿形法和范成法两种，由于仿形法是以铣床铣刀逐个切，精度不高。所以一般使用范成法，弄一对相啮合的齿轮之一作为刀具，另一个作为轮坯，两者按照一点的运动比运动，刀具也就起到切削作用。

5 总结

文章通过介绍斜齿轮加工工艺规程，齿轮加工工艺过程卡，主要加工工序卡，各工序具体切削用量和斜齿轮是传递扭矩和动力不可或缺的零件，说明它的加工精度直接决定齿轮工作效率和使用寿命。希望在不久的未来可以通过不断改善加工设备、专用夹具、加工工序等方法加工出效率和刚度更高的斜齿轮。