不同的齿轮典型工艺分析

圆柱齿轮加工工艺过程常因齿轮的结构形状、精度等级、生产批量及生产条件不同而采用不同的工艺方案。下面列出两个精度要求不同的齿轮典型工艺过程供分析比较。

　　一、普通精度齿轮加工工艺分析

　　（一）工艺过程分析

　　图9－17所示为一双联齿轮，材料为40Cr，精度为7－6－6级，其加工工艺过程见表9－6。

　　从表中可见，齿轮加工工艺过程大致要经过如下几个阶段：毛坯热处理、齿坯加工、齿形加工、齿端加工、齿面热处理、精基准修正及齿形精加工等。

齿号

Ⅰ

Ⅱ

齿号

Ⅰ

Ⅱ

模数

2

2

基节偏差

±0.016

±0.016

齿数

28

42

齿形公差

0.017

0.018

精度等级

7GK

7JL

齿向公差

0.017

0.017

公法线长度变动量

0.039

0.024

公法线平均长度

21.36 0－0.05

27.6 0－0.05

齿圈径向跳动

0.050

0.042

跨齿数

4

5

表9－6 双联齿轮加工工艺过程

序号

工序内容

定位基准

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

毛坯锻造

正火

粗车外圆及端面，留余量1.5～2mm，钻镗花键底孔至尺寸φ30H12

拉花键孔

钳工去毛刺

上芯轴，精车外圆，端面及槽至要求

检验

滚齿（z＝42），留剃余量0.07～0.10 mm

插齿（z＝28），留剃余量0.0,4～0.06 mm

倒角（Ⅰ、Ⅱ齿12°牙角）

钳工去毛刺

剃齿（z＝42），公法线长度至尺寸上限

剃齿（z＝28），采用螺旋角度为5°的剃齿刀，剃齿后公法线长度至尺寸上限

齿部高频淬火：G52

推孔

珩齿

总检入库

外圆及端面

φ30H12孔及A面

花键孔及A面

花键孔及B面

花键孔及A面

花键孔及端面

花键孔及A面

花键孔及A面

花键孔及A面

花键孔及A面

　　加工的第一阶段是齿坯最初进入机械加工的阶段。由于齿轮的传动精度主要决定于齿形精度和齿距分布均匀性，而这与切齿时采用的定位基准（孔和端面）的精度有着直接的关系，所以，这个阶段主要是为下一阶段加工齿形准备精基准，使齿的内孔和端面的精度基本达到规定的技术要求。在这个阶段中除了加工出基准外，对于齿形以外的次要表面的加工，也应尽量在这一阶段的后期加以完成。

　　第二阶段是齿形的加工。对于不需要淬火的齿轮，一般来说这个阶段也就是齿轮的最后加工阶段，经过这个阶段就应当加工出完全符合图样要求的齿轮来。对于需要淬硬的齿轮，必须在这个阶段中加工出能满足齿形的最后精加工所要求的齿形精度，所以这个阶段的加工是保证齿轮加工精度的关键阶段。应予以特别注意。

　　加工的第三阶段是热处理阶段。在这个阶段中主要对齿面的淬火处理，使齿面达到规定的硬度要求。

　　加工的最后阶段是齿形的精加工阶段。这个阶段的目的，在于修正齿轮经过淬火后所引起的齿形变形，进一步提高齿形精度和降低表面粗糙度，使之达到最终的精度要求。在这个阶段中首先应对定位基准面（孔和端面）进行修整，因淬火以后齿轮的内孔和端面均会产生变形，如果在淬火后直接采用这样的孔和端面作为基准进行齿形精加工，是很难达到齿轮精度的要求的。以修整过的基准面定位进行齿形精加工，可以使定位准确可靠，余量分布也比较均匀，以便达到精加工的目的。

　　（二）定位基准的确定

　　定位基准的精度对齿形加工精度有直接的影响。轴类齿轮的齿形加工一般选择顶尖孔定位，某些大模数的轴类齿轮多选择齿轮轴颈和一端面定位。盘套类齿轮的齿形加工常采用两种定位基准。

　　1）内孔和端面定位　　选择既是设计基准又是测量和装配基准的内孔作为定位基准，既符合“基准重合”原则，又能使齿形加工等工序基准统一，只要严格控制内孔精度，在专用芯轴上定位时不需要找正。故生产率高，广泛用于成批生产中。

　　2）外圆和端面定位　　齿坯内孔在通用芯轴上安装，用找正外圆来决定孔中心位置，故要求齿坯外圆对内孔的径向跳动要小。因找正效率低，一般用于单件小批生产。

　　（三）齿端加工

　　如图9－18所示，齿轮的齿端加工有倒圆、倒尖、倒棱，和去毛刺等。倒圆、倒尖后的齿轮，沿轴向滑动时容易进入啮合。倒棱可去除齿端的锐边，这些锐边经渗碳淬火后很脆，在齿轮传动中易崩裂。

　　用铣刀进行齿端倒圆，如图9－19所示。倒圆时，铣刀在高速旋转的同时沿圆弧作往复摆动（每加工一齿往复摆动一次）。加工完一个齿后工件沿径向退出，分度后再送进加工下一个齿端。

　　齿端加工必须安排在齿轮淬火之前，通常多在滚（插）齿之后。

　（四）精基准修正

　　齿轮淬火后基准孔产生变形，为保证齿形精加工质量，对基准孔必须给予修正。

　　对外径定心的花键孔齿轮，通常用花键推刀修正。推孔时要防止歪斜，有的工厂采用加长推刀前引导来防止歪斜，已取得较好效果。

　　对圆柱孔齿轮的修正，可采用推孔或磨孔，推孔生产率高，常用于未淬硬齿轮；磨孔精度高，但生产率低，对于整体淬火后内孔变形大硬度高的齿轮，或内孔较大、厚度较薄的齿轮，则以磨孔为宜。

　　磨孔时一般以齿轮分度圆定心，如图9－20所示，这样可使磨孔后的齿圈径向跳动较小，对以后磨齿或珩齿有利。为提高生产率，有的工厂以金刚镗代替磨孔也取得了较好的效果。

　　二、高精度齿轮加工工艺特点

　　（一）高精度齿轮加工工艺路线

　　图9－21所示为一高精度齿轮，材料为40Cr，精度为6－5－5级，其工艺路线见表9－7。

模数

3.5

基节累积误差

0.045

齿向公差

0.007

齿数

63

基节极限偏差

±0.0065

公法线平均长度

70.130－0.05

精度等级

655KM

齿形公差

0.007

跨齿数

7

　　（二）高精度齿轮加工工艺特点　

　　（1）定位基准的精度要求较高　　由图9－21可见，作为定位基准的内孔其尺寸精度标注为φ85H5，基准端面的粗糙度较细，为Ra1.6μm，它对基准孔的跳动为0.014mm，这几项均比一般精度的齿轮要求为高，因此，在齿坯加工中，除了要注意控制端面与内孔的垂直度外，尚需留一定的余量进行精加工。精加工孔和端面采用磨削，先以齿轮分度圆和端面作为定位基准磨孔，再以孔为定位基准磨端面，控制端面跳动要求，以确保齿形精加工用的精基准的精确度。

表9－7 高精度齿轮加工工艺过程

序号

工序内容

定位基准

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

毛坯锻造

正火

粗车各部分，留余量1.5～2mm

精车各部分，内孔至φ84.8H7,总长留加工余量0.2 mm，其余至尺寸

检验

滚齿（齿厚留磨加工余量0.10～0.15 mm）

倒角

钳工去毛刺

齿部高频淬火：G52

插键槽

磨内孔至φ85H5

靠磨大端A面

平面磨B面至总长度尺寸

磨齿

总检入库

外圆及端面

外圆及端面

内孔及A面

内孔及A面

内孔（找正用）及A面

分度圆和A面（找正用）

内孔

A面

内孔及A面

　　（2）齿形精度要求高　　图上标注6－5－5级。为满足齿形精度要求，其加工方案应选择磨齿方案，即滚（插）齿－齿端加工－高频淬火－修正基准－磨齿。磨齿精度可达4级，但生产率低。本例齿面热处理采用高频淬火，变形较小，故留磨余量可缩小到0.1 mm左右，以提高磨齿效率。