轴套齿轮加工的数控技术工艺

　　轴套齿轮在轧钢机中与压下传动螺纹相配合，调节辊缝大小，传递轧制力或轧制力矩，起到导正、限位、止转及定位的作用。通过使用数控机床改进其传统的加工工艺，保证质量精度要求及提高加工效率，对保证机器的稳定运行及降低生产成本有着重要的意义。

1 零件的结构分析

　　该零件属于轴套类零件如图1所示，由外圆、齿轮、轴肩、内孔、键槽等不同形式的几何表面及几何实体组成。轴套齿轮的精度要求较高，加工难度大，必须对轴套齿轮加工过程中的一些重要问题，如材料、基准选择、装夹方法、热处理方法、齿形加工等做出正确的选择和分析，才能保证产品符合设计要求。

图1 轴套齿轮示意图

2 材料的选用

　　传动机械中齿轮常选用中碳材料，如45钢、40Cr等，通过调制处理获得良好的综合机械性能。高速重载的齿轮一般选用中低碳合金， 如20CrMnTi等，增强齿芯韧性以抵抗较大的弯曲应力及刚性冲击，再经过齿面渗碳及高频感应淬火等热处理工艺加强齿面的硬度，以提高齿面的耐磨性。此零件用于低速中载，故选用的材料为40Cr。

3 毛坯的选择

　　由于轴套齿轮机械强度要求较高，各阶梯直径相差较大，为减少材料消耗和机械加工的劳动量，此零件选用锻坯。

4 工艺过程的安排及基准的选择

　　工艺过程的安排要综合考量零件的设计要求、生产类型及生产部门的实际生产能力等问题，制定出最为合理的工艺方案。具体工艺过程见表1。

5 各道工序的要求及工艺分析

　　5.1 正火

　　由于此零件采用的是中碳合金钢40Cr，为避免其切削时因为硬度太低而发生粘刀和产生积屑瘤的现象，故在粗车前安排正火，以适当提高硬度，改善材料的切削性能，为之后调质等热处理工序做好组织准备。本例中正火温度为960℃，硬度控制在HB170~207。

　　5.2 荒车、钻孔

　　由于此零件选用的是自由锻毛坯，毛坯尺寸偏差较大，故在粗加工前安排一步荒车工序。荒车选用外圆为定位基准，粗车外圆各部及端面留3 mm余量，并钻中心孔，为钻通孔做好准备。钻通孔，留2～3 mm余量。在工艺系统刚性允许的条件下，背吃刀量可以尽量取大，以减少走刀次数，提高加工效率。

　　5.3 粗车、半精车、半精镗

　　由于此零件外圆与内孔有Φ0.015 mm 的同轴度要求，并考虑到数控加工中的工序集中的特点，故使用内孔作为定位基准，上芯轴，使用双顶尖的装夹方式，运用左、右走刀的方法，在一次装夹中完成整个外圆轮廓的粗加工及半精加工，并且使定位基准与设计基准相统一，消除了基准不重合误差。在粗车工序后留1 mill左右双边余量，半精车后Φ0．5 mill左右精车双边余量。在外圆半精车后，可以再利用外圆作为定位基准半精镗内孔，内孔与外圆互为基准，有利于提高加工精度。

　　在数控编程中，要合理选择工件原点，精确计算各节点尺寸，尽量选择短的走刀路径，注意各项工艺参数并结合选用机床的特点，编写出最为合理且精简的程序语言。参考程序，见表2。

　　5.4 精镗，精车

　　精加工的目的在于保证加工精度，即尺寸精度及表面质量。此例中外圆及内孑L尺寸精度为IT8，表面粗糙度为Ra1.6，故应用互为基准的原则，以内孔和外圆分别作为各自的精基准，保证定位精度，并需要选择较高的切削速度(800～1200 r／min)及较小的进给量来保证其表面质量。

　　5.5 调质处理

　　轴及齿轮类零件为了获得良好的综合机械性能，常用采用调质处理这种热处理方法，其原理是淬火加高温回火，获得回火索氏体，硬度质控制在HRC25~30。

　　5.6 滚齿，剃齿，磨齿

　　在此例中齿轮的精度为7级，为了能在保证精度的前提下，尽可能得提高加工效率，故安排滚齿-剃齿-齿面高频淬火-磨齿这种加工顺序。滚齿，剃齿，磨齿三道工序均采用内孔及一端面作为定位基准，由于内孔和端面都经过精加工，故有很高得定位精度。

　　5.7 齿面高频感应淬火

　　齿面高频感应淬火是利用电磁效应，在极短的时间内加热金属零件表层达到奥氏体温度，并迅速冷却淬火的热处理工艺。由于只在零件的表层进行了淬火，故在表层形成了一层硬度很高的淬硬层，而零件的内部仍然保持了原有的高韧性，这样做的好处是，在受到冲击及较大压力时，内部能保证足够的韧性，表面的高硬度又使轮齿在长时间啮合中保持高耐磨性，这便是我们常说的使齿轮“外硬内韧”的效果。本例中选用的材料为40Cr，经过表面高频淬火后完全能达到设计要求，故选用此种热处理方式。

6 结语

　　轴套类齿轮的加工工艺分析，要对照产品装配图分析其性能、用途及工作条件，明确零件在产品中的位置和作用， 了解其生产类型，结合数控加工的特点，制定合适的加工工艺。通过对轴套齿轮的材料选择、热处理方法的选用、工艺过程安排、基准及切削用量的选择等工艺内容进行分析探讨，总结出优质高效、切实可行的加工工艺，对保证加工质量，提到生产效率，降低生产成本有着重要意义，同时对同类产品的加工也具有借鉴意义。