长轴类齿轮零件插齿加工工艺优化

长轴类齿轮零件插齿加工工艺优化
目前，齿轮的加工仍以滚齿和插齿加工为主，不同的加工工艺具有不同的特点，在实际加工中往往会根据零件特点选择最适合的加工工艺；选择不同的加工工艺，影响甚至决定了机械加工的质量和水平。

在我国现阶段齿轮加工工艺技术中，仍存在许多问题需要工艺设计人员进行思考，不断地提出新的方法加以优化，以提升齿轮加工工艺水平。

标签：轴类零件；插齿；工艺优化
1 概述
齿轮零件的制齿加工，一般采用效率较高的滚齿加工工艺；相对于滚齿工艺，虽然插齿工艺效率较低，但其精度比滚齿好，另外插齿可以加工内齿以及离轴肩较近的齿轮。

例如有些长轴类齿轮零件，由于轴肩结构限制，没有足够的滚齿出刀，因此只能采取插齿工艺。

然而，由于插齿效率较低，工艺优化就尤显重要，通过设计自动加紧夹具，优化切削参数及余量等可以达到提高插齿加工效率的作用。

2 工件结构及现状分析
图1为拖拉机零件动力输出主动轴，其中A齿模数为5mm，齿数11，B齿模数为5mm，齿数13。

B齿可直接滚齿加工，而A齿直接滚齿加工时B齿对滚刀出刀造成干涉，长期以来只能用插齿加工。

轴类零件加工一般采用两端中心孔为定位基准，但此零件较长（478mm），杆部外圆又比较细（Φ30mm），所以A 齿插齿工序采用外圆D和端面E定位，手动用百分表找正A齿部外圆C，进行加工；C、D外圆和E端面插齿前有精磨工序加工。

而且夹具需用手动上紧四个压板来压紧零件，加工效率及装夹效率极低，劳动强度也大，每班仅加工15件，已经成为此零件的加工瓶颈工序，严重影响产能。

图2为工艺优化前手动裝夹夹具。

通过对零件结构和原工艺方案的分析，认为此零件加工的主要问题为加工效率低，解决此问题主要可以从以下两方面寻找突破：第一、加工工艺方面：寻找高效的加工工艺手段，弥补插齿工艺效率低的缺点；第二、夹具方面：设计新的自动加紧无间隙定位的插齿夹具，不用手工单件找正及上压板螺钉，大幅提高装夹效率，也提高了插齿精度。

滚齿是目前较高效的加工工艺，但是直接滚齿会有出刀干涉。

所以想到滚齿和插齿相结合的方式，即滚齿只去除大部分加工余量，而不加工到尺寸，剩下的余量由插齿加工到尺寸，这样既可以避开出刀干涉，又可以达到提高效率的目的。

要想设计自动加紧加紧，首先要考虑零件结构。

由于零件结构比较长，设计夹具难度较大：零件长478mm，大部分的长度要装在机床工作台面一下，基本达到了机床的加工极限。

按常规的设计，其夹具制造极其困难，制造精度很难保证，重量也非常大，价格也将非常的昂贵。

3 加工方案优化
通过对零件理论分析和绘图（见图1）发现，A处滚齿出刀干涉较小，如将滚齿加工公法线减小1mm，即可刚好完成出刀；滚齿粗加工后，再用插齿工艺对齿加工剩余余量，完成最终齿形加工。

这样，本工序一分为二，两种加工方式的加工余量均较小，都可以采用大的进给加工，并且滚齿工艺本来效率就高，这样下来加工效率将会成倍提高。

4 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。

5 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，每班仅加工15件，采用新工艺后，粗滚工艺每班60件，精插工艺每班35件，成倍的提高了加工效率；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。

6 结语
通过工艺方案的创新优化及插齿夹具的创新设计，在提高加工效率的同时，提高了零件加工质量，减少了多余的磨外圆工序，达到了工艺的整体优化，也为以后特殊零件的加工提供了新的工艺方案。

因此，机械工艺设计及优化只有突破传统加工思维，才能找到解决方案，并以理论为依据，进行不断地实践验证，才能成为可行的创新型方案。

参考文献：
[1]王启平.机床夹具设计[M].哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，1995.
[2]成大先.机械设计手册[M].北京：化学工业出版社，2008.
作者简介：路阳（1986-），男，河南洛阳人，本科，助理工程师，从事齿轮工艺与制造。