直齿圆柱齿轮轴的加工工艺分析

直齿圆柱齿轮轴的加工工艺分析

【摘要】齿轮的种类较多，本文主要从轴类零件加工的工艺路线、成形法齿轮加工方法、展成法齿轮加工方法、齿轮加工方案选择等方面对直齿圆柱齿轮轴的加工工艺进行了分析。

【关键词】直齿；圆柱齿轮轴；加工工艺

1 引言

齿轮机构是机器设备的重要组成部分之一，由于齿轮机构具有传动比恒定、寿命长，工作是的功率和圆周速度可靠性高，齿轮机构能够实现平行轴和不平行轴之间的传动等等优点，因此，齿轮是机械行业量大面广的基础件，越来越广泛地被应用于各类工程和建筑机械设备，汽车与其他交通工具的零部件，机床加工设备，枪支与其它兵器，以及航天航空等领域，随着应用的不断扩大，有些机械设备对齿轮的加工精度，效率和柔韧性等也相应的提出了越来越高的要求。齿轮的种类较多，本文主要针对直齿圆柱齿轮轴的加工工艺进行了分析。

2 直齿圆柱齿轮轴的加工工艺分析

2.1 轴类零件加工的工艺路线

众所周知，齿轮轴的形状绝大多数都是圆形的形状，所以我们首先要对所要加工成齿轮轴的工件进行外圆的加工。可以用来加工外圆的加工程序大概有以下几条：

（1）使用最多的是粗车—半精车—精车路线。首先对对所要加工成齿轮轴的工件进行粗车操作，形成大致的胚胎，然后进行半精车加工，最后再进行精车加工。对于大多数的普通材料而言，这种工序可以基本上就可以满足相应的要求。

（2）第二种路线是粗车—半精车—粗磨—精磨路线。对于有些要求加工精度较高、所要加工的表面需要比较光滑的黑色金属材料，前面的工序可以与上述的相同，即先进行粗车，然后进行半精加工，但是紧接着进行的是粗磨，最后是精磨工序，后续的磨削工序可以得到较高的表面光滑度。

（3）第三种路线是粗车—半精车—精车—金刚石车路线。对于有些要求加工精度较高、所要加工的表面需要比较光滑的有色金属材料，由于有色金属一般质地比较柔软，采用磨屑加工一般的不到比较高的表面光滑度，因为磨屑加工容易造成沙粒与沙粒之间的孔隙被堵塞，此时可以采用这种路线，即前面的工序可以与上述的相同，即先进行粗车，然后进行半精加工，后续多用精车和金刚石车来最终得到我们想要的工件。

（4）还有一种是粗车—半精—粗磨—精磨—光整加工路线。对于黑色金属

材料的淬硬零件，由于它们所要求的精度和表面光滑程度一般都很小，所以可以采用此种加工路线。

2.2 齿轮加工方法

为了便于我们了解齿轮的加工过程，下面我们对齿轮加工的方法进行了一个简单的探讨。大家都知道，对于齿轮的加工，其中的关键步骤是齿面的加工。就现在来说，齿面的加工大多采用的是刀具切削加工和砂轮磨削加工。相对而言，刀具切削加工的加工效率要比砂轮磨削加工要高，加工的精度一般已经能够满足我们的需要，所以在齿轮的加工中使用的非常广泛；砂轮磨削加工比刀具切削加工的精度要更高，但是其代价就是效率较低，所以它更适合用于高精度要求的齿轮加工，而不适用于普通齿轮的加工。齿轮加工按照其加工的原理，我们可以把它分为成形法齿轮加工和展成法齿轮加工两大类。

2.2.1成形法

成形法加工齿轮是指采用与被切齿轮齿槽相符的成形刀具来加工齿形的方法，常用的成形法加工齿轮指的是用齿轮铣刀在铣床上加工。

（1）齿轮铣刀的选择

铣刀应该选择与被加工齿轮模数、压力角相等的铣刀。

（2）铣削方法

我们在铣削的过程中，在卧式铣床上应将齿坯套在心轴上安装于分度头和尾架顶尖中，对刀并调好铣削深度后开始铣第一个槽，铣完一齿退出进行分度，依次逐个完成齿数的铣削。

（3）铣齿加工具有以下特点：

1）用普通的铣床设备就可以进行铣齿加工，所以它的刀具成本比较低。

2）生产效率一般不高。由于每铣完一齿就要退出然后进行分度，依次逐个完成齿数的铣削，所以占用较多的辅助时间，造成生产效率不高。

3）铣齿加工所得到的齿轮精度不高，一般来说其齿形精度只能够达到11-9级。

2.2.2 展成法

展成法齿轮加工就是利用齿轮刀具与被切齿坯作啮合运动进而切出齿轮齿形的方法，展成法齿轮加工主要有以下几种分类。

（1）插齿加工齿轮

插齿加工齿轮一般是在插齿机上进行，它相当于一个齿轮的插齿刀与齿坯按一对齿轮作啮合运动而把齿形切成的。我们可以把插齿过程大致的分解为以下过程：插齿刀先在齿坯上切下一小片材料，然后插齿刀退回并转过一小角度，齿坯也同时转过一个相应的角度；然后，插齿刀又下插在齿坯上切下一小片材料，不断的重复上述过程。通过这样的方式，整个齿槽被一刀刀地切出，齿形则被逐渐地包络而成。因此，一把插齿刀，可加工相同模数而齿数不同的齿形，不存在理论齿形的误差。

（2）滚齿加工齿轮

就目前而言，滚齿加工齿轮是应用最广的一种切齿方法，其原理是滚齿刀和齿坯模拟一对螺旋齿轮作啮合运动。滚齿刀好比一个只有一至二齿齿数但是齿形很长的齿轮，其形状就像是蜗杆，经刃磨后形成一排排齿条刀齿。因此，可把滚齿看成是齿条刀对齿坯的加工。通过滚齿加工，也可以用一把滚齿刀加工相同模数不同齿数的齿轮，跟插齿加工一样，它同样不存在理论齿形的误差。

（3）剃齿加工齿轮

剃齿加工齿轮是指用剃齿刀对齿轮的齿面进行精加工的方法。剃齿加工齿轮的原理：剃齿时刀具与工件作一种自由啮合的展成运动。在安装刀具和胚胎工件时，剃齿刀与工件轴线倾斜一个剃齿刀螺旋角β。剃齿刀的圆周速度可以分解为沿工件齿向的切向速度和沿工件齿面的法向速度，从而带动工件旋转和轴向运动，使刀具在工件表面上剃下一层极薄的切屑。同时，工作台带动工件作往复运动，用以剃削轮齿的全长进而得到所需要的齿形。

（4）珩齿加工齿轮

珩齿特点：珩齿的加工原理与剃齿相同，珩齿加工的主要作用是降低齿面粗糙度，一般生产率高，可以适用于大批量的加工8～6级精度的淬火齿轮。

（5）磨齿加工齿轮

磨齿加工齿轮是获得高精度齿轮最有效和可靠的方法，通过磨齿加工，既可磨削不淬火的齿轮，又可磨削淬火的齿轮。

（6）齿轮加工的其它方法

除了上述方法，齿轮加工还有以下的一些方法：磨孔、滚制（齿轮的滚制加工有利用成形法与展成法）、热间锻造、高速锻造、冷间锻造、冲剪、普通铸造、精密铸造法（有毂模法、石膏模法等），以及粉末冶金法、射出成形法等齿轮加工方法。