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轴套齿轮加工的数控技术工艺

日期:2018年4月23日 10:32
通过对轴套齿轮加工材料选择、表面化学处理、热处理、切削加工工艺等措施进行分析探讨,总结出已经在生产实践中加以实施、能保证加工质量和加工效率的典型轴套齿轮优化数控技术加工工艺。

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。

轴套齿轮示意图 
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。

轴套齿轮的加工工艺过程 

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。

外圆粗、半精车参考程序(FANUC系统、 

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。

所属类别: 齿轮加工厂

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