探析套筒齿轮零件机械加工工艺设计

摘  要：为解决因机械加工方法选择不当、工艺流程缺乏严格把关等因素引发的零件质量差、不符合工艺手册要求等问题，本文针对某套筒齿轮零件的结构、工艺参数进行分析，确认毛坯材料选型、加工余量、轴向工序尺寸及公差、表面粗糙度等具体指标，并完成工艺路线的科学设计，为零件机械加工质量提供良好保障。

关键词：机械加工;套筒齿轮;工序尺寸;加工余量

引言：

套筒齿轮是发挥传动作用的轴零件，主要依靠轴、平键之间的连接带动齿轮啮合，在传动过程中实现转矩的传递。该零件在工业产品制造领域具有广泛应用价值，零件加工质量将直接影响装配精度及产品质量，对其机械加工工艺的改进与优化提出现实要求。

1零件加工要求分析

1.1加工参数

以某套筒齿轮零件为例，该零件模数为3mm、齿数为25个，整体外形轮廓较为简洁，加工工艺复杂程度较低，但对于零件表面粗糙度指标提出严格要求。在加工方法选择上，零件齿轮一端表面的粗糙度为3.2μm、齿轮公差组的精度等级为6级，齿轮内孔表面粗糙度为1.6μm，另一端外圆表面粗糙度数值为0.8μm，且内孔中开设键槽的槽顶面粗糙度为3.2μm，精度等级相对较高，对上述位置宜采用精加工方法;零件其余部位的表面粗糙度均为6.3μm，可选择粗加工或半精加工方法配合使用，在满足加工精度要求的同时提高加工效率。同时，应控制好零件两端外圆Φ50js6mm、Φ52H7mm与中心孔之间的同轴度，在零件加工环节选择中心孔、外圆和中心孔、外圆表面或带中心孔的锥堵作为定位基准，保证加工精度达标[1]。此外，还需在零件相应端面加工成45°倒角，用于改善零件强度、便于后续装配。

1.2毛坯件选型

套筒齿轮主要承担传动功能，该零件选用45钢作为原材料，具有强度高、成本经济等特点，可保证加工后零件的强度达标[2]。在毛坯选择环节，根据零件外形、轮廓与尺寸等参数，以及预计年产1500台的生产规模，拟选用锻件毛坯以锻造工艺成型。根据GB/T 12362-2016《钢质模锻件公差及机械加工余量》与工艺手册，确定零件内、外表面的机械加工余量，判断零件不同部位的表面粗糙度是否>1.6μm，确定毛坯尺寸，并根据45钢的含碳量<0.65%，判断锻件材质系数M1级，获取锻件毛坯的尺寸公差。

2机械加工路线及工艺要点

2.1工艺路线规划

根据零件设计图纸可知，该零件外形呈圆柱状，以零件左侧外圆的Φ30H7mm孔作为设计基准，并将其统一为测量、装配基准，借此最大限度避免在后续加工与装配环节增加尺寸误差，为零件加工精度提供保障。在定位基准的选择上，对于零件齿轮右侧表面、齿轮内孔表面、左侧外圆表面与内孔中开设键槽的顶面等部位进行精加工，应在各部位加工环节选取已完工的零件表面作为定位基准;对于零件其他部位进行粗加工或半精加工时，则选取零件两侧外圆、端面作为定位基准。在工艺路线设计上，大体分为以下11道工序：

（1）选取Φ50js6mm外圆、左侧端面作为定位基准，对右侧端面、外圆Φ810-0.1mm进行粗车，对Φ52H7mm内孔进行粗镗，并完成45°倒角加工。

（2）选取粗车后的右侧端面和外圆Φ810-0.1mm作为定位基准，对左侧端面、Φ50js6mm外圆进行粗车，对Φ30H7mm内孔进行粗镗，并完成45°倒角加工。

（3）选取粗车后的左侧端面、Φ50js6mm外圆作为定位基准，对右侧端面、外圆Φ810-0.1mm进行半精车，对Φ52H7mm内孔进行粗镗，并完成45°倒角加工。

（4）选取半精车后的右侧端面、外圆Φ810-0.1mm作为定位基准，对左侧端面、外圆Φ50js6mm进行半精车，对Φ30H7mm内孔进行半精镗。

（5）选取半精车后的右侧端面、Φ810-0.1mm外圆作为定位基准，对Φ50js6mm外圆进行精车，对Φ30H7mm内孔进行精镗，并完成45°倒角加工。

（6）选取精车后的Φ50js6mm外圆、左侧端面作为定位基准，对Φ52H7mm内孔进行精镗，并完成45°倒角加工。

（7）选取Φ30H7mm内孔与左侧端面作为定位基准，滚齿。

（8）选取Φ30H7mm内孔与左侧端面作为定位基准，拉键槽。

（9）选取Φ30H7mm内孔与左侧端面作为定位基准，磨齿。

（10）钳工去毛刺。

（11）终检。

遵循上述工艺路线进行零件加工，利用粗加工环节切除毛坯表面的机械加工余量，再经由半精加工、精加工两项工序确保零件表面粗糙度满足精度要求。

2.2工序尺寸设计

为有效切除套筒齿轮外圆表面预留的机械加工余量，需运用粗车、半精车、精车三道基本工序进行零件加工，保证将总加工余量均衡分散至各工序环节，并通过将各工序的零件尺寸、公差数据进行汇总，确定具体的工序尺寸。该套筒齿轮零件待加工表面主要包含Φ50js6mm、Φ810-0.1mm两外圆以及Φ30H7mm孔、Φ52H7mm两内孔，在各工序双边余量设计上，粗加工环节余量均为3mm;半精加工环节两外圆加工余量分别为1.5mm和1mm，两孔加工余量均为2mm;精加工环节外圆Φ50js6mm的加工余量为0.5mm，两孔加工余量均为1mm。在轴向工序尺寸与公差设计上，粗加工环节四个部位分别为Φ52mm、Φ82mm、Φ27mm和Φ49mm;半精加工环节分别为Φ50.5mm、Φ810-0.1mm、Φ29mm和Φ51mm;精加工环节达到标准尺寸。在表面粗糙度设计上，粗加工环节四个部位均为6.3μm;半精加工环节均为3.2μm;精加工环节外圆Φ50js6mm为0.8μm，两孔均为1.6μm。

根据零件三个环节加工余量、工序尺寸与表面粗糙度三项指标的设计结果，已知在完成工序1、2后零件端面的加工余量为3.7mm，将总加工余量分配至后续各工序环节中，在粗车、半精车工序中分别切除2mm、1.7mm余量，由此计算出粗加工、半精加工后锻件毛坯尺寸分别为53.7mm和52mm。由于零件外圆的加工精度要求较高，已知零件轴向总机械加工余量为5.4mm（2mm+1.7mm+1.7mm），由此计算出粗车、半精车、精车环节的工序尺寸分别为20.4mm、18.7mm以及17mm。同理完成零件两内孔的加工，粗镗、半精鏜、精镗环节的工序尺寸分别为8.6mm、10.3mm和12mm。

结论：套筒齿轮作为典型轴类零件，在机械加工环节中务必严格依据预设工序流程与零件尺寸要求进行加工处理，明确不同加工部位选定的定位基准，防范因工序把控不当引发零件变形、刚度下降等问题，并且充分利用数控机床保证零件外观质量与表面粗糙度等指标符合工艺要求，实现机械加工工艺的改进优化。

参考文献：

[1]张鑫，冯清.螺纹短轴零件机械加工工艺设计分析[J].科技视界，2021，（30）：2.

[2]王光亚.机械工艺设计的新方法及设计原则分析[J].决策探索（中），2020，（02）：50.

作者简介：

周来建（1975年04月—），男，汉族，浙江省杭州市人，本科，中级工程师，研究方向：机械制造。