圓柱齒輪加工工藝進程常因齒輪的結構形狀、精度等級、出產(chǎn)批量及出產(chǎn)條件不同而選用不同的工藝計劃。下面列出兩個精度要求不同的齒輪典型工藝進程供剖析比較。

一、普通精度齒輪加工工藝剖析

（一）工藝進程剖析

 圖9－17所示為一雙聯(lián)齒輪，資料為40Cr，精度為7－6－6級，其加工工藝進程見表9－6。

 從表中可見，齒輪加工工藝進程大致要通過如下幾個階段：毛坯熱處理、齒坯加工、齒形加工、齒端加工、齒面熱處理、精基準批改及齒形精加工等。

粗車外圓及端面，留余量1.5～2mm，鉆鏜花鍵底孔至尺度φ30H12

拉花鍵孔

鉗工去毛刺

上芯軸，精車外圓，端面及槽至要求

查驗

滾齒（z＝42），留剃余量0.07～0.10 mm

插齒（z＝28），留剃余量0.0,4～0.06 mm

倒角（Ⅰ、Ⅱ齒12°牙角）

剃齒（z＝42），公法線長度至尺度上限

剃齒（z＝28），選用螺旋視點為5°的剃齒刀，剃齒后公法線長度至尺度上限

齒部高頻淬火：G52

推孔

珩齒

總檢入庫

外圓及端面

φ30H12孔及A面

花鍵孔及A面

花鍵孔及B面

花鍵孔及端面

 加工的地一階段是齒坯初進入機械加工的階段。因為齒輪的傳動精度主要決定于齒形精度和齒距散布均勻性，而這與切齒時選用的定位基準（孔和端面）的精度有著直接的聯(lián)系，所以，這個階段主要是為下一階段加工齒形準備精基準，使齒的內(nèi)孔和端面的精度根本到達規(guī)則的技術要求。在這個階段中除了加工出基準外，關于齒形以外的次要表面的加工，也應盡量在這一階段的后期加以完成。

 第二階段是齒形的加工。關于不需要淬火的齒輪，一般來說這個階段也就是齒輪的終加工階段，通過這個階段就應當加工出完全契合圖樣要求的齒輪來。關于需要淬硬的齒輪，有必要在這個階段中加工出能滿意齒形的終精加工所要求的齒形精度，所以這個階段的加工是確保齒輪加工精度的要害階段。應予以特別注意。

 加工的第三階段是熱處理階段。在這個階段中主要對齒面的淬火處理，使齒面到達規(guī)則的硬度要求。

 加工的終階段是齒形的精加工階段。這個階段的意圖，在于批改齒輪通過淬火后所引起的齒形變形，進一步進步齒形精度和降低表面粗糙度，使之到達終的精度要求。在這個階段中首先應對定位基準面（孔和端面）進行修整，因淬火以后齒輪的內(nèi)孔和端面均會發(fā)生變形，如果在淬火后直接選用這樣的孔和端面作為基準進行齒形精加工，是很難到達齒輪精度的要求的。以修整過的基準面定位進行齒形精加工，可以使定位經(jīng)確可靠，余量散布也比較均勻，以便到達精加工的意圖。

（二）定位基準的斷定

 定位基準的精度對齒形加工精度有直接的影響。軸類齒輪的齒形加工一般挑選鼎尖孔定位，某些大模數(shù)的軸類齒輪多挑選齒輪軸頸和一端面定位。盤套類齒輪的齒形加工常選用兩種定位基準。

 1）內(nèi)孔和端面定位 挑選既是規(guī)劃基準又是丈量和安裝基準的內(nèi)孔作為定位基準，既契合“基準重合”原則，又能使齒形加工等工序基準一致，只要嚴格操控內(nèi)孔精度，在專用芯軸上定位時不需要找正。故出產(chǎn)率高，廣泛用于成批出產(chǎn)中。

 2）外圓和端面定位 齒坯內(nèi)孔在通用芯軸上安裝，用找正外圓來決定孔中心方位，故要求齒坯外圓對內(nèi)孔的徑向跳動要小。因找正功率低，一般用于單件小批出產(chǎn)。

（三）齒端加工

 如圖9－18所示，齒輪的齒端加工有倒圓、倒尖、倒棱，和去毛刺等。倒圓、倒尖后的齒輪，沿軸向滑動時容易進入嚙合。倒棱可去除齒端的銳邊，這些銳邊經(jīng)滲碳淬火后很脆，在齒輪傳動中易崩裂。

   用銑刀進行齒端倒圓，如圖9－19所示。倒圓時，銑刀在高速旋轉(zhuǎn)的一起沿圓弧作往復搖擺（每加工一齒往復搖擺一次）。加工完一個齒后工件沿徑向退出，分度后再送進加工下一個齒端。

 齒端加工有必要安排在齒輪淬火之前，通常多在滾（插）齒之后。

（四）精基準批改

 齒輪淬火后基準孔發(fā)生變形，為確保齒形精加工質(zhì)量，對基準孔有必要給予批改。

 對外徑定心的花鍵孔齒輪，通常用花鍵推刀批改。推孔時要避免歪斜，有的工廠選用加長推刀前引導來避免歪斜，已獲得較好作用。

 對圓柱孔齒輪的批改，可選用推孔或磨孔，推孔出產(chǎn)率高，常用于未淬硬齒輪；磨孔精度高，但出產(chǎn)率低，關于整體淬火后內(nèi)孔變形大硬度高的齒輪，或內(nèi)孔較大、厚度較薄的齒輪，則以磨孔為宜。

 磨孔時一般以齒輪分度圓定心，如圖9－20所示，這樣可使磨孔后的齒圈徑向跳動較小，對以后磨齒或珩齒有利。為進步出產(chǎn)率，有的工廠以金剛鏜替代磨孔也獲得了較好的作用。

二、齒輪加工工藝特色（二）齒輪加工工藝特色

（1）定位基準的精度要求較高  

    由圖9－21可見，作為定位基準的內(nèi)孔其尺度精度標示為φ85H5，基準端面的粗糙度較細，為Ra1.6μm，它對基準孔的跳動為0.014mm，這幾項均比一般精度的齒輪要求為高，因此，在齒坯加工中，除了要注意操控端面與內(nèi)孔的筆直度外，需要留必定的余量進行精加工。精加工孔和端面選用磨削，先以齒輪分度圓和端面作為定位基準磨孔，再以孔為定位基準磨端面，操控端面跳動要求，以確保齒形精加工用的精基準的經(jīng)確度。  （2）齒形精度要求高  圖上標示6－5－5級。為滿意齒形精度要求，其加工計劃應挑選磨齒計劃，即滾（插）齒－齒端加工－高頻淬火－批改基準－磨齒。磨齒精度可達4級，但出產(chǎn)率低。本例齒面熱處理選用高頻淬火，變形較小，故留磨余量可縮小到0.1 mm左右，以進步磨齒功率。

1.問題提出

試制時規(guī)劃制作了圖2所示的小端鉆模，在搖臂鉆床Z35上加工噴油器體的3mm×φ2.5mm斜油孔。先用小端鉆模引鉆出3mm×φ2.5mm孔點位，再將全能分度頭傾斜一定視點，裝夾噴油器體大端法蘭，別離將待鉆孔位旋轉(zhuǎn)到低點，順次鉆出3mm×φ2.5mm斜油孔與已鉆3mm×φ3mm長油孔貫穿。

圖2  小端鉆模

試制時按此辦法加工的3mm×φ2.5mm斜油孔與φ3mm孔接通狀況不好。工藝上要求用φ1.5mm鋼絲檢測貫穿油孔，φ1.5mm鋼絲應能穿過銜接油孔。咱們對試制的這批噴油器體斜油孔貫穿狀況進行全數(shù)檢查，φ1.5mm鋼絲不能穿過的孔位超越50%。

咱們剖析了斜油孔接通狀況不好的主要原因：用全能分度頭裝夾，旋轉(zhuǎn)方向定位靠劃線對正，定位誤差較大；用中心鉆對正預制孔有誤差，中心孔偏移影響對中精度；搖臂鉆床Z35主軸鎖定精度差，鉆小孔時簡略走偏，不適宜加工細長孔。因此規(guī)劃制作了噴油器體鉆斜孔輔具，將鉆3mm×φ2.5mm斜油孔工序安排到臺鉆Z512上進行。

2.利用鉆斜孔輔具在臺鉆上加工斜油孔

臺鉆主軸固定，可挑選較高轉(zhuǎn)速范圍大，手輪進給使鉆削更平穩(wěn)，排屑冷卻更方便快捷，有利于細長孔的加工。由于噴油器體的3mm×φ2.5mm孔是斜油孔，并且有較高的對接精度要求，因此規(guī)劃制作了噴油器體鉆斜油孔輔具。鉆孔輔具的結構如圖3所示。

圖3  噴油器體鉆斜油孔輔具

1.定位斜塊 2.菱形銷 3.聯(lián)接螺栓 4.放錯銷 5.銜接盤

如圖3中，噴油器體經(jīng)過大端面、中間螺紋孔M16×1和法蘭孔φ18mm與銜接盤完結徹底定位，防錯銷確保噴油器體法蘭定位孔挑選正確，不然無法安裝到位。銜接盤上銑了3個定位旁邊面，別離與3mm×φ2.5mm斜油孔方位對應。這樣噴油器體與銜接盤裝配后，就可經(jīng)過銜接盤上的定位旁邊面與定位斜塊上的定位旁邊面靠齊，完結裝夾定位，鉆一個φ2.5mm斜油孔與φ3mm長油孔接通后，轉(zhuǎn)動銜接盤，使其他定位旁邊面別離與定位斜塊的定位旁邊面靠齊，鉆出其他2個φ2.5mm斜油孔。

   定位斜塊和銜接盤的結構如圖4所示，經(jīng)過銜接盤上的中間定位孔、菱形銷孔和端面定位銜接，完結了噴油器體與銜接盤的徹底對定，再經(jīng)過銜接盤上距離中心68mm的三個旁邊面與定位斜塊靠齊，別離對應到3mm×φ2.5mm斜油孔的筆直狀態(tài)。這樣完結了定位快速、經(jīng)確牢靠。

圖4  銜接盤和定位斜塊

   噴油器體鉆斜油孔輔具一次裝夾，二次轉(zhuǎn)位，完結了在臺鉆上加工3mm×φ2.5mm斜油孔與φ3mm長油孔對接。對接方位精度偏差小于0.5mm，才干確保φ1.5mm鋼絲能經(jīng)過相貫處。加工好的噴油器體油孔用φ1.5mm鋼絲檢查，均能正常穿過，產(chǎn)品質(zhì)量得到了確保。此工裝裝夾簡略，操作方便，定位經(jīng)確牢靠，確保了產(chǎn)品質(zhì)量。

3.結語

噴油器體鉆斜油孔輔具完結了在臺鉆上加工3mm×φ2.5mm斜油孔，不僅出產(chǎn)效率得到進步，并且產(chǎn)品質(zhì)量得到確保，大大降低了廢品率。此次工藝改善獲得成功，油孔對接方位精度合格率到達95%以上，解決了困擾噴油器體加工的質(zhì)量問題。我公司已完結船用噴油器批量出產(chǎn)，產(chǎn)品質(zhì)量得到用戶信任。此工藝辦法也為相似件的加工提供了一個新的思路。

在德國刀具制作商Horn公司每兩年舉辦一次的“技術開放日”上，媒體記者獲邀參觀了該公司坐落德國圖賓根市的硬質(zhì)合金刀片毛坯生產(chǎn)線，親眼見證了用包含多種不同成分的混合粉料生產(chǎn)可轉(zhuǎn)位刀片的全進程。

Horn公司生產(chǎn)的各種刀具產(chǎn)品（如銑刀、車刀、拉刀、鉸刀等）廣泛采用了可轉(zhuǎn)位刀片。圖1中的旋轉(zhuǎn)展臺展示了該公司蕞新開發(fā)的一些立異產(chǎn)品，包含圓柄和削柄25A端面切槽體系、用于S100內(nèi)冷卻車削刀片的新式刀夾等。

圖1

Horn公司在世界各地的刀具生產(chǎn)廠都能夠?qū)Y而成的刀片進行刃磨成形加工，但一切的刀片毛坯都來自坐落圖賓根的Horn

Hartstoffe硬質(zhì)合金生產(chǎn)廠。制坯工藝的地一步是將不同配比的碳化物、結合劑資料（如鈷和鉭）以及后續(xù)加工所需的添加劑經(jīng)精密稱量后制成混合粉料（圖2）。在冶金實驗室對質(zhì)料進行的檢驗檢測后，對其進行攪拌混合，直至達到所要求的濃度，然后送至下一道工序，用三種成型辦法（軸向壓制成型、擠出成型或打針成型）之一進行毛坯成型加工。

圖2

如果刀片的形狀比較簡單，一般可采用如圖3所示的電動軸向壓坯機壓制成型。這種常用的刀片壓制辦法是將粉料放入模具之中，經(jīng)過單向或雙向加壓，壓制出終究形狀。雖然該辦法比其他成型辦法更簡潔（如在燒結前無需參加添加劑），但卻不適合壓制較雜亂的刀片形狀，因為刀片脫模或許比較困難（或許完全無法脫模）。Horn公司這臺壓坯機采用了機器人自動裝料/卸件設備（見壓坯機左側(cè)）。

圖3

形狀較雜亂的刀片一般是在如圖4所示的活塞式擠出成型機上成型。該機推擠原資料經(jīng)過一個模具而取得所需的形狀。值得注意的是，利用浮動芯軸銷，能夠在刀片毛坯內(nèi)部構成內(nèi)冷卻通道。在擠出成型機下部能夠看到，構成的生坯呈長條狀，還需要將其切成所需長度，經(jīng)過清潔后再送去進行預燒結和燒結。

圖4

用于擠出成型的粉料中含有各種蠟和其他添加劑，這些添加劑可使加工出的刀片生坯具有延展性并呈橡膠狀（見圖5），這些長條形生坯還要切成所需尺度，并在后續(xù)工序中成型。隨后，這些添加劑將在預燒結工序中予以去除。

圖5

Horn公司還開發(fā)了一種用于大批量生產(chǎn)雜亂形狀刀片毛坯的金屬打針成型工藝（圖6所示為兩個裝在流道上的刀片的3D設計圖）。該工藝所用的打針成型機能夠設置超過5000種不同的工藝參數(shù)和變量。注入資料的體積范圍為0.2－20 cm3，打針速度為6m/sec，打針壓力蕞大可達2,200bar，模具重量范圍為150－200kg。

圖6

與打針成型機、壓坯機和擠出成型機相鄰的工區(qū)（見圖7）專門擔任為硬質(zhì)合金刀片生產(chǎn)線制作東西和夾具。為此，Horn公司裝備了電火花加工機床、車床、三軸和五軸銑床、平面磨床和坐標磨床等機床，以及微噴砂體系、激光測量儀和三坐標測量機等設備。

圖7

用擠出成型機或打針成型機成型的刀片生坯經(jīng)過清潔后，還必須進行預燒結。這道工序耗時2－4天，生坯要在氫氣氛爐中逐步加熱到850℃左右，使其中的各種添加劑受熱揮發(fā)，并使生坯預固化。刀片毛坯經(jīng)過預燒結后，即可進入燒結階段（用軸向壓坯機成型的毛坯無需預燒結，可直接進行燒結）。經(jīng)過在1,350℃－1,550℃的高溫文可達100bar的氣體壓力下進行燒結，刀片資料即可取得其終究的物理性能。在燒結進程中，資料部分呈液相狀況，碳化物以相同的方法重新排列，構成無孔隙的同質(zhì)結構。此外，燒結后刀片的體積大約會比燒結前縮小20％－22％（見圖8）。整個燒結進程大約需要持續(xù)20小時才干完結。

圖8

經(jīng)過一系列計量室測試和質(zhì)量控制程序（包含掃描電鏡檢測、維氏硬度檢測、密度檢測、磁飽和度檢測等）之后，各批制品刀片毛坯將從硬質(zhì)合金工廠運送到同樣坐落Horn工業(yè)園區(qū)的刀具生產(chǎn)廠，并在那里的專用磨床（見圖9）上刃磨出刀片的終究形狀。DMG/森精機公司專門為Horn公司提供的銑床渠道也能夠滿意其刀具刃磨的特定需求。Horn刀具生產(chǎn)廠的加工機床總數(shù)超過200臺，這些機床均按所加工的刀片類型分組。

圖9

圖10所示為Horn公司員工將刃磨好的刀片置于夾具上，準備對其進行清潔和噴砂處理。處理完畢后，再將這些夾具移至涂層爐中（Horn公司共有8臺涂層爐）進行PVD或CVD涂層。完結涂層工序后，制品刀片就能夠包裝發(fā)貨了。

圖10

圖11所示為Horn公司生產(chǎn)夾持刀片的刀體和刀夾的加工車間。

圖11

Horn公司從事各種刀片生產(chǎn)任務的許多員工都曾參加過企業(yè)自己的學徒訓練計劃。圖12中正在操作五軸加工中心的學徒已處于訓練的高及階段。在參與手動和數(shù)控加工之前，學徒們先要學習一些基本技能（如整理文檔）。