锥齿轮铣削工艺分析

    王建立

    摘 要：本文主要針对锥齿轮单件小批量加工过程，分析了锥齿轮低速旋转工况下，零件材料的选用，为提高零件质量，提高生产效率，分度头角度的调整及正确分度的方法，提供一种铣削加工锥齿轮的工艺路线。

    关键词：铣削；锥齿轮；工艺

    DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.09.021

    直齿锥齿轮是农用三轮车用来传动的主要零件，农用车具有运行速度低，运动精度要求低的特点，本文从生产数量、加工精度等方面对零件加工工艺的影响进行分析，确定了一种合理、高效的铣削工艺路线。

    1 导入

    一农用三轮车上需要加工制造一直齿锥齿轮，要求模数m=3，齿数Z=23，压力角20度，数量80件。如图1所示。那么根据用户提供的图纸，怎样才能加工出合格的、满足用户需要的直齿伞齿轮呢？

    2 图纸审核

    2.1 图纸尺寸是否清晰准确完善

    根据图纸，直齿锥齿轮的模数、齿数、压力角，以及啮合齿轮的齿数、轴线夹角等均已确定，首先，根据机械设计手册有关锥齿轮各个部分尺寸的计算公式，分别对分度圆直径、齿顶圆直径、分度圆锥角、齿顶角、齿根角、节锥距、齿厚等尺寸机型计算验证，以确保图纸尺寸准确无误。

    2.2 尺寸公差和形位公差的标注是否合理

    锥齿轮内孔、键槽以及分度圆弦齿厚等配合尺寸均标注了公差要求，齿顶园直径对保证齿轮加工精度和正确测量有重要的作用，因此也标注了尺寸公差。同时，为了便于齿轮的安装和正确啮合，图纸标注了键槽对内孔对称度公差以及齿形对内孔的跳动度公差要求。

    2.3 材质以及热处理方法的选择是否适合

    我们知道齿轮在相互啮合传动的过程中，要承受冲击和磨损。该零件选用45#中碳钢，进行调质和表面高频淬火的热处理工艺，调质处理可以提高齿轮心部的韧性，以便在工作过程中耐冲击，而表面淬火可提高齿轮表面的硬度，提高其耐磨性，以满足其使用要求。

    3 生产加工

    将图纸转化为合格的产品需要编制合理的、能满足图纸各项要求的加工工艺路线。

    3.1 工艺分析

    在编制加工工艺时，综合考虑一下几个方面的问题：零件加工数量，是单间生产还是形成批量；齿轮的使用状况如何？其传动速度和传动精度要求是否很高，以及我们现有的设备加工能力是否满足要求，不同的状况，加工工艺会有所不同。譬如：长期大量生产精度要求高的直齿锥齿轮一般采用专用设备，如刨齿机或者采用精密模锻，但成本较高。针对用户要求加工数量80件，属于小批量生产，且该零件使用在三轮车上，其速度和精度要求都不高，因此，选用万能铣床，采用成型刀铣削的方法制齿，既能满足用户要求，又能降低加工成本，增加经济效益。

    3.2 加工工艺编制

    （1）备料。选用45#棒料，毛坯尺寸：φ75*40。

    （2）热处理。调质处理HBS210-230。

    （3）车削。夹持毛坯外圆一端，车削端面，车成φ50外圆，钻φ20孔，掉头装夹φ50外圆，车成内孔和外形各部分尺寸大图纸要求，使内孔与齿形在一次性装夹中完成，以保证图纸跳动度要求。

    （4）铣削。以加工好的内孔做定位基准，首先设计一定位芯轴，将芯轴与锥齿轮以φ30尺寸定位装配在一起，并用螺帽拧紧，夹持芯轴一端，将工件固定在分度头三爪卡盘上，分度头扳起40度47分的齿根角，由5号锥齿轮铣刀铣削加工。

    （5）钳工。划键槽刨削线。

    （6）刨削。按内孔与线找正工件，刨成键槽大图纸尺寸要求。

    （7）钳工。修锉尖角，以免淬火时产生裂纹。

    （8）热处理。高频淬火处理HRC40-50，提高齿表面的硬度，以保证耐磨。

    注意事项：

    （1）铣刀号数的选择。铣削时，成型铣刀按齿轮模数选择，一般一种模数，因所铣齿轮齿数的不同对应不同的刀号，我们参照机械加工应用手册直齿锥齿轮相关计算表，对于锥齿轮来说，必须计算出假想齿数，根据假想齿数来选择刀号，假想齿数公式=Z/COSφ=23/0.707=32，查表，选择模数m=3，齿数范围26-34，号数5#的锥齿轮铣刀。

    （2）分度头调整的角度。铣床水平进给运动与铣刀旋转切削主运动所形成的轨迹一定是锥齿轮的齿根线，即齿根线与导轨面是平行的，那么，分度头扳起的角度应该是齿根圆锥角，根据图纸标注该角度是40°47'。

    （3）分度头的分度。 一般分度头的定数40，也就是说分度手柄转1圈，分度头主轴（工件）旋转1/40圈，现在齿轮齿数23，每个齿需要转过的圈数=40/23=1+34/46，XUANZE 46孔的分度盘，手柄转过1圈加34孔，就可以将齿轮一周平均分成23等分。

    4 结语

    根据用户图纸要求加工制造直齿锥齿轮，首先必须审核图纸，明确要求，其次，根据加工数量、使用要求以及现有设备的加工能力等几个方面综合考虑，使编制的加工工艺既能满足用户图纸要求，又能降低成本，增加效益。

    参考文献：

    [1]郑建设.直齿锥齿轮热后加工工艺装备设计研究[J].机械传动，

    2008.

    [2]孟文.直齿锥齿轮旋分加工技术基础研究[D].天津大学，2013.

    [3]石磊.直齿锥齿轮一刀加工法[J].现代制造工程，1998.