摘要：齿轮轴是齿轮传动的公共部分，当齿数较少时，如果齿轮和轴分开处理，齿轮太薄，齿轮刚度和强度不能满足实际生产要求。此时，齿轮元件和轴元件应组合成一个部件加工成齿轮轴，现阶段的齿轮轴广泛应用于机械工业的各个领域。
关键词：齿轮轴；加工工序；设计
引言：通过齿轮轴的加工设计，很好的节省了加工设备和人力投资，同时还节省了加工时间和加工成本。特别是在大中型批量生产中，该方案的优势更加明显。而且，由于卡具已经被大量供应商标准化，卡具很容易购买。根据生产的实际需要，改变生产很容易，更符合生产要求。
1齿轮轴加工工艺分析
齿轮轴根据应用条件的不同情况，其材料加工工艺和热处理工艺也不尽相同。而且，在一般情况下，齿轮副的传动比不是1：1。对于主要用作传动功率和扭矩的齿轮，大齿轮的材料一般选择材质较软，较低成本，中等碳钢或较低的材料。合金钢材料和小齿轮的材料通常选自较硬的中碳钢，低合金钢或高合金钢材料，并且同时在热处理中需要对两个齿轮进行不同的热处理。齿轮在较高转速和较重载荷的作用下需要表面热处理，例如表面淬火，渗碳，氮化，碳氮共渗等。由于本文讨论的齿轮轴用于高速和重载工作环境，所以齿轮轴材料选择为20CrMnTi。半精加工完成后，进行调制处理。然后需要渗碳处理。齿面硬度HRC56-62，需要渗碳层。深度0.8〜1.2，芯部硬度HRC32〜38，然后研磨齿面尺寸。
2齿轮轴车序加工工艺的难点
2.1刀具装卡方式的确定。齿轮轴的连续加工可以使用普通的数控车床完成。加工的关键是提高加工效率并降低加工成本，对于批量生产来说，添加一个工艺意味着添加一台机器和一套卡具并增加机器的占地面积，对于不使用自动生产线或经常更换生产线的公司，还需要增加相应的人工成本，因此，应尽量减少处理步骤以减少设备投资。齿轮轴序列采用端部驱动顶端和尾端顶部紧固，并对车床进行粗加工以完成加工，因此，整个车辆序列只需要一台数控车床，另外，顶部和尾部台面由供应商购买的大量标准产品驱动，这也显着降低了成本并缩短了交货时间。齿轮轴序列加工的技术难点在于如何在使用齿尖的顶部并选择车刀时实现高效切削，顶驱的中心是顶尖，顶部由弹簧控制到其轴向位置，但弹簧的力不是很大，在弹性顶部周围有4个固定刻度盘，刻度盘的端面与齿轮轴的粗糙端面接触，尾部具有顶部顶部提供压力，从而在机器主轴期间发生摩擦工具旋转在加工过程中齿轮轴旋转。但是，这种方法不会产生太多的摩擦，如果在加工过程中使用高速切削力或过大的切削力，齿轮轴的端面可能会滑动，并且端面和端面驱动顶端可能会损坏，同时，加工精度和粗糙度可能不符合图纸的要求。
2.2 刀具参数的确定。
2.2.1刀具材料和刀杆的确定。由于20CrMnTi是低合金钢，因此可以使用P型硬质合金刀片。根据工艺系统的分析，4225硬质合金用于粗加工，4215硬质合金用于精加工，主轴是传统主轴。
2.2.2 刀具几何角度的确定。确定刀具几何形状需要根据工件的具体问题进行具体分析。一般来说，刀具角度会影响工件的加工，如下所示：
（1）前角：当前角度增大时，切削刃变得更加尖锐，这可以减小切屑层的塑性变形并有效的降低切削的摩擦阻力。但是，如果前角过大，则切削热的发散不利于切削刃的强度降低，甚至会发生碎裂。由于齿轮轴加工系统刚性差，负前角用于粗加工，前角用于精加工。
（2）后角：后角的大小将影响工件与工具背面之间的摩擦。通常，后角越大，工件和工具侧面之间的摩擦越小。但是，如果后角过大，则不利于减少散热并降低叶片强度。通常，当粗加工需要较高的刀具刚度时，使用较小的后角；在精加工过程中侧表面上的磨损是主要的磨损，并且为了减少磨损，使用更大的后角。因此，齿轮轴加工时采用粗加工时的0°退刀角度和精加工时的7°退刀角度。
（3）主偏角、副偏角：主倾角的增加会增加切割时的进给力并降低返回力。辅助偏角主要影响加工粗糙度。一般来说，偏角越小，粗糙度越低，但偏角太小。增加径向切削力容易引起振动。另外，由于需要旋转台阶面，刀具偏角必须大于90°。为了提高处理系统的刚性，主偏角为95°，偏角为5°。
2.3刀尖角的确定。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆一般情况下，当零件转动时，0.4到2.0毫米的拐角角度可以满足大部分加工要求。由于齿轮轴的最高要求是转动外圆表面的Ra1.6要求，因此可以使用角度为0.8 mm的刀具进行粗加工，并且可以使用角度为0.4 mm的刀具 用于精加工。
2.4切削用量的确定。由于采用横截面驱动刀尖和尾端顶端紧固工件，粗加工切削速度120m / min，切削深度2.5mm，进给量0.3mm / r；切削速度160m / min，切削深度1mm，进给量0.2mm / r。
3改进齿轮轴的加工工艺
改进齿轮轴加工工艺的方法主要是综合改进齿轮轴材料的加工工艺，选择合适的坯料切削，夹具，滚齿，合理选择 切割液。
3.1齿轮轴的材料。对于一些传统的加工齿轮轴材料，通常选用优质碳钢45钢，合金钢40Cr，20CrMnTi等。这些材料的质地比较好，使用寿命长。
3.2选择合适的毛坯下料。现阶段，齿轮轴的机械强度较高，各个步骤的直径之差也较大。为了减少材料消耗和机械加工的劳动量，通常选择锻造毛坯，对于小齿轮轴，也可以制成整体毛坯；模锻适用于中型齿轮轴；自由锻造适用于大型齿轮轴，锻造毛坯应防止锻造缺陷，如裂纹和不均匀的晶粒。
3.3 精车。对于齿轮轴的细轮，通常以齿轮轴两端的顶孔为标准，精车为圆形。为了提高工作效率并确保加工质量，批量生产的齿轮轴的生产通常通过数控车削来完成。这样不仅可以提高加工效率，而且可以保证电弧表面的质量。齿轮轴精加工后的零件可根据实际需要进行淬火和回火，如果设计不需要锻炼，可以直接进入滚齿工艺。
3.4滚齿。对于滚齿工艺的改进从以下几方面来进行：
3.4.1合适的进给量。进给量主要取决于精加工期间齿轮轴表面的粗糙度。一般来说，最大进给速率用于确保高生产效率，在粗加工过程中，机床，工件和卷轴系统的刚度不足以引起卷轴刀架振动，限制进给速度的增加，确保齿轮轴表面光滑。
3.4.2合适的切削用量和切削速度。切削量和切削速度主要取决于加工齿轮的模块，精度，夹具和材料等因素。对于模数较低，硬质材料较高的高精度齿轮，应采用较高的切削速度和较小的进给速度，对于粗加工，应该使用低切削速度和大进给速度，对于大螺旋角和大直径齿轮滚刀降低了切削速度并降低了进给速率。
3.4.3合适的走刀次数。齿轮轴的走刀次数取决于齿轮中齿形加工表面的粗糙度。在大多数情况下，齿轮的整个加工通常不超过三次。当机床的功率和刚度不够时，需要两次粗通道，两次走刀的数量并不统一。每次走刀取两个值，等到两次走刀完成后，将执行进一步的整理过程，在整理过程中，可以使用滚刀的侧边进行切割，滚齿后，进行研磨。为了研磨齿，通常使用加工，这在一定程度上提高了效率，确保了齿轮轴的质量。
3.5夹具。一般来说，夹具的安装精度与齿轮轴的精度有关。它在齿轮轴的滚齿过程中起着重要的作用。
3.5.1在滚齿机上装夹齿轮轴。安装齿轮轴时，检查齿轮顶部圆弧线与刀架垂直平行线之间的误差。通常使用千分表测量90度的方向，使用千分表来检查。
3.5.2在滚齿机上装夹齿坯。首先，在安装压扁毛坯之前，应清洁零件上的油脂和污垢。为保证工件夹紧的准确性，工件的参考面应向下，与支撑面结合使用时，中间不得使用纸或铜。提前按压齿轮坯时，压力面应通过支撑面，而不是挂在支撑面上，使用适当的压力避免压制时工件变形。
3.5.3合适的滚刀刀架。刀架的安装角刚好等于滚刀的螺旋升角的时候只用加工直齿圆柱的齿轮。
结束语
对于齿轮轴的加工，应明确产品各部分的位置和功能，了解技术，结合实际情况找出最佳技术方法，以便采取最优化的技术措施 用于齿轮轴的加工过程，为保证齿轮轴的加工质量，延长齿轮轴的使用寿命，并有效的节约资源，促进社会经济发展。
参考文献：
[1]陈日耀，《金属切削原理》，机械工业出版社，1992.
[2]陈宏钧，《实用机械加工工艺手册》，机械工业出版社，2009.
论文作者:高俊峰,王凯
论文发表刊物:《基层建设》2018年第18期
论文发表时间:2018/7/19
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