一种端面齿轮轴花键齿轮加工方法与流程

1.本发明涉及齿轮轴加工技术领域，具体是指一种端面齿轮轴花键齿轮加工方法。


背景技术：

2.齿轮轴主要由轴槽、轴肩、齿轮以及环槽所组成，是旋转机械设备的核心部件之一，由于其具有效率高、摩擦力小、阻力小、装备简单方便等优点，被广泛应用与大、中、小型机械中。在整个机械设备运行生产过程中，齿轮轴承担着机械旋转作用，机械设备通过轴承运转来降低机械在运行生产过程中内部产生的摩擦系数，花键齿轮轴是带有齿轮和花键的轴类零件，是一种使用范围较广的轴类零件。花键齿轮轴作为传动的重要部件，其转速高，传递转矩大，对花键齿轮轴的加工精度和表面硬度有严格要求。花键的齿形对装配尺寸的影响也很大。
3.现有技术中对齿轮轴加工时，通常采用范成法进行加工，范成法也称展成法、共轭法或包络法，是利用一对齿轮啮合时两轮的齿廓互为包络线的原理加工齿轮的，加工时刀具与齿坯的运动就像一对互相啮合的齿轮，最后刀具将齿坯切出渐开线齿廓。范成法加工齿轮常用的是插齿和滚齿的方法。范成法加工齿轮的基本原理是保持刀具和轮坯之间按渐开线齿轮啮合的运动关系来进行切齿的，即利用共轭齿廓互为包络线的原理来加工齿轮的。给生产带来很大的方便，使范成法得到广泛的应用。
4.对于一些形状特殊，或者模数特殊的齿轮轴，采用滚齿的方式其加工范围不能适应零件的加工要求，因此无法采用范成法进行加工。鉴于以上，有必要提出一种端面齿轮轴花键齿轮加工方法来解决上述问题。


技术实现要素：

5.本发明的目的是为了解决上述技术问题，而提供一种端面齿轮轴花键齿轮加工方法。
6.为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：一种端面齿轮轴花键齿轮加工方法，包括分度盘转台、加工铣刀，所述加工铣刀呈分体设计，加工铣刀包括至少两把分体的指状铣刀，多个指状铣刀共同对齿轮轴的一个齿形铣削加工，每个指状铣刀加工齿轮轴齿形的不同部分，还包括对齿轮轴的后处理。
7.进一步的，所述指状铣刀包括第一铣刀，所述第一铣刀截取齿轮轴完整齿形的一部分作为第一铣刀的齿形凸样板。
8.进一步的，所述第一铣刀与完整成型的齿根形状相配合，所述第一铣刀的刀面深度不小于完整齿形齿全高的一半。
9.进一步的，所述指状铣刀还包括第二铣刀，所述第二铣刀的两侧刀面的齿形样板与完整齿形的侧面齿廓相配合。
10.进一步的，齿轮轴的轮坯通过分度盘转台转动角度，铣削加工出完整齿形的侧面齿廓。
11.进一步的，包括以下加工步骤：
12.s1：加工齿轮轴坯料，以齿轮轴两端的顶尖孔为基准，精车齿轮轴的花键齿轮外圆；
13.s2：齿轮轴毛坯加工好后，将其固定在分度盘转台上进行分度，划出所有齿的完整齿形加工线；
14.s3：将齿轮轴毛坯固定在镗铣床上，按照s2步骤中划出的完整齿形加工线，利用镗铣床的棒铣刀进行粗加工，并留有1-3mm的调质余量；
15.s4：在镗铣床上利用分度头对齿轮轴进行分度，利用设计好的第一铣刀铣削出完整齿形齿根部的一部分齿廓，再按照齿数进行分度，依次铣削所有齿的齿根部分齿廓；
16.s5：所有齿的齿根部齿廓铣削完毕，更换第二铣刀，旋转分度头使轮坯旋转预定角度a，保持第二铣刀位置不变，利用第二铣刀铣削出与齿根的齿形相连接的一侧的剩余部分侧面齿廓，加工完成齿的单面齿廓后，分度头反向转动预定角度2a，使用第二铣刀的另一侧铲齿面加工另一侧面齿廓，加工完成齿根的两侧齿廓，按照齿数进行分度加工所有齿根的侧面齿廓；
17.s6：对两把铣刀加工连接处的台阶进行磨平过渡处理。
18.进一步的，所述对齿轮轴的后处理包括精车去除毛刺；所述齿轮轴的轴径表面渗碳处理，渗碳温度为925℃，渗碳层深度为0.8-1.5mm；所述花键齿轮在精加工后涂抹防渗涂料，防渗涂料涂层厚度为0.4-0.5mm，对端面齿轮轴整体进行淬火处理。
19.进一步的，齿轮轴的轴径表面淬火后无涂料处的部位表面硬度为hrc56～62，有涂料处的硬度为hrc≤43。
20.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
21.1、利用多个指状铣刀组合对花键齿轮进行加工，可以方便的加工出特殊形状的齿形，或者加工铣刀无法一次对齿廓成型时，可以较好的对齿轮轴进行加工。
22.2、本发明对花键齿轮的加工方法，当企业在设备不足的情况下，解决了对花键齿轮的加工，提供了一种新的对花键齿轮的加工思路。
23.3、本发明的工艺路线是伴随着新工艺、新技术不断采用、不断改进原有工艺的过程中得出的，保证了齿轮轴加工质量和加工效率。
24.4、本发明对齿轮轴的加工工艺、热处理方式、机械加工工艺过程的优化，对齿轮轴的加工质量及使用寿命有较大的提高。
附图说明
25.图1为本发明一种端面齿轮轴花键齿轮加工方法的轴测图之一；
26.图2为本发明一种端面齿轮轴花键齿轮加工方法的轴测图之二；
27.图3为本发明图1的俯视图；
28.图4为齿轮转动角度后铣刀与齿轮的关系图；
29.图中：1、第一铣刀；2、齿全高；3、刀面深度；4、第二铣刀；5、齿轮外圆；6、侧面齿廓。
具体实施方式
30.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完
整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
31.对于花键齿轮加工时，通常采用范成法对齿轮进行滚齿加工，但是当遇到齿轮的形状特殊，或者缺少能够直接加工成型的齿轮滚刀工具的情况，则无法直接对齿轮轴进行滚齿加工操作，只能采用成形法加工，利用成型指状铣刀，在镗铣床上进行单齿加工，并配合分度盘转台按齿数进行分度来完成所有齿形的加工。
32.实施例一
33.一种端面齿轮轴花键齿轮加工方法，包括分度盘转台、加工铣刀，当齿轮的模数较大或者缺少相应模数的铣刀时，利用现有的加工刀具分次镗洗加工，所述加工铣刀呈分体设计，如图1所示，加工铣刀包括两把分体的指状铣刀，实际使用时也可以根据需要加工的齿廓形状或大小分成多个指状铣刀，多个指状铣刀依次使用共同对齿轮轴的一个齿形铣削加工，每个指状铣刀加工齿轮轴齿形的不同部分，多个指状铣刀铣削完毕后即可加工完成一个单齿。
34.在对于大模数齿轮轴齿形的加工时，不能直接采用一个完整的加工铣刀进行加工，由于齿轮模数大时，加工铣刀的切削长度达，因而需要较大的切削力，如果使用一个完整的加工铣刀加工，则会有以下问题难以克服：一、整个的加工铣刀在对大模数齿轮直接结构内时，由于机床动力不足，难以提供足够的切削力；二是整体加工铣刀的刀具体积大，质量较大，铣刀与刀座、刀座与主轴的连接刚性无法保证。要想在镗铣床上加工这种大模数齿轮轴齿形，必须采取有效措施解决上述两个问题：一是减轻刀具质量；二是增加铣刀与刀座、刀座与主轴的连接刚性。只有这样，才能完成这类齿轮轴的齿形加工。
35.鉴于上述问题，将加工铣刀分为多个指状铣刀，指状铣刀包括第一铣刀1，对第一铣刀1进行设计时，先用制图软件绘制出完整齿形图，然后截取完整齿形的一部分，即如图1所示，齿全高2为h的齿轮，第一铣刀1的刀面深度3至少截取齿全高2的一半以上，如图中h，所述第一铣刀1截取齿轮轴完整齿形的一部分作为第一铣刀1的齿形凸样板，根据凸样板作为第一铣刀1的齿形样板，进而制作出第一铣刀1，使第一铣刀1与完整成型的齿根形状相配合。
36.指状铣刀还包括第二铣刀4，第二铣刀4齿形样板的设计是花键齿轮整个渐开线齿形加工的关键，因为第二铣刀4齿形样板的准确程度将会直接影响所加工渐开线齿形的形状。利用电脑软件模拟实际铣齿加工，根据齿轮轴实际转动角度，产生第二把铣刀的齿形样板。具体方法如下。首先将由电脑软件绘制的完整齿形线以齿轮轴中心点o为原点旋转角度a，得到中心线两侧齿形不对称的图形，一侧离中心线较近，另一侧离中心线较远；如图2所示，然后利用电脑绘图软件将靠近中心线一侧的齿形线以中心线ob为轴线进行镜像拷贝操作，得到另一侧齿形线；最后截取全齿高减去小于第一铣刀1的刀面深度3以后剩余的部分齿形，即可作为第二铣刀4齿形凸样板。如图2所示，使第二铣刀4的两侧刀面的齿形样板与完整齿形的侧面齿廓6相配合；从而齿轮轴的轮坯通过分度盘转台转动角度，铣削加工出完整齿形的侧面齿廓6。
37.本方法实际操作时，加工步骤如下：
38.s1：加工齿轮轴坯料，以齿轮轴两端的顶尖孔为基准，精车齿轮轴的花键齿轮外圆5，为提高效率和保证加工质量，成批生产的齿轮轴精车时可采用数控车削的办法，既提高加工效率又有利于保证弧面等特形面的加工质量。精车后的零件可根据需要进行调质处
理，为以后的表面淬火和渗氮处理时减少变形做准备；
39.s2：齿轮轴毛坯加工好后，将其固定在分度盘转台上进行分度，按照整体齿形样板划出所有齿的齿形加工线；
40.s3：将齿轮轴毛坯固定在镗铣床上，按照s2步骤中划出的完整齿形加工线，利用镗铣床的棒铣刀进行粗加工，并留有1-3mm的调质余量；
41.s4：在镗铣床上利用分度头对齿轮轴进行分度，如图3所示，利用设计好的第一铣刀1铣削出完整齿形齿根部的一部分齿廓，再按照齿数进行分度，依次铣削所有齿的齿根部分齿廓；
42.s5：所有齿的齿根部齿廓铣削完毕，更换第二铣刀4，旋转分度头使轮坯旋转预定角度a，如图4所示，保持第二铣刀4位置不变，利用第二铣刀4铣削出与齿根的齿形相连接的一侧的剩余部分侧面齿廓6，加工完成齿的单面齿廓后，分度头反向转动预定角度2a，使用第二铣刀4的另一侧铲齿面加工另一侧面齿廓6，加工完成齿根的两侧齿廓，按照齿数进行分度加工所有齿根的侧面齿廓6；
43.s6：对两把铣刀加工连接处的台阶进行磨平过渡处理；由于一个完整齿形分两次加工，在两把铣刀加工的连接处易出现台阶，需要钳工修磨两段齿形接刀处，使渐开线齿形过渡平滑。
44.对花键齿轮铣削完毕后，还要对齿轮轴表面进行后处理。后处理包括对齿轮轴精车以及去除毛刺处理；并对齿轮轴的轴径表面渗碳处理，渗碳温度为925℃，渗碳层深度为0.8-1.5mm；花键齿轮处不需要进行渗碳处理，但需要对花键齿轮进行进一步的精加工，在其表面涂抹防渗涂料，防渗涂料涂层厚度为0.4-0.5mm，对端面齿轮轴整体进行淬火处理。齿轮轴的轴径表面淬火后无涂料处的部位表面硬度为hrc56～62，有涂料处的硬度为hrc≤43，淬火后工件涂沫处的涂层会自行脱落或经轻轻敲击即可脱落；
45.淬火后的工件需检查是否弯曲，如有弯曲应校直至0.05以内，变形较大的需经消除内应力处理，防止加工后再变形。上述表面化学处理及热处理工艺是保证齿轮轴使用的重要环节，热处理过程要注意控制温度、冷却速度、冷却介质的质量等因素。
46.经上述热处理后的两端顶尖孔需经研磨，使粗糙度达ra1.6后作精基准，磨削重要的外圆表面及端面。同样，以两端顶尖孔作精基准，车削凹槽附近外圆等重要表面。齿面精加工则同样以两端顶尖孔作精基准，磨削齿面等部位。
47.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种端面齿轮轴花键齿轮加工方法，包括分度盘转台、加工铣刀，其特征在于，所述加工铣刀呈分体设计，加工铣刀包括至少两把分体的指状铣刀，多个指状铣刀共同对齿轮轴的一个齿形铣削加工，每个指状铣刀加工齿轮轴齿形的不同部分，还包括对齿轮轴的后处理。2.根据权利要求1所述的一种端面齿轮轴花键齿轮加工方法，其特征在于，所述指状铣刀包括第一铣刀(1)，所述第一铣刀(1)截取齿轮轴完整齿形的一部分作为第一铣刀(1)的齿形凸样板。3.根据权利要求2所述的一种端面齿轮轴花键齿轮加工方法，其特征在于，所述第一铣刀(1)与完整成型的齿根形状相配合，所述第一铣刀(1)的刀面深度(3)不小于完整齿形齿全高(2)的一半。4.根据权利要求3所述的一种端面齿轮轴花键齿轮加工方法，其特征在于，所述指状铣刀还包括第二铣刀(4)，所述第二铣刀(4)的两侧刀面的齿形样板与完整齿形的侧面齿廓(6)相配合。5.根据权利要求4所述的一种端面齿轮轴花键齿轮加工方法，其特征在于，齿轮轴的轮坯通过分度盘转台转动角度，铣削加工出完整齿形的侧面齿廓(6)。6.根据权利要求1-5任意一项所述的一种端面齿轮轴花键齿轮加工方法，其特征在于，包括以下加工步骤：s1：加工齿轮轴坯料，以齿轮轴两端的顶尖孔为基准，精车齿轮轴的花键齿轮外圆(5)；s2：齿轮轴毛坯加工好后，将其固定在分度盘转台上进行分度，划出所有齿的完整齿形加工线；s3：将齿轮轴毛坯固定在镗铣床上，按照s2步骤中划出的完整齿形加工线，利用镗铣床的棒铣刀进行粗加工，并留有1-3mm的调质余量；s4：在镗铣床上利用分度头对齿轮轴进行分度，利用设计好的第一铣刀(1)铣削出完整齿形齿根部的一部分齿廓，再按照齿数进行分度，依次铣削所有齿的齿根部分齿廓；s5：所有齿的齿根部齿廓铣削完毕，更换第二铣刀(4)，旋转分度头使轮坯旋转预定角度a，保持第二铣刀(4)位置不变，利用第二铣刀(4)铣削出与齿根的齿形相连接的一侧的剩余部分侧面齿廓(6)，加工完成齿的单面齿廓后，分度头反向转动预定角度2a，使用第二铣刀(4)的另一侧铲齿面加工另一侧面齿廓(6)，加工完成齿根的两侧齿廓，按照齿数进行分度加工所有齿根的侧面齿廓(6)；s6：对两把铣刀加工连接处的台阶进行磨平过渡处理。7.根据权利要求1所述的一种端面齿轮轴花键齿轮加工方法，其特征在于，所述对齿轮轴的后处理包括精车去除毛刺；所述齿轮轴的轴径表面渗碳处理，渗碳温度为925℃，渗碳层深度为0.8-1.5mm；所述花键齿轮在精加工后涂抹防渗涂料，防渗涂料涂层厚度为0.4-0.5mm，对端面齿轮轴整体进行淬火处理。8.根据权利要求7所述的一种端面齿轮轴花键齿轮加工方法，其特征在于，齿轮轴的轴径表面淬火后无涂料处的部位表面硬度为hrc56～62，有涂料处的硬度为hrc≤43。

技术总结
本发明公开了一种端面齿轮轴花键齿轮加工方法，包括分度盘转台、加工铣刀，所述加工铣刀呈分体设计，加工铣刀包括至少两把分体的指状铣刀，多个指状铣刀共同对齿轮轴的一个齿形铣削加工，每个指状铣刀加工齿轮轴齿形的不同部分，还包括对齿轮轴的后处理。利用多个指状铣刀组合对花键齿轮进行加工，可以方便的加工出特殊形状的齿形，或者加工铣刀无法一次对齿廓成型时，可以较好的对齿轮轴进行加工。本发明对花键齿轮的加工方法，当企业在设备不足的情况下，解决了对花键齿轮的加工，提供了一种新的对花键齿轮的加工思路。本发明的工艺路线是伴随着新工艺、新技术不断采用、不断改进原有工艺的过程中得出的，保证了齿轮轴加工质量和加工效率。和加工效率。和加工效率。


技术研发人员：王凯
受保护的技术使用者：江阴市凯华机械制造有限公司
技术研发日：2022.12.19
技术公布日：2023/7/19