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第六章 经典零件加工工艺

生产实际中，零件结构千差万别，但其基础几何组成不外是外圆、内孔、平面、螺纹、齿面、曲面等。极少有零件是由单一经典表面所组成，往往是由部分经典表面复合而成，其加工方法较单一经典表面加工复杂，是经典表面加工方法综合应用。下面介绍轴类零件、箱体类和齿轮零件经典加工工艺。

第一节 轴类零件加工

（沿用吴拓主编《机械制造工程》（第2版）机械工业出版社9月图5-33）

图6－1 常见轴类型
一、轴类零件分类、技术要求
轴是机械加工中常见经典零件之一。它在机械中关键用于支承齿轮、带轮、凸轮和连杆等传动件，以传输扭矩。按结构形式不一样，轴能够分为阶梯轴、锥度心轴、光轴、空心轴、曲轴、凸轮轴、偏心轴、多种丝杠等图6-1，其中阶梯传动轴应用较广，其加工工艺能较全方面地反应轴类零件加工规律和共性。
依据轴类零件功用和工作条件，其技术要求关键在以下方面：
⑴ 尺寸精度 轴类零件关键表面常为两类：一类是和轴承内圈配合外圆轴颈，即支承轴颈，用于确定轴位置并支承轴，尺寸精度要求较高，通常为IT 5~IT7；另一类为和各类传动件配合轴颈，即配合轴颈，其精度稍低，常为IT6~IT9。
⑵ 几何形状精度 关键指轴颈表面、外圆锥面、锥孔等关键表面圆度、圆柱度。其误差通常应限制在尺寸公差范围内，对于精密轴，需在零件图上另行要求其几何形状精度。
⑶ 相互位置精度 包含内、外表面、关键轴面同轴度、圆径向跳动、关键端面对轴心线垂直度、端面间平行度等。
⑷ 表面粗糙度 轴加工表面全部有粗糙度要求，通常依据加工可能性和经济性来确定。支承轴颈常为0.2~1.6μm，传动件配合轴颈为0.4~3.2μm。
⑸ 其它 热处理、倒角、倒棱及外观修饰等要求。
二、轴类零件材料、毛坯及热处理
1．轴类零件材料
⑴ 轴类零件材料 常见45钢，精度较高轴可选择40Cr、轴承钢GCr15、弹簧钢65Mn，也可选择球墨铸铁；对高速、重载轴，选择20CrMnTi、20Mn2B、20Cr等低碳合金钢或38CrMoAl氮化钢。
⑵ 轴类毛坯 常见圆棒料和锻件；大型轴或结构复杂轴采取铸件。毛坯经过加热铸造后，可使金属内部纤维组织沿表面均匀分布，取得较高抗拉、抗弯及抗扭强度。
2．轴类零件热处理
铸造毛坯在加工前，均需安排正火或退火处理，使钢材内部晶粒细化，消除铸造应力，降低材料硬度，改善切削加工性能。
调质通常安排在粗车以后、半精车之前，以取得良好物理力学性能。
表面淬火通常安排在精加工之前，这么能够纠正因淬火引发局部变形。
精度要求高轴，在局部淬火或粗磨以后，还需进行低温时效处理。
三、轴类零件安装方法
轴类零件安装方法关键有以下三种。
1．采取两中心孔定位装夹
通常以关键外圆面作为粗基准定位，加工出中心孔，再以轴两端中心孔为定位精基准；尽可能做到基准统一、基准重合、互为基准，并实现一次安装加工多个表面。中心孔是工件加工统一定位基准和检验基准，它本身质量很关键，其准备工作也相对复杂，常常以支承轴颈定位，车（钻）中心锥孔；再以中心孔定位，精车外圆；以外圆定位，粗磨锥孔；以中心孔定位，精磨外圆；最终以支承轴颈外圆定位，精磨（刮研或研磨）锥孔，使锥孔各项精度达成要求。
2．用外圆表面定位装夹
对于空心轴或短小轴等不可能用中心孔定位情况，可用轴外圆面定位、夹紧并传输扭矩。通常采取三爪卡盘、四爪卡盘等通用夹具，或多种高精度自动定心专用夹具，如液性塑料薄壁定心夹具、膜片卡盘等。
3．用多种堵头或拉杆心轴定位装夹
加工空心轴外圆表面时，常见带中心孔多种堵头或拉杆心轴来安装工件。小锥孔时常见堵头；大锥孔时常见带堵头拉杆心轴，图6-2。

（沿用吴拓主编《机械制造工程》（第2版）机械工业出版社9月图5-34）

图6－2 堵头和拉杆心轴

（沿用吴拓主编《机械制造工程》（第2版）机械工业出版社9月图5-35）

图6－3 6140车床主轴简图
四、轴类零件工艺过程示例
1．CA6140车床主轴技术要求及功用
图6-3为CA6140车床主轴零件简图。由零件简图可知，该主轴呈阶梯状，其上有安装支承轴承、传动件圆柱、圆锥面，安装滑动齿轮花键，安装卡盘及顶尖内外圆锥面，联接紧固螺母螺旋面，经过棒料深孔等。下面分别介绍主轴各关键部分作用及技术要求：
⑴ 支承轴颈 主轴二个支承轴颈A、B圆度公差为0.005mm，径向跳动公差为0.005mm；而支承轴颈1∶12锥面接触率≥70%；表面粗糙度Ra为0.4mm；支承轴颈尺寸精度为IT5。因为主轴支承轴颈是用来安装支承轴承，是主轴部件装配基准面，所以它制造精度直接影响到主轴部件回转精度。
⑵ 端部锥孔 主轴端部内锥孔（莫氏6号）对支承轴颈A、B跳动在轴端面处公差为0.005mm，离轴端面300mm处公差为0.01 mm；锥面接触率≥70%；表面粗糙度Ra为0.4mm；硬度要求45~50HRC。该锥孔是用来安装顶尖或工具锥柄，其轴心线必需和两个支承轴颈轴心线严格同轴，不然会使工件（或工具）产生同轴度误差。
⑶ 端部短锥和端面 头部短锥C和端面D对主轴二个支承轴颈A、B径向圆跳动公差为0.008mm；表面粗糙度Ra为0.8mm。它是安装卡盘定位面。为确保卡盘定心精度，该圆锥面必需和支承轴颈同轴，而端面必需和主轴回转中心垂直。
⑷ 空套齿轮轴颈 空套齿轮轴颈对支承轴颈A、B径向圆跳动公差为0.015 mm。因为该轴颈是和齿轮孔相配合表面，对支承轴颈应有一定同轴度要求，不然引发主轴传动啮合不良，当主轴转速很高时，还会影响齿轮传动平稳性并产生噪声。
⑸ 螺纹 主轴上螺旋面误差是造成压紧螺母端面跳动原因之一，所以应控制螺纹加工精度。当主轴上压紧螺母端面跳动过大时，会使被压紧滚动轴承内环轴心线产生倾斜，从而引发主轴径向圆跳动。
2．主轴加工关键点和方法
主轴加工关键问题是怎样确保主轴支承轴颈尺寸、形状、位置精度和表面粗糙度，主轴前端内、外锥面形状精度、表面粗糙度和它们对支承轴颈位置精度。
主轴支承轴颈尺寸精度、形状精度和表面粗糙度要求，能够采取精密磨削方法确保。磨削前应提升精基准精度。

（沿用吴拓主编《机械制造工程》（第2版）机械工业出版社9月图5-36）

图6-4 组合磨主轴加工示意图
a)工位Ⅰ b）工位Ⅱ
确保主轴前端内、外锥面形状精度、表面粗糙度一样应采取精密磨削方法。为了确保外锥面相对支承轴颈位置精度，和支承轴颈之间位置精度，通常采取组合磨削法，在一次装夹中加工这些表面，图6-4所表示。机床上有两个独立砂轮架，精磨在两个工位上进行，工位Ⅰ精磨前、后轴颈锥面，工位Ⅱ用角度成形砂轮，磨削主轴前端支承面和短锥面。
主轴锥孔相对于支承轴颈位置精度是靠采取支承轴颈A、B作为定位基准，而让被加工主轴装夹在磨床工作台上加工来确保。以支承轴颈作为定位基准加工内锥面，符合基准重合标准。在精磨前端锥孔之前，应使作为定位基准支承轴颈A、B达成一定精度。主轴锥孔磨削通常采取专用夹具，图6-5所表示。夹具由底座1、支架2及浮动夹头3三部分组成，两个支架固定在底座上，作为工件定位基准面两段轴颈放在支架两个V形块上，V形块镶有硬质合金，以提升耐磨性，并降低对工件轴颈划痕，工件中心高应恰好等于磨头砂轮轴中心高，不然将会使锥孔母线呈双曲线，影响内锥孔接触精度。后端浮动卡头用锥柄装在磨床主轴锥孔内，工件尾端插于弹性套内，用弹簧将浮动卡头外壳连同工件向左拉，经过钢球压向镶有硬质合金锥柄端面，限制工件轴向窜动。采取这种联接方法，能够确保工件支承轴颈定位精度不受内圆磨床主轴回转误差影响，也可降低机床本身振动对加工质量影响。

（沿用吴拓主编《机械制造工程》（第2版）机械工业出版社9月图5-37）

图6-5 磨主轴锥孔夹具
1—底座 2—支架 3—浮动夹头 4—工件
主轴外圆表面加工，应该以顶尖孔作为统一定位基准。但在主轴加工过程中，伴随通孔加工，作为定位基准面中心孔消失，工艺上常采取带有中心孔锥堵塞到主轴两端孔中，图6-2所表示，让锥堵顶尖孔起附加定位基准作用。
3．CA6140车床主轴加工定位基准选择
主轴加工中，为了确保各关键表面相互位置精度，选择定位基按时，应遵照基准重合、基准统一和互为基准等关键标准，并能在一次装夹中尽可能加工出较多表面。
因为主轴外圆表面设计基准是主轴轴心线，依据基准重合标准考虑应选择主轴两端顶尖孔作为精基准面。用顶尖孔定位，还能在一次装夹中将很多外圆表面及其端面加工出来，有利于确保加工面间位置精度。所以主轴在粗车之前应先加工顶尖孔。
为了确保支承轴颈和主轴内锥面同轴度要求，宜按互为基准标准选择基准面。如车小端1∶20锥孔和大端莫氏6号内锥孔时， 以和前支承轴颈相邻而它们又是用同一基准加工出来外圆柱面为定位基准面（因支承轴颈系外锥面不便装夹）；在精车各外圆（包含两个支承轴颈）时，以前、后锥孔内所配锥堵顶尖孔为定位基面；在粗磨莫氏6号内锥孔时，又以两圆柱面为定位基准面；粗、精磨两个支承轴颈1∶12锥面时，再次用锥堵顶尖孔定位；最终精磨莫氏6号锥孔时，直接以精磨后前支承轴颈和另一圆柱面定位。定位基准每转换一次，全部使主轴加工精度提升一步。
4．CA6140车床主轴关键加工表面加工工序安排
CA6140车床主轴关键加工表面是Ø75h5、Ø80h5、Ø90g5、Ø105h5轴颈，两支承轴颈及大头锥孔。它们加工尺寸精度在IT5~IT6之间，表面粗糙度Ra为0.4~0.8mm。
主轴加工工艺过程可划分为三个加工阶段，即粗加工阶段（包含铣端面、加工顶尖孔、粗车外圆等）；半精加工阶段（半精车外圆，钻通孔，车锥面、锥孔，钻大头端面各孔，精车外圆等）；精加工阶段（包含精铣键槽，粗、精磨外圆、锥面、锥孔等）。
在机械加工工序中间尚需插入必需热处理工序，这就决定了主轴加工各关键表面总是循着以下次序进行，即粗车→调质（预备热处理）→半精车→精车→淬火-回火（最终热处理）→粗磨→精磨。
总而言之，主轴关键表面加工次序安排以下：
外圆表面粗加工（以顶尖孔定位）→外圆表面半精加工（以顶尖孔定位）→钻通孔（以半精加工过外圆表面定位）→锥孔粗加工（以半精加工过外圆表面定位，加工后配锥堵）→外圆表面精加工（以锥堵顶尖孔定位）→锥孔精加工（以精加工外圆面定位）。
当关键表面加工次序确定后，就要合理地插入非关键表面加工工序。对主轴来说非关键表面指是螺孔、键槽、螺纹等。这些表面加工通常不易出现废品，所以尽可能安排在后面工序进行，关键表面加工一旦出了废品，非关键表面就不需加工了，这么能够避免浪费工时。但这些表面也不能放在关键表面精加工后，以防在加工非关键表面过程中损伤已精加工过关键表面。
对通常需要在淬硬表面上加工螺孔、键槽等，全部应安排在淬火前加工。非淬硬表面上螺孔、键槽等通常在外圆精车以后，精磨之前进行加工。主轴螺纹，因它和主轴支承轴颈之间有一定同轴度要求，所以螺纹安排在以非淬火-回火为最终热处理工序以后精加工阶段进行，这么半精加工后残余应力所引发变形和热处理后变形，就不会影响螺纹加工精度。
5．CA6140车床主轴加工工艺过程
表6-1列出了CA6140车床主轴加工工艺过程。
生产类型：大批生产；材料牌号：45号钢；毛坯种类：模锻件
表6-1 大批生产CA6140车床主轴工艺过程
（沿用吴拓主编《机械制造工程》（第2版）机械工业出版社9月表5-5）
序号
工序名称
工序内容
定位基准
设备
1
备料

2
铸造
模锻

立式精锻机
3
热处理
正火

4
锯头

5
铣端面钻中心孔

毛坯外圆
中心孔机床
6
粗车外圆

顶尖孔
多刀半自动车床
7
热处理
调质

8
车大端各部
车大端外圆、短锥、端面及台阶
顶尖孔
卧式车床
9
车小端各部
仿形车小端各部外圆
顶尖孔
仿形车床
10
钻深孔
钻Ø48mm通孔
两端支承轴颈
深孔钻床
11
车小端锥孔
车小端锥孔（配1∶20锥堵，涂色法检验接触率≥50%）
两端支承轴颈
卧式车床
12
车大端锥孔
车大端锥孔（配莫氏6号锥堵，涂色法检验接触率≥30%）、外短锥及端面
两端支承轴颈
卧式车床
13
钻孔
钻大头端面各孔
大端内锥孔
摇臂钻床
14
热处理
局部高频淬火（Ø90g5、短锥及莫氏6号锥孔）

高频淬火设备
15
精车外圆
精车各外圆并切槽、倒角
锥堵顶尖孔
数控车床
16
粗磨外圆
粗磨Ø75h5、Ø90g5、Ø105h5外圆
锥堵顶尖孔
组合外圆磨床
17
粗磨大端锥孔
粗磨大端内锥孔（重配莫氏6号锥堵，涂色法检验接触率≥40%）
前支承轴颈及Ø75h5外圆
内圆磨床
18
铣花键
铣Ø89f6花键
锥堵顶尖孔
花键铣床
19
铣键槽
铣12f9键槽
Ø80h5及M115mm外圆
立式铣床
20
车螺纹
车三处螺纹（和螺母配车）
锥堵顶尖孔
卧式车床
21
精磨外圆
精磨各外圆及E、F两端面
锥堵顶尖孔
外圆磨床
22
粗磨外锥面
粗磨两处1∶12外锥面
锥堵顶尖孔
专用组合磨床
23
精磨外锥面
精磨两处两处1∶12外锥面、D端面及短锥面
锥堵顶尖孔
专用组合磨床
24
精磨大端锥孔
精磨大端莫氏6号内锥孔（卸堵，涂色法检验接触率≥70%）
前支承轴颈及Ø75h5外圆
专用主轴锥孔磨床
25
钳工
端面孔去锐边倒角，去毛刺

26
检验
按图样要求全部检验
前支承轴颈及Ø75h5外圆
专用检具
五、轴类零件检验
1．加工中检验
自动测量装置，作为辅助装置安装在机床上。这种检验方法能在不影响加工情况下，依据测量结果，主动地控制机床工作过程，如改变进给量，自动赔偿刀具磨损，自动退刀、停车等，使之适应加工条件改变，预防产生废品，故又称为主动检验。主动检验属在线检测，即在设备运行，生产不停顿情况下，依据信号处理基础原理，掌握设备运行情况，对生产过程进行估计预报及必需调整。在线检测在机械制造中应用越来越广。
2．加工后检验
单件小批生产中，尺寸精度通常见外径千分尺检验；大批大量生产时，常采取光滑极限量规检验，长度大而精度高工件可用比较仪检验。表面粗糙度可用粗糙度样板进行检验；要求较高时则用光学显微镜或轮廓仪检验。圆度误差可用千分尺测出工件同一截面内直径最大差值之半来确定，也可用千分表借助V形铁来测量，若条件许可，可用圆度仪检验。圆柱度误差通常见千分尺测出同一轴向剖面内最大和最小值之差方法来确定。主轴相互位置精度检验通常以轴两端顶尖孔或工艺锥堵上顶尖孔为定位基准，在两支承轴颈上方分别用千分表测量。

第二节 箱体类零件加工

一、箱体零件概述
箱体类零件通常作为箱体部件装配时基准零件。它将部分轴、套、轴承和齿轮等零件装配起来，使其保持正确相互位置关系，以传输转矩或改变转速来完成要求运动。所以，箱体类零件加工质量对机器工作精度、使用性能和寿命全部有直接影响。
箱体零件结构特点：多为铸造件，结构复杂，壁薄且不均匀，加工部位多，加工难度大。
箱体零件关键技术要求：轴颈支承孔孔径精度及相互之间位置精度，定位销孔精度和孔距精度；关键平面精度；表面粗糙度等。
箱体零件材料及毛坯：箱体零件常选择灰铸铁，汽车、摩托车曲轴箱选择铝合金作为曲轴箱主体材料，其毛坯通常采取铸件，因曲轴箱是大批大量生产，且毛坯形状复杂，故采取压铸毛坯，镶套和箱体在压铸时铸成一体。压铸毛坯精度高，加工余量小，有利于机械加工。为降低毛坯铸造时产生残余应力，箱体铸造后应安排人工时效。
二、箱体类零件工艺过程特点分析
下面我们以某减速箱为例说明箱体类零件加工。
1．箱体类零件特点
通常减速箱为了制造和装配方便，常做成可剖分，图6-6所表示，这种箱体在矿山、冶金和起重运输机械中应用较多。剖分式箱体也含有通常箱体结构特点，如壁薄、中空、形状复杂，加工表面多为平面和孔。

（沿用吴拓主编《机械制造工程》（第2版）机械工业出版社9月图5-38）

图6-6 减速箱体结构简图
1—箱盖 2—底座 3—对合面
减速箱体关键加工表面可归纳为以下三类：
⑴ 关键平面 箱盖对合面和顶部方孔端面、底座底面和对合面、轴承孔端面等。
⑵ 关键孔 轴承孔（Ø150H7、Ø90H7）及孔内环槽等。
⑶ 其它加工部分 联接孔、螺孔、销孔、斜油标孔和孔凸台面等。
2．工艺过程设计应考虑问题
依据减速箱体可剖分结构特点和各加工表面要求，在编制工艺过程时应注意以下问题：
⑴ 加工过程划分 整个加工过程可分为两大阶段，即先对箱盖和底座分别进行加工，然后再对装合好整个箱体进行加工——合件加工。为确保效率和精度兼顾，就孔和面加工还需粗精分开；
⑵ 箱体加工工艺安排 安排箱体加工工艺，应遵照先面后孔工艺标准，对剖分式减速箱体还应遵照组装后镗孔标准。因为假如不先将箱体对合面加工好，轴承孔就不能进行加工。另外，镗轴承孔时，必需以底座底面为定位基准，所以底座底面也必需先加工好。
因为轴承孔及各关键平面，全部要求和对合面保持较高位置精度，所以在平面加工方面，应先加工对合面，然后再加工其它平面，还表现先主后次标准。
⑶ 箱体加工中运输和装夹 箱体体积、重量较大，故应尽可能降低工件运输和装夹次数。为了便于确保各加工表面位置精度，应在一次装夹中尽可能多加工部分表面。工序安排相对集中。箱体零件上相互位置要求较高孔系和平面，通常尽可能集中在同一工序中加工，以降低装夹次数，从而降低安装误差影响，有利于确保其相互位置精度要求。
⑷ 合理安排时效工序 通常在毛坯铸造以后安排一次人工时效即可；对部分高精度或形状尤其复杂箱体，应在粗加工以后再安排一次人工时效，以消除粗加工产生内应力，确保箱体加工精度稳定性。
3．剖分式减速箱体加工定位基准选择
⑴ 粗基准选择 通常箱体零件粗基准全部用它上面关键孔和另一个相距较远孔作为粗基准，以确保孔加工时余量均匀。 剖分式箱体最先加工是箱盖或底座对合面。因为分离式箱体轴承孔毛坯孔分布在箱盖和底座两个不一样部分上，所以在加工箱盖或底座对合面时，无法以轴承孔毛坯面作粗基准，而是以凸缘不加工面为粗基准，即箱盖以凸缘面A，底座以凸缘面B为粗基准。这么可确保对合面加工凸缘厚薄较为均匀，降低箱体装合时对合面变形。
⑵ 精基准选择 常以箱体零件装配基准或专门加工一面两孔定位，使得基准统一。剖分式箱体对合面和底面（装配基面）有一定尺寸精度和相互位置精度要求；轴承孔轴线应在对合面上，和底面也有一定尺寸精度和相互位置精度要求。为了确保以上几项要求，加工底座对合面时，应以底面为精基准，使对合面加工时定位基准和设计基准重合；箱体装合后加工轴承孔时，仍以底面为关键定位基准，并和底面上两定位孔组成经典一面两孔定位方法。这么，轴承孔加工，其定位基准既符合基准统一标准，也符合基准重合标准，有利于确保轴承孔轴线和对合面重合度及和装配基准面尺寸精度和平行度。
4．分离式减速箱体加工工艺过程
表6-2所列为某厂在小批生产条件下加工图6-6所表示减速箱体机械加工工艺过程。
生产类型：小批；毛坯种类：铸件；材料牌号：HT200。
表6-2 减速箱体机械加工工艺过程
（沿用吴拓主编《机械制造工程》（第2版）机械工业出版社9月表5-6）
序号
工序名称
工序内容
加工设备
1
铸造
铸造毛坯

2
热处理
人工时效

3
油漆
喷涂底漆

4
划线
箱盖：依据凸缘面A划对合面加工线；划顶部C面加工线；划轴承孔两端面加工线
底座：依据凸缘面B划对合面加工线；划底面D加工线；划轴承孔两端面加工线
划线平台
5
刨削
箱盖：粗、精刨对合面；粗、精刨顶部C面
底座：粗、精刨对合面；粗精刨底面D
牛头刨床或龙门刨床
6
划线
箱盖：划中心十字线，各联接孔、销钉孔、螺孔、吊装孔加工线
底座：划中心十字线；底面各联接孔、油塞孔、油标孔加工线
划线平台
7
钻削
箱盖：按划线钻各联接孔，并锪平；钻各螺孔底孔、吊装孔
底座：按划线钻底面上各联接孔、油塞底孔、油标孔，各孔端锪平；将箱盖和底座合在一起，按箱盖对合面上已钻孔，钻底座对合面上联接孔，并锪平
摇臂钻床
8
钳工
对箱盖、底座各螺孔攻螺纹；铲刮箱盖及底座对合面；箱盖和底座合箱；按箱盖上划线配钻、铰二销孔，打入定位销

9
铣削
粗、精铣轴承孔端面
端面铣床
10
镗削
粗、精镗轴承孔；切轴承孔内环槽
卧式镗床
11
钳工
去毛刺、清洗、打标识

12
油漆
各不加工外表面

13
检验
按图样要求检验

5．箱体零件检验
表面粗糙度检验通常见目测或样板比较法，只有当Ra值很小时，才考虑使用光学量仪或作用粗糙度仪；
孔尺寸精度：通常见塞规检验；单件小批生产时可用内径千分尺或内径千分表检验；若精度要求很高可用气动量仪检验。
平面直线度：可用平尺和厚薄规或水平仪和桥板检验；
平面平面度：可用自准直仪或水平仪和桥板检验，也可用涂色检验。
同轴度检验：通常工厂常见检验棒检验同轴度；
孔间距和孔轴线平行度检验： 依据孔距精度高低，可分别使用游标卡尺或千分尺，也可用块规测量；
三坐标测量机可同时对零件尺寸、形状和位置等进行高精度测量。

第三节 圆柱齿轮加工

一、圆柱齿轮加工概述
齿轮是机械工业标志性零件，它是用来按要求速比传输运动和动力关键零件，在多种机器和仪器中应用很普遍。
1．圆柱齿轮结构特点和分类
齿轮结构形状按使用场所和要求不一样改变，图6-7是常见圆柱齿轮结构形式，其分为：盘形齿轮（图a单联、b双联、c三联）、内齿轮（图d）、连轴齿轮（图e）、套筒齿轮（图f）、扇形齿轮（图g）、齿条（图h）、装配齿轮（图i）。

（沿用吴拓主编《机械制造工程》（第2版）机械工业出版社9月图5-39）

图6-7 圆柱齿轮结构形式
2．圆柱齿轮精度要求
齿轮本身精度影响其使用性能和寿命，通常对齿轮制造提出以下精度要求：
1）运动精度 确保齿轮正确传输运动和恒定传动比，要求最大转角误差不能超出对应要求值。
2）工作平稳性 要求传动平稳，振动、冲击、噪声小。
3）齿面接触精度 为确保传动中载荷分布均匀，齿面接触要求均匀，避免局部载荷过大、应力集中等造成过早磨损或折断。
4）齿侧间隙 要求传动中非工作面留有间隙以赔偿温升、弹性形变和加工装配误差并利于润滑油储存和油膜形成。
3．齿轮材料、毛坯和热处理
⑴ 材料选择 依据使用要求和工作条件选择适宜材料，一般齿轮选择中碳钢和中碳合金钢，如40、45、50、40MnB、40Cr、45Cr、42SiMn、35SiMn2MoV等；要求高齿轮可选择20Mn2B、18CrMnTi、30CrMnTi、20Cr等低碳合金钢；对于低速轻载开式传动可选择ZG40、ZG45等铸钢材料或灰口铸铁；非传力齿轮可选择尼龙、夹布胶木或塑料。
⑵ 齿轮毛坯 毛坯选择取决于齿轮材料、形状、尺寸、使用条件、生产批量等原因，常见毛坯种类油：
1）铸铁件：用于受力小、无冲击、低速齿轮；
2）棒料：用于尺寸小、结构简单、受力不大齿轮；
3）锻坯：用于高速重载齿轮；
4）铸钢坯：用于结构复杂、尺寸较大不宜铸造齿轮。
⑶ 齿轮热处理 在齿轮加工工艺过程中，热处理工序位置安排十分关键，它直接影响齿轮力学性能及切削加工难易程度。通常在齿轮加工中有两种热处理工序：
1）毛坯热处理 为了消除铸造和粗加工造成残余应力、改善齿轮材料内部金相组织和切削加工性能，在齿轮毛坯加工前后通常安排正火或调质等预热处理。
2）齿面热处理 为了提升齿面硬度、增加齿轮承载能力和耐磨性而进行齿面高频淬火、渗碳淬火、氮碳共渗和渗氮等热处理工序。通常安排在滚齿、插齿、剃齿以后，珩齿、磨齿之前。
二、圆柱齿轮齿面（形）加工方法
1．齿轮齿面加工方法分类
按齿面形成原理不一样，齿面加工能够分为两类方法：
⑴ 成形法 用和被切齿轮齿槽形状相符成形刀具切出齿面方法，如铣齿、拉齿和成型磨齿等；
⑵ 展成法 齿轮刀具和工件按齿轮副啮合关系作展成运动切出齿面方法，工件齿面由刀具切削刃包络而成，如滚齿、插齿、剃齿、磨齿和珩齿等。
加工原理及装备详见《金属切削加工及装备》（吴拓主编，机械工业出版社1月出版第六、七章）。
2．圆柱齿轮齿面加工方法选择
齿轮齿面精度要求大多较高，加工工艺复杂，选择加工方案时应综合考虑齿轮结构、尺寸、材料、精度等级、热处理要求、生产批量及工厂加工条件等。常见齿面加工方案见表6-3。

表6-3 齿面加工方案
（沿用吴拓主编《机械制造工程》（第2版）机械工业出版社9月表5-7）
齿 面 加 工 方 案
齿轮精度等 级
齿面粗糙度Raμm
适 用 范 围
铣齿
9级以下
6.3~3.2
单件修配生产中，加工低精度外圆柱齿轮、齿条、锥齿轮、蜗轮
拉齿
7级
1.6~0.4
大批量生产7级内齿轮，外齿轮拉刀制造复杂，故少用
滚齿
8~7级
3.2~1.6
多种批量生产中，加工中等质量外圆柱齿轮及蜗轮
插齿
1.6
多种批量生产中，加工中等质量内、外圆柱齿轮、多联齿轮及小型齿条
滚（或插）齿—淬火—珩齿
0.8~0.4
用于齿面淬火齿轮
滚齿—剃齿
7~6级
0.8~0.4
关键用于大批量生产
滚齿—剃齿—淬火—珩齿
0.4~0.2
滚（插）齿—淬火—磨齿
6~3级
0.4~0.2
用于高精度齿轮齿面加工，生产率低，成本高
滚（插）齿—磨齿
6~3级
三、圆柱齿轮零件加工工艺过程示例
1． 工艺过程示例
圆柱齿轮加工工艺过程通常应包含以下内容：齿轮毛坯加工、齿面加工、热处理工艺及齿面精加工。
在编制齿轮加工工艺过程中，常因齿轮结构、精度等级、生产批量和生产环境不一样，而采取多种不一样方案。
图6-8为一直齿圆柱齿轮简图，表6-4列出了该齿轮机械加工工艺过程。从中能够看出，编制齿轮加工工艺过程大致可划分以下多个阶段：
1）齿轮毛坯形成：锻件、棒料或铸件；
2）粗加工：切除较多余量；
3）半精加工：车，滚、插齿面；
4）热处理：调质、渗碳淬火、齿面高频淬火等；
5）精加工：精修基准、精加工齿面（磨、剃、珩、研齿和抛光等）。

（沿用吴拓主编《机械制造工程》（第2版）机械工业出版社9月图5-40）

图6－8 直齿圆柱齿轮零件图
表6－4 直齿圆柱齿轮加工工艺过程
（沿用吴拓主编《机械制造工程》（第2版）机械工业出版社9月表5-8）
工序号
工序名称
工序内容
定位基准
1
铸造
毛坯铸造

2
热处理
正火

3
粗车
粗车外形、各处留加工余量2mm
外圆和端面
4
精车
精车各处，内孔至Ø84.8,留磨削余量0.2mm，其它至尺寸
外圆和端面
5
滚齿
滚切齿面，留磨齿余量0.25～0.3mm
内孔和端面A
6
倒角
倒角至尺寸（倒角机）
内孔和端面A
7
钳工
去毛刺

8
热处理
齿面：HRC52

9
插键槽
至尺寸
内孔和端面A
10
磨平面
靠磨大端面A
内孔
11
磨平面
平面磨削B面
端面A
12
磨内孔
磨内孔至Ø85H5
内孔和端面A
13
磨齿
齿面磨削
内孔和端面A
14
检验
终止检验

2．齿轮加工工艺过程分析
⑴ 定位基准选择 对于齿轮定位基准选择常因齿轮结构形状不一样，而有所差异。带轴齿轮关键采取顶尖定位，孔径大时则采取锥堵。顶尖定位精度高，且能做到基准统一。带孔齿轮在加工齿面时常采取以下两种定位、夹紧方法：
1）以内孔和端面定位 即以工件内孔和端面联合定位，确定齿轮中心和轴向位置，并采取面向定位端面夹紧方法。这种方法可使定位基准、设计基准、装配基准和测量基准重合，定位精度高，适于批量生产。但对夹具制造精度要求较高。
2）以外圆和端面定位 工件和夹具心轴配合间隙较大，用千分表校正外圆以决定中心位置，并以端面定位；从另一端面施以夹紧。这种方法因每个工件全部要校正，故生产效率低；它对齿坯内、外圆同轴度要求高，而对夹具精度要求不高，故适于单件、小批量生产。
⑵ 齿轮毛坯加工 齿面加工前齿轮毛坯加工，在整个齿轮加工工艺过程中占有很关键地位，因为齿面加工和检测所用基准必需在此阶段加工出来；不管从提升生产率，还是从确保齿轮加工质量，全部必需重视齿轮毛坯加工。
在齿轮技术要求中，应注意齿顶圆尺寸精度要求，因为齿厚检测是以齿顶圆为测量基准，齿顶圆精度太低，肯定使所测量出齿厚值无法正确反应齿侧间隙大小。所以，在这一加工过程中应注意下列三个问题：
1）当以齿顶圆直径作为测量基按时，应严格控制齿顶圆尺寸精度；
2）确保定位端面和定位孔或外圆相互垂直度；
3）提升齿轮内孔制造精度，减小和夹具心轴配合间隙。
⑶ 齿端加工 齿轮齿端加工有倒圆、倒尖、倒棱和去毛刺等方法，图6-9所表示。倒圆、倒尖后齿轮在换档时轻易进人啮合状态，降低撞击现象。倒棱可除去齿端尖边和毛刺。 图6-10是用指状铣刀对齿端进行倒圆加工示意图。倒圆时，铣刀高速旋转，并沿圆弧作摆动，加工完一个齿后，工件退离铣刀，经分度再快速向铣刀靠近加工下一个齿齿端。 齿端加工必需在齿轮淬火之前进行，通常全部在滚（插）齿以后，剃齿之前安排齿端加工。

（沿用吴拓主编《机械制造工程》（第2版）机械工业出版社9月图5-41）

图6-9 齿端加工形式
a）倒棱 b）倒圆 c）导尖

（沿用吴拓主编《机械制造工程》（第2版）机械工业出版社9月图5-42）

图6－10齿端倒圆工艺

思索题和习题

6-1 主轴结构特点和技术要求有哪些？为何要对其进行分析？它对制订工艺规程起什么作用？
6-2 主轴毛坯常见材料有哪多个？对于不一样毛坯材料在各个加工阶段中所安排热处理工序有什么不一样？它们在改善材料性能方面起什么作用？
6-3 轴类零件安装方法和应用有哪些？顶尖孔起什么作用？试分析其特点。
6-4 试分析主轴加工工艺过程中，怎样表现“基准统一”、“基准重合”、“互为基准”、“自为基准”标准？
6-5 箱体类零件常见什么材料？箱体类零件加工工艺关键点怎样？
6-6 箱体结构特点和关键技术要求有哪些？为何要要求这些要求？
6-7 举例说明箱体零件选择粗、精基按时应考虑哪些问题？试举例比较采取“一面两销”或“多个面”组合两种定位方案优缺点和适用场所。
6-8 何谓孔系？孔系加工方法有哪多个？试举例说明多种加工方法特点和适用范围。
6-9 圆柱齿轮要求了哪些技术要求和精度指标？它们对传动质量和加工工艺有些什么影响？
6-10 齿形加工精基准选择有多个方案？各有什么特点？齿轮淬火前精基准加工和淬火后精基准修整通常采取什么方法？
6-11 试比较滚齿和插齿、磨齿和珩齿加工原理、工艺特点及适用场所。
6-12 齿端倒圆目标是什么？其概念和通常回转体倒圆有何不一样？