摘要：本文主要阐述套筒齿轮零件机械加工工艺设计问题。设计步骤是通过对套筒齿轮零件图分析，了解零件的主要结构要求，选择合适的毛坯材料，确定零件合理的加工余量和毛坯尺寸，从而使齿轮的加工精度达到使用要求。在确定套筒齿轮加工工艺路线方案时，先确定零件的定位基准，然后对零件各表面选取适合的加工方法，再将各工序合理组合在一起。
关键词：套筒齿轮；机械加工；工艺设计
1 零件分析
1.1 零件的作用
套筒齿轮是装在轴上，通过轴与平键连接带动两齿间啮合实现传递转矩。套筒齿轮传动具有效率高、传动比稳定等优点，它在很多工业产品中都有应用。套筒齿轮的机械加工方法直接关系到产品的质量。故本文重点讲述套筒齿轮的机械加工工艺设计方法。本文设计条件是计划一年生产 1500 台，由设计条件可知该产品属于轻型机械，根据生产类型划分，它属于中批量生产类型。
1.2 零件图样的分析
零件进行机械加工工艺设计前，首先要先分析零件图。由图 1 套筒齿轮零件图分析可知，该零件外形比较简单，技术要求也不高，零件的加工方式并不复杂，针对零件表面不同的粗糙度，我们应采用不同的加工方法，如粗加工与精加工就对所加工表面粗糙度影响较大，零件图中轮齿表面粗糙度数值 Ra=3.2μm，轮齿的精度等级为六级，精度等级较高，就需对它进行精加工；图中套筒齿轮的内孔表面粗糙度数值 Ra=1.6μm，图中零件左端外圆表面粗糙度数值较高 Ra=0.8μm，图中零件其它表面粗糙度数值都一样 Ra=6.3μm。内孔处需要加工一键槽，且槽顶面粗糙度要求 Ra=3.2μm。左端外圆 准50 与右端外圆 准52H7 相对于中心轴要保证较高的同轴度，这就要求在加工工件时，要选择较好的定位基准，此外，从图上可以看出零件部分端面要求 45°倒角。
2 选择毛坯
2.1 毛坯类型及选用
套筒齿轮是比较常用的一个传动件，要求具有一定的强度去保证传动的稳定性。材料 45 碳素钢强度较好且价格适宜，所以可以选用它。从零件图上看出零件轮廓尺寸不大，并且形状并不是很复杂，又是中批生产，可选用锻件毛坯，加工方法可以选取模锻成型。
2.2 确定机械加工余量及毛坯尺寸
制造毛坯之前，零件模锻件内外表面的机械加工余量必需首先确定。生产人员根据经验或公式计算出锻件毛坯的质量及其形状复杂系数，之后再确定零件各表面 Ra 是否大于 1.6μm，最后查阅工艺手册可得出该零件的毛坯尺寸。锻件毛坯材料采用的是 45 钢，属于中碳钢，含碳量小于 0.65%。查阅工艺手册，可知该锻件材质系数为 M1 级，根据上述数据，同样可得出锻件毛坯各尺寸公差。
3 拟定加工工艺路线
3.1 确定定位基准
套筒齿轮零件是圆柱状齿轮，选择零件本身的Φ30H7 孔为设计基准，之后的测量基准与装配基准也以其为基准，这三类基准相同避免了大量误差，能最大程度保证零件的加工精度等级[1]。精加工时选择已经加工的表面作为定位基准面。粗镗以及半精镗内孔时，都选择外圆表面和右端面为定位基准。
3.2 零件表面加工方法
由零件图 1 可知本零件的加工表面有外圆表面、两个直径不同的孔、左右端面、轮齿面以及键槽。零件材料选用为 45 钢。套筒齿轮各表面的粗糙度与精度等级不同，加工方法的选取也不同。通过参考《工艺手册》有关资料，可得出各表面适合的加工方法。
3.3 零件机械加工工艺路线
零件加工工艺路线的确定。本文设计的套筒齿轮加工，首先应对齿坯表面进行粗加工，切除齿坯大部分余量，接着再对齿坯表面进行半精加工，最后进行精加工保证零件表面粗糙度达到图样要求；外圆表面、左右端面、键槽、内圆表面、齿面为加工表面也是如此，套筒齿轮零件加工工艺路线，具体见表 1。
4 确定工序尺寸
套筒齿轮的外圆表面需要在车床上进行多次加工，以确定的总的机械加工余量分布当每个工序当中，然后需要由后往前对工序尺寸进行计算。本题中的套筒齿轮各个圆柱表面的工序加工余量、工序尺寸和表面粗糙度参数具体见表 2。然而套筒齿轮轴向尺寸公差在图样上并未标注，所以对于轴向尺寸精度等级要求不高，并不需要利用工艺尺寸链解算部分工序尺寸。因此轴向工序尺寸就为锻件毛坯尺寸减去加工余量所得，由于前两道工序车端面的总加工余量为 3.7mm，分布到工序中，第一道工序切除 2mm，第二道工序切除 1.7mm，可知第一道工序完成后的尺寸为 L11=52+1.7=53.7mm,第二道工序完成后的尺寸为 L12=52mm。加工外圆 Φ50js6mm 时表面粗糙度要求较高，所以需经过粗车、半精车、精车三道工序，零件轴向总的加工余量为 5.4mm，应该先粗车去 2mm 加工余量，加工完后需保证工序尺寸 L21=22.4-2=20.4mm。之后半精车与精车都切除 1.7mm 加工余量，分别保证工序尺寸 L22=20.4-1.7=18.7mm 与 L23=18.7-1.7=17mm 即可。加工内孔 Φ52H7mm 时同样也需要经过粗镗、半精镗、精镗，轴向总加工余量同样也为 5.4mm。首先粗镗掉2mm 加工余量，加工后保证工序尺寸 L31=6.6+2=8.6mm。然后半精镗与精镗都切除掉 1.7mm 加工余量，分别保证工序尺寸 L32=8.6+1.7=10.3mm 与 L33=10.3+1.7=12mm 即可。
5 结语
零件的机械加工工艺设计不是一蹴而就的，需要经过反复分析比较。本文套筒齿轮零件机械加工工艺设计过程就是先通过零件图的分析，了解零件的主要加工要求，然后选用合适的毛坯，确定零件合理的机械加工余量和毛坯尺寸大小，从而使齿轮的加工精度达到使用要求。
参考文献：
[1]周益军.机械加工工艺编制及夹具设计[M].北京：高等教育出版社，2019.
[2]周哲波.机械制造工艺学[M].北京：北京大学出版社，2012.
[3]李益民.机械制造工艺设计简明手册[M].北京：机械工业出版社，2013.
作者：涂小华 张正 单位：江西旅游商贸职业学院 江西交通职业技术学院