01 概述

　　齿轮零件的制齿加工，一般采用效率较高的滚齿加工工艺;相对于滚齿工艺，虽然插齿工艺效率较低，但其精度比滚齿好，另外插齿可以加工内齿以及离轴肩较近的齿轮。例如有些长轴类齿轮零件，由于轴肩结构限制，没有足够的滚齿出刀，因此只能采取插齿工艺。然而，由于插齿效率较低，工艺优化就尤显重要，通过设计自动加紧夹具，优化切削参数及余量等可以达到提高插齿加工效率的作用。

　　02 工件结构及现状分析

　　图 1 为拖拉机零件动力输出主动轴，其中 A 齿模数为 5mm，齿数 11，B 齿模数为 5mm，齿数 13。B 齿可直接滚齿加工，而 A 齿直接滚齿加工时 B 齿对滚刀出刀造成干涉，长期以来只能用插齿加工。轴类零件加工一般采用两端中心孔为定位基准，但此零件较长(478mm)，杆部外圆又比较细(Φ30mm)，所以 A 齿插齿工序采用外圆 D 和端面 E 定位，手动用百分表找正 A 齿部外圆 C，进行加工;C、D 外圆和 E 端面插齿前有精磨工序加工。而且夹具需用手动上紧四个压板来压紧零件，加工效率及装夹效率极低，劳动强度也大，每班仅加工 15 件，已经成为此零件的加工瓶颈工序，严重影响产能。图 2 为工艺优化前手动装夹夹具。通过对零件结构和原工艺方案的分析，认为此零件加工的主要问题为加工效率低，解决此问题主要可以从以下两方面寻找突破：第一、加工工艺方面：寻找高效的加工工艺手段，弥补插齿工艺效率低的缺点;第二、夹具方面：设计新的自动加紧无间隙定位的插齿夹具，不用手工单件找正及上压板螺钉，大幅提高装夹效率，也提高了插齿精度。

　　图 1　动力输出主动轴简图

　　滚齿是目前较高效的加工工艺，但是直接滚齿会有出刀干涉。所以想到滚齿和插齿相结合的方式，即滚齿只去除大部分加工余量，而不加工到尺寸，剩下的余量由插齿加工到尺寸，这样既可以避开出刀干涉，又可以达到提高效率的目的。要想设计自动加紧加紧，首先要考虑零件结构。由于零件结构比较长，设计夹具难度较大：零件长 478mm，大部分的长度要装在机床工作台面一下，基本达到了机床的加工极限。按常规的设计，其夹具制造极其困难，制造精度很难保证，重量也非常大，价格也将非常的昂贵。

　　03 加工方案优化

　　通过对零件理论分析和绘图(见图 1)发现，A 处滚齿出刀干涉较小，如将滚齿加工公法线减小 1mm，即可刚好完成出刀;滚齿粗加工后，再用插齿工艺对齿加工剩余余量，完成最终齿形加工。这样，本工序一分为二，两种加工方式的加工余量均较小，都可以采用大的进给加工，并且滚齿工艺本来效率就高，这样下来加工效率将会成倍提高。

　　04 自动夹具设计

　　经过分析原工艺，外圆 D 和端面 E 为磨过的精基准，所以新夹具仍以外圆 D 和端面 E 定位，其装配示意图如图 2 所示。之前加工精度不高主要为外圆 D 和夹具间隙定位，手动找正精度不高造成;新夹具则采用弹性筒夹抱紧外圆 D，无间隙定位，无需找正齿部外圆;弹性筒夹通过连接螺母、连接杆、拉杆与机床液压缸相连，随机床液压缸动作完成零件自动定位和加紧过程。用四根长拉杆连接弹性筒夹和机床液压缸，既避开了较长的零件杆部，又不会造成夹具超重，节省材料降低夹具成本。而上本体上装有手动对齿规，首件调整刀具后，后续对齿规可保证每个零件齿槽与刀齿的对应，由于公法线余量有 1mm，对齿方便快捷的同时也可以满足插齿精度的要求。

　　图 2　夹具装配结构示意图

　　05 新工艺方案效果

　　新工艺实施前，由于插齿加工效率及装夹效率低，每班仅加工 15 件，采用新工艺后，粗滚工艺每班 60 件，精插工艺每班 35 件，成倍的提高了加工效率;另外，零件精度也有较大的提高，而且插齿装夹不用找正，因此取消了齿部外圆 C 的热前精磨工序。此零件使用粗滚齿工艺，必须经过验算及加工实验，严格控制公法线尺寸及出刀，避免出刀过多造成与 B 齿干涉;而滚齿公法线一致性的控制有利于对齿插齿加工。另外，插齿工艺主要应注意对齿操作，避免对齿不准确而造成齿面无法全部加工出来。

　　06 结语

　　通过工艺方案的创新优化及插齿夹具的创新设计，在提高加工效率的同时，提高了零件加工质量，减少了多余的磨外圆工序，达到了工艺的整体优化，也为以后特殊零件的加工提供了新的工艺方案。因此，机械工艺设计及优化只有突破传统加工思维，才能找到解决方案，并以理论为依据，进行不断地实践验证，才能成为可行的创新型方案。