减速器输出轴的机械加工工艺分析

1减速器输出轴的工作原理及工艺特性

1.1减速器输出轴的工作原理

减速器输出轴安装在单列圆锥滚子轴承上,主要用途是输出转矩和传递动力。由于轴承盖的凸缘挡住了轴承外圈,所以输出轴需要进行轴向定位和周向定位。在减速器输出轴构成上,主要利用轴肩、轴套与挡圈对齿轮与半联轴器进行轴向定位,利用普通平键进行周向定位。在输出的轴套上通常安装有两个齿轮,分别置于减速箱内和输出终端。为确保减速器在运行状态下的可靠性、稳定性,一般要求轴上支撑与装配传动两者的轴颈处必须具有一定的同轴度,能有效提高减速器的传动精度,提高机械加工的工艺质量。

1.2减速器输出轴的工艺特性

根据加工零件的数量不同,将零件的加工与生产分为3种类型:单件生产、成批生产和大量生产。生产类型不同,对应的减速器输出轴加工工艺特性也不同。

2减速器输出轴的工艺性分析

本文设计的零件是减速器输出轴,其零件设计图如图1所示。

2.1毛坯的选择

分析零件设计图可知,由于减速器输出轴在工作过程中需要承受扭转力矩和冲击载荷,为了确保加工工艺的稳定性与可靠性,要求输出轴必须具有足够的抗扭强度与冲击韧性。一般情况下,输出轴毛坯选择45钢。但根据减速器输出轴的零件图设计要求,本文选用长度为214mm、直径为55mm的40Cr作为零件毛坯材料。这是由于40Cr在经过热处理后,其强度、硬度与冲击韧性等方面都比45钢更有优势,且加工起来比较容易,能更好满足该零件的性能需求。

2.2零件毛坯图的绘制

定位基准的选择包括粗基准和精基准的选择。

(1）粗基准选择。其主要目的是确保零件需要加工的表面留有足够余量。一般选择输出轴的外圆表面作为粗基准,一方面便于定位、装夹和加工,另一方面外圆加工可以确保加工余量均匀,避免零件加工精度受到"误差复映"因素的影响。值得注意的是,粗基准一般只能选用一次,这样可以避免因重复使用造成的误差。

(2）精基准选择。其主要目的是确保零件加工精度满足要求。在进行精基准选择时,大部分情况下将输出轴的两端面作为精基准,两端面的中心轴线为定位基准和设计基准,既可避免基准转换误差和保证零件表面加工精度,又符合基准统一原则、基准重合原则。

3减速器输出轴加工工艺方案的选择

3.1输出轴加工工序的设置

由图1可知,本文设计的减速器输出轴为多阶梯轴,因此零件在加工过程中,其两端会产生较多的机械加工余量和切削热,从而影响加工质量,甚至会导致加工毛坯报废。因此,在设置加工工序时,应将加工过程分为以下几个阶段:

(1）粗加工阶段:该阶段主要任务是去除加工零件表面余量和进行精基准。

(2）半精加工阶段:该阶段主要任务是进一步降低粗加工阶段中存在的误差,为下一步的精加工做好准备。

(3）精加工阶段:该阶段主要任务是确保所加工零件能够达到图纸设计中所规定的表面粗糙度与精度要求。

3.2加工工序安排

(1）加工热处理工序。本设计中的输出轴需要进行热处理,在粗加工前后,进行正火、退火、调质处理,其目的是改善工件材料的切削性能,消除粗车后工件材料的内应力:在精加工前后,进行淬火、回火、渗氮处理,其目的是增加轴的表面硬度与耐磨性。

(2）加工主工序。按照"精基准先加工、先主后次、先面后孔、先粗后精"的基本原则,进行零件加工。

(3）辅助工序。在机械零件加工过程中,通常为了确保加工精度与质量,需要安排辅助工序,比如,在半精加工阶段后,

安排去除表面毛刺:在精加工阶段后,安排去除表面毛刺、清洗、防锈、检验等工序。

3.3加工设备的选择

根据减速器输出轴的尺寸大小要求,选用卧式车床CA6140(钻中心孔,粗车外圆、车槽,倒角等）、铣床xA6132(铣键槽和矩形花键）、万能外圆磨床M1432A(零件粗糙度）。

3.4加工刀具的选择

图2是机械加工常用刀具种类,其中,刀具1是指45o的弯头车刀:刀具2和刀具4分别是指90o和45o的外圆车刀:刀具5和刀具6分别是指成形车刀和90o偏左车刀:刀具3和刀具7分别是指外螺纹车刀与车槽刀。根据图1可知,减速器输出轴不仅两端有倒角,而且在不同阶梯之间还含有"退刀槽",因此在进行零件加工过程中,需要选择刀具1、刀具2、刀具3、刀具4和刀具7。考虑到本次零件加工为中批量生产,且所加工零件毛坯为40Cr,因此综合资料分析及各种材料性能对比,选择硬质合金的刀具材料能够满足加工要求。

1一45o弯头车刀;2一90o外圆车刀;3一外螺纹车刀;4一45o外圆车刀;5一成形车刀;6一90o偏左车刀;7一车槽刀。

图4机械加工常用刀具

3.5工序切削用量的确定

在零件加工刀具耐用度一定的情况下,为了确保生产效率,应在判断机床刚度与动力是否满足条件的前提下,首先在粗加工过程中,根据加工余量与工艺系统刚度,尽可能选择大的背吃刀量,一般情况下选择中等功率机床进行粗加工,其背吃刀量范围为8～10mm。因此,为避免加工不均匀或加工余量太大,可采取多次走刀的形式进行加工。在本次设计中,结合工艺手册要求,经过计算,在对外圆表面进行车削时,半精车和精车的背吃刀量分别为0.75mm、0.25mm。在对轴端面和轴肩端面进行车削时,粗车、半精车和精车背吃刀量分别为0.8mm、0.5mm和0.1mm。其次,在满足加工表面粗糙度的前提下,根据车床功率,选择合适的切削速度。在粗车阶段,一般选择较低的切削速度:在精加工阶段,一般选择较高的切削速度。遇到硬度与强度都比较高的加工材料时,应选择较低的切削速度。

4结语

综上所述,机械制造技术的发展促进了机械加工结构的不断改进与优化,在减速器输出轴机械加工设计过程中,需要设计者进行多层次、多角度思考、比较与分析,合理确定零件的机械加工工艺及参数,同时充分借助计算机辅助技术将复杂的运算流程简单化、智能化,在确保零件机械加工质量的基础上,提高机械设计制造效率和零件使用寿命,更好地推动机械设计制造行业发展。