本发明涉及机械加工领域，尤其涉及一种空心齿轮轴的加工方法。
背景技术：
空心齿轮轴是工程机械中最重要的支撑回转零件，能够实现齿轮及其他部件的回转运动，并且可以长距离传递力矩和动力，以传动效率高、使用寿命长、结构紧凑等优点在工程机械中得到广大应用，成为工程机械传动的基础零件之一。随着国内经济的迅猛发展，基础建设的扩大，对工程机械的需求也会随之出现一个新的浪潮。而齿轮轴的材料选择、热处理方式，机械加工的工装夹具安装、调整、滚齿工艺参数、进给等对齿轮轴的加工质量和寿命都非常重要。但是目前的加工方法很难达到加工精度要求，生产效率低，且加工难度大。
技术实现要素：
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种空心齿轮轴的加工方法，可保证工件加工质量和加工精度，提高生产效率差，降低生产成本。
为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
本发明提供一种空心齿轮轴的加工方法，该加工方法包括：
（1）选料：选择齿轮轴材料为碳素钢中的45钢或合金钢中的40cr；
（2）锻件粗车：毛坯锻造，在进行毛坯锻造时，齿轮轴坯件为自由锻件或者模锻件;
（3）调质处理：淬火温度835～842℃，保温时间7～8小时，冷却方式为油淬，油温65℃，回火温度535～546℃，保温时间7～8小时，热处理设备选用厢式多用炉，装炉方式采取齿轮轴坯件竖直放置的方式；淬火完成后及时回火，且回火保温完成后，炉冷至380℃左右出炉空冷；
（4）精车：在数控车床上利用齿轮轴坯件外圆柱段，采用三爪自定心夹具进行装夹定位，且校准夹具的端跳、径跳均小于0.01mm，以齿轮轴坯件的中部最大外圆柱段并靠其左端面的位置为定位基准，精车右端中心孔，同时精车右端外圆；再在另一台数控车床上，掉头装夹精车后的外圆柱段并靠其右端面，以精车后的右端外圆部位作为定位基准，精车左端中心孔，同时精车左端外圆；其中，精车后的该左端中心孔具有第一锥度；
（5）滚齿：将精车后的齿轮轴坯件送上卧式滚齿机，先采用指形铣刀开坯，铣至齿厚单边留5mm余量后，再采用滚刀加工成型；
（6）第一次热处理，渗碳处理：将热处理炉升温至600℃后，启动风扇，至800℃开始滴注煤油，滴注速度为165滴/分，同时排气30min；将齿轮轴坯件放入渗碳炉中并加入稀土剂，加热升温至935℃，保持2小时，滴油速率降至140滴/分；改滴油速率至55滴/分，炉温维持935℃，继续恒温1小时；降温至860℃，均热30分钟后停止供油；
（7）第二次热处理，淬火处理：待热处理炉温度降温至380～400℃时，保温2～3h后以50～60℃/h的速度升温至600～650℃，保温3～5h后以60～70℃/h的速度升温至淬火温度810～830℃，保温4～8h；将空心齿轮轴从炉中取出，放入快速淬火油中淬火60～120min，工件山下串动8～12分钟，油温控制在70～90℃，表面温度冷却至小于150℃之后从油中取出；冷却结束后及时装炉，以30～40℃/h的速度升温至180～200℃，保温8～12h，出炉空冷，其中，经过第二次热处理后的左端中心孔具有第二锥度，该第一锥度比第二锥度小20'～40'；
（8）中心孔研磨及表面精加工：齿轮轴坯件竖直放置，齿轮轴坯件的一端中心孔、另一端外圆在自定心机构准确定位后，磨削砂轮高速自转，同时绕齿轮轴坯件的中心线公转，在伺服电动机带动下沿一端中心孔的锥面做30°的往复运动，完成齿轮轴坯件的一端中心孔研磨，取出齿轮轴坯件并掉头，重复上述动作，完成齿轮轴坯件的另一端中心孔研磨；再以两端中心孔作为精基准，对齿轮轴坯件外圆进行精加工；
（9）齿面精加工，以两端中心孔作为精加工基准，对齿面部位进行磨削，直至满足精度要求；
（10）检验入库。
作为可选的技术方案，该稀土剂为，稀土化合物按6～9‰比例溶入甲醇和甲酰胺混合溶液中制成。
作为可选的技术方案，甲醇和甲酰胺的混合比例为2：1。
作为可选的技术方案，该渗碳处理的渗碳深度为1.3～1.5mm。
作为可选的技术方案，步骤（8）中，磨削速度为30m/s，磨削深度小于0.05mm。
作为可选的技术方案，该空心齿轮轴的中心孔具有120度护锥结构。
作为可选的技术方案，步骤（4）中，精车后的该右端中心孔具有第三锥度；步骤（7）中，经过第二次热处理后的右端中心孔具有第四锥度，该第三锥度比第四锥度小20'～40'。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明的空心齿轮轴的加工方法从材料、优化中心孔机加定位基准及装夹方式、合理设计两端中心孔并适当考虑热处理变形量、采取热后磨中心孔工艺等多个方面配合进行合理设计及优化，能够很好地提高中心孔的精度，保证两端中心孔的同轴度，进而提供轴类零件磨外圆、磨齿等精加工精度；而且，通过精车前的调质处理以及滚齿后的渗碳处理以及淬火处理能够大幅度提高齿轮轴的硬度及耐磨能力。
具体实施方式
为使对本发明的目的、构造、特征、及其功能有进一步的了解，兹配合实施例详细说明如下。
本发明提供了一种空心齿轮轴的加工方法，上述加工方法包括以下步骤：
（1）选料：选择齿轮轴材料为碳素钢中的45钢或合金钢中的40cr；
（2）锻件粗车：毛坯锻造，在进行毛坯锻造时，齿轮轴坯件为自由锻件或者模锻件;
（3）调质处理：淬火温度835～842℃，保温时间7～8小时，冷却方式为油淬，油温65℃，回火温度535～546℃，保温时间7～8小时，热处理设备选用厢式多用炉，装炉方式采取齿轮轴坯件竖直放置的方式；淬火完成后及时回火，且回火保温完成后，炉冷至380℃左右出炉空冷；
（4）精车：在数控车床上利用齿轮轴坯件外圆柱段，采用三爪自定心夹具进行装夹定位，且校准夹具的端跳、径跳均小于0.01mm，以齿轮轴坯件的中部最大外圆柱段并靠其左端面的位置为定位基准，精车右端中心孔，同时精车右端外圆；再在另一台数控车床上，掉头装夹精车后的外圆柱段并靠其右端面，以精车后的右端外圆部位作为定位基准，精车左端中心孔，同时精车左端外圆；其中，精车后的该左端中心孔具有第一锥度；精车后的该右端中心孔具有第三锥度；
（5）滚齿：将精车后的齿轮轴坯件送上卧式滚齿机，先采用指形铣刀开坯，铣至齿厚单边留5mm余量后，再采用滚刀加工成型；
（6）第一次热处理，渗碳处理：将热处理炉升温至600℃后，启动风扇，至800℃开始滴注煤油，滴注速度为165滴/分，同时排气30min；将齿轮轴坯件放入渗碳炉中并加入稀土剂，加热升温至935℃，保持2小时，滴油速率降至140滴/分；改滴油速率至55滴/分，炉温维持935℃，继续恒温1小时；降温至860℃，均热30分钟后停止供油；其中渗碳处理的渗碳深度较佳为1.3～1.5mm，另外上述稀土剂例如为稀土化合物按6～9‰比例溶入甲醇和甲酰胺混合溶液中制成，且较佳地甲醇和甲酰胺的混合比例为2：1，且该步骤中加入稀土剂，具有渗速快，温度低、有效硬化层深、齿轮变形小等特点，并改善了渗层组织和力学性能，提高了产品质量和合格；
（7）第二次热处理，淬火处理：待热处理炉温度降温至380～400℃时，保温2～3h后以50～60℃/h的速度升温至600～650℃，保温3～5h后以60～70℃/h的速度升温至淬火温度810～830℃，保温4～8h；将空心齿轮轴从炉中取出，放入快速淬火油中淬火60～120min，工件山下串动8～12分钟，油温控制在70～90℃，表面温度冷却至小于150℃之后从油中取出；冷却结束后及时装炉，以30～40℃/h的速度升温至180～200℃，保温8～12h，出炉空冷，其中，经过第二次热处理后的左端中心孔具有第二锥度，右端中心孔具有第四锥度，该第一锥度比第二锥度小20'～40'，该第三锥度比第四锥度小20'～40'，通过锥度设置可以根据较好地补偿热处理时的热变形量，因为热处理淬火后中心孔锥度均会变大的趋势，所以在数控车时可以适当减少中心孔锥度；另外，为减小空心齿轮轴的齿部变形，渗碳与淬火在一个炉子完成；
（8）中心孔研磨及表面精加工：齿轮轴坯件竖直放置，齿轮轴坯件的一端中心孔、另一端外圆在自定心机构准确定位后，磨削砂轮高速自转，同时绕齿轮轴坯件的中心线公转，在伺服电动机带动下沿一端中心孔的锥面做30°的往复运动，完成齿轮轴坯件的一端中心孔研磨，取出齿轮轴坯件并掉头，重复上述动作，完成齿轮轴坯件的另一端中心孔研磨；再以两端中心孔作为精基准，对齿轮轴坯件外圆进行精加工；其中，磨削速度为30m/s，磨削深度小于0.05mm，这样中心孔磨削后的精度能得到较好的保证；
（9）齿面精加工，以两端中心孔作为精加工基准，对齿面部位进行磨削，直至满足精度要求；
（10）检验入库。
另外，较佳地，空心齿轮轴的中心孔具有120度护锥结构，这是因为采用此结构能有效减少在流转过程中对中心孔的磕碰划伤，减少60°中心孔的有效接触区域，而减少热变形的影响；有效接触区域的合理设计大大减少了热后研磨区域和余量，加工过程中精度更容易保证，同时减少了合金研磨头或砂轮的损耗。
本发明已由上述相关实施例加以描述，然而上述实施例仅为实施本发明的范例。必需指出的是，已揭露的实施例并未限制本发明的范围。相反地，在不脱离本发明的精神和范围内所作的更动与润饰，均属本发明的专利保护范围。