汽车、拖拉机等机械设备，在其变速箱传动系中，齿轮件必不可少，其承担着将一根轴的转动传递给另一根轴，起着传递运动和动力的作用。齿轮精度的高低直接影响齿轮的传递性能，不但会产生噪声，严重的会造成打齿。对于齿部精度要求高的，齿形就需要高精度的加工方法，如采用磨齿等方式实现。一般齿轮与轴有三种连接方式，分别是光孔连接、花键孔连接和键连接。光孔零件由于磨齿前基准经过精加工，正常磨齿是不存在问题的。对于花键孔零件采用热后磨齿，由于内花键采用热前加工，经过热处理后造成内花键变形，花键孔定位时，会造成齿部的精度难以保证。为了保证零件的精度，满足产品的设计精度要求，我们重新对花键孔零件，特别是非对称结构的异形齿轮件的加工工艺进行分析及研究讨论，通过试制试验，找出了一种保证该类型零件精度的加工工艺方法，满足了产品精度要求。
一、零件工艺方案对比
零件结构：齿轮结构有对称结构、非对称结构。非对称结构有左右凸出不等、左右内凹究对象。该类型零件具有热处理变形大，热后工艺保证能力差等特点。典型零件结构如图 1 所示。
零件材料及技术要求：齿轮材料为低碳合金钢 20CrMnTi; 毛坯正火处理，正火硬度 170 ～ 200 HB; 整体进行渗碳淬火，齿面硬化层有效深度 0.55 ～0.85，齿面硬度 58 ～64 HRC，单件硬度差值不大于 3 HRC，心部硬度 31 ～ 44 HRC;零件表面无毛刺;齿部精度等级为 877HK GB /T 10095-88。
原工艺方案及加工结果
原工艺方案：零件齿部精度为 7 级，按现有工艺条件，齿形加工方案为滚齿-磨齿。
加工工艺路线为: 粗车—精车—拉花键—精修端面—滚齿—热处理—磨齿—成品检验。
加工结果检测数据：按此方案经过加工检验，检验数据如图 2 所示。
检测结果显示，齿向乱齿严重，不能满足产品精度要求。
数据分析：磨齿采用内花键小径及端面作为定位基准，而经过热处理后内花键发生了变形( 锥度及椭圆) ，端面跳动热后也发生了改变，作为定位基准的定位精度不能满足磨齿精度的需要，检验采用内花键小径作为基准进行检验，造成磨齿后成品检验数据不合格，由此造成了很大的经济损失。
试验工艺方案
方案分析：我们采用倒推工艺即逆工艺的方法进行分析，得出工艺改进方案。
要保证零件的磨齿精度，首先必须保证零件的基准精度; 磨齿的基准为内花键小径及端面，我们可通过内圆磨床进行磨花键小径及端面实现提升基准精度的目的; 磨花键小径及端面的基准为外圆及端 面，因前面工序经过拉花键、滚齿及热处理，外圆精度也不足，如果直接采用热后未加工的外圆进行磨孔加工，会造成内花键节圆偏离，造成真正的装配径跳误差，由此，需对外圆作为基准进行磨削加工。因内花键小径的锥度变形，我们不能以小径作为基准去磨外圆，可采用花键键侧定位制做花键心轴进行磨外圆，这样加工既可靠，也符合装配要求。
方案改进：根据以上分析，我们确定了以下工艺方案: 粗车—精车—拉花键—滚齿—热处理—磨外圆靠端面—磨内孔靠端面—磨齿—成品检验。
工艺试验：
热处理工艺试验：为了尽可能减小内花键的热处理变形，我们对该零件在热处理时增加了补偿套，如图 3 所示。
通过增加热处理补偿套，内花键的变形大幅降低，内花键 M 值锥度由 0.1 以上控制在 0.03 以内，不仅提高了内花键品质，由此提高零件热后加工及装配的可靠性。
设计加工用花键心轴：为了能够采用键侧定心磨外圆，我们设计了花键心轴，如图 4 所示。
采用花键心轴定心磨外圆，花键定位可靠，也符合基准统一原则。
磨齿工艺试验：齿轮经过热后磨外圆、磨小径及端面后，采用磨过的内花键小径及端面进行磨齿。磨齿后检测结果如图 5 所示。
二、其他磨齿工艺方案探索
磨齿基准采用端面及内孔定位：当磨齿采用端面及内花键定位时，端面的精度对磨齿质量影响较大，若有合适的设备资源，可在热处理后采用内花键键侧定位串心轴精( 车或磨) 修定位端面，这样热后工艺方案可采用: 热处理—精修端面—磨齿—成品检验。采用该方案加工效率高，成本低，但前提是内花键变形要小，变形量以控制在 0.02 以内为宜。
若磨齿仅采用内花键定位：当磨齿仅仅采用内花键定位时，如果内花键及端面精度热处理后变形能够控制，则热后工艺方案可采用: 热处理—磨齿—成品检验。采用该方案的加工成本达到最低。
三、结论
(1) 对于异形内花键齿轮件的磨齿精度控制，以现有条件，采用热后以内花键键侧定心磨外圆，再以外圆定位磨内花键小径，可满足磨齿的基准精度要求，是保证磨齿质量的一种可靠性工艺。
(2) 异形内花键齿轮件在热处理过程中，增加合理的补偿套，可大幅度减小内花键的热处理变形，提高内花键精度及装配的可靠性。
(3) 要保证齿轮件磨齿质量，必须保证其加工定位基准的精度，定位基准的精度必须与零件的加工精度相匹配。
(4) 只有在材料能够控制、零件结构非异形、热处理变形可控、资源具备等条件下，磨齿工艺方案能够达到最优、成本最低的目的。