机械制造工艺学(1).ppt

第六节 典型轴类零件 加工工艺分析,一、轴类零件加工的主要工艺问题,轴类零件加工的主要工艺问题： 各加工表面的尺寸精度； 各加工表面粗糙度； 主要表面之间的相互位置精度 轴类零件的典型工艺路线： 毛坯及热处理预加工车削外圆铣键槽等热处理磨削。,机械制造工艺学,二、某车床主轴加工工艺分析,机械制造工艺学,机械制造工艺学,（一）车床主轴的结构分析 既是阶梯轴，又是空心轴；是长径比小于12的刚性轴。 不但传递旋转运动和扭矩，而且是工件或刀具回转精度的基础。 主要加工表面有内外圆柱面、内外圆锥面，次要加工表面有螺纹、花键、键、沟槽、端面结合孔等 机械加工工艺主要是车削、磨削，其次是铣削和钻削,机械制造工艺学,特别值得注意的工艺问题有： 1) 定位基准的选择； 2) 加工顺序的安排； 3) 深孔加工； 4) 热处理变形。 车床主轴的功用 承受扭转力矩； 承受弯曲力矩； 保证回转运动精度。,机械制造工艺学,车床主轴的设计要求 扭转和弯曲刚度高； 回转精度高（径向圆跳动、端面圆跳动、回转轴线稳定）； 制造精度高： 1) 结构尺寸及动态特性要好； 2) 主轴本身及其轴承精度高； 3) 轴承的结构和润滑； 4) 齿轮的布置； 5) 固定件的平衡等。,机械制造工艺学,主轴结构的设计要求： 1) 合理的结构设计 2) 足够的刚度 3) 具有一定的尺寸、形状、位置精度和表面质量 4) 足够的耐磨性、抗振性及尺寸稳定性 5) 足够的抗疲劳强度,机械制造工艺学,(二)车床主轴的技术条件分析 1、支承轴颈的技术要求 支承轴颈是主轴的装配基准，其精度直接影响主轴的回转精度；主轴上各重要表面又以支承轴颈为设计基准，有严格的位置要求； 支承轴颈为三支承结构，跨度大；,机械制造工艺学,支承轴颈采用锥面 (1：12) 结构，接触率70%，可用来调整轴承间隙； 中间支承为IT5IT6，粗糙度 支承轴颈圆度误差为0.005mm，径向跳动为0.005mm； 其他外圆的圆度要求，误差小于50%尺寸公差，高精度者为510%； 轴颈与有关表面的同轴度误差很小。,机械制造工艺学,2、主轴端部锥孔的技术要求 用来安装顶尖或刀具锥柄，是定心表面； 对锥面的尺寸精度、形状精度、粗糙度、接触精度都有较高的要求； 轴心线应与支承轴颈同轴； 锥孔对轴颈的径向圆跳动近轴端为0.005，离轴端300处为0.01，锥面接触率70%，粗糙度Ra0.63m ，硬度HRC4850。,机械制造工艺学,3、轴端短锥和端面技术要求 用来安装卡盘或花盘，也是定心表面； 对锥面的尺寸精度、形状精度、粗糙度、接触精度都有较高的要求； 轴心线应与支承轴颈同轴； 对支承轴颈的径向圆跳动为0.008；端面圆跳动为0.008； 粗糙度Ra12.5m ，硬度HRC4550。,机械制造工艺学,4、空套齿轮轴颈的技术要求 影响传动的平稳性，可能导致噪声； 有同轴度要求，对支承轴颈的径向圆跳动为0.010.015； 尺寸精度要求为IT5IT6。,机械制造工艺学,5、螺纹的技术要求 用来固定零件或调整轴承间隙； 螺母的端面圆跳动（应0.05）会影响轴承的内环轴线倾斜； 螺母与轴颈的同轴度误差0.025； 螺纹精度为6h。,机械制造工艺学,6、主轴各表面的表面层要求 要有较高的耐磨性； 要有适当的硬度（HRC45以上），以改善其装配工艺性和装配精度； 表面粗糙度 。,机械制造工艺学,1、主轴加工工艺过程 生产类型：大批量生产 材料：45钢 毛坯：模锻件,(三)车床主轴加工工艺过程的分析,主轴毛坯的制造方法 自由锻件：小批量或单件生产； 模锻件：大批量生产。,机械制造工艺学,工艺过程： 分为三个阶段： 粗加工：工序16 半精加工：工序713（7为预备工序） 精加工：工序1426（14为预备工序）,机械制造工艺学,机械制造工艺学,机械制造工艺学,机械制造工艺学,机械制造工艺学,机械制造工艺学,机械制造工艺学,机械制造工艺学,机械制造工艺学,机械制造工艺学,机械制造工艺学,（1）合理选择定位基准面 最常用的为两中心孔 使定位基准与设计基准重合； 一次安装能多加工几个外圆和端面； 注意零件的主要精度指标：同轴度、圆度、径向跳动； 主轴的定位过程较复杂：有顶尖、锥堵、支承表面等作为定位基准。,2、主轴加工工艺过程分析,机械制造工艺学,1）粗加工外圆时，采用轴的外圆为定位基准，提高工件刚度。 2）主轴为通孔时，采用带中心孔的锥堵。 堵和锥堵心轴的使用 锥堵和锥堵心轴的功用： 空心轴加工通孔后，定位基准顶尖孔被破坏。通孔直径小时，可直接在孔口倒出一个60锥面，代替中心孔；当通孔直径较大时，则要采用锥堵或锥堵心轴。,机械制造工艺学,机械制造工艺学,设计锥堵和锥堵心轴时应注意的问题 1) 一般不中途更换或拆装，以免增加安装误差。 2) 要求锥堵和锥堵心轴上两个锥面和中心孔有较高的同轴度。,3）磨削主轴锥孔时，一般选用装配基准面，即前、后支承轴颈作为定位基准。,机械制造工艺学,顶尖孔的研磨 研磨的必要性 1) 顶尖孔是定位基准，对精度和质量有直接影响 2) 顶尖孔的深度：影响定位轴向位置，因而影响余量分布 (批量生产时) 3) 两顶尖孔同轴度：影响同轴度、影响位置精度 4) 顶尖孔锥角和圆度误差：直接反映到工件的圆度上,机械制造工艺学,5) 热处理、切削力、重力等的影响，会损坏顶尖孔的精度 6) 热处理后和磨削加工前，需要消除误差,研磨方法 1) 用铸铁顶尖研磨； 2) 用油石或橡胶砂轮夹在车床的卡盘上，用金刚钻研磨； 3) 用硬质合金顶尖刮研。,机械制造工艺学,机械制造工艺学,（2）加工阶段的划分 分为三个阶段： 鉴于主轴的技术要求高，毛坯为模锻件，加工余量大，故应分阶段加工； 分粗、精加工阶段有利于去除应力并可加入热处理工序； 多次切削有利于消除复映误差； 粗、精加工二阶段应间隔一定时间； 应分粗、精加工机床进行，合理利用设备，保护机床。,机械制造工艺学,（4）加工顺序的安排 工序确定的原则,1）工序中所用的基准应在该工序前加工； 2）各表面要粗、精基准分开，先粗后精， 先主后次，多次加工，逐步提高精度。 淬硬表面的键槽、螺纹等应在淬火前加工； 非淬硬表面的键槽、螺纹等应在精车或粗磨后、精磨前加工； 检验工序应安排在适当工序之后，必要时还应安排探伤。,机械制造工艺学,主轴加工工序安排如下： 备料正火切端面钻中心孔粗车调质半精车钻深孔精车表面淬火粗、精磨外圆表面精磨内锥孔。,机械制造工艺学,（3）安排足够的热处理工序 毛坯热处理：去锻造应力，细化晶粒； 切削前正火（预备热处理）：改善切削加工性能和机械-物理性能；去除锻造应力； 半精加工前调质：去应力，改善切削加工性能，提高综合机械性能； 精加工前局部高频淬火：提高运动表面耐磨性； 精加工后的定性处理：低温时效和水冷处理。,机械制造工艺学,1)主轴深孔的加工 应安排在调质后，且在外圆粗车或半精车之后进行。 深孔加工的难点 1) 刀具细长，刚性差，易振动，易引偏； 2) 排屑困难； 3) 钻头散热条件差，冷却困难，易失去切削能力。,机械制造工艺学,采取措施 1) 采用工件旋转、刀具进给的加工方法，使钻头自定中心； 2) 采用特殊结构的深孔钻； 3) 预先加工一导向孔，防止引偏； 4) 采用压力输送切削润滑液，既使冷却充分，又使切屑易于排出。,机械制造工艺学,2）外圆表面的车削加工 先加工大直径外圆，后小直径外圆，以免过早降低工件的刚度。 车削加工的工艺作用 1) 粗加工：切除大部分余量； 2) 半精加工：修整预备热处理后的变形； 3) 精加工：使磨削前各表面具有一定的同轴度和合理的磨削余量；精加工螺纹及各端面等。,机械制造工艺学,车削加工值得考虑的问题 1) 生产效率； 2) 工序精度（复映误差）； 3) 劳动强度。 车削加工的设备 1) 单件、小批生产：普通车床 2) 成批生产：液压仿形车床 3) 大批生产：液压仿形、 多刀半自动车床,机械制造工艺学,3）次要表面加工的安排 主轴上的花键、键槽等次要表面的加工，一般都在外圆精车或粗磨之后，精磨前加工。 主轴上的螺纹有较高的要求，宜安排在主轴局部淬火之后进行加工。,机械制造工艺学,4）主轴锥孔的磨削 主轴锥孔的作用及要求 1) 主轴锥孔是安装顶尖的定位面； 2) 与主轴支承轴颈及主轴前端短锥的同轴度要求较高。（径向圆跳动）,机械制造工艺学,磨削主轴锥孔一般以支承轴颈作为定位基准，有三种安装方式： 1) 前支承装于中心架，后支承用卡盘装夹 2) 前、后支承装于两个中心架，用万向节与主轴相联； 3) 采用专用夹具。,剖分轴承、V型夹具、浮动卡头等，使磨头误差 及机床振动不影响工件。,机械制造工艺学,该夹具由底座、支承架及浮动卡头三部分组成；前、后两支架与底座连成一体； 作为工件定位的V形架镶有硬质合金，以提高耐磨性； 工件的中心高应与磨头砂轮轴中心等高； 后端的浮动卡头装在磨床主轴的锥孔内；,工件尾部插入弹性套内； 通过弹簧将浮动卡头外 壳连同工件向后拉； 钢球1压向镶有硬质合金 的锥柄3端面，依靠弹簧2 的涨力限制工件轴向窜动； 该联接方式只传递扭矩， 排除磨头和机床误差、振 动对加工精度的干扰。,机械制造工艺学,主轴各外圆表面的精加工和光整加工 主轴的精加工 1)主要采用磨削加工； 2)应在热处理之后进行，纠正热处理 后的变形； 3)磨削加工能达到的精度为IT6，表面 粗糙度为 。,机械制造工艺学,光整加工的作用及特点 1) 用于精密主轴上尺寸公差等级为IT5以上 或表面粗糙度很低的加工表面； 2) 采用很小的切削用量和单位切削力，变形 较小； 3) 对上道工序要求高，一般要求表面无较深 的加工痕迹； 4) 采用浮动的加工方法（自定心）； 5) 加工余量很小，一般不超过0.02mm。,机械制造工艺学,轴类零件的检验 检验项目 1) 表面粗糙度； 2) 表面硬度； 3) 尺寸精度； 4) 相互位置精度； 5) 表面几何形状精度。 检验顺序 几何精度尺寸精度位置精度。,机械制造工艺学,检验方法 1)硬度：硬度计 2)表面粗糙度：触针式表面粗糙度轮廓 仪或样板比较法 3)锥孔：着色法 4)尺寸精度：常规检验仪器（万能量具） 5)位置精度：专用检验装置,机械制造工艺学,机械制造工艺学,误差复映现象 是机械加工中普遍存在的一种现象,是由于加工时毛坯的尺寸和形位误差，装卡的偏心等原因导致了工件加工余量变化，而工件的材质也会不均匀，故引起切削力变化而使工艺系统变形量发生改变所产生的加工误差。,机械制造工艺学,机械制造工艺学,例如：在车削有圆度误差的毛坯时，工件每转一转，背吃刀量会发生变化。毛坯椭圆长轴方向处为最大背吃刀量ap1，短轴处为最小背吃刀量ap2。假设毛坯材料的硬度是均匀的，则ap1处的切削力Fp1最大，相应的变形y1也最大；ap2处的切削力Fp2最小，相应的变形y2也最小。 可见，车削圆度误 差m=ap1ap2的毛坯 时，由于工艺系统受力 变形而使工件产生相应 的圆度误差g=y1y2。 这种现象叫“误差复映”。,三、丝杠加工工艺分析,机械制造工艺学,丝杠是一种精度很高的零件，它能精确地确定工作台的坐标位置；将旋转运动转换成直线运动；还传递一定的动力，在精度、强度及耐磨性等方面都有很高的要求。所以，丝杠的加工从毛坯到成品的每道工序都要周密考虑，如何防止弯曲变形，减少内应力，提高螺距精度，以提高其加工精度。,机械制造工艺学,丝杠的分类 机床丝杠按其摩擦特性可分为三类:滑动丝杠、滚动丝杠及静压丝杠。 滑动丝杠结构简单，制造方便，在机床上应用比较广泛。 牙型多为梯形。这种牙型比三角形具有效率高、传动性能 好、精度高、加工方便等长处。 滚动丝杠又分为滚珠丝杠和滚柱丝杠两大类。滚珠丝杠与滚柱丝杠相比，摩擦力小，传动效率高，精度也高，因而比较常用，但是其制造工艺比较复杂。 静压丝杠有许多优点，常用于精密机床和数控机床的进给机构中。其螺纹牙形为梯形，但牙形高于同规格标准梯形螺纹1.52倍，目的在于获得良好油封及提高承载能力。但调整比较麻烦，而且需要一套液压系统，工艺复杂，成本较高。,机械制造工艺学,1、丝杠结构的精度等级 按JB288681规定，丝杠及螺距的精度， 根据使用要求分为6个等级：4、5、6、7、8、 9（精度依次降低)。7级以上的丝杠属于精密 丝杠；7级以下的丝杠属于普通丝杠。,机械制造工艺学,2、各级精度丝杠应用范围： 4级为目前最高级，一般很少应用； 5级用于精密仪器及精密机床，如坐标镗床、螺纹磨 床等； 6级用于精密仪器、精密机床和数控机床； 7级用于精密螺纹车床、齿轮加工机床及数控机床； 8级用于一般机床，如卧式车床、铣床； 9级用于刨床、钻床及一般机床的进给机构。,机械制造工艺学,3、技术要求 对于丝杠的技术要求可分为如下几项： 精度等级； 表面粗糙度； 单个螺距允差和定长上的累积允差； 中径圆度允差； 外径相等性允差； 外径圆跳动允差； 牙形半角允差； 中、外、内径允差等项。,机械制造工艺学,（一）典型丝杠的加工工艺过程,1、丝杠结构的工艺特点 丝杠是细长柔性轴，它的长度L与直径d 的比值很大，一般为2050，刚性较差。结构外形复杂，有要求很高的螺纹表面，还有阶梯、沟槽等，所以，在加工过程中易出现变形。 丝杠分淬火和不淬火两类。,机械制造工艺学,表2-23 卧式车床丝杠零件简图,机械制造工艺学,表2-3 卧式车床丝杠加工工艺过程,机械制造工艺学,表2-3 卧式车床丝杠加工工艺过程,机械制造工艺学,