典型零件加工课件.ppt

1,第四章典型零件加工与加工方法,第一节轴类零件加工第二节套筒零件加工第三节箱体加工第四节圆柱齿轮加工第五节活塞加工第六节连杆加工,2,第一节轴类零件加工,一、概述（一）轴类零件的功用和结构特点,3,（二）轴类零件的技术要求1.尺寸精度2.形状精度3.位置精度4.表面粗糙度,（三）轴类零件的材料、毛坯及热处理1.轴类零件的材料2.轴类零件的毛坯3.轴类零件的热处理,4,5,（二）卧式车床主轴的加工工艺过程,二、轴类零件加工工艺过程与工艺分析（一）主轴的技术条件分析,6,7,8,9,10,11,12,13,14,（二）卧式车床主轴加工工艺过程分析,1.定位基准的选择与转换,锥堵应具有较高的精度；在使用过程中，应尽量减少锥堵的装拆次数，以免增加安装误差。锥堵心轴要求两个锥面应同轴，否则拧紧螺母后会使工件变形。,轴类零件的定位基准常采用两中心孔；空心主轴零件常采用带有中心孔的锥堵或锥套心轴。,15,1）加工阶段的划分【粗加工阶段】毛坯处理粗加工【半精加工阶段】半精加工前热处理半精加工【精加工阶段】精加工前热处理精加工前各种加工精加工,用大切削量切除大部分余量，把毛坯加工至接近工件的最终形状和尺寸，只留下少量的加工余量,为精加工作好准备,把各表面都加工到图样规定的要求,2.工序顺序的安排,16,2）外圆表面的加工顺序外圆加工顺序安排要照顾主轴本身的刚度，先大后小；3）深孔加工工序的安排深孔加工应安排在调质之后进行；为避免深孔加工引起的变形，最好安排在外圆粗车或半精车之后。4）次要表面加工的安排通常均安排在外圆精车、粗磨之后或精磨外圆之前进行。,主轴工艺路线安排大体如下：毛坯制造正火车端面钻中心孔粗车调质半精车表面淬火粗、精磨外圆粗、粗磨圆锥面磨锥孔。,主轴系加工要求很高的零件，需安排多次检验工序。,17,（四）磨床主轴加工工艺的特点,18,【工艺特点】1）选择定位基准符合基准统一原则；重视定位基准中心孔的研磨。2）主要表面的加工工序划分的很细。3）两端M20mm螺纹的加工安排在精加工阶段中进行。4）采用渗氮钢和渗氮热处理可减少热处理变形，获得很高的表面硬度。5）渗氮前，主要轴颈的余量要严格控制。,19,（五）主轴的检验,表面粗糙度的检验精度检验形状精度检验尺寸精度检验位置精度检验,三、外圆表面的精加工与光整加工,（一）外圆表面的磨削加工方法,20,1.常见的外圆磨削方法,21,22,2.提高磨削生产率的方法,1）高速磨削砂轮线速度高于50mm/s的磨削加工。【特点】生产效率高；能提高砂轮耐用度和使用寿命；可降低工件表面粗糙度值。,中心磨削法以工件轴线为回转中心的磨削方法。无心磨削将工件轴心处于自由状态，加工时以被磨削的外圆表面定位，属于自位基准定位原则。,要求砂轮电动机功率相对普通磨削高1.53倍；砂轮应具有高强度、高抗冲击性和好的耐磨性、抗破碎性。要加强润滑和冷却措施，降低磨削温度。,23,2）深切深缓进给磨削以很大的切深（可达212mm）和缓慢的进给速度进行磨削，也称为蠕动磨削或深磨。,【特点】单位时间内同时参加磨削的磨粒数量随着切深增大而增加，使生产效率得以提高。,砂轮与工件锐边接触次数少，进给速度缓慢，减少了砂轮与工件的冲击。如冷却措施得当，磨削区温度可控制的很低，磨削表面残余应力很小。,24,3）砂带磨削用涂满砂粒的环状布（即砂带）作为切削工具的一种加工方法。,25,【特点】设备简单，加工成本低，表面粗糙度较低；砂带具有一定的柔性，能磨削复杂型面；砂带宽度与周长均超过普通砂轮，散热时间长，受空气冷却作用强，不易烧伤工件；砂带的磨粒采用静电植砂后，几乎垂直砂带排列，因此容屑空间大，磨削性能好，生产率高，机械功率利用率达95%。【缺点】砂带磨损后不能修复，因而消耗较大；砂带磨削不能加工小直径深孔及盲孔；由于砂带与工件是弹性接触，因而加工精度较差。,26,4）宽砂轮磨削与多片砂轮磨削其实质是增加砂轮的宽度，提高磨削生产率。,27,5）快速点磨削通过砂轮轴线相对工件轴线有一个微小的倾斜，形成砂轮与工件的点接触。,28,【特点】1）砂轮在工件外圆面上为点接触，切削液易进入磨削区，因而工件发热小，不会产生磨削烧伤。2）采用了寿命长、强度大的高硬度砂轮，砂轮线速度可显著提高，从而提高磨削效率。3）磨削力很小，砂轮驱动功率可以减小，机床制造成本降低。4）点磨削砂轮部分磨损后仍能工作。只有当砂轮侧面磨损占到砂轮宽度的80%时，才需进行修正，所以十分经济。,29,（二）外圆表面的光整加工方法,1.高精度磨削使工件表面的表面粗糙度Ra值在0.6m以下的磨削工艺。高精度磨削又分为：精密磨削、超精密磨削、镜面磨削。,【高精度磨削的原理】,30,2.超精加工,【原理】低速微量磨削。,【过程】1）强烈切削阶段；2）正常切削阶段；3）微弱切削阶段；4）自动停止切削阶段。,【特点】能够修正上道工序留下的形状误差和位置误差，生产效率高，可配备自动测量仪，但对机床本身精度要求也很高，进给机构不能有低速“爬行”现象。,31,磨粒运动轨迹复杂，能由切削过程过渡到摩擦抛光过程；为了增加运动轨迹的复杂性，有些超精加工还对油石的振动安装了变频机构，加工中不断更换振动频率。只能除掉工件表面凸峰，能加工的余量很小，不能纠正工件的圆度与同轴度误差；切削速度低，油石压力小，加工时发热量小，工件表面变质层浅，没有烧伤等现象；对设备要求简单，可在卧式车床上进行。,【特点】,32,3.研磨,【研磨原理】研磨套在一定压力下与工件作复杂的相对运动，工件缓慢转动，带动磨料对工件表面起切削作用。,33,研磨时磨粒的切削作用1）机械切削作用；2）物理作用；3）化学作用。,研磨用研具的主要作用是作为工件成形的“模型”，也是研磨剂的载体，用以涂敷或镶嵌磨料。,34,【特点】,低速进行，研磨过程塑性变形小，切削热少，表面变形层薄，运动复杂，可获得较小的表面粗糙度；可提高表面形状精度与尺寸精度，一般不能提高表面位置精度；研磨方法简单、可靠，可手工研磨也可机械研磨，研磨对加工设备要求的精度不高；研磨适用范围广，不仅可以加工金属，也可加工非金属。,35,4.珩磨,【原理】,【特点】,不适用于带轴肩轴类零件和锥形表面；不能纠正上道工序留下来的形状误差和位置误差；设备要求简单，使用寿命长，生产率高，工作可靠，质量稳定。,36,5.滚压加工,37,【特点】滚压不能纠正上道工序留下的形状误差和位置误差，滚压后的形位精度取决于上道工序；滚压对象是材料组织均匀的塑性金属零件，不适合用于淬硬材料及局部有松软组织的材料；滚压生产率高，常以滚压代替珩磨与研磨。,38,四、其他类型的表面加工方法（一）中心孔的修研方法,1.中心孔对加工精度的影响1）中心孔深度2）两端中心孔的同轴度误差3）中心孔圆度,39,2.中心孔的各种修研方法,1）用油石或橡胶砂轮修研2）用铸铁顶尖修研3）用硬质合金顶尖修研中心孔,40,4）用中心孔磨床磨削中心孔,磨头的运动,1）主切削运动由砂轮轴9带动砂轮高速旋转；2）行星运动齿轮7带动砂轮轴9作以e为偏心量的行星运动；3）往复运动齿轮7与内壳体10及斜导轨6，由径向及推力轴承支承作回转运动，齿轮8带动凸轮11转动，并推动杠杆4，带动斜导轨副5沿斜导轨作30往复滑动。,41,（二）锥孔磨削方法,主轴锥孔磨削通常采用专用夹具。,42,（三）、花键加工方法,1.花键的铣削加工,单件小批生产时，可采用卧式铣床、分度头与三面刃铣床加工。加工方便，但加工质量较差，生产率低。产量稍大时，可采用花键滚刀在花键铣床上加工。加工质量和生产率较高。,43,为提高花键轴加工的质量和生产率，可采用双飞刀高速铣花键。不仅能保证键侧的精度和表面粗糙度，而且效率比一般铣削高出数倍。,44,2.花键的磨削加工,小批生产可采用工具磨床，或借用分度头在平面磨床上分两次磨削；大量生产时使用花键磨床或专用机床，利用高精度分度板分度，一次安装下将花键轴磨完。,45,五、曲轴加工的工艺特点,（一）概述1.曲轴的功用和结构特点主要由主轴颈、连杆轴颈、主轴颈与连杆轴颈之间的连接板组成。2.主要技术要求1）主轴颈、连杆轴颈本身的精度2）位置精度3）各连杆轴颈的位置度不大于203.材料与毛坯用材应具有较高的强度、冲击韧性、疲劳强度和耐磨性。,（二）曲轴加工的工艺特点分析1.曲轴加工工艺过程,46,47,48,49,2.曲轴加工的工艺特点分析,1）定位基准中心孔定位；2）三连杆轴颈位置精度的保证；3）按先粗后精安排加工顺序；4）工艺搭子的使用和保留。,产量较大时，对于偏心距较大的曲轴或中型曲轴，在加工连杆轴颈时，可利用已加工过的主轴颈定位，安装到专用的偏心卡盘夹具中，使连杆轴颈的轴线与转动轴线重合。,50,51,（三）曲轴加工的先进技术,1.加工质量中心孔技术2.车拉技术,用直线车拉刀或圆刀具外环车拉刀车拉轴颈。与成形车削或铣削相比，工件承受的切削力大大减小，工件的弯曲变形更小，加工质量提高。,52,3.圆角深滚压技术,在曲轴轴颈与侧面的连接过渡圆角处为应力集中区，以圆角深滚压技术代替成形磨削。,53,（四）曲轴的测量,主要项目各轴径的直径和长度尺寸精度；各主轴颈的同轴度；主轴颈与连杆轴颈的平行度以及曲拐夹角等；,对大中型曲轴的同轴度，在生产中往往用测量臂距差的方法来确定主轴颈的同轴度。,54,测量时，将主轴转动四个方位，即对该曲轴上、下止点和水平前后进行测量。,55,连杆轴颈与主轴颈轴线平行度测量,56,六、丝杠加工工艺特点,（一）概述1.丝杠的功用、分类与结构特点1）功用2）分类按摩擦特性：滑动丝杠、滚动丝杠、静压丝杠按螺纹牙形：梯形、三角形、双圆弧形等。3）结构特点整体式和接长式,2.丝杠的技术要求对丝杠的强度、精度和耐磨性有较高的技术要求。,57,58,3、丝杠材料,59,60,61,（二）丝杠加工工艺特点分析,1.丝杠的工艺过程,62,63,64,65,2.丝杠加工工艺特点分析,1）中心孔定位，增加辅助支承。注意对中心孔的研磨。,66,2）加工阶段的划分准备和预先热处理阶段（工序16）；粗加工阶段（工序713）；半精加工阶段（工序1423）；精加工阶段（工序2425）；终加工阶段（工序2628）。,3）消除残余内应力的热处理,4）加工前的球化处理、严格的切试样检查、淬火后的冰冷处理工序、磁性探伤检查。,5）滚珠丝杠螺纹的“全磨”加工方法,67,（三）丝杠螺纹加工方法,1.丝杠螺纹车削对于不淬硬丝杠，特别是梯形丝杠，车削是最常用的方法。2.丝杠螺纹铣削批量较大的生产采用旋风铣削螺纹或用螺纹铣床，一次进给完成全牙深切削。,68,3.丝杠螺纹磨削,对于长度较短，牙形半径较大的成批生产的淬硬丝杠螺纹加工，可采用先粗车螺纹淬硬再磨削螺纹的过程。,对于精密淬硬丝杠，应采用“全磨”加工方案，分为粗磨、半精磨、精磨多道工序完成。每道工序切去很少的余量，同时切削余量逐渐减少。,精密丝杠的最后终磨应在恒温室中进行，加强冷却措施，加工后采用精密测量仪器。,69,4.螺纹的滚轧,对用于一般传递运动而且生产批量较大的丝杠，还可采用轧制方法，即采用一对与丝杠牙形一致的精密硬质合金滚轮，在轧丝机上直接轧制出丝杠螺纹。,对于硬度要求较高的丝杠，可在滚轧成形后进一步高频淬火。,70,（四）丝杠的检验,丝杠的测量内容主要有：螺纹牙形角的偏差、螺纹中径和螺距误差。,对于9级低精度丝杠的螺距采用专用样板检验；对于78级精密丝杠的螺距，采用专门的量具进行测量；对于高精度的56级丝杠的螺距，多用静态测量的方法。,【检验方法】,71,动态测量法在丝杠转动的条件下，对其螺旋线进行连续测量的方法。,可测丝杠的单个螺距误差、螺距累积误差、小周期误差。,72,73,第二节套筒零件加工,一、概述（一）套筒零件的功用与结构特点,【结构特点】主要表面为同轴度要求很高的内外旋转表面。,74,（二）套筒零件的技术要求,1.孔的技术要求2.外圆表面的技术要求3.孔与外圆轴线的同轴度要求4.孔轴线与端面的垂直度要求,75,（三）套筒零件的材料与毛坯,二、套筒零件加工工艺过程与工艺分析,按短套筒和长套筒分类，有不同的工艺特征。,76,（一）套筒零件加工工艺过程长套筒的加工过程分析。,77,78,（二）套筒零件加工工艺过程分析,1.保证套筒表面位置精度的方法外表面轴线的同轴度以及端面与孔轴线的垂直度有较高要求。在一次装夹中完成内、外表面及端面的加工；先终加工孔，以孔为精基准最后加工外圆。先终加工外圆，以外圆为精基准最后加工孔。,79,1）减少切削力与切削热的影响,粗精加工分开。2）减少夹紧力的影响，改变夹紧力的方向，即径向夹紧为轴向夹紧。,2.防止加工中套筒变形的措施,对于普通精度的套筒，需径向夹紧时，可采用开缝过渡套筒套在工件的外圆上。,也可采用软卡爪装夹套筒。,80,三、套筒零件的孔加工方法,（一）磨孔,粗加工与半精加工方法：钻孔、扩孔、镗孔、车孔；精加工方法：铰孔、磨孔、珩孔、研磨孔、拉孔、滚压加工。,【特点】1）砂轮直径D受到工件孔径d的限制（D=0.50.9D），砂轮尺寸较小，损耗快，需经常修整和更换，影响了生产率；2）磨削速度低；3）砂轮轴受到工件孔径与长度的限制，刚性差，容易产生弯曲变形与振动，影响加工精度和表面粗糙度；4）砂轮与工件内切，接触面积大，散热条件差；5）切削液不易进入磨削区，排屑困难。,81,磨孔是套同类零件内孔精加工的主要方法，尤其是对于淬硬孔、断续表面孔、长度很短的精密孔。,82,（二）深孔加工,1.深孔加工的特点,一般把长度与直径比Ld5的孔称为深孔。,刀具细长，刚性差，钻头容易引偏；冷却困难，钻头的散热条件差，容易丧失切削能力。排屑困难；,一般采取下列措施：（1）采用工件旋转、刀具进给的加工方法；（2）采用压力传送的切削液冷却刀具，并利用在压力下的冷却润滑液排屑。（3）改进刀具结构，增加断屑措施。,83,84,2.深孔钻削,单件小批生产中的深孔钻削，常采用接长的麻花钻在卧式车床上进行。在成批生产中的深孔钻削，常采用深孔钻头在专用深孔机床上进行。一般直径为210mm的深孔用枪钻；18mm以上的深孔采用喷吸钻。,85,3.深孔镗削,使用深孔钻床，在钻杆上装上深孔镗刀头，导向套。,86,4.浮动镗孔（浮动铰孔）,浮动镗刀结构简单，刃磨方便，刀具寿命长；镗刀块在切削时能按加工余量自动对中，有效地提高孔的尺寸精度，降低表面粗糙度；不适合加工带纵向槽的孔，加工大直径孔时易造成形状误差；没有纠正位置误差的能力。,87,（三）孔的光整加工,精细镗孔（金刚镗）与一般镗孔方法基本相同，使用金刚石作镗刀。采用高回转精度，刚度大的金刚镗床。切削速度较高，加工余量较小，进给量小。,金刚镗的尺寸控制可采用微调镗刀头。,常用于有色金属合金及铸铁套筒零件孔终加工或作珩磨和滚压前的预加工。,88,加工原理与内孔磨削原理基本相同，珩磨是低速、大面积接触的磨削加工，常用来加工气缸孔、阀孔、套筒孔、外形不变旋转的大型零件的孔以及细长孔。珩磨适用加工材料的范围很广，但不宜加工易堵塞油石的韧性金属。珩磨所用的磨具是由几根粒度很细的油石组成的珩磨头，珩磨头的油石有三种运动，即旋转运动、往复直线运动、加压的径向运动。旋转和往复直线运动是珩磨的主运动。网纹交叉角称为切削交叉角；径向加压运动是珩磨的进给运动。,2.内孔珩磨,89,90,【行星珩磨】由行星机构带动珩磨轮回转，生产效率较一般珩磨提高23倍，发热量可减少1/21/3。,珩磨可获得很高的表面质量；珩磨的生产率较高；珩磨能获得很高的尺寸精度和形状精度；珩磨不能修正孔的位置偏差；,91,3.内孔研磨,【工艺特点】1）研磨精度，尺寸精度IT6，表面粗糙度Ra=0.160.01m；2）孔的位置精度，只能由前工序保证；3）生产率较低；,【原理】与外圆研磨相同。研磨通常采用铸铁芯棒。芯棒表面开槽用于存放研磨剂。,92,4.孔滚压（或挤压）,与外圆滚压原理相同。加工精度高，表面粗糙度小，表面硬化耐磨，生产效率可提高数倍。,滚压对铸铁的质量有很大的敏感性。因此，对铸铁液压缸，不可采用滚压工艺而采用珩磨；对淬硬套筒的孔也不宜采用滚压。,93,第五节箱体加工,一、概述（一）箱体零件的功用与结构特点,94,95,（二）箱体零件的主要技术要求,1.孔径精度2.孔的位置精度3.孔和平面的位置公差4.主要平面的精度5.表面粗糙度,（三）箱体材料及毛坯,基本孔箱体的基本孔可分为通孔、阶梯孔、盲孔、交叉孔等几类。同轴孔装配基面凸台紧固孔和螺孔为保证箱体有足够的动刚度和抗振性，应酌情合理使用肋板、肋条，加大圆角半径，收小箱口，加厚主轴前轴承口厚度。,二、箱体零件的结构工艺性,通孔的工艺性,短圆柱孔L/d11.5；深孔L/d5,96,阶梯孔的工艺性相贯通的交叉孔的工艺性,盲孔的工艺性,97,同轴孔的工艺性相邻两孔直径之差大于孔的毛坯加工余量,98,箱体内端面应尽可能使内端面尺寸小于刀具需穿过的孔加工前的直径。箱体外端面箱体装配基面箱体上的紧固孔,99,100,101,（二）箱体类零件机械加工工艺过程分析,1.定位基准的选择1）精基准的选择对于单件小批生产，用装配基准作定位基准。,三、箱体机械加工工艺过程及工艺分析,（一）箱体零件机械加工工艺过程,102,批量大时，采用顶面及两个销孔（一面两孔）作定位基面。,103,2）粗基准的选择,中小批生产时，由于毛坯精度较低，一般采用划线找正。大批大量生产时，毛坯精度较高，可直接以主轴孔在夹具上定位，采用专用夹具装夹。,2.加工顺序的安排和设备的选择1）加工顺序为先面后孔。2）加工阶段粗、精分开。3）工序间安排时效处理。4）所用设备依批量不同而异。,104,四、箱体平面的加工方法,箱体平面加工的常用方法为：刨、铣、磨三种。刨削和铣削常用作平面的粗加工和半精加工，而磨削则用作平面的精加工。刨削加工的特点是，刀具结构简单，机床调整方便，通用性好。铣削生产率高于刨削，中批以上生产中多用铣削加工平面。平面磨削的加工质量比刨和铣都高，而且还可加工淬硬零件。,105,五、箱体孔系的加工方法箱体上一系列有相互位置精度要求的孔的组合，称为孔系。孔系分为平行孔系、同轴孔系和交叉孔系。,106,（一）平行孔系的加工平行孔系的轴线要互相平行且孔距也有精度要求。找正法划线找正法加工前按照零件图在毛坯上划出各孔的位置轮廓线，然后按划线一一进行加工。,孔距精度较低，一般在0.51mm左右。,107,心轴和块规找正法,孔距精度可达0.03.,108,样板找正法用1020厚的钢板制成样板，装在垂直于各孔的端面上。,孔距精度可达0.05。,109,利用镗模夹具加工孔系。镗孔时，工件装夹在镗模上，镗杆被支承在镗模的导套里，增加了系统刚性。采用镗模可大大提高机床夹具工件刀具之间的工艺系统刚度和抗振性。,镗模法,110,3.坐标法,坐标法镗孔是在普通卧式镗床、坐标镗床或数控镗铣床等设备上，借助于测量装置，调整机床主轴与工件间在水平和垂直方向的相对位置，来保证孔心距精度的一种镗孔方法。,111,坐标测量装置的主要形式有：1)普通刻线尺与游测量装置；2)百分表与块规测量装置；3)经济刻度尺与光学读头测量装置；4)光栅数字显示装置和感应同步器测量装置；5)高精度测量装置，高精度线位移测量系统有：精密丝杠、线纹尺、光栅、感应同步器、磁尺、码尺和激光干涉仪。,112,采用坐标法加工孔系时，要特别注意基准孔和镗孔顺序的选择，否则，坐标尺寸的累积误差会影响孔心距精度。第一，有孔距精度要求的两孔应连在一起加工，以减少坐标尺寸的累积误差影响孔距精度；第二，基准孔应位于箱壁的一侧，这样依次加工各孔时，工作台朝一个方向移动，以避免往返移动误差；第三，所选的基准孔应有较高的精度和较细的表面粗糙度，以便在加工过程中可以重新准确校验坐标原点。,113,（二）同轴孔系的加工成批生产中，箱体同轴孔系的同轴度通常由镗模保证。单件小批生产中，其同轴度用下面方法保证。,利用已加工孔作支承导向适用于加工箱壁较近的孔。,利用铣镗床后立柱上的导向套支承导向适用于大型箱体的加工。,2019/12/16,114,可编辑,115,采用调头镗当箱体箱壁相距较远时，可采用调头镗。工件在一次装夹下，镗好一端孔后，将镗床工作台回转180度，调整工件台位置，使已加工孔与镗床主轴同轴，然后再加工孔。,116,（三）交叉孔系的加工主要技术要求是控制有关孔的相互垂直度误差，在卧式铣镗床上主要靠机床工作台上的90对准装置。当有些镗床工件台90分度对准装置精度很低时，可用心棒与百分表找正来提高其定位精度。,117,五、箱体的检验,1.箱体零件的主要检验项目各加工的表面粗糙度及外观检查；孔的尺寸精度、孔距精度；孔和平面的尺寸精度、几何形状精度；孔系的相互位置精度（孔轴线的同轴度、平行度、垂直度、孔轴线与平面的平行度、垂直度）,118,2.箱体零件孔系位置精度及孔距精度的检验,用检验棒检验同轴度是一般工厂最常用的方法。当孔系同轴度精度要求不高时，可用通用的检验棒配上检验套进行检验。当孔系同轴度精度要求较高时，可采用专用检验棒检验。,119,用检验棒检验孔轴线的同轴度以及孔距、孔轴线间的平行度、孔轴线与平面的垂直度等。,当孔距的精度要求不高时，可直接用游标卡尺检验。当孔距精度要求较高时，可用心轴与千分尺检验。,120,孔的轴线对基面的平行度检验,孔的轴线之间的平行度检验,孔平行度的检验,121,测量孔轴线与端面的垂直度,a）采用模拟心轴及百分表（或千分表）；b）将带有检验圆盘的心轴插入孔内，用着色法检验圆盘与端面的接触情况；或者用塞尺检查圆盘与端面的沟隙，可确定孔轴线与端面的垂直度误差。,122,七、箱体零件的高效自动化加工,单件小批生产箱体，大多数采用普通机床加工。发展标准化“加工中心”来组成柔性制造系统。,123,124,一、概述1.圆柱齿轮的结构特点,第四节圆柱齿轮加工,125,2.圆柱齿轮传动的精度要求,根据齿轮的使用条件，对各种齿轮提出了不同的精度要求，保证其传递运动准确、工作平稳、齿面接触良好和齿侧间隙适当。1）传递运动的准确性要求齿轮能准确地传递运动，传动比恒定，即要求齿轮一转中的转角误差不超过一定范围。2）传递运动的平稳性齿轮传动的瞬时传动比变化量在一定限度内。要求齿轮在一齿转角内的最大转角误差在规定范围内。3）载荷分布的均匀性要求齿轮工作时齿面接触要均匀，并保证有一定的接触面积和符合要求的接触位置。,126,3.精度等级与公差组渐开线圆柱齿轮国家标准对齿轮和齿轮副规定了12个精度等级。第1级最高，第12级最低。,齿轮公差分为三组：第I组主要控制齿轮在一转内回转角误差；第II组主要控制齿轮在一个周节角范围内的转角误差；第III组主要控制齿向线的接触痕迹；,127,二、齿轮的材料、热处理和毛坯,（一）齿轮的材料与热处理材料的选择速度较高的齿轮传动，齿面容易产生疲劳点蚀，应选择齿面硬度较高而硬层较厚的材料；有冲击载荷的齿轮传动，轮齿容易折断，应选择韧性较好的材料；低速重载的齿轮传动，轮齿容易折断，齿面易磨损，应选择机械强度大，齿面硬度高的材料。一般用途的齿轮均用45钢等中碳结构钢和低中碳合金结构钢。非传力齿轮可选用非淬火钢、铸铁夹布胶木、尼龙等，这些材料具有易加工、传动噪声小、耐磨、减振性好等优点，使用于轻载、需减振、低噪声、润滑条件差的场合。,齿轮的热处理毛坯热处理在齿坯加工前后安排预备热处理。齿面热处理齿形加工完毕后提高表面的硬度和耐磨性。,128,（二）齿轮毛坯齿轮毛坯的材料主要有棒料、锻件和铸件。棒料小尺寸、结构简单且对强度要求不太高的齿轮。锻件强度要求高，需耐磨损、耐冲击。铸件齿轮直径较大时。,三、圆柱齿轮的机械加工工艺过程及工艺分析,（一）圆柱齿轮的加工工艺过程举例,一般工艺路线：毛坯制造齿坯热处理齿坯加工齿形加工齿圈热处理齿轮定位表面精加工齿圈的精整加工,129,130,131,（二）圆柱齿轮的加工工艺过程分析,1.定位基准的选择齿形加工前的齿轮加工统称为齿坯加工。均应以中心孔作为齿坯加工、齿形加工和检验的基准。2.齿坯加工1）齿坯精度,132,2）.齿坯加工方案的选择,齿轮的加工工艺方案主要取决于齿轮的轮体结构和生产类型。,齿坯加工的主要内容包括：齿坯的孔加工；端面和中心孔的加工（对于轴类齿轮）以及齿圈外圆和端面的加工；对于轴累齿轮和套筒齿轮的齿坯，加工过程和一般轴、套类工件基本相同。,133,（1）大批大量生产的齿坯加工大批大量加工中等齿轮齿坯，采用高效机床组成流水线或自动线：以毛坯外圆及端面定位进行钻孔和扩孔；拉孔；以孔定位在多刀半自动车床上粗、精车外圆、端面、车槽及倒角等。（2）成批生产的齿坯加工由卧式车床或转塔车床及拉床实现。以毛坯外圆或轮毂定位，粗车外圆、端面和内孔；以端面支承拉孔（或花键孔）；以孔定位精车外圆及端面等。（3）单件小批生产的齿坯加工在通用车床上经两次装夹完成。一般齿坯的孔、端面及外圆的粗、精加工都在通用机床上经两次装夹完成，但必须注意将孔和基准端面的精加工在一次装夹内完成。,134,3.齿形加工,按照加工原理，齿形加工可分为成形法和展成法。齿形加工方案的选择，主要取决于齿轮的精度等级、结构形状、生产类型和齿轮的热处理方法及生产工厂的现有条件。常用的齿形加工方案,135,136,137,4.齿端加工,齿轮的齿端加工方式有：倒角、倒尖、倒棱、和去毛刺。齿端加工必须安排在齿形淬火之前，滚（插）齿之后进行。,138,5.精基准的修整,139,四、圆柱齿轮的齿形加工方法,（一）滚齿1.滚齿加工原理与工艺特点,滚齿是应用一对螺旋圆柱齿轮的啮合原理进行加工的。滚齿是齿形加工中生产率最高，应用最广的一种加工方法。,滚齿加工通用性好，既可加工圆柱齿轮，又可加工蜗轮；既可加工渐开线齿形又可加工圆弧、摆线等齿形；既可加工小模数、小直径齿轮，又可加工大模数、大直径齿轮。,140,2.提高滚齿生产率的途径,1)提高滚切速度；2)改进刀具结构，采用大直径滚刀和多头滚刀；3)改进滚齿加工方法采用径向切入。,3.滚齿加工质量分析,滚齿的加工精度等级一般为69级，对于8、9级精度齿轮，可直接滚齿得到，对于7级精度以上的齿轮，通常滚齿可作为齿形的粗加工或半精加工。,141,142,143,144,（二）插齿,1.插齿原理及运动1）插齿原理插齿刀和工件相当于一对轴线相互平行的圆柱齿轮相啮合，插齿刀好像一个磨有前、后角并具有切削刃的齿轮。,2）插齿的主要运动切削运动插齿刀的上下往复运动。分齿展成运动插齿刀每往复一次，工件相对刀具在分度圆上转过的弧长为加工时的圆周进给运动。径向进给运动插齿时，为逐步切至全齿深，插齿刀应该有径向进给运动。让刀运动,145,2.插齿的工艺特点,1）插齿的加工质量插齿的齿形精度比滚齿高。插齿后齿面的表面粗糙度值比滚齿小。插齿的运动精度比滚齿差。插齿的齿向误差比滚齿大。2）插齿的生产率切削模数较大的齿轮时，生产率比滚齿加工低；在加工小模数、多齿、齿宽窄的齿轮时，生产率比滚齿高。3）插齿的应用范围主要用于加工内、外啮合的直齿圆柱齿轮，内齿轮、多联齿轮和齿条。适用于模数较小、齿宽较小、工作平稳性要求较高而运动精度要求不太高的齿轮。,146,（三）剃齿,剃齿原理与特点剃齿的过程是剃齿刀与被剃齿轮以交错轴斜齿轮副双面紧密啮合的自由对滚切削过程。剃齿刀实质上就是一个高精度的斜齿轮，为了形成切削刃，在齿面上沿渐开线方向开有许多小槽。,147,148,【特点】剃齿精度可达76级，表面粗糙度Ra0.80.4m。剃齿主要用于提高齿形精度和降低表面粗糙度，不能修正公法线长度变动误差。生产率高，所用机床简单、调整方便、剃齿刀耐用度高，适应于大批量的未淬硬齿轮的齿形精加工。,普通剃齿法应具有以下几种运动：1)剃齿刀的高速正、反旋转；2)工件沿轴向的往复运动（用以剃出全齿宽）；3)工件每往复一次后的径向进给运动。,149,150,2.剃齿方法,151,【特点】,152,【特点】,153,【特点】,154,【特点】,切向剃齿,155,如需剃鼓形齿，应采用有摆动工作台的剃齿机。,156,3.剃齿质量分析,剃齿刀与齿轮之间设有强制性的啮合运动，所以对齿轮的传递运动准确性精度提高不大，但传动的平稳性和接触精度有较大的提高，齿轮表面粗糙度值明显减小。,157,1）剃前齿轮的材料剃前齿轮硬度在2232HRC范围时，剃齿刀校正误差能力最好，如果齿轮材质不均匀，含杂质过多或韧性过大会引起剃齿刀滑刀或啃刀，最终影响剃齿的齿形及表面粗糙度。2）剃前齿轮的精度剃齿是齿形的精加工方法，因此剃齿前的齿轮应有较高的精度，通常剃齿后的精度只能比剃齿前提高一级。3）剃齿余量剃齿余量的大小，对剃齿质量和生产率均有较大影响。余量不足时，剃前误差及表面缺陷不能全部除去；余量过大，则剃齿效率低，刀具磨损快，剃齿质量反而下降。,4.剃齿工艺中的几个问题,158,4）剃齿前齿形加工时的刀具剃齿时，为了减轻剃齿刀齿顶负荷，避免刀尖折断，剃前在齿跟处挖掉一块。齿顶处希望能有一修缘，这不仅对工作平稳系性有利，而且可使剃齿后的工件沿外圆不产生毛刺。5）剃齿刀的选用6）剃齿的生产率,159,（四）珩齿,1.珩齿原理及特点珩齿用于齿面淬硬后的精加工。运动关系与剃齿相同。【原理】珩轮的齿面上均匀地密布着磨粒，用环氧树脂结合。切削是在珩轮与齿轮的“自由啮合”过程中，靠齿面间的压力和相对滑动进行低速磨削、研磨和抛光。珩齿过程中磨粒具有沿齿向和沿渐开线切线方向的双重滑动。珩轮弹性大，不能强行切下误差部分的金属，修正误差能力不足，同时本身误差也不会全部反映给工件。,160,161,【特点】,1）珩齿后齿面的表面质量好珩齿速度一般是13m/s,比普通磨削速度低，磨粒粒度又小，结合剂弹性大，珩齿过程实际上是低速磨削、研磨和抛光的综合过程，齿面不会产生烧伤和裂纹。2）珩齿后齿面的表面粗糙度值小珩轮齿面上均匀密布着磨粒，珩齿后齿面切削痕迹很细，磨粒不仅在齿面产生滑动而切削，而且沿渐开线切线方向亦具有切削作用，从而在齿面上产生交叉网纹，使齿面的表面粗糙度值明显减少。3）珩齿修正误差的能力低珩齿与剃齿的运动关系基本相同，由于珩轮本身有一定的弹性，不会全部复映到齿轮上，所以珩轮本身精度一般都不高，但对珩前齿轮的精度则要求高。,162,珩齿的应用珩齿修正误差能力差，主要用于去除热处理后的氧化皮和毛刺，减小表面粗糙度，可使表面粗糙度Ra值从1.6um左右降到0.4um以下；还可减少噪声。为了保证齿轮的精度要求，必须提高珩齿的加工精度和减少热处理变形。因此，珩前加工多采用剃齿。珩齿的轴交角常取15，珩齿余量很小，一般珩前为剃齿时，常取0.010.02mm；珩前为磨齿时，取0.0030.005mm。由于珩齿具有齿面的表面粗糙度值小，效率高，成本低，设备简单，操作方便等优点，是一种很好的齿轮光整加工方法，一般用于加工68级精度的齿轮。,163,（五）挤齿,是按展成原理的无切削精加工。将留有挤齿余量的齿轮置于两个高精度淬硬挤轮之间，挤轮和工件在一定压力下作无间隙对滚，挤轮作连续进给，齿廓表面层的金属产生塑性变形。挤轮实质上是一个高精度的圆柱齿轮，有的挤轮还有一定的变位量，挤轮与齿轮轴线平行旋转。挤轮的宽度大于被挤齿轮宽度，在挤压过程中只需径向进给，无需轴向移动，,1.挤齿原理,164,2.挤齿特点,1)生产率高于剃齿；2)精度高；3)齿面的表面粗糙度值小；4)挤齿机床及挤轮的制造成本低；5）被挤齿轮使用寿命长；6)挤齿时齿轮与挤轮轴线平行，因而挤多联齿轮不受限制。,（六）磨齿,磨齿可使齿轮精度最高达到3级，表面粗糙度值可达0.80.2m,但加工成本高，生产率低。对于淬硬的齿面，要纠正热处理变形，获得高精度齿廓，磨齿是目前最常采用的加工方法。按照磨齿的原理可分为成形法与展成法。,165,【原理】按单齿分度法磨削，用两个蝶形砂轮的端平面来形成假想齿条的一个轮齿两侧齿面，同时磨削齿槽的左右齿面。,1）双片碟形砂轮磨齿,166,【特点】砂轮的工作棱边很窄，且为垂直于砂轮轴线的平面，宜于获得高的修整度；磨削接触面积小，磨削力和磨削热很小；展成运动的传动环节少，运动精度高，因而磨齿精度较高，是各类磨齿机中精度最高的一种。刚性较差，磨削用量受到限制，生产率较低。,167,2）大平面砂轮磨削,由于砂轮直径较大（400800mm)，磨削时不需要沿齿槽方向的进给运动，磨齿的展成运动可用两种方式实现：采用滚圆盘钢带机构；用精密渐开线凸轮。,被磨齿轮基圆直径db和凸轮基圆直径dbt以及工作台1的倾角a之间有如下关系：,168,【特点】大平面齿轮磨齿是目前精度最高的磨齿机。它的展成运动、分度运动的传动链短，并且没有砂轮与工件间的轴向运动，所以机床的结构简单，可以磨出34级精度的齿轮。只能磨削齿宽较窄的齿轮。常用于磨削各种插齿刀和剃齿刀。,修磨缘齿和鼓形齿用样板将平面修成相应的曲线形状；将砂轮修整成内锥面状。,169,3）锥面砂轮磨齿,采用锥形砂轮磨齿时，形成展成运动的机床传动链较长，结构复杂，故传动误差较大，磨齿精度较低，一般只能达到56级。,170,4）蜗杆砂轮磨齿,加工原理与滚齿相似。是磨齿方法中效率最高的一种，磨齿精度也比较高，可达56级。缺点是砂轮修形比较困难。,171,砂轮的修形由砂轮修整器按砂轮修形动作循环图进行。,172,第五节活塞加工,一、概述1.活塞的功用与结构特点往复式发动机与压缩机的活塞，是将直线运动变成旋转运动或将旋转运动变成直线运动的零件之一。活塞在汽缸里承受高温、高压气体的压力，并将压力经连杆传给曲轴，驱动发动机运转，或将曲轴的旋转动力经连杆、活塞而压缩气体，即空气压缩机。,173,因工作过程中受热与受力的影响，活塞裙部将产生变形。,顶面热量由上向下传递，温度场上面高下面低，热膨胀不均匀，因此活塞应制成锥形，头部小，裙部大。裙部也带有锥度。,为了进一步减少热传递，有的活塞上还铣有横槽和纵向斜槽，以使热变形在开槽处不能连续而减少热变形量,174,175,176,177,178,活塞销孔内装活塞销与连杆小头连接，为了使活塞销的磨损均匀，活塞销能在活塞孔及连杆小头衬套孔中自由转动，即“浮动式”活塞销；同时与要避免活塞销的轴向窜动，在销孔两端加工出锁环槽。,现在有的活塞销孔将与连杆连接处的孔口加工成锥形，补偿受力引起的轴心倾斜。为了保证活塞销在销孔内有良好的润滑，销孔的两侧开了两条圆弧形油槽，又称储油袋，以便储存润滑油。,179,2.活塞主要技术要求,图4-98,3活塞材料、毛坯及热处理,汽油发动机及高速柴油机均采用轻质材料，如铝合金（铜硅铝合金）。在低速、重负荷、低级燃料的发动机中，有时用铸铁。,180,采用铝合金比铸铁的的特点：1）导热性好；2）质量轻、惯性力小，可提高转速；3）加工工艺性好；4）材料价格比铸铁高；5）机体、汽缸套材料（一般为铸铁）与活塞材料（铝合金）的热膨胀系数相差较大；6）强度和耐磨性铸铁较强。,毛坯在机械加工之前进行切去浇冒口，并进行时效处理，消除铸造时的残余应力。,181,二、活塞加工工艺过程,182,183,184,185,186,187,188,189,190,191,192,三、活塞加工工艺过程分析,（一）定位基准选择1.精基准的选择采用止口和端面作辅助精基准面，在精车外圆和精磨外圆时，用止口处锥面及顶面上的工艺搭子中心孔组合定位。1）止口和端面定位的特点是，可加工部位多，如裙部、头部、顶面、销孔横直槽等主要表面；一次装夹情况下，可完成车削外圆、顶面、环槽等加工，既能提高生产率，又能保证表面位置精度；2）提高零件加工中工艺系统的刚度3）增加了加工工作量；4）存在基准不重合误差。,193,2.粗基准选择,1）以外圆及顶面（要加工面）为粗基准；2）以内表面（不加工面）作为粗基准。,194,用内表面作为粗基准，夹具结构。,可同时对外圆、顶面、环槽、止口、端面进行切削。提高了加工精度和生产率。活塞为薄壁零件，夹紧力不宜过大。,195,经过粗加工，在精加工前，必须对原有的精基准再进行一次精加工，以提高定位基准的精度，保证精加工工序的加工质量。,196,（二）活塞加工工序的安排,1.机械加工前工序2.定位基准面加工3.钻油孔加工工序4.环槽加工工序5.活塞外圆与裙部加工工序6.活塞的清洗和浸锡工序,四、活塞特殊表面的加工方法,197,（一）活塞环槽的加工环槽的精度要求包括：环槽侧面的垂直度、圆跳动、表面粗糙度及槽宽尺寸精度等。,198,199,（二）活塞销孔的加工,工艺上需安排粗加工、精加工及光整加工。销孔的精加工通常在金刚镗床上进行。,200,1）孔内端锥面的加工,使用镗活塞销孔的专用立式镗床。镗杆上装有两把镗刀。工件以止口和端面定位，采用导柱限制全部自由度。工件采用气动夹紧。加工时镗杆高速旋转；镗杆与导柱同时沿销孔轴线向上进给，进行销孔的镗削。镗杆的下端连接在一特殊构造的偏心盘上，偏心盘与靠模用弹簧拉紧。,201,2）储油袋的加工当生产批量大时，采用拉刀，拉出两边两个对称的圆弧形油槽；当活塞销孔规格较多，批量较小时，可采用小型圆柱铣刀，铣出油槽。,（三）活塞椭圆裙部加工活塞设计中应使裙部上端直径尺寸小于裙部下端尺寸，而椭圆度的变化却要求为下小上大。这种椭圆度沿活塞裙部高度方向变化的活塞，称为变椭圆活塞。裙部外圆的精加工可采用靠模椭圆磨床磨削，也可选择车削椭圆活塞的专用车床加工。,202,【套车法原理】,套车是指车刀旋转，刀尖向轴心、刀杆在外的车削法，车刀围绕圆柱体中心旋转，属于一种飞刀切削。车刀回转轴线与活塞裙部轴线之间存在一个夹角。当纵向进给时，根据不同的高度段改变夹角的大小，车削出变椭圆形状的活塞。套车法的不足之处在于只能实现在一个方向上的变椭圆要求。,1.套车法,203,2.立体靠模仿行车削法,在活塞左端同轴安装一变椭圆活塞立体靠模。采用数控磨床插补技术，可得到理想的横截面变椭圆和纵截面直径下大上小两个方向上的鼓形（双中凸变椭圆）。在靠模外圆上的一端装有仿形头，仿形头与装有车刀的仿形刀架相连。仿形车刀的径向进给量是仿形头径向距离变化的l/L倍。,204,（四）活塞的检验,1