情境盘套类零加工工艺PPT课件.ppt

机械制造工艺设计与实施 精品课程 鄂州职业大学 盘套类零件加工工艺的设计与实施 1 第一部分 学习任务描述 工艺科现有一批零件的工艺设计任务 其中有齿轮坯及联接套等两种零件 科室将这两种零件的工艺设计任务交给你 要求你完成对其进行机械加工工艺编制的任务 零件产品图如图2 1 图2 2所示 图2 1齿轮坯 盘套类零件加工工艺的设计与实施 图2 2联接套 2 盘套类零件加工工艺的设计与实施 教学内容 1 盘套类零件毛坯的选择 2 盘套类零件定位基准 3 盘套类零件的加工方法 4 盘套类零件的工艺性分析 5 编制盘套类零件的工艺规程 6 盘套类零件的实体加工 7 盘套类零件常见的工艺问题和解决的方法 8 不同加工工艺过程的加工经济性分析 3 盘套类零件加工工艺的设计与实施 重点 难点 1 盘套类零件的加工工艺分析 2 盘套类零件的定位基准确定 3 盘套类零件的加工路线的确定 4 加工经济性分析 盘套类零件的加工路线的确定及加工经济性分析 4 盘套类零件加工工艺的设计与实施 第二部分过程设计描述 该情境的学习与工作流程如下图 本情境依据两个实际工作任务 以小组的形式按 资讯 决策 计划 实施 检查 评估 这一完整的 行动 方式来组织教学 分 资讯 决策计划 实施 检查与评估 四个步骤来进行 工作结束后安排课内实践项目 长套筒零件加工工艺规程编制 对已学知识进行巩固提高 本情境采用单班分组方式教学 每班分3组 资讯 决策计划 实施 课内实践 检查评估 学习检查 5 盘套类零件加工工艺的设计与实施 第三部分学习情境 步骤一 资讯 学生自由组合分成3个小组 各组选出组长1名 各组根据任务工作单和资讯工作单完成必要的信息搜集 每组选4人准备发言 鄂州职业大学机械系工艺编制任务工作单编号 01 任务导入 6 盘套类零件加工工艺的设计与实施 第三部分学习情境 步骤一 资讯 学生自由组合分成3个小组 各组选出组长1名 各组根据任务工作单和资讯工作单完成必要的信息搜集 每组选4人准备发言 鄂州职业大学机械系任务资讯工作单编号 02 7 盘套类零件加工工艺的设计与实施 第三部分学习情境 步骤一 资讯 本阶段的具体任务 分析盘套类零件的功用 结构特点 技术要求 材料与毛坯 分析盘套类零件的定位基准和装夹方法 了解机械加工实训中心和校外实训基地的设备及其加工性能指标 分析盘套类零件的加工要求及工艺性 每小组选派4人 含组长 对前期所进行的资讯内容中的1 2 3项进行畅谈 最后由老师进行归类评述 并对资讯方法进行点评和指导 头脑风暴 8 盘套类零件加工工艺的设计与实施 第三部分学习情境 步骤一 资讯 案例教学 一单元盘套类零件的功用 结构特点 技术要求 材料与毛坯 一 盘类零件 1 盘类零件的功用及结构特点盘类零件在机器中主要起支承 连接作用 主要由端面 外圆 内孔等组成 一般零件直径大于零件的轴向尺寸 如齿轮 带轮 法兰盘 端盖 模具 联轴节 套环 轴承环 螺母 垫圈等 一般用于传递动力 改变速度 转换方向或起支承 轴向定位或密封等作用 零件上常有轴孔 常设计有凸缘 凸台或凹坑等结构 还常有较多的螺孔 光孔 沉孔 销孔或键槽等结构 有些还具有轮辐 辐板 肋板以及用于防漏的油沟和毡圈槽等密封结构 各类盘类零件见图2 3 1 2 所示 图2 3 1 盘类零件案例 图2 3 2 盘类零件案例 b 法兰盘 a 支承盖 c 主轴承盖 9 盘套类零件加工工艺的设计与实施 第三部分学习情境 步骤一 资讯 案例教学 一单元盘套类零件的功用 结构特点 技术要求 材料与毛坯 一 盘类零件 2 技术要求盘类零件往往对支承用端面有较高平面度及轴向尺寸精度和两端面平行度要求 对转接作用中的内孔等有与平面的垂直度要求 外圆 内孔间的同轴度要求等 3 盘类零件的材料与毛坯盘类零件常采用钢 铸铁 青铜或黄铜制成 孔径小的盘一般选择热轧或冷拔棒料 根据不同材料 亦可选择实心铸件 孔径较大时 可作预孔 若生产批量较大 可选择冷挤压等先进毛坯制造工艺 既提高生产率 又节约材料 10 盘套类零件加工工艺的设计与实施 第三部分学习情境 步骤一 资讯 案例教学 一单元盘套类零件的功用 结构特点 技术要求 材料与毛坯 二 套类零件 1 套类零件的功用及结构特点套筒类零件是一种应用范围很广的常见机械零件 在机器中主要起支承和导向作用 例如 支承回转轴的各种形式的滑动轴承 夹具体中的导向套 液压系统中的液压缸以及内燃机上的气缸套等 如图2 4所示 套筒零件由于功用不同 其结构和尺寸有较大差别 但也有共同之处 零件结构不太复杂 主要由有较高同轴要求的内外圆表面组成 零件的壁厚较小 易产生变形 轴向尺寸一般大于外圆直径 长径比大于5的深孔比较多 图2 4套筒类零件案例a 滑动轴承b 滑动轴承c 钻套d 衬套e 气缸套f 油缸 11 盘套类零件加工工艺的设计与实施 第三部分学习情境 步骤一 资讯 案例教学 一单元盘套类零件的功用 结构特点 技术要求 材料与毛坯 二 套类零件 2 套类零件的主要技术要求孔与外圆一般具有较高的同轴度要求 端面与孔轴线 亦有外圆的情况 的垂直度要求 内孔表面本身的尺寸精度 形状精度及表面粗糙度要求 外圆表面本身的尺寸 形状精度及表面粗糙度要求等 尺寸精度 内孔是套类零件起支承作用或导向作用的最主要表面 它通常与运动着的轴 刀具或活塞等相配合 内孔直径的尺寸精度一般为IT7 精密轴套有时取IT6 油缸由于与其相配合的活塞上有密封圈 要求较低 一般取IT9 外圆表面一般是套类零件本身的支承面 常以过盈配合或过渡配合同箱体或机架上的孔连接 外径的尺寸精度通常为IT6 IT7 也有一些套类零件外圆表面不需加工 12 盘套类零件加工工艺的设计与实施 第三部分学习情境 步骤一 资讯 案例教学 一单元盘套类零件的功用 结构特点 技术要求 材料与毛坯 二 套类零件 2 套类零件的主要技术要求几何形状精度 内孔的形状精度 应控制在孔径公差以内 有些精密轴套控制在孔径公差的1 2 1 3 甚至更严 对于长的套件除了圆度要求外 还应注意孔的圆柱度 外圆表面的形状精度控制在外径公差以内 相互位置精度 当内孔的最终加工是在装配后进行时 套类零件本身的内外圆之间的同轴度要求较低 如最终加工是在装配前完成则要求较高 一般为0 01 0 05mm 当套类零件的外圆表面不需加工时 内外圆之间的同轴度要求很低 套孔轴线与端面的垂直度精度 当套件端面在工作中承受载荷 或虽不承受载荷但其作为加工中的定位基准面和装配中的装配基准时 其要求较高 一般为0 01 0 05mm 表面粗糙度 为保证套类零件的功用和提高其耐磨性 内孔表面粗糙度Ra值为2 5 0 16 m 有的要求更高达Ra0 04 m 外径的表面粗糙度达Ra5 0 63 m 13 盘套类零件加工工艺的设计与实施 第三部分学习情境 步骤一 资讯 案例教学 一单元盘套类零件的功用 结构特点 技术要求 材料与毛坯 二 套类零件 3 套类零件的材料与毛坯套筒零件常用材料是钢 铸铁 青铜或黄铜等 有些要求较高的滑动轴承 为节省贵重材料而采用双金属结构 即用离心铸造法在钢或铸铁套筒的内壁上浇注一层巴氏合金等材料 用来提高轴承寿命 套类零件的毛坯主要根据零件材料 形状结构 尺寸大小及生产批量等因素来选 孔径较小时 如d 20mm 可选热轧或冷拉棒料 也可采用实心铸件 孔径较大时 可选用带预孔的铸件或锻件 壁厚较小且较均匀时 还可选用管料 当生产批量较大时 还可采用冷挤压和粉末冶金等先进毛坯制造工艺 可在提高毛坯精度提高的基础上提高生产率 节约用材 14 盘套类零件加工工艺的设计与实施 第三部分学习情境 步骤一 资讯 案例教学 二单元盘套类零件的定位基准和装夹方法 一 盘类零件 1 基准选择一是以端面为主 如支承块 其零件加工中的主要定位基准为平面 二是以内孔为主 同时辅以端面的配合 三是以外圆为主 较少 往往也需要有端面的辅助配合 2 安装方案 1 用三爪卡盘安装用三爪卡盘装夹外圆时 为定位稳定可靠 常采用反爪装夹 共限制工件除绕轴转动外的五个自由度 装夹内孔时 以卡盘的离心力作用完成工件的定位 夹紧 亦限制了工件除绕轴转动外的五个自由度 2 用专用夹具安装以外圆作径向定位基准时 可以定位环作定位件 以内孔作径向定位基准时 可用定位销 轴 作定位件 根据零件构形特征及加工部位 要求 选择径向夹紧或端面夹紧 3 用虎钳安装生产批量小或单件生产时 可采用虎钳装夹 如支承块上侧面 十字槽加工 15 盘套类零件加工工艺的设计与实施 第三部分学习情境 步骤一 资讯 案例教学 二单元盘套类零件的定位基准和装夹方法 二 套类零件 装夹方法有以下三种 1 一次装夹下加工全部表面当零件的尺寸较小时 尽量在一次安装下加工出较多表面 既减小装夹次数及装夹误差 并容易获得较高的位置精度 当套的尺寸较小时 常用长棒料做毛坯 棒料可穿入机床主轴通孔 此时可用三爪自定心卡盘夹棒料外圆 一次装夹下加工完工件的所有表面 这样既装夹方便又因为消除了装夹误差而容易获得较高的位置精度 若工件外径较大 毛坯不能通过主轴通孔 也可以在确定毛坯尺寸时将其长度加长些供装夹使用 只是这样较浪费材料 当工件较长时装夹不便 16 盘套类零件加工工艺的设计与实施 第三部分学习情境 步骤一 资讯 案例教学 二单元盘套类零件的定位基准和装夹方法 二 套类零件 装夹方法有以下三种 2 以孔定位加工外圆 用心轴装夹分为刚性心轴和弹性心轴两大类 图2 5刚性心轴a 圆柱心轴b 锥度心轴c 花键心轴 图2 6弹簧筒夹心轴 锥度心轴常用于外圆面的精车或磨削加工 17 盘套类零件加工工艺的设计与实施 第三部分学习情境 步骤一 资讯 案例教学 二单元盘套类零件的定位基准和装夹方法 二 套类零件 装夹方法有以下三种 2 以孔定位加工外圆 用心轴装夹 图2 7液性塑料心轴 图2 8波纹套心轴 弹性心轴可消除配合间隙 可获得较高的定位精度 18 盘套类零件加工工艺的设计与实施 第三部分学习情境 步骤一 资讯 案例教学 二单元盘套类零件的定位基准和装夹方法 二 套类零件 装夹方法有以下三种 2 以孔定位加工外圆 用两圆锥销装夹 圆锥销又称大头顶尖 带齿纹的圆锥销又称梅花顶尖 当工件孔精度较低或工件较长时 可在孔口加工出一小段60o锥 用大头顶尖或梅花顶尖定位 如图2 9所示 梅花顶尖锥面上的齿纹加大了顶尖与工件之间的摩擦力 因此可直接用顶尖带动工件旋转而不用鸡心夹头 图2 9大头顶尖和梅花顶尖 19 盘套类零件加工工艺的设计与实施 第三部分学习情境 步骤一 资讯 案例教学 二单元盘套类零件的定位基准和装夹方法 二 套类零件 装夹方法有以下三种 2 以孔定位加工外圆 心轴安装方法 图2 10心轴安装工件方法a 圆柱心轴 1 工件2 心轴 b 小锥度心轴 1 心轴2 工件 c 胀力心轴 1 拉紧螺杆2 车床主轴3 胀力心轴4 工件5 锥形螺钉 d 伞形心轴 1 伞形心轴2 工件 使用心轴装夹工件时 应将工件全部粗车加工后 再将内孔精车好 IT7 IT9 然后以内孔为定位精基准 将工件安装在心轴上 再把心轴安装在前后顶尖之间 精加工外部各表面 心轴安装工件方法如图2 10所示 20 盘套类零件加工工艺的设计与实施 第三部分学习情境 步骤一 资讯 案例教学 二单元盘套类零件的定位基准和装夹方法 二 套类零件 装夹方法有以下三种 3 以外圆定位 用三爪自定心卡盘装夹 特点 装夹迅速可靠 但一般卡盘的装夹误差较大 位置精度较低 用四爪单动卡盘装夹 特点 夹紧力大 装夹时可通过打表校正的方法获得较高的位置精度 但较费时 用专用夹具装夹 图2 11弹簧夹头1 夹具体2 弹性筒夹3 锥套4 螺母 当壁厚较小时 可通过径向夹紧 软爪安装 采用刚性开口环夹紧或适当增大卡爪面积等解决变形问题 当外圆轴向尺寸较小时 可与已加工过的端面组合定位 如采用反爪安装 工件较长时 可采用 一夹一托 法安装 软爪精镗 21 盘套类零件加工工艺的设计与实施 第三部分学习情境 步骤一 资讯 案例教学 三单元设备及性能分析 目的 深入校内机械加工实训中心和校外实训基地 了解生产企业实际设备的基本情况及其加工性能指标 现场分析盘套类零件典型的基准选择和安装方法 介绍盘套类零件常用夹具 22 盘套类零件加工工艺的设计与实施 第三部分学习情境 步骤一 资讯 案例教学 四单元盘套类零件的加工要求及工艺性 盘套类零件中间部位的孔一般在车床上加工 这样既便于工件装夹 又便于在一次装夹中精加工孔 端面和外圆 以保证位置精度 盘类零件上回转面的粗 半精加工仍以车为主 精加工则根据零件材料 加工要求 生产批量大小等因素选择磨削 精车 拉削或其它 零件上非回转面加工 则根据表面形状选择恰当的加工方法 一般安排于零件的半精加工阶段 套类零件的主要表面为内孔 内孔加工方法很多 孔的精度 光度要求不高时 可采用扩孔 车孔 镗孔等 精度要求较高时 尺寸较小的可采用铰孔 尺寸较大时 可采用磨孔 珩孔 滚压孔 生产批量较大时 可采用拉孔 无台阶阻挡 有较高表面贴合要求时 采用研磨孔 加工有色金属等软材料时 采用精镗 金刚镗 23 盘套类零件加工工艺的设计与实施 第三部分学习情境 步骤一 资讯 案例教学 四单元盘套类零件的加工要求及工艺性 套类零件加工中的关键工艺问题 1 粗 精加工应分开进行 2 尽量采用轴向压紧 如采用径向夹紧应使径向夹紧力均匀 3 热处理工序应放在粗 精加工之间 4 中小型套类零件的内外圆表面及端面 应尽量在一次安装中加工出来 5 在安排孔和外圆加工顺序时 应尽量采用先加工内孔 然后以内孔定位加工外圆的加工顺序 24 盘套类零件加工工艺的设计与实施 第三部分学习情境 步骤二 决策计划 本阶段的具体任务 进行零件图的工艺性分析 零件形位公差分析 零件加工方法 定位基准 工艺装备分析 确定齿轮坯及联接套等两零件的合理的加工工艺规程 25 盘套类零件加工工艺的设计与实施 第三部分学习情境 步骤二 决策计划 鄂州职业大学机械系任务计划工作单编号 03 26 盘套类零件加工工艺的设计与实施 第三部分学习情境 步骤二 决策计划 一单元齿轮坯加工工艺过程分析 齿轮坯零件图如右所示 材料为45 钢 数量5件 加工时应根据工件的毛坯材料 结构形状 加工余量 尺寸精度和生产纲领 正确选择定位基准 装夹方法和加工工艺过程 以达到图样要求 其主要加工表面外圆和孔有较高的尺寸精度和对孔轴线的径向圆跳动度要求 左右两端面对孔轴线的端面圆跳动度要求 可见 该零件的内孔与外圆的尺寸精度和位置精度要求及两端面的位置精度要求均较高 主要加工表面 外圆 孔 27 盘套类零件加工工艺的设计与实施 第三部分学习情境 步骤二 决策计划 一单元齿轮坯加工工艺过程分析 1 毛坯的选择该齿轮尺寸较小 结构简单 对于受力不大的齿轮可以直接用棒料 如果用于高速 重载的场合 则需选择锻坯 2 加工方法的选择该零件材料为45 钢 外圆为IT9级精度 采用精车可以满足要求 内孔为IT7级精度 直径有40mm 可以采用精镗满足要求 其加工顺序为钻孔 粗镗 精镗 端面采用精车完全可以达到要求 主要加工表面 外圆 孔 28 盘套类零件加工工艺的设计与实施 第三部分学习情境 步骤二 决策计划 一单元齿轮坯加工工艺过程分析 3 定位基准的选择 1 本零件毛坯选择棒料 故可以首先粗车出小外圆面 作精加工的定位基准 调头一次加工出内孔和大外圆面 保证内孔和外圆间的位置精度 再以精加工所形成的大外圆面精加工小外圆面 即可完成径向尺寸的加工 2 大端面可以在内孔和外圆精加工时一次精加工出 以保证端面与内孔的位置精度 如果小端面和内孔的位置精度要求不高 在加工小外圆时可以同时加工完成小端面 但由于本零件小端面与内孔有较高的位置精度要求 故选择粗加工 精加工路线 先在加工小外圆的同时粗车小端面 留精加工余量 再选择心轴定位加工小端面 使定位基准和设计基准相一致 保证两者间的位置精度 单件小批量盘类零件的孔 端面及外圆的粗 精加工一般都在通用车床上经两次装夹完成 但孔 或外圆 与基准面的精加工必须采用一刀落方式 以保证位置精度 29 盘套类零件加工工艺的设计与实施 第三部分学习情境 步骤二 决策计划 一单元齿轮坯加工工艺过程分析 4 装夹方法的选择由于在内孔 外圆及大端面的精加工均在一次装夹内完成 故可直接使用三爪定心卡盘装夹 在加工小外圆时使用的是已经精加工后的大外圆面 必须使用垫皮 以免损伤精加工表面 在加工小端面时以内孔作为定位基准 可采用锥度心轴 辅以顶尖和卡箍进行装夹 30 盘套类零件加工工艺的设计与实施 第三部分学习情境 步骤二 决策计划 一单元齿轮坯加工工艺过程分析 5 齿轮坯零件的加工工艺过程 31 盘套类零件加工工艺的设计与实施 第三部分学习情境 步骤二 决策计划 二单元联接套加工工艺过程分析 1 联接套的技术要求与加工特点其主要加工表面外圆和孔有较高的尺寸精度和同轴度要求 内外台阶端面对内孔的轴线有较高的端面圆跳动要求 并且表面粗糙度Ra值较小 很显然 上述四个表面一般不能在一次装夹中完成 内孔的深度太短 又有台阶 不便采用可胀心轴加工其它表面 因此可将 Ra为2 5 m的内孔改为Ra为1 6 m 并先将 内孔和台阶面在一次装夹中精车出来 再以内孔定位安装在心轴上精车外圆和台阶面 即可保证图纸要求 这个 Ra1 6 m的内孔称为工艺基面 或工艺孔 联接套零件图 32 盘套类零件加工工艺的设计与实施 第三部分学习情境 步骤二 决策计划 二单元联接套加工工艺过程分析 2 联接套加工工艺分析联接套的加工工艺过程见下表 33 盘套类零件加工工艺的设计与实施 第三部分学习情境 步骤二 决策计划 二单元联接套加工工艺过程分析 3 保证套筒零件表面位置精度的方法 套筒零件的粗精车内外圆一般在卧式车床或立式车床上进行 精加工也可以在磨床上进行 此时常用三爪或四爪卡盘装夹工件 如图2 12a b所示 且经常在一次安装中完成内外表面的全部加工 这种安装方式可以消除由于多次安装而带来的安装误差 保证零件内外圆的同轴度及端面与轴心线的垂直度 对于有凸缘的短套筒 可先车凸缘端 然后调头来压凸缘端 这种安装方式可以防止套筒刚度降低而产生变形 图2 12c 但是 这种方法由于工序比较集中 对尺寸较大 尤其是长径比较大 的套筒安装不方便 故多用于尺寸较小套筒的车削加工 图2 12短套件的安装 34 盘套类零件加工工艺的设计与实施 第三部分学习情境 步骤二 决策计划 二单元联接套加工工艺过程分析 3 保证套筒零件表面位置精度的方法 以内孔与外圆互为基准 以达到反复提高同轴度的目的 A 以精加工好的内孔作为定位基面 用心轴装夹工件并用顶尖支承心轴 由于夹具 心轴 结构简单 而且制造安装误差比较小 因此可保证比较高的同轴度要求 是套筒加工中常见的装夹方法 B 以外圆作精基准最终加工内孔 采用这种方法工件装夹迅速可靠 但因卡盘定心精度不高 易使套筒产生夹紧变形 故加工后工件的形位精度较低 若欲获得较高的同轴度 则必须采用定心精度高的夹具 如弹性膜片卡盘 液性塑料夹具 经过修磨的三爪卡盘和 软爪 等 35 盘套类零件加工工艺的设计与实施 第三部分学习情境 步骤二 决策计划 二单元联接套加工工艺过程分析 4 防止套筒变形的工艺措施 套筒零件由于壁薄 加工中常因夹紧力 切削力 内应力和切削热的作用而产生变形 故在加工时应注意以下几点 为减少切削力和切削热的影响 粗 精加工应分开进行 使粗加工产生的热变形在精加工中可以得到纠正 并应严格控制精加工的切削用量 以减少零件加工时的变形 为减少热处理变形的影响 热处理工序应置于粗加工之后 精加工之前 以便使热处理引起的变形在精加工中得以纠正 36 盘套类零件加工工艺的设计与实施 第三部分学习情境 步骤二 决策计划 二单元联接套加工工艺过程分析 4 防止套筒变形的工艺措施 减少夹紧力的影响 工艺上可以采取以下措施 改变夹紧力的方向 即变径向夹紧为轴向夹紧 使夹紧力作用在工件刚性较好的部位 当需要径向夹紧时 为减少夹紧变形和使变形均匀 应尽可能使径向夹紧力沿圆周均匀分布 加工中可用开口过渡套或弹性套及扇形夹爪来满足要求 或者制造工艺凸边 工艺肋或工艺螺纹 届时夹工艺凸边或用螺母夹紧 以减少夹紧变形 减少套筒变形的工艺措施见图2 13所示 图2 13减少套筒变形的工艺措施 37 盘套类零件加工工艺的设计与实施 第三部分学习情境 步骤二 决策计划 编制工艺过程卡 机械加工工艺卡片 机械加工工序卡片 以小组的形式完成零件机械加工工艺过程卡 机械加工工艺卡片 机械加工工序卡片 并填写任务确认工作单 各小组负责人审核并签字 鄂州职业大学机械系任务确认工作单编号 04 38 盘套类零件加工工艺的设计与实施 第三部分学习情境 步骤三 实施 本阶段的具体任务 实际加工零件 盘套类零件常见的工艺问题和解决的方法 盘套类零件常用的检验方法 工作安全和事故防护规定 交流沟通和工艺管理 各小组明确各自成员的责任 从毛坯材料 工量具准备 设备调度 人员安排 时间安排 检验 工艺管理 安全防护 现场记录 含各种工艺参数 等方面进