第四章典型零件的加工工艺.ppt

第四章典型零件的加工工艺 第四章典型零件的加工工艺 本章要点 第四章典型零件的加工工艺 学习的目的与基本要求 通过本章学习 使学生掌握轴类加工 熟悉套筒加工 了解箱体加工的具体原则和工艺要求 齿轮加工的一些具体方法 第四章典型零件的加工工艺 重点 1 轴类零件的加工 2 箱体加工 3 其他典型零件的加工 难点 1 箱体加工 2 其他典型零件的加工 第一节概述一 轴类零件的功用及结构特点轴类零件是典型的机器零件 用来支承传动件 传递运动和扭矩 结构类型如下图3 1所示 轴类零件的加工 二 轴类零件的技术要求1 尺寸精度主要轴颈 指配合 支承轴颈 的尺寸精度 一般为IT9 IT6 机床主轴支承轴颈的尺寸精度为IT5 甚至更高 2 几何形状精度主要有圆度 圆柱度的要求 一般控制在尺寸公差以内 3 位置精度支承轴颈之间有同轴度要求 工作表面 配合表面对支承轴颈有跳动要求 4 表面粗糙度 一般为Ra0 8 0 16 m 5 热处理为了获得具有一定强度 硬度和耐磨性及其它特殊要求的零件 通常要按排热处理及表面处理 一般常采用的热处理方法有 正火 调质 高频淬火等 为表面的美观和防腐 还按排有电镀 发蓝等表面处理方法 6 其它要求对高速回转的轴零件应有静 动平衡的要求 对有安全要求的轴件 应按排探伤检查 三 轴类零件的材料与毛坯1 轴类零件的材料常用材料为45 钢 中等精度 速度较高的轴件如专用机床主轴则采用40Cr 强度高 尺寸大的轴采用30CrMnSi 35CrMnTi 40CrMnTi等合金调质钢 高速重载工作条件下的轴零件 则采用20钢 20Cr 20CrMnTi等低碳或低碳合金钢经渗碳后淬火 以获得具有较高的抗弯曲疲劳强度和较高的表面硬度 冲击韧性和心部硬度 2 轴类零件的毛坯常用毛坯为棒料和锻件 形状复杂的轴如曲轴 毛坯一般为铸件 四 轴类零件加工工艺分析1 轴类零件定位基准与装夹方法的选择在轴类零件加工中 为保证各主要表面的相互位置精度 选择定位基准时 应尽可能使其与装配基准重合并使各工序的基准统一 且考虑在一次安装中尽可能加工多的面 轴类零件加工时 精基准的选择一般有两种 1 采用顶尖孔作为定位基准 符合基准统一原则 粗加工前 先打顶尖孔 以后的工序都以顶尖孔定位 此外对细长轴还应有辅助支撑 2 采用支撑轴颈作为定位基准 符合基准重合原则2 轴类零件中心孔的修研常用方法 3 轴类零件典型的加工工艺路线对一般的传动轴 下料 锻造 正火 车端面 钻中心孔 粗车各表面 调质 精车各表面 铣花键 键槽等 热处理 淬火 修研中心孔 粗磨外圆 精磨外圆 检验 4 车床主轴加工工艺工作条件和性能要求 1 承受交变的弯曲应力和扭转应力 有时还受到冲击载荷作用 2 主轴大端内锥孔 经常与卡盘 顶尖有相对摩擦 3 花键部分经常有磕碰或相对滑动 4 整体调质后硬度为 金相组织为回火索氏体 5 B D C轴颈 法兰圆部分硬度为52 58HRC 6 大端内锥孔硬度45 50HRC 工艺过程如下表 工艺过程分析 1 加工阶段的划分粗 精分开 以重要的表面粗 半精 精加工为主线 适当穿插其他表面的加工工序 2 定位基准的选择1 粗基准 毛坯外圆 2 精基准 中心孔 粗车外圆和端面 3 精基准 外圆表面 钻中心通孔 4 精基准 外圆表面 半精加工中心通孔 大端锥孔和小端锥孔 3 工序顺序的安排1 先定位基面2 其他表面和次要表面3 深孔加工4 加工方法的选择1 各外圆表面的加工2 大端锥孔的精加工3 中心通孔的加工 5 检验 五 细长轴加工工艺特点1 改进工件的装夹方法 2 选择合理的切削方法3 合理的选择刀具 第二节轴类零件的工艺过程 一 对滚筒轴进行工艺分析滚筒轴的零件图如图3 2所示 图3 2 图3 3 卷扬机滚筒轴装配图如图3 3所示 1 了解各项技术条件 提出必要的改进意见1 零件的功用 及使用条件分析滚筒轴支承在两个轴承上 右端通过圆锥面和传动键同滚筒相连 中部经花键与齿轮相连 动力经齿轮传递到滚筒轴和传动键以实现滚筒的转动 为减少灰尘危害 设有内喷雾装置 相应滚筒零件轴做成空心的 以便钢管通过 为防止泄漏 还设有密封装置 由于工作负荷较大 滚筒轴将承受较大的扭 弯载荷 工作条件十分恶劣 2 滚筒轴主要的技术要求对支承轴颈的要求为保证与轴承有良好的配合及满足装配要求 规定支承轴颈的尺寸精度为IT6 两支承轴颈与定位台阶面对公共轴线的跳动为0 02mm 并能综合控制形 位误差 表面粗糙度Ra1 6 0 8 m 对配合锥面的要求为使滚筒转动时 不产生较大的跳动 规定锥面对公共轴线的跳动为0 02mm 为保证锥面配合的可靠性 规定锥面与锥孔配合接触面积不小于75 外锥面的表面粗糙度Ra2 5 1 25 m 平键槽侧面对锥面轴线的对称度为0 06mm 对其它表面的要求齿轮孔与轴外花键的配合 为减小齿轮转动时的跳动 规定花键内径对公共轴线的跳动为0 02mm 为保证密封效果 还规定 50H7对公共轴线的跳动为0 02mm 对花键用综合环规检验 以保证装配精度 热处理要求毛坯锻造后正火 为提高材料的综合机械性能粗加工后应按排调质处理 硬度HB240 280 2 结构工艺性分析二 选择毛坯滚筒轴为阶梯轴 台阶之间相差不大 但使用条件对工件材料有强度方面的要求 应选择锻件 零件的生产纲领为中批生产 最后确定为模锻毛坯 三 拟定工艺过程 一 定位基准的选择1 精基准的选择根据定位精基准的选择原则 基准重合与基准统一原则 应选择轴的公共回转轴线作为统一的定位精基准 这样既可避免基准不重合误差 也能保证各表面之间的位置精度 由于滚筒轴是一空心轴 半精车时可采用两端中心孔作为定位精基准 轴心线上孔加工以后 应再加工出两端的60 内锥面作为后续加工的定位精基准 2 粗基准毛坯外圆 二 加工方法的选择1 主要表面 两支承轴颈 尺寸精度IT6 Ra0 8 m 应选 车 磨 的加工方法 2 配合锥面 Ra1 6 m 应选车 磨 3 花键 内径Ra1 6 m 其余Ra6 4 3 3 m 选铣 磨 4 30深孔 车床钻削 5 3 M12螺孔 钻床钻 攻加工 6 平键槽 普通铣床铣削 7 其它表面 均可采用车床车削 三 划分加工阶段1 支承表面 根据精度 毛坯 批量 结构及尺寸大小 应划分为 粗车 半精车 精车 磨削 2 锥面 粗车 半精车 精车 磨削 3 花键 铣两侧面 铣底径 铣空刀槽 磨底径 4 30深孔 在车床上用加长钻削 5 3 M12螺孔 钻床钻 攻加工 6 平键槽 普通铣床铣削 7 其它表面 粗车 精车 四 按排加工顺序1 机械加工顺序的按排1 基准先行作为定位精基准的表面应首先按排加工 由于滚筒轴毛坯为模锻 毛坯精度较低 加工余量也较大 加工前应先划线 打洋冲眼 再按划线 打洋冲眼的位置钻中心孔 作为粗车各外圆的定位精基准 在后续的半精车时 再平两端面 重钻中心孔 以消除调质变形的影响 提高定位精度 由于滚筒轴的具体结构 需在轴心线位置钻 30mm通孔 原有的两端面定位中心孔被切除 因此 需在两端面孔口车出两60 锥面作为后面加工的定位精基准 2 主次分开 划分加工阶段零件是由多个不同类型的表面组成的 在按排这些表面的加工先后顺序时 必须把主要表面和次要表面的加工分开 先按排主要表面的加工 再视具体况按排次要表面的加工 对主要表面的加工应划分加工阶段 对滚筒轴 中等精度 批量不大 可划分为粗加工阶段 包括 中心孔 各外圆的粗车 半精加工阶段 包括各外圆的半精车 深孔的加工 孔两端台阶孔 60 定位锥面的加工 精加工阶段 包括各外圆的精车 支承轴颈的磨削 锥面的磨削 3 先面后孔这一原则适用于支架箱体零件的加工 4 次要表面加工穿插进行使加工阶段的划分更加明显 加大各加工阶段 之间的时间间隔 使残余应力有足够的时间重新分布以稳定加工尺寸 保证加工精度 在主要表面的半精车到精车之间穿插 34mm深孔 两端台阶孔 60 定位内锥面的加工 34mm深孔的加工 按排在调质与半精车以后 为深孔的加工提供了可靠的定位基准 并避免了热处理引起变形的影响 可使得壁厚均匀 保证了在加工60 定位内锥面的精度 同时提高了作为定位精基准面的60 定位内锥面的定位精度 在精车与磨削之间穿插两端面挡板固定螺孔 4 M16及4 M27 的加工 花键的加工 由于花键轴上 安装动力输入齿轮 二者之间有较高的位置精度 把花键的加工放在两支承轴颈精加工的后边 以精加工过的两支承轴颈作为定位精基准 能保证相关的加工精度 为进一步保证花键的加工精度 铣花键后再按排磨削 中间穿插锥面上平键槽的加工 最后按排固定平键的3 M12螺孔的加工 2 热处理工序的按排毛坯锻糙后正火处理 粗加工后调质处理 3 辅助工序的按排所有工序完成以后 按排一次抽检 五 工序集中与工序分散程度的确定由于滚筒轴为中小批生产 宜采用工序集中的原则划分工序 如外圆的车削 粗车 半精车 精车各外圆表面 台阶面 都是集中在一道工序内完成的 六 选择机床及工艺装备 确定加工余量 工序尺寸及公差 估算工时定额后即完成了滚筒轴的工艺设计 七 滚筒轴简要的工艺过程卡如所示 对同一轴零件 生产条件不同 工艺过程不同 不同结构的轴零件 生产条件相同 工艺过程也有所不同 但拟定工艺过程的方法是相同的 一 不同生产批量下轴零件工艺过程特点1 所用机床设备不同1 单件小批生产 使用通用机床设备 如车削多采用普通车床 铣削多采用普通铣床 钻削多采用普通钻床等 第三节其他轴零件的工艺过程 2 大批大量生产 使用高效率专用机床设备如车削多采用转塔 自动 半自动多刀车床 液压仿形车床和数控车床 铣削多采用多工位或回转工作台专用高效率铣床及组合铣床 龙门铣床等 钻削多采用多刀 组合刀具的专用高效率组合钻床等 2 工序集中与分散的程度不同1 单件小批生产机械加工工序相对集中 如外圆的车削 阶梯轴上各外圆 台阶面都可集中在一道工序内完成 件数很少时阶梯轴上各外圆 台阶面的粗精加工也都高度集中在一道工序内完成 2 大批大量生产 则采用工序分散 以便组成流水作业 提高加工的生产率 3 定位中心孔的加工方法不同1 单件小批量生产 中心孔在普通车床上加工 如图3 4所示 2 大批大量生产 中心孔在专用机床上加工 如图3 5所示 图3 4 图3 5 4 毛坯的制造方法不同1 单件小批量生产 锻件毛坯为自由锻 铸件毛坯为木模砂型手工造形方法制造的毛坯 2 大批大量生产 锻件毛坯为模锻 铸件毛坯为高效率毛坯制造方法制造的毛坯 如金属模砂型机器造形方法制造的毛坯 三 拟定轴零件工艺过程中的几个问题 一 中心孔的修研作为轴零件在加工过程中的主要定位精基准 对保证加工精度起着重要的作用 但是 在加工过程中力的作用 及热处理的影响 都会使中心孔定位面产生变形 将直接影响定位精度 为此 须对中心孔进行修研 其方法有 1 硬质合金顶尖修研一般在车床上进行 一端硬质合金顶尖 另一端普通顶尖 工件安装在两定尖之间 工人手持工件不动硬质合金顶尖在车床主轴带动下回转 由硬质合金顶尖 如图3 8所示 上的棱边切除掉一层微薄的金属 从而校正了中心孔的定位精度 此种修研方法 生产率较高 一般2 5秒即完成修研 加工质量高 圆度达0 001mm 粗糙度Ra0 63 0 32 m 适用于一般精度轴类零件中心孔的修研 2 用油石或橡胶砂轮顶尖修研如图3 9所示 修研时间约1 2分钟锥面圆度误差2 1 mRa0 16 0 08 m 适用于精密工具 量具的中心孔的修研 但磨具磨耗快 图3 9 图3 8 3 铸铁顶尖修研修研精度高 但效率低 适用于大型精度要求特高的轴类零件中心孔的修研 二 花键的加工1 花键铣削1 单件小批生产 花键在普通铣床上铣削 铣削方法有以下两种 盘铣刀铣花键如图3 10所示 图3 10 铣削步骤 先两个三面刃铣刀铣花键的两个侧面 接下来铣空刀槽 最后用成形铣刀铣花键内径 这种方法加工精度和生产率都较低 多用于单件小批生产 飞刀铣花键如图3 11所示 图3 11 铣削步骤 先用镶硬质合金成形刀具铣出花键槽 再用镶硬质合金的两把偏刀铣花键的两个侧面 这种加工方法生产率和加工质量都有所提高 刀头镶硬质合金 铣削速度较高 因此 称为 飞刀铣花键 2 大批大量生产 花键在花键铣床上 采用展成法加工 加工质量好 生产效率高 2 花键磨削对加工质量要求高 淬硬的花键 还需要按排磨削加工 单件小批生产在普通磨床上磨削 大批大量生产在专用花键磨床上磨削 在普通磨床上磨花键如图3 12所示 三 单件小批生产轴零件的工艺过程由于生产批量小为简化工艺管理 降低成本 往往采用通用机床设备 工序集中的原则拟定轴零件的机械加工工艺过程 图3 12 单件小批生产 轴零件工艺过程举例 小轴的零件图如图3 13所示 图3 13 工序工序内容机床 1车端面 钻中心孔 粗车各外圆 半精车各外圆 切槽 倒角 车螺纹车床2磨 30 0 0065 35 0 008及 5 0 008外圆至尺寸要求 靠磨 50台阶面 外圆磨床3检验 外圆表面的加工 外圆表面的加工1 外圆车削概述外圆的车削 是最常用的加工方法 在一般的机械厂 车床的数量约占机床总量的20 50 外圆车刀一般用主偏角90 75 45 的偏刀 所加工材料的硬度在30HRC以下 大批大量生产 外圆在转塔 自动 半自动车床或数控车床及液压仿形车床上加工 单件小批生产在外圆普通车床上加工 2 外圆的车削阶段 1 粗车从毛坯上尽可能多的切除多余材料 一般采用大的切深 大的进给量 中等或较低的切削速度 为加强刀尖 刀具前角后角要适当减少 r0 0 10 6 8 尺寸公差等级 IT14 IT12 表面粗糙 Ra50 12 5 m 2 半精车作为高精度外圆的预备加工 亦作为中等精度外圆的终加工 其切深进给量均比粗车为小 加工精度 IT11 IT9 Ra6 3 3 2 m 3 精车精高精度外圆的终加工 亦可作光整加工前的预备加工 一般采用较高或较低的切速 以避免产生积屑瘤的切速范围 切深进给量均较小 高采用精车刀 适当加大前角r0 12 15 使刀刃更锋利 适当加大后角 8 12 减小后刀面与工件的摩擦 刀尖磨出R0 2 0 4的圆弧 以减小残留面积 降低表面粗糙度 刃倾角 3 8 为正 使切屑流向待加工表面 前后刀面均用油石打光可进一步降低表面粗糙度 加加工精度 IT8 IT6 Ra1 6 0 8 m 3 外圆车削的工艺特点1 外圆车削应用广泛 各类零件上的外圆均可车削 2 外圆车削生产率高 车刀结构简单 安装刃磨方便 刚性好 可高速切削和强力切削 3 外圆车削适应性好 一把车刀可车削不同直径和长度大小的外圆 4 外圆车削加工材料范围广 如淬火钢 不淬火钢 铸铁 有色金属和非金属均可车削 4 外圆加工方案 车削 主要加工未淬火的金属非金属材料 粗车 半精车IT11 IT9 Ra6 3 3 2 m 粗车 半精车 精车IT8 IT6 Ra1 6 0 8 m 粗车 半精车 精车 研磨IT6 IT4 Ra0 2 0 012 m 车 磨 主要加工淬火或未淬火的钢和铸铁等 粗车 半精车 磨削IT7 IT6 Ra0 8 0 4 m 粗车 半精车 粗磨 精磨IT6 IT5 Ra0 4 0 2 m 粗车 半精车 粗磨 精磨 研磨 超精加工 IT5 IT3 Ra0 1 0 008 m 套筒零件的加工 第一节概述一 套筒类零件的功用及结构特点 如图4 1所示 功用 1 支承2 导向特点 1 长度尺寸大于直径尺寸 2 主要表面为同轴度要求较高的内 外旋转表面 壁厚较薄 易变形 3 内孔起支承和导向作用 常与端面作为设计基准 4 外圆是支承表面 常以过盈或过度配合同箱体或机架上的孔相连接 1 隔套 传动件的轴向定位 2 衬套 过渡套 3 轴承套 支承轴颈4 花键套 联接作用5 油缸 液压动力元件6 导向套 支承导向作用 二 套筒类零件的技术要求 1 内孔 起支承 导向作用 尺寸精一般IT7 IT6 Ra3 2 0 8 m 油缸内孔尺寸精一般要求较低 为IT10 IT9粗糙度值则较低 Ra0 4 0 2 m 内孔形状精度一般控制在尺寸公差以内 为防止泄漏 除对孔有圆度要求外 还有圆柱度 直线度等形状公差的要求 2 外圆 一般是套类零件的支承表面 与机体上的孔相配合 尺寸精度为IT7 IT6 粗糙度值Ra6 3 0 8 m 有的达0 2 m 3 内外圆的同轴度一般为0 05 1mm 同轴度要求高的为0 06mm 4 内孔轴线对端面的垂直度 如在使用或加工过程中承受轴向力 其垂直度一般为 0 01 0 04mm 三 套筒类零件的材料与毛坯1 材料 大多数为低碳钢或中碳钢 如A3 45 钢 少数采用合金钢如 25CrMo 30CrMnSi 18CrNiWA等 有时也选用铸铁 青铜 黄铜等 2 毛坯 棒料 锻件 铸件 无缝钢管等 如油缸常采用20 35 27SiMn热扎或冷拔无缝钢管 套筒类零件虽然种类众多 形态各异 但按其结构形状来分 大体上可分为短套筒和长套筒两类 由于这两类套筒零件结构形状上的差异 其工艺过程有很大的差别 第二节长套筒类零件工艺过程分析一 长套筒零件的加工分析液压系统中的油缸体如图4 2所示 是比较典型的长套筒零件 一般结构简单 薄壁容易变形 加工面比较少 加工方法变化不多 1 油缸体零件的技术要求主要的加工表面为内孔及两端口内外表面 内孔作为油缸零件导向表面 要求有较高的尺寸精度及较低的表面粗糙度 对形状精度要求更严 内孔 70作为活塞运动的导向元件 尺寸精度为IT11 不算太高 但表面粗糙度为Ra0 4 m 要求较严 圆柱度要求在1685mm内为0 04mm 有较大的加工难度 两端口处通常与支承件相配合有较高的位置精度要求 两孔口端面对轴线的垂直度为0 04mm 材料为中碳钢无缝钢管 生产批量为小批 2 加工方法的选择内孔 70H7为深孔 深径比L D 1685 70 24 1 其加工方案有以下几种 1 粗镗 精镗 珩磨 或滚压 符合粗精分开的原则 有利于清洗缸筒及时发现和排除废品次品 刀具简单 易于调整 能保证加工质量 生产率低 适用于生产批量不大的场合 2 半精镗 精镗 精铰 滚压 同样也符合粗精分开的原则 有利于清洗缸筒及时发现和排除废品次 品 刀具简单 易于调整 能保证加工质量 生产率低 适用于毛坯精度高 如热轧或冷拔无缝钢管 的场合 3 粗镗 复合滚镗 精镗滚压合一 使用组合刀具 减少了一道工序 生产率高 但需要复杂的组合刀具 并进行精细调整 多用于大批大量生产 4 复合滚镗 粗镗 精镗 滚压三道工序合一 一次走刀完成粗精光整加工 生产率高 但刀具复杂 不易发现加工过程中的质量问题 多用于加工低碳制造的缸筒 5 粗镗 精镗 珩磨 是目前常用的一种加工方法 砂条的寿命低 比滚压生产率低 但质量稳定 多用于大批大量生产 6 强力珩磨 生产效率高 钢材利用率高 加工质量高 但需要专用强力珩磨设备 工艺条件要求高 投资费用高 主要用于大批大量生产 广泛应用受到限制 经以上六种加工方案对比分析 对液缸体在小批量生产条件下 采用方案2是比较经济合理 3 拟定工艺路线按照基准先行的原则作为定位精准面 应首先按排加工 液缸体为一个薄壁深孔零件 为防止夹紧力过大或不均匀而引起缸孔径向变形 影响加工精度 应按照基准重合 基准统一 互为基准原则 选择定位精基准 对于套筒类零件 一般以轴线部位的孔或外圆作为精基准 这符合上述定位基准的选 择原则 由于为深孔加工 在机床上的安装方式有以下几种 1 如图4 3 a 所示 缸筒以一端止口定位 用弹性夹头夹紧 另一端以架窝支承在中心架上 这种方法装卸工件比较麻烦 定位精度低 但不需要专用设备 适用于单件小批生产 2 如图4 3 b 所示 缸筒以一端止口定位 用弹性夹头夹紧 另一端以30 60 外圆锥面与压力头上的专用内锥套定位和夹紧 这种方法装卸工件比较方便 定位精度高 须有压力头 适用于中 小批生产 3 如图4 3 c 所示 缸筒以一端止口定位 用螺纹与连接盘连接在机床主轴上 另一端以架窝支承在中心架上 这种方法 用螺纹传递扭矩 缸体基本不受径向夹紧力作用 能保证加工精度 但加工完毕后 须切除螺纹部分 增加了工序材料的浪费 适用于无专用设备 小批量 试制新产品时采用 4 如图4 3 d 所示 缸筒两端均采用加工出的30 60 的外锥面定位 一端锥面与专用卡盘的内锥面配合定位 另一端与压力头的内锥面配合定位 并轴向夹紧 这种方法工件装卸方便 定位精度高 在大批大量生产中应用广泛 本例则采用 c 方案定位装夹 液缸体的主要表面为内孔和孔口端面 外圆 且为深孔 深径比L D 1685 70 24 1 须在深孔车床上加工 因此 加工内孔的定位精基准应为一端孔口处的外圆面 与在另一端制出联接 螺纹 为获得准确的定位精基准 应以毛坯的一端的外圆与另一端的内孔为粗基准 采用 一夹 一顶 的方法加工孔口处的外圆与联接螺纹 再以加工过的外圆与联接螺纹为基准采用 一联接 一托 的方法加工内孔 由于液缸体为薄壁深孔套 钢材的淬透性好 调质可按排在下料后 并对全长弯曲度提出限制 弯曲度允差小于2 5mm 滚压加工前按排低温回火 以改善工件材料的加工性能 保证加工精度 为防腐耐磨 缸体内孔加工完毕后 表面镀铬并抛光 深孔加工完毕后 作为重要工序应按排一次检验 最后按排终检 由于液缸体为小批量生产 应采用工序集中的原则按排加工顺序 二 液缸体的工艺过程如表4 1所示 第二节短套的加工分析 短套 如轴承套 钻套 各类导向套等 这类短套一般孔与端面 孔与外圆之间均具有较高的位置精度 结构上有光套也有台阶套 由于长度较短 最常用的加工方法是车削 表面淬火或精度高的采用磨削 如图4 4所示是最常见的一种短套 一 保证短套零件加工精度的方法为保证这类短套的加工精度一般常采用以下方法 1 保证短套零件各表面位置精度的方法从短套零件的技术要求可知 其主要位置精度是内 外圆表面的同轴度及端面与轴线之间的垂直度要求 在加工过程中一般常采用下述方法 1 在一次装夹过程中完成内外表面及端面的全面加工 这种加工方法消除了工件的装夹误差 可获得很高的相对位置精度 但是 这种加工方法的工序比较集中 对于尺寸较大的套筒零件也不便于装夹 2 套筒主要表面的加工分在几次装夹中完成 先加工孔 然后再以孔为精基准 最终加工外圆及端面 这种方法需采用心轴为夹具 但夹具的结构简单 定心精度高 能保证各表面间的位置精度 3 套筒主要表面的加工分在几次装夹中完成 先加工外圆 然后以外圆为精基准加工孔 采用这种方法加工时 工件装夹迅速可靠 其夹具较复杂 加工精度略差 欲获得较高的同轴度 则须采用定心精度高的夹具 如弹性膜片卡盘 液性塑料夹具及经修磨过的三爪卡盘和软爪等夹具 2 防止套筒在加工过程中变形的措施套筒零件孔壁较薄 加工中常因夹紧力 切削力 残余应力和切削热等因素的影响而产生变形 为了防止变形 应注意以下几点 1 为了减少切削力与切削热的影响 粗 精加工应分开进行 使粗加工产生的变形在精加工过程中得以纠正 2 为减少夹紧力的影响 工艺上可采取以下措施 改变夹紧力的方向 即把径向夹紧改为轴向夹紧 对于精度要求较高的精密套筒 如孔的圆度要求为0 0015mm 任何微小的径向变形 都可能引起较大的误差 必须找正外圆或孔后 在端面或外圆台阶上加轴向夹紧力 对于普通精度的套筒 如果需径向夹紧时 也尽可能使径向夹紧力均匀 使用过渡套或弹簧套夹紧工件 或者作出工艺凸台及工艺螺纹 以减少夹紧变形 3 减少热处理变形的影响 将热处理安排在粗精加工阶段之间或安排在下料之后 机加工之前 使热处理产生的变形在后续的加工中逐步予以消除 表4 2为图4 4小套零件的工艺过程 材料45钢 小批量生产 全部倒角1 45 淬火处理45 50HRC 内圆表面的加工 一 内圆表面常用加工方法 一 钻孔1 用钻头在工件的实体部位加工孔称为钻孔 钻孔类机床有小台钻 立式钻床 摇臂钻床 钻孔属于粗加工 IT14 IT12 Ra50 12 5 m 2 麻花钻头由工作部分和柄部组成 工作部分又分导向部分和切削部分 如图4 10所示 柄部 颈部和锥柄 45钢淬火HRC30 45 导向部分 两个对称的螺旋槽 螺旋角20 33 两条对称的螺旋槽是钻屑流经的表面 槽边有高度1 0 5mm的棱边 起到导向 扶正 修光孔壁及减少与孔壁磨擦的作用 切削部分 图4 10 有两个主切削刃 两个副切削刃和一个横刃组成 横刃前角 54 60 主切削刃上各点前角后角都是变化的 钻心处前角接近0 甚至为负值 外缘处前角约为30 对钻削十分不利 锋角一般为90 140 标准为118 2 钻软材料取小值 钻硬材料取大值 麻花钻头工作部分为高速钢淬火HRC62 65 3 钻孔的工艺特点1 钻头容易偏斜 麻花钻头细长 刚性弱 钻入时易被引偏 造成孔轴线的不直或歪斜 2 孔径容易扩大 锋角对轴线不对称 两主切削刃不等长 会造成钻削时径向力不相等 导致孔径的扩大 3 孔壁粗糙 钻屑较宽 流出时与孔壁发生剧烈摩擦而刮伤已加工表面 4 轴向抗力大 实验证明50 的扭距是由横刃引起的 二 扩孔 用扩孔钻对以钻出的孔作进一步的加工以扩大孔径 提高精度 降低表面粗糙度 如图4 12所示 扩孔属半精加工 IT10 IT9 Ra6 3 3 2 m 扩孔特点 刚性好 扩孔钻容屑槽浅而窄 钻芯粗壮 因此 扩孔钻的刚性好 导向性好 扩孔钻有三 四个刀齿 增加了导向的楞边数 切削条件好 只有切削刃的外缘部分参加切削 切削较轻快 可用较大的切削用量 孔壁光洁 扩孔切屑少 排屑通畅 不会刮伤已加工表面 图4 12 三 铰孔 1 用铰刀加工孔的一种精加工方法 须在扩孔 半精镗孔的基础上进行 铰孔所能达到的精度为 IT8 IT7 Ra1 6 0 4 m 如图4 13所示 图4 13 2 铰刀工作部分结构 切削部分锥形 承担主要的切削作用 机铰刀半锥角为5 15 手铰刀半锥角为0 5 1 5 以提高定位的准确性 并减小轴向力 由于切深很小 前角为0 后角为5 8 导向修光部分铰刀中段的较长部分 为防止孔径的扩张 一般有倒锥 机铰刀为 0 04 0 06 手铰刀为0 005 0 008 作用 棱边起到校正孔径 修光孔壁及导向扶正 3 铰孔方法 铰孔余量 粗铰0 15 0 25mm 精铰0 05 0 15mm 不能过大 过小 铰削速度 粗铰4 10m min 精铰1 5 5m min 应避免产生积屑瘤及引起振动 机铰进给量 一般0 15 1 5mm r 比钻削提高3 4倍 切削液 铰钢用乳化液 铰铸铁用煤油 在机床安装 铰刀与机床主轴采用浮动连接 4 铰孔的工艺特点铰孔精度不取决于机床精度 而是取决于铰刀本身的精度 在机床上的安装方式 以及加工余量 切削用量 和切削液等条件 四 镗孔1 用镗刀对已钻出 铸出 锻出的孔 作进一步的加工 以扩大孔径提高精度降低表面粗糙度 镗孔是孔常用的加工方法 2 镗孔阶段 粗镗 尺寸公差等级IT14 IT12 Ra25 12 5 半精镗 尺寸公差等级IT11 IT9 Ra6 3 3 2 精镗 尺寸公差等级IT8 IT7 Ra1 6 0 8 3 镗孔方式车床镗孔 由横向进刀和走刀次数扩大孔径非常方便 如图4 14所示 图4 14 镗床镗孔 镗孔方式 1 镗刀杆回转 工件随工作台作纵向进给 镗孔直径一般小于120mm 镗刀杆不宜悬伸过长 以免刀杆弯曲变形 影响加工精度 由支承座支承的长刀杆可 镗箱体两壁相距较远的同轴孔 如图4 15所示 2 镗刀杆回转并外伸作纵向进给 一般用来镗深度较浅的孔 3 平旋盘带动镗刀杆回转 工件随工作台作纵向进给 可镗削价 200mm以上的大孔 但孔深不宜过大 图4 16所示 图4 15 图4 16 五 拉孔 用拉刀加工孔的一种高效率加工方法 拉削可以看成刨削的发展 每个刀齿可以切掉一层极薄的金属 因此 可以获得很高的精度和很低的表面粗糙度 如图4 17a b所示 拉削圆孔可达到的尺寸公差等级为 IT8 IT7 表面粗糙度Ra1 6 0 4 m 图4 17 a b 六 磨孔磨孔属于孔的精加工方法 可达到的尺寸公差等级为IT8 IT6 表面粗糙度Ra0 8 0 4 m 可在内圆 万能外圆磨床磨削 多采用纵磨法 如图4 18所示 磨孔与磨外圆的比较 1 磨孔的表面粗糙度略粗大 这是因为内圆磨头的砂轮直径小 转速低 很难达到外圆磨削的线速度 因此 磨内孔的表面粗糙度略粗大 2 磨削质量的控制不如磨外圆方便 这是因为 砂轮与内孔表面的接触面积大 发热量大 冷却排屑条件差 工件易产生热变形 受内孔直径的限制 砂轮轴一般细长 刚性弱 易产生弯曲变形 使磨削的内孔产生内圆锥误差 为消除上述误差 须减小径向进给量和增加 光磨行程 因此 磨削质量的控制不如磨外圆方便 3 磨孔的生产率低 砂轮直径小 磨耗快 冷却液不易冲排屑末 经常堵塞砂轮 为此 经常卸下更换或修整 另外减小径向进给量和增加 光磨行程 也使磨削时间延长 因此 磨孔的生产率低 内圆表面加工方案钻 镗 铰类 钻 扩 铰 IT8 IT7 Ra1 6 0 8 m 钻 扩 粗铰 精铰 IT7 IT6 Ra1 6 0 4 m 粗镗 半精镗 铰 IT8 IT7 Ra1 6 0 8 m 钻 镗 拉类 IT8 IT7 Ra1 6 0 4 m 多用于不淬火钢 铸铁 有色金属工件细长孔的加工 镗削类 粗镗 半精镗 精镗 IT8 IT7 Ra1 6 0 8 m 粗镗 半精镗 精镗 研磨 IT6 IT4 Ra0 4 0 008 m 粗镗 半精镗 精镗 珩磨 IT6 IT4 Ra0 4 0 025 m 多用于单件小批生产中 除淬火钢外的各种钢 铸铁及有色金属材料的加工 如以珩磨为终加工 则用于大批大量生产 镗磨类 粗镗 半精镗 磨削 IT8 IT7 Ra0 8 0 4 m 粗镗 半精镗 粗磨 精磨 IT7 IT6 Ra0 4 0 2 m 粗镗 半精镗 粗磨 精磨 研磨 IT6 IT4 粗镗 半精镗 粗磨 精磨 研磨 IT6 IT4 Ra0 2 0 008 m 用于淬火钢 不淬火钢 铸铁材料孔的加工 不宜用于韧性大 硬度低的有色金属的加工 箱体零件的加工 概述一 支架 箱体零件的功用及结构特点支架 箱体零件是机器重要的基础件 它将轴 套 传动轮等许多零件连接组合成一体 并确定它们之间的相互位置及相对运动关系 支架有单支架和双支架 结构一般比较简单 主要由支承孔和安装基面组成 箱体的结构一般比较复杂 可分剖分式 整体式两种 上面有许多有较高精度的支承孔 孔系和平面 还有精度较低的紧固孔 油孔 油 水 槽等 箱体不仅加工表面多 而且加工难度较大 如图6 1 a b c 所示 二 支架 箱体零件的主要技术要求 一 支承孔的尺寸精度及几何形状精度1 支承孔的尺寸精度支承孔是支架箱体零件的重要表面 一般用来安装轴承 为保证具有良好的配合 支承孔的尺寸精度对一般减速箱为IT9 IT7 对机床主轴箱的支承孔其尺寸精度为IT7 IT5 2 支承孔的几何形状精度有圆度 圆柱度的要求 几何形状允差一般为尺寸公差的1 2 1 3 二 支承孔之间的位置精度及距离尺寸精度1 孔间同轴度 安装轴部件的两端同轴孔 要有同轴度的要求 以保证轴部件的运转灵活 同轴度一般规定在9 4级 2 各孔轴线间平行度对有齿轮啮合关系的平行孔系 各孔轴线间平行度是保证各传动齿轮正常啮合的条件 一般平行度为8 5级 机床主轴箱为6 5级 通用减速箱为8 7级 3 各孔轴线间垂直度垂直孔应有垂直度的要求 一般为8 6级 4 孔中心距尺寸精度对平行孔系间 孔间距离应有孔距精度要求 这项精度值在齿轮设计时确定 三 平面的形状精度和平面间的位置精度 1 平面的形状精度 对于安装 定位基面及结合面 为保证面与面间良好的贴合 以提高接触刚度 防止泄漏等 根据使用条件应在8 5级间选定平面的形状精度 2 平面间的位置精度 平面间的平行度 垂直度 应按加工和装配时作为基准面的需要确定 四 平面与孔之间的位置精度为保证装配精度 平面与孔之间应有平行度 垂直度两项位置精度要求 平行度一般为7 4级 垂直度可选8级 五 表面粗糙度对支承孔 定位 装配基面 结合面等主要表面 粗糙度值 一般为Ra3 2 0 4 m 六 其它要求对铸件应有消除内应力 防锈 涂漆 做水压试验等方面的要求 三 箱体零件的材料 毛坯和热处理 四 箱体零件加工工艺分析一 拟定加工工艺原则1 先面后孔2 粗精分开3 定位基准的选择1 精基准的选择 1 中小批生产采用装配基面定位 符合基准重合原则 2 大批大量生产采用 一面两孔 定位 可实现基准统一原则 2 粗基准的选择应能保证各重要加工面的加工余量均匀 应保证装入箱体中的轴 齿轮等零件与箱体内壁各表面有足够的间隙 应保证加工后的外表面与非加工的内壁之间的壁厚均匀以及定位 夹紧牢固可靠 因此通常选主轴孔和与其相距较远的一个孔作为粗基准 4 工序集中5 合理安排热处理6 加工方法和加工设备的选择 二 孔系的加工1 平行孔系的加工2 同轴孔系的加工 二 整体式箱体的工艺过程 一 整体式箱体的主要技术要求如图6 15所示 为车床床头箱的零件图 1 主轴孔的尺寸精度为IT6 形状公差 圆度允差0 05 其它支承孔的尺寸精度为IT7 2 主轴孔 其它支承孔轴线对顶面A 底面C有跳动 平行度 位置公差的要求 3 主轴孔的Ra0 8 其它支承孔Ra6 3 1 6 m 4 安装基面即导轨面B C面 Ra0 8 m 顶面A Ra3 2 m 其它面Ra6 3 3 2 m 图6 15 5 顶面A的平面度允差0 05mm 6 毛坯材料 灰口铸铁 7 毛坯铸造后退火处理 图6 15 二 箱体零件工艺过程特点 1 定位基准的选择1 粗基准的选择单件小批生产 一般采用划线装夹加工 各加工表面的加工线均是以主轴孔为粗基准进行划线的 大批大量生产毛坯的精度高 可直接以主轴孔为粗基准在夹具上安装进行加工的 2 精基准的选择单件小批生产以装配基面B C为精基准 这符合基准重合原则 并且定位稳定可靠 便于加工 测量和观察 不足之处是加工箱体内部各表面 有时需加导向支承 并通过顶部吊架安装 每加工一件需拆装一次 生产率较低 多用于单件小批生产 大批大量生产则以顶面A及两个工艺孔作为精基准这种定位方式 加工时箱体口朝下 中间导向支承架可紧固在夹具体上 提高了夹具刚度 有利于保证各支承孔的位置精度 工件装卸方便 减少了辅助时间 提高了生产率 不足之处是定位基准与设计基准 装配基准不重合 增加了定位误差 需进行尺寸链换算 同时也不便于加工过程中的观察 测量和调刀 因此须采用定尺寸刀具加工 2 加工顺序的按排先面后孔 先基准后其它 主次分开 划分加工阶段 为减少运输安装的困难 保证加工精度 提高生产率多采用工序集中的原则按排加工顺序 三 箱体零件工艺过程举例 单件小批生产序号工序内容定位基准01铸造02时效03涂底漆04划线05粗 精加工顶面A按线找正06粗 精加工B C面及侧面D顶面A07粗 精加工两端面E FB C面08粗 半精加工各纵向孔B C面 09精加工各纵向孔B C面 10粗 精加工横向孔B C面11加工螺纹孔及各次要孔12清洗 去毛刺13终检大批大量生产序号工序内容定位基准01铸造02时效03涂底漆04铣顶面AI II孔05钻 扩 铰2 8H7工艺孔顶面A及一侧面 06铣两端面E F及前面D顶面A及工艺孔 07铣导轨面B C顶面A及工艺孔08磨顶面A导轨面B C09粗镗各纵向孔顶面A及工艺孔10精镗各纵向孔顶面A及工艺孔11精镗主轴孔顶面A及工艺孔12加工横向孔及各面上的次要孔13磨导轨面B C及前面D顶面A及工艺孔14将2 8H7工艺孔及4 7 8孔均扩钻至 8 5 攻6 M1015清洗 去毛刺 倒角16终检 平面的加工一 端平面的车削在车床上 可以利用各种夹具装夹各种工件 以车削其端面 端台阶面 加工精度IT8 Ra12 5 1 6 m 平面度0 005 0 008mm 100mm 二 平面的刨削 一 平面的刨削概述刨削是平面加工的主要方法之一 刨削类机床有牛头刨床 龙门刨床 刨削又可分为粗刨和精刨 精刨所能达到的精度为IT9 IT7 Ra3 2 1 6 m 直线度为0 04 0 12mm m 采用宽刀细刨可进一步提高精度和降低表面粗糙度 二 平面刨削方法 如图6 16所示 三 平面刨削的工艺特点1 生产率低 因为刨削采用中低速切削 且有空回程 所以刨削的生产率低 2 加工成本低 刨削使用通用机床 刨刀结构简单 刃磨 安装和调整方便 使用费用低 因此 加工成本低 3 由于刨削生产率低和加工成本低因此多用于单件小批生产或修配作业 三 平面铣削 一 概述平面铣削也平面常用的加工方法之一 铣削类机床有普通铣床 龙门铣床和组合铣床等 图6 16 铣床的附件和刀具种类较多 因而铣削方法较多 应用也较为广泛灵活 平面铣削又可分为粗铣和精铣 精铣后所能达到的尺寸公差等级为IT9 IT7 Ra3 2 1 6 m 直线度0 08 0 12mm m 二 平面的铣削方法1 镶齿端铣刀铣大平面铣削速度100 150mm min 如图6 17所示 图6 17 2 圆柱铣刀铣中小型平面 圆柱铣刀为整体高速钢制造 铣削速度不高为 30 40mm min 生产率较低 如图6 18所示 3 其它铣刀的铣削方法 如图6 19所示 图6 18 图6 19 三 工件在铣床上的装夹方法如图6 20所示 图6 19 图6 20 四 平面的铣削方式 对称铣 不对称铣 逆铣 顺铣 端铣 周铣1 端铣与周铣1 概念 周铣 用铣刀圆周面上的刀齿进行铣削的方式 端铣 用铣刀端面上的刀齿进行铣削的方式 2 端铣与周铣的比较 1 端铣比周铣表面粗糙度低 端铣时 同时参加铣削的刀齿多 铣削过程平稳 2 周铣 每次只有1 2个刀齿参加切削 切削厚度 及切削力变化较大 铣削过程中的振动也较大 铣削过程不平稳 周铣为刀齿的间断切削 加工表面实际上是由许多波浪式的小圆弧组成的 如图6 21所示 图6 21 3 端铣的生产率高于周铣 端铣的刀杆刚性好 刀齿为镶硬质合金 可用较大的铣削用量 铣削速度高达100 150m min 因此端铣的生产率高 周铣刀具为高速钢制造 铣削速度仅为30 40m min 2 逆铣与顺铣1 概念 逆铣 铣刀和工件接触处的旋向与工件进给方向相反的为逆铣 顺铣 铣刀和工件接触处的旋向与工件进给方向相同的为顺铣 逆铣与顺铣示意图如图6 22所示 2 逆铣与顺铣的比较 1 逆铣刀齿切入工件前有一小段滑移距离 从而增加了刀具的磨损 增加了工件表面层的硬化程度 并加大了表面粗糙度 铣刀作用在工件上的垂直分力向上 不利于工件的夹紧 水平分力方向与进给运动方向相反 工作台的运动平稳性较好 图6 22 2 顺铣 刀齿切入工件前没有一小段滑移距离 铣刀作用在工件上的垂直分力向下 有利于工件的夹紧 水平分力方向与进给运动方向相同 工作台的运动平稳性不好 3 对称铣与不对称铣对称铣 工件相对铣刀的回转中心处于对称位置 不对称铣 工件偏于铣刀的回转中心一侧的为不对称铣 不对称铣又可分为不对称逆铣和不对称顺铣 四 平面铣削的工艺特点 1 铣削属于多刀齿的不连续切削 每个刀齿的切削厚度 切削力时刻变化 容易引起振动 影响加工质量的进一步提高 2 铣削加工范围广 适应性强 可以加工支架 箱体 机座及板块状零件上的大平面 凸台面 内凹面 台阶面 V型槽 T型槽 燕尾槽 还可以加工轴 盘 套类零件上的小平面 小沟槽及有分度要求的平面 3 生产准备工作时间长 因更换铣削内容 往往需更换铣刀及安装调整附件 使辅助时间加长 4 广泛用于各种生产批量 五 平面铣削与刨削的比较 1 加工质量平面铣削与刨削的加工质量大致相当 加工大平面时刨削运动可不停的进行 刀痕均匀 而铣削 当加工的平面大于铣刀直径或宽度时 需多次走刀 有明显的接刀痕 2 加工范围铣削比刨削加工范围广泛的多 许多加工是刨削无法完成的 如 内凹面 封闭型沟槽 有分度要求的表面等 3 生产率一般来说铣削的生产率高于刨削 铣削为多刀齿的高速切削 而刨削则为单刃低速切削 但有时则不同 如加工导轨面 刨削则由于表面变窄而减少走刀次数 而铣削并没有因表面变窄而减少走刀长度 4 加工成本铣削高于刨削 因刨床及刨刀较简单 安装调整简单省时