典型零件加工工艺.ppt

第五章典型零件的加工工艺 2 5 1轴类零件的加工 一 轴类零件的结构特点和技术要求 长度大于直径 加工表面为内外圆柱面 圆锥面 螺纹 花键 沟槽等 有一定的回转精度 轴类零件的分类 按其结构形状可分为光轴 阶梯轴 空心轴和异形轴 如曲轴 凸轮轴 偏心轴等 四类 按轴的长度与直径之比值 长径比 又可分为刚性轴 L d 12 和挠性轴 L d 12 两类 3 4 1 尺寸精度和几何形状精度轴类零件的主要表面为轴颈 装配传动零件的称配合轴颈 装配轴承的称支承轴颈 轴颈的尺寸精度通常为IT9 IT6 高精度的轴颈为IT5 轴颈的形状精度 圆度 圆柱度 应限制在直径公差范围内 对形状精度要求较高时 则应在零件图样上规定允许的偏差 2 轴类零件的主要技术要术 5 2 相互位置精度1 配合轴颈轴线相对支承轴颈轴线的同轴度 2 配合轴颈相对支承轴颈轴线的圆跳动 普通精度的轴 同轴度误差为0 01 0 03mm 高精度的轴为0 001 0 005mm 3 其他的相互位置精度 如轴肩端面对轴线的垂直度等 3 表面粗糙度配合轴颈的表面粗糙度值Ra一般为2 5 0 63 m 支承轴颈的表面粗糙度值Ra一般为0 63 0 16 m 6 二 轴类零件的材料和毛坯 1 轴类零件的常用毛坯 光轴 直径相差不大的阶梯轴常采用热轧或冷拉的圆棒料 直径相差较大的阶梯轴和比较重要的轴大都采用锻件 当轴的结构形状复杂或尺寸较大时 也有采用铸件的 毛坯锻造 自由锻 模锻 中小批 大批大量 7 2 轴类零件的材料 1 一般轴类零件 45钢应用最多 一般须经调质 表面淬火等热处理以获得一定的强度 硬度 韧性和耐磨性 2 中等精度 而转速较高的轴 则可采用40Cr 35SiMn 38SiMnMo等合金结构钢 3 较高精度的轴 轴承钢GCr15和弹簧钢65Mn等材料 调质和高频淬火后 硬度高 并具有较高的耐疲劳性能和较好的耐磨性 可制造较高精度的轴 4 采用氮化钢38CrMoAl等 经调质和渗氮后 不仅具有良好的耐磨性和抗疲劳性能 其热处理变形也较小 可用精密机床的主轴 如磨床砂轮轴 坐标镗床主轴 8 9 1 定位基准轴类零件加工时最常用的定位基准是顶尖孔 三 轴类零件加工工艺分析 采用两顶尖孔定位基准的好处 基准统一 能在一次安装中加工出各段外圆表面及其端面 保证同轴度和垂直度 夹具简单 加工效率高 10 顶尖的实施 对于实心轴 粗加工前 先打顶尖孔对于空心轴 通孔径较小时 可直接在孔口倒出宽度不大于2mm的60 锥面代替中心孔 不宜时 采用带有中心孔的锥堵或带锥堵的拉杆心轴 11 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 如必须拆卸 重装后必须按重要外圆进行找正和修磨中心孔 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 精基准选择另一方案 采用支承轴颈定位 可以加工锥孔 两外支承轴径既是装配基准又是各个表面相互位置的设计基准 符合基准重合原则 12 1 以两中心孔定位装夹 顶两头 13 一夹一顶 14 15 大 重型轴一夹一托 16 二 中心孔的修研 中心孔的深度 影响定位轴向位置 两中心孔同轴度 影响同轴度 影响位置精度 中心孔锥角和圆度误差 直接反映到工件的圆度上 单件小批生产时 中心孔主要是在卧式车床或钻床上钻出 大批大量生产时用铣端面打中心孔机床加工中心孔 生产率高 保证两端中心孔在同一轴线 一批工件两端中心孔间距相等 17 修研中心孔 2 用铸铁顶尖研磨 修研时加研磨剂 1 用油石或橡胶砂轮研磨顶尖孔 油石消耗量大 不适合大批量生产 3 用硬质合金顶尖刮研 生产率高 质量稍差 4 用中心孔专用磨床磨削 精度和效率都很高 18 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 19 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 20 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 21 四 轴类零件典型加工工艺路线 毛坯准备 正火 加工端面和中心孔 粗车 调质 精车 花键 键槽 螺纹等加工 表面淬火 修研顶尖孔 粗磨 精磨 22 热处理工序的安排结构尺寸不大的中碳钢普通轴类锻件 一般在切削加工前进行调质热处理 对于重要的轴类零件 如机床主轴 则 一般在毛坯锻造后安排正火处理 达到消除锻造应力 改善切削性能的目的 粗加工后安排调质处理 以提高零件的综合力学性能 并作为需要表面淬火或氮化处理的零件的预备热处理 轴上有相对运动的轴颈和经常拆卸的表面 需要进行表面淬火处理 安排在磨削前 或在粗磨后 精磨前渗氮处理 23 四 机床主轴加工工艺及其分析 24 25 1 零件分析对机床主轴的共同要求是必须满足机床的工作性能 即回转精度 刚度 热变形 抗振性 使用寿命等多方面的要求 车床主轴是带有通孔的多阶台轴 普通精度等级 材料为45钢 生产类型为大批生产 26 1 主要表面及其精度要求 支承轴颈是两个锥度为1 12的圆锥面 分别与两个双列短圆锥轴承相配合 支承轴颈是主轴部件的装配基准 其精度直接影响主轴部件的回转精度 尺寸精度一般为IT5 主轴两支承轴颈的圆度允差和对其公共轴线的斜向圆跳动允差均为0 005mm 表面粗糙度Ra值不大于0 63 m 27 配合轴颈是与齿轮传动件连接的表面 共有 80h5 89f6和 90g5三段 前两段与齿轮分别采用键连接与花键连接 90g5上齿轮空套 工作时两者有相对运动 因此该轴颈表面须淬火 配合轴颈的尺寸精度为IT6 IT5 表面粗糙度值Ra不大于0 63 m 28 莫氏6号锥孔用于安装夹具或刀具 是主轴的主要工作表面之一 其轴线必须与支承轴颈的公共轴线尽量重合 否则将影响机床精度 使工件产生同轴度误差对支承轴颈公共轴线的斜向圆跳动允差在轴端处为0 005mm 在离轴端300mm处为0 01mm 表面粗糙度值不大于0 63 m 该锥孔因工作中经常装卸夹具 表面须淬火以提高其耐磨性 29 轴端短圆锥是安装通用夹具卡盘或拨盘的定位面 锥角 锥度1 4 保证锥面与支承轴颈公共轴线尽量同轴 端面与支承轴颈公共轴线尽量垂直 才能确保卡盘的定心精度此圆锥面对支承轴颈公共轴线的斜向圆跳动允差为0 008mm 表面粗糙度值不大于1 25 m 须表面淬火 30 2 毛坯选择主轴是机床的重要零件 其质量直接影响机床的工作精度和使用寿命 结构为多阶梯空心轴 直径差很大 本例最大外圆直径 195mm 最小外圆直径 70mm 从上述两方面考虑 使用锻造毛坯不仅能改善和提高主轴的力学性能 而且可以节省材料和切削工作量 由于属大批生产 因此 采用模锻毛坯 31 3 定位基准选择主要定位基准为两端中心孔 粗车时切削力大 采用 一夹一顶 在通孔加工后 加工外圆表面时使用锥堵 精加工内锥孔时用有较高精度的外圆表面及阶梯端面定位 32 4 主要表面加工方法选择 支承轴颈 配合轴颈短圆锥 粗车 半精车 粗磨 精磨 莫氏6号锥孔 钻孔 车内锥 粗磨 精磨 其他表面花键 粗铣 精铣 螺纹 车 5 热处理安排 正火 毛坯锻造后 调质 粗车后 半精车前 表面淬火 磨削前 33 34 粗加工 半精加工 精加工 用大的切削用量切除大部分余量 把毛坯加工到接近工件的最终形状和尺寸 只留下少量的加工余量 为精加工做好准备 尤其为精加工做基面准备 对于一些要求不高的表面 如大端端面各孔 在这个阶段加工到图样规定的要求 把各表面都加工到图样规定的要求 35 1 加工阶段划分 整个主轴的加工工艺过程就是以主要表面 支承轴颈 锥孔 的粗加工 半精加工和精加工为主 适当插入其他表面的加工工序而组成的 加工阶段的划分起主导作用的是工件的精度要求 对于一般精度的机床主轴 精磨是最终机械加工工序 对精密机床的主轴 还要增加光整加工阶段 以求获得更高的尺寸精度和更低的表面粗糙度 36 2 定位基准的选择 用毛坯外圆表面作为粗基面 钻中心孔 粗车各外圆表面和端面 一夹一顶 半精车加工各外圆用两中心孔定位钻深孔采用前后外圆作定位基准 一夹一托 用外圆表面定位 半精加工大端锥孔和小端锥孔 精车和磨削各外圆 统一用锥堵中心孔定位精磨锥孔用支承轴颈定位 获得锥孔的加工精度 37 3 工序顺序安排考虑 1 先安排定位基面加工 2 后安排其他表面和次要表面的加工 对于主轴上的花键 键槽 螺纹等次要表面的加工 通常安排在外圆精车或粗磨以后 精磨之前进行 否则会在外圆终加工时产生冲击 不利于保证加工质量和影响刀具的寿命 或者会破坏主要表面已经获得的精度 3 就基准统一而言 希望始终以顶尖孔定位 避免使用锥堵 则深孔加工应安排在最后 但深孔加工是粗加工工序 要切除大量金属 加工过程中会引起主轴变形 所以安排在半精车外圆之后深孔加工出来 38 4 因主轴的螺纹对支承轴颈有一定的同轴度要求 故放在淬火之后的精加工阶段进行 以免受半精加工所产生的应力以及热处理变形的影响5 外圆加工顺序安排要照顾主轴本身的刚度 应先加工大直径后再加工小直径 以免一开始就降低主轴刚度 39 典型零件机械加工工艺规程示例 一 轴类零件的加工过程1 传动轴机械加工工艺规程传动轴的材质为40Cr 生产数量500件 传动轴技术要求为 调质处理HB220 240 如图所示 40 41 42 传动轴工艺规程卡片 43 44 45 46 47 48 49 2 中间轴机械加工工艺规程中间轴的材料为45号钢 生产批量为600件 中间轴如图所示 50 中间轴工艺规程卡片 51 52 53 54 55 56 轴类零件的检验检验项目1 表面粗糙度 2 尺寸精度 3 相互位置精度 4 表面几何形状精度 5 硬度检验顺序尺寸精度 几何精度 位置精度 57 检验方法1 硬度 硬度计 主要配合表面的硬度在热处理车间检验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 专用锥度量规涂色检验 检验锥孔跳动之前进行4 尺寸精度 常规检验仪器千分尺检验轴的直径 极限卡规 杠杆千分尺或以块规为标准进行比较测量 长度尺寸可用游标卡尺 深度游标卡尺和深度千分尺等检验 58 5 位置精度 专用检验装置 59 细长轴的加工方法 1 采用跟刀架 以提高工件的刚度 粗车时 跟刀架的支承块装在刀尖后面1 2mm处 精车时装在刀尖的前面 以免划伤精车过的表面 2 改进工件装夹方式 一般采用一夹一顶的方法 一端车出一个缩颈 增加工件柔性 消除了由于坯料本身的弯曲而在卡盘强制夹持下轴心线威胁的影响 在工件端部缠绕一圈直径为 4的钢丝 3 尾座顶尖改为弹性顶尖 避免工件受热弯曲变形 4 采用反向进给切削 改变工件受力方向 可减少工件的弯曲变形 60 5 采用恰当的车刀可用大主偏角车刀 一般取Kr 75 93 同时采用较大进给量 增大轴向力 减少径向力 6 采用无进给磨削多次无进给磨削 直到火花完全消失为止 7 合理存放零件竖放或垂直吊直 61 二 套筒类零件加工 62 一 概述 1 套筒类零件的结构特点 功用 支承旋转轴 引导刀具等结构特点 同轴度较高的内外回转面 壁薄易变形 长度大于直径内孔是套筒类零件的最主要表面 起导向和支撑作用 通常与旋转轴 刀具 活塞等相配合 外圆是支承表面 常以过盈或过渡配合同箱体或机架上的孔相连接 63 3 套筒类零件的材料及毛坯材料 钢 铸铁 粉末冶金 铜及其合金 尼龙和工程塑料 有的滑动轴承用离心铸造法在钢或铸铁内壁上浇铸巴士合金材料 毛坯 孔径小的一般选热轧或冷拉棒料 也可以采用实心铸件 孔径较大的采用无缝钢管或带孔空心铸件或锻件 大批量生产可采用冷挤压或粉末冶金等先进毛坯制造工艺 64 精度与表面粗糙度要求均较高 一般为IT7 精密的IT6 表面粗糙度一般为1 6 0 1 m 油缸0 4 0 2 m 一般尺寸精度为IT6 IT7 表面粗糙度Ra为6 3 0 8 m 一般要求较高 常为0 01 0 05mm 主要表面是内孔 外圆以及端面 机械加工工艺性 4 端面与轴线的垂直度 1 内孔 2 外圆 3 内外圆的同轴度 65 外圆表面加工 车削和磨削 对于加工精度要求较高的孔 常用的方案是 钻孔 半精车孔或镗孔 粗磨孔 精磨孔 若精度要求不高 但表面粗糙度要求高时 半精车 精车 滚压 66 精基准的选择 1 以内孔作为精基准 通过内孔安装在心轴上 简单方便 刚性较好 应用普遍 2 以外圆作为精基准 当内孔的直径太小或长度太短或不适于定位时 则先加工外圆 再以外圆定位加工内孔 这种方法一般采用卡盘装夹 动作迅速可靠 67 防止套筒变形的工艺措施如下 1 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 用过渡套或弹簧套夹紧 做出工艺凸边或工艺螺纹夹紧工件 也可采用软卡爪装夹套筒 68 典型的工艺路线大致是 制坯 调质 或正火 粗车端面 外圆 钻孔 粗精镗孔 钻法兰小孔 插键槽等 热处理 磨内孔 磨端面 磨外圆 69 圆锥形锪钻 a 60 锪钻b 120 锪钻c 锪钻工作情况 70 内孔车刀 a 通孔车刀b 不通孔车刀 71 内沟槽车刀 内沟槽车刀和外沟槽车刀通常都叫作车槽刀 整体式内沟槽车刀 72 套筒类零件的加工工艺 课堂练习 编制右图示一般套类零件的加工工艺 73 1 主要技术要求 材料为HT300 A B端面对 孔的轴线H的垂直度公差为 0 015mm 表面粗糙度Ra