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第3章 典型零件加工实例第3章 典型零件加工实例教学目标与要求 掌握典型轴、套、箱体类零件加工的工艺特点及工艺规程的编制方法 了解并掌握轴、套类零件常见加工误差及其调整方法教学重点 轴、套、箱体类零件加工的工艺特点 轴、套类零件常见加工误差及其调整方法轴类零件是机器中常见的典型零件之一，其主要功用是支承传动零部件（齿轮、皮带轮、离合器等），传递扭矩和承受载荷。按其功用可分为主轴、异形轴和其他轴3类。根据其形状与结构特点可分为光轴、空心轴、半轴、阶梯轴、花键轴、十字轴、偏心轴、曲轴、凸轮轴等，如图3-1所示。图3-1 轴的种类从轴类零件的结构特征来看，它们大都是长度（L）大于直径（d）的回转体零件，L/d12的轴通称为刚性轴，而L/d12的轴则称为挠性轴，其被加工表面常有内外圆柱面、内外圆锥面、螺纹、花键、横向孔、键槽、沟槽等。根据轴类零件的结构特点和精度要求，应选择合理的定位基准和加工方法，对长轴、深孔的加工及热处理要给予足够重视。3.1 轴类零件工艺规程编制3.1.1 轴类零件工艺规程编制实例1减速箱传动轴加工工艺过程阶梯轴是应用最为广泛的轴类零件，其加工工艺也较为典型，反映了轴类零件加工的基本规律。减速箱传动轴单件小批生产的机械加工工艺过程见表3-1。从表中可以看出，轴类零件的主要加工方法是车削与外圆磨削。表3-1减速箱传动轴加工工艺过程序号工序名称工 序 内 容加 工 简 图设备1下料2车三爪卡盘夹持工件，车端面见平，钻中心孔。用尾座顶尖顶住，粗车3个台阶，直径长度均留2mm余量车床调头，三爪卡盘夹持工件另端，车端面，保证总长259mm，钻中心孔。用尾座顶尖顶住，粗车另外4个台阶，直径长度均留2mm余量3热调质处理硬度HRC24284钳修研两端中心孔车床续表序号工序名称工 序 内 容加 工 简 图设备5车双顶尖装夹，半精车3个台阶，长度达到尺寸要求。螺纹精车mm，其余2个台阶直径上留0.5mm余量，切槽3个，倒角3个调头，双顶尖装夹，半精车余下5个台阶。f44mm及f52mm车到图纸规定尺寸。螺纹精车到mm，其余2个台阶直径上留0.5mm余量，切槽3个，倒角4个车床6车双顶尖装夹，车一端螺纹M241.6-6g。调头，车另一端螺纹M241.6-6g车床7钳划键槽及1个止动垫圈加工线钳工平台及划针等8铣铣2个键槽及1个止动垫圈槽。键槽深度比图纸大0.25mm，作为外圆磨削的余量键槽铣床或立铣续表序号工序名称工 序 内 容加 工 简 图设备9修磨修研两端中心孔 车床10磨磨外圆Q、M，并用砂轮端面靠磨台肩H、I。调头，磨外圆N、P，并用砂轮端面靠磨台肩G 外圆磨床11检检验2传动丝杠加工的工艺过程图3-2所示为一卧式车床丝杠简图，其单件小批量生产的机械加工工艺过程见表3-2。图3-2 卧式车床丝杠简图表3-2卧式车床丝杠机械加工工艺过程序 号工 序 名 称工 序 内 容设备及主要工艺装备1备料下料：45钢，f35mm1410mm锯床2钳校直，全长弯曲度小于或等于1.5mm3热处理正火，HBS170210，外圆跳动小于或等于1.5mm4车车端面，控制总长，两端钻B型标准中心孔；粗车外圆，各部分预留量为23mm卧式车床、中心架、跟刀架、B24中心钻5钳校直，压高点，外圆跳动小于或等于1mm6热处理高温回火，外圆跳动1mm7车修中心孔；半精车外圆各部分，各部分预留量为0.50.8mm；粗车梯形螺纹，每侧预留量为0.30.5mm卧式车床、硬质合金顶尖8钳校直，砸凹点，外圆跳动小于或等于0.3mm9热处理中温回火，外圆跳动小于或等于0.2mm10车修中心孔；半精车螺纹，每侧预留量为0.20.3mm，小径车至尺寸卧式车床、硬质合金顶尖11钳校直，砸凹点，外圆跳动小于或等于0.15mm12时效垂吊一周，早晚各敲打2次13磨修中心孔，磨外圆各部分至要求的尺寸万能外圆磨床或无心磨床14钳校直，径向跳动小于0.1mm15车精车螺纹至尺寸16检验3空心主轴加工的工艺过程图3-3所示为CA6140卧式车床主轴结构简图，其机械加工工艺过程见表3-3。图3-3 CA6140卧式车床主轴结构简图表3-3CA6140卧式车床主轴机械加工工艺过程序 号工 序 名 称工 序 内 容设备及主要工艺装备1模锻锻造毛坯2热处理正火3铣端面、钻中心孔铣端面，钻中心孔，控制总长为872mm专用机床4粗车粗车外圆，各部分预留量为2.53mm仿形车床5热处理调质6半精车车大头各台阶面卧式车床7半精车车小头各外圆，预留量为1.21.5mm仿形车床8钻钻通孔深孔钻床9车车小头120锥孔及端面（配锥堵）卧式车床10车车大头莫氏6号孔、外短锥及端面（配锥堵）卧式车床11钻钻端面各孔钻床12热处理短锥及莫氏6号锥孔、f75h5、f90g6、f100h6进行高频淬火13精车仿形精车各外圆，预留余量为0.40.5mm，并切槽数控车床14粗磨粗磨f75h5、f90g6、f100h6外圆万能外圆磨床15粗磨粗磨小头工艺内锥孔（重配锥堵）内圆磨床16粗磨粗磨大头莫氏6号内锥孔（重配锥堵）内圆磨床17铣粗、精铣花键花键铣床18铣铣键槽铣床19车车3处螺纹M1151.5、M1001.5、M741.5卧式车床20精磨精磨各外圆至要求的尺寸万能外圆磨床21精磨精磨圆锥面及端面D专用组合磨床22精磨精磨莫氏6号锥孔主轴锥孔磨床23检验按图样要求检验4曲轴加工的工艺过程图3-4所示为JA31-250发动机曲轴结构简图，其单件小批量生产的机械加工工艺过程见表3-4。表3-4JA31-250发动机曲轴的机械加工工艺过程序 号工 序 名 称工 序 内 容设备及主要工艺装备1锻锻造毛坯2热处理退火3钳兼顾各部划全线4铣按上母线和侧母线找正，铣两端面，每端预留量为5mm卧式铣床5钳按上母线和侧母线找正，在两端面上划3条中心孔线6钻钻全部中心孔卧式铣镗床续表序 号工 序 名 称工 序 内 容设备及主要工艺装备7车粗车各部，两端轴颈端面起5060mm长度车圆即可，其余各外圆预留量为1012mm，端面预留量为34mm，注意加平衡重块卧式车床8钳划尺寸350mm加工线9铣铣尺寸350mm两端面，每面预留量为23mm铣床10热处理调质HBS22025011钳划全线检查变形量，划3条中心孔线12钻重钻中心孔卧式铣镗床13车车全部到要求尺寸，其中轴颈按上偏差车出；滚压轴颈表面及R8mm圆角，注意加平衡重块卧式车床滚压工具14检验超声波探伤检查超声波探测仪15钳划尺寸350mm加工线、键槽及螺纹孔线16铣、钻以轴颈外圆定位，铣尺寸350mm达要求，铣键槽，钻螺纹底孔卧式铣镗床17钳攻螺纹，去毛刺18检验图3-4 JA31-250发动机曲轴结构简图3.1.2 轴类零件的工艺特征1轴类零件的基本加工工艺过程轴类零件的加工工艺过程需根据轴类零件的技术要求、生产要求、生产纲领，毛坯种类等的不同而制定出不同的工艺规程。轴类零件的工艺规程具有很大的共性，尤其是在单件小批量生产和维修中，都遵循工序集中原则，工艺过程极其相似。单件小批量生产中的轴类零件加工的基本工艺路线如下：下料校直车端面、钻中心孔粗车各外圆表面正火或调质修研中心孔半精车和精车各外圆表面、车螺纹铣键槽或花键热处理（淬火）修研中心孔粗、精磨外圆检验。2轴类零件加工的工艺特点 轴类零件加工的工艺特点主要体现在如下几个方面。（1）车削和磨削是轴类零件的主要加工方法。一般精度要求的轴，经过粗车和精车即可；精度要求较高、表面粗糙度值较小或需进行表面淬火的轴，在粗车、半精车或热处理后，还需进行粗磨和精磨。车削和磨削可以完成轴类零件上的内外圆柱面、螺纹、圆锥面、端面等表面的加工。（2）需要安排必要的热处理工序。在轴类零件加工中，安排热处理工序，一是根据轴类的技术要求，通过热处理保证其力学性能；二是按照轴类的加工要求，通过热处理改善材料的可加工性。若轴类零件毛坯是锻件，大多需要进行正火处理，以消除锻造内应力、改善材料内部金相组织和降低其硬度，使材料的可加工性提高。经粗车后的轴或加工余量不大的棒料毛坯，应安排调质处理，以获得均匀细致的回火索氏体组织，提高零件材料的综合力学性能，并为表面淬火时得到均匀细致且硬度由表面向中心逐步降低的硬化层奠定基础，同时索氏体金相组织经机械加工后，表面粗糙度值较小。此外，对有相对运动的轴颈表面和经常装卸工夹具的内锥孔等摩擦部位，一般应进行表面淬火，以提高其耐磨性。（3）普遍采用中心孔定位。无论是轴类零件加工时采用的顶两头、一夹一顶的定位方法，还是轮盘类零件加工时采用的心轴装夹的定位方式，其定位基准大多为中心孔。因为轴类零件各内外圆表面、螺纹表面的同轴度以及端面对轴线的垂直度是位置精度要求的主要项目，而这些表面的设计基准的中心孔，在许多工序（例如粗车、半精车、精车、粗磨和精磨等）中可以重复使用，符合基准统一原则。因此，加工轴类零件多用中心孔作为定位基准，有利于保证各加工表面的位置精度。（4）广泛采用通用设备和通用工艺装备。单件小批量生产轴类零件，多数在卧式车床、外圆磨床等通用设备上进行加工。所需的工艺装备主要是卡盘、顶尖、中心架或跟刀架等通用夹具以及普通车刀、砂轮等通用切削工具。这些加工设备和工艺装备的类型、规格和技术性能应与零件的外形尺寸和精度要求相适应。3细长轴加工的工艺特点传动丝杠属于细长轴（L/d10），其刚性很差，加工中极易变形。为了获得良好的加工精度和表面质量，生产中常采用下列措施。（1）改进装夹方法。车削细长轴时，工件常用一夹一顶方式装夹，同时在夹持端缠一圈直径约为4mm的钢丝，使工件与卡爪间保持线接触，以避免前夹后顶时在工件上附加弯曲力矩；尾座上采用弹性顶尖，工件受切削热伸长时，伸长量迫使后顶尖自动后退，避免工件弯曲，如图3-5所示。（2）采用跟刀架。如图3-5所示，跟刀架可以平衡车削或磨削时背向力的影响，从而减小切削振动和工件的变形。使用跟刀架时，各支承爪（块）对工件的压力应均匀适当，保持跟刀架的中心与机床顶尖中心重合。粗车时，跟刀架支承在刀尖后面12mm处；精车时支承在车刀前面，这样可避免支承爪（块）划伤已加工表面。图3-5 细长轴的车削（3）采用反向进给。车细长轴时，常使车刀向尾座方向作纵向进给运动，如图3-5所示。这样，刀具施加于工件上的进给力使工件已加工部分受轴向拉伸，其伸长量由尾座上的弹性顶尖补偿，因而可大大减少工件的弯曲变形。（4）改进车刀结构。车削细长轴的车刀，一般前角和主偏角较大，使得切削轻快并减小背向力，从而减小振动和弯曲变形。粗车刀在前面上开断屑槽，改善断屑条件；精车刀常取正刃倾角，使切屑流向待加工表面，保证已加工表面不被划伤。（5）采用无进给量磨削。磨削细长轴时，因受背向力的影响，工件的弯曲变形使其加工后呈两头小、中间大的腰鼓形。为获得要求的形状精度和尺寸精度，磨削时不宜采用切入法；精磨结束前，应无进给量地多次走刀，直到无花火为止。（6）合理存放工件。细长轴在存放和运输过程中，应尽可能垂直竖放或吊挂，避免由于自重而引起弯曲变形。4空心主轴加工的工艺特点（1）空心主轴加工的工艺特点。图3-3所示的CA6140卧式车床主轴结构简图，与一般轴类零件相比，具有如下特点。 形状结构为多阶梯空心轴。 表面类型有外圆柱面、圆锥面（锥度为112的支承轴颈A、B 2处和头部用于安装卡盘的短锥C）、花键、键槽和螺纹，内孔有两头内锥面（大头为莫式6号，小头为120的工艺锥孔）和中央直径为f48mm的通孔。 主要表面精度要求较高，如支承轴颈圆度误差仅允许5mm，表面粗糙度为Ra0.5mm，它们对公共轴线的圆跳动为5mm；其他轴颈，如前端装卡盘的锥面对公共轴线的圆跳动为8mm，莫氏锥孔对公共轴线的圆跳动在轴端处为5mm，在距轴端300mm为10mm。（2）空心主轴加工时应注意的问题。主轴的上述特点决定了加工中必须注意以下几点。 加工阶段的划分：加工过程大致划分为4个阶段：钻顶尖孔之前的预加工阶段；从钻顶尖孔至调质前的工序为粗加工阶段；从调质处理工序至表面淬火工序为半精加工阶段；表面淬火后的工序为精加工阶段。要求较高的支承轴颈和莫氏6号锥孔的精加工，则应放在最后进行。整个主轴加工工艺过程，是以主要表面特别是支承轴颈的加工为主线，而其他表面的加工穿插于其中的一个加工过程。这样安排工艺过程的优点是，粗加工切除大量金属产生的变形，可以在半精加工和精加工中消除；而主要表面放在最后进行加工，可不受其他表面加工时的影响，并方便安排热处理工序，有利于机床的选择。 定位基准的选用：加工外回转面时，应以两端中心孔作为定位基准，但因主轴为空心零件，所以在已加工出中央通孔以后的工序中，一般都采用带有中心孔的锥堵或拉杆心轴装夹，其上的中心孔为加工时的定位基准。锥堵或带锥堵的拉杆心轴应具有较高的精度。拉杆心轴上2个锥堵的锥面要求同轴，否则拧紧螺母后会使工件变形。 工序顺序的安排：工序顺序的安排主要根据基面先行、先粗后精、先主后次的原则。工序顺序的安排还应注意下列几点。 热处理的安排。主轴毛坯锻造后，一般安排正火处理，其目的是消除锻造残余应力，改善金属组织，降低硬度，从而改善切削加工性能。棒料毛坯可不进行该步热处理工序。粗加工后安排调质处理，目的是获得均匀细致的索氏体组织，提高零件的综合力学性能，以便在表面淬火时得到均匀致密的硬化层，并使硬化层的硬度由表面向中心逐渐降低。同时，具有索氏体组织结构的工件表面，经加工后可获得较小的表面粗糙度值。最后，还需对有相对运动的轴颈表面和经常与工夹具接触的锥面进行淬火或氮化处理，以提高其耐磨性。一般地，高频淬火安排在粗磨之前；氮化安排在粗磨之后、精磨之前。 外圆表面的加工顺序。先加工大直径外圆，再加工小直径外圆，以避免一开始就降低工件的刚度。 深孔加工。空心主轴的中央通孔属于深孔。深孔加工比一般加工困难和复杂。这是因为加工深孔要求钻杆较长，系统刚性变差，容易引起振动和钻偏；其次是钻头切削刃在钻到一定深度时冷却液不易注入，散热条件差，刀具磨损快；此外，深孔加工时排屑困难，容易堵塞。因此，钻深孔时必须选择合适的加工方式，着重解决刀具的导向、排屑、冷却与润滑等问题。深孔加工多数采用工件转动、刀具轴向进给的切削方式，以使轴线与回转中心保持一致。因此，单件小批生产中常用加长麻花钻在卧式车床上钻深孔。钻孔前，先将工件端面车平，用中心钻钻出中心定位孔，为防止钻头钻孔时摇摆不定，可用装在刀架上的平头方杆轻轻将钻头顶在定位孔中心，如图3-6所示。为减小钻削时产生的偏斜，可由短到长先后用几只长度不等的钻头分别加工。设备条件许可时，可从轴的两端分头对钻深孔，但钻出的孔在其汇合处易产生台肩，钻深孔时进给到一定深度（一般为10mm左右）后，应退出钻头排屑和冷却，并向孔内浇注切削液，防止由于温度过高引起钻头急剧磨损或因切屑堵塞而扭断钻头。主轴的深孔加工属粗加工，但为避免主轴因内外圆不同轴和壁厚不均匀而导致不平衡，深孔因内应力和热的影响而变形，所以钻深孔工序应安排在粗车或半精车和调质之后进行。图3-6 防止深孔钻切入摆动的方法 次要表面的加工安排。主轴的花键、键槽等次要表面的加工，一般都放在外圆精车或粗磨后、精磨外圆前进行。主轴上的花键若需淬火，可在外圆精车或粗磨后铣出，淬火后的变形在花键磨床上用磨削来消除，一般只磨外圆即可，如果淬火变形过大，则应磨花键齿侧；若花键不需淬火，则可在其他表面局部淬火后铣削。铣花键的方法与生产规模有关。成批大量生产时用花键铣床加工，单件小批量生产时在卧式铣床上利用分度头进行加工。3.1.3 轴类零件常见加工误差及其调整方法对工件进行精度检验，不仅可以确定工件的加工质量是否能满足设计或使用上的要求，而且还可以发现影响加工质量的关键所在，以便在误差分析的基础上采取有效措施提高加工质量。现重点讨论如下几个问题。1机床主轴锥孔加工的质量分析支承轴颈的径向跳动，是机床的主要精度指标之一，它主要与定位基准面的选择有关，这在工艺过程分析时已讨论过，此处不再重复。机床主轴锥孔加工中的一个突出质量问题是加工出的锥面接触精度不高，因而影响刀具锥柄的锁紧和顶尖的定位精度。其原因如下。图3-7 双曲线误差（1）母线不直。一种情况是两端成喇叭口。产生这种误差的原因，主要是砂轮在孔的两端伸出距离太长（一般不应超过砂轮宽度的1/3）。由于砂轮相对于工件做纵向进给运动，当砂轮轴刚度差时，在Fp力作用下，砂轮轴会弯曲变形而让刀，此时磨出的孔径比理论值小；但砂轮在锥孔两端位置磨削时，由于接触面积减小（砂轮宽度有1/3或更多未参与磨削），砂轮轴的弹性变形有所恢复而多磨去一些，使两端孔径逐渐变大而形成喇叭口。此外，工作台在换向时的短暂停留，使两端磨削时间增多，工件内孔两端多磨掉一些金属，也会形成喇叭口。另一种情况是锥孔（锥孔小端半径为R1，大端半径为R2）母线呈双曲线形状，如图3-7所示。产生这种误差的原因是砂轮的旋转轴线与工件的旋转轴线不等高，便会产生双曲线形状误差。不等高值h越大，误差也就越大。在实际生产中，应将工件轴线和砂轮轴线调整在等高平面内，以减小双曲线误差的影响。由图3-7可知，当砂轮中心高出工件轴线h时，将使磨削深度增大。另外，砂轮中心高出工件中心的h，虽然在整个纵向进给行程上一直不变，但砂轮外圆与内锥孔的接触点并不能保持在同一水平面内，而是随着锥孔半径的变化而变化。因此，工件锥孔的母线呈双曲线，而不是直线，这样磨削出的工件内锥面便为旋转双曲面。所以工件安装时，要使工件中心与砂轮中心等高，一般偏差不大于0.01mm，根据要求有的在0.005mm以内。此外，机床导轨的不直度也会直接影响工件锥孔母线的不直度。（2）椭圆度。工件内孔出现椭圆度，主要是由于作为基准面的支承轴颈本身就有椭圆度；或者是由于夹具的滑动轴承调整过松以及装夹不正确等造成的。此外，如果工件与机床主轴不是浮动连接，则机床主轴颈的椭圆度也将是影响因素之一。为了提高锥孔磨削加工精度，通常在工艺上采取的措施是：提高砂轮旋转速度，选直径小、宽度小的大圆角砂轮（使接触面减小以避免烧伤），选用60# 80#粒度和中软硬度的砂轮等，此外磨削用量也要选择合适。工件已产生喇叭口误差时，可以试用多次光磨行程来消除。为了保证锥孔质量，对内圆磨头应有较高的要求，其径向跳动不应超过0.003mm（径向跳动对粗糙度影响较大）；轴向窜动对锥孔的接触精度破坏极大，应限制在0.0010.003mm或以下；润滑油不宜过多，以浸没轴承1/3为限，否则加重高速运转时的阻尼，将使温度升高，严重的热变形可导致主轴弯曲；若采用巴氏合金滑动轴承，由于比较容易磨损，要注意油槽磨损而影响油膜的形成，使回转精度下降；轴承装配间隙要尽量小，但以不引起发热磨损为度；滚动轴承与壳体的配合选用过渡配合，以获得预应力，这对保持机床精度有好处，但不宜取过盈值，否则预应力增大，转动时会使皮带受力端磨头的温度升高。2磨削表面缺陷的产生及防止图3-8 直波形缺陷在精密磨削中，常发现加工表面存在一些缺陷，这些缺陷在一般磨削中也同样存在，只不过为粗糙表面所掩盖，不十分暴露罢了。但在精密磨削过程中就相对显得突出起来。因此，分析这些缺陷及其产生原因，对一般磨削也有指导意义。这些缺陷主要有以下几种。（1）直波形缺陷。直波形缺陷或称作多棱形或多角形缺陷，在外圆、内孔、平面、螺旋面和齿面的磨削过程中都会出现。如图3-8所示，磨削后工件的横截面周边呈近似于正弦的波形。从工件的外表看去，可见一条条明暗交错的条纹，明处为波峰，暗处为波谷。直波形峰值是指相邻波峰和波谷的半径之差，其数值通过测量确定，评定时采用平均峰值Hp作为评价指标。Hp是指在同一横剖面波纹曲线上5个最大峰值H1、H2、H3、H4、H5的算术平均值，即Hp(H1+H2+H3+H4+H5 )=波频与波长的关系式如下：（Hz）式中，n工件转速(r/min)；d工件直径(mm)；l波长(mm)。，vc为切削速度，f为刀尖相对加工表面振动的频率。直波形缺陷是表面质量缺陷之一，严重时它将影响工作精度，降低使用性能，如主轴轴颈出现直波形缺陷时油膜不易形成，轴颈磨损加快，从而影响主轴的回转精度。产生直波形缺陷的原因如下。 砂轮系统的动不平衡所引起的强迫振动，使工件外圆表面产生一种与砂轮转速一致的低频直波形缺陷。 当纵、横进给量增大，工件转速提高，砂轮变钝，砂轮粒度较粗，砂轮硬度与工件材料不相适应等时，都会使Fp提高，导致工件和砂轮之间的摩擦力增加，从而产生直波形。还有一种情况，工艺系统的自激也会使砂轮工作面磨损不均匀而形成直波形，其波长比工件直波形长大v砂轮/vc倍，其波频与工件因自激振动而产生的直波形波频一致。若不及时修整具有直波形缺陷的砂轮，而用它来加工工件，也会使加工工件表面出现直波形缺陷。在砂轮系统的动不平衡较严重，而工件顶尖系统刚度较好的情况下，产生直波形的主要原因是强迫振动；反之，自激振动则成为主要原因。因此防止直波形的措施，主要是消除或减少振动；其次是选用合适的磨削用量和合适的砂轮并及时修整。（2）螺旋形缺陷。在工件表面上，若出现一条很浅的螺旋线痕迹，其螺距等于工件每转的纵向进给量，则这个痕迹便为螺旋形缺陷。它往往和烧伤、直波形缺陷同时出现，形成烧伤螺旋形和螺旋多角形缺陷。常见的螺旋形缺陷有以下几种类型。 螺旋形缺陷在工件全长上连续不断。其原因如下。 砂轮架（主要是轴衬和V形导轨）的刚度差，当受到水平磨削分力作用时，砂轮主轴便发生偏转，引起边缘接触而产生螺旋形缺陷，如图3-9所示。 砂轮修整时，由于工作台换向时速度不稳定，使得砂轮某一边缘修整得略少，形成一凸缘；或者砂轮磨钝后，微刃等高性破坏，局部磨粒凸出，在这种情况下磨削，都会使工作表面产生螺旋形缺陷，如图3-10所示。 图3-9 砂轮偏转造成螺旋形缺陷 图3-10 砂轮边缘修整不良造成螺旋形缺陷1砂轮；2工件 1砂轮；2工件 由于头架热变形，使前顶尖向砂轮一侧偏移，也会造成类似图3-9所示的螺线形缺陷。不过出现这种情况的可能性比较小，因为操作者会根据头架的热变形规律通过调整台面的角度得以克服。 工件两端有螺旋形缺陷。这是因为头架、尾架（包括顶尖在内）整个弹性系统刚度不足，在半精磨时，因磨削力大，前后顶尖处的偏移量大，且偏移量随砂轮磨削位置变化而变化，以致工件被磨成抛物面形状。而在精磨时，因采用的是高精度磨床加工，磨削力又较小，顶尖偏移量小，因此形成如图3-11所示的情况，即磨左端时左缘接触；磨右端时右缘接触；中部是均匀接触，所以螺旋形缺陷只在两端出现。 工件两端有螺旋形缺陷但不到达端面。这也是因为前后顶尖刚度不足，在Fp作用下，纵向进给磨左端时左顶尖偏移，形成砂轮右缘接触；磨右端时右顶尖偏移，形成砂轮左缘接触，其情况与上述正好相反，如图3-12所示。砂轮磨削到两端时，若砂轮宽度的1/3超出端面，则螺旋线便不会到达端面。 图3-11 有误差的加工造成螺旋形缺陷 图3-12 头尾架变形的影响 工件表面有不规则的一两圈或断续一两段螺旋线。这是由于砂轮上破碎和剥落的砂粒及工件上磨下的切屑积附在砂轮表面上造成的缺陷。 机床的工作台有爬行现象。这种现象也会使工件表面产生螺旋形缺陷。由上可见，螺旋形缺陷可从精细修整砂轮、增加机床刚度、调整磨削用量、降低Fp力的作用，以及排除液压系统中空气以减小机床爬行等方面入手来消除。其他如表面拉毛（划伤或划痕）、表面粗糙（如鱼鳞面）以及表面烧伤等都属于缺陷之列，不过这些缺陷有时极细微，要用酸洗腐蚀才能检验出，其防止办法要针对产生缺陷的原因来消除。3顶尖孔质量对加工精度的影响由于轴类零件的外圆加工大都采用顶尖孔作为定位基准，因此顶尖孔的质量对轴件的加工精度有直接的影响，所以精密轴件对顶尖孔的精度要求很高，一般要经过研磨。研磨后的顶尖孔，其径向跳动可以小于0.005mm。轴类零件顶尖孔不圆是产生形状误差最常见的原因。例如，当顶尖孔有椭圆度时，则磨削后外圆也同样会产生椭圆度。如图3-13所示，假定磨床固定不转的死顶尖的形状是正确的（精密外圆磨床的主轴顶尖一般都设计成固定不转的，以减少误差环节），但由于死顶尖与工件顶尖孔之间要保证能相对滑动，故前后顶针间不能顶得太紧。在顶尖孔有椭圆度而又在切削力的作用下，工件轴线往往会产生偏转，即当顶尖孔椭圆长轴在水平位置时，其中心O1至砂轮与工件接触点a的距离R为最大，故磨出的工件半径最大；当工件转过90，即b到达a的位置时，顶尖孔椭圆短轴处在水平位置，顶尖孔中心O1至砂轮与工件接触点b的距离为R-D，工件被多磨去D。此时磨出的工件半径为最小，所以磨削一周以后，顶尖孔的椭圆度误差也就反映到工件上了。同理，工件的顶尖孔与磨床的死顶尖接触如果仅为3条棱（图3-14所示为加工后检验看到的顶尖孔接触亮点的示意图），则磨出的外圆也成了三棱形，即使经过了多次无火花的光磨行程也不能消除。如果仅一端顶尖孔不圆，则还带来锥度。在机械加工时，顶尖孔因承受工件重量和切削力，故常因磨损不匀而呈现椭圆度等形状误差，应及时注意修正。 图3-13 顶尖孔椭圆度对加工精度的影响 图3-14 三棱接触的顶尖孔3.2 套类零件工艺规程编制套类零件由于功用、结构形状、材料、热处理以及尺寸不同，其工艺差别很大。按结构形状来分，大体上分为短套与长套2类。以下讨论典型套类零件加工的工艺规程编制和工艺特征。3.2.1 套类零件的工艺规程编制实例1汽缸套零件加工工艺图3-15所示为A110型柴油机汽缸套零件图，其加工工艺过程见表3-5。A110型柴油机汽缸套的长径之比2.5，属短套筒类。内孔G面f110mm是重要的工作面，需经粗加工、半精加工、精加工和精密加工等4个加工阶段才能完成。外圆面f129mm，f132mm和法兰凸台端面均与内孔f110mm有位置精度要求，在工艺上采用互为基准的方法来实现。该件选用QT600-02材料，以保证其耐磨性和力学性能。图3-15 A110型柴油机汽缸套零件图表3-5汽缸套加工工艺过程序 号工 序 名 称工 序 内 容 定 位 夹 紧010铸造铸造毛坯020时效人工时效030粗镗内孔镗内孔至和另一端台阶f 135mm外圆040粗车外圆粗车各级外圆内孔气压胀胎夹具050热处理正火060半精车半精车法兰凸台端面及外圆内孔气压胀胎夹具070半精镗半精镗内孔mm外圆法兰凸台端面及外圆080精车精车法兰凸台端面及外圆，外圆切槽内孔气压胀胎夹具090车氧化皮用圆弧车刀R10车外圆并用靠模样板内孔气压胀胎夹具续表序 号工 序 名 称工 序 内 容 定 位 夹 紧100半精车半精车密封槽外圆法兰凸台端面及外圆110精镗精镗内孔mm外圆法兰凸台端面及外圆120精车精车外圆mm及mm内孔气压胀胎夹具130粗珩粗珩磨内孔mm140精珩精珩磨内孔mm对于汽缸套这样的短套零件，加工内孔时可直接夹紧外圆。为达到图样加工精度和表面粗糙度要求，金刚镗后，再进行珩磨加工，以进一步提高内孔精度和满足图样表面粗糙度要求，为减少孔的误差，粗珩后将汽缸套掉头再进行精珩。加工外圆时，为提高生产率，采用靠模加工，头部凸台部位采用法兰专用刀，既保证精度，又提高了生产率。工件定位夹紧采用高效气压胀胎夹具，不但定位精确，而且定位夹紧迅速、方便。汽缸套的这些工艺特点均为根据大批量生产条件考虑的。2某钻床主轴套零件加工工艺图3-16所示为钻床主轴套零件图，其加工工艺过程见表3-6。图3-16 某钻床主轴套零件图表3-6某钻床主轴套零件加工工艺过程工 序工 序 名 称工 序 内 容定位及夹紧010备料f 550.6mm1801.2mm020车车端面，保证另一端余量夹外圆续表工 序工 序 名 称工 序 内 容定位及夹紧030钻钻通孔f24mm，内外因同轴度不大于0.5mm夹外圆040车粗车A面外圆至f52.40-0.45mm孔（两端顶尖）050热处理调质HBS245060车半精车A面外圆至mm孔（两端顶尖）070车车端面，车孔f42mm至尺寸，车B面内孔至mm；车f28mm至图样尺寸并孔口倒角260(工艺用)；调头，车端面，保证尺寸175mm；车C面内孔至外圆080车车槽f 46mm2mm，车螺纹M451左-6H至图样要求，倒角，车孔f 31mm至图样要求并孔口倒角2602602处外圆，端面090磨粗磨A面外圆至孔（两端顶尖）100铣铣齿外圆，齿槽110铣铣槽2处到尺寸8mm、1.5mm2602处外圆120检验130热处理低温时效140钳修研两端孔口，倒角260150磨精磨A面外圆至，至图样要求孔（两端顶尖）160检验170车精车B面内孔至及端面至图样要求（应把工艺倒角去掉），孔口倒角；调头，精车C面内孔至及孔f31mm端面至图样要求（应把工艺倒角去掉），孔口倒角外圆180检验3油缸本体零件加工工艺液压系统中的油缸本体（如图3-17所示）是比较典型的长套筒类零件。其结构简单，壁薄容易变形，加工面比较少，加工方法变化不多，加工工艺过程见表3-7。现对油缸本体零件加工工艺作一简单分析。图3-17 油缸本体简图表3-7油缸本体加工工艺过程序 号工 序 名 称工 序 内 容定位与夹紧1备料无缝钢管切断2热处理调质HB2412853粗镗、半精镗内孔镗内孔到外圆4精车端面及工艺圆车端面，保证全长258mm，车外倒角0.545；车内倒角30；车另一端面，保证全长2560.25mm；车工艺圆mm、Ra为3.2mm，长mm，倒内、外角f 89mm孔可涨心轴5检查夹工艺圆，托另一端6精镗镗内孔至f 89.940.035mm夹工艺圆，托另一端7粗、精研磨内孔研磨内孔至（不许用研磨剂）8清洗9终检油缸本体主要加工表面为的内孔，尺寸精度、形状精度要求较高。为保证活塞在油缸体内移动顺利且不漏油，还特别要求孔光洁无划痕，不许用研磨剂研磨。两端面对内孔有垂直度要求。外圆面为非加工面，但自A端起在16mm以内，外圆尺寸允许加工至。为保证内外圆的同轴度要求，长套筒零件的加工中也应采取互为基准和反复加工的原则。该油缸本体外圆为非加工面，为保证壁厚均匀，先以外圆为粗基面加工内孔，然后以内孔为精基准面加工出、Ra为3.2mm的工艺外圆。这样既提高了基准面间的位置精度，又保证了加工质量。对于油缸内孔，因孔径尺寸较大，精度和表面质量要求较高，故孔的最后加工方法为精研。加工方案为：粗镗半精镗粗研精研。4长套筒零件加工工艺为了保证内外表面的同轴度，加工外圆时，一般与空心主轴装夹相似，即使用两顶尖顶孔口倒角或用夹头夹紧一头、用中心架托住另一头。加工孔时，与深孔加工相同，一般采用夹一头，另一头用中心架托外圆。粗加工采用钻、镗孔；半精加工采用铰孔方式（浮动铰孔），表面粗糙度值为Ra2.5mm。光整加工选用珩磨或滚压，表面粗糙度值为Ra0.630.16mm。3.2.2 套筒类零件的工艺特征1套筒类零件的基本工艺过程套筒类零件的基本几何构造和基本功能具有许多共同之处，使其加工方案表现出明显相似性。其基本工艺过程是：备料热处理（锻件调质或正火、铸件退火）粗车外圆及端面调头粗车另一端面及外圆钻孔和粗车内孔热处理（调质或时效）精车内孔划线（键槽及油孔线）插（铣、钻）热处理磨孔磨外圆。2套筒类零件的加工工艺特点套筒类零件因壁薄、长径比大、受力后极易变形等，因此其加工工艺有如下特点。（1）以车削和磨削为主要加工方法。套筒类零件的主要加工表面，多数是具有同一回转轴线的内孔、外圆和端面，可在一次装夹中完成切削加工，较容易保证外圆和内孔的同轴度、端面对轴线的垂直度及外圆、端面、内孔对轴线的圆跳动要求。对于精度要求较高的套筒类零件，可在粗车或半精车后，以外圆和内孔互为定位基准反复磨削，最后以内孔作为定位基准精磨外圆和端面，完成其最终加工，以满足内外圆同轴度、端面对轴线的垂直度以及各加工表面的粗糙度要求。对于有色金属材料的套筒类零件，因不宜采用磨削，对精度要求较高的回转表面常用细车来完成加工。（2）防止变形和保证各加工面的位置精度是加工套筒类零件的关键。如前所述，套筒类零件大多壁薄、长径比大，加工中受夹紧力、切削力、切削热等作用后极易变形，而主要加工面的相互位置精度要求又比较高，因此如何保证主要表面的相互位置精度和防止其加工中的变形是套筒类零件加工的显著工艺特点。（3）使用通用设备和专用工艺装备加工。尽管套筒类零件的技术要求较高，加工中又容易变形，但因其主要加工方法是车削和磨削，因此生产现场仍然广泛采用卧式车床和万能外圆磨床等通用设备。为了保证主要加工面的相互位置精度，往往辅之以专用心轴装夹。3套筒类零件在加工中的关键工艺问题（1）减少夹紧力对变形的影响。 使夹紧力分布均匀。为防止工件因局部受力引起变形，应使夹紧力均匀分布。如图3-18所示，用三爪自定心卡盘夹紧圆形截面的薄壁套时，由于夹紧力分布不均，夹紧后套筒呈三棱形图3-18（a）；加工出符合要求的圆孔图3-18（b）后松开卡爪，工件外圆因弹性变形恢复成圆形，而已加工出的圆孔却变成了三棱形图3-18（c）。为避免出现这种现象，应采用开口过渡环图3-18（d）或专用卡爪图3-18（e）。图3-18 夹紧套筒时的变形误差及消除 变径向夹紧为轴向夹紧。由于薄壁工件径向刚性比轴向差，为减少夹紧力引起的变形，当工件结构允许时，可采用轴向夹紧的夹具，以改变夹紧力的方向，如图3-19所示。 增加套筒毛坯刚性。在薄壁套筒夹持部分增设几根工艺肋或凸边，使夹紧力作用在刚性较好的部位以减少变形，待加工终了时再将肋或凸边切去。（2）减小切削力对变形的影响。 减小背向力。增大刀具主偏角Kr，可有效减小切削的背向力Fp，使作用在套筒件刚度较差部位的径向力明显降低，从而减小径向变形量。 使切削力平衡。内外圆同时加工，可使切削时的背向力相互平衡（内、外圆车刀刀尖相对），从而大大减少甚至消除套筒件的径向变形。图3-19 轴向夹紧薄壁套筒（3）减小切削热对变形的影响。切削热引起的温度升降和分布不均匀会使工件发生热变形。合理选择刀具几何角度和切削用量，可减少切削热的产生；使用切削液可加快切削热的传散；精加工时使工件在轴向或径向有自由延伸的可能，这些措施都可以减少切削热引起的工件变形。（4）粗、精加工应分开进行。将套筒类零件的粗、精加工分开，可使粗加工时因夹紧力、切削力、切削热产生的变形以及在热处理中产生的变形在精加工中得到纠正。3.3 箱体类零件工艺规程编制一般减速箱为了制造与装配方便，应做成可分离的，如图3-20所示。这种箱体在矿山、冶金和起重运输机械中的应用较多。3.3.1 减速机箱体的工艺规程编制实例1减速机箱体的主要技术要求减速机箱体的主要加工表面有轴承支承孔、对合面、端面及底面（装配基面）等。这些加工表面的主要技术要求如下。 对合面对底座底面的平行度误差不得超过0.5/1000。 对合面的表面粗糙度值小于Ra1.6mm，两对合面的结合间隙不超过0.03mm。 轴承支承孔的轴线必须在对合面上，其误差不得超过+0.2mm。 轴承支承孔的尺寸公差为H7，表面粗糙度值小于Ra1.6mm，圆柱度误差不得超过孔径的公差之半，孔距精度误差为+0.050.08mm。2减速机箱体的工艺规程实例减速机箱体的工艺过程见表3-8、表3-9、表3-10。由表可见，减速机箱体虽然也遵循一般箱体的加工原则，但由于结构上的可分离特征，因而在工艺路线拟定和定位基准选择上也有一些特点。图3-20 减速机箱体结构图表3-8减速机箱盖的机械加工工艺过程序 号工 序 名 称工 序 内 容定 位 基 准010铸造毛坯020热处理时效030喷漆涂底漆040刨粗刨对合面凸缘A面050刨刨顶面对合面060磨磨对合面顶面070钻钻结合面连接孔、螺纹底孔，锪沉孔，攻螺纹对合面凸缘轮廓080钻结合面螺纹底孔，攻螺纹对合面及两孔090检验表3-9减速机箱底座的机械加工工艺过程 序 号工 序 名 称工 序 内 容定 位 基 准010铸造020热处理030喷漆040刨粗刨对合面凸缘B面050刨刨底面对合面060钻钻底面4孔，锪沉孔，铰2个工艺孔对合面、端面、侧面、底面、二孔070钻钻侧面油孔、放油孔、螺纹底孔，锪沉孔，攻螺纹底面080磨磨对合面090检验表3-10减速机箱体合装后的机械加工工艺过程序 号工 序 名 称工 序 内 容定 位 基 准010钳将箱盖和底座对准合拢夹紧，配钻、铰二定位销孔，打入锥销，根据箱盖配钻底座结合面的连接孔，锪沉孔020钳拆开箱盖和底座，修毛刺，重新装配箱体，打入锥销，拧紧螺栓030铣铣两端面底面及两孔040镗粗镗轴承支承孔，切孔内槽底面及两孔050镗精镗轴承支承孔底面及两孔060钳去毛刺，清洗，打标记070检验（1）加工路线的拟定。分离式箱体与整体式箱体工艺路线的主要区别在于，整个加工过程分为2个阶段。第1阶段先对箱盖和底座分别进行加工，主要完成结合面及其他平面、紧固孔和定位孔的加工，为箱体合装作准备；第2阶段在合装好的箱体上加工轴承孔及其端面。在2个阶段之间安排钳工工序，将箱盖与底座合装成箱体，并用两锥销定位，使其保持一定的位置关系，以保证轴承孔的加工精度和拆装后的重复精度。（2）定位基准的选择。 精基准的选择：分离式箱体的对合面与底面（装配基面）有一定的尺寸精度和相互位置精度要求；轴承孔轴线应在对合面上，与底面也有一定的尺寸精度和相互位置精度要求。为了保证以上几项要求，加工底座的对合面时，应以底面为精基准，这使对合面加工时的定位基准与设计基准重合；箱体合装后加工轴承孔时，仍以底面为主要定位基准，并与底面上的两定位孔组成典型的一面两孔定位方式。这样轴承孔的加工，其定位基准既符合“基准统一”原则，也符合“基准重合”原则，有利于保证轴承孔轴线与对合面的重合度及与装配基面的尺寸精度和平行度。 粗基准的选择：减速机箱体最先加工的是箱盖或底座的对合面。由于减速机箱体轴承孔的毛坯孔分布在箱盖和底座面2个不同部分上，因而在加工箱盖或底座的对合面时，无法以轴承孔的毛坯面作粗基准，而是以凸缘的不加工面为粗基准，即箱盖以凸缘A面、底座以凸缘B面为粗基准。这样可保证对合面加工凸缘的厚薄较为均匀，减少箱体合装时对合面的变形。3.3.2 箱体类零件的工艺特征1箱体类零件加工的基本工艺过程箱体类零件根据其几何结构、功用和精度不同，会有不同的加工方案。大批量生产时，箱体类零件的一般工艺路线为：粗、精加工定位平