第2章 典型零件加工工艺

第12章 典型零件加工工艺,121 轴类零件加工1211 概述 1轴类零件的功用与结构特点:轴类零件是机械零件中的关键零件之一，在机器中，它的主要功用是支承传动零件、传递扭矩、承受载荷，以及保证装在轴上的零件等有一定的回转精度。2轴类零件的技术要求:尺寸精度,几何形状精度,相互位置精度,表面粗糙度. 3.轴类零件的材料与热处理:4.轴类零件的毛坯:轴类零件的毛坯常采用棒料、锻件和铸件等毛坯形式。一般光轴或外圆直径相差不大的阶梯轴采用棒料，对外圆直径相差较大或较重要的轴常采用锻件；对某些大型的或结构复杂的轴（如曲轴）可采用铸件。,12.1.2 轴类零件加工的主要工艺问题,1.定位基准的选择:(1)用两中心孔定位。轴类零件最常用两中心孔为定位基准。不仅符合基准重合的原则，并能够在一次装夹中加工出全部外圆及有关端面，这也符合基准统一的原则。粗加工时为了提高零件的刚度，一般用外圆表面或外圆表面与中心孔共同作为定位基准。内孔加工时，也以外圆作为定位基准。(2)空心轴定位基准的选择。对于空心的轴类零件，在加工出内孔后，为了使以后各工序有统一的定位基准，可采用带中心孔的锥堵或锥堵心轴，如图12-2所示。(3)中心孔的修整。中心孔在使用过程中会因磨损和热处理变形而影响轴类零件的加工精度。1）用硬质合金顶尖修研, 2）用油石、橡胶砂轮或铸铁顶尖修研, 3）用中心孔磨床磨削。,12.1.2 轴类零件加工的主要工艺问题(续),2.外圆表面加工:(1)外圆表面的车削加工。轴类零件外圆表面的车削加工可划分为荒车、粗车、半精车、精车和细车等各加工阶段。使用液压仿形刀架可实现车削加工的半自动化，更换靠模、调整刀具都比较简单，可减轻劳动强度，提高加工效率。(2)外圆表面的磨削加工。磨削是外圆表面精加工的主要方法，既能加工淬火件，也能加工未淬火件。磨削可划分为预（粗）磨、精磨、细磨和镜面磨削。提高磨削效率的途径有两条：其一是缩短辅助时间，如自动装卸工件、自动测量及数字显示、砂轮的自动修整与补偿、开发新磨料和提高砂轮耐用度等；其二是缩短机动时间，如高速磨削、强力磨削、宽砂轮磨削和多片砂轮磨削等如图12-7。,12.1.2 轴类零件加工的主要工艺问题(续),3.其它表面的加工方法:(1)花键的加工,花键按截面形状不同可分为矩形、渐开线形、梯形和三角形四种，其中矩形花键盘应用最广。 定心方式常见的是以小径定心和大径定心 ，轴类零件的花键加工常用铣削、滚削和磨削三种方法。(2)螺纹的加工。螺纹是轴类零件的常见加工表面，其加工方法很多，这里仅介绍车削、铣削、滚压和磨削螺纹的特点。,12.1.3 CA6140型卧式车床主轴加工工艺,1.主轴的结构与技术要求分析 :,12.1.3 CA6140型卧式车床主轴加工工艺(续),2.CA6140型车床主轴工艺过程根据上面的分析和生产条件，制订主轴的加工工艺过程如表12-1。3.CA6140车床主轴工艺过程分析 :(1)定位基准的选择。主轴的工艺过程开始，以外圆柱面作粗基准铣端面，钻中心孔，为粗车外圆准备了定位基准，粗车外圆又为深孔加工准备了定位基准，为了给半精加工和精加工外圆准备定位基准，又要先加工好前后锥孔，以便安装锥堵。 (2)加工阶段的划分。主轴是多阶梯通孔的零件，切除大量金属后会引起内应力重新分布而变形，为保证其加工精度，将加工过程划分为三个阶段。调质以前的工序为各主要表面的粗加工阶段，调质以后至表面淬火前的工序为半精加工阶段，表面淬火以后的工序为精加阶段。 (3)热处理工序的安排。主轴毛坯锻造后，首先进行正火处理，以消除锻造应力，改善金相组织结构，细化晶粒，降低硬度，改善切削性能。粗加工后，进行调质处理，以获得均匀细致的回火索氏体组织，使得在后续的表面淬火以后，硬化层致密且硬度由表面向中心降低。在精加工之前，对有关轴颈表面和莫氏6号锥孔进行表面淬火处理，以提高硬度和耐磨性。 (4)加工顺序的安排。加工顺序的按排主要根据其面先行、先粗后精、先主后次的原则。1）深孔加工安排在调质和粗车之后进行; 2）先加工大直径外圆，后加工小直径外圆; 3）花键、键槽的加工放在精磨外圆之前进行; 4）螺纹对支承轴颈有一定的同轴度要求，安排在局部淬火之后进行加工; 5)主轴锥孔的磨削。主轴锥孔对主轴支承轴颈的径向跳动，是机床的主要精度指标，因而锥孔的磨削是主轴加工的关键工序之一。磨削主轴锥孔的专用夹具如图12-16所示，由底座、支架和浮动卡头三部分组成。,12.1.4 轴类零件的检验,1.硬度:硬度在热处理后用硬度计全检或抽检。 2.表面粗糙度:通常使用标准样板用外观比较法凭目测比较，对于表面粗糙度值较小的零件，可用干涉显微镜进行测量。 3.形状精度:(1)圆度误差。当圆柱面的误差为椭圆形时，可用千分尺测出同一截面的最大与最小直径，其差的半值为该截面的圆度误差。当圆柱面的误差为奇数棱形状时，将被测表面放在V型架上用千分表测量，测出零件旋转一周表的最大与最小值，其差的半值为圆度误差。精度高的轴用圆度仪测量。 (2)圆柱度误差。将零件放在V型块或直角座上用千分表测量，精度高的轴用三坐标测量机测量。 4.尺寸精度:在单件小批量生产中，一般用千分尺检验轴的直径；在大批大量生产中，常用极限卡规检验轴的直径。尺寸精度高时，可用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。 5.相互位置精度:(1)两支承轴颈对公共基准同轴度。两支承轴颈对公共基准同轴度的检验如图12-17所示; (2)各表面对两支承轴颈的位置精度。各表面对两支承轴颈的位置精度检验如图12-18所示.,12.2 套筒类零件的加工,12.2.1 概述1.套筒类零件的功用与结构特点:2.套筒类零件的技术要求:(1)内孔的技术要求。内孔是套筒零件起支承或导向作用最主要的表面，通常与运动着的轴、刀具或活塞相配合。(2)外圆的技术要求。外圆表面常以过盈或过渡配合与箱体或机架上的孔相配合起支承作用。 （3）各主要表面间的位置精度:内外圆之间的同轴度 ,孔轴线与端面的垂直度。 3套筒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。 1222套筒类零件加工工艺分析 1短套筒类零件加工工艺分析 :（1）联接套的技术要求与加工特点。,1222套筒类零件加工工艺分析,1短套筒类零件加工工艺分析:（2）联接套加工工艺分析,联接套加工工艺过程见表12-2 .加工方法选择; 2）保证套筒零件表面位置精度的方法:为保证各表面间的位置精度通常应注意以下几个问题: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。 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。3）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。 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；或者制造工艺凸边或工艺螺纹，以减少夹紧变形。 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。,1222套筒类零件加工工艺分析(续),2长套筒类零件加工工艺分析 :液压系统中的液压油缸本体（图12-22）是比较典型的长套筒零件，结构简单，壁薄容易变形，加工面比较少，加工方法变化不多，其加工工艺过程见表12-3。现对长套筒零件加工的共性问题进行分析。（1）液压油缸本体的技术要求。 （2）工艺过程分析。为保证内外圆的同轴度，长套筒零件的加工中也应采取互为基准、反复加工的原则。1223 深孔加工 孔的长度与直径之比L/D5时，一般称为深孔。深孔按长径比又可分为以下三类:L/D=520属一般深孔; L/D=2030属中等深孔; L/D=30100属特殊深孔。 （1）深孔加工的特点。深孔加工中必须首先解决排屑、导向和冷却等几个主要问题，以保证钻孔精度。保持刀具正常工作，提高刀具寿命和生产率。 （2）深孔加工时的排屑方式:外排屑（内冷外排屑）; 2）内排屑（图9-23b）。（3）深孔加工方式。深孔加工时，由于工件较长，工件安装常采用“一夹一托”的方式，工件与刀具的运动形式有以下三种。1）工件旋转、刀具不转只作进给; 2）工件旋转、刀具旋转并作进给; 3）工件不转刀具旋转并作进给。,123 箱体类零件的加工,1231概述1箱体类零件的功用与结构特点 :箱体是机器中箱体部件的基础零件，由它将有关轴、套和齿轮等零件组装在一起，使其保持正确的相互位置关系，彼此按照一定的传动关系协调运动。结构上有共同的特点：构造比较复杂，箱壁较薄且不均匀，内部呈腔形，在箱壁上既有许多精度较高的轴承支承孔和平面，也有许多精度较低的紧固孔。箱体类零件需要加工的部位较多，加工的难度也较大。,2箱体类零件的材料及毛坯材料一般采用灰铸铁，常用的牌号为HT200HT400。一般采用木模手工造型，毛坯的精度低，加工余量大。大批大量生产时，通常采用金属模机器造型，,3箱体类零件的主要技术要求 支承孔的精度和表面粗糙度,支承孔之间的孔距尺寸精度及相互位置精度,主要平面精度和表面粗糙度,支承孔与主要平面的尺寸精度和相互位置精度.,1232 箱体类零件加工的主要工艺问题,1箱体类零件平面的加工 :箱体类零件平面的加工常采用刨削、铣削和磨削。2.箱体类零件的孔系加工 : (1)平行孔系的加工 -找正法（可分为划线找正法，心轴块规找正法和样板找正法，适用于单件小批量生产）、镗模法 及坐标法 。,12.3.2 箱体类零件加工的主要工艺问题（续）,(2)同轴孔系的加工。同轴孔系的主要技术要求是孔的同轴度。保证孔的同轴度有如下方法。 1）镗模法 2）利用已加工过的孔作支承导向。 3）利用镗床后立柱上的导向套支承镗杆。 4）采用调头镗法。(3)交叉孔系的加工。交叉孔系的主要技术要求是各孔的垂直度，在普通镗床上主要靠机床工作台上的回转精度。,12.3.3 圆柱齿轮减速器箱体加工工艺,1.结构与技术条件分析 ：2.工艺过程分析 ： (1)加工路线的拟定 (2)定位基准的选择 ：精基准的选择 （加工底座的结合面时，应以底面为精基准，这样可使结合面加工时的定位基准与设计基准重台，有利于保证结合面至底面的尺寸精度和位置精度。箱体对合装配后加工轴承孔时，仍以底面为主要定位基准，并与底面上的两定位销孔组成一面两孔的定位方式 ），粗基准的选择 （采用凸缘的不加工面为粗基准，如箱盖以凸缘A面为粗基准，底座以凸缘B面为粗基准。 ）,12.3.4 箱体类零件的检验,箱体类零件的检验项目主要有：各加工表面的粗糙度及外观，孔的尺寸精度，孔和平面的几何形状精度，孔系的相互位置精度。1.各加工表面的粗糙度及外观 2.孔的尺寸精度 ：塞规检验 3.孔的形状精度 ：用内径量具（如内径千分尺、内径百分表等）测量，对于精密箱体，需用精密量具来测量。 4.平面的几何形状精度 ：平面的直线度可用水平仪、准直仪及平尺等检验。平面度可用平台及百分表等相互组合的方法进行检验。 5.孔系的相互位置精度 ：(1)同轴度 ：使用检验棒 。(2)平行度 ：如图12-34 。(3) 垂直度 ：如图12-35 。,12.4 圆柱齿轮加工,12.4.1概述 1.圆柱齿轮的功用与结构特点 ：按规定的速比传递运动和动力。按照轮齿的形式，齿轮可分为直齿，斜齿和人字齿轮等；按照轮体的结构，齿轮大致可分为盘形齿轮、套类齿轮、轴类齿轮、内齿轮、扇形齿轮和齿条等。常见的圆柱齿轮见图12-36所示。 2.圆柱齿轮的材料及毛坯 ：齿轮的材料种类很多。对于低速、轻载或中载的一些不重要的齿轮，常用45钢经正火或调质处理后，对于速度较高，受力较大或精度较高的齿轮，常采用20Cr、40Cr、18CrMnTi等合金钢。铸铁和非金属材料可用于制造轻载齿轮。 3.圆柱齿轮的技术要求 ：(1)齿轮传动精度。评定运动精度，工作平稳性精度和接触精度。(2)齿侧间隙。齿侧间隙是指齿轮啮合时，轮齿非工作表面之间沿法线方向的间隙。 (3)坯基准面的精度。齿坯基准表面的尺寸精度和形位精度直接影响齿轮的加工精度和传动精度 (4)表面粗糙度。,12.4.2 圆柱齿轮加工的主要工艺问题,1.定位基准的选择与加工 ：齿轮加工时的定位基准应符合基准重合与基准统一的原则，对于小直径的轴齿轮, 可采用两