第6章典型零件加工工艺概要.ppt

第6章典型零件加工工艺 6 1轴类零件的加工 6 1 1轴类零件的分类 特点及技术要求6 1 2轴类零件的材料 毛坯及热处理6 1 3轴类零件的装夹方式6 1 4轴类零件工艺过程示例 CA6140车床主轴的工艺过程 6 1 5轴类零件的检验 6 1 1轴类零件的分类 特点及技术要求 轴是机械加工中常见的典型零件之一 它在机械中主要用于支承齿轮 带轮 凸轮以及连杆等传动件 并传递扭矩 按结构形式不同可分为光轴 阶梯轴 空心轴和异形轴 包括曲轴 半轴 凸轮轴 偏心轴 十字轴和花键轴等 四类 如图6 1所示 根据轴类零件的功用和工作条件 其技术要求如下 1 尺寸精度 2 几何形状精度 3 相互位置精度 4 表面粗糙度 5 其他 如热处理 倒角 倒棱及外观修饰等要求 6 1 2轴类零件的材料 毛坯及热处理 1 轴类零件的材料 1 轴类零件材料轴类零件材料常用45钢 也可选用球墨铸铁 精度较高的轴可选用40Cr 轴承钢GCr15 弹簧钢65Mn 对高速 重载的轴 选用20CrMnTi 20Mn2B 20Cr等低碳合金钢或38CrMoAl氮化钢 2 轴类毛坯常用圆棒料和锻件 大型轴或结构复杂的轴采用铸件 毛坯加热锻造后可使金属内部纤维组织沿表面均匀分布 从而获得较高的抗拉 抗弯及抗扭强度 2 轴类零件的热处理 锻造毛坯在加工前均需安排正火或退火处理 以使钢材内部晶粒细化 消除锻造应力 降低材料硬度及改善切削加工性能 调质一般安排在粗车之后 半精车之前 以获得良好的物理力学性能 表面淬火一般安排在精加工之前 这样可以纠正因淬火引起的局部变形 对于精度要求较高的轴 在局部淬火或粗磨之后还需进行低温时效处理 6 1 3轴类零件的装夹方式 1 采用两中心孔定位装夹一般以重要的外圆面作为粗基准定位 加工出中心孔 再以轴两端的中心孔为定位精基准 应尽可能做到基准统一 基准重合 互为基准 并实现一次安装加工多个表面 对于空心轴或短小轴等不可能用中心孔定位的情况 可用轴的外圆面定位 夹紧并传递扭矩 一般可采用三爪卡盘 四爪卡盘等通用夹具 或各种高精度的自动定心专用夹具如液性塑料薄壁定心夹具 膜片卡盘等 2 用外圆表面定位装夹 加工空心轴的外圆表面时 常用带中心孔的各种堵头或拉杆心轴来安装工件 小锥孔时常用堵头 大锥孔时常用带锥堵的拉杆心轴 如图6 2所示 3 用各种堵头或拉杆心轴定位装夹 6 1 4轴类零件工艺过程示例 CA6140车床主轴的工艺过程 由零件简图可知 该主轴呈阶梯状 其上有安装支承轴承 传动件圆柱 圆锥面 安装滑动齿轮的花键 安装卡盘及顶尖的内外圆锥面 联接紧固螺母的螺旋面 通过棒料的深孔等 普通精度等级 材料为45钢 生产类型为大批生产 1 主轴毛坯选择 1 主轴的技术分析 支承轴颈 与传动件连接的配合轴颈表面 共有 80h5 89f6 90g5三段 端部锥孔 轴端部短锥C和端面D对主轴二个支承轴颈A B的径向圆跳动公差为0 008mm 表面粗糙度Ra为1 25mm 表面也需淬火 是安装卡盘的定位面 螺纹主轴上螺旋面的误差是造成压紧螺母端面跳动的原因之一 在加工主轴螺纹过程中 应控制螺纹表面轴心线与支承轴颈轴心线的同轴度 一般规定不超过 0 025mm 2 主轴各主要部分的作用及技术要求 从以上分析可以看出 主轴的主要加工表面是两个支承轴颈 锥孔 前端短锥面及其端面 以及装齿轮的各个轴颈等 保证支承轴颈本身的尺寸精度 几何形状精度 两个支承轴颈之间的同轴度 支承轴颈与其它表面的相互位置精度和表面粗糙度 是主轴加工的关键所在 为保证各主要表面的相互位置精度 主轴加工选择定位基准应遵循基准重合 基准统一和互为基准等原则 在一次装夹中尽可能加工出较多的表面 2 主轴加工定位基准选择 3 主要加工表面加工工序 1 表面的加工工序选择 主要表面加工 主轴外圆表面粗加工 以顶尖孔定位 外圆表面半精加工 以顶尖孔定位 钻通孔 以半精加工过的外圆表面定位 锥孔粗加工 以半精加工过的外圆表面定位 加工后配锥堵 外圆表面精加工 以锥堵顶尖孔定位 锥孔精加工 以精加工外圆面定位 非主要表面加工 对主轴来说非主要表面指螺孔 花键 键槽 螺纹等 为提高产品生产率 应在确定主要表面加工顺序后 合理地插入非主要表面的加工工序 2 热处理安排 主轴热处理安排一般为 毛坯锻造 正火 粗车 调质 预备热处理 半精车 精车 淬火 回火 最终热处理 粗磨 精磨 4 CA6140车床主轴加工工艺过程 生产类型为大批生产 材料牌号45号钢 毛坯种类为模锻件 CA6140车床主轴加工工艺过程见表6 1 6 1 5轴类零件的检验 1 加工中的检验将自动测量装置作为辅助装置安装在机床上 可在加工中进行检验 这种检验方式能在不影响加工的情况下 根据测量结果 主动地控制机床的工作过程 如改变进给量 自动补偿刀具磨损 自动退刀 停车等 使之适应加工条件的变化 防止产生废品 故又称为主动检验 主动检验属在线检测 即在设备运行 生产不停顿的情况下 根据信号处理的基本原理 掌握设备运行状况 对生产过程进行预测预报及必要调整 2 加工后的检验 在单件小批生产中 尺寸精度一般用外径千分尺检验 大批大量生产时 常采用光滑极限量规检验 长度大而精度高的工件可用比较仪检验 表面粗糙度可用粗糙度样板进行检验 要求较高时则用光学显微镜或轮廓仪检验 圆度误差可用千分尺测出的工件同一截面内直径的最大差值的一半来确定 也可用千分表借助V形铁来测量 若条件允许可用圆度仪检验 圆柱度误差通常用千分尺测出同一轴向剖面内最大与最小值之差的方法来确定 主轴相互位置精度检验一般以轴两端顶尖孔或工艺锥堵上的顶尖孔为定位基准 在两支承轴颈上方分别用千分表测量 6 2箱体类零件的加工 6 2 1箱体类零件概述6 2 2箱体类零件的结构工艺性分析6 2 3箱体类零件加工工艺过程及工艺分析6 2 4箱体类零件加工实例 6 2 1箱体类零件概述 1 箱体类零件的功用与结构特点箱体是机器的基础零件 它将机器中有关部件的轴 套 齿轮等相关零件连接成一个整体 并使之保持正确的相互位置 以传递转矩或改变转速来完成规定的运动 故箱体的加工质量直接影响机器的性能 精度和寿命 箱体类零件的结构复杂 壁薄且不均匀 加工部位多 加工难度大 各种箱体由于应用不同 其尺寸大小和结构形式也有很大的差异 一般按箱体上主要轴承孔是否剖分将箱体分为整体式箱体和剖分式箱体 图6 4所示为几种箱体类零件的结构简图 其中 a c d 为整体式箱体 b 为剖分式箱体 2 箱体零件的主要技术要求 1 孔径精度 2 孔与孔的位置精度 3 孔和平面的位置精度 4 主要平面的精度 5 表面粗糙度 3 箱体类零件的材料及毛坯 箱体类零件的材料常选用各种牌号的灰铸铁 这是因为灰铸铁具有较好的耐磨性 铸造性和可切削性 并且吸振性好 成本低廉 某些负荷较大的箱体则采用铸钢件 也有某些简易箱体为缩短毛坯制造周期而采用钢板焊接结构 6 2 2箱体类零件的结构工艺性分析 1 基本孔2 同轴孔3 装配基面4 凸台5 紧固孔和螺孔 6 2 3箱体类零件加工工艺过程及工艺分析 在拟定箱体类零件机械加工工艺规程时 有一些基本原则应该遵循 1 先面后孔 2 粗精分开 先粗后精 3 基准的选择 4 工序集中 先主后次 6 2 4箱体类零件加工实例 以卧式车床主轴箱箱体的加工工艺为例 1 零件分析 其生产类型为中小批量生产 材料为HT200 毛坯为铸件 加工余量为 底面8mm 顶面9mm 侧面和端面7mm 铸孔7mm 1 主要表面及其精度要求 2 位置精度要求 2 单件 小批量卧式车床主轴箱箱体加工工艺过程 3 卧式车床主轴箱大批量生产时的加工工艺过程 6 3圆柱齿轮加工 6 3 1圆柱齿轮加工概述6 3 2圆柱齿轮齿面 形 加工方法6 3 3圆柱齿轮加工工艺过程示例 6 3 1圆柱齿轮加工概述 1 圆柱齿轮的结构特点和分类如图6 7所示 常见的圆柱齿轮有以下几类 盘类齿轮 图a为单联 b为双联 c为三联 套类齿轮 图d 内齿轮 图e 轴类齿轮 图f 扇形齿轮 图g 齿条 图h 齿圈可看作半径无限大的圆拄齿轮 其中盘类齿轮应用最广 2 圆柱齿轮的精度要求 1 运动精度确保齿轮准确地传递运动和传动比恒定 要求最大转角误差不超过相应的规定值 2 工作平稳性要求传动平稳 振动 冲击 噪声小 3 齿面接触精度为保证传动中载荷分布均匀 啮合齿轮的齿面接触要求均匀 以避免局部载荷过大 应力集中等原因造成齿面过早磨损或齿根折断 4 齿侧间隙要求传动齿轮的非工作面间留有间隙 以补偿温升 弹性形变 加工装配的误差并利于润滑油的储存和油膜的形成 3 齿轮材料 毛坯和热处理 1 材料选择根据使用要求和工作条件选取合适的材料 普通齿轮选用中碳钢和中碳合金钢 如40 45 50 40MnB 40Cr 45Cr 42SiMn 35SiMn2MoV等 要求高的齿轮可选取20Mn2B 18CrMnTi 30CrMnTi 20Cr等低碳合金钢 对于低速轻载的开式传动可选取ZG40 ZG45等铸钢材料或灰口铸铁 非传力齿轮可选取尼龙 夹布胶木或塑料等 2 齿轮毛坯毛坯的选择取决于齿轮的材料 形状 尺寸 使用条件和生产批量等因素 常用的毛坯种类有 铸铁件 用于受力小 无冲击 低速的齿轮 棒料 用于尺寸小 结构简单 受力不大的齿轮 锻坯 用于高速重载齿轮 铸钢坯 用于结构复杂 尺寸较大且不宜锻造的齿轮 3 齿轮热处理 毛坯的热处理 为了消除锻造和粗加工造成的残余应力 改善齿轮材料内部的金相组织和切削加工性能 在齿轮毛坯加工前后通常安排正火或调质等热处理 齿面的热处理 为了提高齿面硬度 增加齿轮的承载能力和耐磨性而进行的齿面高频淬火 渗碳淬火 氮碳共渗和渗氮等热处理工序 一般安排在滚齿 插齿 剃齿之后及珩齿 磨齿之前 6 3 2圆柱齿轮齿面 形 加工方法 1 齿轮齿面 形 加工方法的分类 1 成形法用与被切齿轮齿槽形状相符的成形刀具切出齿面的方法 如铣齿 拉齿和成型磨齿等 2 展成法齿轮刀具与工件按齿轮副的啮合关系作展成运动而切出齿面的方法 工件的齿面由刀具的切削刃包络而成 如滚齿 插齿 剃齿 磨齿和珩齿等 2 圆柱齿轮齿面 形 加工方法选择 常用的齿面加工方案见表6 4 6 3 3圆柱齿轮加工工艺过程示例