机械制造工艺学（第二版）课件：典型零件加工工艺分析

1

第一节

轴类零件加工工艺

2第二节套类零件加工工艺

第三节箱体类零件加工工艺

3典型零件加工工艺分析4

第四节

齿轮加工工艺

典型零件加工工艺分析

第一节轴类零件加工工艺

1．掌握轴类零件的加工工艺分析方法

2．掌握轴的加工工艺过程

3．掌握轴类零件加工典型案例学习目标

第一节轴类零件加工工艺

一、轴类零件的功用、结构及技术要求

1.功用

轴类零件是机械加工中经常遇到的典型零件之一。在机械设备中，它主要用于支承传动件和传递扭矩，并保证安装在其上的零件的回转精度。

第一节轴类零件加工工艺2.结构

轴类零件是旋转体零件，其长度大于直径，加工表面通常有内外圆柱面、圆锥面，以及螺纹、花键、键槽、横向孔、沟槽等。一般轴类零件根据结构形式的不同，可分为光轴、阶梯轴、空心轴、异形轴、花键轴、曲轴、凸轮轴等。

第一节轴类零件加工工艺

3.技术要求

（1）加工精度

轴的加工精度主要包括结构要素的尺寸精度、形状精度、位置精度及跳动精度。1）尺寸精度2）形状精度3）位置精度4）跳动精度

第一节轴类零件加工工艺

（2）表面粗糙度轴类零件的主要表面粗糙度是根据其运转速度和尺寸精度等级决定的。支承轴颈的表面粗糙度Ra值一般为0.8～0.2μm，配合轴颈的表面粗糙度Ra值一般为3.8～0.8μm。

（3）其他要求

常用的热处理工艺有正火、调质和表面淬火等。

第一节轴类零件加工工艺

二、轴类零件的材料及毛坯1．材料

对于不重要的轴，可采用普通碳素结构钢Q235A、Q255A等一般的轴，可采用优质碳素结构钢如35、45、50钢等。对于重要的轴，当精度、转速要求较高时，采用合金结构钢20CrMnTi、40Cr，轴承钢GCr15，弹簧钢65Mn等。

第一节轴类零件加工工艺2．毛坯

对于光轴和直径相差不大的阶梯轴，一般采用圆棒型材作为毛坯。直径相差较大的阶梯轴和比较重要的轴，应采用锻件作毛坯，其中，大批量生产采用模锻；单件小批量生产采用自由锻。对于结构复杂的轴，可采用球墨铸铁件或锻件作为毛坯。

第一节轴类零件加工工艺

三、轴类零件的加工工艺分析

1．划分加工阶段

按照先粗后精的原则，将粗、精加工分开进行。粗加工外圆表面时，应先加工大直径外圆，再加工小直径外圆。轴上的花键、键槽、螺纹等表面的加工，一般都安排在外圆半精加工以后、精加工以前进行。

2．选择定位基准

在轴类零件的加工过程中，常用两中心孔作定位基准。

第一节轴类零件加工工艺如图所示的传动轴为小批量生产，材料选择45钢，淬火硬度40～45HRC。试分析其加工工艺过程。

第一节轴类零件加工工艺

1．结构分析传动轴的主要结构要素有内外圆柱面、螺纹、键槽等，该轴为典型的阶梯轴结构，有两个支承轴颈。

第一节轴类零件加工工艺

2．技术要求

两端轴颈的尺寸精度为IT7，表面粗糙度Ra值为0.8μm；用于安装齿轮的轴颈的尺寸精度主IT7，表面粗糙度Ra值为1.6μm；右端轴颈外圆上规定了圆柱度为0.02mm；左端轴颈外圆上规定了圆柱度为0.02mm；轴上各配合面对两端轴颈的公共轴线的径向跳动为0.02mm；可保证齿轮平稳传动。

第一节轴类零件加工工艺

3．材料选取传动轴材料为45钢，选用锻件毛坯。

4．划分加工阶段（1）粗加工阶段：钻中心孔、粗车各处外圆。（2）半精加工阶段：半精车各处外圆、车螺纹、铣键槽等。（3）精加工阶段：修研中心孔，粗、精磨各处外圆。

第一节轴类零件加工工艺5．定位基准选择

传动轴在粗加工时是以外圆表面为定位基准。在半精车加工时采用外圆表面加中心孔作为定位基准（即一夹一顶），如图所示。a）采用限位支撑

b）利用工件台阶限位

第一节轴类零件加工工艺精加工时，采用两个中心孔作为定位基准。1—拨盘2、5—前顶尖3、7—鸡心夹头

4—后顶尖6—卡爪8—工件

第一节轴类零件加工工艺

6.热处理工序

由于该轴采用的是锻件毛坯，加工前应安排退火热处理。

最终热处理是淬火后高温回火，该工序应放在半精加工之后，粗精磨之前进行，即在车削螺纹和铣键槽之后进行。

为了保证磨削精度，在淬火后高温回火的热处理之后应安排修研中心孔工序。

第一节轴类零件加工工艺

7．传动轴加工工艺

综合上述分析，传动轴的加工工艺为：锻造毛坯—热处理（退火）—粗车—半精车—车螺纹—铣键槽—热处理（淬火加高温回火）—粗磨—精磨。

第一节轴类零件加工工艺

8．传动轴的加工工艺过程工序号工序名称工序内容工件装夹加工设备1锻锻造毛坯2热处理退火3车车端面，钻中心孔；车另一端面并取总长140mm，钻中心孔三爪自定心卡盘卧式车床4车（1）粗车一端外圆至φ40mm×77mm、φ22mm×22mm（2）半精车该端外圆至φ38.4mm×76mm、φ20.4mm×23mm（3）切槽3×1.5mm（4）倒角C1一夹一顶装夹卧式车床

第一节轴类零件加工工艺传动轴的加工工艺过程（续表）工序号工序名称工序内容工件装夹加工设备5车掉头（1）粗车外圆至φ22mm×64mm、φ17mm×23mm（2）半精车该端外圆至φ20.4mm×65mm、φ16mm×24mm（3）切槽分别至3×1.5mm（4）倒角C1（5）车螺纹M16一夹一顶安装卧式车床6铣粗、精铣键槽分别至6mm×33mm×29mm一夹一顶安装立式铣床7热处理淬火、回火,达到40～45HRC

第一节轴类零件加工工艺传动轴的加工工艺过程（续表）

工序号工序名称工序内容工件装夹加工设备8钳修研中心孔钻床9粗磨（1）粗磨一端外圆分别至

mm和

mm（2）粗磨另一端外圆至

mm双顶尖装夹外圆磨床10精磨精磨两端外圆至尺寸双顶尖装夹外圆磨床11检验检验2．掌握套类零件加工典型案例1．掌握套类零件的加工工艺分析方法

典型零件加工工艺分析第二节套类零件加工工艺

学习目标第二节套类零件加工工艺

一、套类零件的功用、结构及技术要求1．功用套类零件大多起支承或导向作用，其内、外表面的形状精度和位置精度要求较高。2．结构套类零件一般由孔、外圆、端面和沟槽组成。工作时主要承受径向载荷和轴向载荷。第二节套类零件加工工艺

3．技术要求

（1）加工精度

1）尺寸精度

2）形状精度

3）位置精度

4）方向精度

（2）表面粗糙度（3）其他要求第二节套类零件加工工艺

二、套类零件的材料及毛坯

套类零件一般用钢、铸铁、青铜、黄铜等材料制成，材料的选择主要取决于工作条件。套类零件的毛坯类型与所用材料、结构形状和尺寸大小有关，常采用型材、锻件或铸件。毛坯内孔直径小于φ20mm者大多选用棒料；孔径较大、长度较长的零件常用无缝钢管或带孔的铸、锻件。第二节套类零件加工工艺

三、套类零件的加工工艺分析

1．保证相互位置精度的工艺措施

为保证位置精度要求，加工套类零件时应遵循基准统一原则和互为基准原则。第二节套类零件加工工艺

当一次安装不能同时完成内孔、外圆表面加工时，内孔、外圆的加工采用互为基准、反复加工的原则。

第二节套类零件加工工艺

2．防止套类零件变形的工艺措施导致变形的因素工艺措施外力夹紧力（1）使夹紧力均匀分布，如图a所示（2）变径向夹紧为轴向夹紧，如图b所示（3）增加套筒毛坯的刚度，如图c所示切削力（1）增大刀具的主偏角（2）内、外表面同时加工，如图c所示（3）粗、精加工分开进行重力增加辅助支承离心力配重第二节套类零件加工工艺

防止套类零件变形的工艺措施（续表）

导致变形的因素工艺措施内力内应力重新分布（1）退火、时效（2）划分加工阶段热效应切削热（1）选择合理的刀具角度和切削用量（2）浇注充分的切削液（3）留有充分的冷却时间热处理（1）改变热处理方法（2）将热处理工序安排在精加工之前第二节套类零件加工工艺

图a

图c图b第二节套类零件加工工艺

图所示的轴承套材料为HT200，批量生产。现分析其零件的加工工艺过程。第二节套类零件加工工艺

1．功用轴承套主要起支承或导向作用。

2．结构主要结构要素有内外圆柱面、端面、外沟槽等，该轴承套属短套筒类零件。

第二节套类零件加工工艺

3．技术要求

φ40±0.015mm外圆，它的尺寸精度为IT7，表面粗糙度Ra值为1.6μm；内孔φ30H7尺寸精度为IT7，表面粗糙度Ra值为1.6μm；两端端面的表面粗糙度Ra值均为1.6μm；外圆φ44±0.015mm对φ30H7孔的同轴度公差为0.02mm；轴承套的左端面对φ30H7孔轴线的垂直度公差为0.02mm。第二节套类零件加工工艺

4．材料及毛坯

此轴承套的材料为铸铁。毛坯选用外径为φ70mm铸铁棒料，4件合一。

5．保证相互位置精度的工艺措施

从定位基准和装夹方法选择等方面采取措施，尽可能在一次安装中完成内孔、外圆及端面的全部加工。当一次安装不能同时完成内孔、外圆表面加工时，内孔、外圆的加工采用互为基准、反复加工的方法进行加工。第二节套类零件加工工艺

6．加工工艺过程分析

轴承套外圆的精度为IT7，采用精车可以满足要求，内孔精度为IT7，采用铰孔可以满足要求。

内孔加工方案为：钻孔——车孔——铰孔。铰孔时应与左端面一同加工，保证端面与孔轴线的垂直度，并以内孔为基准，利用小锥度心轴装夹加工外圆和另一端面。第二节套类零件加工工艺

轴承套加工工艺过程序号工序名称工序内容定位与夹紧1备料铸铁棒料，按四件合一加工下料2钻中心孔（1）车端面，钻中心孔（2）掉头，车另一端面，钻中心孔三爪夹外圆3粗车车φ60mm外圆，长度为12.5mm，车φ44mm外圆至φ45mm，车退刀槽3×2.5mm，取总长50.5mm，车分割槽φ29×3mm，两端面倒角C1.5。四件同加工，尺寸均相等一夹一顶4钻孔钻φ30H7孔至φ29mm，切断三爪夹φ60mm外圆第二节套类零件加工工艺

轴承套加工工艺过程（续表）

序号工序名称工序内容定位与夹紧5车、铰（1）车端面，取总长50mm至尺寸（2）镗φ30H7mm内孔至mm（3）铰φ30H7mm孔至尺寸（4）孔两端倒角开缝套夹φ44mm外圆6精车车φ44mm外圆至尺寸用小锥度心轴装夹7检验检验

典型零件加工工艺分析第三节

箱体类零件加工工艺学习目标1．掌握箱体类零件的加工工艺分析方法

2．掌握箱体零件的加工工艺过程3．掌握箱体零件加工典型案例

第三节箱体类零件加工工艺

一、箱体零件的功用、结构及技术要求

1．功用、结构

功用：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，并使这些零件保持正确的相对位置，并按一定的传动关系协调地工作。

结构：形状复杂、壁薄且不均匀，内部呈腔形，既有精度要求较高的孔系和平面，也有许多精度要求较低的紧固孔。第三节箱体类零件加工工艺

典型箱体结构a）齿轮油泵箱体

b）齿轮减速箱箱体第三节箱体类零件加工工艺

2．技术要求

（1）主要平面的形状精度和表面粗糙度

（2）孔的尺寸精度

（3）主要孔和平面的相互位置精度

第三节箱体类零件加工工艺

二、箱体零件的材料和毛坯

1．材料

方箱体组合件的材料为普通灰铸铁HT150～HT350，用得较多的是HT200。精度要求较高的坐标镗床主轴箱则选用耐磨铸铁，轿车发动机箱体常用铝合金等有色轻金属制造。

2．毛坯

方箱体组合件的毛坯选择铸件，铸造后应进行退火处理，以便消除铸造时的内应力，改善切削加工性能。第三节箱体类零件加工工艺

三、箱体零件的加工工艺分析

1．选择定位基准

（1）粗基准的选择

大多数箱体上应以主要孔作粗基准，限制四个自由度，辅之内壁或其他毛坯孔为辅助基准，以达到完全定位的目的。

根据生产类型不同，箱体零件的粗基准选择与安装方式也不一样。第三节箱体类零件加工工艺

（2）精基准的选择

1）基准统一原则（一面双孔）

在多数工序中，箱体利用底面（或顶面）及两孔作定位基准，加工其他平面和孔系，以避免由于基准转换而带来的积累误差。

2）基准重合原则（三面定位）

箱体上的装配基准一般为平面，而它们又往往是箱体上其他要素的设计基准，因此，以这些装配基准平面作为定位基准，避免了基准不重合误差，有利于提高箱体各主要表面的相互位置精度。

第三节箱体类零件加工工艺

2．加工顺序的安排

（1）按先面后孔的原则

（2）先主后次原则

（3）粗、精加工分开的原则3．热处理工序的安排

箱体铸造后一般均需进行时效处理。自然时效的效果较好，用于精密机床的箱体铸件。对于普通机床和设备的箱体，一般都采用人工时效。第三节箱体类零件加工工艺

四、箱体零件的加工工艺过程

单件小批量生产时，箱体类零件的基本工艺过程：铸造毛坯—时效—划线—粗加工主要平面及其他平面—划线—粗加工支承孔—二次时效—精加工主要平面和其他平面—精加工支承孔—划线—钻各小孔—攻螺纹、去毛刺。大批量生产时，箱体类零件的基本工艺过程：铸造毛坯—时效—加工主要平面和工艺定位孔—二次时效—粗加工各平面上的孔—攻螺纹、去毛刺—精加工各平面上的孔。第三节箱体类零件加工工艺

试分析图示的方箱体组合件的加工工艺。第三节箱体类零件加工工艺

b）上箱体c）下箱体d）合箱图e）合箱全剖视图第三节箱体类零件加工工艺

1．技术要求

方箱体上的基准面A、B、C作为测量基准和定位基准，其尺寸精度与位置精度要求都比较高。

2．功用与结构

该箱体由上、下两部分组合而成，中间的空腔是为了放置叶片的叶身，因此，方箱体就成了叶片的加工和测量基准。第三节箱体类零件加工工艺

3．定位基准选择

从技术要求上选择方箱体的各个表面作为粗、精加工的定位基准。

4．方箱体的加工顺序

铸造——退火——刨上下箱体六个面——人工时效——粗磨上下箱体上、下平面及中间结合平面——精磨上下箱体中间结合平面——划线——钻孔、攻螺纹、钻配销钉及圆柱销——粗磨宽和长四面——精磨六面。第三节箱体类零件加工工艺

工序号工序名称工序内容装夹基准加工设备1铸造铸造毛坯2热处理退火处理3刨削（1）粗刨上箱体平面及中间接合面，每面均留余量0.5～1mm（2）粗刨下箱体平面及中间接合面，每面均留余量0.5～1mm（3）粗刨其他各面，留余量0.3～0.4mm平面牛头刨床4热处理人工时效5粗磨磨上、下箱体中间接合面，每面留余量0.2～0.3mm6精磨精磨上、下箱体中间接合面，保证上、下平面有磨削余量上、下底平面平面磨床5．方箱体的加工工艺第三节箱体类零件加工工艺

方箱体组合件的加工工艺过程（续表）

工序号工序名称工序内容装夹基准加工设备7钳划孔线及螺纹孔线四周平面划线平板、游标高度尺8钳（1）钻孔、攻螺纹，装入螺钉（2）配钻销孔，装入圆柱销（3）打标记，合箱底平面钻床9粗磨粗磨宽和长四面，每面留余量0.1～0.15mm，平行度及对上、下底平面的垂直度误差不大于0.005mm四周面平面磨床10精磨精磨六面，保证尺寸公差及位置精度与表面粗糙度平面磨床11检验检查

典型零件加工工艺分析学习目标第四节

齿轮的加工工艺

1．了解齿轮的功用结构及技术要求

2．了解齿轮的材料和毛坯

3．掌握圆柱齿轮的加工工艺分析第四节

齿轮的加工工艺

一、齿轮的功用、结构及技术要求

1．功用

齿轮在机械中广泛地用来传递运动和转矩。

2．结构

圆柱齿轮的结构因其使用要求不同而有所差异。从工艺角度、轮齿的分布形式、轮体的结构形式有不同的分类，如下图所示。第四节

齿轮的加工工艺第四节

齿轮的加工工艺

3．技术要求

齿轮制造精度对机器的工作性能、承载能力及使用寿命都有很大影响。齿轮制造应满足以下要求：

（1）传递运动要有一定的准确性和平稳性。

（2）在齿面上载荷分布要均匀。

（3）要保持适度的尺侧间隙，以便储存润滑油，补偿弹性变形和热变形以及齿轮的制造和安装误差。

（4）要有一定的表面结构要求和热处理要求。第四节

齿轮的加工工艺

二、齿轮的材料和毛坯

1.材料

齿轮所用材料有如下要求：（1）具有一定的接触疲劳强度和弯曲疲劳强度。（2）有足够的硬度和耐磨性。（3）具有一定的冲击韧性。（4）从工艺角度要求热处理变形要小，切削性能要好。

2.毛坯

常用的齿轮毛坯见下表。第四节

齿轮的加工工艺

常用的齿轮毛坯材料序号毛坯种类用途1棒料用于一些不重要、受力不大且尺寸较小、结构简单的齿轮2锻造毛坯用于重要且受力较大的齿轮3铸钢毛坯用于直径很大或结构形状复杂的齿轮4铸铁毛坯用于受力小、无冲击、低速的齿轮第四节

齿轮的加工工艺

三、齿轮的加工工艺分析

加工圆柱齿轮时，要保证齿坯加工精度和齿面加工精度。

1.齿坯加工精度

齿坯加工主要包括带孔齿轮的孔与端面、连轴齿轮的中心孔及齿坯外圆和端面的加工。

齿坯孔加工的主要方案有以下三种：

钻孔→扩孔→铰孔→插键槽。

钻孔→扩孔→拉键槽→磨孔。

车孔或镗孔→拉或插键槽→磨孔。

第四节

齿轮的加工工艺

2.齿面加工精度

齿形加工精度选择以下加工方案：

7～8级精度、不需淬硬的齿轮，可用铣齿、滚齿或插齿达到要求。

6～7级精度、不需淬硬的齿轮，可用滚齿→剃齿达到要求。

6～7级精度、需淬硬的齿轮，生产批量较小时可用滚齿（或插齿）→齿面热处理→磨齿的方案，生产批量大时可采用滚齿→剃齿→齿面热处理→珩齿的加工方案。第四节

齿轮的加工工艺

3.圆柱齿轮的加工模式

根据齿轮的材料、精度等级、生产批量及生产条件，可采用三种模式加工齿轮。序号齿轮要求加工路线模式1需调质的整体齿轮毛坯制造→正火→齿坯粗加工→调质→齿坯精加工→齿面粗加工→齿面精加工2需淬火的整体齿轮毛坯制造→正火→齿坯粗加工→调质→齿坯半精加工→齿面粗加工→齿面高频淬火→齿坯精加工→齿面精加工（磨齿或珩齿）3需渗碳碳或渗氮的齿轮毛坯制造→正火→齿坯粗加工→调质或正火→齿坯半精加工→齿面粗加工→齿面半精加工（剃齿）→碳碳淬火或渗氮→齿坯精加工→齿面精加工（磨齿、研齿或珩齿）第四节

齿轮的加工工艺齿轮的零件图如图所示，下面分析单件小批量生产和大批量生产的加工工艺。第四节

齿轮的加工工艺

1．零件分析

该齿轮为模数m＝2mm，齿数z＝55，压力角α＝20°的标准直齿圆柱齿轮。

精度等级为8—7—7—DC，公法线长度Wk＝39.78mm，跨齿数k＝7。

基准内孔直径为φ

mm，基准孔的表面粗糙度Ra值为1.6μm。

毛坯采用锻造，单件小批量生产时采用自由锻，大批大量生产时采用模锻。

基准孔采用磨削方式加工，端面采用车削加工，齿面采用滚齿→磨齿加工。第四节

齿轮的加工工艺2．加工工艺过程（1）单件小批量生产（100件）时，加工工艺过程见下表。

齿轮加工工艺过程（单件小批量生产）序号工序名称工序内容定位基准加工设备1锻自由锻，毛坯尺寸φ120mm×30mm—空气锤2热处理正火—回火炉3粗车车外圆、两端面、内孔，各加工表面留余量2mm外圆、两端面车床4热处理调质HBW240～260—淬火、回火炉5车车φ92mm孔和φ48mm外圆至图要求外圆车床6车车φ32内孔至φ31.8mm，φ114mm外圆、26mm厚度至图样尺寸要求φ92mm孔、端面数车第四节

齿轮的加工工艺

齿轮加工工艺过程（单件小批量生产）（续表）7滚齿滚制齿面，留磨齿余量0.2～0.3mm，粗糙度Ra值达3.2μm内孔、端面滚齿机8钳齿端面倒角、去毛刺——9插插键槽10±0.018mm至图样尺寸要求端面、内孔插床10磨找正内孔及端面（允许0.02mm），磨内孔φ32mm至图样尺寸要求内孔、端面磨床11磨齿磨齿达图样要求内孔、端面磨齿机12钳去全部毛刺——13检验按图样要求检测——第四节

齿轮的加工工艺（2）大批量生产（2000件）时，加工工艺过程见下表

齿轮加工工艺过程（大批量生产）序号工序名称