《机械制造工艺》教学课件-第四章-典型零件加工工艺

典型零件加工工艺第四章01020304轴类零件加工工艺圆柱齿轮加工工艺箱体类零件加工工艺扩径头模块加工工艺第一节轴类零件加工工艺轴类零件在机器中用来支承传动零部件，以实现运动和动力的传递。4.1轴类零件加工工艺4.1.1轴类零件加工工艺概述1.轴类零件及其技术要求轴类零件是机器中应用最多的零件，它是绕轴线旋转的零件，其长度大于直径。它主要由一些常用表面构成，通常有内外圆柱面、内外圆锥面、螺纹、键槽、花键、横向孔、沟槽等。根据其形状结构特点，可将轴类零件分为光轴、空心轴、半轴、阶梯轴、花键轴、十字轴、偏心轴、曲轴及凸轮轴等。轴类零件的技术要求主要有以下几方面：（1）尺寸精度和几何形状精度。轴的轴颈是轴类零件的主要表面，主要用来安装轴承、带轮、齿轮等支承件和传动件，它影响轴的旋转精度与工作状态。轴颈的直径尺寸精度根据使用要求通常为IT6～IT9，甚至IT5。轴颈的几何形状精度（圆度、圆柱度）应限制在直径尺寸公差之内；对精度要求高的轴，几何形状精度也可在零件图上规定允许偏差。4.1轴类零件加工工艺4.1.1轴类零件加工工艺概述（2）相互位置精度。保证配合轴颈（轴上装配传动件的轴颈）相对支承轴颈（轴上装配轴承的轴颈）的同轴度，是轴类零件相互位置精度的普遍要求。普通精度轴的配合轴颈对支承轴颈的径向圆跳动一般为0.01～0.03mm，高精度轴为0.001～0.005mm。（3）表面粗糙度。支承轴颈的表面粗糙度比其他轴颈要求严格，其表面粗糙度Ra为0.16～0.63μm；配合轴颈的表面粗糙度Ra一般为0.63～1.6μm。例如，某一车床主轴零件各项技术要求如图4-1所示。4.1轴类零件加工工艺4.1.1轴类零件加工工艺概述图4-1某一车床主轴零件各项技术要求4.1轴类零件加工工艺4.1.1轴类零件加工工艺概述2.轴类零件的材料、毛坯及热处理（1）轴类零件的材料。一般轴类零件材料常用45钢，并根据不同的工作条件采用不同的热处理工艺，以获得一定的强度、韧性和耐磨性。中等精度而转速较高的轴可选用40Cr等合金结构钢，经调质和表面淬火处理后具有较高的综合机械性能。精度较高的轴可选用轴承钢材GCr15和弹簧钢65Mn及低变形的CrMn或CrWMn等材料，通过调质和表面淬火及其他冷、热处理后，具有更高的耐磨性、耐疲劳或结构稳定性能。在高转速、重载荷等条件下工作的轴可选用20CrMnTi、20Mn2B、20Cr等低碳合金钢或38CrMoAl氮化钢。低碳合金钢经渗碳淬火处理后具有很高的表面硬度、冲击韧性和心部强度，但热处理变形较大。而氮化钢经调质和表面氮化后具有很高的心部强度，优良的耐磨性能及耐疲劳强度，热处理变形却很小。4.1轴类零件加工工艺4.1.1轴类零件加工工艺概述（2）轴类零件的毛坯。轴类零件最常用的毛坯是轧制圆棒料和锻件，只有某些大型的、结构复杂的轴才采用铸件。因毛坯经过加热锻造后能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、抗弯及扭转强度，故除光轴、直径相差不大的阶梯轴可使用热轧圆棒料和冷拉圆棒料外，一般比较重要的轴都应采用锻件毛坯。其中，自由锻造毛坯多用于轴的中小批量生产，模锻毛坯则只适用于轴的大批量生产，如汽车发动机上的曲轴、凸轮轴。（3）轴类零件的热处理。轴的锻造毛坯在机械加工前需进行正火或退火处理，以使晶粒细化、消除锻造内应力、降低硬度和改善切削加工性能。要求局部表面淬火的轴在淬火前安排调质或正火处理。毛坯余量较大时，调质放在粗车之后、（半）精车之前进行；毛坯余量较小时，调质可安排在粗车之前进行。表面淬火一般放在精加工之前，可使淬火变形在精加工后得到纠正。对于精度高的轴，在局部淬火或粗磨后需进行低温时效处理，以消除磨削内应力、淬火内应力和继续产生内应力的残余奥氏体，保持加工后尺寸的稳定。氮化钢需在氮化前进行调质和低温时效处理，不仅要求调质后获得均匀细致的索氏体组织，而且要求离表面8～10mm层内铁素体含量不超过5%，否则会造成氮化脆性，导致轴的质量低劣。由此可见，轴的精度越高，对其材料及热处理要求越高，热处理次数也越多。4.1轴类零件加工工艺4.1.2轴类零件加工工艺过程及分析1.车床主轴零件加工工艺过程轴类零件加工工艺因其用途、结构形状、技术要求、材料种类、产量大小等因素而有所差异。现以车床空心主轴为例，讨论轴类零件加工工艺。（1）主轴的技术条件分析。图4-1所示车床主轴零件的支承轴颈A、B是装配基准。当支承轴颈不圆或轴颈之间不同轴时，将引起主轴的回转误差，直接影响零件加工的几何精度，故对A、B两段轴颈的加工提出很高的要求。主轴前端锥孔中心线必须与支承轴颈的中心线严格同轴，否则会使工件加工后产生相对位置误差。主轴前端外圆锥面和端面是安装卡盘的定位表面，该圆锥表面必须与支承轴颈同轴，端面应与主轴的旋转中心线垂直。主轴上的螺纹用于固定与调节主轴滚动轴承，如螺纹中径与支承轴颈不同轴，螺母锁紧后会造成主轴弯曲、滚动轴承内圈中心线倾斜，引起主轴径向跳动，因此必须控制螺纹中径与支承轴颈的同轴度。主轴轴向定位面与主轴旋转中心线不垂直时，会使主轴产生周期性的轴向窜动，会造成加工工件端面对中心线的垂直度误差；加工螺纹时，将引起工件螺距周期性误差。4.1轴类零件加工工艺4.1.2轴类零件加工工艺过程及分析由上面的分析可知，主轴的支承轴颈、配合轴颈、前锥孔、前端外圆锥面及端面、锁紧螺纹等表面是主轴的主要加工表面。其中，支承轴颈本身的尺寸精度、几何形状精度、相互位置精度和表面粗糙度尤为重要。（2）卧式车床主轴加工工艺过程。卧式车床主轴大批量生产的加工工艺过程见表4-1。4.1轴类零件加工工艺4.1.2轴类零件加工工艺过程及分析4.1轴类零件加工工艺4.1.2轴类零件加工工艺过程及分析2.卧式车床主轴加工工艺过程分析（1）加工阶段划分。主轴是带通孔的阶梯轴，在切除大量的金属后会引起残余应力重新分布而变形，安排工序时应将粗、精加工分开，主要表面的精加工应放在最后进行。该主轴调质之前的工序属于各主要表面的粗加工阶段，调质以后的工序则属于半精加工和精加工阶段。要求较高的支承轴颈和锥孔的精加工放在最后进行。主轴加工工艺过程以主要表面粗加工、半精加工和精加工为主线，适当穿插其他表面的加工工序、热处理和检验工序。（2）定位基准选择与转换。轴类零件加工最常用的定位基准是两顶尖孔。因为轴类零件的设计基准是轴的中心线，采用顶尖孔定位能在一次安装中加工出较多的表面，符合基准重合原则和基准统一原则。在上述主轴工艺中，半精车、精车、粗磨及精磨各部外圆及端面、铣花键、车螺纹等工序，都以顶尖孔作为定位基准。但锥孔的车削及磨削只能选择外圆表面为定位基准，因此磨削锥孔时选择主轴的装配基准（前后支承轴颈）作为定位基准，可消除基准不重合造成的定位误差，使锥孔的径向跳动便于控制，亦符合互为基准、反复加工的原则。4.1轴类零件加工工艺4.1.2轴类零件加工工艺过程及分析对于空心主轴，顶尖孔因钻出通孔而消失。为了在通孔加工后仍能以顶尖定位，需在主轴两端锥孔中插入带有顶尖孔的锥堵或锥套心轴，如图4-2所示。锥堵应有较高的精度，必须保证锥堵锥面与顶尖孔有较高的同轴度。在使用中应尽量减少锥堵安装次数，因为重新安装会引起安装误差。所以，对中小批量生产来说，锥堵安装后一般不中途更换。图4-2锥堵与锥套心轴4.1轴类零件加工工艺4.1.2轴类零件加工工艺过程及分析表4-1所列工艺过程中定位基准的使用与转换大体如下：工艺过程开始以支承轴颈作粗基准铣两端面、打中心孔，为粗车外圆准备定位基准,如图4-3所示；而粗车外圆又为深孔加工准备了定位基准；之后，先加工好前、后锥孔以便安装锥堵，为半精和精加工外圆准备定位基准；在终磨锥孔之前，必须磨好轴颈表面，然后用支承轴颈定位磨削锥孔，以便获得较高的锥孔位置精度。图4-3外圆加工的基准准备4.1轴类零件加工工艺4.1.2轴类零件加工工艺过程及分析（3）工序安排顺序。主轴加工工序的加工准备阶段包括毛坯制造和正火，粗加工阶段为铣端面、打中心孔、粗车外圆与调质，半精加工阶段为半精车外圆、加工各辅助表面与表面淬火，精加工阶段为主要表面（外圆表面与锥面）精加工。具体安排加工顺序时应注意以下几点：①基准先行原则。毛坯加工过程中首先应加工定位基准面。例如，必须在工序5完成顶尖孔加工才能粗车各外圆，必须在工序11和12完成安装锥堵工作之后才能进行各辅助面、各外圆表面半精车，必须在完成工序17前锥孔磨削加工较准确地安装锥堵才能精磨各外圆表面，又必须在完成外圆的精加工后，以外圆为定位基准精确磨前锥孔。②深孔加工安排。主轴深孔加工工序安排应注意两点：第一，钻孔安排在调质之后进行。因为工件经调质处理变形较大，如先加工深孔，孔会产生较大弯曲变形。第二，钻深孔应安排在外圆粗车或半精车之后，以便有一个较精确的轴颈做定位基准，保证孔与外圆的同轴度，使主轴孔壁厚度均匀。4.1轴类零件加工工艺4.1.2轴类零件加工工艺过程及分析③次要表面加工安排。主轴上的花键、键槽等次要表面通常均安排在外圆精车、粗磨之后或精磨之前进行加工。如果在精车前就铣出键槽，精车时会因断续切削而影响加工质量和容易损坏刀具，也难控制键槽的深度。但这些加工放在主要表面精磨以后进行则会破坏主要表面精度。由于主轴上的螺纹中径对支承轴颈同轴度要求较高，因此车螺纹工序必须安排在主轴局部淬火之后，而且车螺纹时使用的定位基准与精磨外圆使用的定位基准应相同。4.1轴类零件加工工艺4.1.3轴类零件加工中的几个主要问题1.轴类零件外圆表面的车削车削轴类零件外圆表面，粗加工、半精加工一般都在普通车床上进行。大批生产可采用多刀半自动车床及数控车床加工。多刀半自动车床加工可缩短加工时间和测量轴向尺寸等辅助时间，从而提高生产率。但是调整刀具花费的时间长，而且切削力大，要求机床的功率和刚度较大。以数控车床为基础，配备简单的机械手及零件输送装置组成的零件生产自动线，已成为大批量生产轴类零件的重要方法和手段。采用车削加工中心加工轴类零件是一项新技术。机械制造业的发展要求机床具有较大的柔性，即能快速频繁地更换加工对象。车削加工中心，特别是车铣复合加工中心的加工柔性大，机床调整时间短，无论生产批量大或小都可实现自动化生产，能够完成车、铣、钻、攻丝、镗等加工。这些机床采用工序集中方式加工，车内外表面和端面、加工沟槽、铣键槽、钻孔、加工螺纹等各种表面可以在一次安装中完成，加工精度和效率也比卧式车床高得多。4.1轴类零件加工工艺4.1.3轴类零件加工中的几个主要问题4.1轴类零件加工工艺4.1.3轴类零件加工中的几个主要问题4.1轴类零件加工工艺4.1.3轴类零件加工中的几个主要问题2.轴类零件外圆表面的磨削磨削外圆是轴类零件精加工的最主要方法，一般安排在最后进行。磨削分粗磨、精磨、细磨及镜面磨削。轴外圆表面的磨削通常以顶尖孔作为定位基准，要提高外圆表面加工精度就必须提高顶尖孔的自身精度。在轴加工过程中顶尖孔可能会磨损、拉毛，热处理后会产生氧化皮及变形，这需要在精磨外圆之前对顶尖孔进行一次修研。修研顶尖孔可在车床、钻床或专用顶尖孔磨床上进行。4.1轴类零件加工工艺4.1.3轴类零件加工中的几个主要问题4.1轴类零件加工工艺4.1.3轴类零件加工中的几个主要问题3.轴类零件的深孔加工通常将孔的长度与直径之比大于5的孔称为深孔。加工深孔的难度比加工普通孔大，生产率低，加工方法也有所不同。深孔钻削有以下特点：由于深孔加工刀具细长，刚性差，加工中易产生引偏和振动，因此孔的轴线易歪斜；刀具冷却散热条件差，切削温度容易升高，刀具耐用度低；切屑排出困难，不仅会划伤已加工表面，严重时还会造成刀具崩刃，甚至折断。所以深孔加工要有相应措施，如采取工件旋转方式，改进刀具导向结构，防止引偏；采用压力输送切削液，既冷却刀具又方便排屑；改进刀具结构以便强制断屑，使切屑在磨削液的压力下顺利排出。单件小批生产时，常采用加长柄麻花钻在车床上加工深孔，但排屑与冷却刀具困难，需要多次退刀操作，生产率低，劳动强度大。大批量生产时，则采用在专用深孔钻床上用深孔钻头进行钻削。4.1轴类零件加工工艺4.1.3轴类零件加工中的几个主要问题4.1轴类零件加工工艺4.1.3轴类零件加工中的几个主要问题4.主轴锥孔的精加工主轴锥孔对主轴支承轴颈的径向跳动是机床主要精度指标之一，因此锥孔的磨削是主轴加工关键工序之一。锥孔加工通常在专用夹具上进行。为了获得高的同轴度，对其采用互为基准原则。夹具由底座、支承架及浮动夹头三部分组成，支承架固定在底座上，支承架前后各有一个V形体，工件放在V形体上。工件中心与磨头中心必须等高，否则磨出的锥孔母线会呈双曲线形状。后部浮动夹头锥柄装在磨床头架轴锥孔内，它能限制工件的轴向窜动并向工件传递扭矩。采用这种连接可以保证工件加工精度不受内圆磨床主轴回转误差及机床振动的影响。4.1轴类零件加工工艺4.1.3轴类零件加工中的几个主要问题5.主轴的检验主轴质量检验的内容包括表面粗糙度、表面硬度、几何形状精度、相互位置精度和尺寸精度。对于表面粗糙度，可以通过外表观察对比，还可采用轮廓仪测出表面粗糙度值。对于表面硬度，在热处理后抽检。一般用长度测量仪先检验表面尺寸精度和几何形状精度。精密主轴的圆度用圆度仪检查。然后使用专用检具检验其相互位置精度。应先检验测量基准的几何形状和尺寸精度。以两支承轴颈做测量基准能使测量基准与设计基准、装配基准重合，避免基准不重合带来测量误差。如图4-4所示，将主轴支承在同一个平台上的两块V形块中，并将粘在左端锥堵顶尖孔上的钢球始终靠在左挡块上，限制主轴轴向移动。其中一个V形块高度可调，使主轴的中心线与测量平面平行。检验时，首先用百分表1和5校正好主轴在V形块中的位置，使主轴中心线与测量平面平行，在主轴前端锥孔插入检验棒，缓慢、均匀转动主轴一圈，百分表1和5读数之差就是两段轴颈同轴度误差。表3、4、7、8、9分别测量各轴颈及锥孔中心相对于支承轴颈的同轴度。表2、6检验M、N端面相对于支承轴颈的垂直度。表10测量主轴轴向跳动。4.1轴类零件加工工艺4.1.3轴类零件加工中的几个主要问题前端锥孔应用专用锥度塞规涂色检查接触精度，这项检查应在上述项目之前进行，因为接触不好将影响锥孔相互位置精度检验。图4-4主轴的检验第二节圆柱齿轮加工工艺齿轮传动在现代机器和仪器中的应用极为广泛，其功用是按照规定的速比传递运动和动力。4.2圆柱齿轮加工工艺4.2.1圆柱齿轮加工工艺概述1.圆柱齿轮简介圆柱齿轮是各类机械中的重要零件之一，在机械传动中应用广泛。功用不同的齿轮具有不同的尺寸和结构形状，但都可以看成由齿圈和轮齿两部分构成。按照齿圈上轮齿的分布形式，轮齿可分直齿、斜齿、圆锥齿和人字齿等。而轮齿的结构形状对齿轮的制造工艺过程具有决定性的影响，因此齿轮的工艺分类常以齿轮轮齿的结构形状为依据。常见的圆柱齿轮分为如下几类：盘类齿轮、套类齿轮、内齿轮、轴类齿轮、扇形齿轮（齿圈不完整的圆柱齿轮）和齿条（齿圈半径无限大的圆柱齿轮）等。其中，盘类、套类、轴类齿轮应用最广。2.圆柱齿轮技术要求圆柱齿轮的加工精度对机器的工作性能、承载能力及使用寿命都有极大的影响。圆柱齿轮精度制国家标准（GB/T10095—2008，等效于ISO13281：1995)规定,齿轮及齿轮副有12个精度等级，其中第1级精度最高，第12级精度最低，1、2级为目前尚未达到的精度等级，通常称3、4级为超精密级，5、6级为精密级，7、8级为普通级，8级以下为低精度级，不同机械传动中齿轮所用的精度等级见表4-2。4.2圆柱齿轮加工工艺4.2.1圆柱齿轮加工工艺概述4.2圆柱齿轮加工工艺4.2.1圆柱齿轮加工工艺概述圆柱齿轮的传动精度包括以下四个方面：（1）传递运动的准确性（运动精度）。齿轮作为传动零件应能准确地传递运动，即主动轮转过一定的角度时，从动轮应按传动比准确地转过相应的角度，要求齿轮在旋转一转的过程中，传动比的变化尽量小。（2）传动的平稳性。在齿轮传动过程中要求传递运动平稳、冲击和振动小、噪声低。这就要限制齿轮传动瞬时传动比的变化，也就是要限制齿轮瞬时转角误差的变化。（3）载荷分布的均匀性（接触精度）。为保证齿轮在传动过程中齿面所受载荷分布的均匀性，要求齿面间的接触痕迹均匀，并保证有足够的接触面积，以避免载荷集中而引起齿轮过早局部磨损或折断。4.2圆柱齿轮加工工艺4.2.1圆柱齿轮加工工艺概述（4）适当的齿侧间隙。在齿轮传动中，互相啮合的一对齿轮的非工作面间应留有一定的间隙，以便储存润滑油，减少磨损。齿侧间隙还可补偿齿轮误差和受力、受热变形，以防止齿轮传动发生卡死或齿面烧蚀现象。影响齿轮及齿轮副精度的误差有许多种，根据齿轮各项误差对齿轮传动性能的主要影响将齿轮各项公差分为三组，可根据齿轮精度等级不同，从三个组中各选定1、2项控制和检验齿轮前三项传动精度的项目。因为齿坯的外圆、端面或内孔是齿形加工、测量和装配的基准，所以根据齿轮的精度等级确定齿坯的加工精度。4.2圆柱齿轮加工工艺4.2.1圆柱齿轮加工工艺概述3.齿轮的材料、热处理和毛坯（1）齿轮的材料和热处理。速度较高的齿轮传动，齿面易产生点蚀，应选用淬硬层较厚的高硬度材料；有冲击载荷的齿轮传动，轮齿易折断，应选用韧性较好的材料；低速重载的齿轮传动，轮齿既易折断又易磨损，应选择机械强度大、经热处理后齿面硬度高的材料。当前生产中常用的材料及热处理如下：中碳结构钢（如45钢）进行调质或表面淬火，常用于低速、轻载或中载的普通精度齿轮。中碳合金结构钢（如40Cr）进行调质或表面淬火，适用于制造速度较高、载荷较大、精度较高的齿轮。渗碳钢（如20Cr、20CrMnTi等）经渗碳后淬火，齿面硬度可达58~63HRC，而芯部又有较好的韧性，既耐磨又能承受冲击载荷，这种材料适于制作高速、中载或具有冲击载荷的齿轮。氮化钢（如38CrMoAlA）经氮化处理后，比渗碳淬火齿轮具有更高的耐磨性与耐蚀性，由于变形小，可以不磨齿，常用于制作高速传动的齿轮。铸铁及其他非金属材料（如夹布胶木与尼龙等）强度低，容易加工，适于制造轻载荷的传动齿轮。4.2圆柱齿轮加工工艺4.2.1圆柱齿轮加工工艺概述（2）齿轮的毛坯。齿轮毛坯的制造形式取决于齿轮的材料、结构形状、尺寸大小、使用条件及生产类型等因素。齿轮毛坯形式有轧钢件、锻件和铸件。一般尺寸较小、结构简单而且对强度要求不高的钢制齿轮，可采用轧制棒料做毛坯。强度、耐磨性和耐冲击性要求较高的齿轮多采用锻件，生产批量小或尺寸大的齿轮采用自由锻造，生产批量较大的中小齿轮采用模锻。尺寸较大且结构复杂的齿轮常采用铸造毛坯。小尺寸且结构复杂的齿轮常采用精密铸造或压铸方法制造毛坯。4.2圆柱齿轮加工工艺4.2.2圆柱齿轮加工工艺过程及分析圆柱齿轮的加工工艺过程常因齿轮结构形状、精度等级、生产类型等的不同而不同。不同的齿轮精度等级和齿面粗糙度要求常采用表4-3所示的加工方法。4.2圆柱齿轮加工工艺4.2.2圆柱齿轮加工工艺过程及分析4.2圆柱齿轮加工工艺4.2.2圆柱齿轮加工工艺过程及分析图4-5所示为典型的成批生产的中、小尺寸淬硬齿面双联齿轮（材料为40Cr，精度为7级），它的工艺过程见表4-4。可以看出加工一个精度较高的齿轮大致要经过如下工艺过程：毛坯制造及热处理—齿坯加工—检验—齿形加工—齿端加工—齿面热处理—精基准修正—齿形精加工—检验。4.2圆柱齿轮加工工艺4.2.2圆柱齿轮加工工艺过程及分析（1）齿坯加工。齿坯的外圆、端面或内孔常作为齿形加工、测量和装配的基准，齿坯精度对整个齿轮的精度有重要影响。齿坯加工的主要内容包括齿坯的孔加工（对于盘类、套类齿轮）和顶尖孔加工（对于轴类齿轮），以及齿轮圈外圆和端面加工。齿坯的孔加工主要采用下述几种方案：钻—扩—铰，钻—扩—镗，钻—扩—拉，钻—扩—拉—磨，镗—拉—磨。大批量生产时，常采用高生产率的机床（如多轴或多工位、多刀半自动机床）加工齿坯。单件小批量生产时，一般采用通用车床加工齿坯，但必须注意内孔和基准端面的精加工应在一次安装内完成，并在基准端面上做记号。（2）齿形加工。齿圈上齿形加工是整个齿轮加工的核心与关键。齿轮加工过程尽管有许多工序，但都是为齿形加工做准备的，以便最终获得符合精度要求的齿轮。齿形加工按其加工原理可分为成型法和范成（展成）法，常见的齿形加工方法和适用范围见表4-3。4.2圆柱齿轮加工工艺4.2.2圆柱齿轮加工工艺过程及分析图4-5淬硬齿面双联齿轮4.2圆柱齿轮加工工艺4.2.2圆柱齿轮加工工艺过程及分析4.2圆柱齿轮加工工艺4.2.2圆柱齿轮加工工艺过程及分析4.2圆柱齿轮加工工艺4.2.2圆柱齿轮加工工艺过程及分析齿形加工方案主要取决于齿轮精度等级、生产类型、齿轮热处理方法及生产工厂的现有条件，对于不同精度的齿轮，常用的齿形加工方案也不相同。①8级精度以下齿轮。调质齿轮用滚齿或插齿就能满足要求。对于淬硬齿轮可采用滚（插）齿—齿端加工—齿面淬火—修正内孔的加工方案，但在淬火前齿形加工精度应提高一级。②6、7级精度齿轮。对于齿面不需淬硬的6、7级精度齿轮采用滚（插）齿—齿端加工—剃齿的加工方案。对于淬硬齿面的6、7级精度齿轮可采用滚（插）齿—齿端加工—剃齿—齿面淬火—修正基准—珩齿的加工方案。这种方案生产率高、设备简单、成本较低，适于成批或大批大量生产齿轮。对于淬硬齿面的4～7级精度齿轮还可以采用滚（插）齿—齿端加工—齿面淬火—修正基准—磨齿的加工方案。这种方案生产率低、设备复杂、成本较高，一般只用于单件小批生产。③5级以上精度的齿轮。对于5级以上高精度的齿轮，一般采用粗滚齿—精滚齿—齿端加工—齿面淬火—修正基准—粗磨齿—精磨齿的加工方案。4.2圆柱齿轮加工工艺4.2.2圆柱齿轮加工工艺过程及分析（3）齿端加工。齿轮的齿端加工形式有倒圆、倒尖、倒棱和去毛刺。经倒圆、倒尖和倒棱处理后的齿轮，在沿轴向移动时容易与其他齿轮啮合，多用于变速的滑移齿轮。倒棱后齿端去掉了锐边，防止了在热处理时因应力集中而产生微裂纹。齿端加工必须安排在滚（插）齿之后、齿形淬火之前进行。（4）齿轮的热处理。齿轮的热处理可分为齿坯热处理和齿面热处理。齿坯热处理通常为正（退）火和调质，正火一般安排在粗加工之前，调质则多安排在齿坯粗加工之后，目的是使齿坯具有良好的切削性能和力学机械性能。为延长齿轮寿命，提高齿面强度和耐磨性，常进行齿轮表面淬火热处理。根据齿轮材料与技术要求不同，安排渗碳淬火或表面淬火等热处理工序。（5）修正基准。精度较高的齿轮齿面淬火后存在变形，需要通过精加工加以消除，通常是通过磨齿提高齿轮精度。由于轮齿的设计基准是轴线，因此在磨齿前需对磨齿的定位基准进行修整（修正）。这时应注意高频淬火的齿面淬硬层较薄，磨削余量常常要求小而均匀，选择精基准时应遵循互为基准原则，这就得先以齿面为基准磨内孔（图4-6），再以孔为基准磨齿面，以保证齿面加工余量均匀。4.2圆柱齿轮加工工艺4.2.2圆柱齿轮加工工艺过程及分析图4-6工件以渐开线齿面定位1—夹具体;2—弹性薄膜盘;3—卡爪;4—保持架;5—工件（齿轮）;6—定位圆柱;7—弹簧;8—螺钉;9—推杆4.2圆柱齿轮加工工艺4.2.2圆柱齿轮加工工艺过程及分析4.2圆柱齿轮加工工艺4.2.2圆柱齿轮加工工艺过程及分析第三节箱体类零件加工工艺箱体是机器的基础零件，它将轴、套、轴承、齿轮等零件有机地组装在一起，保证其正确的相互位置关系和运动关系，实现彼此协调工作，传递动力和扭矩的作用。其加工质量对机器工作精度、性能和寿命都有直接关系。4.3箱体类零件加工工艺4.3.1箱体类零件加工工艺概述1.箱体类零件的功用及结构特点箱体类零件结构一般都比较复杂，整体呈封闭或半封闭状，壁薄且不均匀，其上有许多精度高的孔和平面需要加工。箱体类零件一般加工部位且有位置精度要求的表面较多，工艺路线长，有一定的加工难度。2.箱体类零件的主要技术要求箱体类零件的主要技术要求有以下几个：（1)孔本身的精度要求。箱体上的孔大都是轴承支承孔，对孔径尺寸、几何形状及表面粗糙度均有较严格的要求，以确保轴承外圈与箱体孔配合正确和防止外圈变形。（2)孔与孔、孔与平面的相互位置要求。两个以上的同轴线孔应具有同轴度要求，通常规定不大于其中最小孔径的尺寸公差之半。有齿轮啮合关系的相邻孔之间，应有一定的孔距尺寸精度和孔轴线的平行度要求。对主要孔来说，它对装配基准平面应有一定的尺寸精度和平行度，或与端面有一定的垂直度要求。例如，车床床头箱（主轴箱）上的主轴孔与装配基面间的尺寸精度影响主轴与尾架的等高性，其平行度误差影响主轴轴心线与导轨的平行度。4.3箱体类零件加工工艺4.3.1箱体类零件加工工艺概述（3)平面本身精度要求。无论是箱体的装配基准平面还是加工中的定位基准平面，均有较高的平面度和较小的表面粗糙度要求。CA6140车床床头箱的各项主要技术要求如图4-7所示。4.3箱体类零件加工工艺4.3.1箱体类零件加工工艺概述3.箱体类零件的材料、毛坯及热处理（1）箱体类零件的材料和毛坯。铸铁的铸造工艺性好，易切削，价格低，且抗振性和耐磨性好，大多数箱体均采用铸铁铸造而成，一般为HT200或HT250灰铸铁。当载荷较大时可采用HT300、HT350高强度灰铸铁；对于承受冲击载荷的箱体，一般选用ZG25、ZG35铸钢件。对于批量小、尺寸大、形状复杂的箱体，采用木模砂型地坑铸造毛坯；对于尺寸中等以下的箱体，采用砂箱造型；对于批量较大的箱体，选用金属模造型；对于受力大或受冲击载荷的箱体，应尽量采用整体铸件做毛坯。在单件小批情况下，为了缩短生产周期，箱体也可采用铸—焊、铸—锻—焊、锻—焊、型材焊接等结构，但需注意箱体铸件应具有良好的焊接性能。

4.3箱体类零件加工工艺4.3.1箱体类零件加工工艺概述（2）箱体类零件的热处理。根据生产批量、精度要求及材料性能，箱体类零件采用不同的热处理方法。通常在毛坯未进行机械加工之前，为消除毛坯铸造或焊接残余应力，对铸铁件、铸钢件、焊接结构件须进行自然时效或人工时效处理。对批量不大的生产，人工时效处理可安排在粗加工之后进行。对大型毛坯和易变形、精度要求高的箱体，在机械加工后也可安排第二次时效处理。4.3箱体类零件加工工艺4.3.2普通车床主轴箱加工工艺过程分析CA6140车床床头箱(图4-7)大批量生产的工艺过程见表4-5。4.3箱体类零件加工工艺4.3.2普通车床主轴箱加工工艺过程分析1.箱体加工定位基准的选择（1）精基准的选择。一般箱体的外形上有多个平面需要加工，且其上孔系的加工要求高，需经过多次安装。所以，在选择基准时要采用基准统一原则，以保证达到各加工表面的相互位置精度。4.3箱体类零件加工工艺4.3.2普通车床主轴箱加工工艺过程分析在选取定位基准时，根据定位原理和具体加工条件可以采用两种定位方案。①以装配基面为定位基准。图4-7所示的床头箱选择装配基面(底面W、导向面N)为精基准来加工各平面及孔系。这样就能使定位基准、装配基准与设计基准大部分重合，消除了基准不重合带来的定位误差。而且在加工时，箱体顶面开口向上，便于安装调整刀具、更换导向套、测量加工孔径尺寸等各项。这种定位方式在单件和中小批生产中得到较广的应用。但由于箱体底部是封闭的，中间支承与导向支架只能从箱体开口处伸入箱体内，每加工一件需装卸一次。由于安装误差大，吊架刚性差，孔系加工精度低，且加工中辅助时间长，影响生产效率，因此该方式不适应大批量生产。吊架式镗模夹具如图4-8所示。4.3箱体类零件加工工艺4.3.2普通车床主轴箱加工工艺过程分析图4-8吊架式镗模夹具4.3箱体类零件加工工艺4.3.2普通车床主轴箱加工工艺过程分析②采用顶面及两个销孔做定位基准。由于吊架式镗模存在上述问题，因而批量大的生产都应采用以顶面及其上的两定位销孔为精基准。定位时，箱口向下，又称为扣箱镗孔（图4-9）。中间导向支架固定在夹具体上，这样使夹具结构简化、刚性高，加工时工件装卸方便，提高了孔系加工质量和劳动生产率。但这种定位方式还存在一些需要解决的问题，如由于定位基准与W、N等设计基准不重合，产生基准不重合误差，为了保证箱体加工精度，必须提高作为定位基准的箱体顶面和两定位销孔的加工精度。箱口向下加工也不便于直接观察加工情况,加工中调整刀具与测量尺寸，需要采用定尺寸刀具以直接获得工件尺寸。由于这种定位方式简便，限制了工件的六个自由度，定位稳定可靠，并且可以加工除定位面之外的所有五个平面及平面上的孔系，作为从粗加工到精加工大部分工序的定位基准，实现了“基准统一”。因此，在组合机床、自动线及加工中心上加工箱体时，多采用这种定位方式。4.3箱体类零件加工工艺4.3.2普通车床主轴箱加工工艺过程分析图4-9车床主轴箱的扣箱镗孔1、3—镗模架;2—主轴箱;4—定位销;5—支承板4.3箱体类零件加工工艺4.3.2普通车床主轴箱加工工艺过程分析（2）粗基准的选择。箱体加工粗基准应满足以下要求：在保证各加工表面均有加工余量的前提下，应使重要孔（如主轴孔）的加工余量均匀，保证加工后的箱体在装入零件（如齿轮、拨叉等）后与箱体内壁有足够的间隙，注意保持箱体必要的外形美观（如凸台面高度均匀）。粗基准应保证定位方便，夹紧可靠。大批量加工箱体时，常常选择专用夹具（图4-10），以主轴的毛坯孔和距其较远的另一孔为粗基准面，这样可保证各表面均有加工余量，重要孔加工余量均匀，并可保证装入箱体的传动件与箱体内壁不相碰。图4-10主轴孔为粗基准铣顶面的夹具1、3、5—支承;2—辅助支承;4—支架;6—挡销;7—短轴;8—活动支柱;9、10—操纵手柄;11—夹紧块4.3箱体类零件加工工艺4.3.2普通车床主轴箱加工工艺过程分析2.箱体加工阶段的划分大批量生产普通精度箱体的工艺过程一般分为粗加工阶段和精加工阶段。表4-5中工序4～8为粗加工阶段，在该阶段内完成基准面加工，然后对各主要平面和孔系进行一次粗加工，高效率地切除大部分金属。工序9～14为箱体精加工阶段，进一步提高各孔、面的精度，达到图纸要求的尺寸。经过两个阶段的划分和停顿，铸件经粗加工后大部分残余应力已基本消除，零件得到充分冷却和变形，再对箱体各主要孔精镗、各平面精磨，使其达到图样要求。4.3箱体类零件加工工艺4.3.2普通车床主轴箱加工工艺过程分析3.箱体加工顺序安排原则箱体加工顺序的安排通常要遵循以下几个原则：（1）先面后孔的原则。先加工平面，后加工孔，是箱体加工的一般规律。先加工平面，再以平面为精基准加工孔，不仅为孔的加工提供了稳定可靠的精基准，同时可使夹具结构简单。先加工平面，还可以消除铸件表面的凹凸不平、黑皮及夹砂等缺陷，有利于孔的加工，调整尺寸也较为方便。对于一些特殊的平面，如对于大量生产时的定位基准（图4-7）W、N平面，外观平面B、P、Q等，为防止运输中磕碰损坏，应将磨削加工放在最后来完成。4.3箱体类零件加工工艺4.3.2普通车床主轴箱加工工艺过程分析（2）热处理工序的安排原则。为了消除毛坯残余应力，防止加工变形，使箱体长期保持精度，需进行消除应力的热处理。自然时效方法效果好，但周期长，只适用于部分精密箱体。为提高生产效率，通常在普通精度的箱体铸造后安排一次人工时效。高精度的箱体或形状、结构特别复杂的箱体，在粗加工后需再安排一次人工时效处理，以消除加工变形，提高加工精度的稳定性。（3）紧固螺孔等起次要作用的小孔加工安排在主要孔加工后。因为有些紧固孔要以轴孔定位，使用钻模板加工，所以应在主要孔完成后进行加工。主要孔与次要孔相交的孔系，必须先完成主要孔的精加工后再加工出次要孔。否则，主要孔精加工时会产生断续切削与振动。4.3箱体类零件加工工艺4.3箱体类零件加工工艺4.3.3箱体类零件的孔系加工一组有相互位置精度要求的孔称为孔系。孔距精度和相互位置精度是孔系加工的关键。1.平行孔系的加工平行孔系加工的主要技术要求是各孔轴心线的平行度、孔距尺寸精度、孔轴心线与基面之间的距离精度和平行度。由于生产批量、尺寸结构不同，平行孔系加工采用不同方法。单件或小批加工箱体时多采用普通机床，利用简单夹紧装置，依靠操作者的技术水平和经验，采用试切法、找正法逐个加工箱体上的孔。其加工时间长，质量不稳定，但设备简单、成本低。如果采用带数显装置的坐标镗床或数控机床单件或小批加工箱体，可采用坐标法或数控编程来加工孔系。坐标法是将孔的位置用x、y坐标值表示，然后按坐标值精确控制机床运动的位置，以加工出合格孔系的方法。这样辅助时间可大为缩短，质量稳定。4.3箱体类零件加工工艺4.3.3箱体类零件的孔系加工在大批量生产时采用镗模法加工平行孔系。如图4-11所示，将工件固定在镗模底板上，左右两侧是镗模，镗杆被支承在镗模的导向套中，由导向套引导镗杆在工件准确位置上镗孔。镗杆与机床主轴采用浮动连接，使机床主轴回转误差与导轨的直线度误差不影响加工精度。其加工精度仅取决于镗杆、镗套和镗模的精度。由于镗杆采用了双支承，提高了刚度，有利于使用多轴、多刀加工，且在加工中不需要找正，因而生产率高，质量稳定，适于中批和大批生产。对于大量生产，可采用多轴、多刀及双向加工，如采用组合机床加工。图4-11应用镗模镗孔4.3箱体类零件加工工艺4.3.3箱体类零件的孔系加工2.同轴线孔系的加工同轴线孔系的主要技术要求是在同一轴线上的各孔满足同轴度要求，其加工方法有下列几种：（1）悬臂镗孔法。如图4-12所示，采用悬臂镗杆，不加支承，从一端进行镗孔，由于悬臂刀杆刚性差，因而只适用于中小型箱体或箱壁距离小、孔径大的情况。其特点是操作方便，生产率高。图4-12（a）为镗杆进给，随着镗杆的逐渐伸长，镗杆的挠度增大，加工后的孔呈现在直径上左小右大的尺寸误差和形状误差；同时，受镗杆重力的影响，镗出孔的轴线与定位基面存在平行度误差。图4-12（b）为工件进给，由于镗杆在加工过程中长度不变，镗杆的挠度变化是常值，加工后的孔直径减小，只存在尺寸误差。4.3箱体类零件加工工艺4.3.3箱体类零件的孔系加工图4-12悬臂镗孔法加工同轴线孔系4.3箱体类零件加工工艺4.3.3箱体类零件的孔系加工（2）导向支承镗孔法。如图4-13所示，在箱体壁上加工第一个孔后，便在孔内装上一个导向套，以支承镗杆继续加工前面的孔，从而减少镗杆变形，提高两个孔的同轴度。此方法适用于加工箱壁相距较近的同轴线孔。（3）双导向支承镗孔法。采用这种方法的镗杆两端均有导向套支承（图4-11），刚性好，加工精度高。前面叙述的镗模法加工，即属于这种方法由前、后导向套的同轴度保证各加工孔的同轴度。图4-13导向支承镗孔法4.3箱体类零件加工工艺4.3.3箱体类零件的孔系加工（4）从孔壁两端进行镗孔。对于批量大的生产，为了提高生产率、缩短加工时间，可利用专用机床（如双面加工组合机床，见图4-14）双向镗孔法。该法将左右两个多轴、多刀动力头安装到要求位置，从左、右两个方向同时进行多刀加工，这样不仅可同时保证孔的距离精度和同轴度，生产效率也大为提高。图4-14加工箱体的双面加工组合机床4.3箱体类零件加工工艺4.3.3箱体类零件的孔系加工3.垂直孔系与交叉孔系的加工小型箱体可使用专用夹具在普通机床上加工，中等尺寸以上箱体通常在卧式镗床上加工。加工时先镗削同一轴线上的孔，再将工件随工作台转90°，调整好主轴中心坐标位置后，加工另一轴线上的孔。4.3箱体类零件加工工艺4.3.4箱体的检验1.箱体的主要检验内容箱体的主要检验内容包括孔与平面的尺寸精度及外观检查、各加工表面几何形状精度与表面粗糙度检查，以及各加工表面的相互位置精度检验，如孔距尺寸精度、同轴线孔的同轴度、不同轴线孔的平行度和垂直度、孔的轴心线与平面的平行度、垂直度及孔至平面的距离精度等。对于表面粗糙度，可采用对比法或轮廓仪测量法。对于孔的尺寸，通常采用塞规检验。当需确定误差值时，可选用长度量仪测定（如内径千分尺或内径千分表），只有精密箱体才用圆度仪或三坐标测量机测量。平面的直线度一般采用平尺和塞尺检验，也可用水平仪与桥板检验。完成上述检验后，便可进行孔相互位置精度的检验。4.3箱体类零件加工工艺4.3.4箱体的检验2.孔系相互位置精度检验（1）孔的距离精度检验。孔距精度不高时，可直接用游标卡尺检验；当孔距精度较高时，用心轴与千分尺检验或使用心轴、块规检验。（2）同轴度的检验。使用综合量规检查是一种简便的同轴度检验方法，如图4-15所示。量规的直径尺寸为孔的实效尺寸。若量规能通过被测零件的同轴线孔，即说明其同轴度在允差之内。图4-15同轴度的检验4.3箱体类零件加工工艺4.3.4箱体的检验（3）孔轴线相互平行度的检验。孔的轴心线对基面平行度的检验方法如图4-16（a）所示。将被测零件放在平板上，在被测孔内插入一根心轴，用百分表测量心轴两端，其差值即为测量长度内孔的轴心线对基面的平行度。孔系轴心线之间平行度的检验方法如图4-16（b)所示。将被测零件放在等高支承上，或放在可调支承上将其调至等高。在基准孔与被测孔内插入心轴，用百分表分别在水平与垂直心轴（工件需转90°）上测量其平行度。图4-16孔轴心线平行度的检验4.3箱体类零件加工工艺4.3.4箱体的检验（4）两孔轴心线垂直度的检验。两孔轴心线垂直度检验如图4-17所示，将工件放在可调支承上，让基准孔轴心线与平板面垂直。然后用百分表测量放于被测孔内的心轴的两处，其差值即为测量长度内两孔中心线的垂直度误差。图4-17两孔轴心线垂直度检验4.3箱体类零件加工工艺4.3.4箱体的检验（5）孔轴心线与端面垂直度的检验。如图4-18(a)所示，在心轴上装上百分表，心轴左端使用钢球支承在直角铁上，将心轴旋转一周，即可测出直径D范围内孔与端面的垂直度。图4-18(b)则表示将带有检验圆盘的心轴插入孔中，用着色法检查圆盘与端面的接触情况，或者用塞尺检查圆盘与端面之间的间隙Δ，即可测出圆盘范围内孔轴心线与端面的垂直度。图4-18孔轴心线与端面垂直度检验第四节扩径头模块加工工艺大直径直缝埋弧焊管被广泛地用于石油、天然气、矿浆和煤浆的输送。UOE法是制造大直径直缝埋弧焊管的方法之一，它是以热轧宽厚钢板为原料，通过弯边、U成型、O成型和埋弧焊接管坯后扩径等成型工序制造大口径厚壁直缝埋弧焊管的一种制管工艺。现在，大直径直缝埋弧焊管的校圆扩径广泛采用机械式扩径机，机械式扩径机用于直缝埋弧焊管的机械扩径、校直、均布应力和提高机械强度等方面。而扩径头则是机械式扩径机的核心部件。4.4扩径头模块加工工艺4.4.1扩径头模块加工工艺概述1.扩径头的用途及结构特点图4-19为机械式扩径机结构示意图。机械式扩径只能是一段一段地进行的，所以钢管是分步逐段送入扩径机头部（件2、3）的。由图4-19可知，扩径机头部（以下简称扩径头）是扩径机的关键部件，由锥体、斜块（图中未标出）和模块等零件组成。其中扩径头上的若干个模块直接与钢管的内壁接触，而锥体固定在液压缸的活塞杆上，当液压缸活塞杆带动锥体向右移动时，构成扩径头表面的若干个模块向外扩张，使扩径头圆周增大。锥体的力借助斜块通过模块作用在钢管上，从而使扩径头表面与接触的一段钢管得到扩径。当活塞和锥体向左移动时，扩径后的钢管与扩径头脱离开来，以便实现钢管的再次送进，进行下一段钢管的继续扩径。4.4扩径头模块加工工艺4.4.1扩径头模块加工工艺概述图4-19机械式扩径机结构示意图1—直缝埋弧焊管;2—锥体;3—模块;4—连接体;5—活塞体;6—保护套;7—主油缸;8—行程控制器;9—轴承座;10—钢管输送装置;11—支承辊4.4扩径头模块加工工艺4.4.1扩径头模块加工工艺概述由于模块直接与钢管的内壁接触，因而其加工质量直接影响钢管扩径以后的性能。由于模块属于易损件，要求具有互换性。因此，模块加工工艺的合理与否对模块加工质量有着重要影响。根据模块的工况和模块零件图纸（图4-20），模块圆弧工作面有较高的直线度、圆柱度，头尾两端具有过渡圆弧段。与斜块结合面的平面度要求较高，工作面、结合面具有较低的粗糙度。为保证模块具有较高的耐磨性和热处理后较小的变形，模块材料采用Cr12MoV，淬火硬度到55～60HRC。4.4扩径头模块加工工艺4.4.1扩径头模块加工工艺概述4.4扩径头模块加工工艺4.4.1扩径头模块加工工艺概述2.模块的主要技术要求（1）截面的形状要求。模块的横截面呈梯形圆弧面，其圆弧部分高度尺寸为保证互换性，要求各模块尺寸一致，且工作圆弧母线与底面平行；梯形两侧面与中心对称。（2）孔的精度要求。模块上的3×ɸ40H8孔是模块与连接斜块连接的定位销孔，从理论上说，存在过定位的问题，因此对孔径尺寸、孔距、几何形状和表面粗糙度均有较严格要求，以确保模块与斜块在装配过程中能够较顺利地完成定位连接，防止模块与斜块在工作时产生相对位移而影响扩径尺寸。（3）孔与平面的相互位置要求。3×ɸ40H8定位连接销孔不仅要求在同一直线上，而且三个孔的轴线应保证平行度要求。另外，定位连接销孔与底面有一定垂直度要求。（4）平面、曲面的精度要求。为防止在扩径过程中，由于模块底面和斜块之间的结合面接触不良而造成两者之一因受压过大而开裂，模块底面要求有较高的平面度和较低的粗糙度。工作圆弧面上圆柱段的直线度也有较高要求，且两端有圆滑的过渡圆弧。4.4扩径头模块加工工艺4.4.1扩径头模块加工工艺概述3.模块的材料、毛坯及热处理模块要求有较高的强度和耐磨性，淬火后变形小。模块选用Cr12MoV，毛坯自由锻造而成，为改善切削性能，在粗加工之前安排有退火处理。为消除粗加工残余应力，使模块获得较好的综合力学性能，粗加工之后进行调质处理。在调质处理之后、半精加工之前安排稳定处理，其目的是稳定其内部组织，减少模块的形状、尺寸发生大的变形，提高抗晶间腐蚀能力及模块的综合力学性能。淬火的目的是提高工件的强度、硬度和耐磨性，安排在模块的半精加工之后。4.4扩径头模块加工工艺4.4.2模块加工工艺过程分析模块(图4-20)单件小批生产的工艺过程见表4-6。4.4扩径头模块加工工艺4.4.2模块加工工艺过程分析4.4扩径头模块加工工艺4.4.2模块加工工艺过程分析4.4扩径头模块加工工艺4.4.2模块加工工艺过程分析1.模块加工精基准的选择分析模块零件图后可以看出，模块的横截面是对称中心的，而中心线又是以三个定位连接孔体现的。因此，在工序17、工序22、工序24，加工圆弧面、30°斜面时均要以定位连接孔为定位基准。所以，在选择基准时，有关表面加工应采用基准统一原则，以保证达到各相关加工表面的相互位置精度。工序14、工序21镗三个定位连接孔时是以圆弧面为定位基准，精基准的选择又遵循互为基准的原则。2.模块加工阶段的划分模块加工属于单件小批生产类型，但模块的高精度、高硬度和较低的粗糙度决定了模块加工工艺过程应划分为粗加工、半精加工和精加工三个阶段。表4-6中工序2～3为粗加工阶段，在该阶段完成基准面加工，然后对各主要平面进行一次粗加工，高效率地切除大部分金属。工序5～18为模块半精加工阶段，完成部分重要表面的半精加工，进一步提