《机械制造技术》-任务五

5.1项目任务书下一页返回5.1项目任务书上一页返回5.2套筒类零件加工的相关知识5.2.1套筒类零件的功用和结构特点套筒是机械中常见的零件，如支承旋转轴的各种形式的滑动轴承、夹具上引导刀具的导向套、内燃机汽缸套、液压系统中的液压缸以及一般用途的套筒，如图５－１所示。5.2.2套筒类零件的技术要求套筒类零件的主要表面是孔和外圆，其主要技术要求如下：１孔的技术要求孔是套筒类零件起支承或导向作用的主要表面，通常与运动的轴、刀具或活塞相配合。下一页返回5.2套筒类零件加工的相关知识２外圆表面的技术要求外圆是套筒类零件的支承面，常以过盈配合或过渡配合与箱体或机架上的孔连接。３孔与外圆的同轴度要求当孔的最终加工是将套筒装入箱体或机架后进行时，套筒内外圆间的同轴度要求较低；若最终加工是在装配前完成的，则同轴度要求较高，一般为5.2.3套筒类零件的材料、毛坯及热处理套筒类零件毛坯材料的选择主要取决于零件的工作条件，一般用钢、铸铁、青铜或黄铜等材料。上一页下一页返回5.2套筒类零件加工的相关知识套筒类零件毛坯制造方式的选择与毛坯结构尺寸、材料和生产批量的大小等因素有关。套筒类零件的功能要求和结构特点决定了套筒类零件的热处理方法，一般有表面淬火、调质、高温时效、渗碳及渗氮等。上一页返回5.3内孔表面常用的加工方法及装备5.3.1内孔表面钻削加工１钻孔机床用钻头在工件实体部位加工孔的方法称为钻孔，钻孔使用的设备一般是钻床，其主轴旋转为主运动，主轴轴向移动为进给运动，适用于工件不宜做旋转运动的孔加工，利用钻床除了能够钻孔之外，还可以进行扩孔、铰孔、攻螺纹、锪平孔等加工。２钻孔用刀具钻削加工使用刀具的钻头，属于定尺寸刀具，按其结构特点和用途可分为扁钻、麻花钻、深孔钻和中心钻等，钻孔直径为0.1~100mm，钻孔深度变化范围也很大。下一页返回5.3内孔表面常用的加工方法及装备（１）麻花钻的组成标准麻花钻由工作部分、柄部、颈部三部分组成。（２）麻花钻切削部分的组成钻头的切削部分由两个前面、两个后面、两个副后面、两条主切削刃、两条副切削刃和一条横刃组成，如图５－４所示。（３）硬质合金钻头３钻孔工艺特点（１）常用钻孔方法①找正和引导方式②采用专用钻床夹具③深孔啄钻上一页下一页返回5.3内孔表面常用的加工方法及装备④在硬材料上钻孔⑤钻孔直径较大（通常＞３０ｍｍ）时，应分两次钻削。⑥在塑性好、韧性高的材料上钻孔时，断屑常成为影响加工的突出问题，可通过降低切削速度、提高进给量及时退出钻头排屑和冷却等措施加以改善。⑦在斜面上钻孔易使钻头引偏，造成孔轴线歪斜，可先锪出平面后再进行钻孔，或采用特殊钻套来引导钻头。上一页下一页返回5.3内孔表面常用的加工方法及装备（２）钻孔工艺特点由于麻花钻较长，钻芯直径小而刚性差，又有横刃的影响，故钻孔有以下工艺特点：１）钻头容易偏斜２）孔径容易扩大３）孔的表面质量较差４）钻削时轴向力大5.3.2内孔表面镗削加工１镗孔设备镗孔是中小批量生产中常用的孔加工方法。镗孔可在车床、铣床、镗床、数控机床等多种机床上进行，常用的设备为镗床。上一页下一页返回5.3内孔表面常用的加工方法及装备镗床主要用来加工大孔、环形槽及有较高位置精度的孔系，如同轴孔、平行孔、垂直孔和交叉孔等，主要类型有：坐标镗床、卧式镗床、落地镗床，如图５－６所示。２镗孔刀具镗刀是指在镗床上用以镗孔的刀具，常用镗刀的类型、结构和特点如图５－７所示。１）单刃镗刀２）双刃镗刀３镗孔工艺特点（１）镗孔的加工方法上一页下一页返回5.3内孔表面常用的加工方法及装备①导向法。②镗模法。③找正法。（２）镗孔工艺特点镗孔是用镗刀对已钻出、铸出或锻出的孔做进一步的加工，是常用的孔加工方法之一，可分为粗镗、半精镗和精镗。5.3.3内孔表面拉削加工１拉孔设备拉孔是一种高效率的精加工方法。除拉削圆孔外，还可拉削各种截面形状的通孔及内键槽，如图５－１１所示。上一页下一页返回5.3内孔表面常用的加工方法及装备２拉孔刀具拉削可看做是按高低顺序排列的多把刨刀进行刨削，圆孔拉刀的结构如图５－１３所示。３拉孔工艺特点（１）拉孔方法拉削圆孔如图５－１４所示。（２）拉削的工艺特点①拉削时拉刀多齿同时工作，在一次行程中完成粗精加工，因此，生产率高。上一页下一页返回5.3内孔表面常用的加工方法及装备②拉刀为定尺寸刀具，且有校准齿进行校准和修光；拉床采用液压系统，传动平稳，拉削速度很低，切削厚度薄，不会产生积屑瘤，因此，拉削可获得较高的加工质量。③拉刀制造复杂，成本昂贵，一把拉刀只适用于一种规格尺寸的孔或键槽，因此，拉削主要用于大批大量生产或定型产品的成批生产。④拉削不能加工台阶孔和盲孔。由于拉床的工作特点，某些复杂零件的孔也不宜进行拉削，例如箱体上的孔。上一页下一页返回5.3内孔表面常用的加工方法及装备5.3.4内孔表面的精密加工１磨孔内孔磨削一般在内圆磨床上进行，主要用于淬硬孔、断续表面孔、长度很短的孔及单件小批生产中非标准孔的精加工。２珩磨珩磨内孔的原理与外圆表面超精加工相似，其磨具是由粒度很细的砂条（油石）组成的珩磨头，如图５－１５（ａ）所示。珩磨头的旋转运动和往复运动使油石上的磨粒在孔壁形成交叉密集而又不重复的网纹，得到高的表面质量，如图５－１５（ｂ）所示。上一页下一页返回5.3内孔表面常用的加工方法及装备３精细镗精细镗与镗孔方法基本相同，由于最初是使用金刚石作镗刀，所以又称金刚镗。４研磨研磨也是孔常用的一种光整加工方法，需在精镗、精铰或精磨后进行。研磨后孔的尺寸公差等级可提高到IT6~IT5，表面粗糙度为Ra

0.1~0.008μm，孔的圆度和圆柱度亦相应提高，多用于单件生产。５滚压孔的滚压加工原理与滚压外圆相同。由于滚压加工效率高，近年来多采用滚压来代替珩磨。上一页返回5.4常用的装夹方式5.4.1套筒类零件常用的装夹方式１用卡盘与托架安装在加工套筒类零件的内孔时，为了保证内孔的形状精度，可以采用如图５－１７（ａ）所示的卡盘与托架进行装夹，以卡盘夹持工件的一端，托架通过调整螺栓支承另一端，通过调整螺栓可以对套筒工件的轴线进行调整，以确保工件在机床中处于正确位置。２用两个中心托架定位安装有些孔加工机床没有卡盘，可以考虑采用两个中心托架进行定位安装，如图５－１７（ｂ）所示，通过两个中心托架的调整，能确保工件在机床中处于正确位置。下一页返回5.4常用的装夹方式３用心轴安装在加工套筒类零件的外圆时，为保证与内孔的同轴度，应采用内孔为定位基准，用心轴安装工件，心轴的结构形式很多，如图５－１８所示。5.4.2钻床夹具的分类及其结构形式１固定式钻模这类钻床夹具是指工件在加工过程中，夹具和工件在机床上的位置固定不变。常用于立式钻床上加工直径较大的单孔或在摇臂钻床上加工平行孔系。上一页下一页返回5.4常用的装夹方式２回转式钻模回转式钻模主要用于加工围绕某一轴线分布的轴向、径向孔系或分布在工件上几个不同表面上的孔。工件在一次装夹后，靠钻模回转依次加工各孔，因此，这类钻模必须有分度装置。３盖板式钻模盖板式钻模是最简单的一种钻模，它没有夹具体，只有一块钻模板。钻模板上除了装钻套外，还装有定位元件和夹紧装置，加工时，将它盖在工件上定位夹紧即可。上一页下一页返回5.4常用的装夹方式5.4.3钻床夹具设计要点１钻模类型的选择在设计钻模时，首先需要根据工件的形状、尺寸、质量和加工要求，并考虑生产批量、工厂工艺装备的技术状况等具体条件来选择夹具的结构类型。２钻套类型与设计钻套又称为导套，用于确定刀具的位置和方向，即引导刀具进入正确的加工位置，并防止刀具在加工过程中发生偏斜，提高刀具的刚性，防止加工过程中的振动，从而保证工件的加工质量。由此可见，钻套的选用和设计正确与否，直接影响工件的加工质量。（１）钻套按其结构和使用特点可分为四种类型。上一页下一页返回5.4常用的装夹方式１）固定钻套２）可换钻套３）快换钻套４）特殊钻套（２）钻套的设计钻套是根据加工要求确定参数后选择合适的标准件，因此钻套的设计就是确定参数。１）钻套内孔直径的选择钻套内径基本尺寸应是所用刀具的最大极限尺寸；钻套与刀具采用间隙配合，一般应根据被加工孔的尺寸精度和选用刀具确定钻套内孔的公差。上一页下一页返回5.4常用的装夹方式２）钻套的高度Ｈ、排屑距离ｓ的确定钻套高度对刀具的导向作用和刀具与钻套的摩擦影响很大。H大，导向性能好，但摩擦大，一般取高度H与钻套内径d之比为1~2.5，孔径小，加工精度要求高的孔应取大值。（３）钻模板的设计钻模板用于安装钻套，并保证钻套在钻模上的正确位置。常见的钻模板有如下几种结构。１）固定式钻模板如图５－２６所示，把固定在夹具体上的钻模板称为固定式钻模板。上一页下一页返回5.4常用的装夹方式２）铰链式钻模板当钻模板妨碍工件装卸时，可采用如图５－２７所示铰链式钻模板，铰链轴与铰链孔的配合一般取G7/h6间隙配合，与铰链座的轴孔采用N7/h6的过盈配合，钻套的导向孔与工件的垂直度由调整垫片或修磨支承钉高度予以保证。３）分离式钻模板钻模板与夹具体分离，钻模板在工件上定位，并与工件一起装卸，如图５－２８所示。４）悬挂式钻模板在立式钻床或组合机床上用多轴传动头加工平行孔系时，钻模板连接在机床主轴的传动箱上，随机床主轴上下移动靠近或离开工件，这种结构简称为悬挂式钻模板。上一页下一页返回5.4常用的装夹方式（４）设计钻模板时应注意的问题①钻模板上安装钻套的孔精度（形状、尺寸和位置精度）直接与加工尺寸有关，应合理规定，孔中心距的公差一般取工件相应公差的1/5~1/3。②钻模板应具有足够的刚度，以保证钻套位置的准确性，但也要考虑减轻质量。上一页返回5.5工艺尺寸链计算5.5.1尺寸链定义和组成零件在通过各阶段的加工后，逐步演变成产品，在这个过程中，各加工表面的尺寸及各表面间的位置都在不断地变化，这种变化都有一定的内在联系，尺寸链是揭示其内在联系的重要手段。5.5.2尺寸链的计算方法１尺寸链的计算种类（１）正计算（２）反计算（３）中间计算下一页返回5.5工艺尺寸链计算２尺寸链的计算方法尺寸链的计算方法有两种：①极值法又叫极大极小法，它是利用增、减环均处在最大极限尺寸或最小极限尺寸的情况下，求解封闭环的极限尺寸。②概率法是应用概率论原理进行尺寸链计算的一种方法。３尺寸链计算步骤（１）画尺寸链简图（２）判别增减环（３）极值法计算公式（４）概率法计算公式（５）尺寸公差的确定上一页下一页返回5.5工艺尺寸链计算5.5.3工艺尺寸链的应用１当基准不重合时的尺寸换算基准不重合时的尺寸换算，包括设计基准与定位基准不重合及测量基准与设计基准不重合时引起的尺寸换算。２多工序尺寸换算在零件加工中，有些加工表面的测量基准或定位基准是一些还需要继续加工的表面，造成这些表面在最后一道加工工序中出现了需要同时控制两个尺寸的要求，其中一个尺寸是直接控制，由测量获得，而另一个尺寸变成间接获得，形成了尺寸链中的封闭环。上一页下一页返回5.5工艺尺寸链计算３保证渗氮、渗碳深度的工序尺寸计算某些零件表面需要进行渗碳、渗氮或表层镀铬等工序，且在精加工后还需保持其一定的厚度时，也涉及尺寸链的计算问题。上一页返回5.6套筒类零件的加工实践5.6.1确定加工方案、选择加工设备及工装设备１结构与技术分析从结构上看，零件的主要表面为内孔与外圆；且两者的同轴度要求较高；零件壁厚较薄；加工中易变形；零件的直径大于长度，属短套筒类。（１）尺寸精度（２）几何形状精度（３）相互位置精度（４）表面粗糙度下一页返回5.6套筒类零件的加工实践２毛坯状况一般情况下，套类零件的毛坯选择与其材料、结构和尺寸等因素有关，孔径较小的套类零件选择热轧或冷拉棒料，也可采用实心铸件，孔径较大时，常采用带预留孔的铸件或无缝钢管和锻件。３确定加工方案加工套筒零件时，因切除大量金属后引起残余应力重新分布而变形，应将粗精加工分开，先粗加工，再进行半精加工和精加工，主要表面精加工放在最后进行。上一页下一页返回5.6套筒类零件的加工实践４确定加工设备与工装设备根据以上拟订的加工方案可知，该零件应采用普通车床CA6140对外圆表面、凸台进行粗车和半精车，对内孔、内槽表面进行粗镗、半精镗，利用内圆进行内孔的精铰。5.6.2划分加工阶段该轴承套加工划分为三个加工阶段，即钻（内孔）、粗车（外圆）；半精镗（内孔）、半精车（半精车各处外圆、凸台、内槽）；精车（外圆）、精铰内孔。１选择定位基准２热处理工序安排上一页下一页返回5.6套筒类零件的加工实践３加工工序安排４确定工序尺寸５选择工装设备６填写工艺过程卡片（见表５－１）上一页返回5.7拓展知识———深孔钻深孔钻床用于加工孔径比（D/L）为１∶６以上的深孔，如枪管、炮筒和机床主轴等部件中的深孔。工件旋转（或工件、刀具同时旋转）的深孔钻床类似于卧式车床。深孔钻床有通用、专用和由普通车床改装而成，为了便于冷却和排屑，深孔钻床的布局都是卧式的，主参数是最大钻孔深度。如图５－３７所示为焊接式错齿内排屑深孔钻结构。返回思考题1.工艺尺寸链有什么作用？尺寸链中的增环、减环如何确定？2.加工图5-3