《机械制造工艺学（第三版）》课件 第六章 复杂零件加工

§6-3深孔加工31§6-1曲轴加工

2§6-2丝杠加工§6-4连杆加工4曲轴是带有曲拐的轴，如图6-1所示，它具有一般轴类零件的主要特征，其加工也符合轴类零件的加工规律，例如，铣两端面后钻中心孔、车削加工、磨削加工和抛光等。§6-1曲轴加工一、曲轴的功用曲轴是活塞式发动机的主要零件之一，用来将活塞的往复运动转变为旋转运动。二、曲轴加工的特点1.刚度低2.结构复杂（1）连杆轴颈的加工：曲轴的主轴颈和连杆轴颈的轴线平行而不重合，这一现象称为偏心，两轴线之间的距离称为偏心距，用字母e

表示。连杆轴颈的轴线应与主轴颈的轴线平行并保持要求的偏心距，因此，加工连杆轴颈前，应先加工出曲轴端面和中心孔，以确定各轴颈轴线的正确位置。曲轴的长径比较大（L/d为8～13），并具有连杆轴颈，因此，曲轴的刚度很低。加工中，曲轴在其自重和切削力的作用下会产生严重的扭转变形和弯曲变形，特别是在单边传动的机床上，加工时的扭转变形更为严重。（2）防止变形及平衡的方法：为了提高曲轴刚度以减小变形，车削主轴颈时，可在两曲柄之间用螺栓螺母支撑；当e>d/2并使用挡板或夹具车削连杆轴颈时，可在连杆轴颈中心线上用螺栓支撑。平衡的方法一般采取的措施是在车床卡盘上或两曲柄间加平衡重块，同时，转速降低。如图6-4所示，当曲轴连杆轴颈偏心距e≤d/2（d

为主轴颈直径）时，可将连杆轴颈的中心孔钻在主轴颈中心孔的同一端面上；对于e>d/2的曲轴，可在两端预留工艺端部（图6-5）或在焊接挡板上钻出主轴颈及连杆轴颈的中心孔，如图6-6所示。由于连杆轴颈的存在，曲轴重心和主轴颈及连杆轴颈的轴线发生偏移，在车床上加工时会产生离心力和振动，影响轴颈的加工精度。采取的措施是在车床卡盘上或两曲柄间加平衡重块，如图6-9所示。同时，应适当降低主轴转速。也可以通过曲轴的曲柄设计来克服曲轴重心和轴颈轴线偏移。如图6-10所示，在曲柄位置增加平衡块结构，用配重来修正，以减小离心力和振动对加工精度的影响。如何更多地采用新工艺、新技术，提高各工序的生产效率及使工艺过程实现自动化，是曲轴加工工艺设计的重要问题。3.技术要求高三、曲轴的加工工艺分析1.在曲轴加工工序安排上，应注意生产批量的要求。一般在大批量生产时按工序分散的原则安排工艺过程，单件、小批量生产时尽可能使工序集中。2.曲轴的加工精度较高，技术要求高，应尽可能使设计基准与工艺基准重合，以减小误差。3.要提高加工精度，还要尽可能提高定位基准（中心孔、工艺面、工艺孔）的精度，宜采用高精度设备进行加工，如坐标镗床等，以提高其定位的可靠性。4.尽可能使造成曲轴较大弯曲变形的工序在曲轴主轴颈、连杆轴颈精加工之前完成，如铣端面、铣键槽等工序。5.对于精度要求较高的曲轴，其中心孔一般都应在精度较高的坐标镗床上加工。四、生产实例分析如图11-11所示为JA31-250型发动机曲轴。图6-12所示为曲轴立体图。一、丝杠结构的工艺特点与技术要求

丝杠是细而长的柔性轴，它的长径比为20～50，刚度较低。其结构、形状较复杂，既有要求很高的螺纹表面，又有台阶及沟槽。按机械行业标准《机床梯形丝杠、螺母技术条件》（JB/T2886—2008）规定，机床丝杠根据用途及使用要求分为七个等级，即3级、4级、5级、6级、7级、8级、9级，3级精度最高，其余等级精度依次降低。各级精度的丝杠，除规定有螺纹大径、中径和小径的公差外，还规定了螺距公差、牙型半角的极限偏差、表面粗糙度、全长中径尺寸变动量的公差、中径跳动公差等。§6-2丝杠加工二、丝杠的材料1.具有优良的加工性能，磨削时不易产生裂纹，能得到良好的表面质量且残余应力较小，对刀具的磨损较小。2.抗拉强度一般不低于588MPa，能传递一定的动力。3.具有良好的热处理工艺性，淬透性好，不易淬裂，组织均匀，热处理变形小，能获得较高的硬度，从而保证丝杠的耐磨性和尺寸的稳定性。4.丝杠材料的金相组织要有较高的稳定性。丝杠有淬硬丝杠和不淬硬丝杠之分。不淬硬丝杠材料有45钢、易切削钢Y40Mn和具有珠光体组织的优质碳素工具钢T10A、T12A等。淬硬丝杠常采用中碳合金钢和微变形钢，如9Mn2V、CrWMn、GCr15（用于直径小于50mm的丝杠）及GCr15SiMn（用于直径大于50mm的丝杠）等。三、丝杠加工工艺分析表6-2列出了中批生产卧式车床丝杠（其零件简图如图6-13所示）和小批生产万能螺纹磨床丝杠（其零件简图如图6-14所示）的工艺过程，在编制丝杠加工工艺规程时，需要考虑如何防止弯曲、减小内应力和提高螺距精度等问题。对不淬硬丝杠一般采用车削加工；对淬硬丝杠，则采用先车后磨或全磨两种不同的工艺，后者是从淬硬后的光杠上先直接用单片或多片砂轮粗磨出螺纹，再用单片砂轮精磨螺纹。热校直是把丝杠毛坯加热到正火温度860～900℃，保温45～60min，然后放在三个滚筒之间校直，如图6-15所示。对于普通机床丝杠，在粗加工阶段弯曲变形较大，需采用压高点的方法进行校直，但在螺纹半精加工后，弯曲变形已变小，可采用砸凹点的方法进行校直。此法是将丝杠置于两个V形架间，使弯曲部分凸点向下，凹点向上，下面垫硬木块或黄铜块，如图6-16所示。四、丝杠加工主要工艺过程1.热处理（1）毛坯的热处理：对材料为45钢的普通丝杠，采用正火；对于材料为T10A或9Mn2V的丝杠，采用球化退火，以获得稳定的球状珠光体组织。毛坯热处理的目的是消除锻造或轧制时毛坯中产生的内应力，细化晶粒，改善切削加工性能。（2）机械加工中的时效处理：随着丝杠精度的不同，时效处理次数也不同。精度要求高的丝杠，时效次数多。一般在每次加工外圆及螺纹后均安排时效处理。机械加工中安排时效处理的目的是消除内应力，以便丝杠精度保持稳定。（3）淬火、回火及深冷处理：对于要求高的丝杠经精车外圆或粗磨外圆（未车螺纹）后进行淬火，待丝杠均匀冷至180℃左右，若检查弯曲度大于0.3mm，则应进行校直，并进行中温回火，再进行-60℃深冷处理2h，自然升温至室温后，再中温回火4h，使丝杠硬度达到所需值，从而使丝杠具有良好的耐磨性、尺寸稳定性和好的磨削性能。（1）车削螺纹：车削是加工不淬硬丝杠螺纹的主要方法。2.螺纹的加工（2）铣削螺纹：旋风铣削螺纹实质上就是用硬质合金刀具装在旋切头中高速铣削螺纹。旋风铣削螺纹实质上就是将硬质合金刀具装在旋切头（图6-18）上高速铣削螺纹。如图6-19a所示为旋风铣削螺纹的外螺纹内切法，装在旋切头上的硬质合金刀具高速旋转，形成主切削运动。工件缓慢旋转，形成切削过程中的圆周进给运动。（3）磨削螺纹：淬硬丝杠螺纹的精加工通常采用螺纹磨床磨削螺纹。图6-19b所示为旋风铣削螺纹的外螺纹外切法，原理与外螺纹内切法相似。一、深孔加工深孔加工就是对长径比（L/D）大于5的孔的加工，如液压缸体孔（图6-20）、轴的轴向油孔、各种火炮的炮管等。§6-3深孔加工二、深孔加工的特点1.加工中易产生孔的轴线歪斜。2.刀具的冷却散热条件差。3.排屑困难。4.在深孔的加工过程中，不能直接观察刀具切削情况，只能凭工作经验听切削时的声音、看切屑、手摸振动与工件温度、观仪表（油压表和电表）来判断切削过程是否正常。5.为保证活塞在液压缸内移动顺利，对该液压缸内孔有圆柱度要求，对内孔轴线有直线度要求，内孔轴线与两端面之间有垂直度要求，内孔轴线对两端支撑外圆的轴线有同轴度要求。除此之外，还特别要求内孔必须光洁，无纵向划痕。三、深孔加工的工艺措施1.为解决刀具偏斜问题，宜采用工件旋转的方式以及改进刀具导向结构。2.为解决散热和排屑的问题，采用压力输送切削液以冷却刀具和排出切屑。同时改进刀具结构，使其既能有一定压力的切削液输入和断屑，又有利于切屑的顺利排出。四、深孔加工方法分析1.深孔钻削单件、小批量生产中的深孔钻削常采用接长的麻花钻在卧式车床上进行。在成批生产中，常采用深孔钻头在深孔加工机床上进行钻削。深孔加工机床加工深孔用的钻头，因被加工孔径D

和长径比L/D

的不同而有所区别，一般孔径为2～10mm的深孔基本采用枪钻加工，孔径大于18mm的深孔则采用喷吸钻加工。2.深孔镗削深孔镗削与一般镗削不同，它仍使用深孔钻床，在钻杆上装上深孔镗刀头，镗刀头与钻杆采用螺纹连接。3.浮动镗孔浮动镗孔又称浮动铰孔，是对镗后的深孔进一步精加工的方法，采用的设备仍然是深孔钻床。加工时，在钻杆上安装浮动镗刀头，并根据镗孔尺寸更换导向套。套料加工可以在深孔钻床上进行，也可以在车床上进行。在车床床鞍上安装夹持套料刀杆的支撑座，加工时工件旋转，刀具随床鞍做进给运动；刀杆采用无缝钢管，套料刀是通过螺纹与刀杆连接在一起的，刀杆内径与心棒、刀杆外径与孔壁间都要留有间隙，以便于排屑和注入切削液。4.深孔滚压深孔滚压是一种压力光整加工，利用金属在常温状态时的冷塑性特点，滚压工具对工件表面施加一定的压力，使工件表层金属产生塑性流动，填入原始残留的低凹波谷中，从而使工件表面粗糙度值降低。5.套料加工深孔五、生产实例分析图6-28所示为液压缸体零件图。一、连杆加工的特点1.连杆的结构特点连杆的形状复杂且不规则，而孔本身及孔与平面之间的位置精度一般要求较高；杆身断面不大，刚度较低，易变形。§6-4连杆加工2.连杆的主要技术要求二、连杆的加工工艺1.材料与毛坯

连杆材料一般采用45钢或40Cr、45Mn2等优质钢或合金钢，也有的采用球墨铸铁。钢制连杆都用模锻制造毛坯。连杆毛坯的锻造工艺有两种方案：一是连杆体和盖分开锻造，二是连杆体和盖整体锻造。2.连杆的加工工艺过程柴油机连杆的生产属于大批量生产，采用流水线加工，机床按连杆的机械加工工艺过程连续排列，设备多为专用机床。该连杆毛坯采用分开锻造工艺，先分别加工连杆体和连杆盖，然后合体加工。3.连杆的加工工艺过程分析（1）定位基准的选择：连杆加工工艺过程的大部分工序都采用统一的定位基准：一个端面、小头孔和工艺凸台。（2）加工阶段的划分1）粗加工阶段。粗加工阶段也是连杆体和连杆盖合并前的加工阶段。2）半精加工阶段。半精加工阶段是连杆体和连杆盖合并后的加工。3）精加工阶段。精加工阶段是最终保证连杆主要表面（大、小头孔）全部达到图样要求的阶段。（3）确定合理的夹紧方法连杆是一个刚度较低的工件，应十分注意夹紧力的大小、作用力的方向及着力点位置的选择，以免因受夹紧力的作用而产生变形，