《机械制造工艺与装备（第四版）》-课件 第11、12章 复杂零件加工、机械装配工艺

§11-3连杆加工31§11-1曲轴加工2§11-2深孔加工曲轴是带有曲拐的轴，如图11-1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。§11-1曲轴零件加工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。一、曲轴的功用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。二、曲轴加工的特点（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11-4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11-5）或在焊接挡板上钻出主轴颈及连杆轴颈的中心孔，如图11-6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11-9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11-10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。三、曲轴的加工工艺分析如图11-11所示为JA31-250型发动机曲轴。四、生产实例分析

图11-12所示为曲轴立体图。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11-13）、轴的轴向油孔、各种火炮的炮管等。一、深孔加工§11-2深孔零件加工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。二、深孔加工的特点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。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。三、深孔加工的工艺措施四、深孔加工方法分析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.套料加工深孔图11-21所示为液压缸体零件图。五、生产实例分析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。一、连杆加工的特点§11-3连杆加工2.连杆的主要技术要求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。二、连杆的加工工艺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，使加工精度降低。（4）主要表面的加工方法1）两端面的加工。大批大量生产中多采用拉削和磨削加工，成批生产多采用铣削和磨削。2）大、小头孔的加工。小头孔首道工序为钻削加工。加工方案多为钻孔—扩孔（拉孔）—镗孔（铰孔）。大头孔首道工序都是粗镗（或扩）。大头孔的加工方案多为粗镗（或扩）—半精镗—精镗。3）工艺路线。连杆加工多属于大批量生产，其工艺路线多（工序分散）。部分工序使用高生产效率的组合机床和专用机床，并广泛使用气动、液压夹具，以求提高生产效率，满足大批量生产的需要。§12-3装配方案及选择31§12-1装配工艺概述

2§12-2装配尺寸链计算§12-4装配工艺规程的制定4§12-1装配工艺概述一、装配机械产品一般由许多零件和部件组成，根据规定的技术要求，将若干零件“拼装”成部件或将若干零件和部件“拼装”成产品的过程，称为装配。前者称为部件装配，简称部装；后者称为总装配，简称总装。1.零件零件是产品制造的基本单元，也是组成产品的最小单元。2.合件若干零件用不可拆卸连接法（如焊接等）装配在一起形成的单元及利用加工修配法装配在一起的若干零件（如发动机连杆小头和衬套等）称为合件。3.组件由一个或数个合件及零件组合成的相对较独立的组合体称为组件。4.部件由若干个零件、合件和组件组合而成，在产品中能完成一定完整功能的独立单元称为部件。5.产品产品是由上述全部装配单元结合而成的整体。二、装配工作的内容机械产品装配是产品制造过程中的最后一个阶段，它包括准备、连接、校正、调整、配作、平衡、验收、试验等一系列工作。1.准备（1）熟悉产品的装配图样，熟悉工艺文件和产品质量验收标准等。分析产品结构，了解零件间的连接关系和装配技术要求。（2）确定装配的顺序。（3）确定装配方法，准备所需装配工具。（4）清洗零件、整形和补充加工。2.连接机械装配中的连接一般有可拆卸连接和不可拆卸连接。3.校正、调整与配作校正是指产品中相关零件间相互位置的找正、找平及相应调整工作。调整是指相关零部件相互位置的具体调节工作，如调节零部件的位置精度，调节运动副间的间隙，来保证产品中运动零部件的运动精度等。配作通常指的是配钻、配铰、配刮及配磨等，它们是装配中附加的一些钳工和机械加工工作。4.平衡平衡是一个消除不平衡的过程，有静平衡和动平衡两种方法。盘类零件一般采用静平衡法，轴类零件一般采用动平衡法。5.验收、试验机械产品装配完后，应根据有关技术标准和规定，对产品进行较全面的验收和试验工作，合格后方准出厂。例如卧式车床在总装后，需要进行静态检查、空运转试验、负荷试验等。三、装配精度（1）距离精度距离精度是指相关零部件间的距离尺寸精度，如车床主轴与尾座轴心线不等高的精度等。1.装配精度概述（2）相互位置精度装配中的相互位置精度包括相关零部件间的平行度、垂直度、倾斜度、同轴度、对称度、位置度及各种跳动等。（3）相对运动精度相对运动精度是产品中有相对运动的零部件间在运动方向和相对速度上的精度。运动方向的精度多表现为部件间相对运动的平行度和垂直度。相对速度的精度即传动精度，表现为传动链的两末端执行件之间速度的协调性和均匀性。（4）接触精度接触精度常以接触面积的大小及接触点的分布来衡量，如齿轮啮合、锥体配合及导轨之间均有接触精度要求。2.装配精度与零件精度的关系车床主轴轴线与尾座套筒轴线对床鞍移动的等高要求A0，取决于主轴箱、底板及尾座的A1、A2

及A3

的尺寸精度四、生产实例分析1.准备阶段1）零件和组件必须正确安装在规定位置。2）必须保证各轴线之间相互位置精度（如平行度、垂直度等）。3）蜗杆副、锥齿轮副正确啮合，符合相应规定。4）回转件运转灵活，滚动轴承游隙合适，润滑良好，不漏油。5）各固定连接牢固、可靠。（1）明确装配技术要求（2）确定装配的顺序1）分别装配蜗杆轴组件、蜗轮轴组件和锥齿轮轴-轴承套组件。2）三组件安装顺序：蜗杆轴组件→蜗轮轴组件→锥齿轮轴-轴承套组件。3）将其他零件分别装配到规定位置。（3）准备所需装配工具1）清洗零件。用清洗剂清除零件表面的防锈油、灰尘、切屑等污物，防止装配时划伤、磨损配合表面。2）整形。锉修箱盖、轴承盖等铸件的不加工表面，使其与箱体结合部位的外形一致，对于零件上未去除干净的毛刺、锐边及运输中因碰撞而产生的印痕也应锉除。3）补充加工。指零件上某些部位需要在装配时进行的加工，如箱体与箱盖、箱盖与盖板、各轴承盖与箱体的连接孔和螺孔的配钻、攻螺纹等。（4）清洗零件、整形和补充加工2.装配阶段1）零件试装。在组件装配前，有时还需要试装。（1）组件装配2）装配组件。根据装配顺序图分别装配蜗杆轴组件、锥齿轮轴-轴承套组件（蜗轮轴不能预先装配）。（2）部件装配（3）总装配1）装配蜗杆轴组件（图12-10）2）试装蜗轮轴组件和锥齿轮轴-轴承套组件。3）装配蜗轮轴组件。4）装入锥齿轮轴-轴承套组件。5）安装其他零件与组件。3.调整和精度检验阶段（1）调整。调整工作贯穿于减速器装配的整个过程，在组件中装配需要调整，在部件中装配需要调整，在总装配中更需要调整。（2）精度检验。减速器主要检验齿轮副的接触精度、齿侧间隙、相互位置精度和轴承间隙，经检验合格后安装箱盖。4.运转试验阶段总装完成后，减速器应进行运转试验。试验前必须清理箱体内腔，注入润滑油，用拨动联轴器的方法使润滑油均匀流至各润滑点。然后装上箱盖，连接电动机，并用手拨动联轴器使减速器回转，全部符合要求后，接通电源进行空载试车。运转中齿轮应无明显噪声，传动性能符合要求，运转30min后检查轴承温度应不超过规定要求。§12-2装配尺寸链计算一、装配尺寸链与工艺尺寸链1.相同点（1）工艺尺寸链和装配尺寸链都是由组成环和封闭环组成的，组成环同样分为增环和减环，其判断方法也相同。（2）工艺尺寸链和装配尺寸链同样都具有封闭性和关联性。2.不同点（1）工艺尺寸链的封闭环是由工艺过程的尺寸确定之后间接获得的，而装配尺寸链的封闭环是由具有一定尺寸的零件装配在一起后形成的。（2）工艺尺寸链中的组成环是由关联的工艺尺寸组成的，而装配尺寸链中的组成环则是由对装配精度有直接影响的相关零件的具体尺寸组成的，一个零件只能有一个尺寸（组成环）列入装配尺寸链。二、装配尺寸链的分类直线尺寸链是由彼此平行的直线尺寸所组成的尺寸链，如图12-13，它所涉及的都是距离尺寸精度问题。角度尺寸链是由角度（含平行度与垂直度）尺寸所组成的尺寸链，其组成环的几何特征多为平行度或垂直度，如图12-14所示。三、装配尺寸链的建立（1）确定封闭环。（2）查找组成环。（3）画出尺寸链图，并判断增环、减环。1.装配尺寸链的建立方法和步骤（1）按一定层次分别建立产品与部件的装配尺寸链。（2）在保证装配精度的前提下，装配尺寸链组成环可适当简化。（3）装配尺寸链的组成应采用最短路线（环数最少）原则。（4）当同一装配结构在不同位置方向有装配精度要求时，应按不同方向分别建立装配尺寸链。2.在建立装配尺寸链时的注意事项装配尺寸链的计算方法有极值法和概率法两种。通常采用极值法，该方法简单可靠，容易掌握，计算公式与工艺尺寸链相同。四、装配尺寸链的计算与应用1.装配尺寸链的计算2.装配尺寸链的应用在产品设计过程中，设计者首先完成总装配图和部件装配图，并提出装配精度要求，然后选择装配方法，确定各零件的公称尺寸及偏差，这时可以通过求解装配尺寸链来确定。当需要对已设计的图样进行校核验算时，利用与装配精度有关的零件公称尺寸及偏差，通过求解装配尺寸链，验算零件装配后的装配精度是否满足设计要求。五、生产实例分析图12-13所示的单键配合中，采用完全互换装配法，首先按公式计算平均公差:§12-3装配方案及其选择一、完全互换装配法1.完全互换装配法的概念完全互换装配法是指在装配过程中参与装配的每一个零件不经任何选择、修理和调整，装上后全都能达到装配精度要求的装配方法。2.完全互换装配法的尺寸链计算（1）建立装配尺寸链判断封闭环、增环和减环。（2）确定封闭环公称尺寸及偏差（3）确定协调环（4）确定各组成环公差1）先确定各组成环的平均公差。2）确定各组成环公差值。3）确定组成环（除协调环外）公差带位置。4）确定协调环偏差。3.生产实例分析3.生产实例分析二、分组装配法1.分组装配法的概念分组装配法又称分组互换法，顾名思义，零件能在本组内互换。分组装配法是指装配前将互配的零件测量分组，装配时按对应组进行装配达到精度的方法。2.采用分组装配法应该注意的问题（1）配合件的公差必须相等，公差放大的倍数和方向也应相同，且分组数应该等于零件公差放大的倍数。（2）只能放大尺寸公差，几何公差和表面粗糙度值不能放大。应保持原来的几何公差和表面粗糙度值，以免影响配合性质。（3）应采取措施，尽量使同组相配件数量相同或相近，避免造成零件积压浪费。（4）零件的分组数不宜过多，一般以3～5组为宜，分组数过多，会因零件测量分类和存储工作量增大而使生产组织工作变得复杂。3.生产实例分析三、修配装配法1.修配装配法的概念修配装配法是指在零件上预留修配量，在装配过程中用手工锉、刮、研等方法修去该零件上多余的材料，使装配精度达到要求。2.修配装配法的尺寸链计算（1）建立装配尺寸链根据装配精度要求建立尺寸链，判断增环、减环和封闭环。（2）确定封闭环的尺寸（3）选择修配环1）便于拆装、易于修配。2）尽量不选公共环。3）修配时本身的几何精度和表面质量容易达到要求。（4）确定其他组成环的尺寸和偏差（5）计算修配环尺寸和偏差（6）校核修配环尺寸是否正确3.生产实例分析四、调整装配法1.调整装配法的概念在装配时改变产品中可调整零件的相对位置或选用合适的调整件来达到装配精度的方法称为调整装配法。前者为可动调整法，后者为固定调整法。（1）可动调整法调整装配法的特点是零件按经济加工精度制造，装配时产生的累积误差用机构设计时预先设定的固定调整件（又称补偿件）或改变可动调整件相对位置来消除，从而获得较高的装配精度，并且可以随时调整因磨损、热变形或弹性及塑性变形等原因所引起的误差。（2）固定调整法2.调整装配法的特点（1）调整装配法适用于封闭环公差要求较严而组成环又较多的装配尺寸链，在汽车、拖拉机、自行车等产品中应用广泛。（2）固定调整装配法适用于对刚度要求较高、不需要经常调整间隙的机构，如减速器传动轴轴向间隙调整机构。（3）可动调整装配法适用于对刚度要求较低、对配合要求较高且需要经常调整间隙的机构，如自行车前后转轴轴向间隙调整机构。3.调整装配法的适用场合（1）绘制装配尺寸链（2）确定封闭环公称尺寸及偏差五、生产实例分析