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1、第四章第四章 典型零件加工典型零件加工本章要点轴类零件的加工轴类零件的加工套筒类零件的加工套筒类零件的加工箱体类零件的加工箱体类零件的加工齿轮类零件的加工齿轮类零件的加工1机械制造工艺学机械制造工艺学第四章第四章 典型零件加工典型零件加工4.1 轴类零件的加工轴类零件的加工24.1.1 4.1.1 轴类零件加工轴类零件加工概述概述n 轴类零件的功用与结构特点轴类零件的功用与结构特点u功用功用支承传动件、传递扭矩或运动、承受载荷，一支承传动件、传递扭矩或运动、承受载荷，一定的回转精度定的回转精度u 结构结构回转体零件，长度大于直径回转体零件，长度大于直径 组成：圆柱面、圆锥面、端面、沟槽、圆弧、
2、螺纹、键组成：圆柱面、圆锥面、端面、沟槽、圆弧、螺纹、键槽、花键、其他外表如横向孔等槽、花键、其他外表如横向孔等 分类：光轴、阶梯轴、空心轴、异形轴曲轴、凸轮轴、分类：光轴、阶梯轴、空心轴、异形轴曲轴、凸轮轴、偏心轴和花键轴等图偏心轴和花键轴等图4-14-1所示。所示。刚性轴刚性轴L/d12L/d12 挠性轴挠性轴L/dL/d12123图4-1轴的种类4.1.1 4.1.1 轴类零件加工轴类零件加工概述概述4n 轴类零件的主要技术要求轴类零件的主要技术要求轴轴类类零零件件的的重重要要外外表表是是轴轴颈颈和和轴轴肩肩，包包括括配配合合轴轴颈颈装装配配传传动动件件和和支支承承轴轴颈颈装装配配轴轴承
3、承。根据零件的使用性能要求，其主要技术要求有：主要技术要求有：u 尺寸精度和几何形状精度尺寸精度和几何形状精度 直径精度通常为IT6IT9,有时可达IT5。几何形状精度圆度、圆柱度应限制在直径公差范围之内。要求较高时,则应在零件图上专门标注形状公差，取公公差的差的1/2，1/4。4.1.1 4.1.1 轴类零件加工轴类零件加工概述概述5u 位置精度位置精度普通精度的轴普通精度的轴,配合轴颈相对支承轴颈的径向圆跳动一般为配合轴颈相对支承轴颈的径向圆跳动一般为 0.010.03mm,高精度的轴为高精度的轴为0.0010.005mm。端面圆跳动为端面圆跳动为0.0050.01mm。u 外表粗糙度外表
4、粗糙度 一般说来一般说来,轴类零件的各加工外表均有外表粗糙度的要求。轴类零件的各加工外表均有外表粗糙度的要求。支承轴颈的外表粗糙度要求为支承轴颈的外表粗糙度要求为R Ra a0.160.160.8m0.8m。配合轴颈的外表粗糙度配合轴颈的外表粗糙度R Ra a为为0.630.633.2m3.2m。u 其他技术要求其他技术要求 热热处处理理外外表表淬淬火火、渗渗碳碳淬淬火火等等，动动平平衡衡，探探伤伤，过过渡渡圆角等。圆角等。4.1.1 4.1.1 轴类零件加工轴类零件加工概述概述6n 轴类零件的材料、毛坯及热处理u 轴类零件的材料轴类零件的材料不重要的轴：普通碳素钢不重要的轴：普通碳素钢Q23
5、5、Q255、Q275等，不经热处理；等，不经热处理；一般轴类零件：一般轴类零件：35、40、45、50钢钢等等，正火、调质、淬火正火、调质、淬火 中等精度而转速较高的轴：中等精度而转速较高的轴：40Cr40Cr等合金结构钢，等合金结构钢，调质和外表淬火调质和外表淬火 精精度度较较高高的的轴轴：可可选选用用轴轴承承钢钢GCr15GCr15和和弹弹簧簧钢钢65Mn65Mn等等，也也可可选选用用球球墨墨铸铸铁铁，调质和外表淬火调质和外表淬火 对对于于高高转转速速、重重载载荷荷条条件件下下工工作作的的轴轴,选选用用20CrMnTi、20Mn2B、20Cr等低碳合金钢或等低碳合金钢或38CrMoAl氮
6、化钢，氮化钢，渗碳淬火或氮化渗碳淬火或氮化。结构复杂曲轴结构复杂曲轴HT400、QT600、QT450、QT400 4.1.1 4.1.1 轴类零件加工轴类零件加工概述概述7u 轴类零件的毛坯轴类零件的毛坯轴类零件最常用的毛坯是圆棒料和锻件 光轴、直径相差不大的阶梯轴，采用圆钢作为毛坯；光轴、直径相差不大的阶梯轴，采用圆钢作为毛坯；直径相差较大的阶梯轴比较重要的轴，应采用锻件直径相差较大的阶梯轴比较重要的轴，应采用锻件;只只有有某某些些大大型型、结结构构复复杂杂的的异异形形轴轴，可可采采用用球球墨墨铸铸铁铁铸铸件；件；毛坯经过加热锻造后,可使金属内部纤维组织沿外表均匀分布,从而获得较高的抗拉、
7、抗弯及抗扭强度,故一一般般比比较较重要的轴重要的轴,多采用锻件。多采用锻件。自由锻造多用于中小批生产自由锻造多用于中小批生产,模锻适用于大批大量生产。模锻适用于大批大量生产。4.1.1 4.1.1 轴类零件加工轴类零件加工概述概述8u 轴类零件的热处理 锻造毛坯在加工前,均需安排正正火火或或退退火火处处理理含碳量大于C=0.5的碳钢和合金钢,以使钢材内部晶粒细化,消除锻造应力,降低材料硬度,改善切削加工性能。为了获得较好的综合力学性能，常要求调调质质处处理理，一般分两种情况：1毛坯余量大时，调质安排在粗车之后、半精车之前,以便消除粗车时产生的剩余应力。2毛坯余量小时，调质可安排在粗车之前进行。
8、4.1.1 4.1.1 轴类零件加工轴类零件加工概述概述9 外外表表淬淬火火一般安排在精加工之前，这样可纠正因淬火引起的局部变形。对精度要求高的轴，在局部淬火后或粗磨之后,还需进行低温时效处理在160油中进行长时间的低温时效，以保证尺寸的稳定。对于氮化钢如38GrMoAl，需在渗渗氮氮之之前前进进行行调调质质和和低低温温时时效效处处理理。对对调调质质的的质质量量要要求求也也很很严严格格，不仅要求调质后索氏体组织要均匀细化，而且要求离外表0.80.10mm层内铁素体含量不超过C5，否则会造成氮化脆性而影响其质量。4.1.1 4.1.1 轴类零件加工轴类零件加工概述概述104.1.2 4.1.2
9、传动轴加工工艺及其分析传动轴加工工艺及其分析如图为减速箱传动轴工作图样。114.1.2 4.1.2 传动轴加工工艺及其分析传动轴加工工艺及其分析124.1.2 4.1.2 传动轴加工工艺及其分析传动轴加工工艺及其分析134.1.2 4.1.2 传动轴加工工艺及其分析传动轴加工工艺及其分析如图为减速箱传动轴工作图样。左图的技术要求：公差都是以轴颈M和N的公共轴线为基准。外圆Q和P径向圆跳动公差为0.02，轴肩H、G和I端面圆跳动公差为0.02。144.1.2 4.1.2 传动轴加工工艺及其分析传动轴加工工艺及其分析151传动轴工艺分析传动轴工艺分析1 传动轴的主要外表及其技术要求传动轴的主要外表
10、及其技术要求轴颈M、N、P、Q：IT6;Ra0.8m；P,Q对M,N轴线径向圆跳动公差为0.02mm。轴肩G、H、I：Ra0.8m；均对M,N轴线端面圆跳动公差为0.02mm。螺纹M241-6g：6级精度。键槽8和12：IT9；侧面Ra3.2m；材料40Cr，调质220240HBS。4.1.2 4.1.2 传动轴加工工艺及其分析传动轴加工工艺及其分析162 工艺方案分析工艺方案分析传动轴大多是回转外表，主要是采用车削和外圆磨削。由于该轴主要外表M,N,P,Q的公差等级较高IT6，外表粗糙度值较小Ra0.8m，最终加工应采用磨削。其加工方案：轴颈M、N、P、Q和轴肩G、H、I等主要外表应先车后磨
11、，主要工艺路线为：粗车调质半精车磨削。车、磨均以两端中心孔为定位精基准。两端中心孔可在粗车之前加工出。两段螺纹在半精车阶段车出。两个键槽在磨削之前铣出。毛坯选用60热轧圆钢料。下料粗车调质修研中心孔铣键槽修研中心孔磨削检验3 工艺过程工艺过程4.1.2 4.1.2 传动轴加工工艺及其分析传动轴加工工艺及其分析174.1.2 4.1.2 传动轴加工工艺及其分析传动轴加工工艺及其分析表4-2184.1.2 4.1.2 传动轴加工工艺及其分析传动轴加工工艺及其分析194.1.2 4.1.2 传动轴加工工艺及其分析传动轴加工工艺及其分析202、划分加工阶段该轴加工划分为三个加工阶段，即粗车粗车外圆、钻
12、中心孔，半精车半精车各处外圆、台肩和修研中心孔等，粗精磨各处外圆。各加工阶段大致以热处理为界。3、选择定位基准 轴类零件的定位基面，最常用的是两中心孔。轴类零件的定位基面，最常用的是两中心孔。因为轴类零件各外圆外表、螺纹外表的同轴度及端面对轴线的垂直度是相互位置精度的主要工程，而这些外表的设计基准一般都是轴的中心线，采用两中心孔定位就能符合基准重合原则符合基准重合原则。而且由于多数工序都采用中心孔作为定位基面，能最大限度地加工出多个外圆和端面，这也符合基准统一原则也符合基准统一原则。4.1.2 4.1.2 传动轴加工工艺及其分析传动轴加工工艺及其分析214.1.2 4.1.2 传动轴加工工艺及
13、其分析传动轴加工工艺及其分析22u 但以下情况不能用两中心孔作为定位基面：但以下情况不能用两中心孔作为定位基面：1粗加工外圆时，为提高工件刚度，则采用轴外圆外表为定位基面，或以外圆和中心孔同作定位基面，即一夹一顶。2当轴为通孔零件时，在加工过程中，作为定位基面的中心孔因钻出通孔而消失。为了在通孔加工后还能用中心孔作为定位基面，工艺上常采用三种方法。当中心通孔直径较小时，可直接在孔口倒出宽度不大于2mm的60内锥面来代替中心孔；当轴有圆柱孔时，可采用图右所示的锥堵，取1500锥度；当轴孔锥度较小时，取锥堵锥度与工件两端定位孔锥度相同；当轴通孔的锥度较大时，可采用带锥堵的心轴，简称锥堵心轴，如右图
14、b所示。使用锥堵或锥堵心轴时应注意，一般中途不得更换或拆卸，直到精加工完各处加工面，不再使 用中心孔时方能拆卸。4.1.2 4.1.2 传动轴加工工艺及其分析传动轴加工工艺及其分析234、热处理工序的安排该轴需进行调质处理。它应放在粗加工后，半精加工前进行。如采用锻件毛坯，必须首先安排退火或正火处理。该轴毛坯为热轧钢，可不必进行正火处理。5、加工顺序安排除了应遵循加工顺序安排的一般原则，如先粗后精、先主后次等，还应注意：1外圆外表加工顺序应为，先加工大直径外圆，然后再加工小直径外圆，以免一开始就降低了工件的刚度。2轴上的花键、键槽等外表的加工应在外圆精车或粗磨之后，精磨外圆之前。轴上矩形花键的
15、加工，通常采用铣削和磨削加工，产量大时常用花键滚刀在花键铣床上加工。以外径定心的花键轴，通常只磨削外径键侧，而内径铣出后不必进行磨削，但如经过淬火而使花键扭曲变形过大时，也要对侧面进行磨削加工。以内径定心的花键，其内径和键侧均需进行磨削加工。3轴上的螺纹一般有较高的精度，如安排在局部淬火之前进行加工，则淬火后产生的变形会影响螺纹的精度。因此螺纹加工宜安排在工件局部淬火之后进行。该轴的加工工艺过程见表4-24.1.2 4.1.2 传动轴加工工艺及其分析传动轴加工工艺及其分析241.1.主轴的主要技术条件主轴的主要技术条件支承轴颈、是主轴部件的装配基准,它的制造精度直接影响主轴部件的回转精度,故对
16、它提出的要求很高。主轴锥孔安装顶尖和工具锥柄,其中心线必须与支承轴颈的中心线严格同轴,否则会使工件产生圆度和同轴度误差。主轴前端圆锥面、端面是安装卡盘的定位外表。为保证卡盘的定心精度,主轴前端圆锥面与支承轴颈同轴,端面与主轴的回转中心线垂直。主轴上的螺纹是固定与调节轴承间隙的。当螺纹中径对支承轴颈歪斜时会引起锁紧螺母的端面跳动,轴承位置发生变动,引起主轴径向圆跳动。因此对螺纹的要求高。4.1.3 4.1.3 机床主轴加工工艺及其分析机床主轴加工工艺及其分析25图4-2CA6140型车床主轴简图4.1.3 4.1.3 机床主轴加工工艺及其分析机床主轴加工工艺及其分析262.2.加工工艺过程加工工
17、艺过程通过对主轴的技术要求和结构特点进行深入分析,根据生产批量、设备条件、工人技术水平等因素,就可以拟定其机械加工工艺过程。表4-1为CA6140型车床主轴加工工艺过程简表。4.1.3 4.1.3 机床主轴加工工艺及其分析机床主轴加工工艺及其分析27表表4-14-1CA6140CA6140型车床主轴加工工艺过程简表型车床主轴加工工艺过程简表4.1.3 4.1.3 机床主轴加工工艺及其分析机床主轴加工工艺及其分析28表表4-14-1CA6140CA6140型车床主轴加工工艺过程简表型车床主轴加工工艺过程简表4.1.3 4.1.3 机床主轴加工工艺及其分析机床主轴加工工艺及其分析29表表4-14-
18、1CA6140CA6140型车床主轴加工工艺过程简表型车床主轴加工工艺过程简表4.1.3 4.1.3 机床主轴加工工艺及其分析机床主轴加工工艺及其分析30表表4-14-1CA6140CA6140型车床主轴加工工艺过程简表型车床主轴加工工艺过程简表4.1.3 4.1.3 机床主轴加工工艺及其分析机床主轴加工工艺及其分析31表表4-14-1CA6140CA6140型车床主轴加工工艺过程简表型车床主轴加工工艺过程简表4.1.3 4.1.3 机床主轴加工工艺及其分析机床主轴加工工艺及其分析32表表4-14-1CA6140CA6140型车床主轴加工工艺过程简表型车床主轴加工工艺过程简表4.1.3 4.1
19、.3 机床主轴加工工艺及其分析机床主轴加工工艺及其分析33表表4-14-1CA6140CA6140型车床主轴加工工艺过程简表型车床主轴加工工艺过程简表4.1.3 4.1.3 机床主轴加工工艺及其分析机床主轴加工工艺及其分析343.3.加工工艺过程分析加工工艺过程分析1加工阶段的划分由于主轴是多阶梯带通孔的零件,切除大量金属后,会引起剩余应力重新分布而变形,故安排工序时,一定要粗精分开,先粗后精。1粗加工阶段:切端面钻中心孔、粗车外圆等。毛坯处理:备料,锻造,热处理正火,工序13。粗加工:工序46。目的:切除大局部余量,接近最终尺寸,只留少量余量,及时发现缺陷。4.1.3 4.1.3 机床主轴加
20、工工艺及其分析机床主轴加工工艺及其分析352半精加工阶段:半精车外圆，各辅助外表键槽、花键、螺纹等的加工与外表淬火。半精加工前热处理:工序7。半精加工:工序813。目的:为精加工作准备,次要外表到达图纸要求。3精加工阶段:主要外表外圆外表与锥孔的精加工。精加工前热处理:工序14。精加工前各种加工:工序1520。精加工:工序2123。目的:各外表都加工到图纸要求。4.1.3 4.1.3 机床主轴加工工艺及其分析机床主轴加工工艺及其分析362定位基准的选择轴类零件的定位基准,最常用的是两中心孔。因为轴类零件各外圆外表、锥孔、螺纹等外表的设计基准都是轴的中心线,采用两中心孔定位,既符合基准重合原则又
21、符合基准统一原则。不能用中心孔或粗加工时,采用轴的外圆外表或外圆外表与中心孔组合作为定位基准。磨、车锥孔时采用主轴的装配基准前后支承轴颈定位,符合基准重合原则。由于主轴是带通孔的零件,作为定位基准的中心孔,因钻出通孔而消失。为了在通孔加工之后还能使用中心孔作为定位基准,常采用带有中心孔的锥堵或锥套心轴,当主轴孔的锥度较小时如车床主轴锥孔,锥度为MorseNo.6,可使用锥堵,如图4-3 a所示;当主轴孔的锥度较大如铣床主轴或为圆柱孔时,则用锥套心轴,如图4-3b所示。4.1.3 4.1.3 机床主轴加工工艺及其分析机床主轴加工工艺及其分析37图4-3锥堵与锥套心轴4.1.3 4.1.3 机床主
22、轴加工工艺及其分析机床主轴加工工艺及其分析38采用锥堵应注意以下几点:锥堵应具有较高的精度,其中心孔既是锥堵本身制造的定位基准,又是磨削主轴的精基准,因而必须保证锥堵的锥面与中心孔有较高的同轴度。另外,在使用锥堵时,应尽量减少锥堵装夹次数。这是因为工件锥孔与锥堵的锥角不可能完全一样,重新装夹势必引起安装误差,故中、小批生产时,锥堵安装后一般不中途更换。综上所述,空心主轴零件定位基准的使用与转换,大致采用这样的方式:开始时以外圆作粗基准铣端面钻中心孔,为粗车外圆准备好定位基准。粗车外圆又为深孔加工准备好定位基准,钻深孔时采用一夹夹一头外圆一托托一头外圆的装夹方式。之后即加工好前后锥孔,以便安装锥
23、堵,为半精加工和精加工外圆准备好定位基准。终磨锥孔之前,必须磨好轴颈外表,以便用支承轴颈定位来磨锥孔,从而保证锥孔的精度。4.1.3 4.1.3 机床主轴加工工艺及其分析机床主轴加工工艺及其分析393工序顺序的安排安排主轴加工工序的顺序时应注意以下几点:1基准先行。在安排机械加工工艺时,总是先加工好定位基准面,即基准先行。主轴加工也总是首先安排铣端面钻中心孔,以便为后续工序准备好定位基准。2深孔加工的安排。为了使中心孔能够在多道工序中使用,希望深孔加工安排在最后。但是,深孔加工属粗加工,余量大,发热多,变形也大,会使得加工精度难以保持,故不能放到最后。一般深孔加工安排在外圆粗车之后,以便有一个
24、较为精确的轴颈作定位基准用来搭中心架,这样加工出的孔容易保证主轴壁厚均匀。4.1.3 4.1.3 机床主轴加工工艺及其分析机床主轴加工工艺及其分析403先外后内与先大后小。先加工外圆,再以外圆定位加工内孔。如上述主轴锥孔安排在轴颈精磨之后再进行精磨;加工阶梯外圆时,先加工直径较大的,后加工直径较小的,这样可防止过早地削弱工件的刚度。加工阶梯深孔时,先加工直径较大的,后加工直径较小的,这样便于使用刚度较大的孔加工工具。4次要外表加工的安排。主轴上的花键、键槽、螺纹等次要外表加工,通常均安排在外圆精车或粗磨之后、精磨外圆之前进行。如果精车前就铣出键槽,精车时因断续切削而易产生振动,既影响加工质量,
25、又容易损坏刀具,也难控制键槽的深度。这些加工也不能放到主要外表精磨之后,否则会破坏主要外表已获得的精度。4.1.3 4.1.3 机床主轴加工工艺及其分析机床主轴加工工艺及其分析414主要工序加工方法1外圆外表的加工。外圆外表粗加工和半精加工应用车削的方法。成批生产时采用转塔车床、数控车床;大批量生产时,采用多刀半自动车床、液压仿形半自动车床等。外圆外表的精加工应用磨削方法,放在热处理工序后进行,用来纠正在热处理中产生的变形,最后到达所需的精度和外表粗糙度。当生产批量较大时,常采用组合磨削如图4-4所示、成形砂轮磨削及无心磨削等高效磨削方法。4.1.3 4.1.3 机床主轴加工工艺及其分析机床主
26、轴加工工艺及其分析42图4-4组合磨削432精磨锥孔。主轴锥孔对主轴支承轴颈的径向圆跳动,是一项重要的精度指标,因此锥孔加工是关键工序。主轴锥孔磨削通常均采用专用夹具。如图4-5所示,夹具由底座、支架及浮动夹头三局部组成。支架固定在底座上,支承前后各有一个V形块,其上镶有硬质合金提高耐磨性,工件放在V形块上,工件中心与磨头中心必须等高,否则会出现双曲线误差,影响其接触精度。后端的浮动夹头锥柄装在磨床主轴锥孔内,工件尾部插入弹性套内,用弹簧将夹头外壳连同主轴向左拉,通过钢球压向带有硬质合金的锥柄端面,限制工件轴向窜动。这种磨削方式,可使主轴锥孔磨削精度不受内圆磨床头架主轴回转误差的影响。44图4
27、-5磨主轴锥孔夹具453主轴中心通孔的加工。主轴的中心通孔一般都是深孔长度与直径之比大于5。深孔比一般孔的加工要困难和复杂得多。针对深孔加工的不利条件,要解决好刀具引导、顺利排屑和充分润滑三个关键问题。一般采取以下措施:采用工件旋转、刀具送进的加工方式,使钻头有自定中心能力,防止孔中心线偏斜;采用特殊结构的刀具深孔钻,以增加其导向的稳定性和断屑性能;在工件上预先加工出一段精确的导向孔,保证钻头从一开始就不引偏;采用压力输送的冷却润滑液,利用压力将冷却润滑液送入切削区域,对钻头起冷却润滑作用,并带着切屑排出。4.1.3 4.1.3 机床主轴加工工艺及其分析机床主轴加工工艺及其分析461.1.精密
28、机床主轴零件的加工工艺特点精密机床主轴零件的加工工艺特点对于精密机床主轴,不仅一些主要外表的精度和外表质量要求很高,而且精度也要求稳定。这就使得精密主轴在材料选择、工艺安排、热处理等方面具有一些特点。下面以高精度磨床砂轮主轴的加工为例来讨论精密主轴加工的工艺特点。图4-6为某高精度磨床砂轮主轴的简图。4.1.4 其它轴类零件的加工工艺特点其它轴类零件的加工工艺特点47主要技术要求如下:1支承轴颈60-0.025-0.035mm外表的圆度和圆柱度均为0.001mm,两轴颈相对径向圆跳动为0.001mm;2安装砂轮的15锥面相对支承轴颈的径向圆跳动为0.001mm;锥面涂色检验时,应均匀着色,接触
29、面积不得小于80%;3前轴肩的端面圆跳动为0.001mm;4两端螺纹应直接磨出;5材料为38CrMoAlA,渗氮处理后的硬度为HRC65。4.1.4 其它轴类零件的加工工艺特点其它轴类零件的加工工艺特点48图4-6高精度磨床砂轮主轴简图4.1.4 其它轴类零件的加工工艺特点其它轴类零件的加工工艺特点49为满足以上技术要求,采取以下加工工艺路线:1锻造毛坯;2毛坯退火处理;3粗车外圆外圆径向圆跳动应小于0.2mm;4调质外圆径向圆跳动应小于1mm;5割试样在M363左端割取,并在零件端一面和试样外圆作相同编号;6在试样任意位置钻出3mm的孔;4.1.4 其它轴类零件的加工工艺特点其它轴类零件的加
30、工工艺特点507平磨试样两面,将试样送淬火车间进行金相检查,待检查合格后,零件方可转下道工序加工,试样由淬火车间保存,备渗氮检查;8精车外圆外圆径向圆跳动小于0.1mm,留磨削加工余量0.70.8mm;9铣键槽至尺寸深度;10除应力处理;11研磨顶尖孔,外表粗糙度为Ra0.63m以下,用标准顶尖着色检查,接触面积为60;12粗磨外圆,留精磨加工余量0.060.08mm;4.1.4 其它轴类零件的加工工艺特点其它轴类零件的加工工艺特点5113渗氮处理硬度:HRC65,深度0.3mm,渗氮后进行磁力探伤。各外圆径向圆跳动不大于0.03mm。键槽应加保护,不使渗氮;14研磨顶尖孔,外表粗糙度为Ra0
31、.32m,接触面积为65;15半精磨外圆,加工余量不大于0.01mm;16磨螺纹;17精研顶尖孔,外表粗糙度为Ra0.32m,接触面积为75;18精磨外圆在恒温室内进行,尺寸达公差上限;4.1.4 其它轴类零件的加工工艺特点其它轴类零件的加工工艺特点5219研顶尖孔,外表粗糙度为Ra0.32m,接触面积为80用磨床顶尖检查;20终磨外圆磨削过程中允许研顶尖孔,在恒温室内进行,室温201,充分冷却,外表粗糙度和精度到达图样要求。4.1.4 其它轴类零件的加工工艺特点其它轴类零件的加工工艺特点53从上面工艺路线可以看出精密主轴加工有以下特点:1主要外表的加工工序分得很细。如支承轴颈60-0.025
32、-0.035mm外表经过粗车、精车、粗磨、精磨和终磨多道加工工序,其中还穿插一些热处理工序,以减少由内应力所引起的变形。2顶尖孔要屡次修研。先后安排了四次修研顶尖孔工序,而且逐步使顶尖孔的外表粗糙度值减小,以提高接触精度,最后一次以终磨外圆的磨床顶尖来检验顶尖孔的接触精度。4.1.4 其它轴类零件的加工工艺特点其它轴类零件的加工工艺特点543 合理安排热处理工序。为保证渗氮处理的质量和主轴精度的稳定,渗氮处理前需安排调质和消除应力两道热处理工序。调质处理对渗氮主轴非常重要,因为对渗氮主轴,不仅要求调质后获得均匀细致的索氏体组织,而且要求离外表0.80.10mm的外表层内的铁素体含量不得超过5。
33、表层铁素体的存在,会造成渗氮脆性,引起渗氮质量下降。故渗氮主轴在调质后,必须每件割试样进行金相组织的检查,不合格者不得转入下道工序加工。渗氮主轴由于渗氮层很薄,渗氮前如果主轴内应力消除不好,渗氮后会出现较大的弯曲变形,以至渗氮层的厚度不够抵消磨削加工时纠正弯曲变形的余量,所以精密主轴渗氮处理前,都要安排除应力工序。对于非渗氮精密主轴,虽然外表淬火前不必安排除应力处理,但是在淬火及粗磨后,为了稳定淬硬钢中的剩余奥氏体组织。使工件尺寸稳定和消除加工应力,需要安排低温人工时效。时效的次数视零件的精度和结构特点而定。4.1.4 其它轴类零件的加工工艺特点其它轴类零件的加工工艺特点554精密主轴上的螺纹
34、在螺纹磨床上直接磨出。为了防止装卸砂轮和带轮时将螺纹碰伤,一般要求对螺纹局部进行淬火处理。但假设对已车好的螺纹进行淬火,则会因应力集中而产生裂纹,故精密主轴上的螺纹多不采用车削,而在淬火、粗磨外圆后用螺纹磨床直接磨出。4.1.4 其它轴类零件的加工工艺特点其它轴类零件的加工工艺特点562.2.细长轴和丝杠加工细长轴和丝杠加工1细长轴加工长度与直径之比大于20L/D20的轴称为细长轴。细长轴零件由于长径比大,刚性差,切削时间长,刀具磨损量大,不易获得良好的加工精度和外表质量。车削细长轴对刀具、机床精度、辅助工具的精度、切削用量的选择,以及工艺安排、具体操作技能等都应有较高的要求。可以说细长轴加工
35、是一项工艺性较强的综合技术。为了保证加工质量,通常在车削细长轴外圆时采取以下措施：4.1.4 其它轴类零件的加工工艺特点其它轴类零件的加工工艺特点571 1减少减少受热变形对加工的影响受热变形对加工的影响A、改进工件的装夹方法。在车削细长轴时,一般均采用一头夹和一头顶的装夹方法。同时在卡盘的卡爪下面垫入直径约4mm为的钢丝,使工件与卡爪之间为线接触,防止工件夹紧时被卡爪夹坏。尾座顶尖采用弹性活顶尖,使工件在受热变形而伸长时,顶尖能作轴向伸缩,以补偿工件的变形,减小工件的弯曲,如图4-7所示。B、加切削液。切削中，充分浇注切削液，降低工件温度。C、保持车刀锐利，减少切削中的摩擦发热。4.1.4
36、其它轴类零件的加工工艺特点其它轴类零件的加工工艺特点58图4-7细长轴的装夹4.1.4 其它轴类零件的加工工艺特点其它轴类零件的加工工艺特点592 2中心架和跟刀架的使用中心架和跟刀架的使用A、用用中中心心架架支支承承：a当当工工件件可可以以进进行行分分段段切切削削时时，中中心心架架支支承承在在工工件件中中间间。先先在在毛毛坯坯中中部部车车出出一一段段支支承承中中心心架架支支承承爪爪的的沟沟槽槽其其直直径径比比最最终终尺尺寸寸略略大大，其其外外表表粗粗糙糙及及圆圆柱柱误误差差要要小小，并并在在支支承承爪爪与与工工件件接接触触处处经经常常加加润润滑滑油油。为为提提高高工工件件精精度度，车车削削前
37、前应应将将工工件件轴轴线线调调整整到到与与机机床床主主轴轴回回转中心同轴。转中心同轴。4.1.4 其它轴类零件的加工工艺特点其它轴类零件的加工工艺特点60b当车削支承中心架的沟槽比较困难或一些中段不需加工的细长轴时，可用过渡套筒，使支承爪与过渡套筒的外外表接触，如下图，过渡套筒的两端各装有四个螺钉，用这些螺钉夹住毛坯外表，并调整套筒外圆的轴线与主轴旋转轴线相重合。4.1.4 其它轴类零件的加工工艺特点其它轴类零件的加工工艺特点61c一端用卡盘夹持，一端用中心架支承：用于加工细长轴端面、钻中心孔和车削较长端内孔、内螺纹等。a、b一般用于粗加工。一般用于粗加工。B、采用跟刀架采用跟刀架。对不适宜调
38、头车削的细长轴，不能用中心架支承，而要用跟刀架支承进行车削，以增加工件的刚性。跟刀架固定在床鞍上。4.1.4 其它轴类零件的加工工艺特点其它轴类零件的加工工艺特点62跟刀架一般有两个支承爪，它可以跟随车刀移动，抵消跟刀架一般有两个支承爪，它可以跟随车刀移动，抵消径向切削力，提高车削细长轴的形状精度和减小外表粗糙径向切削力，提高车削细长轴的形状精度和减小外表粗糙度，度，如图如图a a所示为两爪跟刀架，因为车刀给工件的切削抗力所示为两爪跟刀架，因为车刀给工件的切削抗力FrFr，使工件贴在跟刀架的两个支承爪上，但由于工件本，使工件贴在跟刀架的两个支承爪上，但由于工件本身的向下重力，以及偶然的弯曲，车
39、削时会瞬时离开支承身的向下重力，以及偶然的弯曲，车削时会瞬时离开支承爪、接触支承爪时产生振动。爪、接触支承爪时产生振动。所以比较理想的中心架需要用三爪中心架，如图所以比较理想的中心架需要用三爪中心架，如图b b所示。此所示。此时，由三爪和车刀抵住工件，使之上下、左右都不能移动，时，由三爪和车刀抵住工件，使之上下、左右都不能移动，车削时稳定，不易产生振动。车削时稳定，不易产生振动。使用三爪支承的跟刀架车削使用三爪支承的跟刀架车削细长轴能大大提高工件刚性细长轴能大大提高工件刚性,防止工件弯曲变形和抵消加工防止工件弯曲变形和抵消加工时径向切削分力的影响时径向切削分力的影响,减少振动和工件变形。减少振
40、动和工件变形。4.1.4 其它轴类零件的加工工艺特点其它轴类零件的加工工艺特点63使用跟刀架必须注意仔细调整,保证跟刀架的支承爪与工件外表保持良好的接触,跟刀架中心高与机床顶尖中心须保持一致,假设跟刀架的支承爪在加工中磨损,则应及时调整。4.1.4 其它轴类零件的加工工艺特点其它轴类零件的加工工艺特点64图4-8反向进给车削法4.1.4 其它轴类零件的加工工艺特点其它轴类零件的加工工艺特点3采用反向进给。采用反向进给。车削细长轴时改变进给方向,使中滑板由车头向尾座移动如图4-8所示,这样,刀具施加于工件上的轴向力方向朝向尾座,工件已加工部位受轴向拉伸,轴向变形则可由尾座弹性顶尖来补偿,减少了工
41、件弯曲变形。654合合理理选选择择车车刀刀的的几几何何形形状状和和角角度度。在不影响刀具强度的情况下,为减少切削力和降低切削热,车削细长轴的车刀前角应选择大些,一般取01530;尽量增大主偏角,一般取r=8093,车刀前刀面应开有断屑槽,以便断屑;刃倾角选择1303为好,这样能使切屑流向待加工外表,卷屑效果良好。切削刃外表粗糙度要求在Ra0.4m以下,并应保持锋利。5合理选择切削用量。合理选择切削用量。工件刚性较差，切削用量比车削普通工件时要小些。4.1.4 其它轴类零件的加工工艺特点其它轴类零件的加工工艺特点662丝杠加工1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
42、50,刚性很差。其结构形状较复杂,既有要求很高的螺纹外表,又有阶梯及沟槽。在加工过程中易变形,这是影响丝杠精度的主要问题。按JB2884-81规定,丝杠及螺母的精度根据使用要求分为六级:4、5、6、7、8、9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、牙形半角的极限偏差、外表粗糙度、全长中径尺寸变动量的公差、中径跳动公差等。4.1.4 其它轴类零件的加工工艺特点其它轴类零件的加工工艺特点672丝杠的材料。为保证丝杠的质量,其材料应有足够的强度、较高的稳定性和良好的加工性。丝杠有淬硬丝杠和不淬硬丝杠之分,前者耐磨性较好,能较长时间保持精度。不淬硬丝杠材料
43、有45钢,Y40Mn易切削钢和具有珠光体组织的优质碳素工具钢T10A、T12A等。淬硬丝杠常用中碳合金钢和微变形钢,如9Mn2V,CrWMn,GCr15用于小于50mm的丝杠及GCr15SiMn用于大于50mm的丝杠等。它们淬火变形小、磨削时组织比较稳定,淬硬性好,硬度可达HRC5862。4.1.4 其它轴类零件的加工工艺特点其它轴类零件的加工工艺特点683丝杠加工工艺分析。表4-2列出了成批生产卧式车床母丝杠如图4-9所示和小批生产万能螺纹磨床母丝杠如图4-10所示的工艺过程,在编制丝杠工艺规程时,要考虑如何防止弯曲、减少内应力和提高螺距精度等问题。4.1.4 其它轴类零件的加工工艺特点其它
44、轴类零件的加工工艺特点69表表4-2丝杠工艺过程丝杠工艺过程 70图4-9卧式车床母丝杠零件简图4.1.4 其它轴类零件的加工工艺特点其它轴类零件的加工工艺特点71图4-10万能螺纹磨床母丝杠零件简图4.1.4 其它轴类零件的加工工艺特点其它轴类零件的加工工艺特点72从表4-2中可见,对丝杠外圆及螺纹分阶段分屡次加工,以逐步减少切削量。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,然后用单片砂轮精磨螺纹。在丝杠加工过程中,中心孔为主要定位基准,但因丝杠为细长轴,刚度很差,加工时需用跟刀架。为了使外圆外
45、表与跟刀架的爪或套有良好的接触,丝杠外圆外表的圆度及与套的配合精度均应严格控制。每次时效后都修磨或重钻中心孔,以消除时效产生的变形,使下道工序加工有可靠的、精确的定位基面。每次加工螺纹时,都要先加工丝杠外圆,然后以两端中心孔和外圆作为定位基准加工螺纹,逐步提高螺纹的加工精度。4.1.4 其它轴类零件的加工工艺特点其它轴类零件的加工工艺特点73为了纠正丝杆加工过程中的弯曲变形,在丝杠工艺过程中常常安排校直工序。热校直是把丝杠毛坯加热到正火温度860900,保温4560分钟,然后放在三个滚筒之间进行的。对于普通机床丝杠,在粗加工及半精加工阶段都安排了冷校直工序。粗加工阶段工件弯曲较大,采用压高点的
46、方法,但在螺纹半精加工以后,工件的弯曲己变小,可采用砸凹点的方法。此法是将丝杠置于两V形铁间,使弯曲局部凸点向下,凹点向上,下垫硬木或黄铜块,如图4-11所示,用锤及扁錾敲击丝杠凹点螺纹内径,使锤击面凹下处金属向两边伸展,以到达校直目的。4.1.4 其它轴类零件的加工工艺特点其它轴类零件的加工工艺特点74图4-11砸凹点校直示意图4.1.4 其它轴类零件的加工工艺特点其它轴类零件的加工工艺特点75丝杠工艺过程中的热处理可以分为以下几类:1毛坯的热处理。对45钢材料的普通丝杠,用正火处理;对于T10A或9Mn2V材料的丝杠,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
47、制时毛坯中产生的内应力,细化晶粒,改善切削性能。4.1.4 其它轴类零件的加工工艺特点其它轴类零件的加工工艺特点762机械加工中的时效处理。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,以便丝杠精度能长期保持稳定。3淬火、回火及冰冷处理。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处理,待丝杠均匀冷至180左右,假设检查弯曲度大于0.3mm,则应进行校直,并进行中温回火,再进行-60冰冷处理2小时,自然升温到室温后,再中温回火4小时,使丝杠硬度到达所需值,从而使丝杠具有良好的耐磨性
48、、尺寸稳定性和好的磨削性能。4.1.4 其它轴类零件的加工工艺特点其它轴类零件的加工工艺特点77丝杠螺纹的加工螺纹的加工有车削、铣削和磨削几种方法。1车削螺纹。车车削削是是加加工工不不淬淬硬硬丝丝杠杠螺螺纹纹的的主主要要方方法法。车车削削螺螺纹纹时时切切削削稳稳定定,加加工工精精度度好好,但但生生产产率率较较低低,适适于于单单件件小小批批生生产产。切削时,余量分次逐渐切除。如切削梯形螺纹时,生产中采用较多的有四种余量分次切除方法。图4-12是这四种方法的切削图形。图a适用于螺距小于8mm,材料切削性能较好的工件;图b适用于螺距小于8mm,材料强度、硬度较高,切削性能差的工件;图c适用于螺距大于
49、8mm的大多数工件;图d适用于螺距大于12mm,牙槽大而深,材料硬度高的工件。4.1.4 其它轴类零件的加工工艺特点其它轴类零件的加工工艺特点78图4-12车梯形螺纹的切削图形4.1.4 其它轴类零件的加工工艺特点其它轴类零件的加工工艺特点79车削螺纹的设备是丝杠车床。对7级以上不淬硬丝杠的精车工序,都在精密丝杠车床上进行,该车床刚性好、精度高。加工时用导套式跟刀架提高工件刚度。2铣削螺纹。铣削螺纹为断续切削,振动大,但是刀具冷却好,切削速度高,生产效率高。故故批批量量较较大大的的生生产产,多多采采用用旋旋风风铣铣削削螺螺纹纹或或采采用用螺螺纹纹铣铣床床。铣削螺纹质量比车削螺纹差,只适于螺纹的
50、粗加工。3磨削螺纹。对于淬硬丝杠的精加工对于淬硬丝杠的精加工,通常采用螺通常采用螺纹磨床磨螺纹。纹磨床磨螺纹。4.1.4 其它轴类零件的加工工艺特点其它轴类零件的加工工艺特点804螺纹滚扎压：一般传递运动的批量较大的丝杆，可用硬质合金滚轮在扎丝机上扎制。一般螺纹加工：用成形滚压模具使工件产生塑性变形以获得螺纹的加工方法。螺纹滚压一般在滚丝机。搓丝机或在附装自动开合螺纹滚压头的自动车床上进行,适用于大批量生产标准紧固件和其它螺纹联接件的外螺纹。螺纹滚压的优点是外表粗糙度小于车削铣削和磨削;滚压后的螺纹外表因冷作硬化而能提高强度和硬度;材料利用率高;生产率比切削加工成倍增长,且易于实现自动化;滚压