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1、第二节典型零件加工工艺过程机械制造工程 机械制造工程 第五章 第五章1轴类零件的分类、技术要求轴类零件的作用l支撑传动零件；l承受载荷；l传递扭矩。一、轴（杆）类零件的加工轴类零件的特点l长度大于直径；l加工表面为内外圆柱面、圆锥面、螺纹、花键、沟槽等；l有一定的回转精度。轴类零件的分类l光滑轴l阶梯轴l空心轴l异形轴（曲轴、齿轮轴、偏心轴、十字轴、凸轮轴、花键轴）常见轴类的类型轴类零件的技术要求l尺寸精度：支承轴颈为IT5IT7，配合轴颈为IT6IT9l几何形状精度：轴颈表面、外圆锥面、锥孔等的圆度、圆柱度l相互位置精度：同轴度、径向跳动、重要端面对轴心线垂直度、端面间平行度l表面粗糙度：支
2、承轴颈为Ra0.21.6 m，配合轴颈为Ra0.43.2 ml其他：热处理、倒角、倒棱、外观修饰2轴类零件的材料、毛坯及热处理轴类零件材料l 45钢、40Cr、GCr15、65Mn、球墨铸铁、20CrMnTi、20Mn2B、20Cr轴类毛坯l圆棒料、锻件、铸件轴类零件的热处理l正火或退火处理锻造毛坯加工前细化晶粒，消除锻造应力，降低硬度，改善切削性能l调质粗车后半精车前改善物理力学性能l表面淬火精加工前提高硬度l低温时效局部淬火或粗磨后稳定性能3轴类零件的安装方式采用两中心孔定位装夹l以重要外圆表面为粗基准定位加工出中心孔，再以轴两端的中心孔为定位精基准l尽可能基准重合、基准统一、互为基准采用
3、外圆表面定位装夹l采用三爪自定心卡盘、四爪单动卡盘采用各种堵头或拉杆心轴定位装夹l加工空心轴用带中心孔的堵头或拉杆心轴堵头拉杆心轴4轴类零件工艺过程示例CA6140车床主轴的结构特点l既是阶梯轴，又是空心轴；是长径比小于12的刚性轴l不但传递旋转运动和扭矩，而且是工件或刀具回转精度的基础l主要加工表面有内外圆柱面、圆锥面，次要表面有螺纹、花键、沟槽、端面结合孔等l机械加工工艺主要是车削、磨削，其次是铣削和钻削 特别值得注意的工艺问题有：1)定位基准的选择 2)加工顺序的安排 3)深孔加工 4)热处理变形CA6140车床主轴的功用l承受扭转力矩l承受弯曲力矩l保证回转运动精度CA6140车床主轴
4、的设计要求l扭转和弯曲刚度高l回转精度高（径向圆跳动、端面圆跳动、回转轴线稳定）l制造精度高 1)结构尺寸及动态特性要好 2)主轴本身及其轴承精度高 3)轴承的结构和润滑 4)齿轮的布置 5)固定件的平衡等CA6140主轴结构的设计要求：l合理的结构设计l足够的刚度l有具有一定的尺寸、形状、位置精度和表面质量l足够的耐磨性、抗振性及尺寸稳定性l足够的抗疲劳强度 CA6140车床主轴技术条件的分析主轴支承轴颈的技术要求l支承轴颈是主轴的装配基准，其精度直接影响主轴的回转精度；主轴上各重要表面又以支承轴颈为设计基准，有严格的位置要求l支承轴颈为三支承结构，并且跨度大l支承轴颈采用锥面(1：12)结
5、构，接触率70%，可用来调整轴承间隙l中间支承为IT5IT6，粗糙度为：l支承轴颈圆度误差为0.005mm，径向跳动为0.005mml其他外圆的圆度要求，误差小于50%尺寸公差，高精度者为510%l轴颈与有关表面的同轴度误差应很小主轴工作表面（锥孔）的技术要求l用来安装顶尖或刀具锥柄：定心表面l对锥面的尺寸精度、形状精度、粗糙度、接触精度都要求高l轴心线应与支承轴颈同轴l锥孔对轴颈的径向圆跳动近轴端为0.005，离轴端300处为0.01，锥面接触率70%，粗糙度，硬度为HRC4850。主轴轴端外锥（短锥）的技术要求l用来安装卡盘或花盘的；也是定心表面l对锥面的尺寸精度、形状精度、粗糙度、接触精
6、度都要求高l轴心线应与支承轴颈同轴l对支承轴颈的径向圆跳动为0.008；端面圆跳动为0.008l粗糙度，硬度为HRC4550空套齿轮轴颈的技术要求l影响传动的平稳性；可能导致噪声l有同轴度要求，对支承轴颈的径向圆跳动为0.010.015l尺寸精度要求为IT5IT6螺纹的技术要求l用来固定零件或调整轴承间隙l螺母的端面圆跳动（应0.05）会影响轴承的内环轴线倾斜l螺母与轴颈的同轴度误差0.025l螺纹精度为6h主轴各表面的表面层要求l要有较高的耐磨性l要有适当的硬度（HRC45以上），以改善其装配工艺性和装配精度l表面粗糙度 CA6140 车床主轴图主轴的机械加工工艺过程主轴加工工艺过程制订的依
7、据l主轴的结构；技术要求；生产批量；设备条件主轴加工工艺过程l批量：大批；材料：45钢；毛坯：模锻件工艺过程：分为三个阶段（参见表5-5）：l粗加工：工序 16l半精加工：工序 713（7为预备）l精加工：工序 1426（14为预备）主轴加工工艺过程分析主轴毛坯的制造方法l自由锻件：小批量或单件生产l模锻件：大批量生产主轴的材料和热处理 热处理工序的安排l毛坯热处理：去锻造应力，细化晶粒l切削前正火（预备热处理）：改善切削加工性能和机械-物理性能；去锻造应力l半精加工前调质：去应力，改善切削加工性能，提高综合机械性能l精加工前局部高频淬火：提高运动表面耐磨性l精加工后定性处理：低温时效和冰冷处
8、理加工阶段的划分 如前所述，分为三个阶段。l主轴的技术要求高，毛坯为模锻件，加工余量大，精度高，故应分阶段加工l分粗、精加工阶段有利于去应力并可加入热处理l多次切削有利于消除复映误差l粗、精加工二阶段应间隔一定时间l粗、精加工二阶段应分粗、精加工机床进行，合理利用设备，保护机床定位基准的选择l应使定位基准与装配基准重合l一次安装应多加工几个面l注意零件的主要精度指标：同轴度、圆度、径向跳动l主轴的定位过程较复杂：有顶尖、锥堵、支承表面等作为定位基准加工顺序的安排和工序的确定 三种方案l粗加工外圆钻深孔精加工外圆粗加工锥孔精加工锥孔l粗加工外圆钻深孔粗加工锥孔精加工锥孔精加工外圆l粗加工外圆钻深
9、孔粗加工锥孔精加工外圆精加工锥孔l工序确定的两个原则工序中所用的基准应在该工序前加工各表面要粗、精基准分开，先粗后精，多次加工，逐步提高精度l淬硬表面的键槽、螺纹应在淬火前加工l非淬硬表面的键槽、螺纹应在精车后、精磨前加工l检验工序应安排在适当工序之后，必要还应探伤主轴加工中的几个工艺问题锥堵和锥堵心轴的使用l锥堵和锥堵心轴的功用：空心轴加工通孔后，定位基准顶尖孔被破坏。通孔直径小时，可直接在孔口倒出一60锥面代替中心孔；当通孔直径较大时，要采用锥堵或锥堵心轴l设计锥堵和锥堵心轴时应注意的问题不中途更换或拆装，以免增加安装误差锥堵和锥堵心轴要求两个锥面同轴堵头拉杆心轴顶尖孔的研磨 研磨的必要性
10、l顶尖孔是定位基准，对精度和质量有直接影响l顶尖孔的深度：影响定位轴向位置，因而影响余量分布(批量生产时)l两顶尖孔同轴度：影响同轴度、影响位置精度l顶尖孔锥角和圆度误差：直接反映到工件的圆度上l热处理、切削力、重力等的影响，会损坏顶尖孔的精度l热处理后和磨削加工前需要消除误差 研磨方法l用铸铁顶尖研磨l用油石或橡胶砂轮夹在车床的卡盘上，用金刚钻研磨l用硬质合金顶尖刮研铸铁顶尖研磨中心孔研磨中心孔的硬质合金顶尖外圆表面的车削加工 车削加工的工艺作用l粗加工：切除大部分余量l半精加工：修整预备热处理后的变形l精加工：使磨削前各表面具有一定的同轴度和合理的磨削余量；精加工螺纹及各端面等车削加工值得
11、考虑的问题l生产效率；l工序精度（复映误差）；l劳动强度。车削加工的设备l单件、小批：普通车床l成批生产：液压仿形车床l批量生产：液压仿形、多刀半自动车床主轴深孔的加工 深孔加工的难点l刀具细长，刚性差，易振动，易引偏l排屑困难l钻头散热条件差，冷却困难，易失去切削能力 采取措施l采用工件旋转、刀具进给的加工方法，使钻头自定中心l采用特殊结构的深孔钻l预先加工一导向孔，防止引偏l采用压力输送切削润滑液，既使冷却充分，又使切屑排出主轴锥孔的加工 主轴锥孔的作用及要求l主轴锥孔是安装顶尖的定位面l主轴支承轴颈及主轴前端短锥的同轴度要求较高 磨削主轴锥孔一般以支承轴颈作为定位基准，有三种安装方式：l
12、前支承装于中心架，后支承用卡盘装夹l前、后支承装于两个中心架，用万向节与主轴相联l采用专用夹具磨主轴锥孔夹具 剖分轴承、V型夹具、浮动卡头等，使磨头误差及机床振动不影响工件。l由底座、支承架及浮动卡头三部分组成；前、后两支架与底座连成一体l作为工件定位的V形架镶有硬质合金，以提高耐磨性l工件的中心高应与磨头砂轮轴中心等高l后端的浮动卡头装在磨床主轴的锥孔内l工件尾部插入弹性套内l通过弹簧将弹性套（浮动卡头外壳）连同工件向后拉l钢球1压向镶有硬质合金的锥柄3端面，依靠弹簧2的涨力限制工件的轴向窜动l该联接方式只传递扭矩，排除磨头和机床误差对加工精度的干扰主轴各外圆表面的精加工和光整加工 主轴的精
13、加工l主要采用磨削加工l应在热处理之后进行，纠正热处理后的变形l磨削加工能达到的精度为IT6，表面粗糙度为 光整加工的作用及特点l用于精密主轴上尺寸公差等级为IT5以上或表面粗糙度的加工表面l采用很小的切削用量和单位切削力，变形小l对上道工序要求高，一般要求，表面无较深的加工痕迹l采用浮动的加工方法（自定心）l加工余量很小，一般不超过0.02mm5轴类零件的检验 检验项目l表面粗糙度l表面硬度l尺寸精度l相互位置精度l表面几何形状精度 检验分类l加工中的检验l加工后的检验检验顺序l几何精度尺寸精度位置精度检验方法l硬度：硬度计l表面粗糙度：触针式表面粗糙度轮廓仪或样板比较法l锥孔：着色法l尺寸
14、精度：常规检验仪器（万能量具）l位置精度：专用检验装置轴类零件的检验1箱体类零件概述箱体类零件的功用l将机器和部件中的轴、套、齿轮等有关零件连接成一个整体，并使之保持正确的相互位置，以传递转矩或改变转速来实现规定的运动二、箱体类零件的加工箱体类零件的结构特点l结构复杂，壁薄且不均匀l加工部位多，加工难度大减速箱体结构简图箱体零件的主要技术要求 孔径精度 影响回转精度，引起噪声、振动、径向跳动，影响寿命l孔的尺寸精度和几何形状误差会使轴承与孔配合不良(松、紧、不圆)l主轴孔尺寸精度为IT6级，其余孔为IT6IT7级 箱孔与孔的位置精度 引起轴安装歪斜，致使主轴径向跳动和轴向窜动，加剧轴承磨损l同
15、一轴线上各孔的同轴度误差l孔端面对轴线垂直度误差 孔和平面的位置精度 主要是规定主要孔和主轴箱安装基面的平行度 主要平面的精度 影响主轴箱与床身的连接刚度l规定底面和导向面必须平直和相互垂直l平面度、垂直度公差等级为5级l装配基准面和定位基准面为，其它平面则为 表面粗糙度 影响连接面的配合性质或接触刚度l主轴孔为，其它各纵向孔为，孔的端面为 箱体的材料及毛坯l材料一般选HT200400；因为灰铸铁成本低，耐磨性、可铸性、可切削性和阻尼特性好l毛坯为铸件；毛坯余量视生产批量和铸造方法等而定；浇铸后应退火 箱体结构的工艺性基本孔l可分为通孔、阶梯孔、盲孔、交叉孔等l通孔工艺性最好；深孔、阶梯孔、相
16、贯通的交叉孔工艺性较差；盲孔工艺性最差，应尽量避免同轴孔l同一轴线方向孔径向一个方向递减l镗孔时镗杆可从一端伸入，逐个加工或同时加工同一轴线上的几个孔l应避免中间隔壁上孔径大于外壁上孔径装配基面l为便于加工、装配和检验，尺寸应尽可能大，形状应尽可能简单凸台l应尽可能在同一平面上紧固孔和螺孔l尺寸和规格应尽可能一致肋板、肋条、圆角等l保证箱体的动刚度和抗振性 不同批量箱体生产的共性 加工顺序为先面后孔l提供基准的需要l切去毛坯上的缺陷，方便后面的加工l使孔加工余量均匀l保护刀具，有利于对刀、调整2箱体类零件机械加工工艺过程及其特点分析 加工阶段粗、精分开l精加工夹紧力可小一点，粗加工后将工件松开
17、点，可使弹性变形得到恢复 工序间安排时效l消除内应力，减少变形，保证精度稳定l铸造后安排人工时效l精度高的箱体有时粗加工之后还需要人工时效 一般都用箱体上的重要孔作粗基准 不同批量箱体生产的特殊性 粗基准的选择l中小批量生产时，毛坯精度低，一般采用划线装夹l大批大量生产时，毛坯精度高，可采用专用夹具安装 精基准的选择l单件小批量用装配基准作定位基准 l大批量生产则采用一面双孔作定位基准 所用设备依批量不同而异l单件小批量生产用通用设备l大批量生产广泛使用组合加工机床如：多轴龙门铣床、组合磨床、多工位组合机床、专用镗床等 箱体平面的加工方法常用方法有刨、铣、磨三种；l刨削加工的特点：刀具简单、调
18、整方便、通用性好l铣削加工的特点：多刀同时加工，可保证平面间的相互位置精度，生产效率高，适用于中批量以上的生产l平面磨削的特点：比刨削、铣削的质量都高，适用于大批量生产；为提高效率和相互位置精度，常用组合磨削 箱体孔系加工方法l孔系箱体上一系列有相互位置精度要求的孔的组合l孔系分类：平行孔系、同轴孔系、交叉孔系平行孔系的加工 平行孔系轴线互相平行且孔距也有精度要求的一系列孔 找正法 工人在通用机床上利用辅助工具来找正要加工孔的正确位置的加工方法l划线找正法加工前按照零件图在毛坯上划出各孔的位置轮廓线，然后按划线进行加工l心轴和块规找正法将心轴插入有关轴孔内(或直接利用镗床主轴)，然后根据孔和定
19、位基准的距离组合一定尺寸的块规来校正各轴位置l样板找正法利用精度很高的样板确定孔的加工位置l定心套找正法先划线加工好螺钉孔，然后装上形状精度高而且光洁的定心套 镗模法l利用镗模夹具加工孔系：工件装在镗模上，镗杆支承在镗模的导套里l孔距精度可达0.05mml适用于中、大批量生产 坐标法l适用于普通卧式镗床、坐标镗床或数控镗铣床等设备l孔距精度主要取决于坐标测量装置精度l关键在于基准孔和镗孔顺序的选择l适用于小批量生产同轴孔系的加工成批生产采用镗模加工单件小批量依靠以下方法：l利用已加工孔作支承导向l利用镗床后立柱上的导向套支承镗杆l采用调头镗交叉孔系的加工l关键在于控制孔的垂直度l主要靠机床工作
20、台上的90对准装置l常用设备为坐标镗床l换位时接触的松紧程度对位置精度都很关键；有时需借助百分表找正 箱体零件的高效自动化加工l单件小批量生产箱体，通常用普通机床；产品加工质量主要取决于机床精度和操作者的技术熟练程度；并且工序分散，占用设备多，生产周期长，生产效率低，成本高l现代化技术采用功率大、功能多的加工中心；“加工中心”就是多工序自动换刀数控镗铣床；不仅生产效率高、加工精度高，而且适用范围广，设备利用率高l箱体大量生产中，还广泛采用由组合机床与输送装置组成的自动线进行加工；提高生产效率，降低成本，减轻劳动强度，稳定产品质量，降低对工人技术水平的要求3分离式减速箱体加工的工艺过程分离式减速
21、箱体加工的工艺过程 教材中的举例，请参照表5-64箱体零件的检验箱体零件的主要检验项目和方法l表面粗糙度：通常用目测法或样板比较法，Ra值很小也用粗糙度仪l孔的尺寸精度：通常用极限塞规，单件小批量可用内径千分尺l平面直线度：通常用平尺、厚薄规、桥尺l平面的平面度：通常用自准直仪或水平仪、桥板，也可涂色检验l同轴度：通常用检验棒l孔间距今孔轴线平行度：通常用游标卡尺或千分尺，也可用块规测量l三坐标测量机可同时对零件的尺寸、形状和位置等进行高精度的测量三、圆柱齿轮加工1齿轮概述直齿圆柱齿轮结构特点和分类 l齿轮的结构形状按使用场合和要求不同而不同，分为：盘形齿轮、内齿轮、联轴齿轮、套筒齿轮、扇形齿
22、轮、齿条、装配齿轮 直齿圆柱齿轮的结构形式直齿圆柱齿轮的精度要求 l运动精度：确保齿轮准确的传递运动和恒定的传动比 l工作平稳性：要求传动平稳，振动、冲击、噪声小 l齿面接触精度：保证传动中载荷分布均匀，齿面接触要求均匀 l齿侧间隙：要求传动中的非工作面留有间隙齿轮材料、毛坯和热处理 l材料选择：普通齿轮选用中碳钢和中碳合金钢，如40、45、50、40MnB、40Cr、45Cr、42SiMn、35SiMn2MoV等；要求高的齿轮可选取20Mn2B、18CrMnTi、30CrMnTi、20Cr等低碳合金钢；对于低速轻载的开式传动可选取ZG40、ZG45等铸钢材料或灰口铸铁；非传力齿轮可选取尼龙、
23、夹布胶木或塑料 l齿轮毛坯：铸铁件：用于受力小、无冲击、低速的齿轮棒料：用于尺寸小、结构简单、受力不大的齿轮 锻坯：用于高速重载齿轮铸钢坯：用于结构复杂、尺寸较大不宜锻造的齿轮 l齿轮热处理毛坯的热处理：消除锻造和粗加工造成的残余应力、改善齿轮材料内部的金相组织和切削加工性能，在齿轮毛坯加工前后通常安排正火或调质等预热处理 齿面的热处理：提高齿面硬度、增加齿轮的承载能力和耐磨性而进行的齿面高频淬火、渗碳淬火、氮碳共渗和渗氮等热处理工序2直齿圆柱齿轮齿面（形）的加工方法齿轮齿面加工方法的分类 l成形法：用与被切齿轮齿槽形状相符的成形刀具切出齿面的方法，如铣齿、拉齿和成型磨齿等 l展成法：齿轮刀具
24、与工件按齿轮副的啮合关系作展成运动切出齿面的方法，工件的齿面由刀具的切削刃包络而成，如滚齿、插齿、剃齿、磨齿和珩齿等 3直齿圆柱齿轮齿面加工方法的选择 l齿轮齿面的精度要求大多较高，加工工艺复杂，选择加工方案时应综合考虑齿轮的结构、尺寸、材料、精度等级、热处理要求、生产批量及工厂加工条件等l常用的齿面加工方案参见表 5-74直齿圆柱齿轮零件加工工艺过程示例工艺过程示例 l圆柱齿轮的加工工艺过程一般应包括以下内容：齿轮毛坯加工、齿面加工、热处理工艺及齿面的精加工 l示例加工过程见表5-8 l编制齿轮加工工艺过程大致可划分如下几个阶段：齿轮毛坯的形成：锻件、棒料或铸件 粗加工：切除较多的余量 半精
25、加工：车各表面，滚、插齿面热处理：调质、渗碳淬火、齿面高频淬火等精加工：精修基准、精加工齿面（磨、剃、珩、研齿和抛光等）齿轮加工工艺过程分析 l定位基准的选择带轴齿轮主要采用顶尖定位带孔齿轮在加工齿面时常采用以下两种定位、夹紧方式以内孔和端面定位：基准重合，定位精度高 以外圆和端面定位：对齿坯的内、外圆同轴度要求高，而对夹具精度要求不高 l齿轮毛坯的加工应注意齿顶圆的尺寸精度要求，因为齿厚的检测是以齿顶圆为测量基准的加工过程中应注意下列三个问题 当以齿顶圆直径作为测量基准时，应严格控制齿顶圆的尺寸精度 保证定位端面和定位孔或外圆相互的垂直度提高齿轮内孔的制造精度，减小与夹具心轴的配合间隙 l齿端的加工包括倒圆、倒尖、倒棱和去毛刺等 齿端加工形式 齿端倒圆工艺返回