第六章典型零件工艺分析

第六章典型零件工艺分析机械产品中的零件虽然各式各样，但形状、结构、工作特点等在不同方面、不同程度却存在着一定的共性，生产中往往根据其形状、结构的特征，一般将零件分为轴类、盘类、轴套类、箱体类、异形类等多种类型。各类零件在多方面虽各具特点，但其中具备更多的相同、相似之处，即每类零件均具有一定共性问题及加工特色。本章将通过各类典型零件由简单到复杂的具体案例进行制造工艺设计，计算和分析，把握制造典型零件的制造规律，并通过其规律的把握，达到灵活运用制造技术，合理设计零件制造工艺的目的。第一节轴类零件工艺设计一、轴类零件特点1、功用轴类零件在机器中的功用主要是支承传动零件，传递运动和扭矩。2、结构特点轴类零件属旋转体零件，主要由圆柱面、圆锥面、螺纹及键槽等表面构成，其长度大于直径。根据其结构形状又可分为光轴、空心轴、半轴、阶梯轴、异型轴（十字轴、偏心轴、曲轴、凸轮轴）等。3、技术要求轴类零件上安装支承轴承和传动件的部位是主要表面，粗糙度数值要求较低，加工精度要求较高。除直径精度要求外还有圆度、圆柱度、同轴度、垂直度等方面的要求。二、轴类零件制造工艺案例案例1：传动轴制造工艺零件图三维图1、零件工艺性分析（1）零件材料：45钢。切削加工性良好，无特殊加工问题，故加工中不需采取特殊工艺措施。刀具材料选择范围较大，高速钢或YT类硬质合金均能胜任。刀具几何参数可根据不同刀具类型通过相关表格查取。（2）零件组成表面：两端面，外圆及其台阶面，两端三角螺纹，键槽，倒角。（3）主要表面分析：Ф25外圆表面用于支承传动件，为零件的配合面及工作面。（4）主要技术条件：Ф25外圆精度要求：IT7粗糙度要求Ra1.6µm。它是零件上主要的基准，两端螺纹应与之保持基本的同轴关系，键槽亦与之对称。（5）零件总体特点：长径比达12，为较典型的细长轴。2、毛坯选择按零件特点，可选棒料。根据标准，比较接近并能满足加工余量要求，可选Ф28mm，245mm。3、零件各表面终加工方法及加工路线（1）主要表面可能采用的终加工方法：按IT7级精度，Ra1.6µm，应为精车或磨削。（2）选择确定：按零件材料、批量大小、现场条件等因素，并对照各加工方法特点及适应范围确定采用磨削。（3）其它表面终加工方法：结合主要表面加工及表面形状特点，各回转面采用半精车，键槽采用铣削。（4）各表面加工路线确定：Φ25外圆：粗车—半精车—磨削；其余回转面：粗车—半精车；键槽：铣削。4、零件加工路线设计（1）注意把握工艺设计总原则。加工阶段可划分为粗、半精、精加工三个阶段；工序不宜过于集中（细长轴，刚度差，易变形）亦不宜太分散（中批生产，位置精度亦应保证）。（2）以机加工艺路线作主体。以主要表面加工路线为主线，穿插次要表面加工。（3）穿插热处理。考虑轴细长等因素，将调质处理安排于粗加工之后进行。（4）安排辅助工序。热处理前安排中间检验。检验前，铣削后去毛刺。（5）调整工艺路线。对照技术要求，在把握整体的基础上作相应调整。5、选择设备、工装（1）设备选择车削采用卧式车床；铣削采用立式铣床；磨削采用外圆磨床。（2）工装选择零件粗加工采用一顶一夹安装，半精、精加工采用对顶安装，铣键槽采用V形架安装。夹具主要有三爪卡盘、顶尖（拨盘）、V形架等。刀具有90º偏刀，中心钻，外螺纹车刀，键槽铣刀，麻花钻，硬质合金顶尖，砂轮等。量具选用有外径千分尺，游标卡尺，螺纹环规等。6、工序尺寸确定本零件加工中，大部分工序尺寸为第一类工序尺寸，求解原则为由后往前推，依次弥补（外表面用加，内表面用减）余量获得，并按经济精度给出公差。本零件加工中第二类工序尺寸为铣槽尺寸（典型的中间工序尺寸），求解尺寸链如下：2车ΦA（铣键槽工序尺寸）()图纸尺寸解该尺寸链可得铣槽时应保证的工序尺寸A。7、填写工艺文件（工艺过程卡）8、零件加工仿真（见加工仿真）9、本零件加工小结（1）零件安装：零件粗加工采用一端夹持、一端顶住的安装方法，半精加工、精加工为确保位置精度采用对顶安装方法。（2）零件加工：零件粗、半精加工以车为主，其余非回转表面（键槽）则按其形状选择适当加工方法，（铣削）安排于半精加工阶段。（3）主要表面保证：精加工方法采用磨削，以保证零件主要表面精度、粗糙度要求。三、轴类零件制造工艺特点1、毛坯选择轴类零件的材料多为钢材，一般的光轴、直径相差不大的阶梯轴常用热轧棒料作毛坯，重要的轴，有较大直径差的轴常用铸件，只有某些大型、结构复杂的轴才选用铸钢件。选型材作毛坯时，可用锯切、气割等方法下料。2、基准分析轴类零件的设计基准是其支承轴颈的轴心连线，为了体“基准统一”原则，常在轴的两端面加工出中心孔作为统一的定位基准面加工各段外圆柱面；或用柱面与中心联合定位；较短的轴则直接用外圆定位。3、安装方案（1）用卡盘夹用三爪自定心卡盘直接夹持外圆用四爪单动卡盘夹外圆结合打表找下定位（2）两头顶用前后顶尖与中心孔定位，通过拨盘和鸡心夹带动工件旋转，用于一次装夹下加工数段外圆。有利于保证各外圆柱面之间的同轴度和台阶面对轴线的垂直度。当工件的刚度较低时，可在前后顶尖之间加装中心架或跟刀架作为辅助支承以提高支承刚度。若工件为空心轴，当其通孔加工出来后，中心孔已不复存在，此时可在通孔两头加工出一段锥孔，装上锥堵，利用锥堵上的中心孔来实现“两头顶”。（3）一夹一顶粗加工时，因切削力较大，可采用“三爪自定心卡盘”夹一头，顶尖另一头的装夹方法。（4）一夹一托加工轴上的轴向孔或车端面，钻中心孔时需用外圆定位，常用三爪卡盘夹一头，中心架，托一头的装夹方法。（5）用V形块铣轴上的键槽时切削力较大，且槽深的设计基准为外圆下母线，常以键槽所在的外圆段为定位基准，用V形块和螺旋压板或专用虎钳装夹。（6）用专用夹具生产批量大时可设计专用夹具装夹。4、加工方法外圆表面及台阶面、端面可采用车削、磨削、光整加工等方法，键槽采用铣削加工。各表面顺序地安排粗加工、半精加工和业加工等加工阶段以逐步达到技术要求。5、典型工艺路线备坯→去应力处理→切端面、打中心孔→粗车各面→半精车各面→非回转面加工→去毛刺→中检→最终热处理→修研中心孔→粗、精磨外圆（或精车）→清洗→终检四、轴类零件制造工艺应用案例案例2：小轴零件加工225()磨Φ零件图三维图1、零件工艺性分析（1）零件材料：45钢。切削加工性良好，刀具材料及几何参数取值原则同案例1。（2）零件组成表面：外圆表面（Ф36，Ф26），端面及台阶面，通槽、键槽、退刀槽等，小孔（轴向、径向）、顶尖孔、定位坑等，倒角。（3）主要表面分析：Ф26外圆表面既为基准面又为工作面。（4）主要技术条件：Ф26外圆表面本身的圆度公差为0.01mm；轴台阶面与Ф26外圆中心线的垂直度保证0.015mm；10×47通槽中心面对Ф26外圆轴线的对称度保证0.04mm；6mm键槽的中心平面对Ф26外圆的对称度保证0.04mm；Ф6小孔的轴线对10mm通槽对称平面的垂直度保证0.1mm。零件需经调质处理，保证硬度HRC28～32。2、零件制造工艺设计（1）毛坯选择：因零件的阶梯外圆直径差较小，选择棒料，按零件尺寸确定毛坯尺寸Ф40×135mm。（2）基准及安装方案分析：Ф26外圆为零件主要定位基准，且不少表面均与它有位置精度要求，粗加工可采用一夹一顶安装方案，半精、精加工应采用对顶安装方案。加工时10mm通槽、6mm键槽，为保证其与Φ26的对称度，定位主要基准亦应为Φ26中心，可选V形块作主要定位件。加工14mm通槽及Φ6小孔时，则以10mm通槽作定位基准，保证零件图中位置精度要求。（3）加工方法确定：Φ26外圆表面终加工方法可选择磨削。由于各槽与Φ26外圆有较高的位置精度要求，为确保铣槽时有较好的定位基准质量，在铣槽前先粗磨Φ26外圆，最后通过精磨使Φ26外圆达到图纸要求。Φ26外圆及零件上其它回转面粗、半精加工均采用车削。槽采用铣削加工，键槽加工中铣槽深度尺寸的确定方法同案例1，此处从略。Φ6小孔采用钻削加工。（4）零件加工方案（见小轴加工工艺规程）3、零件加工过程（见加工仿真）4、轴类零件加工说明除注意把握“轴类零件制造工艺特点”中所述的基本共性问题外，应特别关注两点：一是重要技术条件的保证，二是零件批量大小。它们将直接影响零件具体的工艺方案确定。