第四章典型零件的加工工艺

第四章典型零件的加工工艺第四章典型零件的加工工艺本章要点第四章典型零件的加工工艺学习的目的与基本要求:通过本章学习，使学生掌握轴类加工、熟悉套筒加工、了解箱体加工的具体原则和工艺要求；齿轮加工的一些具体方法。第四章典型零件的加工工艺重点：1、轴类零件的加工；2、箱体加工；3、其他典型零件的加工。难点：1、箱体加工；2、其他典型零件的加工。第一节概述一、轴类零件的功用及结构特点轴类零件是典型的机器零件。用来支承传动件,传递运动和扭矩。结构类型如下图3-1所示:轴类零件的加工二、轴类零件的技术要求1、尺寸精度主要轴颈(指配合,支承轴颈)的尺寸精度,一般为IT9-IT6,机床主轴支承轴颈的尺寸精度为IT5,甚至更高。2、几何形状精度主要有圆度,圆柱度的要求,一般控制在尺寸公差以内。3、位置精度支承轴颈之间有同轴度要求,工作表面,配合表面对支承轴颈有跳动要求。4、表面粗糙度:一般为Ra0.8-0.16µm。5、热处理为了获得具有一定强度,硬度和耐磨性及其它特殊要求的零件,通常要按排热处理及表面处理。一般常采用的热处理方法有:正火,调质,高频淬火等。为表面的美观和防腐,还按排有电镀,发蓝等表面处理方法。6、其它要求对高速回转的轴零件应有静、动平衡的要求;对有安全要求的轴件,应按排探伤检查。三、轴类零件的材料与毛坯1、轴类零件的材料常用材料为45#钢,中等精度,速度较高的轴件如专用机床主轴则采用40Cr,强度高,尺寸大的轴采用30CrMnSi,35CrMnTi,40CrMnTi等合金调质钢。高速重载工作条件下的轴零件，则采用20钢、20Cr、20CrMnTi等低碳或低碳合金钢经渗碳后淬火，以获得具有较高的抗弯曲疲劳强度和较高的表面硬度、冲击韧性和心部硬度。2、轴类零件的毛坯常用毛坯为棒料和锻件。形状复杂的轴如曲轴,毛坯一般为铸件。四、轴类零件加工工艺分析1、轴类零件定位基准与装夹方法的选择在轴类零件加工中，为保证各主要表面的相互位置精度，选择定位基准时，应尽可能使其与装配基准重合并使各工序的基准统一，且考虑在一次安装中尽可能加工多的面。轴类零件加工时，精基准的选择一般有两种：1）采用顶尖孔作为定位基准。符合基准统一原则。粗加工前，先打顶尖孔，以后的工序都以顶尖孔定位。此外对细长轴还应有辅助支撑。2）采用支撑轴颈作为定位基准。符合基准重合原则2、轴类零件中心孔的修研常用方法：3、轴类零件典型的加工工艺路线对一般的传动轴：下料—锻造—正火—车端面、钻中心孔—粗车各表面—调质—精车各表面—铣花键、键槽等—热处理（淬火）—修研中心孔—粗磨外圆—精磨外圆—检验。4、车床主轴加工工艺工作条件和性能要求：1）承受交变的弯曲应力和扭转应力，有时还受到冲击载荷作用；2）主轴大端内锥孔，经常与卡盘、顶尖有相对摩擦；3）花键部分经常有磕碰或相对滑动。4）整体调质后硬度为，金相组织为回火索氏体；5）B、D、C轴颈、法兰圆部分硬度为52—58HRC。6）大端内锥孔硬度45—50HRC。工艺过程如下表：工艺过程分析：1、加工阶段的划分粗、精分开，以重要的表面粗、半精、精加工为主线，适当穿插其他表面的加工工序。2、定位基准的选择1）粗基准：毛坯外圆。2）精基准：中心孔，粗车外圆和端面。3）精基准：外圆表面，钻中心通孔。4）精基准：外圆表面，半精加工中心通孔，大端锥孔和小端锥孔。3、工序顺序的安排1）先定位基面2）其他表面和次要表面3）深孔加工4、加工方法的选择1）各外圆表面的加工2）大端锥孔的精加工3）中心通孔的加工5、检验五、细长轴加工工艺特点1、改进工件的装夹方法2、选择合理的切削方法3、合理的选择刀具第二节轴类零件的工艺过程一、对滚筒轴进行工艺分析滚筒轴的零件图如图3-2所示：图3-2图3-3卷扬机滚筒轴装配图如图3-3所示:1、了解各项技术条件,提出必要的改进意见1)零件的功用,及使用条件分析滚筒轴支承在两个轴承上,右端通过圆锥面和传动键同滚筒相连,中部经花键与齿轮相连；动力经齿轮传递到滚筒轴和传动键以实现滚筒的转动；为减少灰尘危害,设有内喷雾装置,相应滚筒零件轴做成空心的,以便钢管通过。为防止泄漏,还设有密封装置。由于工作负荷较大,滚筒轴将承受较大的扭,弯载荷,工作条件十分恶劣。2)滚筒轴主要的技术要求对支承轴颈的要求为保证与轴承有良好的配合及满足装配要求,规定支承轴颈的尺寸精度为IT6,两支承轴颈与定位台阶面对公共轴线的跳动为0.02mm；并能综合控制形,位误差,表面粗糙度Ra1.6~0.8µm。对配合锥面的要求为使滚筒转动时,不产生较大的跳动,规定锥面对公共轴线的跳动为0.02mm;为保证锥面配合的可靠性,规定锥面与锥孔配合接触面积不小于75%,外锥面的表面粗糙度Ra2.5~1.25µm。平键槽侧面对锥面轴线的对称度为0.06mm。对其它表面的要求齿轮孔与轴外花键的配合,为减小齿轮转动时的跳动,规定花键内径对公共轴线的跳动为0.02mm,为保证密封效果,还规定Φ50H7对公共轴线的跳动为0.02mm.对花键用综合环规检验,以保证装配精度。热处理要求毛坯锻造后正火,为提高材料的综合机械性能粗加工后应按排调质处理，硬度HB240-280。2、结构工艺性分析二、选择毛坯滚筒轴为阶梯轴,台阶之间相差不大,但使用条件对工件材料有强度方面的要求,应选择锻件,零件的生产纲领为中批生产,最后确定为模锻毛坯.三、拟定工艺过程(一)定位基准的选择1、精基准的选择根据定位精基准的选择原则:基准重合与基准统一原则,应选择轴的公共回转轴线作为统一的定位精基准。这样既可避免基准不重合误差,也能保证各表面之间的位置精度。由于滚筒轴是一空心轴,半精车时可采用两端中心孔作为定位精基准,轴心线上孔加工以后,应再加工出两端的60º内锥面作为后续加工的定位精基准。2、粗基准毛坯外圆。(二)加工方法的选择1、主要表面,两支承轴颈,尺寸精度IT6,Ra0.8µm,应选:车—磨,的加工方法。2、配合锥面:Ra1.6µm,应选车-磨,3、花键:内径Ra1.6µm,其余Ra6.4-3.3µm,选铣-磨；4、Φ30深孔:车床钻削；5、3-M12螺孔:钻床钻-攻加工；6、平键槽:普通铣床铣削；7、其它表面:均可采用车床车削；(三)划分加工阶段1、支承表面:(根据精度,毛坯,批量,结构及尺寸大小)应划分为:粗车-半精车-精车-磨削。2、锥面:粗车-半精车-精车-磨削。3、花键:铣两侧面-铣底径-铣空刀槽-磨底径。4、Φ30深孔:在车床上用加长钻削；5、3-M12螺孔:钻床钻-攻加工；6、平键槽:普通铣床铣削；7、其它表面:粗车-精车；(四)按排加工顺序1、机械加工顺序的按排1)基准先行作为定位精基准的表面应首先按排加工；由于滚筒轴毛坯为模锻,毛坯精度较低,加工余量也较大。加工前应先划线,打洋冲眼,再按划线,打洋冲眼的位置钻中心孔,作为粗车各外圆的定位精基准。在后续的半精车时,再平两端面,重钻中心孔;以消除调质变形的影响,提高定位精度。由于滚筒轴的具体结构,需在轴心线位置钻Φ30mm通孔,原有的两端面定位中心孔被切除,因此,需在两端面孔口车出两60º锥面作为后面加工的定位精基准。2、主次分开,划分加工阶段零件是由多个不同类型的表面组成的,在按排这些表面的加工先后顺序时,必须把主要表面和次要表面的加工分开,先按排主要表面的加工,再视具体况按排次要表面的加工，对主要表面的加工应划分加工阶段。对滚筒轴,中等精度,批量不大,可划分为粗加工阶段:包括,中心孔,各外圆的粗车;半精加工阶段:包括各外圆的半精车,深孔的加工,孔两端台阶孔,60º定位锥面的加工；精加工阶段:包括各外圆的精车,支承轴颈的磨削,锥面的磨削。3、先面后孔这一原则适用于支架箱体零件的加工。4、次要表面加工穿插进行使加工阶段的划分更加明显,加大各加工阶段之间的时间间隔,使残余应力有足够的时间重新分布以稳定加工尺寸,保证加工精度。在主要表面的半精车到精车之间穿插:Φ34mm深孔,两端台阶孔,60º定位内锥面的加工。Φ34mm深孔的加工,按排在调质与半精车以后,为深孔的加工提供了可靠的定位基准,并避免了热处理引起变形的影响,可使得壁厚均匀,保证了在加工60º定位内锥面的精度,同时提高了作为定位精基准面的60º定位内锥面的定位精度。在精车与磨削之间穿插两端面挡板固定螺孔(4-M16及4-M27)的加工。花键的加工,由于花键轴上,安装动力输入齿轮,二者之间有较高的位置精度,把花键的加工放在两支承轴颈精加工的后边,以精加工过的两支承轴颈作为定位精基准,能保证相关的加工精度。为进一步保证花键的加工精度,铣花键后再按排磨削,中间穿插锥面上平键槽的加工,最后按排固定平键的3-M12螺孔的加工。2、热处理工序的按排毛坯锻糙后正火处理;粗加工后调质处理。3、辅助工序的按排所有工序完成以后,按排一次抽检。五、工序集中与工序分散程度的确定由于滚筒轴为中小批生产,宜采用工序集中的原则划分工序。如外圆的车削,粗车,半精车,精车各外圆表面,台阶面,都是集中在一道工序内完成的。六、选择机床及工艺装备,确定加工余量,工序尺寸及公差,估算工时定额后即完成了滚筒轴的工艺设计。七、滚筒轴简要的工艺过程卡如所示:工序号名称工序加工内容定位基面机床01下料锯床02锻造03正火0405060708091011钳工钻粗车热车车车车划中心孔线,打洋冲眼钻中心孔粗车各外圆留5mm余量调质HB240~270半精车各外圆、两端面，钻中心孔钻Φ34通孔车两端台阶孔两60º锥面精车各外圆,各处余量0.6Ra1.6–0.8,花键外圆尺寸Φ180±0.1其余按图车到要求尺寸毛坯外圆找正线中心孔外圆、中心孔两支承轴颈两60º锥面车床车床车床车床车床2701806.07.012钻钻-攻4-M16及4-M27螺纹轴颈表面钻床13磨磨削各外圆，靠磨端面至要求花键外圆磨至尺寸两60°内锥面磨床14磨磨1：8锥面至图纸要求两60°内锥面磨床15铣铣花键两侧面两60°内锥面卧铣16铣铣花键底径，留0.4~0.5mm余量卧铣17铣铣底径空刀槽卧铣18铣铣键槽立铣19磨磨花键底径花键磨20钳钻-攻3-M12螺孔,花键两侧到角并去除各处毛刺21检按图样检验钳工台对同一轴零件,生产条件不同,工艺过程不同;不同结构的轴零件,生产条件相同,工艺过程也有所不同，但拟定工艺过程的方法是相同的。一、不同生产批量下轴零件工艺过程特点1、所用机床设备不同1)单件小批生产,使用通用机床设备,如车削多采用普通车床;铣削多采用普通铣床;钻削多采用普通钻床等。第三节其他轴零件的工艺过程2)大批大量生产,使用高效率专用机床设备如车削多采用转塔,自动,半自动多刀车床,液压仿形车床和数控车床;铣削多采用多工位或回转工作台专用高效率铣床及组合铣床,龙门铣床等;钻削多采用多刀,组合刀具的专用高效率组合钻床等。2、工序集中与分散的程度不同1)单件小批生产机械加工工序相对集中.如外圆的车削,阶梯轴上各外圆,台阶面都可集中在一道工序内完成,件数很少时阶梯轴上各外圆,台阶面的粗精加工也都高度集中在一道工序内完成。2)大批大量生产,则采用工序分散,以便组成流水作业,提高加工的生产率。3、定位中心孔的加工方法不同1)单件小批量生产:中心孔在普通车床上加工。如图3-4所示：2)大批大量生产:中心孔在专用机床上加工。如图3-5所示：图3-4图3-54、毛坯的制造方法不同1)单件小批量生产:锻件毛坯为自由锻,铸件毛坯为木模砂型手工造形方法制造的毛坯。2)大批大量生产:锻件毛坯为模锻,铸件毛坯为高效率毛坯制造方法制造的毛坯,如金属模砂型机器造形方法制造的毛坯。三、拟定轴零件工艺过程中的几个问题(一)中心孔的修研作为轴零件在加工过程中的主要定位精基准,对保证加工精度起着重要的作用。但是,在加工过程中力的作用,及热处理的影响,都会使中心孔定位面产生变形,将直接影响定位精度。为此,须对中心孔进行修研，其方法有:1、硬质合金顶尖修研一般在车床上进行,一端硬质合金