机械工程师入职培训(六)典型零件加工工艺分析

第一节轴类零件加工轴类零件的功用主要起支承传动件和传递转矩的作用。轴类零件结构特点有光轴、空心轴、半轴、阶梯轴、花键轴、十字轴、偏心轴、曲轴及凸轮轴等。1）主轴的支承轴颈是装配基准，其制造精度直接影响到主轴部件的回转精度，故对支承轴颈提出较高的要求。2）主轴前端莫氏6号锥孔用来安装顶尖或工具锥柄，其锥孔轴线必须与支承轴颈轴线同轴，否则会引起被加工的工件出现相对位置误差。3）主轴前端圆锥面和端面是安装卡盘或车床夹具的定位表面。4）主轴上的螺纹是用来固定与调节主轴轴承间隙的。因此螺纹中径与支承轴径有同轴度要求。5）主轴零件的各加工表面均有表面粗糙度的要求。车床主轴零件的主要技术要求主轴零件的材料、毛坯及热处理常用45钢，精度较高的轴可选用40Cr、轴承钢GCr15、弹簧钢65Mn，也可选用球墨铸铁；对高速、重载的轴，选用20CrMnTi、20Mn2B、20Cr等低碳合金钢或38CrMoAl氮化钢。材料毛坯常用圆棒料和锻件；大型轴或结构复杂的轴采用铸件。毛坯经过加热锻造后，可使金属内部纤维组织沿表面均匀分布，获得较高的抗拉、抗弯及抗扭强度。热处理锻造毛坯在加工前，均需安排正火或退火处理，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。调质一般安排在粗车之后、半精车之前，以获得良好的物理力学性能。表面淬火一般安排在精加工之前，这样可以纠正因淬火引起的局部变形。精度要求高的轴，在局部淬火或粗磨之后，还需进行低温时效处理。工艺过程分析加工阶段的划分粗精分开，先粗后精。以重要表面（特别是支承轴颈）的粗加工、半精加工和精加工为主线，适当穿插其它表面的加工工序而组成的工艺路线。定位基准的选择采用两中心孔为定位基准；以支承轴颈定位，车锥孔；以锥堵中心孔定位，精车外圆；以外圆定位，粗磨锥孔；以锥堵中心孔定位，粗精磨外圆；最后以支承轴颈定位，精磨锥孔。使锥孔的各项精度达到要求。基准统一互为基准工序顺序的安排先铣端面钻中心孔基准先行深孔加工安排在外圆半精车之后，以便有一个较为精确的轴颈作为定位基准，这样加工出的孔容易保证主轴壁厚均匀。深孔加工工序的安排主轴上的花键、键槽、螺纹等次要表面加工，通常安排在外圆精车或粗磨之后、精磨外圆之前进行。如果精车前已铣出键槽，精车时因断续切削而易产生振动，既影响加工质量，又容易损坏刀具，也难控制键槽的深度。次要表面加工工序安排主轴检验自动测量装置，作为辅助装置安装在机床上。这种检验方式能在不影响加工的情况下，根据测量结果，主动地控制机床的工作过程，如改变进给量，自动补偿刀具磨损，自动退刀、停车等，使之适应加工条件的变化，防止产生废品，故又称为主动检验。主动检验属在线检测，即在设备运行，生产不停顿的情况下，根据信号处理的基本原理，掌握设备运行状况，对生产过程进行预测预报及必要调整。在线检测在机械制造中的应用越来越广。加工中检验单件小批生产中，尺寸精度一般用外径千分尺检验；大批大量生产时，常采用光滑极限量规检验，长度大而精度高的工件可用比较仪检验。表面粗糙度可用粗糙度样板进行检验；要求较高时则用光学显微镜或轮廓仪检验。圆度误差可用千分尺测出的工件同一截面内直径的最大差值之半来确定，也可用千分表借助V形铁来测量，若条件许可，可用圆度仪检验。圆柱度误差通常用千分尺测出同一轴向剖面内最大与最小值之差的方法来确定。主轴相互位置精度检验一般以轴两端顶尖孔或工艺锥堵上的顶尖孔为定位基准，在两支承轴颈上方分别用千分表测量。加工后检验主轴检验第二节箱体零件加工箱体零件的功用箱体是机器的基础零件，它将机器中有关部件的轴、套、齿轮等相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完成规定的运动。箱体零件结构特点结构复杂，壁薄且不均匀，加工部位多，加工难度大。轴颈支承孔孔径精度及相互之间的位置精度定位销孔的精度与孔距精度主要平面的精度表面粗糙度箱体零件的主要技术要求一般采用铸件。因曲轴箱是大批大量生产，且毛坯的形状复杂，故采用压铸毛坯，镶套与箱体在压铸时铸成一体。压铸的毛坯精度高，加工余量小，有利于机械加工。为减少毛坯铸造时产生的残余应力，箱体铸造后应安排人工时效。箱体零件的材料及毛坯材料箱体零件常选用灰铸铁，摩托车的曲轴箱选用铝合金作为曲轴箱的主体材料。毛坯一般箱体零件的粗基准都用它上面的重要孔和另一个相距较远的孔作为粗基准，以保证孔加工时余量均匀。工艺过程分析先面后孔粗精分开、先粗后精粗基准的选择精基准的选择常以箱体零件的装配基准或专门加工的一面两孔定位。使得基准统一。一般在毛坯铸造之后安排一次人工时效即可；对一些高精度或形状特别复杂的箱体，应在粗加工之后再安排一次人工时效，以消除粗加工产生的内应力，保证箱体加工精度的稳定性。工序集中，先主后次箱体零件上相互位置要求较高的孔系和平面，一般尽量集中在同一工序中加工，以减少装夹次数，从而减少安装误差的影响，有利于保证其相互位置精度要求。合理安排时效处理（1）找正法一般只适合单件小批生产。（2）镗模法在成批生产中，广泛采用镗模加工孔系。（3）坐标法坐标法镗孔是先将被加工孔系的孔距尺寸换算成两个互相垂直的坐标尺寸，然后在普通卧式镗床、坐标镗床或数控镗铣床等设备上，利用坐标尺寸测量装置，使机床主轴与工件间按坐标尺寸作精确的相对位移，从而间接保证孔距尺寸的加工精度的一种方法。孔系加工箱体上若干有相互位置精度要求的孔的组合孔系平行孔系加工表面粗糙度检验通常用目测或样板比较法，只有当Ra值很小时，才考虑使用光学量仪；孔的尺寸精度一般用塞规检验；单件小批生产时可用内径千分尺或内径千分表检验；若精度要求很高可用气动量仪检验。平面的直线度可用平尺和厚薄规或水平仪与桥板检验；平面的平面度可用自准直仪或水平仪与桥板检验，也可用涂色检验。同轴度检验一般工厂常用检验棒检验同轴度；孔间距和孔轴线平行度检验根据孔距精度的高低，可分别使用游标卡尺或千分尺，也可用块规测量；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。箱体检验本章习题10-1中心孔在轴类零件加工中起什么作用？在什么情况下需进行中心孔的修研？中心孔的加工和研磨常用哪些方法？10-2主轴前锥孔与支承轴颈的相互位置精度是如何达到的？10-3拟定箱体零件机械加工工艺的基本原则是什么？10-4保证箱体平行孔系孔距精度的方法有哪些？各适用于哪种场合？10-5图10-18所示为某厂加工箱体的粗精加工工序示意图，试分析该两道工序的特点。