典型零件加工工艺

第六章典型零件加工工艺学习机械制造技术的重要目的之一，是熟悉和掌握机器零件的加工工艺，能合理地编制出中等复杂程度零件的机械加工工艺规程。本章通过对几种常见典型机器零件的加工工艺过程的分析及其重要表面的加工方法介绍，使读者能够达到综合运用所学知识，分析和解决实际加工问题的目的。教学目标§6.1轴类加工轴类零件的功用、结构与分类•主要功用有：•支承传动件(齿轮、皮带轮等)、传递转矩、承受载荷。•轴的结构特点：•长度大于直径，一般由同轴心的外圆、圆锥、内孔、螺纹、键槽等组成。•轴的种类有：•光轴(a)、阶梯轴(b)、花键轴(c)、偏心轴(d)、曲轴(e)、凸轮轴(f)、空心轴（g）、十字轴等。如图6-1所示：轴类零件的技术要求尺寸精度•轴类零件的支撑轴颈一般与轴承配合，是轴类零件的主要表面，它影响轴的回转精度和工作状态，对其尺寸精度要求较高，为IT5～IT7；配合轴颈尺寸精度可低些，为IT6～IT9。几何形状精度轴类零件的形状精度(如圆度、圆柱度、直线度等)应控制在直径公差之内；对精度要求高的轴，应在图样上标注其形状公差。相互位置精度•为保证轴上传动件的传动精度，必须规定配合轴颈相对支撑轴颈的位置精度，一般通过径向圆跳动或同轴度来保证。普通精度轴的配合轴颈对支撑轴颈的径向圆跳动，一般规定为0.01mm～0.03mm，高精度轴为0.001mm～0.005mm。表面粗糙度•一般地，轴上与轴承相配合的支撑轴颈的表面质量要求最高，表面粗糙度Ra值为0.63µm～0.16µm；其次是配合轴颈和工作表面，其表面粗糙度Ra值为2.5µm～0.63µm。轴类零件的材料及热处理材料和热处理•一般轴类零件常选用45钢，这种材料经调质或正火后，能获得一定的切削性能、强度和韧性，具有较好的综合力学性能；中等精度而转速较高的轴类零件可选用40Cr等合金结构钢，经调质和表面淬火处理获得较好的综合力学性能；高精度的轴可选用轴承钢GCr15和弹簧钢65Mn等材料，经调质和表面淬火获得更好的耐磨性和耐疲劳性；高转速、重载荷等条件下工作的轴可以选用20CrMnTi、20Mn2B、20Cr等低碳合金钢或38CrMoAI氮化钢，经过淬火或氮化处理获得高的表面硬度、耐磨性和心部强度。毛坯•轴类零件最常用的毛坯是圆棒料和锻件。重要的轴尤其要使用锻件，以保证金属内部纤维组织均匀连续分布，获得较高的强度。有些大型轴或结构复杂的轴采用铸件毛坯。轴类零件加工工艺分析1.主轴的技术条件分析从图6-1车床主轴零件图可以看出，主轴的支撑轴颈是主轴部件的装配基准，其制造精度直接影响到主轴部件的回转精度，支撑轴颈A、B的圆度公差为0.003mm。相对于A、B基准公共轴线的径向圆跳动公差为0.005mm。支撑轴颈与配合轴颈的尺寸精度根据使用要求通常为IT6～IT5。主轴前端锥孔，必须与支撑轴颈严格同轴。其要求为在轴端处相对A、B基准的径向圆跳动公差为0.005mm，在离轴端300mm处的径向圆跳动公差为0.01mm。主轴前端圆锥面必须与支撑轴颈同轴，端面与轴线垂直。其相对A、B基准的斜向圆跳动公差为0.008mm，端面圆跳动公差为0.008mm。主轴上的螺纹是用来固定与调节主轴轴承间隙的，必须控制螺纹中径与支撑轴径的同轴度。主轴加工的关键是保证支撑轴颈本身的尺寸精度、表面粗糙度以及形位公差要求。2、车床主轴加工工艺过程3.车床主轴加工工艺过程分析(1)定位基准的选择。(2)加工阶段的划分(3)加工顺序的安排一影响因素1轴的尺寸及精度要求。2轴的长径比，即是刚性轴还是柔性轴。3是否进行中间热处理。二安装方式为保证轴的相互位置精度，选择定位基准面时应尽量符合基准重合和基准统一的原则。安装方式有三种影响工艺路线的因素及安装•1用中心孔定位安装•2用孔定位安装•3以外圆表面定位安装主轴零件主要工序的加工方法1.外圆的加工2.中心孔的加工3.锥孔的精加工4.花键表面加工主轴的检验精度检验表面质量检验尺寸精度、位置精度、形状精度表面粗糙度和表面力学物理性能单件小批生产中，尺寸精度可采用外径千分尺检验；大批量生产中，为节省时间，可采用光滑极限量规检验。表面粗糙度可采用比较法或表面轮廓仪检验。位置精度的检验则需要一定的专用检验夹具。轴的位置精度检验1—挡铁；2—钢球；3—可调V形块；4—V形块；5—锥堵；6—检验芯棒；7—平板§6.2套筒加工套类零件的加工表面有外圆表面、内孔表面以及端面，加工要求既有内外圆表面同轴度要求，又有轴线与端面的垂直度要求，同时套类零件的刚性不高，加工时容易产生变形影响加工精度，所以套类零件的加工难度较大。§6.2.1套筒类零件概述套筒类零件的特点：(1)主要表面为内外圆回转表面，其同轴度公差要求很小。(2)内孔与外圆直径之差较小，即零件壁厚较小，易变形。(3)零件长度L一般大于圆直径d。(4)结构比较简单。套筒类零件的应用主要起支撑或导向作用轴承导向套汽缸套油缸2.套类零件的主要技术要求(1)孔与外圆的精度要求。(2)几何形状精度要求。(3)相互位置精度要求。3、套筒类零件的材料及毛坯材料套类零件一般用钢、铸铁、青铜、黄铜制成。有些滑动轴承可选用双金属结构，对一些强度和硬度要求较高的套类零件(如镗床主轴套筒、伺服阀套)，可选用优质合金钢(38CrMoALA、18CrNiWA)。毛坯孔径较大时，常选择无缝钢管或带孔的铸件和锻件；孔径较小时，一般选择热轧或冷拉棒料。大批量生产时，采用冷挤压、粉末冶金等先进毛坯制造工艺，不仅节约材料，而且可提高生产率和毛坯精度。6.2.2套类零件加工工艺分析套类零件由于功用、尺寸、结构形状、材料、热处理方法的不同，其工艺过程差别很大。但大多数在加工中都要保证内孔与外圆的同轴度及端面与内、外圆轴线的垂直度要求。按结构形状来分，大体上可分为短套筒和长套筒两类。它们在加工中对工件的装夹方法有很大区别。长套筒零件的加工保证表面相互位置精度的方法(1)在一次装夹中完成内、外表面及端面的加工。(2)主要表面的加工分在几次安装中进行(先加工孔)。(3)主要表面的加工分在几次安装中进行(先加工外圆)。防止套筒变形的工艺措施如下：(1)将粗、精加工分开进行。为减少切削力和切削热的影响，使粗加工中产生的变形在精加工中得以纠正。(2)减少夹紧力的影响。在工艺上采取以下措施减少夹紧力的影响：①改变夹紧力的方向，将径向夹紧改为轴向夹紧。②使用过渡套或弹簧套夹紧工件，在必须采用径向夹紧时尽可能使径向夹紧力均匀。③做出工艺凸台或工艺螺纹以减少夹紧变形。如表6-2工序2先车出M88mm×l.5mm螺纹供后续工序装夹时使用。在工序3中利用该工艺螺纹将工件固定在夹具中，加工完成后，在工序5车去该工艺螺纹。④减少热处理变形的影响，热处理工序安排在粗精加工之间进行，使热处理变形在精加工中得到纠正。套筒类零件的安装§6.2.3套类零件孔的加工方法套类零件的孔加工方法常用的有：钻孔、扩孔、镗孔、车孔、铰孔、磨孔、拉孔、珩孔、研磨孔及孔表面滚压加工。其中钻孔、扩孔、镗孔、车孔常作为粗加工与半精加工；而铰孔、磨孔、拉孔、珩孔、研磨孔及孔表面滚压加工作为精加工方法。1.磨孔内圆磨削具有以下特点：(1)磨削生产率低。砂轮直径D受工件孔径d的限制，砂轮尺寸较小，消耗快，需要经常更换，影响生产率。(2)散热条件差。采用较软的砂轮，砂轮与工件内切，接触面积大，散热条件差，容易产生烧伤。(3)磨削速度低。由于砂轮的直径较小，孔的磨削速度比外圆磨削速度低得多。(4)加工精度和表面粗糙度比外圆磨削差。砂轮轴受工件孔径与长度的限制，刚性较差，容易弯曲变形，并引起振动，影响加工质量。(5)排屑困难。为了排屑方便，可采用干磨。因为切削液不易进入磨削区，排屑比较困难，对于脆性材料有时可采用干磨。2.深孔加工一般将孔的长度L与直径d之比L/d5的孔，称为深孔，深孔加工与一般孔加工比较，具有生产率低、难度大的特点。深孔加工的工艺特点：①刀具的使用寿命降低。刀具几乎在封闭的状态下工作，切削温度很高，冷却散热条件比较差。②深孔刀具较细长，强度和刚性比较差，深孔加工中容易引起轴线歪斜和振动，孔的精度不易保证。③由于排屑比较困难，易堵塞深孔，会加快刀具磨损，严重时还会引起刀具崩刃甚至折断。深孔钻削深孔镗削浮动镗孔深孔加工精细镗孔珩磨内孔内孔研磨滚压孔粗加工与半精加工精加工§6.3齿轮加工§6.3.1概述齿轮的功用圆柱齿轮是机械传动中的重要零件，其功用是按规定的传动比传递运动和动力。它具有传动比准确、传动力大、效率高、结构紧凑、可靠性好等优点，广泛应用于各种现代机器和仪表中。圆柱齿轮的结构与分类•圆柱齿轮可以看成由齿圈和轮体两部分所构成，在轮圈上切出直齿、斜齿或人字齿（图6-9）等就形成了齿轮。•按齿形曲线性质可分为渐开线、摆线、鼓形和圆弧等。•齿轮的结构分类常以轮体结构的形状为依据，即可分为单联齿轮、双联齿轮、三联齿轮、连轴齿轮、内齿轮、装配齿轮、齿条及扇形齿轮等（图6-10）圆柱齿轮的技术要求(1)圆柱齿轮传动精度要求①传递运动的准确性。②传递运动的平稳性。③载荷分布的均匀性。④传动侧隙的合理性。(2)精度等级与公差组技术条件1.1∶12锥度塞规检查，接触面不少于75%2.材料：45钢3.热处理：齿部G54模数/mm3.5齿数66压力角20°精度等级766KMGB10095—88公法线长度变动公差/mm0.036径向综合公差/mm0.08一齿径向综合公差/mm0.016齿向公差/mm0.009公法线平均长度/mmW=0.140.1980.72齿轮材料种类较多,如锻钢、型材、铸钢、铸铁、铸铜、工程塑料等。常用的材料如45、40Cr、20CrMnTi、35CrMoV等。大型齿轮为了节省贵重金，可做成装配式的。如轮体用铁做，齿圈用合金钢做。齿轮的热处理①轮体热处理。是在齿坯锻造及粗加工之后，安排的预先热处理，一般为正火或调质处理，其目的是消除锻造及粗加工引起的残余应力，改善材料的切削性能，提高综合力学性能并为齿面热处理做好准备。②齿面热处理。是在齿形加工后，对轮齿齿面进行渗碳淬火、高频淬火、氮化处理等表面热处理，其目的是提高齿面硬度及耐磨性。§6.3.2齿轮材料及毛坯齿轮的毛坯齿轮的毛坯形式主要有棒料、锻件和铸件。棒料用于小尺寸、结构简单且对强度要求低的齿轮；当齿轮要求强度高、耐磨、耐冲击时多选用锻件；对于结构复杂、直径大于400mm～600mm的齿轮，一般用铸造方法制造毛坯。对大尺寸、低精度的齿轮可以直接铸出轮齿，以减少机械加工量；结构复杂的小齿轮可采用精密铸造、压力铸造、热轧及冷挤、粉末冶金等新工艺制造出具有轮齿的齿坯，以提高劳动生产率。对于钢质齿轮，除尺寸小且不太重要的齿轮采用棒料外，一般都要采用锻造毛坯。根据生产批量的不同，可分别采用自由锻和模锻。[WT1]请核是否删掉？此处正确，不要删掉。•一、齿形加工时的安装(图6-11）•1以心轴安装——内孔定心、端面定位。图a)2以外圆找正安装——外径定心、端面定位。图b)•3以轴径、齿圈安装——轴径定心、齿圈端面定位。图c)•4以顶尖孔安装——顶尖孔定心、定位。图d)§6.3.3齿坯加工图6-12齿形加工安装实例•二齿坯的加工方式•1内孔安装控制端面跳动与内径公差。•2外圆找正安装控制端面跳动与外径公差。•3轴颈安装控制轴颈端面跳动、外径公差与同轴度。•4以顶尖孔安装控制齿圈端面跳动、外径公差与同轴度。•一、齿形加工的方法分类•1成形法••2仿形法••3展成法§6.3.4齿形加工的方法分类及选择•§6.3.5.1成形铣齿法•1原理•2所需运动•主运动——铣刀高速旋转；•进给运动——沿工件轴线移动；•分齿运动——手摇分度头（或分齿机构）分齿。（图6-13）§6.3.5圆柱齿轮齿形加工的方法•3铣刀的选择•齿轮模数＜20用片状模数铣刀；齿轮模数＞20用指状模数铣刀。•4特点••●机床设备简单，普通铣床即可。•●刀具简单，齿形误差大。•●手动分齿，加工不连续，生产率低。•5应用•一、滚齿加工的原理•如图6-14所示•二、滚齿时需要的运动•1滚直齿抡时的基本运动(图6-15)