典型零件加工工艺

箱体类零件加工工艺箱体零件是机器或部件的基础零件，轴、轴承、齿轮等有关零件按规定的技术要求装配到箱体上，连接成部件或机器，使其按规定的要求工作，因此箱体零件的加工质量不仅影响机器的装配精度和运动精度，而且影响机器的工作精度、使用性能和寿命。下面以图1所示齿轮减速箱体零件的加工为例讨论箱体类零件的工艺过程。图1某车床主轴箱体简图箱体类零件的结构特点和技术要求分析图3所示零件为某车床主轴箱体类零件，属于中批生产，零件的材料为HT200铸铁。一般来说，箱体零件的结构较复杂，内部呈腔形，其加工表面主要是平面和孔。对箱体类零件的技术要求分析，应针对平面和孔的技术要求进行分析。1．平面的精度要求箱体零件的设计基准一般为平面，本箱体各孔系和平面的设计基准为G面、H面和P面，其中G面和H面还是箱体的装配基准，因此它有较高的平面度和较小表面粗糙度要求。2．孔系的技术要求箱体上有孔间距和同轴度要求的一系列孔，称为孔系。为保证箱体孔与轴承外圈配合及轴的回转精度，孔的尺寸精度为IT7，孔的几何形状误差控制在尺寸公差范围之内。为保证齿轮啮合精度，孔轴线间的尺寸精度、孔轴线间的平行度、同一轴线上各孔的同轴度误差和孔端面对轴线的垂直度误差，均应有较高的要求。3．孔与平面间的位置精度箱体上主要孔与箱体安装基面之间应规定平行度要求。本箱体零件主轴孔中心线对装配基面（G、H面）的平行度误差为0.04mm。4．表面粗糙度重要孔和主要表面的粗糙度会影响连接面的配合性质或接触刚度，本箱体零件主要孔表面粗糙度为0.8μm，装配基面表面粗糙度为1.6μm。箱体类零件的材料及毛坯箱体零件的材料常用铸铁，这是因为铸铁容易成形，切削性能好，价格低，且吸振性和耐磨性较好。根据需要可选用HT150～350，常用HT200。在单件小批量生产情况下，为缩短生产周期，可采用钢板焊接结构。某些大负荷的箱体有时采用铸钢件。在特定条件下，可采用铝镁合金或其它铝合金材料。铸铁毛坯在单件小批生产时，一般采用木模手工造型，毛坯精度较低，余量大；在大批量生产时，通常采用金属模机器造型，毛坯精度较高，加工余量可适当减小。单件小批生产直径大于50mm的孔，成批生产大于30mm的孔，一般都铸出预孔，以减少加工余量。铝合金箱体常用压铸制造，毛坯精度很高，余量很小，一些表面不必经切削加即可使用。箱体类零件的加工工艺过程箱体零件的主要加工表面是孔系和装配基准面。如何保证这些表面的加工精度和表面粗糙度，孔系之间及孔与装配基准面之间的距离尺寸精度和相互位置精度，是箱体零件加工的主要工艺问题。箱体零件的典型加工路线为：平面加工－孔系加工－次要面（紧固孔等）加工。图1车床主轴箱体零件，其生产类型为中小批生产；材料为HT200；毛坯为铸件。该箱体的加工工艺路线如表1。表1车床主轴箱体零件的加工工艺过程箱体类零件的加工工艺过程分析一、主要表面的加工方法选择箱体的主要加工表面有平面和轴承支承孔。箱体平面的粗加工和半精加工主要采用刨削和铣削，也可采用车削。当生产批量较大时，可采用各种组合铣床对箱体各平面进行多刀、多面同时铣削；尺寸较大的箱体，也可在多轴龙门铣床上进行组合铣削，可有效提高箱体平面加工的生产率。箱体平面的精加工，单件小批量生产时，除一些高精度的箱体仍需手工刮研外，一般多用精刨代替传统的手工刮研；当生产批量大而精度又较高时，多采用磨削。为提高生产效率和平面间的位置精度，可采用专用磨床进行组合磨削等。箱体上公差等级为IT7级精度的轴承支承孔，一般需要经过3～4次加工。可采用扩一粗铰一精铰，或采用粗镗－半精镗一精镗的工艺方案进行加工(若未铸出预孔应先钻孔）。以上两种工艺方案，表面粗糙度值可达Ra0.8～1.6μm。铰的方案用于加工直径较小的孔，镗的方案用于加工直径较大的孔。当孔的加工精度超过IT6级，表面粗糙度值Ra小于0.4μm时，还应增加一道精密加工工序，常用的方法有精细镗、滚压、珩磨、浮动镗等。二、箱体加工定位基准的选择1．粗基准的选择粗基准的选择对零件主要有两个方面影响，即影响零件上加工表面与不加工表面的位置和加工表面的余量分配。为了满足上述要求，一般宜选箱体的重要孔的毛坯孔作粗基准。本箱体零件就是宜主轴孔Ⅲ和距主轴孔较远的Ⅱ轴孔作为粗基准。本箱体不加工面中，内壁面与加工面（轴孔）间位置关系重要，因为箱体中的大齿轮与不加工内壁间隙很小，若是加工出的轴承孔与内壁有较大的位置误差，会使大齿轮与内壁相碰。从这一点出发，应选择内壁为粗基准，但是夹具的定位结构不易实现以内壁定位。由于铸造时内壁和轴孔是同一个型心浇铸的，以轴孔为粗基准可同时满足上述两方的要求，因此实际生产中，一般以轴孔为粗基准。2．精基准的选择选择精基准主要是应能保证加工精度，所以一般优先考虑基准重合原则和基准同一原则，本零件的各孔系和平面的设计基准和装配基准为为G、H面和P盖，因此可采用G、H面和P三面作精基准定位。三、箱体加工顺序的安排箱体机械加工顺序的安排一般应遵循以下原则：1．先面后孔的原则箱体加工顺序的一般规律是先加工平面，后加工孔。先加工平面，可以为孔加工提供可靠的定位基准，再以平面为精基准定位加工孔。平面的面积大，以平面定位加工孔的夹具结构简单、可靠，反之则夹具结构复杂、定位也不可靠。由于箱体上的孔分布在平面上，先加工平面可以去除铸件毛坯表面的凹凸不平、夹砂等缺陷，对孔加工有利，如可减小钻头的歪斜、防止刀具崩刃，同时对刀调整也方便。2．先主后次的原则箱体上用于紧固的螺孔、小孔等可视为次要表面，因为这些次要孔往往需要依据主要表面（轴孔）定位，所以这些螺孔的加工应在轴孔加工后进行。对于次要孔与主要孔相交的孔系，必须先完成主要孔的精加工，再加工次要孔，否则会使主要孔的精加工产生断续切削、振动，影响主要孔的加工质量。3．孔系的数控加工由于箱体零件具有加工表面多，加工的孔系的精度高，加工量大的特点，生产中常使用高效自动化的加工方法。过去在大批、大量生产中，主要采用组合机床和加工自动线，现在数控加工技术，如加工中心、柔性制造系统等已逐步应用于各种不同的批量的生产中。车床主轴箱体的孔系也可选择在卧式加工中心上加工，加工中心的自动换刀系统，使得一次装夹可完成钻、扩、铰、镗、铣、攻螺纹等加工，减少了装夹次数，实行工序集中的原则，提高了生产率。齿轮知识介绍齿轮简介齿轮是能互相啮合的有齿的机械零件，它在机械传动及整个机械领域中的应用极其广泛。现代齿轮技术已达到：齿轮模数0.004～100毫米；齿轮直径由1毫米～150米；传递功率可达上十万千瓦；转速可达几十万转/分；最高的圆周速度达300米/秒。齿轮在传动中的应用很早就出现了。公元前三百多年，古希腊哲学家亚里士多德在《机械问题》中，就阐述了用青铜或铸铁齿轮传递旋转运动的问题。中国古代发明的指南车中已应用了整套的轮系。不过，古代的齿轮是用木料制造或用金属铸成的，只能传递轴间的回转运动，不能保证传动的平稳性，齿轮的承载能力也很小。19世纪出现的滚齿机和插齿机，解决了大量生产高精度齿轮的问题。1900年，普福特为滚齿机装上差动装置，能在滚齿机上加工出斜齿轮，从此滚齿机滚切齿轮得到普及，展成法加工齿轮占了压倒优势，渐开线齿轮成为应用最广的齿轮。齿轮种类齿轮应用广泛，种类很多。按齿廓曲线可分为渐开线齿轮、摆线齿轮、圆弧齿轮等。按外形可分为圆柱齿轮、锥齿轮、非圆齿轮、齿条、蜗杆-蜗轮等；按轮齿所在的表面可分为外齿轮和内齿轮；按齿线形状可分为直齿轮、斜齿轮、人字齿轮、曲线齿轮等。按制造方法可分为铸造齿轮、切制齿轮、轧制齿轮、烧结齿轮等。按齿面硬度可分为软齿面和硬齿面两种。齿轮图示：齿轮材料制造齿轮常用的钢有调质钢、淬火钢、渗碳淬火钢和渗氮钢。铸钢的强度比锻钢稍低，常用于尺寸较大的齿轮；灰铸铁的机械性能较差，可用于轻载的开式齿轮传动中；球墨铸铁可部分地代替钢制造齿轮；塑料齿轮多用于轻载和要求噪声低的地方，与其配对的齿轮一般用导热性好的钢齿轮。齿轮加工设备按照被加工齿轮种类不同，齿轮加工机床可分为两大类：1.圆柱齿轮加工机床（1）滚齿机，（2）插齿机，（3）车齿机等。2.锥齿轮加工机床（1）加工直齿锥齿轮：刨齿机、铣齿机、拉齿机。（2）加工弧齿锥齿轮：铣齿机。（3）加工齿线形状为延伸渐开线：锥齿轮铣齿机。（4)精加工齿轮齿面：珩齿机、剃齿机和磨齿机。设备特点：(1)滚齿机滚齿：可以加工8模数以下的斜齿(2)铣床铣齿：可以加工直齿条(3)插床插齿：可以加工内齿(4)冷打机打齿：可以无屑加工(5)刨齿机刨齿：可以加工16模数大齿轮(6)精密铸齿：可以大批量加工廉价小齿轮(7)磨齿机磨齿：可以加工精密母机上的齿轮(8)压铸机铸齿：多数加工有色金属齿轮(9)剃齿机：是一种齿轮精加工用的金属切削机床典型齿轮加工工艺齿轮加工工艺路线序号工序名称技术内容1下料2毛坯制造锻造：（1）自由锻造：用于品种多，单件小批量生产（2）模锻：主要用于大批量生产；铸造：用于铸铁齿轮毛坯生产3齿坯加工轴类齿坯加工：（1）铣两端面（2）打两中心孔（3）精车颈、外圆、圆锥和端面（4）磨工艺轴颈和定位端面盘类齿轮加工：（1）车端面，镗内孔，粗精加工分两道工完成（2）车端面，镗内孔，粗精加工在一次装夹中完成（3）拉内孔，车端面和外圆工艺4加工花键、键槽、螺纹等根据生产规模，设备情况和精度要求，可以灵活采用多种组合方案；根据不同精度要求选择相应的加工方法，如拉、插、车、磨等。5齿形粗加工和半精加工根据精度要求，从整体毛坯上切出齿槽，有时在槽侧留出适当的精加工余量。圆柱齿轮：成形铣削、滚齿、插齿等；直齿圆锥齿轮：成形铣削、精锻、粗拉齿、刨齿等曲线齿锥齿轮：精锻，专用粗切机铣齿等6齿形精加工圆柱齿轮：滚、插、剃、挤直齿圆锥齿轮：刨齿、双刀盘铣齿、圆拉法拉齿（热处理前）曲线齿锥齿轮：铣齿7齿端倒角去毛刺换档齿轮：齿端按一定要求修整成一定形状一般齿轮：去掉齿两边锐边、毛刺8齿轮几何精度检验不要求热处理的齿轮，本工序为终检，否则为中间检验9热处理根据材料不同，要求不同而异，常用：调质、渗碳淬火、高频淬火10安装基准面的精加工轴类齿轮：精磨各安装轴颈和定位端面，修整中心孔盘类齿轮：精磨内孔及定位端面本工序多用于分度圆或分度圆锥作定位基准11齿形加工（热处理后）根据齿轮的精度要求、生产批量和尺寸形状选择加工方法磨齿：用于精度要求较高的圆柱、圆锥齿轮，生产效率低王行齿：用于降低表面粗糙度，降低噪声，生产效率很高，主要用于大批量生产研齿：用于曲线齿锥齿轮，可降低表面粗糙度，降低噪声及改善接触区12强力喷丸提高齿轮的弯曲疲劳强度和接触疲劳强度13磷化处理为减小齿面间的摩擦，齿面最好进行磷化处理作用：降低摩擦系数；在高载荷下防止擦面胶合14清理齿面去除齿面的毛刺、污物15成品齿轮的配对检验或最终检验圆柱齿轮：按图纸要求检验其几何精度、接触区、噪声圆锥齿轮：在滚动检验机上配对，检验接触区位置、大小和形状，并检验噪声，按配对齿轮打上标记，以便成对装配使用16防锈和包装入库齿轮加工工艺分析（圆柱齿轮为例）圆柱齿轮的加工工艺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的精加工。在编制工艺过程中，常因齿轮结构、精度等级、生产批量和生产环境的不同，而采取各种不同的工艺方案。编制齿轮加工工艺过程大致可以划分如下几个阶段：1)齿轮毛坯的形成：锻件、棒料或铸件；2)粗加工：切除较多的余量；3)半精加工：车、滚、插齿；4)热处理：调质、渗碳淬火、齿面高频感应加热淬火等5)精加工：精修基准、精加工齿形1、基准的选择对于齿轮加工基准的选择常因齿轮的结构形状不同而有所差异。带轴齿轮主要采用顶点孔定位；对于空心轴，则在中心内孔钻出后，用两端孔口的斜面定位；孔径大时则采用锥堵。顶点定位的精度高，且能作到基准重合和统一。对带孔齿轮在齿面加工时常采用以下两种定位、夹紧方式。（1）以内孔和端面定位这种定位方式是以工件内孔定位，确定定位位置，再以端面作为轴向定位基准，并对着端面夹紧。这样可使定位基准、设计基准、装配基准和测量基准重合，定位精度高，适合于批量生产。但对于夹具的制造精度要求较高。（2）以