第三章、典型零件加工

1、第一節(jié) 外圓加工第二節(jié) 內圓加工第三節(jié) 平面加工第四節(jié) 螺紋加工第五節(jié) 齒面加工曲面加工 典型零件加工 一、軸類零件加工 1軸類零件的作用、特點及分類軸類零件的作用n支撐傳動零件；n承受載荷；n傳遞扭矩。軸類零件的特點n長度大于直徑；n加工表面為內外圓柱面、圓錐面、螺紋、花鍵、溝槽等；n有一定的回轉精度。軸類零件的分類n光滑軸；n階梯軸；n空心軸；n異形軸（曲軸、齒輪軸、偏心軸、十字軸、凸輪軸、花鍵軸）。na) 光軸nb) 空心軸nc) 半軸nd)階梯軸ne）花鍵軸nf ）十字軸ng ）偏心軸nh ）曲軸ni ）凸輪軸2. 軸類零件的材料和毛坯n2.1軸類零件的材料 （1） 一般軸類零件常用4

2、5號鋼,并根據(jù)不同的工作條件采用不同的熱處理規(guī)范(如正火、調質、淬火等），以獲得一定的強度、韌性和耐磨性。n（2）對于中等精度而轉速較高的軸類零件，可選用40Cr 等合金結構鋼。這類鋼經過調質和表面淬火處理后，具有較高的綜合機械性能。n（3）對于精度較高的軸，有時還用軸承鋼GCr15和彈簧鋼65Mn等材料，它們通過調質和表面淬火處理后，具有更高的耐磨性和耐疲勞性能。n（4）對于在高轉速、重載荷等條件下工作的軸，可選用20CrMnTi、20Mn2B、20Cr等低碳合金鋼或38CrMoAi氮化鋼。n n低碳合金鋼經過滲碳淬火處理后，具有很高的表面硬度、耐沖擊韌性和心部強度，但是在熱處理時的變形較大

3、。n 而氮化鋼在經過調質和表面氮化后，有很高的心部強度、優(yōu)良的耐磨性和耐疲勞性能，熱處理時變形很小。2.2 軸類零件的毛坯n軸類零件常用的毛坯是圓棒料和鍛件.n只有某些大型的、結構復雜的軸，才采用鑄件。 由于毛坯經過加熱鍛打后，能使金屬內部纖維沿表面均勻分布，從而可以得到較高的抗拉、抗彎及扭轉強度，故除了光滑軸、直徑相差不大的階梯軸可使用熱軋棒料和冷拉棒料外，一般比較重要的軸，大都采用鍛件。3車床主軸的功用和結構特點及設計要求車床主軸的結構特點n既是階梯軸，又是空心軸；是長徑比小于12的剛性軸n不但傳遞旋轉運動和扭矩，而且是工件或刀具回轉精度的基礎n主要加工表面有內外圓柱面、圓錐面，次要表面有

4、螺紋、花鍵、溝槽、端面結合孔等n機械加工工藝主要是車削、磨削，其次是銑削和鉆削 特別值得注意的工藝問題有： 1) 定位基準的選擇； 2) 加工順序的安排； 3) 深孔加工； 4) 熱處理變形。車床主軸的功用n承受扭轉力矩；n承受彎曲力矩；n保證回轉運動精度。軸類零件的定位基準n軸類零件的定位基準，最常用的為兩頂尖孔。n 因為軸類零件各個外圓表面、錐孔、螺紋表面的同軸度，以及端面對旋轉軸線的垂直度是相互位置精度的主要項目，而這些表面的設計基準一般都是軸的中心線，如果用兩頂尖孔定位，就能符合基準重合的原則。n而且用頂尖孔作為定位基準，能夠最大限度地在一次安裝中加工出多個外圓和端面，這也符合基準統(tǒng)一

5、原則。因此，只要可能，就應該盡量采用頂尖孔作為軸加工的定位基準。n當不能用頂尖孔時（如加工軸的錐孔時），或者粗加工時為了提高零件的剛度，可采用軸的外圓表面作為定位基準，或是以外圓表面和頂尖孔共同作為定位基準。n例如在后面要談到的主軸的加工工藝過程中，半精車、精車、粗磨和精磨各部外圓及端面，銑花鍵及車螺紋等工序，都是以頂尖孔作為定位基準。而在車、磨錐孔時，都是以兩端的外圓表面作為定位基準的。n在磨錐孔時，一般多選擇主軸的裝配基準前后支承軸頸作為定位基準，這樣可消除基準不重合所引起的定位誤差，使錐孔的徑向跳動易于控制。n由于主軸是帶通孔的零件，在其加工過程中，作為定位基準的頂尖孔將因為鉆出通孔而消

6、失。為了在通孔加工后還能用頂尖孔作為定位基準，一般都采用帶有頂尖孔的錐堵或錐套心軸。n當主軸孔的錐度比較小時，就使用錐堵，當錐度較大或圓柱孔時，可用錐套心軸采用錐堵定位應注意以下問題n1.錐堵應具有較高的精度，錐堵的頂尖孔既是錐堵本身制造的定位基準，又是磨削主軸的精基準，所以必須要保證錐堵上錐面與頂尖孔有較高的同軸度。n n2.其次是使用錐堵過程中，應盡量減少錐堵安裝次數(shù)。其原因是工件錐孔與錐堵上的錐角不可能完全一致，重新安裝會引起安裝誤差。預加工中的問題n車削是軸類零件機械加工的首道工序,車削之前的工藝為軸加工的預備階段。n預備加工內容有：n校直：對于細長的軸由于彎曲變形會造成加工余量不足，

7、需增加校直工序。n切斷：對于直接用棒料為毛坯的軸，需要增加切斷工序。n切端面和打頂尖孔：n 對于直徑較大、長度較長的軸，需要在車削外圓之前加工好頂尖孔。加工時要安排足夠的熱處理工序n在主軸加工的整個過程中，應安排足夠的熱處理工序，以保證主軸的機械性能及加工精度的要求，并改善工件的切削加工性能。n一般，在主軸毛坯鍛造后，首先需安排正火處理，以消除鍛造應力，改善金屬組織，細化晶粒，降低硬度，改善切削性能。n 在粗加工后，安排第二次熱處理調質處理，獲得均勻細致的回火索氏體組織，提高零件的綜合機械性能，以便在表面淬火時，得到均勻致密的硬化層，使硬化層的硬度由表面向中心逐步降低。同時，索氏體晶粒結構的金

8、屬組織經加工后，表面粗糙度較細。加工階段的劃分n由于主軸是多階梯帶通孔的零件，切除大量的金屬后，會引起內應力重新分布而變形。n因此，在安排工序時 應將粗、精加工分開； 先完成各表面的粗加工，再完成各表面的半精加工和精加工； 而主要表面的精加工則放在最后進行。n這樣，主要表面的精度就不會受到其它表面加工或內應力重新分布的影響。軸類零件加工工序安排順序n經過上述幾個問題的分析，對主軸加工工序安排大體如下：n準備毛坯；n正火；n切端面打頂尖孔；n粗車；n調質；n半精車；n精車；n表面淬火；n粗磨、精磨外圓表面n磨內錐孔。安排工序時應注意以下幾點n深孔加工。必須注意以下兩點：n 應安排在調質以后進行，

9、因為調質處理變形較大，深孔產生彎曲變形沒法糾正，不僅影響棒料的通過，而且會引起主軸高速轉動的不平衡；n n深孔應安排在外圓粗車或半精車后，以便有一個精確的軸頸作定位基面，以保證孔與外圓同心，使主軸壁厚均勻。 如果僅從定位基準考慮，希望始終用頂尖孔定位，避免使用錐堵，深孔加工安排到最后為好，但是深孔加工是粗加工，發(fā)熱量大，破壞外圓加工精度，所以深孔只能在半精加工階段進行。n外圓表面的加工順序，先加工大直徑外圓，然后再加工小直徑外圓，以免一開始就降低了工件的剛度。n次要表面加工安排。主軸上的花鍵、鍵槽等次要表面的加工，一般都放在外圓精車或粗磨之后，精磨外圓之前進行。n這是因為： 如果在精車前就銑出

10、鍵槽，一方面，在精車時由于斷續(xù)切削而產生震動，既影響加工質量，又容易損壞刀具；另一方面，也難以控制鍵槽的尺寸要求。n主軸上的螺紋均有較高的要求，如安排在淬火前加工，則淬火后產生的變形會影響螺紋和支承軸頸的同軸度誤差。因此，車螺紋宜安排在主軸局部淬火之后進行。主軸錐孔的磨削n主軸錐孔對主軸支承軸頸的徑向跳動是機床的主要精度指標，因此，錐孔的磨削是主軸加工的關鍵工序之一。n主軸錐孔磨削一般均采用專用工具，車床主軸的設計要求n扭轉和彎曲剛度高；n回轉精度高（徑向圓跳動、端面圓跳動、回轉軸線穩(wěn)定）；n制造精度高： 1) 結構尺寸及動態(tài)特性要好； 2) 主軸本身及其軸承精度高； 3) 軸承的結構和潤滑；

11、 4) 齒輪的布置； 5) 固定件的平衡等。主軸結構的設計要求：n1) 合理的結構設計；n2) 足夠的剛度；n3) 有具有一定的尺寸、形狀、位置精度和表面質量；n4) 足夠的耐磨性、抗振性及尺寸穩(wěn)定性n5) 足夠的抗疲勞強度 4車床主軸技術條件的分析主軸支承軸頸的技術要求n支承軸頸是主軸的裝配基準，其精度直接影響主軸的回轉精度；主軸上各重要表面又以支承軸頸為設計基準，有嚴格的位置要求；n支承軸頸為三支承結構，并且跨度大；n支承軸頸采用錐面 (1：12) 結構，接觸率70%，可用來調整軸承間隙；n中間支承為IT5IT6，粗糙度 ；n支承軸頸圓度誤差為0.005mm，徑向跳動為0.005mm；n其

12、他外圓的圓度要求，誤差小于50%尺寸公差，高精度者為510%；n軸頸與有關表面的同軸度誤差應很小。mRa63. 0主軸工作表面（錐孔）的技術要求n用來安裝頂尖或刀具錐柄的；是定心表面；n對錐面的尺寸精度、形狀精度、粗糙度、接觸精度都要求高；n軸心線應與支承軸頸同軸；n錐孔對軸頸的徑向圓跳動近軸端為0.005，離軸端300處為0.01，錐面接觸率70%，粗糙度 ，硬度為HRC4850。mRa63. 0主軸軸端外錐（短錐）的技術要求n用來安裝卡盤或花盤的；也是定心表面；n對錐面的尺寸精度、形狀精度、粗糙度、接觸精度都要求高；n軸心線應與支承軸頸同軸；n對支承軸頸的徑向圓跳動為0.008；端面圓跳動

13、為0.008；n粗糙度 ，硬度為HRC4550。mRa25. 1空套齒輪軸頸的技術要求n影響傳動的平穩(wěn)性；可能導致噪聲；n有同軸度要求，對支承軸頸的徑向圓跳動為0.010.015；n尺寸精度要求為IT5IT6；螺紋的技術要求n用來固定零件或調整軸承間隙；n螺母的端面圓跳動（應0.05）會影響軸承的內環(huán)軸線傾斜；n螺母與軸頸的同軸度誤差0.025；n螺紋精度為6h。主軸各表面的表面層要求n要有較高的耐磨性；n要有適當?shù)挠捕龋℉RC45以上），以改善其裝配工藝性和裝配精度；n表面粗糙度 。mRa2 . 08 . 05. 主軸的機械加工工藝過程主軸加工工藝過程制訂的依據(jù)主軸的結構；技術要求；生產批量

14、；設備條件。主軸加工工藝過程批量：大批；材料：45鋼；毛坯：模鍛件工藝過程： 分為三個階段： n粗加工：工序16n半精加工：工序713（7為預備）n精加工：工序1426（14為預備） 6. 主軸加工工藝過程分析主軸毛坯的制造方法n自由鍛件：小批量或單件生產；n模鍛件：大批量生產。主軸的材料和熱處理 熱處理工序的安排n毛坯熱處理：去鍛造應力，細化晶粒；n切削前正火（預備熱處理）：改善切削加工性能和機械-物理性能；去鍛造應力；n半精加工前調質：去應力，改善切削加工性能，提高綜合機械性能；n精加工前局部高頻淬火：提高運動表面耐磨性；n精加工后的定性處理：低溫時效和水冷處理。加工階段的劃分 如前所述，

15、分為三個階段。n鑒于主軸的技術要求高，毛坯為模鍛件，加工余量大，精度高，故應分階段加工；n分粗、精加工階段有利于去應力并可加入熱處理；n多次切削有利于消除復映誤差；n粗、精加工二階段應間隔一定時間；n粗、精加工二階段應分粗、精加工機床進行，合理利用設備，保護機床。定位基準的選擇n應使定位基準與裝配基準重合；n一次安裝應多加工幾個面；n注意零件的主要精度指標：同軸度、圓度、徑向跳動；n主軸的定位過程較復雜：有頂尖、錐堵、支承表面等作為定位基準。加工順序的安排和工序的確定 三種方案n1) 粗加工外圓鉆深孔精加工外圓粗加工錐孔精加工錐孔n2) 粗加工外圓鉆深孔粗加工錐孔精加工錐孔精加工外圓n3) 粗

16、加工外圓鉆深孔精加工外圓精加工外圓精加工錐孔n工序確定的兩個原則 1) 工序中所用的基準應在該工序前加工； 2) 各表面要粗、精基準分開，先粗后精， 多次加工，逐步提高精度。n淬硬表面的鍵槽、螺紋等應在淬火前加工；n非淬硬表面的鍵槽、螺紋等應在精車后、精磨前加工；n檢驗工序應安排在適當工序之后，必要還應探傷。7. 主軸加工中的幾個工藝問題錐堵和錐堵心軸的使用n錐堵和錐堵心軸的功用： 空心軸加工通孔后，定位基準頂尖孔被破壞。通孔直徑小時，可直接在孔口倒出一60錐面，代替中心孔；當通孔直徑較大時，則要采用錐堵或錐堵心軸。n設計錐堵和錐堵心軸時應注意的問題 1) 一般不中途更換或拆裝，以免增加安裝誤

17、差 2) 錐堵和錐堵心軸要求兩個錐面同軸頂尖孔的研磨 研磨的必要性1) 頂尖孔是定位基準，對精度和質量有直接影響2) 頂尖孔的深度：影響定位軸向位置，因而影響余量分布 (批量生產時)3) 兩頂尖孔同軸度：影響同軸度、影響位置精度4) 頂尖孔錐角和圓度誤差：直接反映到工件的圓度上5) 熱處理、切削力、重力等的影響，會損壞頂尖孔的精度6) 熱處理后和磨削加工前，需要消除誤差 研磨方法1) 用鑄鐵頂尖研磨；2) 用油石或橡膠砂輪夾在車床的卡盤上，用金剛鉆研磨；3) 用硬質合金頂尖刮研。外圓表面的車削加工 車削加工的工藝作用1) 粗加工：切除大部分余量；2) 半精加工：修整預備熱處理后的變形；3) 精

18、加工：使磨削前各表面具有一定的同軸度和合理的磨削余量；精加工螺紋及各端面等。車削加工值得考慮的問題1) 生產效率；2) 工序精度（復映誤差）；3) 勞動強度。 車削加工的設備1) 單件、小批：普通車床2) 成批生產：液壓仿形車床3) 大批量生產：液壓仿形、多刀半自動車床主軸深孔的加工 深孔加工的難點1) 刀具細長，剛性差，易振動，易引偏；2) 排屑困難；3) 鉆頭散熱條件差，冷卻困難，易失去切削能力。 采取措施1) 采用工件旋轉、刀具進給的加工方法，使鉆頭自定中心；2) 采用特殊結構的深孔鉆；3) 預先加工一導向孔，防止引偏；4) 采用壓力輸送切削潤滑液，既使冷卻充分，又使切屑排出。主軸錐孔的

19、加工 主軸錐孔的作用及要求1) 主軸錐孔是安裝頂尖的定位面；2) 主軸支承軸頸及主軸前端短錐的同軸度要求較高。 磨削主軸錐孔一般以支承軸頸作為定位基準，有三種安裝方式：1) 前支承裝于中心架，后支承用卡盤裝夾2) 前、后支承裝于兩個中心架，用萬向節(jié)與主軸相聯(lián)；3) 采用專用夾具。 剖分軸承、V型夾具、浮動卡頭等，使磨頭誤差及機床振動不影響工件。n該夾具由底座、支承架及浮動卡頭三部分組成；前、后兩支架與底座連成一體；n作為工件定位的V形架鑲有硬質合金，以提高耐磨性；n工件的中心高應與磨頭砂輪軸中心等高；n后端的浮動卡頭裝在磨床主軸的錐孔內；n工件尾部插入彈性套內；n通過彈簧將彈性套（浮動卡頭外殼

20、）連同工件向后拉；n鋼球1壓向鑲有硬質合金的錐柄3端面，依靠彈簧2的漲力限制工件的軸向竄動；n該聯(lián)接方式只傳遞扭矩，排除磨頭和機床誤差對加工精度的干擾。主軸各外圓表面的精加工和光整加工 主軸的精加工1) 主要采用磨削加工；2) 應在熱處理之后進行，糾正熱處理后的變形；3) 磨削加工能達到的精度為IT6，表面粗糙度為 。mRa2 . 08 . 0 光整加工的作用及特點1) 用于精密主軸上尺寸公差等級為IT5以上或表面粗糙度的加工表面；2) 采用很小的切削用量和單位切削力，變形小；3) 對上道工序要求高，一般要求，表面無較深的加工痕跡；4) 采用浮動的加工方法（自定心）；5) 加工余量很小，一般不

21、超過0.02mm。軸類零件的檢驗 檢驗項目1) 表面粗糙度；2) 表面硬度；3) 尺寸精度；4) 相互位置精度；5) 表面幾何形狀精度。 檢驗順序幾何精度尺寸精度位置精度 檢驗方法1) 硬度：硬度計2) 表面粗糙度：觸針式表面粗糙度輪廓儀或樣板比較法3) 錐孔：著色法4) 尺寸精度：常規(guī)檢驗儀器（萬能量具）5) 位置精度：專用檢驗裝置。二、箱體加工箱體零件的功用和結構特點 功用 將機器和部件中的軸、套、齒輪等有關零件連接成一個整體，并使之保持正確的相互位置，以傳遞轉矩或改變轉速來實現(xiàn)規(guī)定的運動。 結構特點1) 結構復雜，壁薄且不均勻；2) 加工部位多，加工難度大。箱體零件的主要技術要求 孔徑精

22、度 影響回轉精度，引起噪聲、振動、徑向跳動，影響壽命。1) 孔的尺寸精度和幾何形狀誤差會使軸承與孔配合不良 (松、緊、不圓)；2) 主軸孔尺寸精度為IT6級，其余孔為IT6IT7級 箱孔與孔的位置精度 引起軸安裝歪斜，致使主軸徑向跳動和軸向竄動，加劇軸承磨損。1) 同一軸線上各孔的同軸度誤差；2) 孔端面對軸線垂直度誤差。 孔和平面的位置精度 主要是規(guī)定主要孔和主軸箱安裝基面的平行度。 主要平面的精度 影響主軸箱與床身的連接剛度。1) 規(guī)定底面和導向面必須平直和相互垂直；2) 平面度、垂直度公差等級為5級。 表面粗糙度 影響連接面的配合性質或接觸剛度1) 主軸孔為 ，其它各縱向孔為 ，孔的端面

23、為 ；2) 裝配基準面和定位基準面為 ，其它平面則為 。mRa4 . 0mRa6 . 1mRa2 . 3mRa.105 . 2mRa5 . 263. 0 箱體的材料及毛坯1) 材料一般選HT200400；因為灰鑄鐵成本低，耐磨性、可鑄性、可切削性和阻尼特性好；2) 毛坯為鑄件；毛坯余量視生產批量和鑄造方法等而定；澆鑄后應退火。(2011.5.8) 2箱體結構的工藝性基本孔n可分為通孔、階梯孔、盲孔、交叉孔等n 通孔工藝性最好；深孔、階梯孔、相貫通的交叉孔工藝性較差；盲孔工藝性最差，應盡量避免同軸孔n同一軸線方向孔徑向一個方向遞減n鏜孔時鏜桿可從一端伸入，逐個加工或同時加工同一軸線上的幾個孔n應

24、避免中間隔壁上的孔徑大于外壁上的孔徑裝配基面為便于加工、裝配和檢驗，尺寸應盡可能大，形狀應盡可能簡單。凸臺應盡可能在同一平面上。緊固孔和螺孔尺寸和規(guī)格應盡可能一致。肋板、肋條、圓角等n保證箱體的動剛度和抗振性。3箱體機械加工工藝過程及箱體機械加工工藝過程及工藝分析工藝分析箱體零件的機械加工工藝過程 教材中的箱體零件機械加工工藝過程分析 不同批量箱體生產的共性 加工順序為先面后孔提供基準的需要；切去毛坯上的缺陷，方便后面的加工；使孔加工余量均勻；保護刀具，有利于對刀、調整。 加工階段粗、精分開精加工夾緊力可小一點，粗加工后將工件松開點，可使彈性變形得到恢復。 工序間安排時效1) 消除內應力，減少

25、變形，保證精度穩(wěn)定；2) 鑄造后安排人工時效3) 精度高的箱體有時粗加工之后還需要人工時效 一般都用箱體上的重要孔作粗基準 不同批量箱體生產的特殊性 粗基準的選擇1) 中小批量生產時，毛坯精度低，一般采用劃線裝夾；2) 大批大量生產時，毛坯精度高，可采用專用夾具安裝； 精基準的選擇1) 單件小批量用裝配基準作定位基準； 2) 大批大量生產則采用一面雙孔作定位基準。 所用設備依批量不同而異(15/5)1) 單件小批量生產用通用設備；2) 大批量生產廣泛使用組合加工機床如：多軸龍門銑床、組合磨床、多工位組合機床、專用鏜床等。 4箱體平面的加工方法常用方法有刨、銑、磨三種；n刨削加工的特點：刀具簡單、調整方便、通用性好；n銑削加工的特點：多刀同時加工，可保證平面間的相互位置精度，生產效率高，適用于中批量以上的生產；n平面磨削的特點：比刨削、銑削