機(jī)械基礎(chǔ)第4章

第4章典型零件加工工藝

4.1軸類(lèi)零件的加工

4.2支架、

箱體類(lèi)零件的加工

4.3圓柱齒輪加工

4.4套筒類(lèi)零件加工工藝

4.5連桿加工

思考與練習(xí)題

4.1軸類(lèi)零件的加工

4.1.1軸類(lèi)零件的分類(lèi)、技術(shù)要求

軸是機(jī)械加工中常見(jiàn)的典型零件之一。它在機(jī)械中主要用于支承齒輪、帶輪、凸輪以及連桿等傳動(dòng)件,以傳遞扭矩。按結(jié)構(gòu)形式不同,軸可以分為階梯軸、錐度心軸、光軸、空心軸、曲軸、凸輪軸、偏心軸、各種絲杠等,如圖4－1所示。其中具有等強(qiáng)度特征階梯傳動(dòng)軸應(yīng)用較廣,其加工工藝能較全面地反映軸類(lèi)零件的加工規(guī)律和共性。根據(jù)軸類(lèi)零件的功用和工作條件,其技術(shù)要求主要在以下方面:圖4－1常見(jiàn)軸的類(lèi)型

(1)尺寸精度:軸類(lèi)零件的主要表面常為兩類(lèi):一類(lèi)是與軸承的內(nèi)圈配合的外圓軸頸,即支承軸頸,用于確定軸的位置并支承軸,尺寸精度要求較高,通常為IT5～I(xiàn)T7;另一類(lèi)為與各類(lèi)傳動(dòng)件配合的軸頸,即配合軸頸,其精度稍低,常為IT6～I(xiàn)T9。

(2)幾何形狀精度:主要指軸頸表面、外圓錐面、錐孔等重要表面的圓度、圓柱度。其誤差一般應(yīng)限制在尺寸公差范圍內(nèi)。對(duì)于精密軸,需在零件圖上另行規(guī)定其幾何形狀精度。

(3)相互位置精度:包括內(nèi)、外表面、重要軸面的同軸度、圓的徑向跳動(dòng)、重要端面對(duì)軸心線的垂直度、端面間的平行度等。

(4)表面粗糙度:軸的加工表面都有粗糙度的要求,一般根據(jù)加工的可能性和經(jīng)濟(jì)性來(lái)確定。支承軸頸常為0.2～1.6μm,傳動(dòng)件配合軸頸為0.4～3.2μm。

(5)其他:熱處理、倒角、倒棱及外觀修飾等要求。

4.1.2軸類(lèi)零件的材料、毛坯及熱處理

軸類(lèi)零件材料:常用45鋼,精度較高的軸可選用40Cr、軸承鋼GCr15、彈簧鋼65Mn,也可選用球墨鑄鐵;對(duì)高速、重載的軸,選用20CrMnTi、20Mn2B、20Cr等低碳合金鋼或38CrMoAl氮化鋼。

軸類(lèi)毛坯:常用圓棒料和鍛件,大型軸或結(jié)構(gòu)復(fù)雜的軸采用鑄件。毛坯經(jīng)過(guò)加熱鍛造后,可使金屬內(nèi)部纖維組織沿表面均勻分布,獲得較高的抗拉、抗彎及抗扭強(qiáng)度。

熱處理方面:鍛造毛坯在加工前,均需安排正火或退火處理,使鋼材內(nèi)部晶粒細(xì)化,消除鍛造應(yīng)力,降低材料硬度,改善切削加工性能。

調(diào)質(zhì)一般安排在粗車(chē)之后、半精車(chē)之前,以獲得良好的物理力學(xué)性能。

表面淬火一般安排在精加工之前,這樣可以糾正因淬火引起的局部變形。

精度要求高的軸,在局部淬火或粗磨之后,還需進(jìn)行低溫時(shí)效處理。

4.1.3軸類(lèi)零件的裝夾方式

軸類(lèi)零件的裝夾方式有如下幾類(lèi):

(1)采用兩中心孔定位:一般以重要的外圓面作為粗基準(zhǔn)定位,加工出中心孔,再以軸兩端的中心孔為定位精基準(zhǔn),盡可能做到基準(zhǔn)統(tǒng)一、基準(zhǔn)重合、互為基準(zhǔn),并實(shí)現(xiàn)一次裝夾加工多個(gè)表面。中心孔是工件加工統(tǒng)一的定位基準(zhǔn)和檢驗(yàn)基準(zhǔn),它自身質(zhì)量非常重要,其準(zhǔn)備工作也相對(duì)復(fù)雜,常常以支承軸頸定位,車(chē)(鉆)中心錐孔,再以中心孔定位,精車(chē)外圓,以外圓定位,粗磨錐孔,以中心孔定位,精磨外圓,最后以支承軸頸外圓定位,精磨(刮研或研磨)錐孔,使錐孔的各項(xiàng)精度達(dá)到要求。

(2)用外圓表面定位:對(duì)于空心軸或短小軸等不可能用中心孔定位的情況,可用軸的外圓面定位、夾緊并傳遞扭矩。一般采用三爪卡盤(pán)、四爪卡盤(pán)等通用夾具,或各種高精度的自動(dòng)定心專(zhuān)用夾具,如液性塑料薄壁定心夾具、膜片卡盤(pán)等。

(3)用各種堵頭或拉桿心軸定位裝夾:加工空心軸的外圓表面時(shí),常用帶中心孔的各種堵頭或拉桿心軸來(lái)裝夾工件。小錐孔時(shí)常用堵頭;大錐孔時(shí)常用帶堵頭的拉桿心軸,如圖4－2所示。

圖4－2堵頭與拉桿心軸

4.1.4軸類(lèi)零件工藝過(guò)程示例

[WTHZ]1.CA6140車(chē)床主軸技術(shù)要求及功用

圖4－3所示為CA6140車(chē)床主軸零件簡(jiǎn)圖。由零件簡(jiǎn)圖可知,該主軸呈階梯狀,其上有裝夾支承軸承,傳動(dòng)件的圓柱、圓錐面,裝夾滑動(dòng)齒輪的花鍵,裝夾卡盤(pán)及頂尖的內(nèi)外圓錐面,聯(lián)接緊固螺母的螺旋面,通過(guò)棒料的深孔等。下面介紹主軸各主要部分的作用及技術(shù)要求。

(1)支承軸頸。主軸二個(gè)支承軸頸A、B圓度公差為0.005mm,徑向跳動(dòng)公差為0.005mm;而支承軸頸1∶12錐面的接觸率≥70%;表面粗糙度Ra為0.4μm;支承軸頸尺寸精度為IT5。因?yàn)橹鬏S支承軸頸是用來(lái)裝夾支承軸承,是主軸部件的裝配基準(zhǔn)面,所以它的制造精度直接影響到主軸部件的回轉(zhuǎn)精度。

(2)端部錐孔。主軸端部?jī)?nèi)錐孔(莫氏6號(hào))對(duì)支承軸頸A、B的跳動(dòng)在軸端面處公差為0.005mm,離軸端面300mm處公差為0.01mm,錐面接觸率≥70%,表面粗糙度Ra為0.4μm,硬度要求45～50HRC。該錐孔是用來(lái)裝夾頂尖或工具錐柄的,其軸心線必須與兩個(gè)支承軸頸的軸心線嚴(yán)格同軸,否則會(huì)使工件(或工具)產(chǎn)生同軸度誤差。

(3)端部短錐和端面。頭部短錐C和端面D對(duì)主軸二個(gè)支承軸頸A、B的徑向圓跳動(dòng)公差為0.005mm,表面粗糙度Ra為0.4μm。它是裝夾卡盤(pán)的定位面。為保證卡盤(pán)的定心精度,該圓錐面必須與支承軸頸同軸,而端面必須與主軸的回轉(zhuǎn)中心垂直。

圖4－3

6140車(chē)床主軸簡(jiǎn)圖

(4)空套齒輪軸頸?？仗X輪軸頸對(duì)支承軸頸A、B的徑向圓跳動(dòng)公差為0.005mm。由于該軸頸是與齒輪孔相配合的表面,對(duì)支承軸頸應(yīng)有一定的同軸度要求,否則引起主軸傳動(dòng)嚙合不良。當(dāng)主軸轉(zhuǎn)速很高時(shí),還會(huì)影響齒輪傳動(dòng)平穩(wěn)性并產(chǎn)生噪聲。

(5)螺紋。主軸上螺旋面的誤差是造成壓緊螺母端面跳動(dòng)的原因之一,所以應(yīng)控制螺紋的加工精度。當(dāng)主軸上壓緊螺母的端面跳動(dòng)過(guò)大時(shí),會(huì)使被壓緊的滾動(dòng)軸承內(nèi)環(huán)的軸心線產(chǎn)生傾斜,從而引起主軸的徑向圓跳動(dòng)。

2.主軸加工的要點(diǎn)與措施

主軸加工的主要問(wèn)題是如何保證主軸支承軸頸的尺寸、形狀、位置精度和表面粗糙度,主軸前端內(nèi)、外錐面的形狀精度、表面粗糙度以及它們對(duì)支承軸頸的位置精度。

主軸支承軸頸的尺寸精度、形狀精度以及表面粗糙度要求,可以采用精密磨削方法保證。磨削前應(yīng)提高精基準(zhǔn)的精度。

保證主軸前端內(nèi)、外錐面的形狀精度、表面粗糙度同樣應(yīng)采用精密磨削的方法。為了保證外錐面相對(duì)支承軸頸的位置精度,以及支承軸頸之間的位置精度,通常采用組合磨削法,在一次裝夾中加工這些表面,如圖4－4所示。機(jī)床上有兩個(gè)獨(dú)立的砂輪架,精磨在兩個(gè)工位上進(jìn)行。工位Ⅰ精磨前、后軸頸錐面,工位Ⅱ用角度成形砂輪,磨削主軸前端支承面和短錐面。

圖4－4組合磨主軸加工示意圖

主軸錐孔相對(duì)于支承軸頸的位置精度是靠采用支承軸頸A、B作為定位基準(zhǔn),而讓被加工主軸裝夾在磨床工作臺(tái)上加工來(lái)保證。以支承軸頸作為定位基準(zhǔn)加工內(nèi)錐面,符合基準(zhǔn)重合原則。在精磨前端錐孔之前,應(yīng)使作為定位基準(zhǔn)的支承軸頸A、B達(dá)到一定的精度。主軸錐孔的磨削一般采用專(zhuān)用夾具,如圖4－5所示。夾具由底座1、支架2及浮動(dòng)夾頭3三部分組成,兩個(gè)支架固定在底座上,作為工件定位基準(zhǔn)面的兩段軸頸放在支架的兩個(gè)V形塊上,V形塊鑲有硬質(zhì)合金,以提高耐磨性,并減少對(duì)工件軸頸的劃痕,工件的中心高應(yīng)正好等于磨頭砂輪軸的中心高,否則將會(huì)使錐孔母線呈雙曲線,影響內(nèi)錐孔的接觸精度。后端的浮動(dòng)卡頭用錐柄裝在磨床主軸的錐孔內(nèi),工件尾端插于彈性套內(nèi),用彈簧將浮動(dòng)卡頭外殼連同工件向左拉,通過(guò)鋼球壓向鑲有硬質(zhì)合金的錐柄端面,限制工件的軸向竄動(dòng)。采用這種聯(lián)接方式,可以保證工件支承軸頸的定位精度不受內(nèi)圓磨床主軸回轉(zhuǎn)誤差的影響,也可減少機(jī)床本身振動(dòng)對(duì)加工質(zhì)量的影響。

圖4－5磨主軸錐孔夾具

3.CA6140車(chē)床主軸加工定位基準(zhǔn)的選擇

主軸加工中,為了保證各主要表面的相互位置精度,選擇定位基準(zhǔn)時(shí),應(yīng)遵循基準(zhǔn)重合、基準(zhǔn)統(tǒng)一和互為基準(zhǔn)等重要原則,并能在一次裝夾中盡可能加工出較多的表面。

由于主軸外圓表面的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)是主軸軸心線,根據(jù)基準(zhǔn)重合的原則考慮應(yīng)選擇主軸兩端的頂尖孔作為精基準(zhǔn)面。用頂尖孔定位,還能在一次裝夾中將許多外圓表面及其端面加工出來(lái),有利于保證加工面間的位置精度,所以主軸在粗車(chē)之前應(yīng)先加工頂尖孔。

為了保證支承軸頸與主軸內(nèi)錐面的同軸度要求,宜按互為基準(zhǔn)的原則選擇基準(zhǔn)面。如車(chē)小端1∶20錐孔和大端莫氏6號(hào)內(nèi)錐孔時(shí),以與前支承軸頸相鄰而它們又是用同一基準(zhǔn)加工出來(lái)的外圓柱面為定位基準(zhǔn)面(因支承軸頸系外錐面不便裝夾);在精車(chē)各外圓(包括兩個(gè)支承軸頸)時(shí),以前、后錐孔內(nèi)所配錐堵的頂尖孔為定位基面;在粗磨莫氏6號(hào)內(nèi)錐孔時(shí),又以?xún)蓤A柱面為定位基準(zhǔn)面;粗、精磨兩個(gè)支承軸頸的1∶12錐面時(shí),再次用錐堵頂尖孔定位;最后精磨莫氏6號(hào)錐孔時(shí),直接以精磨后的前支承軸頸和另一圓柱面定位。定位基準(zhǔn)每轉(zhuǎn)換一次,都將使主軸的加工精度提高一步。

4.主要加工表面加工工序安排

CA6140車(chē)床主軸主要加工表面是?75h5、?80h5、?90g5、?100h7軸頸,兩支承軸頸及大頭錐孔。它們加工的尺寸精度在IT5～I(xiàn)T7之間,表面粗糙度Ra為0.4～0.8μm。

主軸加工工藝過(guò)程可劃分為三個(gè)加工階段,即粗加工階段(包括銑端面、加工頂尖孔、粗車(chē)外圓等);半精加工階段(半精車(chē)外圓,鉆通孔,車(chē)錐面、錐孔,鉆大頭端面各孔,精車(chē)外圓等);精加工階段(包括精銑鍵槽,粗、精磨外圓、錐面、錐孔等)。

在機(jī)械加工工序中間尚需插入必要的熱處理工序,這就決定了主軸加工各主要表面總是循著以下順序的進(jìn)行,即粗車(chē)→調(diào)質(zhì)(預(yù)備熱處理)→半精車(chē)→精車(chē)→淬火-回火(最終熱處理)→粗磨→精磨。

綜上所述,主軸主要表面的加工順序安排如下:

外圓表面粗加工(以頂尖孔定位)→外圓表面半精加工(以頂尖孔定位)→鉆通孔(以半精加工過(guò)的外圓表面定位)→錐孔粗加工(以半精加工過(guò)的外圓表面定位,加工后配錐堵)→外圓表面精加工(以錐堵頂尖孔定位)→錐孔精加工(以精加工外圓面定位)。

當(dāng)主要表面加工順序確定后,就要合理地插入非主要表面加工工序。對(duì)主軸來(lái)說(shuō)非主要表面指的是螺孔、鍵槽、螺紋等。這些表面加工一般不易出現(xiàn)廢品,所以盡量安排在后面工序進(jìn)行,主要表面加工一旦出了廢品,非主要表面就不需加工了,這樣可以避免浪費(fèi)工時(shí)。但這些表面也不能放在主要表面精加工后,以防在加工非主要表面過(guò)程中損傷已精加工過(guò)的主要表面。

對(duì)凡是需要在淬硬表面上加工的螺孔、鍵槽等,都應(yīng)安排在淬火前加工。非淬硬表面上螺孔、鍵槽等一般在外圓精車(chē)之后,精磨之前進(jìn)行加工。主軸螺紋,因它與主軸支承軸頸之間有一定的同軸度要求,所以螺紋安排在以非淬火回火為最終熱處理工序之后的精加工階段進(jìn)行,這樣半精加工后殘余應(yīng)力所引起的變形和熱處理后的變形,就不會(huì)影響螺紋的加工精度

5.主軸加工工藝過(guò)程

表4－1列出了CA6140車(chē)床主軸的加工工藝過(guò)程。

表4－1大批生產(chǎn)CA6140車(chē)床主軸工藝過(guò)程

4.1.5軸類(lèi)零件的檢驗(yàn)

(1)加工中的檢驗(yàn):自動(dòng)測(cè)量裝置,作為輔助裝置裝夾在機(jī)床上。這種檢驗(yàn)方式能在不影響加工的情況下,根據(jù)測(cè)量結(jié)果主動(dòng)地控制機(jī)床的工作過(guò)程,如改變進(jìn)給量,自動(dòng)補(bǔ)償?shù)毒吣p,自動(dòng)退刀、停車(chē)等,使之適應(yīng)加工條件的變化,防止產(chǎn)生廢品,故又稱(chēng)為主動(dòng)檢驗(yàn)。主動(dòng)檢驗(yàn)屬在線檢測(cè),即在設(shè)備運(yùn)行,生產(chǎn)不停頓的情況下,根據(jù)信號(hào)處理的基本原理,掌握設(shè)備運(yùn)行狀況,對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)及必要調(diào)整。在線檢測(cè)在機(jī)械制造中的應(yīng)用越來(lái)越廣。

(2)加工后的檢驗(yàn):單件小批生產(chǎn)中,尺寸精度一般用外徑千分尺檢驗(yàn);大批大量生產(chǎn)時(shí),常采用光滑極限量規(guī)檢驗(yàn);長(zhǎng)度大而精度高的工件可用比較儀檢驗(yàn);表面粗糙度可用粗糙度樣板進(jìn)行檢驗(yàn);要求較高時(shí)則用光學(xué)顯微鏡或輪廓儀檢驗(yàn)。圓度誤差可用千分尺測(cè)出的工件同一截面內(nèi)直徑的最大差值之半來(lái)確定,也可用千分表借助V形鐵來(lái)測(cè)量,若條件許可,可用圓度儀檢驗(yàn)。圓柱度誤差通常用千分尺測(cè)出同一軸向剖面內(nèi)最大與最小值之差的方法來(lái)確定。主軸相互位置精度檢驗(yàn)一般以軸兩端頂尖孔或工藝錐堵上的頂尖孔為定位基準(zhǔn),在兩支承軸頸上方分別用千分表測(cè)量。

4.1.6細(xì)長(zhǎng)軸加工問(wèn)題難點(diǎn)和工藝措施

“車(chē)工怕細(xì)長(zhǎng),磨工怕薄片”。通常,長(zhǎng)徑比(L／D,即長(zhǎng)度與直徑之比值)大于20的軸稱(chēng)為細(xì)長(zhǎng)軸。這類(lèi)零件由于長(zhǎng)徑比大,剛性差等自身結(jié)構(gòu)原因,在切削過(guò)程中容易產(chǎn)生彎曲變形和振動(dòng),而且由于加工中切削用量較小,連續(xù)切削時(shí)間長(zhǎng),毛坯精度差、刀具磨損量大等原因,故不易獲得良好的加工精度和表面質(zhì)量。

相應(yīng)地,車(chē)削細(xì)長(zhǎng)軸對(duì)刀具、機(jī)床、輔助工具、切削用量、工藝安排、操作技能等都有較高的要求。某種程度上,細(xì)長(zhǎng)軸加工是考核操作工人綜合技術(shù)水平的一個(gè)指標(biāo)。為了保證加工質(zhì)量并提高工效,細(xì)長(zhǎng)軸車(chē)削通常采取以下措施:

(1)改進(jìn)裝夾方法。如圖4－6所示,細(xì)長(zhǎng)軸車(chē)削常采用“一夾一頂”的裝夾方法。夾持端應(yīng)避免工件夾緊時(shí)被卡爪壓壞,工件外圓與卡爪之間可以墊上彈性開(kāi)口環(huán)或細(xì)金屬絲。頂端需采用軸向浮動(dòng)活頂尖,目的在于工件在受熱膨脹伸長(zhǎng)時(shí),頂尖能軸向退讓,減小工件的彎曲。

圖4－6細(xì)長(zhǎng)軸的裝夾

(2)采中心架、跟刀架。中心架、跟刀架都可使細(xì)長(zhǎng)軸車(chē)削時(shí)提高工藝系統(tǒng)剛性,防止工件彎曲變形和抵消加工時(shí)徑向切削分力的影響,減少振動(dòng)和工件彎曲變形。使用中心架或跟刀架都須注意支承爪與工件表面接觸良好,中心與機(jī)床頂尖中心等高,若有磨損,應(yīng)及時(shí)調(diào)整;對(duì)于跟刀架,粗車(chē)時(shí),應(yīng)跟在車(chē)刀之后軸向行進(jìn);而精車(chē)時(shí),跟刀架應(yīng)行進(jìn)在車(chē)刀之前,以免對(duì)已加工面造成劃傷而降低表面粗糙度。

(3)改變軸向進(jìn)給方向。細(xì)長(zhǎng)軸車(chē)削時(shí),使中托板由床頭移向尾座,如圖4－7,刀具施加于工件上的軸向力朝向尾座,使得刀具施加于工件的軸向力由原來(lái)正向車(chē)削的壓力變?yōu)閷?duì)工件的拉力,利于工件軸線在加工中變直,減少工件彎曲變形。

圖4－7反向進(jìn)給車(chē)削

(4)合理選擇刀具幾何參數(shù)。為減少切削力和降低切削熱,車(chē)刀前角應(yīng)選擇較大值,常取γ0＝15～30°;增大主偏角,常取кr＝75～90°;車(chē)刀前面應(yīng)開(kāi)有斷屑槽,以便較好地?cái)嘈?刃傾角不宜正得太大,盡量使切屑流向待加工表面。

(5)采用雙刀對(duì)車(chē)。延伸小刀臺(tái),裝夾刀尖相對(duì)的兩把車(chē)刀進(jìn)行同步車(chē)削,一方面互相抵消切削徑向力,另一方面可提高加工效率。注意兩把刀尖在裝夾時(shí)沿工件軸向方向適當(dāng)錯(cuò)開(kāi)2～3mm,而且對(duì)面的車(chē)刀前刀面向下(參見(jiàn)第八章內(nèi)容)。

4.2支架、箱體類(lèi)零件的加工

4.2.1支架、箱體類(lèi)零件的特點(diǎn)及加工要求

支架、箱體類(lèi)零件通常作為裝配時(shí)的基準(zhǔn)零件如圖4－8所示。它們將軸、套、軸承、齒輪和端蓋等零件裝配聯(lián)結(jié)起來(lái),使其保持正確的相互位置關(guān)系,以傳遞轉(zhuǎn)矩或改變轉(zhuǎn)速來(lái)完成所需的運(yùn)動(dòng)或動(dòng)力。因此,支架、箱體類(lèi)零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、材料選擇、加工質(zhì)量對(duì)機(jī)器的工作精度、使用性能和壽命都有較大影響。

圖4－8支架、箱體類(lèi)零件示例

箱體零件結(jié)構(gòu)特點(diǎn):多為鑄造件,結(jié)構(gòu)復(fù)雜,壁薄且不均勻,加工部位多,加工難度大。

箱體零件的主要技術(shù)要求:軸頸支承孔孔徑精度及相互之間的位置精度,定位銷(xiāo)孔的精度與孔距精度;主要平面的精度;表面粗糙度等。箱體零件材料及毛坯:箱體零件常選用灰鑄鐵,汽車(chē)、摩托車(chē)的曲軸箱選用鋁合金作為曲軸箱的主體材料,其毛坯一般采用壓鑄件,因曲軸箱是大批大量生產(chǎn),且毛坯的形狀復(fù)雜,故采用壓鑄毛坯,鑲套與箱體在壓鑄時(shí)鑲嵌成一體。壓鑄的毛坯精度高,加工余量小,有利于機(jī)械加工。為減少毛坯鑄造時(shí)產(chǎn)生的殘余應(yīng)力,箱體鑄造后應(yīng)安排人工時(shí)效。

1.孔徑精度

孔徑的尺寸誤差和幾何形狀誤差會(huì)使軸承與孔配合不良?？讖竭^(guò)大,配合過(guò)松,使主軸軸線不穩(wěn)定,并降低了支承剛度,易產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲;孔徑過(guò)小,使配合過(guò)緊,軸承將變形而不能正常運(yùn)轉(zhuǎn),縮短壽命。裝軸承的孔不圓,也使軸承外環(huán)變形而引起主軸的跳動(dòng)。

從以上分析可知,對(duì)孔的精度要求較高。主軸孔的尺寸精度為IT6級(jí),其余孔為IT6～I(xiàn)T7,孔的幾何形狀精度除作特殊規(guī)定外,一般都在尺寸公差范圍內(nèi)。

2.孔與孔的位置精度

同一軸線上各孔的同軸度誤差和孔端面對(duì)軸線垂直度誤差,會(huì)使軸和軸承裝配到箱體上而歪斜,致使主軸產(chǎn)生徑向跳動(dòng)和軸向竄動(dòng),同時(shí)也使溫升增高,加劇軸承磨損。孔系的平行度誤差會(huì)影響齒輪的嚙合質(zhì)量。一般同軸上各孔的同軸度約為最小孔尺寸公差。

3.孔和平面的位置精度

一般都要規(guī)定主要孔和主軸箱裝夾基面的平行度要求,它們決定了主軸與床身導(dǎo)軌的位置關(guān)系,這項(xiàng)精度是在總裝通過(guò)刮研來(lái)達(dá)到的。為減少刮研工作量,一般都要規(guī)定軸線對(duì)裝夾基面的平行度公差。在垂直和水平兩個(gè)方向上只允許主軸前端向上和向前。

4.主要平面的精度

裝配基面的平面度誤差影響主軸箱與床身連接時(shí)的接觸剛度,若在加工過(guò)程中作為定位基準(zhǔn)時(shí),還會(huì)影響軸孔的加工精度。因此規(guī)定底面和導(dǎo)向面必須平直和相互垂直。其平面度、垂直度公差等級(jí)為5級(jí)。

5.表面粗糙度

重要孔和主要表面的表面粗糙度會(huì)影響連接面的配合性質(zhì)或接觸剛度,其具體要求一般用Ra值來(lái)評(píng)價(jià)。主軸孔R(shí)a為0.4μm,其他各縱向孔R(shí)a為0.6μm,孔的內(nèi)端面Ra為3.2μm,裝配基準(zhǔn)面和定位基準(zhǔn)面Ra為0.63～2.5μm,其他平面Ra為2.5～10μm。

4.2.2箱體類(lèi)零件工藝過(guò)程特點(diǎn)分析

以圖4－11所示某減速箱為例說(shuō)明箱體類(lèi)零件的加工工藝。

1.零件特點(diǎn)

一般減速箱為了制造與裝配的方便,常做成可剖分的,這種箱體在礦山、冶金和起重運(yùn)輸機(jī)械中應(yīng)用較多。剖分式箱體也具有一般箱體結(jié)構(gòu)特點(diǎn),如壁薄、中空、形狀復(fù)雜,加工表面多為平面和孔。

減速箱體的主要加工表面可歸納為以下三類(lèi):

(1)主要平面。箱蓋的對(duì)合面和頂部方孔端面、底座的底面和對(duì)合面、軸承孔的端面等。

(2)主要孔。軸承孔(?150H7、?90H7)及孔內(nèi)環(huán)槽等。

(3)其他加工部分。聯(lián)接孔、螺孔、銷(xiāo)孔、斜油標(biāo)孔以及孔的凸臺(tái)面等。

2.工藝過(guò)程設(shè)計(jì)考慮要素

根據(jù)減速箱體剖分的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和加工表面的要求,在編制工藝過(guò)程時(shí)應(yīng)注意以下問(wèn)題:

(1)加工過(guò)程的劃分。整個(gè)加工過(guò)程可分為兩大階段,即先對(duì)箱蓋和底座分別進(jìn)行加工,然后再對(duì)裝合好的整個(gè)箱體進(jìn)行加工——合件加工。為兼顧效率和精度,孔和面的加工需粗精分開(kāi)。

(2)箱體加工工藝的安排。安排箱體的加工工藝,應(yīng)遵循先面后孔的工藝原則,對(duì)剖分式減速箱體還應(yīng)遵循組裝后鏜孔的原則。因?yàn)槿绻幌葘⑾潴w的對(duì)合面加工好,軸承孔就不能進(jìn)行加工。另外,鏜軸承孔時(shí),必須以底座的底面為定位基準(zhǔn),所以底座的底面也必須先加工好。

由于軸承孔及各主要平面都要求與對(duì)合面保持較高的位置精度,所以在平面加工方面,應(yīng)先加工對(duì)合面,再加工其他平面,體現(xiàn)先主后次原則。

(3)箱體加工中的運(yùn)輸和裝夾。箱體的體積、重量較大,故應(yīng)盡量減少工件的運(yùn)輸和裝夾次數(shù)。為了便于保證各加工表面的位置精度,應(yīng)在一次裝夾中盡量多加工一些表面。工序安排相對(duì)集中。箱體零件上相互位置要求較高的孔系和平面,一般盡量集中在同一工序中加工,以減少裝夾次數(shù),從而減少裝夾誤差的影響,有利于保證其相互位置精度要求。

(4)合理安排時(shí)效工序。一般在毛坯鑄造之后安排一次人工時(shí)效即可。對(duì)一些高精度或形狀特別復(fù)雜的箱體,應(yīng)在粗加工之后再安排一次人工時(shí)效,以消除粗加工產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力,保證箱體加工精度的穩(wěn)定性。

3.剖分式減速箱體加工定位基準(zhǔn)的選擇

(1)粗基準(zhǔn)的選擇。一般箱體零件的粗基準(zhǔn)都用它上面的重要孔和另一個(gè)相距較遠(yuǎn)的孔作為粗基準(zhǔn),以保證孔加工時(shí)余量均勻，剖分式箱體最先加工的是箱蓋或底座的對(duì)合面。由于分離式箱體軸承孔的毛坯孔分布在箱蓋和底座兩個(gè)不同部分上,因而在加工箱蓋或底座的對(duì)合面時(shí),無(wú)法以軸承孔的毛坯面作粗基準(zhǔn),而是以凸緣的不加工面為粗基準(zhǔn),即箱蓋以凸緣面A,底座以凸緣面B為粗基準(zhǔn)。這樣可保證對(duì)合面加工凸緣的厚薄較為均勻,減少箱體裝合時(shí)對(duì)合面的變形。

(2)精基準(zhǔn)的選擇。常以箱體零件的裝配基準(zhǔn)或?qū)ｉT(mén)加工的一面兩孔定位,使得基準(zhǔn)統(tǒng)一。剖分式箱體的對(duì)合面與底面(裝配基面)有一定的尺寸精度和相互位置精度要求;軸承孔軸線應(yīng)在對(duì)合面上,與底面也有一定的尺寸精度和相互位置精度要求。為了保證以上幾項(xiàng)要求,加工底座的對(duì)合面時(shí),應(yīng)以底面為精基準(zhǔn),使對(duì)合面加工時(shí)的定位基準(zhǔn)與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)重合;箱體裝合后加工軸承孔時(shí),仍以底面為主要定位基準(zhǔn),并與底面上的兩定位孔組成典型的一面兩孔定位方式。這樣,軸承孔的加工,其定位基準(zhǔn)既符合基準(zhǔn)統(tǒng)一的原則,也符合基準(zhǔn)重合的原則,有利于保證軸承孔軸線與對(duì)合面的重合度及與裝配基準(zhǔn)面的尺寸精度和平行度。

4.支架零件的加工示例

以圖4－9所示的單孔支架為例,支架剛性較好,技術(shù)要求也不高,在加工過(guò)程中不必粗、精加工分開(kāi),除毛坯進(jìn)行退火外,不必再安排時(shí)效處理。該支架的工藝過(guò)程如下:鑄造毛坯-退火-劃支承孔、底面、端面及凸臺(tái)的加工線-加工底面-加工支承孔-劃螺釘孔加工線-鉆螺釘孔和锪凸臺(tái)-檢驗(yàn)，這是單孔支架的典型工藝過(guò)程。其中關(guān)鍵是如何保證支承孔與底面的距離和平行度要求。小型支架支承孔的加工通常在車(chē)床或銑床上進(jìn)行。

圖4－9支架零件圖

在車(chē)床上加工支承孔的方法如圖4－10所示。以支架底面定位,用壓板螺栓將其輕輕壓緊在彎板夾具上,轉(zhuǎn)動(dòng)主軸,用劃針盤(pán)按支承孔的加工線找正工件。若孔的位置不正,可逐步調(diào)整彎板在花盤(pán)上的上下位置或工件在彎板上的前后位置,直到轉(zhuǎn)動(dòng)主軸時(shí)劃針尖能與支承孔加工線基本一致時(shí)為止。這時(shí),支承孔軸線與底面的距離(即中心高度)是依靠劃線和找正來(lái)保證的,找正之后將壓板壓緊即可加工。在車(chē)床上加工支承孔,擴(kuò)大孔徑方便,只需沿橫向進(jìn)給加大切深即可。這種方法不易準(zhǔn)確保證支承孔軸線與底面的距離,多用于中心高為未注公差尺寸的成對(duì)使用的單孔小支架加工。圖4－9所示支架的工藝過(guò)程卡片見(jiàn)表4－2。

圖4－10在車(chē)床上加工支架支承孔

表4－2支架體零件的加工工藝過(guò)程

5.減速箱體加工的工藝過(guò)程示例

圖4－11減速箱體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖表4－3減速箱體機(jī)械加工工藝過(guò)程

6.箱體零件的檢驗(yàn)

表面粗糙度檢驗(yàn)通常用目測(cè)或樣板比較法,只有當(dāng)Ra值很小時(shí),才考慮使用光學(xué)量?jī)x或作用粗糙度儀;

孔的尺寸精度:一般用塞規(guī)檢驗(yàn);單件小批生產(chǎn)時(shí)可用內(nèi)徑千分尺或內(nèi)徑千分表檢驗(yàn);若精度要求很高可用氣動(dòng)量?jī)x檢驗(yàn)。

平面的直線度:可用平尺和厚薄規(guī)或水平儀與橋板檢驗(yàn)。

平面的平面度:可用自準(zhǔn)直儀或水平儀與橋板檢驗(yàn),也可用涂色檢驗(yàn)。

同軸度檢驗(yàn):一般工廠常用檢驗(yàn)棒檢驗(yàn)同軸度。

孔間距和孔軸線平行度檢驗(yàn):根據(jù)孔距精度的高低,可分別使用游標(biāo)卡尺或千分尺,也可用塊規(guī)測(cè)量。

三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)可同時(shí)對(duì)零件的尺寸、形狀和位置等進(jìn)行高精度的測(cè)量。

4.2.3箱體零件的高效自動(dòng)化加工

單件箱體的生產(chǎn),常常通過(guò)劃線找正在普通鏜床、銑床和鉆床加工工件。加工部位多、裝夾次數(shù)多,勞動(dòng)量大,工序分散,設(shè)備數(shù)目多,占用場(chǎng)地大,參與人員多,生產(chǎn)周期長(zhǎng),生產(chǎn)效率低,管理混亂、成本高。

對(duì)于中小批量生產(chǎn)普通機(jī)床單機(jī)作業(yè)難于適應(yīng)現(xiàn)代生產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、高效低成本的要求。而越來(lái)越多常用加工中心等數(shù)控設(shè)備。

圖4－12所示為臥式加工中心的結(jié)構(gòu)示意圖。加工中心是一種高效數(shù)控機(jī)床,一臺(tái)加工中心可以完成多臺(tái)普通(數(shù)控)機(jī)床才能完成的工作。其特點(diǎn)是加工工件只需一次裝夾,就可連續(xù)自動(dòng)對(duì)工件各個(gè)表面進(jìn)行銑削、鉆削、擴(kuò)孔、鉸孔、攻螺紋、鏜孔、锪端面等多個(gè)工步的工作,而且各工序可按任意順序安排,工序高度集中。由于加工中心具有刀庫(kù),自動(dòng)換刀裝置和回轉(zhuǎn)工作臺(tái)或分度裝置,因而在加工過(guò)程中能自動(dòng)更換刀具,滿(mǎn)足不同表面加工的需要。

圖4－12臥式加工中心結(jié)構(gòu)示意圖

“加工中心”不僅生產(chǎn)效率高、加工精度高,而且適應(yīng)范圍廣、靈活性極大,設(shè)備的利用率高。使用加工中心可以減少專(zhuān)用夾具的設(shè)計(jì)、制造等工作,因而可縮短新產(chǎn)品的試制周期,簡(jiǎn)化生產(chǎn)管理。加工中心還是柔性制造系統(tǒng)(FMS)、集成制造系統(tǒng)(CIMS)的基本執(zhí)行單元,通過(guò)加工中心的信息化管理,配合物料流裝置等可以實(shí)現(xiàn)高度柔性化、自動(dòng)化、無(wú)人化作業(yè)。

普通加工中心對(duì)箱體加工靠換刀進(jìn)行,一般每次只能對(duì)一個(gè)表面進(jìn)行加工,而且換刀還需時(shí)間,工作臺(tái)與主軸箱的相對(duì)移動(dòng)也存在誤差,因而也不太適應(yīng)箱體大批大量生產(chǎn)。但高速加工中心設(shè)備正越來(lái)越多地使用于箱體零件的批量生產(chǎn)中。

大批大量生產(chǎn)要求效率高,質(zhì)量穩(wěn)定,常常采用多軸、多工位組合機(jī)床(見(jiàn)圖4－13),結(jié)合物料輸送裝置組成的自動(dòng)流水線進(jìn)行。就單臺(tái)多工位多軸組合機(jī)床而言,多軸組合箱體僅在一個(gè)工位一次進(jìn)給可對(duì)數(shù)個(gè)甚至幾十個(gè)孔加工?？拙喑叽缇扔筛呔榷嗫诅M模保證。不僅孔系的加工,而且平面和一些次要孔的加工,以及加工過(guò)程中加工面的調(diào)換、工件的翻轉(zhuǎn)和工件的輸送等輔助動(dòng)作,都無(wú)需工人直接操作,整個(gè)過(guò)程按照一定的生產(chǎn)節(jié)拍自動(dòng)地、順序地進(jìn)行,如圖4－14所示。此形式不僅大大提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率,降低了成本和減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度,而且能較好地保證工件加工質(zhì)量的一致性和互換性,對(duì)操作工人的技術(shù)水平、熟練程度的要求都不需太高。組合機(jī)床自動(dòng)線已在摩托車(chē)、汽車(chē)、拖拉機(jī)、柴油機(jī)等大批大量生產(chǎn)的行業(yè)中獲得廣泛應(yīng)用。

圖4－13在組合機(jī)床上用鏜模加工孔系

圖4－14組合機(jī)床自動(dòng)線加工箱體示意圖

4.3圓柱齒輪加工

1.齒輪概述

齒輪是機(jī)械工業(yè)的標(biāo)志,它是用來(lái)按規(guī)定的速比傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的重要零件,在各種機(jī)器和儀器中應(yīng)用非常普遍。

1)圓柱齒輪結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和分類(lèi)

齒輪的結(jié)構(gòu)形狀按使用場(chǎng)合和要求不同而變化,圖4－15所示是常用圓柱齒輪的結(jié)構(gòu)形式,其分為:盤(pán)形齒輪(圖a單聯(lián)、b雙聯(lián)、c三聯(lián))、內(nèi)齒輪(圖d)、連軸齒輪(圖e)、套筒齒輪(圖f)、扇形齒輪(圖g)、齒條(圖h)、裝配齒輪(圖i)。

圖4－15圓柱齒輪的結(jié)構(gòu)形式

2)圓柱齒輪的精度要求

齒輪自身的精度影響其使用性能和壽命,通常對(duì)齒輪的制造提出以下精度要求:

(1)運(yùn)動(dòng)精度。確保齒輪準(zhǔn)確的傳遞運(yùn)動(dòng)和恒定的傳動(dòng)比,要求最大轉(zhuǎn)角誤差不能超過(guò)相應(yīng)的規(guī)定值。

(2)工作平穩(wěn)性。要求傳動(dòng)平穩(wěn),振動(dòng)、沖擊、噪聲小。

(3)齒面接觸精度。為保證傳動(dòng)中載荷分布均勻,齒面接觸要求均勻,避免局部載荷過(guò)大、應(yīng)力集中等造成過(guò)早磨損或折斷。

(4)齒側(cè)間隙。要求傳動(dòng)中的非工作面留有間隙以補(bǔ)償溫升、彈性形變和加工裝配的誤差并利于潤(rùn)滑油的儲(chǔ)存和油膜的形成。

3)齒輪材料、毛坯和熱處理

(1)材料選擇:根據(jù)使用要求和工作條件選取合適的材料,普通齒輪選用中碳鋼和中碳合金鋼,如40、45、50、40MnB、40Cr、45Cr、42SiMn、35SiMn2MoV等;要求高的齒輪可選取20Mn2B、18CrMnTi、30CrMnTi、20Cr等低碳合金鋼;對(duì)于低速輕載的開(kāi)式傳動(dòng)可選取ZG40、ZG45等鑄鋼材料或灰口鑄鐵;非傳力齒輪可選取尼龍、夾布膠木或塑料。

(2)齒輪毛坯:毛坯的選擇取決于齒輪的材料、形狀、尺寸、使用條件、生產(chǎn)批量等因素,常用的毛坯種類(lèi)有:

①鑄鐵件:用于受力小、無(wú)沖擊、低速的齒輪;

②棒料:用于尺寸小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、受力不大的齒輪;

③鍛坯:用于高速重載齒輪;

④鑄鋼坯:用于結(jié)構(gòu)復(fù)雜、尺寸較大不宜鍛造的齒輪。

(3)齒輪熱處理:在齒輪加工工藝過(guò)程中,熱處理工序的位置安排十分重要,它直接影響齒輪的力學(xué)性能及切削加工的難易程度。一般在齒輪加工中有兩種熱處理工序:

①毛坯熱處理。為了消除鍛造和粗加工造成的殘余應(yīng)力，改善齒輪材料內(nèi)部的金相組織和切削加工性能,在齒輪毛坯加工前后安排的預(yù)先熱處理——正火或調(diào)質(zhì)。

②齒面熱處理。為了提高齒面硬度,增加齒輪的承載能力和耐磨性而進(jìn)行的齒面高頻淬火、滲碳淬火、氮碳共滲和滲氮等熱處理工序,安排在滾、插、剃齒之后,珩、磨齒之前。

2.圓柱齒輪齒面(形)加工方法

按齒面形成的原理不同,齒面加工可以分為兩類(lèi)方法:一類(lèi)是成形法,用與被切齒輪齒槽形狀相符的成形刀具切出齒面,如銑齒、拉齒和成型磨齒等;另一類(lèi)是展成法,齒輪刀具與工件按齒輪副的嚙合關(guān)系作展成運(yùn)動(dòng),工件的齒面由刀具的切削刃包絡(luò)而成,如滾齒、插齒、剃齒、磨齒和珩齒等。加工原理及裝備詳見(jiàn)本書(shū)第二章典型表面加工。

3.圓柱齒輪零件加工工藝過(guò)程示例

1)工藝過(guò)程示例

圓柱齒輪的加工工藝過(guò)程一般應(yīng)包括以下內(nèi)容:齒輪毛坯加工、齒面加工、熱處理工藝及齒面的精加工。

在編制齒輪加工工藝過(guò)程中,常因齒輪結(jié)構(gòu)、精度等級(jí)、生產(chǎn)批量以及生產(chǎn)環(huán)境的不同,而采用各種不同的方案。

圖4－16為一直齒圓柱齒輪的簡(jiǎn)圖,表4－4列出了該齒輪機(jī)械加工工藝過(guò)程。從中可以看出,編制齒輪加工工藝過(guò)程大致可劃分如下幾個(gè)階段:

①齒輪毛坯的形成:鍛件、棒料或鑄件;

②粗加工:切除較多的余量;

③半精加工:車(chē),滾、插齒面;

④熱處理:調(diào)質(zhì)、滲碳淬火、齒面高頻淬火等;

⑤精加工:精修基準(zhǔn)、精加工齒面(磨、剃、珩、研、拋等)。

圖4－16直齒圓柱齒輪零件圖

表4－4直齒圓柱齒輪加工工藝過(guò)程

2)齒輪加工工藝過(guò)程分析

(1)定位基準(zhǔn)的選擇。對(duì)于齒輪定位基準(zhǔn)的選擇常因齒輪的結(jié)構(gòu)形狀不同,而有所差異。帶軸齒輪主要采用頂尖定位,孔徑大時(shí)則采用錐堵。頂尖定位的精度高,且能做到基準(zhǔn)統(tǒng)一。帶孔齒輪在加工齒面時(shí)常采用以下兩種定位、夾緊方式:

①以?xún)?nèi)孔和端面定位。即以工件內(nèi)孔和端面聯(lián)合定位,確定齒輪中心和軸向位置,并采用面向定位端面的夾緊方式。這種方式可使定位基準(zhǔn)、設(shè)計(jì)基準(zhǔn)、裝配基準(zhǔn)和測(cè)量基準(zhǔn)重合,定位精度高,適于批量生產(chǎn)。但對(duì)夾具的制造精度要求較高。

②以外圓和端面定位。工件和夾具心軸的配合間隙較大,用千分表校正外圓以決定中心的位置,并以端面定位，從另一端面施以?shī)A緊。這種方式因每個(gè)工件都要校正,故生產(chǎn)效率低。它對(duì)齒坯的內(nèi)、外圓同軸度要求高,而對(duì)夾具精度要求不高,故適于單件、小批量生產(chǎn)。

(2)齒輪毛坯的加工。齒面加工前的齒輪毛坯加工,在整個(gè)齒輪加工工藝過(guò)程中占有很重要的地位,因?yàn)辇X面加工和檢測(cè)所用的基準(zhǔn)必須在此階段加工出來(lái)。無(wú)論從提高生產(chǎn)率,還是從保證齒輪的加工質(zhì)量,都必須重視齒輪毛坯的加工。

在齒輪的技術(shù)要求中,應(yīng)注意齒頂圓的尺寸精度要求,因?yàn)辇X厚的檢測(cè)是以齒頂圓為測(cè)量基準(zhǔn)的,齒頂圓精度太低,必然使所測(cè)量出的齒厚值無(wú)法正確反映齒側(cè)間隙的大小。所以,在這一加工過(guò)程中應(yīng)注意下列三個(gè)問(wèn)題:①當(dāng)以齒頂圓直徑作為測(cè)量基準(zhǔn)時(shí),應(yīng)嚴(yán)格控制齒頂圓的尺寸精度。

②保證定位端面和定位孔或外圓相互的垂直度。

③提高齒輪內(nèi)孔的制造精度,減小與夾具心軸的配合間隙。

(3)齒端的加工。齒輪的齒端加工有倒圓、倒尖、倒棱和去毛刺等方式,如圖4－17所示。倒圓、倒尖后的齒輪在換擋時(shí)容易進(jìn)入嚙合狀態(tài),減少撞擊現(xiàn)象。倒棱可除去齒端尖邊和毛刺。圖4－18是用指狀銑刀對(duì)齒端進(jìn)行倒圓的加工示意圖。倒圓時(shí),銑刀高速旋轉(zhuǎn),并沿圓弧作擺動(dòng),加工完一個(gè)齒后,工件退離銑刀,經(jīng)分度再快速向銑刀靠近加工下一個(gè)齒的齒端。齒端加工必須在齒輪淬火之前進(jìn)行,通常都在滾(插)齒之后,剃齒之前安排齒端加工。

圖4－17齒端加工形式

圖4－18齒端倒圓工藝

4.4套筒類(lèi)零件加工工藝

4.4.1套筒零件概述

1.零件功用及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

套筒類(lèi)零件在機(jī)械工程中應(yīng)用較廣,主要起支承或?qū)蜃饔?例如各類(lèi)發(fā)動(dòng)機(jī)、內(nèi)燃機(jī)上的氣缸套,液壓系統(tǒng)中的油缸、模具導(dǎo)桿導(dǎo)向套,鉆削夾具的鉆套、各類(lèi)自動(dòng)定心夾具的定位夾具套筒、鏜床主軸鏜套以及支承回轉(zhuǎn)軸的各種形式的滑動(dòng)軸承等,其基本結(jié)構(gòu)形式如圖4－19所示。

圖4－19套筒類(lèi)零件的結(jié)構(gòu)形式

套筒類(lèi)零件的結(jié)構(gòu)與尺寸隨用途而異,但多數(shù)套筒結(jié)構(gòu)具有以下特點(diǎn):

①外圓直徑d一般小于其長(zhǎng)度,通常:L/d<5。

②內(nèi)孔與外圓直徑差較小,故壁薄易變形,加工困難。

③內(nèi)、外圓回轉(zhuǎn)面一般有同度軸要求。

④內(nèi)圓表面通常為工作面,其精度較高,粗糙度值較低。

⑤結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單。

2.零件主要技術(shù)要求

套筒類(lèi)零件的外圓表面多與機(jī)架或箱體孔相配合起支承、固定作用,常為過(guò)盈或過(guò)渡配合。內(nèi)孔作為工作面主要起導(dǎo)向、支承及夾持固定作用。有些套筒的端面或凸緣端面有定位或承受載荷的作用。按照其功能的不同,其外圓與內(nèi)孔主要技術(shù)指標(biāo)有:

(1)尺寸精度及粗糙度要求。外圓直徑精度通常為IT5～I(xiàn)T7,表面粗糙度Ra為5～0.63μm,要求較高的可達(dá)0.04μm。內(nèi)孔的尺寸精度一般為IT6～I(xiàn)T8,為保證其耐磨性和功能要求,對(duì)表面粗糙度要求較高,通常為2.5～0.16μm。有的精密套筒及閥套的內(nèi)孔尺精度要求為IT4～I(xiàn)T5,也有的套筒(如油缸、汽缸缸筒)由于與其相配活塞上有密封圈,故對(duì)尺寸精度要求較低,一般為IT8～I(xiàn)T9,但對(duì)表面粗糙度要求較高,一般為2.5～1.6μm。

(2)幾何形狀精度要求。通常將外圓與內(nèi)孔的幾何形狀精度控制在直徑公差以?xún)?nèi)即可,較精密的可控制在孔徑公差的1／2～1／3,甚至更嚴(yán)。對(duì)較長(zhǎng)的套筒除圓度要求外,通常有孔的圓柱度和跳動(dòng)要求。

(3)同軸度、垂直度等位置精度要求。內(nèi)、外圓表面之間的同軸度要求根據(jù)加工與裝配要求而定。如果內(nèi)孔的終加工是在套筒裝入機(jī)座(或箱體等)之后進(jìn)行時(shí),可降低對(duì)套筒內(nèi)、外圓表面的同軸度要求。如果內(nèi)孔的最終加工是在裝配之前完成時(shí),則同軸度要求較高,通常為0.01～0.06mm。套筒端面(或凸緣端面)常用來(lái)定位或承受載荷,故對(duì)端面與外圓和內(nèi)孔軸心線的垂直度有較高要求,一般為0.02～0.05mm。

3.套筒類(lèi)零件毛坯與材料

套筒類(lèi)零件毛坯,要視其結(jié)構(gòu)尺寸與材料而定?？讖捷^大(如d>20mm),一般選用帶孔的鑄件,鍛件或無(wú)縫鋼管?？讖捷^小時(shí),可選用棒料或?qū)嵭蔫T件。在大批大量生產(chǎn)時(shí),為節(jié)省原材料,提高生產(chǎn)率,也可用冷擠壓,粉末冶金工藝制造精度較高的毛坯.

套筒類(lèi)零件一般選用鋼、鑄鐵,青銅或黃銅、優(yōu)質(zhì)合金鋼、巴氏合金等材料。滑動(dòng)軸承宜選用銅料,有些要求較高的滑動(dòng)軸承,為節(jié)省貴重材料而采用雙金屬鑲嵌結(jié)構(gòu),即用離心鑄造法在鋼或鑄鐵套筒的內(nèi)壁上澆注一層巴氏合金等材料,用來(lái)提高軸承壽命。有些強(qiáng)度和硬度要求較高的(如伺服閥的閥套,鏜床主軸套筒)則選用優(yōu)質(zhì)合金鋼(如18CrNiWA,38CrMoAlA)。

4.4.2套筒類(lèi)零件加工工藝過(guò)程示例

套筒類(lèi)零件主要加工內(nèi)孔、外圓表面,其加工的主要矛盾是如何保證內(nèi)孔與外圓的同軸度以及端面與內(nèi)、外圓軸心線的垂直度要求。由于此類(lèi)零件壁薄在加工中容易變形,因此要采取適當(dāng)措施防止由于變形而出現(xiàn)誤差。其基本加工方法(鉆孔、擴(kuò)孔,鏜孔,鉸孔,磨外圓與內(nèi)孔,研磨,配磨、珩磨以及冷擠壓等)在第二章已有敘述。

1.加工工藝過(guò)程示例

對(duì)于圖4－20所示的滑動(dòng)式導(dǎo)套,重點(diǎn)考慮其形狀精度和位置精度的要求,總的工藝過(guò)程為:備料——內(nèi)外表面粗加工——精加工——半精加工——熱處理——精加工——光整加工;其具體工藝過(guò)程如表4－5所示。

圖4－20滑動(dòng)式導(dǎo)套零件圖

表4-5小批量的導(dǎo)套加工工藝過(guò)程

2.防止零件變形的措施

套筒類(lèi)零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是壁厚度較薄,易變形,在機(jī)械加工中常因夾緊力、切削力、內(nèi)應(yīng)力和切削熱等因素的影響而產(chǎn)生變形。故在加工時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn):

①為減少切削力和切削熱的影響,粗、精加工應(yīng)分開(kāi)進(jìn)行。使粗加工產(chǎn)生的變形在精加工中可以得到糾正。加工中冷卻、潤(rùn)滑需充分。

②在工藝上采取措施減少夾緊力的影響:改變夾緊力的方法即將徑向夾緊改為軸向夾緊,如圖4－21。如果需要徑向夾緊時(shí),應(yīng)盡可能使徑向夾緊力均勻,如使用過(guò)渡套或彈簧套夾緊工件,如圖4－22?；蛘呒庸こ龉に囃惯吇蚬に嚶菁y以減少夾緊變形。

③熱處理工序應(yīng)安排在粗、精加工階段之間,以減少熱處理的影響,套筒類(lèi)零件熱處理后一般變形較大,精加工時(shí)注意糾正。

圖4－21薄壁套筒夾緊方式的改變

(a)徑向夾緊；(b)軸向夾緊

圖4－22液性塑料彈性套筒自動(dòng)定心夾緊機(jī)構(gòu)

(a)夾緊內(nèi)圓表面；(b)夾緊外圓表面

4.5連桿加工

4.5.1連桿的結(jié)構(gòu)、材料與主要技術(shù)要求

連桿是較細(xì)長(zhǎng)的變截面非圓形桿件,其桿身截面從大頭到小頭逐步變小,以適應(yīng)在工作承受的急劇變化的動(dòng)載荷。中等尺寸或大型連桿是由連桿體和連桿蓋兩部分組成,連桿體與連桿蓋用螺栓和螺母與曲軸主軸頸裝配在一起，而尺寸較小的連桿(如摩托車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)用連桿)多數(shù)為整體結(jié)構(gòu)。圖4－23所示為某柴油機(jī)的連桿零件。圖4－24所示為連桿蓋零件圖。

為了減少磨損和磨損后便于修理,在連桿小頭孔中壓入青銅襯套,大頭孔中裝有薄壁巴氏合金軸瓦。

圖4－23某些油機(jī)的連桿零件圖

圖4－24連桿蓋零件圖

連桿材料一般采用45鋼或40Cr、45Mn2等優(yōu)質(zhì)鋼或合金鋼。如今愈來(lái)愈多采用球墨鑄鐵,其毛坯用模鍛制造。連桿體和蓋可以分開(kāi)鍛造,也可整體鍛造,取決于毛坯尺寸及鍛造毛坯的設(shè)備能力。

柴油機(jī)的連桿主要技術(shù)條件如表4－6所示。

表4－6連桿零件的主要技術(shù)要求

4.5.2連桿的機(jī)械加工工藝過(guò)程

連桿的尺寸精度、形狀精度和位置精度的要求都較高?？傮w來(lái)講,連桿是桿狀零件,剛度較差,加工中受力易產(chǎn)生變形。

批量生產(chǎn)連桿加工工藝過(guò)程如表4－7所示及合件加工工藝過(guò)程見(jiàn)表4－8。

表4－7連桿及連桿蓋加工工藝過(guò)程

表4－