機(jī)械制造工藝學(xué) 課件 項(xiàng)目4 典型零件加工

項(xiàng)目4典型零件加工機(jī)械制造工藝學(xué)(任務(wù))目錄

任務(wù)4.1車床主軸的加工1

任務(wù)4.2

箱體類零件的加工2

任務(wù)4.3

圓柱齒輪的加工

3機(jī)械制造工藝學(xué)項(xiàng)目引入由如圖4-1所示的CA6140型臥式車床主軸箱展開圖可以看出，它是有箱體、主軸、傳動(dòng)軸、齒輪、軸承套等若干個(gè)零件裝配而成的。加工制造這些零件，須根據(jù)其零件圖技術(shù)要求，進(jìn)行工藝分析，制定合理的機(jī)械加工工藝過程。機(jī)械制造工藝學(xué)任務(wù)4.1車床主軸的加工4.1.1認(rèn)識(shí)車床主軸1．車床主軸的功用及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

車床主軸不但傳遞運(yùn)動(dòng)和扭矩，而且是工件和刀具回轉(zhuǎn)精度的基礎(chǔ)，是機(jī)床的關(guān)鍵零件之一。

車床主軸既是一種單軸線的階梯軸、空心軸，也是長徑比小于12的剛性軸。機(jī)械制造工藝學(xué)2．車床主軸的主要技術(shù)要求如圖4-2所示為CA6140車床的主軸簡圖。由零件簡圖可知，該主軸呈階梯狀，其上有安裝支承軸承、傳動(dòng)件的圓柱、圓錐面，安裝滑動(dòng)齒輪的花鍵，安裝卡盤及頂尖的內(nèi)外圓錐面，聯(lián)接緊固螺母的螺旋面，通過棒料的深孔等。（1）主軸支承軸頸主軸有兩個(gè)支承軸頸A、B，其圓度公差為0.005mm，徑向跳動(dòng)公差為0.005mm；支承軸頸尺寸精度為IT5，表面粗糙度為Ra0.4μm。

機(jī)械制造工藝學(xué)（2）主軸工作表面的精度主軸的工作表面是指裝夾刀具（刀具錐柄）或夾具（頂尖）的定心表面，如莫氏錐孔、軸端外錐或法蘭外圓等。機(jī)械制造工藝學(xué)（3）主軸次要軸頸的精度主軸次要軸頸是指裝配齒輪、軸套等零件的表面。它們的尺寸公差等級(jí)和圓度公差均有較高的要求。

（4）主軸螺紋的精度

主軸上的螺紋一般是用來固定零件或者調(diào)整軸承間隙的。（5）主軸各表面的表面層要求主軸的各軸頸表面、工作表面和其他滑動(dòng)表面都會(huì)受到不同程度的摩擦作用。軸頸表面硬度一般為40~50HRC。機(jī)械制造工藝學(xué)4.1.2主軸機(jī)械加工工藝過程分析1．主軸毛坯的制造方法主軸毛坯有棒料和鍛件兩種2．主軸的材料與熱處理主軸材料常選用45鋼、65Mn、40Cr、20CrMnTi、38CrMoAlA等。安排合理的熱處理，對(duì)于保證主軸的力學(xué)性能、精度要求和改善其切削加工性能非常重要。機(jī)械制造工藝學(xué)3．加工階段的劃分主軸加工通常劃分為粗加工、半精加工和精加工等三個(gè)階段。（1）粗加工階段①毛坯處理

毛坯備料、鍛造和正火②粗加工鋸去多余部分，銑削端面、鉆中心孔和粗車外圓等。（2）半精加工階段①半精加工前的熱處理

對(duì)于45鋼，一般采用調(diào)質(zhì)處理以達(dá)到220～240HBW機(jī)械制造工藝學(xué)②半精加工車大端各部機(jī)械制造工藝學(xué)仿形車小端各部機(jī)械制造工藝學(xué)鉆Φ48深孔車小端內(nèi)錐孔（配1∶20錐堵）機(jī)械制造工藝學(xué)車大端內(nèi)錐孔，（配莫氏6號(hào)錐堵）；車外短錐及端面機(jī)械制造工藝學(xué)鉆大端端面各孔機(jī)械制造工藝學(xué)（3）精加工階段①精加工前的熱處理

局部高頻淬火②精加工前各種加工精車各外圓并切槽（兩端錐堵定中心）機(jī)械制造工藝學(xué)粗磨外圓機(jī)械制造工藝學(xué)粗磨莫氏6號(hào)內(nèi)錐孔（重配莫氏6號(hào)錐堵）機(jī)械制造工藝學(xué)粗銑、精銑花鍵機(jī)械制造工藝學(xué)銑鍵槽機(jī)械制造工藝學(xué)車大端內(nèi)側(cè)面，車三處螺紋（配螺母）機(jī)械制造工藝學(xué)③精加工精磨各外圓及E、F兩端面機(jī)械制造工藝學(xué)粗磨兩處1∶12外錐面機(jī)械制造工藝學(xué)精磨兩處1∶12外錐面和D端面以及短錐面等精磨莫氏6號(hào)內(nèi)錐孔（卸錐堵）鉗加工檢驗(yàn)機(jī)械制造工藝學(xué)4．定位基準(zhǔn)的選擇以兩頂尖孔作為軸類零件加工中的定位基準(zhǔn)，既符合基準(zhǔn)重合原則，又能實(shí)現(xiàn)基準(zhǔn)統(tǒng)一。所以，只要有可能，就盡量采用頂尖孔作為定位基準(zhǔn)。（1）當(dāng)主軸零件錐孔的錐度較小時(shí)，常用錐堵機(jī)械制造工藝學(xué)（2）當(dāng)主軸零件錐孔的錐度較大時(shí)，采用帶錐堵的拉桿心軸外圓表面找正是采用一種可拆卸的錐套心軸機(jī)械制造工藝學(xué)5．加工順序的安排由表4-1可以看出，機(jī)床主軸的工藝路線安排大致為：毛坯制造—正火—車（銑）端面鉆中心孔—粗車—調(diào)質(zhì)處理—半精車—表面淬火—粗、精磨外圓—粗、精磨圓錐面—磨錐孔。機(jī)械制造工藝學(xué)4.1.3主軸加工的主要工序分析1．中心孔的研磨2．外圓表面的車削加工3．主軸深孔加工機(jī)械制造工藝學(xué)4．主軸錐孔加工5．主軸各外圓表面的精加工和光整加工機(jī)械制造工藝學(xué)4.1.4主軸的檢驗(yàn)1．表面粗糙度和硬度的檢驗(yàn)2．精度檢驗(yàn)機(jī)械制造工藝學(xué)任務(wù)4.2

箱體類零件的加工4.2.1認(rèn)識(shí)箱體類零件1．箱體類零件的功用與結(jié)構(gòu)特點(diǎn)箱體是常用且重要的零件。為實(shí)現(xiàn)變速、換向等傳動(dòng)功能。如圖4-11所示為某車床主軸箱簡圖，由圖可知，箱體類零件的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，壁薄且不均勻，加工部位多，加工難度大。機(jī)械制造工藝學(xué)2．箱體類零件的主要技術(shù)要求（1）軸承孔的尺寸、形狀精度（2）孔與孔的位置精度（3）孔與平面的位置精度（4）主要平面的精度（5）表面粗糙度機(jī)械制造工藝學(xué)3．箱體零件的材料及毛坯箱體材料一般選用HT200～HT350的各種牌號(hào)的灰鑄鐵，最常用的為HT200。單件小批生產(chǎn)時(shí)，采用木模手工造型，毛坯精度低，加工余量較大；大批量生產(chǎn)時(shí)，采用金屬模機(jī)器造型。為減少毛坯制造時(shí)的殘余應(yīng)力，應(yīng)使箱體壁厚盡量均勻，并適當(dāng)安排熱處理工序。毛坯鑄造時(shí)，應(yīng)防止砂眼和氣孔的產(chǎn)生。為減少毛坯制造時(shí)產(chǎn)生殘余應(yīng)力，應(yīng)使箱體壁厚盡量均勻，箱體澆鑄后應(yīng)安排退火工序。機(jī)械制造工藝學(xué)4．箱體的結(jié)構(gòu)工藝性箱體的基本孔可分為通孔、階梯孔、盲孔和交叉孔等。（1）基本孔

機(jī)械制造工藝學(xué)（2）同軸孔（3）裝配基面

為便于加工、裝配和檢驗(yàn)，箱體的裝配基面尺寸應(yīng)盡量大，形狀應(yīng)力求簡單。（4）凸臺(tái)

箱體外壁上的凸臺(tái)應(yīng)盡可能在同一個(gè)平面內(nèi)。（5）箱體上緊固孔和螺栓孔的尺寸規(guī)格應(yīng)盡量一致。此外，為保證箱體有足夠的動(dòng)剛度和抗振性，應(yīng)酌情合理使用肋板、肋條，加大圓角半徑，收小箱口，加厚主軸前軸承口厚度。機(jī)械制造工藝學(xué)4.2.2箱體機(jī)械加工工藝過程分析機(jī)械制造工藝學(xué)機(jī)械制造工藝學(xué)1．不同批量箱體生產(chǎn)的共性（1）加工順序?yàn)橄让婧罂祝?）加工階段粗、精分開（3）工序間合理安排時(shí)效處理（4）用箱體上的重要孔作粗基準(zhǔn)機(jī)械制造工藝學(xué)2．不同批量箱體生產(chǎn)的特殊性（1）粗基準(zhǔn)的選擇①中小批生產(chǎn)時(shí)機(jī)械制造工藝學(xué)②大批大量生產(chǎn)時(shí)機(jī)械制造工藝學(xué)（2）精基準(zhǔn)的選擇①單件小批生產(chǎn)用裝配基面做定位基準(zhǔn)。機(jī)械制造工藝學(xué)②大批量生產(chǎn)時(shí)采用一面兩孔作定位基準(zhǔn)。（3）所用設(shè)備隨批量不同而不同

單件小批生產(chǎn)一般選用通用機(jī)床，各加工工序原則上靠工人技術(shù)熟練程度和機(jī)床工作精度保證。機(jī)械制造工藝學(xué)3．箱體平面的加工箱體平面加工的常用方法有刨、銑和磨三種。刨削和銑削常用作平面的粗加工和半精加工，而磨削則用作平面的精加工。4．主軸孔的加工機(jī)械制造工藝學(xué)4.2.3箱體孔系加工1．平行孔系的加工（1）找正法

①劃線找正法②心軸和量塊找正法

③樣板找正法機(jī)械制造工藝學(xué)④定心套找正法機(jī)械制造工藝學(xué)（2）鏜模法機(jī)械制造工藝學(xué)（3）坐標(biāo)法①普通刻線尺與游標(biāo)卡尺加放大鏡測量裝置②百分表與塊規(guī)測量裝置③經(jīng)濟(jì)刻度尺與光學(xué)讀數(shù)頭測量裝置④光柵數(shù)字顯示裝置和感應(yīng)同步器測量裝置⑤高精度測量裝置機(jī)械制造工藝學(xué)2．同軸孔系的加工（1）利用已加工孔作支承導(dǎo)向

如圖4-35所示（2）利用鏜床后立柱上的導(dǎo)向套支承鏜桿（3）采用調(diào)頭鏜

如圖4-36所示機(jī)械制造工藝學(xué)3．交叉孔系的加工機(jī)械制造工藝學(xué)4.2.4箱體的檢驗(yàn)（1）各加工表面的表面粗糙度及外觀檢驗(yàn)（2）孔的尺寸精度檢驗(yàn)（3）孔和平面的幾何形狀（4）孔系的相互位置精度

箱體檢驗(yàn)包括以下幾個(gè)方面：機(jī)械制造工藝學(xué)任務(wù)4.3

圓柱齒輪的加工4.3.1認(rèn)識(shí)齒輪1．齒輪的功用與結(jié)構(gòu)特點(diǎn)齒輪傳動(dòng)在現(xiàn)代機(jī)器和儀器中的應(yīng)用極為廣泛，其功用是按規(guī)定的速比傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。

齒輪的結(jié)構(gòu)由于使用要求不同而具有各種不同的形狀，但從工藝角度可將齒輪看成是由齒圈和輪體兩部分構(gòu)成。

按照齒圈上輪齒的分布形式，可分為直齒、斜齒、人字齒等。機(jī)械制造工藝學(xué)按照輪體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，齒輪大致分為盤形齒輪、套筒齒輪、軸齒輪和齒條等。機(jī)械制造工藝學(xué)2．齒輪的技術(shù)要求3．齒輪的材料、熱處理和毛坯（1）材料的選擇（2）齒輪的熱處理（3）齒輪毛坯①齒坯熱處理

在齒坯加工前、后安排預(yù)備熱處理—正火或調(diào)質(zhì)。②齒面熱處理

齒形加工完畢后，為提高齒面的硬度和耐磨性，常進(jìn)行滲碳淬火、高頻淬火、碳氮共滲和滲氮處理等熱處理工序。機(jī)械制造工藝學(xué)4.3.2齒坯的機(jī)械加工（1）對(duì)軸、套筒類齒輪的齒坯，其加工工藝與一般軸、套筒零件的加工工藝相類同。

（2）對(duì)盤齒輪的齒坯，孔、端面、輪齒內(nèi)外圓表面的幾何精度，對(duì)保證齒形加工精度有很大的影響。機(jī)械制造工藝學(xué)4.3.3齒形的加工方法齒形加工方法很多，按加工中有無切屑，可分為無切屑加工和有切屑加工兩大類。按其加工原理可分為成形法和展成法兩種。機(jī)械制造工藝學(xué)1．滾齒（1）滾齒原理及運(yùn)動(dòng)在滾齒機(jī)上用齒輪滾刀加工齒輪的原理，相當(dāng)于一對(duì)交錯(cuò)軸的斜齒輪副作無側(cè)隙強(qiáng)制性的嚙合。機(jī)械制造工藝學(xué)滾刀和被加工齒輪之間的要求：①滾刀的法向模數(shù)mn和法向齒形角αon應(yīng)與被切齒輪的相應(yīng)參數(shù)相同。②為使?jié)L刀的螺旋方向與被加工齒輪相切于同一假想齒條，滾刀軸線應(yīng)與齒輪端面傾斜一個(gè)γ安（安裝角），如圖4-48所示。機(jī)械制造工藝學(xué)③滾刀和被加工齒輪必須強(qiáng)制性地保持一對(duì)交錯(cuò)軸斜齒輪副相嚙合的關(guān)系，如圖4-49所示。機(jī)械制造工藝學(xué)（2）提高滾齒生產(chǎn)率的途徑①高速滾齒②加大滾齒的軸向進(jìn)給量③采用大直徑滾刀，如圖4-51所示機(jī)械制造工藝學(xué)④采用多頭滾刀⑤采用對(duì)角滾齒機(jī)械制造工藝學(xué)2．插齒（1）插齒原理及運(yùn)動(dòng)插齒與滾齒一樣，也是利用展成原理加工齒輪。插齒刀與工件相當(dāng)于一對(duì)軸線相互平行的圓柱齒輪相嚙合。插齒刀實(shí)質(zhì)上就是一個(gè)磨有前后角并具有切削刃的齒輪，如圖4-53所示。機(jī)械制造工藝學(xué)①切削運(yùn)動(dòng)

插齒刀的上、下往復(fù)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)切削運(yùn)動(dòng)。

②分齒運(yùn)動(dòng)

插齒刀與工件之間應(yīng)保持一對(duì)圓柱齒輪的正確嚙合關(guān)系。插齒加工時(shí)，插齒刀與工件的主要運(yùn)動(dòng)有：③徑向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)

插齒時(shí)，靠插齒機(jī)凸輪等機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)徑向進(jìn)給。當(dāng)切至全齒深時(shí)，插齒刀自動(dòng)停止徑向進(jìn)給。④圓周進(jìn)給運(yùn)動(dòng)

插齒刀每往復(fù)一個(gè)行程，工件相對(duì)刀具在分度圓上轉(zhuǎn)過的弧長，稱為圓周進(jìn)給量，故插齒過程也就是圓周進(jìn)給過程。

⑤讓刀運(yùn)動(dòng)

插齒刀作上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，向下是切削行程，向上是空行程。機(jī)械制造工藝學(xué)（2）提高插齒生產(chǎn)率的途徑①高速插齒

增加插齒每分鐘往復(fù)行程次數(shù)，減少了插齒的激動(dòng)時(shí)間，從而提高了生產(chǎn)率。②提高圓周進(jìn)給量

提高圓周進(jìn)給量，加快了展成運(yùn)動(dòng)速度，從而提高了插齒效率。③充分發(fā)揮現(xiàn)有插齒刀的切削性能和改進(jìn)刀具參數(shù)，提高插齒刀的耐用度。此外，采用串聯(lián)安裝實(shí)現(xiàn)多件加工，以減少空行程，對(duì)齒寬很小的齒輪能成倍地提高生產(chǎn)率。機(jī)械制造工藝學(xué)（3）插齒的工藝特點(diǎn)插齒和滾齒相比，在加工質(zhì)量和生產(chǎn)率方面都有其特點(diǎn)。①插齒的齒形精度比滾②插齒后齒面的粗糙度比滾齒③插齒的運(yùn)動(dòng)精度比滾齒④插齒的齒向誤差比滾齒⑤插齒的生產(chǎn)率不如滾齒高。只有在加工小模數(shù)、多齒數(shù)和齒寬較窄的齒輪時(shí)，插齒的生產(chǎn)率才比滾齒高。機(jī)械制造工藝學(xué)（4）滾齒與插齒的應(yīng)用范圍①加工帶有臺(tái)肩的齒輪以及空刀槽很窄的雙聯(lián)或多聯(lián)齒輪，只能用插齒。這是因?yàn)椴妪X刀“切出”時(shí)只需要很小的空間，而滾齒則滾刀會(huì)與大直徑部位發(fā)生干涉。②加工無空刀槽的人字齒輪，只能用插齒。③加工內(nèi)齒輪、扇形齒輪和齒條，只能用插齒。④加工蝸輪，只能用滾齒。

⑤加工斜齒圓柱齒輪，滾齒與插齒都可用。但滾齒比較方便。機(jī)械制造工藝學(xué)3．剃齒（1）剃齒原理及運(yùn)動(dòng)用圓盤剃齒刀剃齒的過程，就是剃齒刀與被剃齒輪以交錯(cuò)軸斜齒輪副雙面緊密貼合的自由對(duì)滾切削的過程。如圖4-54所示。

機(jī)械制造工藝學(xué)（2）剃齒方法①軸向剃齒法（普通剃齒法）即機(jī)床工作臺(tái)的往復(fù)運(yùn)動(dòng)的方向與工件軸線相平行的剃齒方法，如圖4-55所示。機(jī)械制造工藝學(xué)②對(duì)角剃齒法

即機(jī)床工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)方向與被加工齒輪軸線方向有一個(gè)夾角γ，如圖4-56所示。③切向剃齒法機(jī)械制造工藝學(xué)（3）剃齒特點(diǎn)①剃齒加工精度一般為6～7級(jí)，表面粗糙度為Ra0.8～0.4μm，用于未淬火齒輪的精加工。②剃齒加工的生產(chǎn)率高，加工一個(gè)中等尺寸的齒輪一般只需2～4min，與磨齒相比較，可提高生產(chǎn)率10倍以上。因此剃齒在大批大量生產(chǎn)中被廣泛采用。③由于剃齒加工是自由嚙合，機(jī)床無展成運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈，故機(jī)床結(jié)構(gòu)簡單，機(jī)床調(diào)整容易。（4）剃齒加工質(zhì)量機(jī)械制造工藝學(xué)4．珩齒珩齒原理與剃齒相似。珩齒時(shí)的運(yùn)動(dòng)和剃齒相同。與剃齒相比較，珩齒具有以下工藝特點(diǎn)：（1）珩輪結(jié)構(gòu)和磨輪相似，珩齒過程實(shí)際上是一種低速磨削、研磨和拋光的綜合過程。（2）珩齒的齒面質(zhì)量好。（3）珩輪彈性較大，對(duì)珩前齒輪的各項(xiàng)誤差修正作用不強(qiáng)。（4）珩輪主要用于去除熱處理后齒面上的氧化皮和毛刺。（5）珩輪生產(chǎn)率很高。

機(jī)械制造工藝學(xué)5．冷擠齒輪冷擠齒輪是一種齒輪的無切屑光整加工新工藝。

冷擠齒輪的工作原理如圖4-57所示。機(jī)械制造工藝學(xué)（1）擠齒的生產(chǎn)率高于剃齒（2）質(zhì)量穩(wěn)定（3）表面粗糙度?。?）擠前齒輪表面要求比剃齒低（5）擠齒機(jī)床與擠輪的制造成本較低（6）擠齒時(shí)齒輪與擠輪軸線平行，因而擠多聯(lián)齒輪不受限制（7）擠齒對(duì)余量分布形式?jīng)]有剃齒要求嚴(yán)格擠齒和剃齒一樣，適用于淬火前的齒形精加工。擠齒與剃齒比較，具有以下特點(diǎn)。機(jī)械制造工藝學(xué)6．磨齒

磨齒是目前齒形加工中精度最高的一種方法。它既可磨削未淬硬齒輪，也可磨削淬硬的齒輪。磨齒精度4～6級(jí)，齒面粗糙度為Ra0.8～0.2μm。根據(jù)齒面漸開線的形成原理，磨齒方法分為成形法和展成法兩類。

仿形法磨齒是用成形砂輪直接磨出漸開線齒形，目前應(yīng)用甚少。展成法磨齒是將砂輪工作面制成假想齒條的兩側(cè)面，通過與工件的嚙合運(yùn)動(dòng)包絡(luò)出齒輪的漸開線齒面。（1）磨齒原理及方法

機(jī)械制造工藝學(xué)①雙片蝶形砂輪磨齒

如圖4-58所示機(jī)械制造工藝學(xué)②雙錐面砂輪磨齒

如圖4-59所示機(jī)械制造工藝學(xué)③蝸桿砂輪磨齒如圖4-60所示機(jī)械制造工藝學(xué)（2）提高磨齒精度的措施①合理選擇砂輪

②提高機(jī)床精度

③采用合理的工藝措施（3）提高磨齒效率的措施提高磨齒效率的措施主要是：減少工作行程，縮短行程長度及提高磨削用量等。常用措施：磨齒余量要均勻，以便有效地減少