第4章典型零件(línɡjiàn)加工工藝4.1軸類零件的加工4.2支架、箱體類零件的加工4.3圓柱齒輪加工4.4套筒類零件加工工藝(gōngyì)4.5連桿加工思考與練習題精品資料 4.1軸類零件的加工

4.1.1軸類零件的分類、技術要求

軸是機械加工中常見的典型零件之一。它在機械中主要用于支承齒輪、帶輪、凸輪以及連桿等傳動件,以傳遞扭矩。按結構形式不同,軸可以分為階梯軸、錐度心軸、光軸、空心(kōngxīn)軸、曲軸、凸輪軸、偏心軸、各種絲杠等,如圖4－1所示。其中具有等強度特征階梯傳動軸應用較廣,其加工工藝能較全面地反映軸類零件的加工規律和共性。根據軸類零件的功用和工作條件,其技術要求主要在以下方面:精品資料圖4－1常見(chánɡjiàn)軸的類型精品資料(1)尺寸精度:軸類零件的主要表面常為兩類:一類是與軸承的內圈配合的外圓軸頸,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～IT7;另一類為與各類傳動件配合的軸頸,即配合軸頸,其精度稍低,常為IT6～IT9。

(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。其誤差一般應限制在尺寸公差范圍內。對于精密軸,需在零件圖上另行規定其幾何形狀精度。

(3)相互位置精度:包括內、外表面、重要軸面的同軸度、圓的徑向(jìnɡxiànɡ)跳動、重要端面對軸心線的垂直度、端面間的平行度等。精品資料(4)表面粗糙度:軸的加工表面都有粗糙度的要求,一般(yībān)根據加工的可能性和經濟性來確定。支承軸頸常為0.2～1.6μm,傳動件配合軸頸為0.4～3.2μm。

(5)其他:熱處理、倒角、倒棱及外觀修飾等要求。精品資料4.1.2軸類零件的材料、毛坯(máopī)及熱處理

軸類零件材料: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;對高速、重載的軸,選用20CrMnTi、20Mn2B、20Cr等低碳合金鋼或38CrMoAl氮化鋼。

軸類毛坯(máopī):常用圓棒料和鍛件,大型軸或結構復雜的軸采用鑄件。毛坯(máopī)經過加熱鍛造后,可使金屬內部纖維組織沿表面均勻分布,獲得較高的抗拉、抗彎及抗扭強度。精品資料熱處理方面:鍛造毛坯在加工前,均需安排正火或退火處理,使鋼材內部晶粒細化,消除鍛造應力(yìnglì),降低材料硬度,改善切削加工性能。

調質一般安排在粗車之后、半精車之前,以獲得良好的物理力學性能。

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,還需進行低溫時效處理。精品資料4.1.3軸類零件的裝夾方式(fāngshì)

軸類零件的裝夾方式(fāngshì)有如下幾類:

(1)采用兩中心孔定位:一般以重要的外圓面作為粗基準定位,加工出中心孔,再以軸兩端的中心孔為定位精基準,盡可能做到基準統一、基準重合、互為基準,并實現一次裝夾加工多個表面。中心孔是工件加工統一的定位基準和檢驗基準,它自身質量非常重要,其準備工作也相對復雜,常常以支承軸頸定位,車(鉆)中心錐孔,再以中心孔定位,精車外圓,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,使錐孔的各項精度達到要求。精品資料(2)用外圓表面定位:對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、四爪卡盤等通用夾具,或各種高精度的自動定心專用(zhuānyòng)夾具,如液性塑料薄壁定心夾具、膜片卡盤等。

(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,常用帶中心孔的各種堵頭或拉桿心軸來裝夾工件。小錐孔時常用堵頭;大錐孔時常用帶堵頭的拉桿心軸,如圖4－2所示。精品資料圖4－2堵頭與拉桿(lāgān)心軸精品資料4.1.4軸類零件工藝過程示例

[WTHZ]1.CA6140車床主軸技術要求(yāoqiú)及功用

圖4－3所示為CA6140車床主軸零件簡圖。由零件簡圖可知,該主軸呈階梯狀,其上有裝夾支承軸承,傳動件的圓柱、圓錐面,裝夾滑動齒輪的花鍵,裝夾卡盤及頂尖的內外圓錐面,聯接緊固螺母的螺旋面,通過棒料的深孔等。下面介紹主軸各主要部分的作用及技術要求(yāoqiú)。精品資料(1)支承軸頸。主軸二個支承軸頸A、B圓度公差為0.005mm,徑向跳動公差為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。因為主軸支承軸頸是用來裝夾支承軸承,是主軸部件的裝配基準面,所以它的制造精度直接(zhíjiē)影響到主軸部件的回轉精度。

(2)端部錐孔。主軸端部內錐孔(莫氏6號)對支承軸頸A、B的跳動在軸端面處公差為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。該錐孔是用來裝夾頂尖或工具錐柄的,其軸心線必須與兩個支承軸頸的軸心線嚴格同軸,否則會使工件(或工具)產生同軸度誤差。精品資料(3)端部短錐和端面。頭部短錐C和端面D對主軸二個支承軸頸A、B的徑向圓跳動公差為0.005mm,表面粗糙度Ra為0.4μm。它是裝夾卡盤的定位面。為保證卡盤的定心精度,該圓錐面必須(bìxū)與支承軸頸同軸,而端面必須(bìxū)與主軸的回轉中心垂直。精品資料圖4－36140車床(chēchuáng)主軸簡圖精品資料(4)空套齒輪軸頸。空套齒輪軸頸對支承軸頸A、B的徑向圓跳動公差為0.005mm。由于該軸頸是與齒輪孔相配合的表面,對支承軸頸應有一定的同軸度要求,否則引起主軸(zhǔzhóu)傳動嚙合不良。當主軸(zhǔzhóu)轉速很高時,還會影響齒輪傳動平穩性并產生噪聲。

(5)螺紋。主軸(zhǔzhóu)上螺旋面的誤差是造成壓緊螺母端面跳動的原因之一,所以應控制螺紋的加工精度。當主軸(zhǔzhóu)上壓緊螺母的端面跳動過大時,會使被壓緊的滾動軸承內環的軸心線產生傾斜,從而引起主軸(zhǔzhóu)的徑向圓跳動。精品資料2.主軸加工的要點與措施(cuòshī)

主軸加工的主要問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、外錐面的形狀精度、表面粗糙度以及它們對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。磨削前應提高精基準的精度。

保證主軸前端內、外錐面的形狀精度、表面粗糙度同樣應采用精密磨削的方法。為了保證外錐面相對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。機床上有兩個獨立的砂輪架,精磨在兩個工位上進行。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。精品資料圖4－4組合(zǔhé)磨主軸加工示意圖精品資料主軸錐孔相對于支承軸頸的位置精度(jīnɡdù)是靠采用支承軸頸A、B作為定位基準,而讓被加工主軸裝夾在磨床工作臺上加工來保證。以支承軸頸作為定位基準加工內錐面,符合基準重合原則。在精磨前端錐孔之前,應使作為定位基準的支承軸頸A、B達到一定的精度(jīnɡdù)。主軸錐孔的磨削一般采用專用夾具,如圖4－5所示。夾具由底座1、支架2及浮動夾頭3三部分組成,兩個支架固定在底座上,作為工件定位基準面的兩段軸頸放在支架的兩個V形塊上,V形塊鑲有硬質合金,以提高耐磨性,并減少對工件軸頸的劃痕,工件的中心高應正好等于磨頭砂輪軸的中心高,否則將會使錐孔母線呈雙曲線,影響內錐孔的接觸精度(jīnɡdù)。后端的浮動卡頭用錐柄裝在磨床主軸的錐孔內,工件尾端插于彈性套內,用彈簧將浮動卡頭外殼連同工件向左拉,通過鋼球壓向鑲有硬質合金的錐柄端面,限制工件的軸向竄動。采用這種聯接方式,可以保證工件支承軸頸的定位精度(jīnɡdù)不受內圓磨床主軸回轉誤差的影響,也可減少機床本身振動對加工質量的影響。精品資料圖4－5磨主軸(zhǔzhóu)錐孔夾具精品資料3.CA6140車床主軸加工定位基準的選擇

主軸加工中,為了保證各主要表面的相互位置精度,選擇定位基準時,應遵循(zūnxún)基準重合、基準統一和互為基準等重要原則,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計基準是主軸軸心線,根據基準重合的原則考慮應選擇主軸兩端的頂尖孔作為精基準面。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,有利于保證加工面間的位置精度,所以主軸在粗車之前應先加工頂尖孔。精品資料為了保證支承軸頸與主軸內錐面的同軸度要求,宜按互為基準的原則選擇基準面。如車小端1∶20錐孔和大端莫氏6號內錐孔時,以與前支承軸頸相鄰而它們又是用同一基準加工出來的外圓柱面為定位基準面(因支承軸頸系外錐面不便裝夾);在精車各外圓(包括兩個支承軸頸)時,以前、后錐孔內所配錐堵的頂尖孔為定位基面;在粗磨莫氏6號內錐孔時,又以兩圓柱面為定位基準面;粗、精磨兩個支承軸頸的1∶12錐面時,再次用錐堵頂尖孔定位;最后精磨莫氏6號錐孔時,直接以精磨后的前支承軸頸和另一圓柱面定位。定位基準每轉換(zhuǎnhuàn)一次,都將使主軸的加工精度提高一步。精品資料4.主要加工表面加工工序安排

CA6140車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～IT7之間,表面粗糙度Ra為0.4～0.8μm。

主軸加工工藝過程可劃分為三個加工階段,即粗加工階段(包括銑端面、加工頂尖(dǐnɡjiān)孔、粗車外圓等);半精加工階段(半精車外圓,鉆通孔,車錐面、錐孔,鉆大頭端面各孔,精車外圓等);精加工階段(包括精銑鍵槽,粗、精磨外圓、錐面、錐孔等)。精品資料在機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(zǒnɡshì)循著以下順序的進行,即粗車→調質(預備熱處理)→半精車→精車→淬火-回火(最終熱處理)→粗磨→精磨。精品資料綜上所述,主軸主要表面的加工順序(shùnxù)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(以半精加工過的外圓表面定位)→錐孔粗加工(以半精加工過的外圓表面定位,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)。精品資料當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。對主軸來說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廢品,所以盡量安排在后面工序進行,主要表面加工一旦出了廢品,非主要表面就不需加工了,這樣可以避免浪費工時。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程(guòchéng)中損傷已精加工過的主要表面。

對凡是需要在淬硬表面上加工的螺孔、鍵槽等,都應安排在淬火前加工。非淬硬表面上螺孔、鍵槽等一般在外圓精車之后,精磨之前進行加工。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行,這樣半精加工后殘余應力所引起的變形和熱處理后的變形,就不會影響螺紋的加工精度精品資料5.主軸加工工藝過程(guòchéng)

表4－1列出了CA6140車床主軸的加工工藝過程(guòchéng)。精品資料表4－1大批生產CA6140車床(chēchuáng)主軸工藝過程精品資料精品資料4.1.5軸類零件的檢驗

(1)加工中的檢驗:自動測量裝置,作為輔助(fǔzhù)裝置裝夾在機床上。這種檢驗方式能在不影響加工的情況下,根據測量結果主動地控制機床的工作過程,如改變進給量,自動補償刀具磨損,自動退刀、停車等,使之適應加工條件的變化,防止產生廢品,故又稱為主動檢驗。主動檢驗屬在線檢測,即在設備運行,生產不停頓的情況下,根據信號處理的基本原理,掌握設備運行狀況,對生產過程進行預測預報及必要調整。在線檢測在機械制造中的應用越來越廣。精品資料(2)加工后的檢驗:單件小批生產中,尺寸精度一般用外徑千分尺檢驗;大批大量生產時,常采用光滑極限量規檢驗;長度大而精度高的工件可用比較儀檢驗;表面粗糙度可用粗糙度樣板進行檢驗;要求較高時則用光學顯微鏡或輪廓儀檢驗。圓度誤差可用千分尺測出的工件同一截面內直徑的最大差值之半來確定,也可用千分表借助V形鐵來測量,若條件許可,可用圓度儀檢驗。圓柱度誤差通常用千分尺測出同一軸向剖面內最大與最小值之差的方法來確定。主軸相互位置(wèizhi)精度檢驗一般以軸兩端頂尖孔或工藝錐堵上的頂尖孔為定位基準,在兩支承軸頸上方分別用千分表測量。精品資料4.1.6細長軸加工問題難點和工藝措施

“車工怕細長,磨工怕薄片”。通常,長徑比(L／D,即長度與直徑之比值)大于20的軸稱為細長軸。這類零件由于長徑比大,剛性差等自身結構原因,在切削過程中容易產生彎曲變形和振動,而且由于加工中切削用量較小,連續切削時間(shíjiān)長,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量。

相應地,車削細長軸對刀具、機床、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,細長軸加工是考核操作工人綜合技術水平的一個指標。為了保證加工質量并提高工效,細長軸車削通常采取以下措施:精品資料(1)改進裝夾方法。如圖4－6所示,細長軸車削常采用“一夾一頂”的裝夾方法。夾持端應避免(bìmiǎn)工件夾緊時被卡爪壓壞,工件外圓與卡爪之間可以墊上彈性開口環或細金屬絲。頂端需采用軸向浮動活頂尖,目的在于工件在受熱膨脹伸長時,頂尖能軸向退讓,減小工件的彎曲。精品資料圖4－6細長(xìchánɡ)軸的裝夾精品資料(2)采中心架、跟刀架。中心架、跟刀架都可使細長軸車削時提高工藝系統剛性,防止工件彎曲變形和抵消加工時徑向切削分力的影響,減少振動和工件彎曲變形。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,中心與機床頂尖中心等高,若有磨損,應及時調整(tiáozhěng);對于跟刀架,粗車時,應跟在車刀之后軸向行進;而精車時,跟刀架應行進在車刀之前,以免對已加工面造成劃傷而降低表面粗糙度。精品資料(3)改變軸向進給方向。細長(xìchánɡ)軸車削時,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正向車削的壓力變為對工件的拉力,利于工件軸線在加工中變直,減少工件彎曲變形。精品資料圖4－7反向(fǎnxiànɡ)進給車削精品資料(4)合理選擇(xuǎnzé)刀具幾何參數。為減少切削力和降低切削熱,車刀前角應選擇(xuǎnzé)較大值,常取γ0＝15～30°;增大主偏角,常取кr＝75～90°;車刀前面應開有斷屑槽,以便較好地斷屑;刃傾角不宜正得太大,盡量使切屑流向待加工表面。

(5)采用雙刀對車。延伸小刀臺,裝夾刀尖相對的兩把車刀進行同步車削,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沿工件軸向方向適當錯開2～3mm,而且對面的車刀前刀面向下(參見第八章內容)。精品資料 4.2支架、箱體類零件的加工(jiāgōng)

4.2.1支架、箱體類零件的特點及加工(jiāgōng)要求

支架、箱體類零件通常作為裝配時的基準零件如圖4－8所示。它們將軸、套、軸承、齒輪和端蓋等零件裝配聯結起來,使其保持正確的相互位置關系,以傳遞轉矩或改變轉速來完成所需的運動或動力。因此,支架、箱體類零件的結構設計、材料選擇、加工(jiāgōng)質量對機器的工作精度、使用性能和壽命都有較大影響。精品資料圖4－8支架(zhījià)、箱體類零件示例精品資料箱體零件結構特點:多為鑄造件,結構復雜,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要求:軸頸支承孔孔徑精度及相互之間的位置精度,定位銷孔的精度與孔距精度;主要平面的精度;表面(biǎomiàn)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、摩托車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,且毛坯的形狀復雜,故采用壓鑄毛坯,鑲套與箱體在壓鑄時鑲嵌成一體。壓鑄的毛坯精度高,加工余量小,有利于機械加工。為減少毛坯鑄造時產生的殘余應力,箱體鑄造后應安排人工時效。精品資料1.孔徑精度

孔徑的尺寸誤差和幾何形狀誤差會使軸承與孔配合不良。孔徑過大,配合過松,使主軸軸線不穩定,并降低了支承剛度,易產生振動和噪聲;孔徑過小,使配合過緊,軸承將變形而不能正常運轉(yùnzhuǎn),縮短壽命。裝軸承的孔不圓,也使軸承外環變形而引起主軸的跳動。

從以上分析可知,對孔的精度要求較高。主軸孔的尺寸精度為IT6級,其余孔為IT6～IT7,孔的幾何形狀精度除作特殊規定外,一般都在尺寸公差范圍內。精品資料2.孔與孔的位置精度

同一軸線上各孔的同軸度誤差(wùchā)和孔端面對軸線垂直度誤差(wùchā),會使軸和軸承裝配到箱體上而歪斜,致使主軸產生徑向跳動和軸向竄動,同時也使溫升增高,加劇軸承磨損。孔系的平行度誤差(wùchā)會影響齒輪的嚙合質量。一般同軸上各孔的同軸度約為最小孔尺寸公差。精品資料3.孔和平面的位置精度

一般都要規定主要孔和主軸(zhǔzhóu)箱裝夾基面的平行度要求,它們決定了主軸(zhǔzhóu)與床身導軌的位置關系,這項精度是在總裝通過刮研來達到的。為減少刮研工作量,一般都要規定軸線對裝夾基面的平行度公差。在垂直和水平兩個方向上只允許主軸(zhǔzhóu)前端向上和向前。精品資料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的接觸剛度,若在加工過程中作為定位基準時,還會影響軸孔的加工精度。因此(yīncǐ)規定底面和導向面必須平直和相互垂直。其平面度、垂直度公差等級為5級。精品資料5.表面粗糙度

重要(zhòngyào)孔和主要表面的表面粗糙度會影響連接面的配合性質或接觸剛度,其具體要求一般用Ra值來評價。主軸孔Ra為0.4μm,其他各縱向孔Ra為0.6μm,孔的內端面Ra為3.2μm,裝配基準面和定位基準面Ra為0.63～2.5μm,其他平面Ra為2.5～10μm。精品資料4.2.2箱體類零件工藝過程特點分析

以圖4－11所示某減速箱為例說明箱體類零件的加工工藝。

1.零件特點

一般減速箱為了制造(zhìzào)與裝配的方便,常做成可剖分的,這種箱體在礦山、冶金和起重運輸機械中應用較多。剖分式箱體也具有一般箱體結構特點,如壁薄、中空、形狀復雜,加工表面多為平面和孔。精品資料減速箱體的主要加工表面可歸納為以下三類:

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

(2)主要孔。軸承孔(?150H7、?90H7)及孔內環槽等。

(3)其他加工部分。聯接(liánjiē)孔、螺孔、銷孔、斜油標孔以及孔的凸臺面等。精品資料2.工藝過程設計考慮要素

根據減速箱體剖分的結構特點和加工表面的要求,在編制工藝過程時應注意以下問題:

(1)加工過程的劃分。整個加工過程可分為兩大階段,即先對箱蓋和底座分別進行加工,然后(ránhòu)再對裝合好的整個箱體進行加工——合件加工。為兼顧效率和精度,孔和面的加工需粗精分開。精品資料(2)箱體加工工藝的安排。安排箱體的加工工藝,應遵循先面后孔的工藝原則,對剖分式減速箱體還應遵循組裝后鏜孔的原則。因為如果不先將箱體的對合面加工好,軸承孔就不能進行加工。另外,鏜軸承孔時,必須(bìxū)以底座的底面為定位基準,所以底座的底面也必須(bìxū)先加工好。

由于軸承孔及各主要平面都要求與對合面保持較高的位置精度,所以在平面加工方面,應先加工對合面,再加工其他平面,體現先主后次原則。精品資料(3)箱體加工中的運輸和裝夾。箱體的體積、重量較大,故應盡量減少工件的運輸和裝夾次數。為了便于保證各加工表面的位置精度,應在一次裝夾中盡量多加工一些表面。工序(gōngxù)安排相對集中。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(gōngxù)中加工,以減少裝夾次數,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)合理安排時效工序(gōngxù)。一般在毛坯鑄造之后安排一次人工時效即可。對一些高精度或形狀特別復雜的箱體,應在粗加工之后再安排一次人工時效,以消除粗加工產生的內應力,保證箱體加工精度的穩定性。精品資料3.剖分式減速箱體加工定位基準的選擇

(1)粗基準的選擇。一般箱體零件的粗基準都用它上面的重要孔和另一個相距較遠的孔作為粗基準,以保證孔加工時余量均勻，剖分式箱體最先加工的是箱蓋或底座的對合面。由于分離式箱體軸承孔的毛坯孔分布在箱蓋和底座兩個不同部分上,因而在加工箱蓋或底座的對合面時,無法(wúfǎ)以軸承孔的毛坯面作粗基準,而是以凸緣的不加工面為粗基準,即箱蓋以凸緣面A,底座以凸緣面B為粗基準。這樣可保證對合面加工凸緣的厚薄較為均勻,減少箱體裝合時對合面的變形。精品資料(2)精基準(jīzhǔn)的選擇。常以箱體零件的裝配基準(jīzhǔn)或專門加工的一面兩孔定位,使得基準(jīzhǔn)統一。剖分式箱體的對合面與底面(裝配基面)有一定的尺寸精度和相互位置精度要求;軸承孔軸線應在對合面上,與底面也有一定的尺寸精度和相互位置精度要求。為了保證以上幾項要求,加工底座的對合面時,應以底面為精基準(jīzhǔn),使對合面加工時的定位基準(jīzhǔn)與設計基準(jīzhǔn)重合;箱體裝合后加工軸承孔時,仍以底面為主要定位基準(jīzhǔn),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(jīzhǔn)既符合基準(jīzhǔn)統一的原則,也符合基準(jīzhǔn)重合的原則,有利于保證軸承孔軸線與對合面的重合度及與裝配基準(jīzhǔn)面的尺寸精度和平行度。精品資料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,技術要求也不高,在加工過程中不必粗、精加工分開,除毛坯進行退火外,不必再安排時效處理。該支架的工藝過程如下:鑄造毛坯-退火-劃支承孔、底面、端面及凸臺的加工線-加工底面-加工支承孔-劃螺釘(luódīng)孔加工線-鉆螺釘(luódīng)孔和锪凸臺-檢驗，這是單孔支架的典型工藝過程。其中關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床或銑床上進行。精品資料圖4－9支架(zhījià)零件圖精品資料在車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,轉動主軸,用劃針盤按支承孔的加工線找正工件。若孔的位置不正,可逐步調整彎板在花盤上的上下位置或工件在彎板上的前后位置,直到轉動主軸時劃針尖能與支承孔加工線基本一致時為止。這時,支承孔軸線與底面的距離(即中心(zhōngxīn)高度)是依靠劃線和找正來保證的,找正之后將壓板壓緊即可加工。在車床上加工支承孔,擴大孔徑方便,只需沿橫向進給加大切深即可。這種方法不易準確保證支承孔軸線與底面的距離,多用于中心(zhōngxīn)高為未注公差尺寸的成對使用的單孔小支架加工。圖4－9所示支架的工藝過程卡片見表4－2。精品資料圖4－10在車床上加工支架(zhījià)支承孔精品資料表4－2支架體零件的加工工藝(gōngyì)過程精品資料5.減速(jiǎnsù)箱體加工的工藝過程示例

圖4－11減速(jiǎnsù)箱體結構簡圖精品資料表4－3減速(jiǎnsù)箱體機械加工工藝過程精品資料6.箱體零件的檢驗

表面粗糙度檢驗通常用目測或樣板比較法,只有當Ra值很小時,才考慮使用光學量儀或作用粗糙度儀;

孔的尺寸精度:一般用塞規檢驗;單件小批生產時可用內徑千分尺或內徑千分表檢驗;若精度要求(yāoqiú)很高可用氣動量儀檢驗。

平面的直線度:可用平尺和厚薄規或水平儀與橋板檢驗。

平面的平面度:可用自準直儀或水平儀與橋板檢驗,也可用涂色檢驗。

同軸度檢驗:一般工廠常用檢驗棒檢驗同軸度。

孔間距和孔軸線平行度檢驗:根據孔距精度的高低,可分別使用游標卡尺或千分尺,也可用塊規測量。

三坐標測量機可同時對零件的尺寸、形狀和位置等進行高精度的測量。精品資料4.2.3箱體零件的高效自動化加工

單件箱體的生產,常常通過劃線找正在普通鏜床、銑床和鉆床加工工件。加工部位多、裝夾次數多,勞動量大,工序分散,設備數目多,占用(zhànyònɡ)場地大,參與人員多,生產周期長,生產效率低,管理混亂、成本高。

對于中小批量生產普通機床單機作業難于適應現代生產、優質、高效低成本的要求。而越來越多常用加工中心等數控設備。精品資料圖4－12所示為臥式加工中心的結構示意圖。加工中心是一種高效(ɡāoxiào)數控機床,一臺加工中心可以完成多臺普通(數控)機床才能完成的工作。其特點是加工工件只需一次裝夾,就可連續自動對工件各個表面進行銑削、鉆削、擴孔、鉸孔、攻螺紋、鏜孔、锪端面等多個工步的工作,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,自動換刀裝置和回轉工作臺或分度裝置,因而在加工過程中能自動更換刀具,滿足不同表面加工的需要。精品資料圖4－12臥式加工(jiāgōng)中心結構示意圖精品資料“加工中心”不僅生產效率高、加工精度高,而且適應范圍廣、靈活性極大,設備的利用率高。使用加工中心可以減少專用(zhuānyòng)夾具的設計、制造等工作,因而可縮短新產品的試制周期,簡化生產管理。加工中心還是柔性制造系統(FMS)、集成制造系統(CIMS)的基本執行單元,通過加工中心的信息化管理,配合物料流裝置等可以實現高度柔性化、自動化、無人化作業。

普通加工中心對箱體加工靠換刀進行,一般每次只能對一個表面進行加工,而且換刀還需時間,工作臺與主軸箱的相對移動也存在誤差,因而也不太適應箱體大批大量生產。但高速加工中心設備正越來越多地使用于箱體零件的批量生產中。精品資料大批大量生產要求效率高,質量穩定,常常采用多軸、多工位組合(zǔhé)機床(見圖4－13),結合物料輸送裝置組成的自動流水線進行。就單臺多工位多軸組合(zǔhé)機床而言,多軸組合(zǔhé)箱體僅在一個工位一次進給可對數個甚至幾十個孔加工。孔距尺寸精度由高精度多孔鏜模保證。不僅孔系的加工,而且平面和一些次要孔的加工,以及加工過程中加工面的調換、工件的翻轉和工件的輸送等輔助動作,都無需工人直接操作,整個過程按照一定的生產節拍自動地、順序地進行,如圖4－14所示。此形式不僅大大提高了勞動生產率,降低了成本和減輕了工人的勞動強度,而且能較好地保證工件加工質量的一致性和互換性,對操作工人的技術水平、熟練程度的要求都不需太高。組合(zǔhé)機床自動線已在摩托車、汽車、拖拉機、柴油機等大批大量生產的行業中獲得廣泛應用。精品資料圖4－13在組合(zǔhé)機床上用鏜模加工孔系精品資料圖4－14組合機床(jīchuáng)自動線加工箱體示意圖精品資料 4.3圓柱齒輪加工

1.齒輪概述

齒輪是機械工業的標志,它是用來按規定的速比傳遞運動和動力的重要零件,在各種機器和儀器中應用非常普遍。

1)圓柱齒輪結構特點和分類

齒輪的結構形狀按使用場合(chǎnghé)和要求不同而變化,圖4－15所示是常用圓柱齒輪的結構形式,其分為:盤形齒輪(圖a單聯、b雙聯、c三聯)、內齒輪(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)。精品資料圖4－15圓柱齒輪的結構(jiégòu)形式精品資料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,通常對齒輪的制造提出以下精度要求:

(1)運動精度。確保齒輪準確的傳遞運動和恒定(héngdìng)的傳動比,要求最大轉角誤差不能超過相應的規定值。

(2)工作平穩性。要求傳動平穩,振動、沖擊、噪聲小。

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

(4)齒側間隙。要求傳動中的非工作面留有間隙以補償溫升、彈性形變和加工裝配的誤差并利于潤滑油的儲存和油膜的形成。精品資料3)齒輪(chǐlún)材料、毛坯和熱處理

(1)材料選擇:根據使用要求和工作條件選取合適的材料,普通齒輪(chǐlún)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(chǐlún)可選取20Mn2B、18CrMnTi、30CrMnTi、20Cr等低碳合金鋼;對于低速輕載的開式傳動可選取ZG40、ZG45等鑄鋼材料或灰口鑄鐵;非傳力齒輪(chǐlún)可選取尼龍、夾布膠木或塑料。精品資料(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、生產批量等因素,常用的毛坯種類有:

①鑄鐵件:用于受力小、無沖擊、低速的齒輪;

②棒料:用于尺寸小、結構簡單、受力不大的齒輪;

③鍛坯:用于高速重載齒輪;

④鑄鋼坯(gāngpī):用于結構復雜、尺寸較大不宜鍛造的齒輪。精品資料(3)齒輪熱處理:在齒輪加工工藝過程中,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力，改善齒輪材料內部的金相(jīnxiānɡ)組織和切削加工性能,在齒輪毛坯加工前后安排的預先熱處理——正火或調質。

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。精品資料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方法:一類是成形法,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(chéngxíng)磨齒等;另一類是展成法,齒輪刀具與工件按齒輪副的嚙合關系作展成運動,工件的齒面由刀具的切削刃包絡而成,如滾齒、插齒、剃齒、磨齒和珩齒等。加工原理及裝備詳見本書第二章典型表面加工。精品資料3.圓柱齒輪零件加工工藝過程示例

1)工藝過程示例

圓柱齒輪的加工工藝過程一般(yībān)應包括以下內容: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程中,常因齒輪結構、精度等級、生產批量以及生產環境的不同,而采用各種不同的方案。精品資料圖4－16為一直齒圓柱齒輪的簡圖,表4－4列出了該齒輪機械加工工藝過程。從中可以看出,編制齒輪加工工藝過程大致可劃分如下幾個階段:

①齒輪毛坯的形成:鍛件(duànjiàn)、棒料或鑄件;

②粗加工:切除較多的余量;

③半精加工:車,滾、插齒面;

④熱處理:調質、滲碳淬火、齒面高頻淬火等;

⑤精加工:精修基準、精加工齒面(磨、剃、珩、研、拋等)。精品資料圖4－16直齒圓柱齒輪零件圖

精品資料表4－4直齒圓柱齒輪加工(jiāgōng)工藝過程精品資料2)齒輪加工工藝過程分析

(1)定位基準的選擇。對于齒輪定位基準的選擇常因齒輪的結構形狀不同,而有所差異。帶軸齒輪主要采用頂尖定位,孔徑(kǒngjìng)大時則采用錐堵。頂尖定位的精度高,且能做到基準統一。帶孔齒輪在加工齒面時常采用以下兩種定位、夾緊方式:

①以內孔和端面定位。即以工件內孔和端面聯合定位,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、設計基準、裝配基準和測量基準重合,定位精度高,適于批量生產。但對夾具的制造精度要求較高。精品資料②以外圓和端面定位(dìngwèi)。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(dìngwèi)，從另一端面施以夾緊。這種方式因每個工件都要校正,故生產效率低。它對齒坯的內、外圓同軸度要求高,而對夾具精度要求不高,故適于單件、小批量生產。精品資料(2)齒輪毛坯的加工。齒面加工前的齒輪毛坯加工,在整個齒輪加工工藝過程中占有很重要的地位,因為齒面加工和檢測所用的基準必須在此階段加工出來。無論從提高生產率,還是從保證齒輪的加工質量,都必須重視(zhòngshì)齒輪毛坯的加工。

在齒輪的技術要求中,應注意齒頂圓的尺寸精度要求,因為齒厚的檢測是以齒頂圓為測量基準的,齒頂圓精度太低,必然使所測量出的齒厚值無法正確反映齒側間隙的大小。所以,在這一加工過程中應注意下列三個問題:精品資料①當以齒頂圓直徑作為測量基準時,應嚴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提高齒輪內孔的制造精度,減小與夾具心軸的配合(pèihé)間隙。精品資料(3)齒端的(duāndì)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容易進入嚙合狀態,減少撞擊現象。倒棱可除去齒端尖邊和毛刺。圖4－18是用指狀銑刀對齒端進行倒圓的加工示意圖。倒圓時,銑刀高速旋轉,并沿圓弧作擺動,加工完一個齒后,工件退離銑刀,經分度再快速向銑刀靠近加工下一個齒的齒端。齒端加工必須在齒輪淬火之前進行,通常都在滾(插)齒之后,剃齒之前安排齒端加工。精品資料圖4－17齒端加工(jiāgōng)形式精品資料圖4－18齒端倒圓工藝(gōngyì)精品資料 4.4套筒類零件加工工藝

4.4.1套筒零件概述

1.零件功用及結構特點

套筒類零件在機械工程中應用較廣,主要起支承或導向作用,例如各類發動機、內燃機上的氣缸套,液壓系統(xìtǒng)中的油缸、模具導桿導向套,鉆削夾具的鉆套、各類自動定心夾具的定位夾具套筒、鏜床主軸鏜套以及支承回轉軸的各種形式的滑動軸承等,其基本結構形式如圖4－19所示。精品資料圖4－19套筒類零件的結構(jiégòu)形式精品資料套筒類零件的結構與尺寸隨用途而異,但多數套筒結構具有以下特點:

①外圓直徑d一般小于其長度,通常:L/d<5。

②內孔與外圓直徑差較小,故壁薄易變形,加工困難。

③內、外圓回轉面一般有同度軸要求。

④內圓表面(biǎomiàn)通常為工作面,其精度較高,粗糙度值較低。

⑤結構相對簡單。精品資料2.零件主要技術要求

套筒類零件的外圓表面多與機架或箱體孔相配合起支承、固定作用(zuòyòng),常為過盈或過渡配合。內孔作為工作面主要起導向、支承及夾持固定作用(zuòyòng)。有些套筒的端面或凸緣端面有定位或承受載荷的作用(zuòyòng)。按照其功能的不同,其外圓與內孔主要技術指標有:

(1)尺寸精度及粗糙度要求。外圓直徑精度通常為IT5～IT7,表面粗糙度Ra為5～0.63μm,要求較高的可達0.04μm。內孔的尺寸精度一般為IT6～IT8,為保證其耐磨性和功能要求,對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孔尺精度要求為IT4～IT5,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,故對尺寸精度要求較低,一般為IT8～IT9,但對表面粗糙度要求較高,一般為2.5～1.6μm。精品資料(2)幾何形狀精度要求。通常將外圓與內孔的幾何形狀精度控制在直徑公差以內即可,較精密的可控制在孔徑公差的1／2～1／3,甚至更嚴。對較長的套筒除圓度要求外,通常有孔的圓柱度和跳動要求。

(3)同軸度、垂直度等位置精度要求。內、外圓表面之間的同軸度要求根據加工與裝配要求而定。如果內孔的終加工是在套筒裝入機座(jīzuò)(或箱體等)之后進行時,可降低對套筒內、外圓表面的同軸度要求。如果內孔的最終加工是在裝配之前完成時,則同軸度要求較高,通常為0.01～0.06mm。套筒端面(或凸緣端面)常用來定位或承受載荷,故對端面與外圓和內孔軸心線的垂直度有較高要求,一般為0.02～0.05mm。精品資料3.套筒類零件毛坯與材料

套筒類零件毛坯,要視其結構尺寸與材料而定。孔徑較大(如d>20mm),一般選用帶孔的鑄件,鍛件或無縫鋼管(wúfèngɡānɡɡuǎn)。孔徑較小時,可選用棒料或實心鑄件。在大批大量生產時,為節省原材料,提高生產率,也可用冷擠壓,粉末冶金工藝制造精度較高的毛坯.

套筒類零件一般選用鋼、鑄鐵,青銅或黃銅、優質合金鋼、巴氏合金等材料。滑動軸承宜選用銅料,有些要求較高的滑動軸承,為節省貴重材料而采用雙金屬鑲嵌結構,即用離心鑄造法在鋼或鑄鐵套筒的內壁上澆注一層巴氏合金等材料,用來提高軸承壽命。有些強度和硬度要求較高的(如伺服閥的閥套,鏜床主軸套筒)則選用優質合金鋼(如18CrNiWA,38CrMoAlA)。精品資料4.4.2套筒類零件加工(jiāgōng)工藝過程示例

套筒類零件主要加工(jiāgōng)內孔、外圓表面,其加工(jiāgōng)的主要矛盾是如何保證內孔與外圓的同軸度以及端面與內、外圓軸心線的垂直度要求。由于此類零件壁薄在加工(jiāgōng)中容易變形,因此要采取適當措施防止由于變形而出現誤差。其基本加工(jiāgōng)方法(鉆孔、擴孔,鏜孔,鉸孔,磨外圓與內孔,研磨,配磨、珩磨以及冷擠壓等)在第二章已有敘述。

1.加工(jiāgōng)工藝過程示例

對于圖4－20所示的滑動式導套,重點考慮其形狀精度和位置精度的要求,總的工藝過程為:備料——內外表面粗加工(jiāgōng)——精加工(jiāgōng)——半精加工(jiāgōng)——熱處理——精加工(jiāgōng)——光整加工(jiāgōng);其具體工藝過程如表4－5所示。精品資料圖4－20滑動式導套零件圖

精品資料表4-5小批量的導套加工工藝(gōngyì)過程精品資料2.防止零件變形的措施

套筒類零件的結構(jiégòu)特點是壁厚度較薄,易變形,在機械加工中常因夾緊力、切削力、內應力和切削熱等因素的影響而產生變形。故在加工時應注意以下幾點:

①為減少切削力和切削熱的影響,粗、精加工應分開進行。使粗加工產生的變形在精加工中可以得到糾正。加工中冷卻、潤滑需充分。精品資料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,應盡可能使徑向夾緊力均勻,如使用過渡套或彈簧套夾緊工件,如圖4－22。或者加工出工藝凸邊或工藝螺紋以減少夾緊變形。

③熱處理工序應安排在粗、精加工階段之間,以減少熱處理的影響,套筒類零件熱處理后一般(yībān)變形較大,精加工時注意糾正。精品資料圖4－21薄壁套筒夾緊(jiājǐn)方式的改變

(a)徑向夾緊(jiājǐn)；(b)軸向夾緊(jiājǐn)精品資料圖4－22液性塑料(sùliào)彈性套筒自動定心夾緊機構

(a)夾緊內圓表面；(b)夾緊外圓表面精品資料 4.5連桿加工

4.5.1連桿的結構(jiégòu)、材料與主要技術要求

連桿是較細長的變截面非圓形桿件,其桿身截面從大頭到小頭逐步變小,以適應在工作承受的急劇變化的動載荷。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(如摩托車發動機用連桿)多數為整體結構(jiégòu)。圖4－23所示為某柴油機的連桿零件。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。精品資料圖4－23某些(mǒuxiē)油機的連桿零件圖精品資料圖4－24連桿(liánɡǎn)蓋零件圖精品資料連桿材料一般(yībān)采用45鋼或40Cr、45Mn2等優質鋼或合金鋼。如今愈來愈多采用球墨鑄鐵,其毛坯用模鍛制造。連桿體和蓋可以分開鍛造,也可整體鍛造,取決于毛坯尺寸及鍛造毛坯的設備能力。

柴油機的連桿主要技術條件如表4－6所示。精品資料表4－6連桿(liánɡǎn)零件的主要技術要求精品資料4.5.2連桿的機械加工工藝(gōngyì)過程

連桿的尺寸精度、形狀精度和位置精度的要求都較高。總體來講,連桿是桿狀零件,剛度較差,加工中受力易產生變形。

批量生產連桿加工工藝(gōngyì)過程如表4－7所示及合件加工工藝(gōngyì)過程見表4－8。精品資料表4－7連桿及連桿蓋加工(jiāgōng)工藝過程精品資料 表4－8連桿(liánɡǎn)合件加工工藝過程精品資料4.5.3連桿加工工藝過程分析

1.工藝過程的安排

連桿的加工順序大致如下:粗銑精磨上下端面——鉆、擴、鉸小頭孔——粗精銑工藝凸臺及結合面——兩件連桿半園孔和拼鏜大頭孔——磨結合面——鉆鉸定位孔——配鉆、攻螺栓孔——