第7章典型零件加工（時間：4次課，8學時）第7章典型零件加工教學目標：機械產品是由很多不同功能和結構的零件組成的，雖然各零件的要求不同，但同種類型零件的加工具有一定的共性。分析典型零件的加工工藝，找出這類零件的加工特性，就可以用來指導同種類型零件的工藝設計工作。教學重點和難點：軸、套、箱體、齒輪類零件的加工工藝特點第7章典型零件加工案例導入：分析如圖7.1所示主軸零件，其結構有什么特點，有哪些尺寸、形狀以及位置精度要求，怎樣編制其加工工藝規程，加工過程中機床、夾具、刀具和工件怎樣影響它們，我們需要采取什么工藝方法和措施才能較好的保證這些加工精度要求？第7章典型零件加工圖7.1車床主軸零件簡圖第7章典型零件加工7.1軸類零件加工7.2套類零件加工7.3箱體類零件加工7.4圓柱齒輪加工7.5實訓7.6習題7.1軸類零件加工7.1.1概述7.1.2主軸的加工工藝分析7.1.1概述1.軸類零件的功用與結構特點軸類零件是機器中的主要零件之一，其功用是支承傳動件和傳遞扭矩。軸的結構特點是長度大于直徑的回轉體。軸的加工表面主要為內外圓柱面、圓錐面、螺紋、花鍵、溝槽等。圖7.2為幾種典型結構形狀的軸。圖7.la)、b)、c)、d)、e)的結構較為常見，圖7.2f)、g)、h)、i)為比較復雜的軸。7.1.1概述圖7.2軸的種類(a)光軸(b)空心軸(c)半軸(d)階梯軸(e)花鍵軸(f)十字軸(g)偏心軸(h)曲軸(i)凸輪軸7.1.1概述2.軸類零件的技術要求以圖7.1所示的車床主軸為例，軸類零件的主要表面是軸頸，與軸承配合的表面稱為支承軸頸，其精度要求最高；與傳動件（如齒輪）配合的表面稱為配合軸頸。除此之外，主軸前端的平面、短錐及內錐孔，也是要求較高的表面。1)尺寸精度2)形狀精度3)位置精度4)表面粗糙度7.1.1概述3.軸類零件的材料、毛坯及熱處理1)軸類零件的材料軸類零件最常用的材料為45鋼，根據要求采用不同的熱處理(如正火、調質、淬火等)，以獲得需要的機械性能。2)軸類零件的毛坯軸類零件最常用的毛坯是圓棒料和鍛件。除強度要求較高或軸頸尺寸相差較大的軸用鍛件外，其余軸一般采用棒料。3)軸類零件的熱處理軸類零件的熱處理取決于軸的材料、毛坯形式、性能和精度要求等。7.1.2主軸的加工工藝分析1．主軸的加工工藝過程圖7.2所示的車床主軸零件，該軸材料為45鋼，其結構有臺階、螺紋、花鍵、圓錐等表面，而且是空心軸，精度要求比較高。其大批生產時的工藝過程如表7.1所示。7.1.2主軸的加工工藝分析7.1.2主軸的加工工藝分析7.1.2主軸的加工工藝分析7.1.2主軸的加工工藝分析2．主軸加工的工藝特點1)加工階段的劃分分析表7.l的加工工藝過程，可以將加工過程分為四個階段：工序l～4為毛坯準備階段；從工序5到工序14為粗加工階段；工序16～24為半精加工階段；工序25～28為精加工階段。2)定位基準的選擇與轉換軸類零件的定位基準，最常用的是兩中心孔。因為軸類零件的內、外圓表面、螺紋、鍵槽等的設計基準均為軸心線，以兩中心孔定位，不僅符合基準重合原則，同時符合基準統一原則，還能夠在一次裝夾中加工多處表面，使這些表面具有較高的相對位置精度。7.1.2主軸的加工工藝分析3)加工順序的安排在安排主軸的加工工序時，應以支承軸頸和內錐孔的加工作為主線，其它表面的加工穿插進行，按“先粗后精”的順序，逐步達到零件要求的精度。4)主軸加工中的幾個工藝問題①主軸外圓的車削軸類零件的結構特點是階梯多、槽多，精度要求較高，它的粗加工和半精加工都采用車削。在小批量生產時，多在臥式車床上加工，生產效率低。多刀加工如圖7.4所示，在半自動車床上進行。由于多刀復合加工，走刀距離縮短，調整軸向尺寸輔助時間減少，可提高生產率。但調整刀具花費時間較多，而且切削力大，要求機床的功率和剛度也大。圖7.5是液壓仿形車削的示意圖。7.1.2主軸的加工工藝分析圖7.4多刀加工示意圖7.1.2主軸的加工工藝分析圖7.5液壓仿形車削示意圖7.1.2主軸的加工工藝分析②中心孔的作用與修研方法實踐證明，中心孔的質量對軸類零件外圓的加工有很大影響。作為定位基準，除了中心孔的位置會影響定位精度外，中心孔本身的圓度誤差將直接反映到工件上去。圖7.6為磨削外圓時中心孔不圓對工件的影響。常用的中心孔修研方法如圖7.7所示。③主軸莫氏錐孔的磨削。主軸錐孔對主軸支承軸頸的徑向圓跳動公差，是機床的主要精度指標之一，因此錐孔的磨削是關鍵工序。磨削主軸錐孔的專用夾具如圖7.8所示。7.1.2主軸的加工工藝分析圖7.6中心孔對磨削外圓的影響7.1.2主軸的加工工藝分析圖7.7中心孔的修研(a)用油石修研中心孔(b)硬質合金頂尖7.1.2主軸的加工工藝分析圖7.8磨主軸錐孔夾具7.1.2主軸的加工工藝分析3．外圓表面的精密加工當外圓的精度在IT5以上，或表面粗糙度為Ra0.2μm以下時，需要在精加工之后再安排精密加工或超精密加工。精密加工的主要方法有：1)研磨研磨是在研具和工件之間放人研磨劑，施加一定的作用力并給予復雜的相對運動，通過磨粒和研磨液對工件表面的機械、化學作用，從工件表面切除一層極薄的金屬而完成光整加工。2)超精加工超精加工是用細粒度的油石，以較小的壓力(約1.5MPa)作用在工件表面上，并做三種運動(見圖7.9)：工件低速轉動、裝在磨頭上的油石沿工件軸向進給和高速往復振動。7.1.2主軸的加工工藝分析圖7.9超精加工7.1.2主軸的加工工藝分析3)精密及超精密磨削加工精密磨削是指加工誤差為l～0.1μm，表面粗糙度為Ra0.16～0.06μm的磨削工藝；而超精密磨削是指加工誤差在0.1μm以下，表面粗糙度為Ra0.04～0.02μm以下的磨削工藝；鏡面磨削則是表面粗糙度達Ra0.01μm的磨削工藝。精密磨削的關鍵技術在于修整砂輪。如圖7.10所示，普通砂輪表面每一顆磨粒就是一個切削刃(見圖7.10a)，由于這些磨粒不等高，較突出的磨粒在工件表面切出較深的痕跡，使加工表面粗糙。精細修整砂輪后，使磨粒形成更細的微刃，且具有等高性(見圖b)。當這種微刃達到半鈍化狀態時(見圖c)，磨削的切削作用降低，但在壓力作用下，能產生摩擦拋光作用，使工件獲得很細的表面粗糙度。7.1.2主軸的加工工藝分析圖7.10磨粒的微刃性和等高7.2套類零件加工7.2.1概述7.2.2套類零件加工工藝分析7.2.1概述1．套類零件的功用與結構特點套類零件在機械產品中的應用很廣，其主要作用是支承運動軸，如軸承、鉆套、鏜套、氣缸套、液壓缸等，其結構如圖7.11所示。7.2.1概述圖7.11套筒零件示例7.2.1概述2．套類零件的技術要求1)孔的要求孔是套類零件起支承和導向作用最主要的表面，通常與運動著的軸、刀具或活塞等相配合。孔的直徑尺寸公差一般為IT7級，精密軸套為IT6級。孔的形狀精度一般控制在孔徑公差之內，精密套筒應控制在孔徑公差的l／2～l／3以內，或更嚴格。2)外圓面的要求外圓是套筒的支承面，常以過盈配合或過渡配合裝入箱體或機架。外徑尺寸公差為IT6～IT7級，形狀精度控制在外徑公差以內，表面粗糙度Ra值一般為3.2～0.4μm。3)位置精度要求孔的位置精度有孔與外圓的同軸度以及端面對孔、外圓的垂直度，一般為0．0l～0．05mm。是套類零件加工時要重點考慮和保證的。7.2.1概述3．套類零件的材料與毛坯套類零件一般用鋼、鑄鐵、青銅或黃銅等制成，有些滑動軸承采用雙金屬結構，即以離心鑄造法在鋼或鑄鐵壁上澆注巴氏合金等軸承合金材料，既保證基體有一定的強度，又使工作表面具有減摩性，并節省了貴重的有色金屬。套筒的毛坯選擇與其材料、結構、尺寸及生產批量有關。孔徑小的套筒，一般選擇熱軋鋼或冷拉棒料，也可采用實心鑄件。孔徑大的套筒，常選擇無縫鋼管或帶孔的鑄件或鍛件。大批量生產時，采用冷擠壓和粉末冶金等工藝，可節約材料和提高生產率。7.2.2套類零件加工工藝分析1．套類零件加工工藝過程長套筒和短套筒的裝夾及加工方法有很大差別，圖7.12為一個短襯套，材料為鑄造錫青銅，中批生產。圖7.13是一個液壓缸的簡圖，材料為20鋼，屬于長套筒零件。兩工件的加工工藝分別列于表7.2和表7.3。7.2.2套類零件加工工藝分析圖7.12襯套筒圖7.2.2套類零件加工工藝分析7.2.2套類零件加工工藝分析圖7.13液壓缸筒圖7.2.2套類零件加工工藝分析

7.2.2套類零件加工工藝分析2．套類零件加工的工藝特點1)保證套類零件內外圓同軸度的方法①“一刀下”。即在一次裝夾中完成內、外圓柱面和端面的終加工。②先外圓后內孔。即先終加工外圓，然后以外圓為精基準最后加工孔。③先內孔后外圓。先終加工內孔，再以孔為精基準終加工外圓。2)防止加工中套筒變形的措施套筒零件壁較薄，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。7.2.2套類零件加工工藝分析3)套筒孔加工的幾種工藝方法①深孔加工一般將孔的長度L與直徑D之比L／D＞5的孔稱為深孔。深孔加工時因刀具剛性差使孔的軸線易歪斜，并且刀具的散熱差、排屑難，給加工帶來困難。②孔的珩磨：珩磨屬于孔的光整加工方法之一，其工作原理如圖7.15所示。珩磨所用的磨具，是由幾塊粒度很細的磨料（油石）組成的珩磨頭。珩磨頭的油石有三種運動(見圖7.15a)，即旋轉運動、往復直線運動、加壓力的徑向運動。旋轉和往復直線運動是珩磨的主體運動，這種運動使油石的磨粒在孔表面上的切削軌跡成為交叉而不重復的網紋(見圖b)，珩磨過程中油石逐步徑向加壓，當珩到要求的孔徑時，壓力為零，珩磨停止。③孔的滾壓。在精鏜孔的基礎上進行滾壓加工，精度可控制在0.01mm內，表面粗糙度值Ra0.2μm或更小，工件表面因加工硬化而提高了耐磨性，生產效率高。7.2.2套類零件加工工藝分析圖7.15珩磨原理7.3箱體類零件加工7.3.1概述7.3.2箱體加工的工藝過程7.3.1概述1．箱體零件的功用與結構特點箱體是機器的基礎件，其功用是將軸、軸承、齒輪等傳動件按一定的相互關系連接成一個整體，并實現預定的運動。因此，箱體的加工質量將直接影響機器的性能、精度和使用壽命。箱體零件的結構一般都比較復雜，呈封閉或半封閉形，且壁薄、壁厚不均勻。箱體上面多孔多，其尺寸、形狀和相互位置精度要求都比較高。7.3.1概述2．箱體零件的主要技術要求1)孔的精度支承孔是箱體上重要表面，為保證軸的回轉精度和支承剛度，應提高孔與軸承配合精度，其尺寸公差為IT6～IT7，形狀誤差不應超過孔徑尺寸公差的一半，嚴格的可另行規定。2)孔與孔的位置精度同軸線上各孔不同軸或孔與端面不垂直，裝配后會使軸歪斜，造成軸回轉時的徑向圓跳動和軸向竄動，加劇軸承的磨損。同軸線上支承孔的同軸度一般為φ0.01?0.03mm。各平行孔之間軸線的不平行，則會影響齒輪的嚙合質量。支承孔之間的平行度為0.03?0.06mm，中心距公差一般為±0.02?0.08mm。7.3.1概述3)孔和平面的位置精度各支承孔與裝配基面間距離尺寸及相互位置精度也是影響機器與設備的使用性能和工作精度的重要因素。一般支承孔與裝配基面間的平行度為0.03?0.1mm。4)主要平面的精度箱體裝配基面、定位基面的平面度與表面粗糙度直接影響箱體安裝時的位置精度及加工中的定位精度，影響機器的接觸精度和有關的使用性能。其平面度一般為0.02?0.1mm。主要平面間的平行度、垂直度為300：（0.02?0.1）mm。5)表面粗糙度重要孔和主要平面的表面粗糙度會影響結合面的配合性質或接觸剛度，一般要求主要軸孔的表面粗糙度為Ra0.8～0.4μm，裝配基面或定位基面為Ra3.2～0.8μm，其余各表面為Ra12.5～1.6μm。7.3.1概述3．箱體的材料及毛坯箱體的材料一般采用鑄鐵，選用HT150?350，常用HT200。因為箱體零件形狀比較復雜，而鑄鐵容易成形，且具有良好的切削性、吸振性和耐磨性。結構小而負荷大的箱體可采用鑄鋼件，其成本將比灰鑄鐵件高出許多。一般的箱體鑄件為消除內應力要進行一次時效處理，重要鑄件要增加一次時效，以進一步提高箱體加工精度的穩定性。鑄鐵毛坯在單件小批生產時，一般采用木模手工造型，毛坯精度較低，余量大；在大批量生產時，通常采用金屬模機器造型，毛坯精度較高，加工余量可適當減小。單件小批生產孔徑大于50mm、成批生產大于30mm的孔，一般都鑄出底孔，以減少加工余量。鋁合金箱體常用壓鑄制造，毛坯精度很高，余量很小。7.3.2箱體加工的工藝過程箱體的結構復雜，形式多樣，其主要加工面為孔和平面。因此，應主要圍繞這些加工面和具體結構的特點來制訂工藝過程。下面就車床主軸箱的加工過程分析其工藝特點。1．主軸箱的加工工藝過程圖7.16所示為某車床主軸箱簡圖,材料為HT200，大批生產時的工藝過程見表7.4。7.3.2箱體加工的工藝過程7.3.2箱體加工的工藝過程圖7.16車床主軸箱箱體簡圖（a）外形圖7.3.2箱體加工的工藝過程圖7.16車床主軸箱箱體簡圖（a）縱向孔系展開圖7.3.2箱體加工的工藝過程2．主軸箱加工的工藝特點1)加工階段的劃分箱體零件的結構復雜，壁厚不均勻，并存有鑄造內應力。箱體零件不僅有較高的精度要求，還要求加工精度的穩定性好。2)加工順序為“先面后孔”安排箱體零件的加工順序時，要遵循“先面后孔”的原則，以較精確的平面定位來加工孔。3)箱體加工定位基準的選擇箱體的加工工藝隨生產批量的不同有很大差異，定位基準的選擇也不相同。①粗基準的選擇當批量較大時，應先以箱體毛坯的主要支承孔作為粗基準，直接在夾具上定位。采用的夾具如圖7.17所示。7.3.2箱體加工的工藝過程圖7.17以主軸孔為粗基準銑頂面的夾具1、4－預定位支承2－輔助支承3－可調支承5－壓塊6－短軸7－側支承8－活動支柱7.3.2箱體加工的工藝過程②精基準的選擇大批量生產時，在大多數工序中，以頂面及兩個工藝孔作為定位基準，符合“基準統一”的原則，這時箱體口朝下（見圖7.18），其優點是采用了統一的定位基準，各工序夾具結構類似，夾具設計簡單；當工件兩壁的孔跨距大，需要增加中間導向支承時，支承架可以很方便地固定在夾具體上。單件、小批生產時一般用裝配基準即箱體底面作定位基準，裝夾時箱口朝上，其優點是基準重合，定位精度高，裝夾可靠、加工過程中便于觀察、測量和調整。其缺點是當需要增加中間導向支承時，就帶來很大麻煩。由于箱底是封閉的，中間支承只能用如圖7.19所示的吊架從箱體頂面的開口處伸人箱體內。7.3.2箱體加工的工藝過程圖7.18用箱體頂面及兩銷定位的鏜模7.3.2箱體加工的工藝過程圖7.19吊架式夾具7.3.2箱體加工的工藝過程4)箱體的孔系加工箱體上一系列有相互位置精度要求的孔稱為孔系。孔系可分為平行孔系、同軸孔系和交叉孔系。保證孔系的位置精度是箱體加工的關鍵。由于箱體的結構特點，孔系的加工方法大多采用鏜孔。1）對于平行孔系，主要保證各孔軸線的平行度和孔距精度。根據箱體的生產批量和精度要求的不同，以下幾種加工方法。①找正法這是靠工人在通用機床