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第十章 典型零件加工,§10.1 轴类零件加工,§10.1.1 轴类零件的功用、结构与分类,主要功用有： 支承传动件(齿轮、皮带轮等)、传递转矩、承受载荷。 轴的结构特点： 长度大于直径，一般由同轴心的外圆、圆锥、内孔、螺纹、键槽等组成。 轴的种类有： 光轴(a)、阶梯轴(b)、花键轴(c)、偏心轴(d)、曲轴(e)、凸轮轴(f)、空心轴（g）、十字轴等。如图所示：,图6-1 轴类零件的种类,1 尺寸精度 2 几何形状精度 3 相互位置精度 4 粗糙度,§10.1.2 轴类零件的技术要求,图6-2,机床主轴零件的主要技术要求 1）主轴轴颈的尺寸精度、圆度和相对基准的径向圆跳动； 2）主轴前端莫氏6号锥孔相对基准的径向圆跳动； 3）主轴前端圆锥面和端面相对基准的斜向圆跳动和端面圆跳动； 4）主轴上螺纹与主轴轴颈的同轴度要求； 5）主轴零件各加工表面的粗糙度要求。,§10.1.3 轴类零件的材料及热处理 一般轴类零件常用45钢，采用正火、调质、淬火等； 中等精度转速较高的轴类，选用40Gr等合金结构钢； 高精度轴用GCr15或65Mn等材料，调质或表面淬火处理； 高速重载轴，用20GrMnTi渗碳钢或38CrMoALA渗氮钢，经调质和表面氮化；,轴颈表面处于滑动摩擦中，要求较高耐磨性，使用较好轴 瓦材料；采用滚动轴承时轴颈表面要求可较低些。 轴类零件一般以棒料为主，某些大型、结构复杂情况下用铸件（如曲轴）；重要、高速轴须采用锻件，单件小批量 采用自由锻，大批量宜采用模锻。,一、 影响因素 1 、轴的尺寸及精度要求。 2 、轴的长径比，即是刚性轴还是柔性轴。 3 、是否进行中间热处理。 二 、安装方式 为保证轴的相互位置精度，选择定位基准面时应尽量符合基准重合和基准统一的原则。安装方式有三种：,§10.1.4 影响工艺路线的因素及安装,1、 用中心孔定位安装 2、 用孔定位安装 3、 以外圆表面定位安装,图 轴的安装方式,工艺过程特点 1） 定位基准 常以设计基准（中心孔）为精基准，加工各阶段反复修 正中心孔不断提高精度，采用基准重合、重准统一原则。 空心轴需解决深孔加工和定位问题，常用外圆表面定位 加工内孔，以内孔定位加工外圆。必要时借用锥堵，仍用 顶尖孔定位，如此内孔、外圆互为基准反复加工，保证内 孔、外圆的同轴度。,2） 深孔加工 为减小零件变形，在调质后进行，采用特殊钻头、 设备和加工方式，解决好导向、排屑和冷却润滑问题， 可采取下列措施： 工件回转，钻头进给，使钻头具有自动定心的能力； 采用深孔钻削系统，如内排式深孔钻、深孔枪钻等； 工件上预加工导向孔，深度11.5d，精度不低于IT7； 大量输送一定压力的冷却介质，加快刀具冷却及排屑。,3） 细长轴的加工 工件装在前后顶尖上，紧松适当；亦可装在卡盘和后 顶尖上，采用弹簧顶尖，以免工件热伸长受阻； 细长轴刚性差，采用大主偏角、大前角、正刃倾角； 采用中心架或跟刀架，以增加工艺系统刚性； 采用反向车削，使工件轴向受拉； 轴左端缠一圈钢丝，卡盘夹在钢丝上，避免过定位变形； 充分使用切削液；,(4) 一般传动轴加工工艺过程,各段直径相差不大，批量5件，选60热轧40Gr圆钢料； 主要表面M、N、P、Q的加工顺序为： 粗车调质半精车磨削； 在轴两端加工B型中心孔为定位精基准面。,加工工艺过程分析 (一)结构及技术条件分析 零件工作图为生产和检验的主要技术文件，必须包含制造和检验的全部内容。为此，在编制轴类零件加工工艺时，必须详细分析轴的工作样图，如图为减速箱传动轴工作图样。轴类零件一般只有一个主要图，主要标注相应的尺寸和技术要求，而螺纹退刀槽、砂轮越程槽、键槽及花键部分的尺寸和技术要求标注在相应的剖视图。 图的技术要求 ：公差都是以轴颈M和N的公共轴线为基准。外圆Q和P径向圆跳动公差为0.02，轴肩H、G和I端面圆跳动公差为0.02。,（二）加工工艺过程分析 1、确定主要表面加工方法和加工方案 传动轴大多是回转表面，主要是采用车削 和外圆磨削。由于该轴主要表面M,N,P,Q 的公差等级较高（IT6），表面粗糙度值 较小（Ra0.8µm），最终加工应采用磨削。,2、划分加工阶段 该轴加工划分为三个加工阶段，即粗车（粗车外圆、钻中心孔），半精车（半精车各处外圆、台肩和修研中心孔等），粗精磨各处外圆。各加工阶段大致以热处理为界。 3、选择定位基准 轴类零件的定位基面，最常用的是两中心孔。因为轴类零件各外圆表面、螺纹表面的同轴度及端面对轴线的垂直度是相互位置精度的主要项目，而这些表面的设计基准一般都是轴的中心线，采用两中心孔定位就能符合基准重合原则。而且由于多数工序都采用中心孔作为定位基面，能最大限度地加工出多个外圆和端面，这也符合基准统一原则。,但下列情况不能用两中心孔作为定位基面： （1）粗加工外圆时，为提高工件刚度，则采用轴外圆表面为定位基面，或以外圆和中心孔同作定位基面，即一夹一顶。 （2）当轴为通孔零件时，在加工过程中，作为定位基面的中心孔因钻出通孔而消失。为了在通孔加工后还能用中心孔作为定位基面，工艺上常采用三种方法。 当中心通孔直径较小时，可直接在孔口倒出 宽度不大于2mm的60º内锥面来代替中心孔； 当轴有圆柱孔时，可采用图右所示的锥堵， 取1500锥度；当轴孔锥度较小时，取锥堵 锥度与工件两端定位孔锥度相同； 当轴通孔的锥度较大时，可采用带锥堵的 心轴，简称锥堵心轴，如右图b所示。使用 锥堵或锥堵心轴时应注意，一般中途不得更 换或拆卸，直到精加工完各处加工面，不再 使 用中心孔时方能拆卸。,4、热处理工序的安排 该轴需进行调质处理。它应放在粗加工后，半精加工前进行。如采用锻件毛坯，必须首先安排退火或正火处理。该轴毛坯为热轧钢，可不必进行正火处理。 5、加工顺序安排 除了应遵循加工顺序安排的一般原则，如先粗后精、先主后次等，还应注意： （1）外圆表面加工顺序应为，先加工大直径外圆 ，然后再加工小直径外圆，以免一开始就降低了工件的刚度。 （2）轴上的花键、键槽等表面的加工应在外圆精车或粗磨之后，精磨外圆之前。 轴上矩形花键的加工，通常采用铣削和磨削加工，产量大时常用花键滚刀在花键铣床上加工。以外径定心的花键轴，通常只磨削外径键侧，而内径铣出后不必进行磨削，但如经过淬火而使花键扭曲变形过大时，也要对侧面进行磨削加工。以内径定心的花键，其内径和键侧均需进行磨削加工。 （3）轴上的螺纹一般有较高的精度，如安排在局部淬火之前进行加工，则淬火后产生的变形会影响螺纹的精度。因此螺纹加工宜安排在工件局部淬火之后进行。,§10.2 箱体加工,§10.2.1 箱体的功能及结构特点 箱体是机器的基础零件,它将有关零件连成一体并保证其正确的位置与协调运动。 箱体结构特点：是机器中结构最复杂的零件，形状各异、壁薄而不均匀，内部呈腔形。有各种形状的平面及较多的孔，孔与平面有较高的精度要求，加工部位多，因而加工难度大。,1. 孔的尺寸精度及几何形状精度、孔距 公差 2. 孔与孔、孔与平面的相互位置精度 3. 各主要平面的平面度 4.各主要加工表面的粗糙度,§10.2.2 箱体的技术要求,箱体零件的主要技术要求 孔径精度 影响回转精度，引起噪声、振动、径向跳动，影响寿命。 1) 孔的尺寸精度和几何形状误差会使轴承与孔配合不良 (松、紧、不圆)； 2) 主轴孔尺寸精度为IT6级，其余孔为IT6IT7级,箱孔与孔的位置精度 引起轴安装歪斜，致使主轴径向跳动和轴向窜动，加剧轴承磨损。 1) 同一轴线上各孔的同轴度误差； 2) 孔端面对轴线垂直度误差。,孔和平面的位置精度 主要是规定主要孔和主轴箱安装基面的平行度。 主要平面的精度 影响箱体与机身的连接刚度。 1) 规定底面和导向面必须平直和垂直； 2) 平面度、垂直度公差等级为5级。,表面粗糙度 影响连接面的配合性质或接触刚度 1) 主轴孔为 ，其它各纵向孔为 ，孔的端面为 ； 2) 装配基准面和定位基准面为 。,箱体结构的工艺性 基本孔 可分为通孔、阶梯孔、盲孔、交叉孔等 通孔工艺性最好；深孔、阶梯孔、相贯通的交叉孔工艺性较差；盲孔工艺性最差，应尽量避免,同轴孔 同一轴线方向孔径向一个方向递减 镗孔时镗杆可从一端伸入，逐个加工或同时加工同一轴线上的几个孔 应避免中间隔壁上的孔径大于外壁上的孔径,装配基面 为便于加工、装配和检验，尺寸应尽可能大，形状应尽可能简单。 凸台 应尽可能在同一平面上。 紧固孔和螺孔 尺寸和规格应尽可能一致。 肋板、肋条、圆角等 保证箱体的动刚度和抗振性。,箱体零件的加工,1箱体结构特点及技术条件分析 箱体是支承或安装其它零、部件的基础零件，加工质量 影响到机器的工作精度、使用性能和寿命。 主要加工面是平面和孔。底面M和侧面N是装配基准、设计基准。大多数孔是轴承的支承孔，有较高尺寸精度和形位精度，要求最高的是主轴孔。,2、制订箱体工艺过程的共同性原则,1）加工顺序为先面后孔。 提供基准的需要； 切去毛坯上的缺陷，方便后面的加工； 使孔加工余量均匀； 保护刀具，有利于对刀、调整。,2）加工阶段粗、精分开 。 箱体的结构复杂，壁厚不均，刚性不好，而加工精度要求又高，故箱体重要加工表面都要划分粗、精加工两个阶段，这样可以避免粗加工造成的内应力、切削力、夹紧力和切削热对加工精度的影响，有利于保证箱体的加工精度。粗、精分开也可及时发现毛坯缺陷，避免更大的浪费；同时还能根据粗、精加工的不同要求来合理选择设备，有利于提高生产率。,3）工序间合理按排热处理 箱体零件的结构复杂，壁厚也不均匀，因此，在铸造时会产生较大的残余应力。为了消除残余应力，减少加工后的变形和保证精度的稳定，所以，在铸造之后须安排人工时效处理。人工时效的工艺规范为：加热到500550，保温4h6h，冷却速度小于或等于30/h，出炉温度小于或等于200。,普通精度的箱体零件，一般在铸造之后安排1次人工时效处理。 对一些高精度或形状特别复杂的箱体零件，在粗加工之后还要安排1次人工时效处理，以消除粗加工所造成的残余应力。 有些精度要求不高的箱体零件毛坯，有时不安排时效处理，而是利用粗、精加工工序间的停放和运输时间，使之得到自然时效。 箱体零件人工时效的方法，除了加热保温法外，也可采用振动时效来达到消除残余应力的目的。,4）用箱体上的重要孔作粗基准。箱体类零件的粗基准一般都用它上面的重要孔作粗基准，这样不仅可以较好地保证重要孔及其它各轴孔的加工余量均匀，还能较好地保证各轴孔轴心线与箱体不加工表面的相互位置。,3、定位基准的选择 1）精基准的选择 箱体加工精基准的选择与生产批量大小有关 单件小批生产用装配基面做定位基准。,这种定位方式有它的不足之处。加工箱体中间壁上的孔时，为了提高刀具系统的刚度，应当在箱体内部相应的部位设置刀杆的导向支承。由于箱体底部是封闭的，中间支承只能用如上图所示的吊架从箱体顶面的开口处伸人箱体内，每加工一件需装卸一次，吊架与镗模之间虽有定位销定位，但吊架刚性差，制造安装精度较低，经常装卸也容易产生误差，且使加工的辅助时间增加，因此这种定位方式只适用于单件小批生产。,量大时采用一面两孔作定位基准。大批量生产的主轴箱常以顶面和两定位销孔为精基准，如右图所示。 这种定位方式是加工时箱体口朝下，中间导向支架可固定在夹具上。由于简化了夹具结构，提高了夹具的刚度，同时工件的装卸也比较方便，因而提高了孔系的加工质量和劳动生产率。,这种定位方式的不足之处在于定位基准与设计基准不重合，产生了基准不重合误差。为了保证箱体的加工精度，必须提高作为定位基准的箱体顶面和两定位销孔的加工精度。另外，由于箱口朝下，加工时不便于观察各表面的加工情况，因此，不能及时发现毛坯是否有砂眼、气孔等缺陷，而且加工中不便于测量和调刀。所以，用箱体顶面和两定位销孔作精基准加工时，必须采用定径刀具（扩孔钻和铰刀等）。,上述两种方案的对比分析，仅仅是针对类似床头箱而言，许多其它形式的箱体，采用一面两孔的定位方式，上面所提及的问题也不一定存在。实际生产中，一面两孔的定位方式在各种箱体加工中应用十分广泛。因为这种定位方式很简便地限制了工件6个自由度，定位稳定可靠；在一次安装下，可以加工除定位以外的所有5个面上的孔或平面，也可以作为从粗加工到精加工的大部分工序的定位基准，实现“基准统一”；此外，这种定位方式夹紧方便，工件的夹紧变形小；易于实现自动定位和自动夹紧。因此，在组合机床与自动线上加工箱体时，多采用这种定位方式。,由以上分析可知：箱体精基准的选择有两种方案：一是以平面为精基准（主要定位基面为装配基面）；另一是以一面两孔为精基准。这两种定位方式各有优缺点，实际生产中的选用与生产类型有很大的关系。通常服从“基准统一”，中小批生产时，尽可能使定位基准与设计基准重合，即一般选择设计基准作为统一的定位基准；大批大量生产时，优先考虑的是如何稳定加工质量和提高生产率，不过分地强调基准重合问题，一般多用典型的一面两孔作为统一的定位基准，由此而引起的基准不重合误差，可采用适当的工艺措施去解决。,2）粗基准的选择 粗基准的选择虽然箱体类零件一般都选择重要孔（如主轴孔）为粗基准，但随着生产类型不同，实现以主轴孔为粗基准的工件装夹方式是不同的。,中小批生产时，由于毛坯精度较低，一般采用划线装夹，其方法如下：,首先将箱体用千斤顶安放在平台上（如上图）， 调整千斤顶，使主轴孔I和A面与台面基本平行，D面与台面基本垂直，根据毛坯的主轴孔划出主轴孔的水平线I-I，在4个面上均要划出，作为第1校正线。划此线时，应根据图样要求，检查所有加工部位在水平方向是否均有加工余量，若有的加工部位无加工余量，则需要重新调整I-I线的位置，作必要的校正，直到所有的加工部位均有加工余量，才将I-I线最终确定下来。I-I线确定之后，即画出A面和C面的加工线。然后将箱体翻转90°，D面一端置于3个千斤顶上，调整千斤顶，使I-I线与台面垂直（用大角尺在两个方向上校正），根据毛坯的主轴孔并考虑各加工部位在垂直方向的加工余量，按照上述同样的方法划出主轴孔的垂直轴线II-II作为第2校正线（图b），也在4个面上均画出。依据II-II线画出D面加工线。再将箱体翻转90°（图c），将E面一端至于3个千斤顶上，使I-I线和II-II线与台面垂直。根据凸台高度尺寸，先画出F面，然后再画出E面加工线。 加工箱体平面时，按线找正装夹工件，这样，就体现了以主轴孔为粗基准。,图 主轴箱的划线,图 a,图 b,图 c,先将工件放在1、3、4预支承上，并使箱体侧面紧靠支架5，端面紧靠挡销9，进行工件预定位。然后操纵手柄8，将液压控制的两个短轴7伸人主轴孔中。每个短轴上有3个活动支柱7，分别顶住主轴孔的毛面，将工件抬起，离开1、3、4各支承面。这时，主轴孔轴心线与两短轴轴心线重合，实现了以主轴孔为粗基准定位。为了限制工件绕两短轴的回转自由度，在工件抬起后，调节两可调支承，辅以简单找正，使顶面基本成水平，再用螺杆11调整辅助支承2，使其与箱体底面接触。最后操纵手柄10，将液压控制的两个夹紧块插入箱体两端相应的孔内夹紧，即可加工。,大批大量生产时，毛坯精度较高，可直接以主轴孔在夹具上定位，采用下图的夹具装夹。,4箱体的加工方法 (1)箱体平面的加工方法 常用方法有刨、铣、磨三种； 刨削加工的特点：刀具简单、调整方便、通用性好； 铣削加工的特点：多刀同时加工，可保证平面间的相互位置精度，生产效率高，适用于中批量以上的生产； 平面磨削的特点：比刨削、铣削的质量都高，适用于大批量生产；为提高效率和相互位置精度，常用组合磨削。,(2)箱体孔系加工方法 孔系箱体上一系列有相互位置精度要求的孔的组合。 孔系分类：平行孔系、同轴孔系、交叉孔系 平行孔系的加工 平行孔系轴线互相平行且孔距也有精度要求的一系列孔。,找正法 工人在通用机床上利用辅助工具来找正要加工孔的正确位置的加工方法。 划线找正法加工前按照零件图在毛坯上划出各孔的位置轮廓线，然后按划线进行加工。,心轴和块规找正法将心轴插入有关轴孔内 (或直接利用镗床主轴)，然后根据孔和定位基准的距离组合一定尺寸的块规来校正各轴位置。 样板找正法利用精度很高的样板确定孔的加工位置。 定心套找正法先划线加工好螺钉孔，然后装上形状精度高而且光洁的定心套。,镗模法 1) 利用镗模夹具加工孔系：工件装在镗模上，镗杆支承在镗模的导套里； 2) 孔距精度可达±0.05mm； 3) 适用于中、大批量生产。,坐标法 1) 适用于普通卧式镗床、坐标镗床或数控镗铣床等设备 2) 孔距精度主要取决于坐标测量装置精度 3) 关键在于基准孔和镗孔顺序的选择 4) 适用于小批量生产,同轴孔系的加工 成批生产采用镗模加工； 单件小批量依靠以下方法： 利用已加工孔作支承导向 利用镗床后立柱上的导向套支承镗杆 采用调头镗,交叉孔系的加工 关键在于控制孔的垂直度； 主要靠机床工作台上的90°对准装置； 常用设备为坐标镗床； 换位时接触的松紧程度对位置精度都很关键；有时需借助百分表找正。,5、加工阶段的划分 主轴箱体加工精度要求高，宜将工艺过程划分为粗加工、半精加工和精加工三个阶段。,6、加工顺序安排 根据先粗后精、先基准后其它、先平面后孔、先主后次等原则，安排箱体加工顺序。在大批量生产中主轴箱加工顺序如下：,1）加工精基准面 铣顶面R和钻、铰R面上两定位孔， 同时加工R面上的其它小孔； 2）主要表面的粗加工 粗铣底平面（M、N）、侧平面 （O）和两端面（P、Q），粗镗、半精镗主轴孔和其它孔； 3）人工时效处理； 4）次要表面加工 在两侧面上钻孔、攻螺纹，在两端 面上和底面上钻孔、攻丝； 5）精加工精基准面 磨顶面R； 6）主要表面精加工 精镗、金刚镗主轴孔及其它孔， 磨箱体主要表面。,所用设备依批量不同而异 1) 单件小批量生产用通用设备； 2) 大批量生产广泛使用组合加工机床如：多轴龙门铣床、组合磨床、多工位组合机床、专用镗床等。,箱体零件的高效自动化加工 单件小批量生产箱体，通常用普通机床；产品加工质量主要取决于机床精度和操作者的技术熟练程度；并且工序分散，占用设备多，生产周期长，生产效率低，成本高。,现代化技术采用功率大、功能多的加工中心；“加工中心”就是多工序自动换刀数控镗铣床；不仅生产效率高、加工精度高，而且适用范围广，设备利用率高。 箱体大量生产中，还广泛采用由组合机床与输送装置组成的自动线进行加工；提高生产效率，降低成本，减轻劳动强度，稳定产品质量，降低对工人技术水平的要求。,§10.2.3 箱体的材料与毛坯,灰铸铁材料一般选HT200400；因为灰铸铁成本低，耐磨性、可铸性、可切削性和阻尼特性好； 汽车、摩托车的曲轴箱选用铝合金作为曲轴箱的主体材料，其毛坯一般采用铸件，因曲轴箱是大批大量生产，且毛坯的形状复杂，故采用压铸毛坯，镶套与箱体在压铸时铸成一体。压铸的毛坯精度高，加工余量小，有利于机械加工。,毛坯为铸件；毛坯余量视生产批量和铸造方法等而定；浇铸后应退火。,举例：主轴箱是整体式箱体中结构较为复杂、要求又高的一种箱体，其加工的难度较大，现以此为例来分析箱体的工艺过程。,表A 某主轴箱小批生产工艺过程,车床床头箱单件小批加工孔系时，选择箱体底面导轨B、C面做定位基准，B、C面既是床头箱的装配基准，又是主轴孔的设计基准，并与箱体的两端面、侧面及各主要纵向轴承孔在相互位置上有直接联系，故选择B、C面作定位基准，不仅消除了主轴孔加工时的基准不重合误差，而且用导轨面B、C定位稳定可靠，装夹误差较小，加工各孔时，由于箱口朝上，所以更换导向套、安装调整刀具、测量孔径尺寸、观察加工情况等都很方便。,表B 某主轴箱大批生产工艺过程,