機械制造技術(shù)：第5章 典型零件加工工藝

機械制造技術(shù)：第5章典型零件加工工藝§5-1軸類零件加工一.概述1.軸類零件的功用與結(jié)構(gòu)特點功用——支承傳動件、傳遞扭矩或運動、承受載荷，一定的回轉(zhuǎn)精度結(jié)構(gòu)——回轉(zhuǎn)體零件，長度大于直徑光軸、階梯軸、空心軸、異形軸（曲軸、凸輪軸、偏心軸和花鍵軸等）剛性軸（L/d≤12）撓性軸（L/d＞12）圓柱面、圓錐面、端面、溝槽、圓弧、螺紋、鍵槽、花鍵、其他表面2.軸類零件的技術(shù)要求——按功用和工作條件直徑精度——IT6～9級，可達IT5級。幾何形狀精度（圓度、圓柱度等）——公差的1/2，1/4相互位置精度（同軸度）——0.01～0.03mm，0.001～0.005mm表面粗糙度——Ra0.2～0.8μm，Ra0.8～3.2μm熱處理（表面淬火、滲碳淬火等），動平衡，探傷，過渡圓角3.軸類零件的材料及毛坯一般軸類——45鋼，正火、調(diào)質(zhì)、淬火中等精度和轉(zhuǎn)速較高——40Cr等合金結(jié)構(gòu)鋼，調(diào)質(zhì)和表面淬火高精度軸——軸承鋼GCr15、彈簧鋼65Mn，調(diào)質(zhì)和表面淬火高轉(zhuǎn)速和重載荷——20CrMnTi、20Cr，38CrMoAl，滲碳淬火或氮化結(jié)構(gòu)復雜（曲軸）——HT400、QT600、QT450、QT400一般軸——棒料重要軸——鍛件大型、結(jié)構(gòu)復雜軸——鑄件單件小批生產(chǎn)——自由鍛；成批大量生產(chǎn)——模鍛二.軸類零件的外圓表面加工1.外圓表面的車削加工（1）車削外圓各個加工階段——粗車、半精車、精車、精細車（2）細長軸外圓表面的車削——長徑比（L/D＞20）1）車削特點①剛性差，易彎曲變形和振動②熱膨脹，彎曲變形③刀具磨損大2）先進方法①一夾一頂，用φ4鋼絲，避免彎曲力矩②彈性頂尖，避免受熱彎曲變形③跟刀架，提高剛度，仔細調(diào)整則④大主偏角車刀，κr=75°～93°⑤反向進給切削，減少彎曲變形2.外圓表面的磨削加工粗磨——IT8～9級，Ra0.8～1.6μm精磨——IT6～7級，Ra0.2～0.8μm細磨（精密磨削）——IT5～6級，Ra0.1～0.2μm鏡面磨——Ra0.01μm（1）中心磨削外圓磨床——兩頂尖定位（2）無心磨削無心磨床——自定位精度IT6～7級，Ra0.2～0.8μm，位置精度不高，不能加工圓周不連續(xù)工件生產(chǎn)率高，可實現(xiàn)自動磨削，適合于大批量生產(chǎn)。（3）砂帶磨削砂帶磨?！ハ?、拋光Ra0.2～0.8μm，最高Ra0.02μm，表面不燒傷。彈性磨削，切削力小，適宜加工細長軸等零件。設(shè)備簡單，成本低，安全，生產(chǎn)率高3.外圓表面的精密加工（1）高精度磨削——小于Ra0.1μm精密磨削——Ra0.1～0.05μm超精密磨削——Ra0.05～0.025μm鏡面磨削——Ra0.01μm實質(zhì)——磨粒微刃——等高性——參加磨削的磨粒多，微細切屑半鈍化磨?！Σ翏伖忖g化期——擠壓拋光（2）超精加工油石—加壓力—振動—縱向進給，工件低速回轉(zhuǎn)——不重復軌跡①強烈切削階段——壓強大，油膜被破壞，切削作用強烈②正常切削階段——壓強降低,切削作用減弱③微弱切削階段——壓強更低，摩擦拋光作用④自動停止切削階段——壓強很小,形成油膜，切削作用停止磨粒摩擦拋光，交叉網(wǎng)紋——Ra0.01～0.1μm，速度低,壓力小,發(fā)熱少,表面不燒傷，不能糾正形狀和位置誤差（3）研磨研具—與加工面相對運動，磨粒、研磨劑—研去材料機械切削作用——磨?！軌骸尾梁蛿D壓—切除微細材料物理作用——磨粒局部壓力大—高溫、擠壓作用化學作用——研磨劑—表面氧化變軟，加速研磨運動較復雜—軌跡不重復，Ra0.01～0.2μm提高尺寸形狀精度不提高位置精度設(shè)備簡便生產(chǎn)率低，手研勞動強度大（4）滾壓滾輪或滾珠——加壓—彈性和塑性變形降低表面粗糙度值（Ra0.05～0.4μm），不提高形狀和位置精度金屬晶粒變細，纖維狀—殘余壓應力—抗疲勞強度、耐磨性和耐腐蝕性高設(shè)備簡單，生產(chǎn)率高，工藝范圍廣。適用于塑性材料三．軸類零件加工工藝分析1.車床主軸的加工工藝主要技術(shù)要求有：①支承軸頸A、B：圓度、圓跳動0.005，接觸率≥70%，IT5級，Ra0.4②莫氏錐孔：圓跳動，近0.005，遠0.01，接觸率≥70%，Ra0.4，淬硬③短錐C和端面D：圓跳動0.008，Ra0.8，淬硬④配合軸頸：尺寸IT5～6級，圓跳動0.015⑤其他表面：定位軸肩與中心線的垂直度，螺紋與中心線的同軸度等材料45鋼，毛坯為模鍛件，大批量生產(chǎn)主軸加工工藝過程略2.車床主軸的加工工藝分析（1）定位基準的選擇最常用兩中心孔——設(shè)計基準——基準重合一次安裝中能多加工——基準統(tǒng)一（錐堵或錐堵心軸）——盡量減少更換次數(shù)支承軸頸定位——基準重合—磨錐孔——保證相互位置精度中心孔和支承軸頸——互為基準、反復加工的原則工藝過程實質(zhì)——定位基準的準備和轉(zhuǎn)換的過程（2）加工階段的劃分以主要表面（特別是支承軸頸）的加工為主，分：粗加工階段——調(diào)質(zhì)前的工序半精加工階段——調(diào)質(zhì)后到表面淬火間的工序精加工階段——表面淬火后的工序，其它次要表面適當穿插其中（3）合理安排熱處理工序毛坯鍛造——正火——消除應力，改善切削性能粗加工——調(diào)質(zhì)—提高力學性能，為表面淬火準備半精加工——表面淬火——提高耐磨性（4）加工順序的安排先基準后其它、先粗后精、先主后次、穿插進行的原則：鍛造→正火→車端面鉆中心孔→粗車→調(diào)質(zhì)→半精車→精車→表面淬火→粗、精磨外圓表面→磨錐孔（5）次要表面的加工安排通孔——調(diào)質(zhì)、半精車后—減少彎曲變形，定位準確，主軸壁厚均勻花鍵、鍵槽——精車或粗磨后—免斷續(xù)切削的振動，保護刀具螺紋——局部淬火后——淬火變形會影響螺紋和支承軸頸的同軸度（6）主軸錐孔的磨削專用夾具——保證加工精度§5-2箱體類零件加工一.概述1.箱體類零件的功用和結(jié)構(gòu)特點功用：基礎(chǔ)件——保持零部件正確的位置關(guān)系，協(xié)調(diào)運動結(jié)構(gòu)：復雜，壁薄、厚不均勻，內(nèi)部腔形；有許多精度要求高的軸承支承孔和平面，加工面多，加工難度大2.箱體類零件的主要技術(shù)要求支承孔：尺寸IT6?7，形狀精度為孔尺寸公差的一半，Ra1.6?0.4；同軸度φ0.01?0.03，平行度0.03?0.06，中心距±0.02?0.08裝配、定位基面：平面度0.02?0.1，Ra3.2?0.8平行度、垂直度300：（0.02?0.1）孔與面：平行度0.03?0.13.箱體類零件的材料毛坯材料：鑄鐵——易成形，切削性能好，價格低，吸振性和耐磨性好焊接——單件小批生產(chǎn)，縮短生產(chǎn)周期鑄鋼件——大負荷的箱體鋁鎂合金或其它鋁合金材料——特定條件毛坯：單件小批——木模手工造型——精度低，余量大大批量——金屬模機器造型——精度高，余量小鋁合金箱體——壓鑄——精度很高，余量很小二.箱體零件的平面加工方法1.刨削特點：IT6～10，Ra12.5～1.6。結(jié)構(gòu)簡單，方便，通用性好，切削速度低，有空行程，單刃加工，生產(chǎn)率低——單件小批生產(chǎn)寬刃精刨代刮——速度低，余量小，變形小，Ra1.6～0.8，精度高，生產(chǎn)率高2.銑削特點：IT6～10，Ra12.5～0.8，生產(chǎn)率較高方法：端銑——刀齒數(shù)多，精度高，粗糙度值?。粍傂院?，生產(chǎn)率高，應用多周銑——通用性好，適用廣—單件小批應用多3.磨削特點：速度高、進給量小、IT5～9，Ra1.6～0.2——半精加工和精加工方法：周磨——發(fā)熱小，排屑與冷卻好，精度高，間斷進給，生產(chǎn)率低端磨——磨頭剛性好，彎曲變形小，磨粒多，生產(chǎn)率高冷卻條件差，磨削精度較低—大批生產(chǎn)中精度不高零件加工4.刮研特點：未淬火件，精度5級以上，Ra0.1～1.6，可存潤滑油粗刮為1～2點/cm2，半精刮為2～3點/cm2，精刮可達3～4點/cm2勞動強度大，生產(chǎn)率低；力小，變形小，精度表面質(zhì)量高——單件小批三.箱體類零件加工工藝分析1.車床主軸箱的加工工藝結(jié)構(gòu)：復雜，箱壁薄，加工表面多（平面和孔系）技術(shù)要求：支承孔、裝配基面的尺寸精度、形狀精度和表面粗糙度孔系之間、孔系與裝配基面之間的相互位置精度材料HT200，中批生產(chǎn)。2.主軸箱的加工工藝分析（1）精基準的選擇基準統(tǒng)一優(yōu)先——保證互位置精度，減少夾具設(shè)計制造量，降低成本基準重合——避免基準不重合誤差，提高相互位置精度定位方案：1）三面定位——基準統(tǒng)一，基準重合，保證位置精度定位準確可靠，夾具結(jié)構(gòu)簡單，工件裝卸方便—單件和中小批生產(chǎn)中應用廣影響定位面上的加工。2）一面兩孔定位——面基準重合—保證位置精度基準統(tǒng)一——五個面上孔或平面定位穩(wěn)定可靠，夾緊方便，易于實現(xiàn)自動定位和自動夾緊成批以上生產(chǎn)，用組合機床與自動線加工——應用多兩孔定位誤差——影響位置精度兩方案各有優(yōu)缺點——應根據(jù)實際生產(chǎn)條件合理確定新工藝：底面開窗口—支架伸入箱體；裝配時加密封墊片和蓋板，用螺釘緊固結(jié)構(gòu)工藝性好：鑄造——便于型芯的安放加工——便于裝調(diào)刀具、更換導套、測量孔徑、觀察加工和加切削液夾具結(jié)構(gòu)簡單，剛性好，工件裝卸方便，加工精度提高，生產(chǎn)率高（2）粗基準的選擇考慮：①重要孔余量均勻②旋轉(zhuǎn)零件與箱內(nèi)壁間隙足夠③保持必要外形尺寸④定位夾緊可靠。重要孔的毛坯——粗基準——保證主軸孔、支承孔余量均勻保證各孔軸心線與箱體內(nèi)壁相互位置單件、中小批——劃線找正法安裝工件大批量——專用夾具定位，工件安裝迅速，生產(chǎn)率高（3）主要表面加工方法的選擇平面——銑、刨，也可車。批量大——組合銑床，生產(chǎn)率高平面精加工——單件小批—刮研，精銑或精刨批量大——磨削，組合磨削支承孔——擴-粗鉸-精鉸——小直徑孔粗鏜-半精鏜-精鏜鉸——大直徑孔孔IT7，Ra0.4——精密加工——精細鏜、浮動鏜、滾壓、珩磨（4）擬訂工藝過程的原則1）先面后孔——提供可靠精基準，加工余量均勻鉆孔可減少鉆頭偏；擴孔或鉸孔防止崩刀；對刀調(diào)整方便2）粗精加工——消除粗加工的切削力、夾緊力、切削熱、內(nèi)應力的影響合理選用設(shè)備，提高生產(chǎn)率3）合理安排熱處理——鑄造——人工時效—改善加工性能，消除內(nèi)應力高精度箱體——粗加工后再次人工時效——消除內(nèi)應力人工時效方法——加熱保溫，振動時效（5）孔系的加工最常用——鏜模法：浮動聯(lián)接，精度主要取決于鏜模的精度鏜桿剛度提高，多刀切削；定位夾緊迅速，生產(chǎn)率高。鏜模精度高，制造周期長，成本高，用于成批及大量生產(chǎn)單件小批生產(chǎn)，精度高，結(jié)構(gòu)復雜的箱體孔系——也采用鏜模法孔精度IT7，Ra0.8?1.6；孔距精度±0.05同軸度和平行度，0.02?0.03，0.04?0.05，坐標法：中小批生產(chǎn)——數(shù)控鏜銑床、加工中心—生產(chǎn)率高、精度高、適用廣，產(chǎn)品試制期短，工序少，簡化管理找正法：精度不高，通用機床上借助輔助裝置找正—單件小批生產(chǎn)§5.3圓柱齒輪加工一.概述1.圓柱齒輪的結(jié)構(gòu)特點功用——按一定速比傳遞運動和動力結(jié)構(gòu)——齒圈——直齒、斜齒、人字齒輪體——盤類、套類、軸類、齒條等2.圓柱齒輪的技術(shù)要求分析（1）圓柱齒輪傳動精度要求1）傳遞運動準確性——一轉(zhuǎn)內(nèi)轉(zhuǎn)角誤差小，保證運動準確2）傳遞運動平穩(wěn)性——一齒內(nèi)轉(zhuǎn)角誤差小，瞬時變化小，減少振動沖擊噪聲3）載荷分布均勻性——齒面接觸良好，載荷分布均勻，以免齒面磨損4）傳動側(cè)隙合理性——齒面間有間隙，貯存潤滑油，補償變形，以免卡死燒傷國標GB10095-88《漸開線圓柱齒輪精度》：1、2級——有待于發(fā)展，3～5級——高精度，6～8——中等精度，9～12——低精度分為三個公差組：Ⅰ公差組：—切向綜合誤差，—徑向綜合誤差，—齒距累積誤差，—K個齒距累積誤差，—齒圈徑向跳動公差，—公法線長度變動公差Ⅱ公差組：—一齒切向綜合誤差，—一齒徑向綜合誤差，—齒形公差，——齒距極限偏差，——基圓齒距極限偏差，——螺旋線波度公差Ⅲ公差組：—齒向公差，—接觸線公差，—軸向齒距的法向極限偏差。齒輪副側(cè)隙——齒厚偏差用C、D、E、F、G、H、J、K、L、M、N、P、R、S表示齒厚的上、下偏差分別用兩種字母表示（2）圓柱齒輪的齒坯精度要求——基準孔（或軸）的直徑公差，基準端面的端面跳動3.齒輪的材料、毛坯及熱處理（1）齒輪的材料及熱處理一般精度齒輪——中碳鋼、中碳合金鋼（如45、40Cr）—調(diào)質(zhì)或表面淬火低速重載齒輪——低碳合金鋼（如20CrMnTi）—滲碳淬火、碳氮共滲非傳力齒輪——不淬火鋼、鑄鐵、工程塑料等（2）齒輪的毛坯棒料—小尺寸、結(jié)構(gòu)簡單、強度低的齒輪鍛件—強度高、耐磨耐沖擊的齒輪，批量小尺寸大—自由鍛，批量大——模鍛鑄件—鑄鋼件—結(jié)構(gòu)復雜、尺寸大的齒輪鑄鐵件——受力小無沖擊的開式齒輪，可鑄出輪齒4.4.2齒輪零件的齒形加工成形法——銑齒、拉齒、成形磨齒展成法——滾齒、插齒、剃齒、珩齒、磨齒1.銑齒——齒形銑刀加工齒面m≤8——盤狀銑刀m＞8——指狀銑刀精度低，IT9，Ra6.3～3.2，生產(chǎn)率低不需專用設(shè)備，銑刀簡單，價格低——單件或修配生產(chǎn)、低精度齒輪2.滾齒——相當于齒輪齒條的嚙合滾刀——蝸桿開槽和鏟齒，具有切削刃和后角旋轉(zhuǎn)—齒條連續(xù)移動—分度圓沿節(jié)線作無滑動純滾動滾刀切削刃的包絡(luò)線——形成漸開線齒形工藝特點：通用性好—可加工模數(shù)和壓力角相同的直齒輪、斜齒輪，蝸輪精度7～8級，可達6級，Ra3.2～1.6。生產(chǎn)率高，應用廣質(zhì)量：傳遞運動準確性——滾刀和齒輪的相對位置和相對運動發(fā)生變化夾具、齒坯誤差——齒輪偏心——徑向誤差機床傳動鏈誤差——展成運動不準確——切向誤差傳遞運動平穩(wěn)性——滾刀制造、安裝誤差——齒形誤差承受載荷均勻性——夾具導軌誤差，滾刀進給與工件中心不平行——齒向誤差滾齒：傳遞運動準確性較高（切向誤差較?。﹤鬟f運動平穩(wěn)性較差（齒形誤差較大）承受載荷均勻性較好（齒向誤差較?。┯操|(zhì)合金滾刀——硬齒面半精滾或精滾，精度7級，生產(chǎn)率高3.插齒——相當于一對圓柱齒輪相嚙合插齒刀——齒輪磨出前后角以形成切削刃，嚙合運動包絡(luò)線形成齒形工藝特點：應用廣——加工直齒輪、多聯(lián)齒輪、內(nèi)齒輪，扇形齒輪、齒條精度7～8級，Ra1.6往復運動，有空行程，剛度差，生產(chǎn)率較低多用于中小模數(shù)齒輪的加工質(zhì)量：運動多，傳動鏈復雜，切向誤差大——傳遞運動準確性比滾齒低插齒刀制造刃磨方便，精確，齒形誤差小——傳遞運動平穩(wěn)性比滾齒高往復頻繁，導軌磨損，刀具剛性差，齒向誤差大——承受載荷均勻性比滾齒差輪齒被切削的次數(shù)多，即包絡(luò)線多——插齒齒面粗糙度Ra值較小硬質(zhì)合金插齒刀——加工淬硬齒輪，精度6～7級，Ra0.4～0.8，工藝簡單，成本低4.剃齒——相當于一對斜齒輪空間交叉嚙合剃齒刀——高精度斜齒輪，開槽形成切削刃剃齒刀高速正反轉(zhuǎn)，帶工件自由對滾—相對滑移，剃下切屑工藝特點：精度6～7級，Ra0.8～0.2，生產(chǎn)率高，機床結(jié)構(gòu)簡單，操作方便刀具耐用度高，刀具昂貴，修磨難——成批大量生產(chǎn)未淬硬齒輪精加工質(zhì)量：無強制展成運動，——對傳遞運動準確性提高不多或無法提高對傳動平穩(wěn)性和承載均勻性都有較大提高齒面粗糙度值較小剃前齒形加工——以滾齒為好高性能高速鋼刀具（含鈷、鉬成分高）——硬齒面精加工，精度7級，Ra0.8～1.65.珩齒——與剃齒相似珩磨輪——磨料與環(huán)氧樹脂等材料混合——澆鑄或熱壓成斜齒輪珩磨輪帶齒輪高速正反轉(zhuǎn)—相對滑動，磨粒切削——低速磨削、研磨和拋光質(zhì)量：對傳遞運動平穩(wěn)性誤差的修正能力較強對傳遞運動準確性誤差修正能力較差對承受載荷均勻性誤差有一定的修正能力表面粗糙度Ra0.8～0.2,不燒傷，表面質(zhì)量好工藝特點：珩齒設(shè)備簡單，成本低，生產(chǎn)率高——成批大量中淬火后齒形的精加工精度6～7級6.磨齒工藝特點：高精度齒面加工，精度4～6級，最高3級，Ra0.8～0.2，可磨淬硬齒面成本高，生產(chǎn)率低——硬齒面光整加工展成法——常用。按砂輪形狀，分為：1）碟形砂輪磨齒——兩片砂輪傾斜安裝，構(gòu)成齒條的齒面，精度3～5級，生產(chǎn)率低2)錐形砂輪磨齒——砂輪修整成假想齒條的齒廓，精度5～6級，生產(chǎn)率較高3)蝸桿砂輪磨齒——砂輪蝸桿狀，運動與滾齒相同，精度4～5級，生產(chǎn)率高——大批量生產(chǎn)齒輪精加工三.圓柱齒輪加工工藝分析1.圓柱齒輪加工工藝過程大致工藝路線：毛坯制造及熱處理—齒坯加工—齒形粗加工—齒圈熱處理—精基準修正—齒形精加工—檢驗。2.圓柱齒輪加工工藝過程分析（1）定位基準的選擇——盡量基