工藝路線過程分析

1、7.4 7.4 工藝路線、過程分析 內(nèi)容提要：內(nèi)容提要：軸類零件加工箱體類零件加工盤套類零件加工1 1、軸類零件加工工藝 一、軸類零件的功用、結(jié)構(gòu)特點一、軸類零件的功用、結(jié)構(gòu)特點 軸類零件是機器中經(jīng)常遇到的典型零件之一。它主要用來支承傳動零部件，傳遞扭矩和承受載荷。 軸類零件是旋轉(zhuǎn)體零件，其長度大于直徑，一般由同心軸的外圓柱面、圓錐面、內(nèi)孔和螺紋及相應(yīng)的端面所組成。根據(jù)結(jié)構(gòu)形狀的不同，軸類零件可分為光軸、階梯軸、空心軸和曲軸等。 軸的長徑比小于5的稱為短軸，大于20的稱為細(xì)長軸，大多數(shù)軸介于兩者之間。 以下以CA6140臥式機床主軸為例，分析軸類零件的加工工藝。主軸的功用 主軸是車床的關(guān)鍵零件

2、之一,其前端直接與夾具(卡盤、頂尖等)相連接,用以夾持并帶動工件旋轉(zhuǎn),以完成表面成形運動。為保證機床的加工精度,要求主軸有很高的回轉(zhuǎn)精度,工作時要承受彎矩和轉(zhuǎn)矩作用。又要求主軸有足夠的剛性、耐磨性和抗振性。所以,主軸的加工質(zhì)量對機床的工作精度有很大影響。對主軸的技術(shù)要求 (1)支承軸頸。 軸用軸承支承，與軸承配合的軸段稱為軸頸。軸頸是軸的裝配基準(zhǔn)，它們的精度和表面質(zhì)量一般要求較高，主軸的兩支承軸頸A、B與相應(yīng)軸承的內(nèi)孔配合。尺寸精度按IT5級制造；兩支承軸頸的圓度公差為0.004mm，兩支承軸頸的徑向跳動公差為0.005mm，表面粗糙度值Ra為0.4m。對主軸的技術(shù)要求 (2)裝夾表面 主軸前

3、端錐孔是用于安裝頂尖或心軸的莫氏錐孔,其中心線必須與支承軸頸中心線嚴(yán)格同軸,否則會使工件產(chǎn)生圓度、同軸度誤差。 主軸前端短圓錐面是安裝卡盤的定心表面。為了保證卡盤的定心精度,短圓錐面必須與軸承軸頸同軸,端面必須與主軸回轉(zhuǎn)中心垂直。對主軸的技術(shù)要求 (3)螺紋表面主軸的螺紋表面用于鎖緊螺母的配合:當(dāng)螺紋表面中心線與支承軸頸中心線歪斜時,會引起主軸組件上鎖緊螺母的端面跳動,導(dǎo)致滾動軸承內(nèi)圈中心線傾斜，引起主軸徑向跳動,所以加工主軸上的螺紋表面,必須控制其中心線與支承軸頸中心線的同軸度。對主軸的技術(shù)要求 (4)軸向定位面 主軸軸向定位面與主軸回轉(zhuǎn)軸線要保證垂直,否則會使主軸周期性軸向竄動,影響被加工

4、工件的端面平面度,加工螺紋時則會造成螺距誤差。（5）其他技術(shù)要求 為了提高零件的綜合力學(xué)性能和使用壽命,除以上對各表面的加工要求外,還制訂了有關(guān)的材料選用、熱處理等要求。 二、軸類零件的毛坯和材料 (一)軸類零件的毛坯 軸類零件可根據(jù)使用要求、生產(chǎn)類型、設(shè)備條件及結(jié)構(gòu)，選用棒料、鍛件等毛坯形式。 （1）對于外圓直徑相差不大的軸，一般以棒料為主； （2）對于外圓直徑相差大的階梯軸或重要的軸，常選用鍛件，這樣既節(jié)約材料又減少機械加工的工作量，還可改善機械性能。 根據(jù)生產(chǎn)規(guī)模的不同，毛坯的鍛造方式有自由鍛和模鍛兩種。 （1）中小批生產(chǎn)多采用自由鍛； （2）大批大量生產(chǎn)時采用模鍛。 ( (二) )軸類

5、零件的材料 45鋼是軸類零件的常用材料，它價格便宜經(jīng)過調(diào)質(zhì)（或正火）后可得到較好的切削性能，而且能獲得較高的強度和韌性等綜合機械性能，淬火后表面硬度可達(dá)4552HRC。 40Cr等合金結(jié)構(gòu)鋼適用于中等精度而轉(zhuǎn)速較高的軸類零件，這類鋼經(jīng)調(diào)質(zhì)和淬火后，具有較好的綜合機械性能。 軸承鋼GCr15和彈簧鋼65Mn，經(jīng)調(diào)質(zhì)和表面高頻淬火后，表面硬度可達(dá)5058HRC，并具有較高的耐疲勞性能和較好的耐磨性能，可制造較高精度的軸。 精密機床的主軸（例如磨床砂輪軸、坐標(biāo)鏜床主軸）可選用38CrMoAlA氮化鋼。這種鋼經(jīng)調(diào)質(zhì)和表面氮化后，不僅能獲得很高的表面硬度，而且能保持較軟的芯部，因此耐沖擊韌性好。與滲碳淬

6、火鋼比較，它有熱處理變形很小，硬度更高的特性主軸的機械加工工藝過程主軸的機械加工工藝過程軸類零件典型工藝路線 軸類零件一般采用中心孔作為定位基準(zhǔn)，以實現(xiàn)基準(zhǔn)統(tǒng)一的方案。在單件小批生產(chǎn)中鉆中心孔工序常在普通車床上進(jìn)行。在大批量生產(chǎn)中常在銑端面鉆中心孔專用機床上進(jìn)行。 中心孔是軸類零件加工全過程中使用的定位基準(zhǔn)，其質(zhì)量對加工精度有著重大影響。所以必須安排修研中心孔工序。修研中心孔一般在車床上用金剛石或硬質(zhì)合金頂尖加壓進(jìn)行。 對于空心軸（如機床主軸），為了能使用頂尖孔定位，一般均采用帶頂尖孔的錐套心軸或錐堵(P265圖7-20)。若外圓和錐孔需反復(fù)多次、互為基準(zhǔn)進(jìn)行加工，則在重裝錐堵或心軸時，必須按

7、外圓找正或重新修磨中心孔。 軸類零件典型工藝路線 軸上的花鍵、鍵槽等次要表面的加工，一般安排在外圓精車之后，磨削之前進(jìn)行。 原因：如果在精車之前就銑出鍵槽，在精車時由于斷續(xù)切削而易產(chǎn)生振動，影響加工質(zhì)量，又容易損壞刀具，也難以控制鍵槽的尺寸。但也不應(yīng)安排在外圓精磨之后進(jìn)行，以免破壞外圓表面的加工精度和表面質(zhì)量。 在軸類零件的加工過程中，應(yīng)當(dāng)安排必要的熱處理工序，以保證其機械性能和加工精度，并改善工件的切削加工性。一般毛坯鍛造后安排正火工序，而調(diào)質(zhì)則安排在粗加工后進(jìn)行，以便消除粗加工后產(chǎn)生的應(yīng)力及獲得良好的綜合機械性能。淬火工序則安排在磨削工序之前。 2 2、箱體零件加工工藝 ( (一一) )箱

8、體零件的功用箱體零件的功用 箱體類零件是機器及其部件的基礎(chǔ)件，它將機器及其部件中的軸、軸承、套和齒輪等零件按一定的相互位置關(guān)系裝配成一個整體，并按預(yù)定傳動關(guān)系協(xié)調(diào)其運動。因此，箱體的加工質(zhì)量不僅影響其裝配精度及運動精度，而且影響到機器的工作精度、使用性能和壽命。 ( (二) )箱體類零件的結(jié)構(gòu)特點 箱體的種類很多，其尺寸大小和結(jié)構(gòu)形式隨著機器的結(jié)構(gòu)和箱體在機器中功用的不同有著較大的差異。但從工藝上分析它們?nèi)杂性S多共同之處，其結(jié)構(gòu)特點是：1外形：基本上是由六個或五個平面組成的封閉式多面體，又分成整體式和組合式兩種；2結(jié)構(gòu)形狀：比較復(fù)雜。內(nèi)部常為空腔形，某些部位有“隔墻”，箱體壁薄且厚薄不均。3箱

9、壁上通常都布置有平行孔系或垂直孔系；4箱體上的加工面，主要是大量的平面，此外還有許多精度要求較高的軸承支承孔和精度要求較低的緊固用孔。 ( (三) ) 箱體類零件的技術(shù)要求 1)各孔的孔徑精度 箱體上的孔大都是軸承支承孔，其加工質(zhì)量(包括尺寸精度、幾何形狀精度和表面粗糙度等)要求較高。孔徑的尺寸誤差和幾何形狀誤差會造成軸承與孔的配合不良?？讖竭^大,配合過松,使軸回轉(zhuǎn)軸線不穩(wěn)定:并降低了支承剛度,易產(chǎn)生振動和噪聲;孔徑過小,會使配合過緊,軸承將因外環(huán)變形而不能正常運轉(zhuǎn),縮短壽命。裝軸承的孔不圓,也使軸承外環(huán)變形而引起主軸徑向跳動。主軸支承孔的尺寸精度為I6級,表面粗糙度值Ra為0.40.8m,2

10、)主要平面的精度 裝配基面的平面度影響主軸箱與床身連接時的接觸剛度,加工過程中作為定位基面則會影響主要孔的加工精度。因此,規(guī)定底面和導(dǎo)向面必須平直。主要平面(箱體底面、頂面及側(cè)面)的平面度公差為0.04mm,表面粗糙度值等于或小于1.6um,主要平面間的垂直度公差為0.1mm/300mm。( (三) ) 箱體類零件的技術(shù)要求 3)各支承孔的相互位置精度 同一軸線上各孔的同軸度誤差和孔端面對軸線的垂直度誤差,會使軸和軸承裝配到箱體內(nèi)出現(xiàn)歪斜,從而造成主軸徑向跳動和軸向竄動,也加劇了軸承磨損?？紫抵g的平行度誤差及中心距偏差,會影響齒輪的嚙合精度,工作時將出現(xiàn)噪聲、沖擊振動,使齒輪壽命降低。各支承

11、孔的孔距公差為0.0250.06mm,中心線的平行度公差為0.0120.021mm。4)孔和平面的位置精度 如果主軸中心線與箱體裝配基面在水平面內(nèi)有偏斜,則總裝后主軸中心線與床身導(dǎo)軌就會在水平面內(nèi)產(chǎn)生偏斜,使加工工件產(chǎn)生圓柱度誤差。如果主軸中心線與箱體裝配基面在垂直面內(nèi)有偏斜,則會引起加工工件的雙曲線誤差。主軸孔對裝配基面的平行度公差為0.1mm/600mm。(四)箱體類零件的材料和毛坯 箱體類零件的材料一般用灰口鑄鐵，常用的牌號有HT100HT400。 毛坯為鑄鐵件，其鑄造方法視鑄件精度和生產(chǎn)批量而定。單件小批生產(chǎn)多用木模手工造型，毛坯精度低，加工余量大。有時也采用鋼板焊接方式。大批生產(chǎn)常用

12、金屬模機器造型，毛坯精度較高，加工余量可適當(dāng)減小。 為了消除鑄造時形成的內(nèi)應(yīng)力，減少變形，保證其加工精度的穩(wěn)定性，毛坯鑄造后要安排人工時效處理（人工時效是將鑄件加熱到550650進(jìn)行去應(yīng)力退火）。精度要求高或形狀復(fù)雜的箱體還應(yīng)在粗加工后多加一次人工時效處理，以消除粗加工造成的內(nèi)應(yīng)力，進(jìn)一步提高加工精度的穩(wěn)定性。二、箱體零件加工工藝分析 (一) 工藝路線的安排 車床主軸箱要求加工的表面很多。在這些加工表面中，平面加工精度比孔的加工精度容易保證，于是，箱體中主軸孔（主要孔）的加工精度、孔系加工精度就成為工藝關(guān)鍵問題。因此，在工藝路線的安排中應(yīng)注意三個問題： 1工件的時效處理 2安排加工工藝的順序時

13、應(yīng)先面后孔 3粗、精加工階段要分開 工件的時效處理 箱體結(jié)構(gòu)復(fù)雜壁厚不均勻，鑄造內(nèi)應(yīng)力較大。由于內(nèi)應(yīng)力會引起變形，因此鑄造后應(yīng)安排人工時效處理以消除內(nèi)應(yīng)力減少變形。一般精度要求的箱體，可利用粗、精加工工序之間的自然停放和運輸時間，得到自然時效的效果。但自然時效需要的時間較長，否則會影響箱體精度的穩(wěn)定性。 對于特別精密的箱體，在粗加工和精加工工序間還應(yīng)安排一次人工時效，迅速充分地消除內(nèi)應(yīng)力，提高精度的穩(wěn)定性。 安排加工工藝的順序時應(yīng)先面后孔 由于平面面積較大定位穩(wěn)定可靠，有利與簡化夾具結(jié)構(gòu)減少安裝變形。從加工難度來看，平面比孔加工容易。先加工平面，把鑄件表面的凹凸不平和夾砂等缺陷切除，在加工分布

14、在平面上的孔時，對便于孔的加工和保證孔的加工精度都是有利的。因此，一般均應(yīng)先加工平面。 粗、精加工階段要分開 箱體均為鑄件，加工余量較大，而在粗加工中切除的金屬較多，因而夾緊力、切削力都較大，切削熱也較多。加之粗加工后，工件內(nèi)應(yīng)力重新分布也會引起工件變形，因此，對加工精度影響較大。為此，把粗精加工分開進(jìn)行，有利于把已加工后由于各種原因引起的工件變形充分暴露出來，然后在精加工中將其消除。 (二) 定位基準(zhǔn)的選擇 箱體定位基準(zhǔn)的選擇，直接關(guān)系到箱體上各個平面與平面之間，孔與平面之間，孔與孔之間的尺寸精度和位置精度要求是否能夠保證。在選擇基準(zhǔn)時，首先要遵守“基準(zhǔn)重合”和“基準(zhǔn)統(tǒng)一”的原則，同時必須考

15、慮生產(chǎn)批量的大小，生產(chǎn)設(shè)備、特別是夾具的選用等因素。 精基準(zhǔn)的選擇 箱體零件精基準(zhǔn)的選擇一般有兩種方案：（1）中小批量生產(chǎn)：以裝配面（箱體底面）為精基準(zhǔn)（三平面）。以車床主軸箱鏜孔夾具為例，該夾具如圖所示。它的優(yōu)點是對于孔與底面的距離和平行度要求，基準(zhǔn)是重合的，沒有基準(zhǔn)不重合誤差，而且箱口向上，觀察和測量、調(diào)刀都比較方便。但是在鏜削中間壁上的孔時，由于無法安裝中間導(dǎo)向支承，而不得不采用吊架的形式（見圖中件3）。這種吊架剛性差，操作不方便，安裝誤差大，不易實現(xiàn)自動化，故此方案一般只能適用于無中間孔壁的簡單箱體或批量不大的場合。 1 1夾具底座；夾具底座；2 2、4 4鏜模支架；鏜模支架；3 3吊

16、架吊架 精基準(zhǔn)的選擇（2）大批大量生產(chǎn)時，采用箱口向下的安裝方式，以箱體頂面和頂面上的兩個工藝孔為精基準(zhǔn)。（一面兩孔） 在鏜孔時，由于中間導(dǎo)向支承直接固定在夾具上，使夾具的剛度提高，有利于保證各支承孔的尺寸和位置精度。并且工件裝卸方便減少了輔助時間，有利于提高生產(chǎn)率。但是這種定位方式也有不足之處，如箱口向下無法觀察和測量中間壁上孔的加工情況；以頂面和兩個工藝孔作為定位基準(zhǔn)，要提高頂面和孔的加工要求；加工基準(zhǔn)與裝配基準(zhǔn)不重合需要進(jìn)行尺寸鏈的計算或采用裝配時用修刮尾座底板的辦法來保證裝配精度。 以頂面和兩銷孔定位 粗基準(zhǔn)的選擇 粗基準(zhǔn)的作用主要是決定不加工面與加工面的位置關(guān)系，以及保證加工面的余量

17、均勻。 箱體零件上一般有一個（或幾個）主要的大孔，為了保證孔的加工余量均勻，應(yīng)以該毛坯孔為粗基準(zhǔn)（如主軸箱上的主軸孔）。 實際生產(chǎn)中常以孔為主要粗基準(zhǔn)，限制四個自由度，而輔之以內(nèi)腔或其它毛坯孔為次要基準(zhǔn)面，以達(dá)到完全定位的目的。 3、盤套類零件加工 圓柱齒輪加工工藝分析 齒輪的功用與結(jié)構(gòu)特點。 齒輪傳動在現(xiàn)代機器和儀器中應(yīng)用極廣,齒輪是齒輪傳動的主要元件,其功用是按規(guī)定的傳動比傳遞運動和動力。 在各種齒輪中以盤形齒輪應(yīng)用最廣。單齒圈齒輪的結(jié)構(gòu)工藝性最好,可采用任何一種齒形加工方法加工。對于多齒圈齒輪(多聯(lián)齒輪),當(dāng)各齒圈軸向尺寸較小時,除最大齒圈外,其余較小齒圈加工方法通常只能選擇插齒。 圓柱

18、齒輪的技術(shù)要求： 齒輪傳動的一般要求是,傳遞運動準(zhǔn)確、平穩(wěn),齒面接觸均勻,傳動側(cè)隙合理。 合理的側(cè)隙,是指在齒輪傳動的過程中,非工作齒面間應(yīng)有齒側(cè)間隙,用于儲存潤滑油潤滑齒面、補償齒輪的制造與安裝誤差及因溫升所造成的輪齒變形。 為了保證這些傳動要求,齒輪制造應(yīng)符合一定的精度標(biāo)準(zhǔn),國家標(biāo)準(zhǔn)漸開線圓柱齒輪精度(GB.10095-2001)對齒輪及齒輪副規(guī)定了12個精度等級。 齒輪的材料 齒輪的材料根據(jù)使用時的工作條件和失效形式進(jìn)行選擇,常用以下材料制造: 1)中碳結(jié)構(gòu)鋼。如45鋼等進(jìn)行調(diào)質(zhì)或表面淬火,綜合力學(xué)性能較好,適用于制造低速、載荷不大的齒輪。 2)中碳合金結(jié)構(gòu)鋼。當(dāng)速度、載荷較大時,可選用

19、40Cr鋼,經(jīng)調(diào)質(zhì)或表面淬火后,力學(xué)性能較45鋼好。對高速傳動齒輪,齒面易產(chǎn)生疲勞點蝕,應(yīng)選擇齒面硬度高的材料,如38CrMoAlA氮化鋼。 3)滲碳鋼。低速、重載、有沖擊環(huán)境下工作的齒輪,齒面受壓產(chǎn)生塑性變形或磨損,且輪齒易被折斷,應(yīng)選擇強度大,齒面硬度高,芯部韌性好的材料。如20Cr、20CrMoTi、18CrMnTi等,經(jīng)滲碳淬火,芯部具有良好的韌性,齒面硬度可達(dá)5863HRC. 4）輕扭或非摶力齒輪可選用不淬火鋼、鑄鐵、夾布膠木及尼龍等非金屬材料。 齒輪的機械加工工藝過程齒輪的機械加工工藝過程工藝工程分析 1)定位基準(zhǔn)的選擇。 對于直徑較小的軸齒輪，一般采用頂尖孔定位； 對空心軸，則在

20、中心內(nèi)孔鉆出后,用孔兩端孔口的斜面定位；孔徑大時則采用錐堵(見圖7-20)，頂尖的定位精度高,且能做到基準(zhǔn)重合和統(tǒng)一。 對于直徑或模數(shù)較大的軸齒輪，由于自重和切削力較大,不宜選用頂尖孔定位，而多選擇軸頸和一端面跳動較小的端面定位。 對于帶孔的齒輪,在加工齒面時常采用以下兩種定位和夾緊方式: 以內(nèi)孔和端面定位。即以工件內(nèi)孔和夾具心軸之間的配合決定中心位置,再以端面作為軸向定位基準(zhǔn),并對著端面夾緊。這種定位方式可使定位基準(zhǔn)、設(shè)計基準(zhǔn)、裝配基準(zhǔn)和測量基準(zhǔn)重合,定位精度高,適于批量生產(chǎn)。但對于夾具的制造精度要求較高。 以外圓和端面定位。當(dāng)工件和夾具心軸的配合間隙較大時,采用千分表校正外圓以決定中心位置

21、,并以端面進(jìn)行軸向定位,從另一端面夾緊。這種定位方式因每個工件都要較正,故生產(chǎn)效率低;同時對齒坯的內(nèi)、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(chǎn)。 2)齒坯加工。 齒形加工前的齒輪加工稱為齒坯加工。由于齒坯的內(nèi)孔、端面、外圓常作為齒形加工與測量、齒輪裝配時的基準(zhǔn)，所以齒坯的加工精度對整個齒輪的加工精度有重要的影響。此外，齒坯加工占整個齒輪加工總工時的比例較大，直接影響到齒輪加工的生產(chǎn)率,因此,齒坯加工在整個齒輪加工中占有很重要的地位。 齒坯加工的主要內(nèi)容包括齒坯的孔加工、端面加工和中心孔加工(對于軸齒輪)以及齒圈的外圓加工。其加工方案除受齒輪的結(jié)構(gòu)和尺寸影響外,主要取決于生

22、產(chǎn)類型。 齒坯加工工藝方案： 大批大量生產(chǎn)的齒坯加工。在大批大量生產(chǎn)中，齒坯常在高效率機床，如由拉床、多軸、多刀半自動車床、數(shù)控機床等組成的流水線上或自動線上進(jìn)行加工。 成批生產(chǎn)的齒坯加工。成批生產(chǎn)加工齒坯時的方案通常采用車?yán)嚒?單件小批生產(chǎn)的齒坯加工。單件小批生產(chǎn)加工齒坯時，一般是齒坯的孔、端面、外圓的粗、精加工都在臥式車床上完成。先車好一端，再調(diào)頭車另一端。但必須注意將孔和基準(zhǔn)端面的精加工在一次裝夾內(nèi)完成,以保證其相互之間的位置精度。 3)齒形加工。 齒形加工是整個齒輪加工的關(guān)鍵。其方案的選擇主要取決于齒輪的精度等級。此外，還要考慮齒輪的結(jié)構(gòu)、熱處理和生產(chǎn)批量等因素。常用的齒形加工方案如

23、下: 8級精度以下的齒輪。調(diào)質(zhì)齒輪用滾齒或插齒即可達(dá)到要求。 76級精度。不需淬硬齒輪，可用滾齒剃齒方案。對于淬硬齒輪，當(dāng)批量較小或淬火后變形較大的齒輪，可采用磨齒方案。批量大時可用剃珩（ hng ）齒方案 5級精度以上的齒輪。一般采用磨齒方案,即粗滾齒精滾齒+表面淬火校正基準(zhǔn)粗磨齒精磨齒。這種方案加工精度最高,但生產(chǎn)率低,成本較高。 4)齒端加工。 齒輪的齒端加工有倒圓、倒尖、倒棱和去毛刺等方式,如圖7-24所示。經(jīng)倒圓、倒尖后的齒輪變速時容易進(jìn)入嚙合，減少沖擠現(xiàn)象。倒棱可以除去齒端銳邊和毛刺。齒端倒圓應(yīng)用最多。 2、套筒零件加工工藝分析 套筒零件是機械加工中經(jīng)常遇到的一類零件，其應(yīng)用很廣泛。套筒零件在機器中主要起支承和導(dǎo)向作用。如支承傳動軸的各種形式的軸承套、內(nèi)燃機中的氣缸套以及液壓系統(tǒng)中的液壓缸、機床夾具上的鉆套、鏜套等導(dǎo)向套等。 2)套筒零件的技術(shù)要求:套筒零件的主要表面是外圓和內(nèi)孔，其主要技術(shù)要求有： 尺寸精度要求。套類零件的外圓表面多以過盈或過渡配合與機架或箱體孔配合起支承作用,內(nèi)孔通常與運動著的軸、刀具或活塞相配合，起支承或?qū)蜃饔?。?nèi)孔與外圓的尺寸精度一般為IT7IT6。液壓缸由于與其配合的活塞上有密封圈,其尺寸精度要求較低，一般