典型零件工藝分析

第五講

典型零件加工工藝分析4/19/20231

實(shí)際中，零件的結(jié)構(gòu)千差萬別，但其基本幾何構(gòu)成不外是外圓、內(nèi)孔、平面、螺紋、齒面、曲面等。

很少有零件是由單一典型表面所構(gòu)成，往往是由一些典型表面復(fù)合而成。其加工方法較單一表面加工復(fù)雜，是典型表面加工方法的綜合應(yīng)用。4/19/202321、軸類零件2、盤、套類零件——齒輪、軸套3、箱體類零件4/19/20233一、軸類零件加工工藝分析（一）軸類零件的功用、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及技術(shù)要求軸類零件是機(jī)器中經(jīng)常遇到的典型零件之一。它在機(jī)械中主要用于支承齒輪、帶輪、凸輪以及連桿等傳動件，傳遞扭矩和承受載荷。

按結(jié)構(gòu)形式不同，軸可以分為階梯軸、錐度心軸、光軸、空心軸、曲軸、凸輪軸、偏心軸、各種絲杠等，其中階梯傳動軸應(yīng)用較廣，其加工工藝能較全面地反映軸類零件的加工規(guī)律和共性。

4/19/202344/19/20235

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。

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。4/19/20236

軸通過軸承支承在箱體上，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，其技術(shù)要求一般根據(jù)軸的主要功用和工作條件制定，通常有以下幾項：1、尺寸精度2、幾何形狀精度3、相互位置精度4、表面粗糙度4/19/202371）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(nèi)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。4/19/20238

軸類零件的幾何形狀精度主要是指軸頸、外錐面、莫氏錐孔等的圓度、圓柱度等，一般應(yīng)將其公差限制在尺寸公差范圍內(nèi)。

對精度要求較高的內(nèi)外圓表面，應(yīng)在圖紙上標(biāo)注其允許偏差。2）幾何形狀精度4/19/202393）相互位置精度

軸類零件的位置精度要求主要是由軸在機(jī)械中的位置和功用決定的。

通常應(yīng)保證裝配傳動件的軸頸對支承軸頸的同軸度要求，否則會影響傳動件（齒輪等）的傳動精度，并產(chǎn)生噪聲。普通精度的軸，其配合軸段對支承軸頸的徑向跳動一般為0.01～0.03mm，

高精度軸（如主軸）通常為0.001～0.005mm。4/19/2023104）表面粗糙度

軸的加工表面都有粗糙度的要求，一般根據(jù)加工的可能性和經(jīng)濟(jì)性來確定。

一般與傳動件相配合的軸徑表面粗糙度為Ra2.5～0.63μm，

與軸承相配合的支承軸徑的表面粗糙度為Ra0.63～0.16μm。4/19/202311（二）軸類零件的毛坯和材料1、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。4/19/202312對于外圓直徑相差不大的軸，一般以棒料為主；

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(jī)械加工的工作量，還可改善機(jī)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。

中小批生產(chǎn)多采用自由鍛，大批大量生產(chǎn)時采用模鍛。4/19/202313

毛坯經(jīng)過加熱鍛造后，可使金屬內(nèi)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(qiáng)度,一般用于重要的軸。大型軸或結(jié)構(gòu)復(fù)雜的軸采用鑄件。4/19/2023142、軸類零件的材料

軸類零件材料的選取，主要根據(jù)軸的強(qiáng)度、剛度、耐磨性以及制造工藝性而決定，力求經(jīng)濟(jì)合理。

軸類零件應(yīng)根據(jù)不同的工作條件和使用要求選用不同的材料并采用不同的熱處理規(guī)范（如調(diào)質(zhì)、正火、淬火等），以獲得一定的強(qiáng)度、韌性和耐磨性。4/19/202315

常用的軸類零件材料有35、45、50優(yōu)質(zhì)碳素鋼，以45鋼應(yīng)用最為廣泛。對于受載荷較小或不太重要的軸也可用Q235、Q255等普通碳素鋼。4/19/202316

對于受力較大，軸向尺寸、重量受限制或者某些有特殊要求的可采用合金鋼。如40Cr合金鋼可用于中等精度，轉(zhuǎn)速較高的工作場合，該材料經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后具有較好的綜合力學(xué)性能；選用Cr15、65Mn等合金鋼可用于精度較高，工作條件較差的情況，這些材料經(jīng)調(diào)質(zhì)和表面淬火后其耐磨性、耐疲勞強(qiáng)度性能都較好；4/19/202317

若是在高速、重載條件下工作的軸類零件，選用20Cr、20CrMnTi、20Mn2B等低碳鋼或38CrMoA1A滲碳鋼，這些鋼經(jīng)滲碳淬火或滲氮處理后，不僅有很高的表面硬度，而且其心部強(qiáng)度也大大提高，因此具有良好的耐磨性、抗沖擊韌性和耐疲勞強(qiáng)度的性能。4/19/202318歸納：

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。4/19/202319（三）軸類零件的熱處理

鍛造毛坯在加工前，均需安排正火或退火處理，使鋼材內(nèi)部晶粒細(xì)化，消除鍛造應(yīng)力，降低材料硬度，改善切削加工性能。

調(diào)質(zhì)一般安排在粗車之后、半精車之前，以獲得良好的物理力學(xué)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(jìn)行低溫時效處理。4/19/202320（四）軸類零件加工的工藝分析

(1)軸類零件加工的工藝路線

1)基本加工路線

外圓加工的方法很多，基本加工路線可歸納為四條。

①粗車—半精車—精車

對于一般常用材料，這是外圓表面加工采用的最主要的工藝路線。

4/19/202321②粗車—半精車—粗磨—精磨

對于黑色金屬材料，精度要求高和表面粗糙度值要求較小、零件需要淬硬時，其后續(xù)工序只能用磨削而采用的加工路線。

③粗車—半精車—精車—金剛石車

對于有色金屬，用磨削加工通常不易得到所要求的表面粗糙度，因?yàn)橛猩饘僖话惚容^軟，容易堵塞沙粒間的空隙，因此其最終工序多用精車和金剛石車。4/19/202322

④粗車—半精—粗磨—精磨—光整加工

對于黑色金屬材料的淬硬零件，精度要求高和表面粗糙度值要求很小，常用此加工路線。4/19/202323

2)典型加工工藝路線

軸類零件的主要加工表面是外圓表面，也還有常見的特形表面，因此針對各種精度等級和表面粗糙度要求，按經(jīng)濟(jì)精度選擇加工方法。

對普通精度的軸類零件加工，其典型的工藝路線如下：

毛坯及其熱處理—預(yù)加工—車削外圓—銑鍵槽—（花鍵槽、溝槽）—熱處理—磨削—終檢。

4/19/202324(1)軸類零件的預(yù)加工

軸類零件的預(yù)加工是指加工的準(zhǔn)備工序，即車削外圓之前的工藝。

“

校直”

毛坯在制造、運(yùn)輸和保管過程中，常會發(fā)生彎曲變形，為保證加工余量的均勻及裝夾可靠，一般冷態(tài)下在各種壓力機(jī)或校直機(jī)上進(jìn)行校直，4/19/202325(2)軸類零件加工的定位基準(zhǔn)和裝夾1）以工件的中心孔定位

在軸的加工中，零件各外圓表面，錐孔、螺紋表面的同軸度，端面對旋轉(zhuǎn)軸線的垂直度是其相互位置精度的主要項目，

這些表面的設(shè)計基準(zhǔn)一般都是軸的中心線，若用兩中心孔定位，符合基準(zhǔn)重合的原則。4/19/202326

中心孔不僅是車削時的定為基準(zhǔn)，也是其它加工工序的定位基準(zhǔn)和檢驗(yàn)基準(zhǔn)，又符合基準(zhǔn)統(tǒng)一原則。當(dāng)采用兩中心孔定位時，還能夠最大限度地在一次裝夾中加工出多個外圓和端面。

一般以重要的外圓面作為粗基準(zhǔn)定位，加工出中心孔，再以軸兩端的中心孔為定位精基準(zhǔn)；盡可能做到基準(zhǔn)統(tǒng)一、基準(zhǔn)重合、互為基準(zhǔn)，并實(shí)現(xiàn)一次安裝加工多個表面。4/19/202327歸納：

中心孔是工件加工統(tǒng)一的定位基準(zhǔn)和檢驗(yàn)基準(zhǔn)，它自身質(zhì)量非常重要，其準(zhǔn)備工作也相對復(fù)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(dá)到要求。4/19/2023282）以外圓和中心孔作為定位基準(zhǔn)

——（一夾一頂）

用兩中心孔定位雖然定心精度高，但剛性差，尤其是加工較重的工件時不夠穩(wěn)固，切削用量也不能太大。

粗加工時，為了提高零件的剛度，可采用軸的外圓表面和一中心孔作為定位基準(zhǔn)來加工。這種定位方法能承受較大的切削力矩，是軸類零件最常見的一種定位方法。4/19/2023293）以兩外圓表面作為定位基準(zhǔn)

——在加工空心軸的內(nèi)孔時

例如：機(jī)床上莫氏錐度的內(nèi)孔加工，不能采用中心孔作為定位基準(zhǔn)，可用軸的兩外圓表面作為定位基準(zhǔn)。

當(dāng)工件是機(jī)床主軸時，常以兩支撐軸頸（裝配基準(zhǔn)）為定位基準(zhǔn)，可保證錐孔相對支撐軸頸的同軸度要求，消除基準(zhǔn)不重合而引起的誤差。

4/19/2023304/19/2023314）以帶有中心孔的錐堵作為定位基準(zhǔn)

——在加工空心軸的外圓表面時

往往采用代中心孔的錐堵或錐套心軸作為定位基準(zhǔn)，見下圖所示。

4/19/202332

錐堵或錐套心軸應(yīng)具有較高的精度，錐堵和錐套心軸上的中心孔即是其本身制造的定位基準(zhǔn)，又是空心軸外圓精加工的基準(zhǔn)。

因此必須保證錐堵或錐套心軸上錐面與中心孔有較高的同軸度。在裝夾中應(yīng)盡量減少錐堵的安裝次數(shù)，減少重復(fù)安裝誤差。實(shí)際生產(chǎn)中，錐堵安裝后，中途加工一般不得拆下和更換，直至加工完畢。4/19/202333軸的加工工藝過程實(shí)例一

圖所示為一蝸桿軸，材料選用40Cr鋼4/19/202334該軸φ20j6，φ17k5兩外圓表面為支撐軸頸；錐體部分是裝配離合器的表面；M18×1處裝配圓螺母來固定軸承的軸向位置。根據(jù)外形結(jié)構(gòu)其毛坯選用φ50mm的圓鋼（棒料），在鋸床上按240mm長度下料。

4/19/202335蝸桿軸加工工藝過程

序號工序名稱工序內(nèi)容定位基準(zhǔn)1車削車端面鉆中心孔粗車左邊各外圓，留余量2-3mm，長度上留余量1mm掉頭車右端面到238mm，鉆中心孔粗車右邊各外圓，留余量2-3mm粗車蝸桿螺旋部分，留余量外圓外圓及中心孔外圓及中心孔外圓及中心孔外圓及中心孔2熱處理調(diào)質(zhì)處理4/19/2023363車削修研中心孔精車φ22mm到尺寸，φ17mm留余量0.2mm車退刀槽及卡圈槽，倒角掉頭精車左側(cè)各外圓到φ26mm、φ20.2mm、φ18mm、φ16mm及φ14mm。車退刀槽，倒角精車蝸桿螺紋，留磨削余量0.1mm。精車錐面，留余量0.2mm。車螺紋M18×1、M12兩中心孔兩中心孔兩中心孔4熱處理淬火5磨削修研中心孔，磨φ17k5、φ20j6外圓及錐面到尺寸，磨蝸桿螺紋到尺寸兩中心孔4/19/202337軸的加工工藝過程實(shí)例二CA6140車床主軸加工工藝分析1．CA6140車床主軸技術(shù)要求及功用4/19/2023384/19/2023394/19/2023404/19/202341

由零件簡圖可知，該主軸呈階梯狀，其上有安裝支承軸承、傳動件的圓柱、圓錐面，安裝滑動齒輪的花鍵，安裝卡盤及頂尖的內(nèi)外圓錐面，聯(lián)接緊固螺母的螺旋面，通過棒料的深孔等。4/19/202342⑴支承軸頸

主軸二個支承軸頸圓度公差為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0.4m；支承軸頸尺寸精度為IT5。

因?yàn)橹鬏S支承軸頸是用來安裝支承軸承，是主軸部件的裝配基準(zhǔn)面，所以它的制造精度直接影響到主軸部件的回轉(zhuǎn)精度。4/19/202343⑵端部錐孔

主軸端部內(nèi)錐孔（莫氏6號）對支承軸頸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0.4m；硬度要求45~50HRC。

該錐孔是用來安裝頂尖或工具錐柄的，其軸心線必須與兩個支承軸頸的軸心線嚴(yán)格同軸，否則會使工件（或工具）產(chǎn)生同軸度誤差。4/19/202344⑶端部短錐和端面

頭部短錐和端面對主軸二個支承軸頸的徑向圓跳動公差為0.008mm；表面粗糙度Ra為0.8m。它是安裝卡盤的定位面。

為保證卡盤的定心精度，該圓錐面必須與支承軸頸同軸，而端面必須與主軸的回轉(zhuǎn)中心垂直。4/19/202345⑷空套齒輪軸頸

空套齒輪軸頸對支承軸頸的徑向圓跳動公差為0.015mm。

由于該軸頸是與齒輪孔相配合的表面，對支承軸頸應(yīng)有一定的同軸度要求，否則引起主軸傳動嚙合不良，當(dāng)主軸轉(zhuǎn)速很高時，還會影響齒輪傳動平穩(wěn)性并產(chǎn)生噪聲。

4/19/202346⑸螺紋

主軸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(yīng)控制螺紋的加工精度。

當(dāng)主軸上壓緊螺母的端面跳動過大時，會使被壓緊的滾動軸承內(nèi)環(huán)的軸心線產(chǎn)生傾斜，從而引起主軸的徑向圓跳動。

4/19/2023472．主軸加工的要點(diǎn)與措施

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(nèi)、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。4/19/202348（1）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(yīng)提高精基準(zhǔn)的精度。

4/19/202349（2）保證主軸前端內(nèi)、外錐面的形狀精度、表面粗糙度同樣應(yīng)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。4/19/202350

主軸錐孔相對于支承軸頸的位置精度是靠采用支承軸頸作為定位基準(zhǔn)，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(zhǔn)加工內(nèi)錐面，符合基準(zhǔn)重合原則。在精磨前端錐孔之前，應(yīng)使作為定位基準(zhǔn)的支承軸頸達(dá)到一定的精度。

主軸錐孔的磨削一般采用專用夾具。4/19/202351

主軸外圓表面的加工，應(yīng)該以頂尖孔作為統(tǒng)一的定位基準(zhǔn)。但在主軸的加工過程中，隨著通孔的加工，作為定位基準(zhǔn)面的中心孔消失，工藝上常采用帶有中心孔的錐堵塞到主軸兩端孔中，讓錐堵的頂尖孔起附加定位基準(zhǔn)的作用。

4/19/2023523．CA6140車床主軸加工定位基準(zhǔn)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(zhǔn)時，應(yīng)遵循基準(zhǔn)重合、基準(zhǔn)統(tǒng)一和互為基準(zhǔn)等重要原則，并能在一次裝夾中盡可能加工出較多的表面。

4/19/202353（1）由于主軸外圓表面的設(shè)計基準(zhǔn)是主軸軸心線，根據(jù)基準(zhǔn)重合的原則考慮應(yīng)選擇主軸兩端的頂尖孔作為精基準(zhǔn)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(yīng)先加工頂尖孔。4/19/202354（2）為了保證支承軸頸與主軸內(nèi)錐面的同軸度要求，宜按互為基準(zhǔn)的原則選擇基準(zhǔn)面。

如車小端錐孔和大端莫氏內(nèi)錐孔時，以與前支承軸頸相鄰而它們又是用同一基準(zhǔn)加工出來的外圓柱面為定位基準(zhǔn)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(nèi)所配錐堵的頂尖孔為定位基面；4/19/202355

（3）在粗磨莫氏內(nèi)錐孔時，又以兩圓柱面為定位基準(zhǔn)面；

粗、精磨兩個支承軸頸的錐面時，再次用錐堵頂尖孔定位；

最后精磨莫氏錐孔時，直接以精磨后的前支承軸頸和另一圓柱面定位。定位基準(zhǔn)每轉(zhuǎn)換一次，都使主軸的加工精度提高一步。4/19/202356CA6140車床主軸主要加工表面是75h5、80h5、90g5、105h5軸頸，兩支承軸頸及大頭錐孔。

它們加工的尺寸精度在IT5~IT6之間，表面粗糙度Ra為0.4~0.8m。

4．CA6140車床主軸主要加工表面加工工序安排

4/19/202357

一般來說，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）。

4/19/202358

在機(jī)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循著以下順序的進(jìn)行，即粗車→調(diào)質(zhì)（預(yù)備熱處理）→半精車→精車→淬火-回火（最終熱處理）→粗磨→精磨。

4/19/202359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）。主軸主要表面的加工順序安排如下：

4/19/202360

當(dāng)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(xiàn)廢品，所以盡量安排在后面工序進(jìn)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(fèi)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中損傷已精加工過的重要表面。4/19/202361

對凡是需要在淬硬表面上加工的螺孔、鍵槽等，都應(yīng)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(jìn)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(jìn)行，這樣半精加工后殘余應(yīng)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。4/19/2023625．CA6140車床主軸加工工藝過程

生產(chǎn)類型：大批生產(chǎn)；材料牌號：45號鋼；毛坯種類：模鍛件4/19/202363大批生產(chǎn)CA6140車床主軸工藝過程序號工序名稱工序內(nèi)容定位基準(zhǔn)設(shè)備1備料

2鍛造

模鍛

立式精鍛機(jī)

3熱處理

正火

4鋸頭

5銑端面鉆中心孔

毛坯外圓

中心孔機(jī)床

6粗車外圓

頂尖孔

多刀半自動車床

7熱處理

調(diào)質(zhì)

4/19/202364序號工序名稱工序內(nèi)容定位基準(zhǔn)設(shè)備9車小端各部

仿形車小端各部外圓

頂尖孔

仿形車床

10鉆深孔

鉆48mm通孔

兩端支承軸頸

深孔鉆床

11車小端錐孔

車小端錐孔（配1∶20錐堵，涂色法檢查接觸率≥50%）

兩端支承軸頸

臥式車床

12車大端錐孔

車大端錐孔（配莫氏6號錐堵，涂色法檢查接觸率≥30%）、外短錐及端面

兩端支承軸頸

臥式車床

13鉆孔

鉆大頭端面各孔

大端內(nèi)錐孔

搖臂鉆床

14熱處理

局部高頻淬火（90g5、短錐及莫氏6號錐孔）

高頻淬火設(shè)備

4/19/202365序號工序名稱工序內(nèi)容定位基準(zhǔn)設(shè)備15精車外圓

精車各外圓并切槽、倒角

錐堵頂尖孔

數(shù)控車床

16粗磨外圓

粗磨75h5、90g5、105h5外圓

錐堵頂尖孔

組合外圓磨床

17粗磨大端錐孔

粗磨大端內(nèi)錐孔（重配莫氏6號錐堵，涂色法檢查接觸率≥40%）

前支承軸頸及75h5外圓

內(nèi)圓磨床

18銑花鍵

銑89f6花鍵

錐堵頂尖孔

花鍵銑床

19銑鍵槽

銑12f9鍵槽

80h5及M115mm外圓

立式銑床

20車螺紋

車三處螺紋（與螺母配車）

錐堵頂尖孔

臥式車床

4/19/202366序號工序名稱工序內(nèi)容定位基準(zhǔn)設(shè)備21精磨外圓

精磨各外圓及E、F兩端面

錐堵頂尖孔

外圓磨床

22粗磨外錐面

粗磨兩處1∶12外錐面

錐堵頂尖孔

專用組合磨床

23精磨外錐面

精磨兩處兩處1∶12外錐面、D端面及短錐面

錐堵頂尖孔

專用組合磨床

24精磨大端錐孔

精磨大端莫氏6號內(nèi)錐孔（卸堵，涂色法檢查接觸率≥70%）

前支承軸頸及75h5外圓

專用主軸錐孔磨床

25鉗工

端面孔去銳邊倒角，去毛刺

26檢驗(yàn)

按圖樣要求全部檢驗(yàn)

前支承軸頸及75h5外圓

專用檢具

4/19/202367二、箱體類零件的加工工藝分析4/19/202368（一）箱體類零件的功用和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

箱體類零件是機(jī)器或箱體部件的基礎(chǔ)件。它將機(jī)器或箱體部件中的軸、軸承、套和齒輪等零件按一定的相互位置關(guān)系裝聯(lián)在一起，按一定的傳動關(guān)系協(xié)調(diào)地運(yùn)動。

因此，箱體類零件的加工質(zhì)量，不但直接影響箱體的裝配精度和運(yùn)動精度，而且還會影響機(jī)器的工作精度、使用性能和壽命。

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上圖是幾種常見箱體零件的簡圖。

由圖可見，各種箱體零件盡管形狀各異、尺寸不一，但其結(jié)構(gòu)均有以下的主要特點(diǎn)：4/19/202370箱體零件結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)

1）形狀復(fù)雜

箱體通常作為裝配的基礎(chǔ)件，在它上面安裝的零件或部件愈多，箱體的形狀愈復(fù)雜，因?yàn)榘惭b時要有定位面、定位孔，還要有固定用的螺釘孔等；為了支撐零部件，需要有足夠的剛度，采用較復(fù)雜的截面形狀和加強(qiáng)筋等；

為了儲存潤滑油，需要具有一定形狀的空腔，還要有觀察孔、放油孔等；考慮吊裝搬運(yùn)，還必需做出吊鉤、凸耳等。

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2）體積較大

箱體內(nèi)要安裝和容納有關(guān)的零部件，因此必然要求箱體有足夠大的體積。例如，大型減速器箱體長達(dá)4～6m、寬約3～4m。

3）壁薄容易變形

箱體體積大，形狀復(fù)雜，又要求減少質(zhì)量，所以大都設(shè)計成腔形薄壁結(jié)構(gòu)。但是在鑄造、焊接和切削加工過程中往往會產(chǎn)生較大內(nèi)應(yīng)力，引起箱體變形。即使在搬運(yùn)過程中，由于方法不當(dāng)也容易引起箱體變形。

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4）有精度要求較高的孔和平面

這些孔大都是軸承的支承孔，平面大都是裝配的基準(zhǔn)面，它們在尺寸精度、表面粗糙度、形狀和位置精度等方面都有較高要求。其加工精度將直接影響箱體的裝配精度及使用性能。因此，一般說來，箱體不僅需要加工部位較多，而且加工難度也較大。據(jù)統(tǒng)計資料表明，一般中型機(jī)床廠用在箱體類零件的機(jī)械加工工時約占整個產(chǎn)品的15%～20%。

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（二）箱體類零件的技術(shù)要求

上圖為某車床主軸箱簡圖，現(xiàn)以它為例，可歸納為以下5項精度要求：

4/19/202374主軸箱箱體類零件的5項主要精度要求

1）孔徑精度

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。孔徑過大，配合過松，使主軸回轉(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，軸承將因外圈變形而不能正常運(yùn)轉(zhuǎn)，縮短壽命。裝軸承的孔不圓，也使軸承外圈變形而引起主軸徑向跳動。

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因此，對孔的精度要求是較高的。

主軸孔的尺寸公差等級為IT6，其余孔為IT6～I(xiàn)T7。孔的幾何形狀精度未作規(guī)定，一般控制在尺寸公差范圍內(nèi)。4/19/202376

2）孔與孔的位置精度

同一軸線上各孔的同軸度誤差和孔端面對軸線垂直度誤差，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，會影響齒輪的嚙合質(zhì)量。

一般同軸上各孔的同軸度約為最小孔尺寸公差之半。

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3）孔和平面的位置精度

一般都要規(guī)定主要孔和主軸箱安裝基面的平行度要求，它們決定了主軸和床身導(dǎo)軌的相互位置關(guān)系。

這項精度是在總裝通過刮研來達(dá)到的。為了減少刮研工作量，一般都要規(guī)定主軸軸線對安裝基面的平行度公差。在垂直和水平2個方向上，只允許主軸前端向上和向前偏。

4/19/2023784）主要平面的精度

裝配基面的平面度影響主軸箱與床身聯(lián)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，用涂色法檢查接觸面積或單位面積上的接觸點(diǎn)數(shù)來衡量平面度的大小。頂面的平面度要求是為了保證箱蓋的密封性，防止工作時潤滑油泄出。

當(dāng)大批大量生產(chǎn)將其頂面用作定位基面加工孔時，對它的平面度的要求還要提高。

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5）表面粗糙度

重要孔和主要平面的粗糙度會影響聯(lián)接面的配合性質(zhì)或接觸剛度，其具體要求一般用Ra值來評價。

一般主軸孔Ra值為0.4μm，其它各縱向孔Ra值為1.6μm，孔的內(nèi)端面Ra值為3.2μm，裝配基準(zhǔn)面和定位基準(zhǔn)面Ra值為0.63μm～2.5μm，其它平面的Ra值為2.5μm～10μm。

4/19/202380（三）箱體類零件的材料、毛坯及熱處理

箱體零件有復(fù)雜的內(nèi)腔，應(yīng)選用易于成型的材料和制造方法。鑄鐵容易成型、切削性能好、價格低廉，并且具有良好的耐磨性和減振性。

因此，箱體零件的材料大都選用HT200～HT400的各種牌號的灰鑄鐵。最常用的材料是HT200，而對于較精密的箱體零件（如坐標(biāo)鏜床主軸箱）則選用耐磨鑄鐵。

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某些簡易機(jī)床的箱體零件或小批量、單件生產(chǎn)的箱體零件，為了縮短毛坯制造周期和降低成本，可采用鋼板焊接結(jié)構(gòu)。

某些大負(fù)荷的箱體零件有時也根據(jù)設(shè)計需要，采用鑄鋼件毛坯。在特定條件下，為了減輕質(zhì)量，可采用鋁鎂合金或其它鋁合金制做箱體毛坯，如航空發(fā)動機(jī)箱體等。

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鑄件毛坯的精度和加工余量是根據(jù)生產(chǎn)批量而定的。

對于單件小批量生產(chǎn)，一般采用木模手工造型。這種毛坯的精度低，加工余量大，其平面余量一般為7～12mm，孔在半徑上的余量為8～14mm。

在大批大量生產(chǎn)時，通常采用金屬模機(jī)器造型。

此時毛坯的精度較高，加工余量可適當(dāng)減低，則平面余量為5～10mm，孔（半徑上）的余量為7～12mm。4/19/202383

為了減少加工余量，對于單件小批生產(chǎn)直徑大于50mm的孔和成批生產(chǎn)大于30mm的孔，一般都要在毛坯上鑄出預(yù)孔。另外，在毛坯鑄造時，應(yīng)防止砂眼和氣孔的產(chǎn)生；

應(yīng)使箱體零件的壁厚盡量均勻，以減少毛坯制造時產(chǎn)生的殘余應(yīng)力。

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熱處理是箱體零件加工過程中的一個十分重要的工序，需要合理安排。由于箱體零件的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，壁厚也不均勻，因此，在鑄造時會產(chǎn)生較大的殘余應(yīng)力。為了消除殘余應(yīng)力，減少加工后的變形和保證精度的穩(wěn)定，所以，在鑄造之后必須安排人工時效處理。人工時效的工藝規(guī)范為：加熱到500oC～550oC，保溫4h～6h，冷卻速度小于或等于30oC/h，出爐溫度小于或等于200oC。4/19/202385

普通精度的箱體零件，一般在鑄造之后安排一次人工時效處理。

對一些高精度或形狀特別復(fù)雜的箱體零件，在粗加工之后還要安排1次人工時效處理，以消除粗加工所造成的殘余應(yīng)力。有些精度要求不高的箱體零件毛坯，有時不安排時效處理，而是利用粗、精加工工序間的停放和運(yùn)輸時間，使之得到自然時效。

箱體零件人工時效的方法，除了加熱保溫法外，也可采用振動時效來達(dá)到消除殘余應(yīng)力的目的。

4/19/202386（四）箱體類零件的加工方法

箱體零件主要是一些平面和孔的加工，其加工方法和工藝路線常有：

平面加工可用粗刨—精刨、粗刨—半精刨—磨削、粗銑—精銑或粗銑—磨削（可分粗磨和精磨）等方案。其中：刨削生產(chǎn)率低，多用于中小批生產(chǎn)。銑削生產(chǎn)率比刨削高，多用于中批以上生產(chǎn)。

當(dāng)生產(chǎn)批量較大時，可采用組合銑和組合磨的方法來對箱體零件各平面進(jìn)行多刃、多面同時銑削或磨削。4/19/2023874/19/202388

箱體零件上軸孔加工可用粗鏜（擴(kuò)）—精鏜（鉸）或粗鏜（鉆、擴(kuò)）—半精鏜（粗鉸）—精鏜（精鉸）方案。對于精度在IT6，表面粗糙度Ra值小于1.25μm的高精度軸孔（如主軸孔）則還需進(jìn)行精細(xì)鏜或珩磨、研磨等光整加工。

對于箱體零件上的孔系加工，當(dāng)生產(chǎn)批量較大時，可在組合機(jī)床上采用多軸、多面、多工位和復(fù)合刀具等方法來提高生產(chǎn)率。

4/19/2023894/19/2023904/19/202391（五）典型箱體零件加工工藝分析

各種箱體的工藝過程雖然隨著箱體的機(jī)構(gòu)、精度要求和生產(chǎn)批量的不同而有較大差異，但亦有共同特點(diǎn)。下面結(jié)合實(shí)例來分析一般箱體加工中的共性問題。4/19/202392主軸箱是整體式箱體中結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜、要求又高的一種箱體，其加工的難度較大，現(xiàn)以此為例來分析箱體的工藝過程。

4/19/2023934/19/202394主軸箱小批生產(chǎn)工藝過程

序號工序內(nèi)容定位基準(zhǔn)1鑄造2時效3漆底漆4劃線：考慮主軸孔有加工余量，并盡量均勻。劃C、A及E、D加工線5粗、精加工頂面A按線找正6粗、精加工B、C面及側(cè)面D頂面A并校正主軸線7粗、精加工兩端面E、FB、C面8粗、半精加工各縱向孔B、C面9精加工各縱向孔B、C面10粗、精加工橫向孔B、C面11加工螺孔及各次要孔12清洗、去毛刺倒角13檢驗(yàn)4/19/202395主軸箱大批生產(chǎn)工藝過程序號工序內(nèi)容定位基準(zhǔn)1鑄造2時效3漆底漆4銑頂面AI孔與II孔5鉆、擴(kuò)、絞2-Ф8H7工藝孔（將6-M10mm先鉆至Ф7.8mm,絞2-Ф8H7）頂面A及外形6銑兩端面E、F及前面D頂面A及兩工藝孔7銑導(dǎo)軌面B、C頂面A及兩工藝孔8磨頂面A導(dǎo)軌面B、C4/19/2023969粗鏜各縱向孔頂面A及兩工藝孔10精鏜各縱向孔頂面A及兩工藝孔11精鏜主軸孔I頂面A及兩工藝孔12加工橫向孔及各面上的次要孔13磨B、C導(dǎo)軌面及前面D頂面A及兩工藝孔14將2-Ф8H7及4-Ф7.8mm均擴(kuò)鉆至Ф8.5mm，攻6-M10mm15清洗、去毛刺倒角16檢驗(yàn)4/19/202397制訂箱體工藝過程的共同性原則

1）加工順序?yàn)橄让婧罂?/p>

箱體類零件的加工順序均為先加工面，以加工好的平面定位，再來加工孔。

因?yàn)橄潴w孔的精度要求高，加工難度大，先以孔為粗基準(zhǔn)加工平面，再以平面為精基準(zhǔn)加工孔，這樣不僅為孔的加工提供了穩(wěn)定可靠的精基準(zhǔn)，同時還可以使孔的加工余量較為均勻。由于箱體上的孔分布在箱體各平面上，先加工好平面，鉆孔時，鉆頭不易引偏，擴(kuò)孔或絞孔時，刀具也不易崩刃。

特別注意！4/19/202398

2）加工階段粗、精分開

箱體的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，壁厚不均，剛性不好，而加工精度要求又高，故箱體重要加工表面都要劃分粗、精加工兩個階段，這樣可以避免粗加工造成的內(nèi)應(yīng)力、切削力、夾緊力和切削熱對加工精度的影響，有利于保證箱體的加工精度。粗、精分開也可及時發(fā)現(xiàn)毛坯缺陷，避免更大的浪費(fèi)；同時還能根據(jù)粗、精加工的不同要求來合理選擇設(shè)備，有利于提高生產(chǎn)率。

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3）工序間合理按排熱處理

箱體零件的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，壁厚也不均勻，因此，在鑄造時會產(chǎn)生較大的殘余應(yīng)力。

為了消除殘余應(yīng)力，減少加工后的變形和保證精度的穩(wěn)定，所以，在鑄造之后必須安排人工時效處理。

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4）用箱體上的重要孔作粗基準(zhǔn)

箱體類零件的粗基準(zhǔn)一般都用它上面的重要孔作粗基準(zhǔn)，這樣不僅可以較好地保證重要孔及其它各軸孔的加工余量均勻，還能較好地保證各軸孔軸心線與箱體不加工表面的相互位置。

4/19/20231011）粗基準(zhǔn)的選擇

雖然箱體類零件一般都選擇重要孔（如主軸孔）為粗基準(zhǔn)，但隨著生產(chǎn)類型不同，實(shí)現(xiàn)以主軸孔為粗基準(zhǔn)的工件裝夾方式是不同的。

定位基準(zhǔn)的選擇

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①中小批生產(chǎn)時，由于毛坯精度較低，一般采用劃線裝夾。

加工箱體平面時，按線找正裝夾工件，這樣，就體現(xiàn)了以主軸孔為粗基準(zhǔn)。4/19/2023103

②大批大量生產(chǎn)時，毛坯精度較高，可直接以主軸孔在夾具上定位。以主軸孔為粗基準(zhǔn)銑頂面的夾具

1、3、5—支承2—輔助支承4—支架6—擋銷7—短軸8—活動支柱9、10—操縱手柄11—螺桿12—可調(diào)支承13—夾緊塊

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先將工件放在1、3、5預(yù)支承上，并使箱體側(cè)面緊靠支架4，端面緊靠擋銷6，進(jìn)行工件預(yù)定位。然后操縱手柄9，將液壓控制的兩個短軸7伸人主軸孔中。每個短軸上有3個活動