机械制造技术第一章3-8

1、第一章 典型表面的加工工艺 1.1 平面加工 1.2 外圆表面加工 1.3 孔加工 1.4 成形表面加工1.1 平面加工 1.1.1 平面的技术要求 1.1.2 平面加工方案分析 1.1.3平面的加工方法 根据平面所起的作用不同，大致可以分为如下几种： (1) 非配合平面 (2) 配合平面 (3) 导向平面 (4) 端平面 (5) 精密量具表面 1.1.1 平面的技术要求 1 形状精度 指平面本身的直线度、平面度公差。 2 位置尺寸及位置精度 指平面与其他表面之间的位置尺寸公差及平行度、垂直度公差等。 3 表面质量 指表面粗糙度、表面波度和表层物理力学性能等 1.1.2 平面加工方案分析 1

2、低精度平面的加工 2 中等精度平面的加工 3. 高精度平面的加工 4精密平面的加工 平面加工方案框图 1.1.3平面的加工方法1平面的车削加工 2平面的铣削加工 （1）粗铣平面（2）精铣平面 3平面的刨削加工和拉削加工（1）粗刨平面（2）精刨平面4平面的磨削加工 （1）端面磨削 （2）圆周磨削 5平面的光整加工 （1）平面的研磨 （2）平面的刮研 （3）平面抛光 6 电解磨削平面、线切割平面 1.2 外圆表面加工 1.2.1 外圆表面的技术要求 1.2.2 外圆表面加工方案分析 1.2.3 外圆表面的加工方法1.2.1 外圆表面的技术要求 （1）尺寸精度 （2）形状精度 （3）位置精度 （4）

3、表面质量 1.2.2 外圆表面加工方案分析 1 低精度外圆表面的加工 2 中等精度外圆表面的加工 3 较高精度外圆表面的加工 (1) 粗车一半精车磨 (2) 粗车半精车精车 4. 高精度外圆表面的加工 (1)粗车一半精车粗磨精磨 (2)粗车一半精车精车精细车 5. 精密外圆表面的加工 外圆表面的加工方案 1.2.3 外圆表面的加工方法 1. 外圆表面的车削加工 2. 细长轴外圆表面的车削加工 3. 外圆表面的磨削加工 4. 外圆表面的精密加工1. 外圆表面的车削加工 (1) 粗车 (2) 半精车 (3) 精车 (4) 精细车 多刀加工 在车床上改装的液压仿形刀架加工示意图 2. 细长轴外圆表面

4、的车削加工（1）细长轴外圆的车削特点及其工艺措施细长轴加工时具有如下特点：1）细长轴刚性很差，在车削时如装夹不当，很容易因切削力及重力的作用而发生弯曲变形，产生振动，从而影响加工精度和表面粗糙度。2）细长轴的热扩散性能差，在切削热的作用下，会产生相当大的线膨胀。如果轴的两端为固定支承，则会因受挤而弯曲变形。当轴以高速旋转时，这种弯曲所引起的离心力，将使弯曲变形进一步加剧。3）由于细长轴比较长，加工时一次走刀所需时间多，刀具磨损较大，从而增加了工件的几何形状误差。针对上述特点，车削细长轴外圆时，通常采取以下相应措施：1）针对刚性差的问题，可增大车刀主偏角，使径向切削分力减小；改变走刀方向，使工件

5、在切削时受轴向分力作用形成拉应力状态；改进工件的装夹方法，采用中心架或跟刀架以增强工件刚性。2）对热变形大的问题，可改进刀具几何角度，如采取大前角以减少切削热；充分使用冷却液，减少工件所吸收的热量；采用弹簧顶尖，当工件受热膨胀时，可以压缩尾座顶尖的弹簧而自由伸长，避免发生弯曲变形。3）针对刀具磨损问题，可以选用硬度和耐磨性较高的刀片材料，并提高刀片的刃磨质量，以延长刀具使用寿命。 （2）细长轴外圆的车削方法 通常，车削细长轴时，多采用中心架或跟刀架。由于使用中心架车削，需要接刀，同时不能一次车削全长，而且提高工件的刚性也不如跟刀架明显，所以多数情况车削细长轴均采用跟刀架。但使用跟刀架时，支承工

6、件的两个支承块对工件的压力要适当，压力过小，甚至没有接触，则不能起到提高工件刚性的作用；若压力过大，工件被压向车刀，切深增加。车出的工件直径就小，当跟刀架继续移动后，支承块支承在小直径外圆上，支承块与工件脱离切削力使工件向外让开，切削深度减小，车出的直径就变大，以后跟刀架又再跟到大直径外圆上，又把工件压向车刀，使车出的直径减小，这样连续有规律的变化，就会把细长工件车成“竹节”形。此外，跟刀架支承块的弧面形状对所车细长轴的精度也有较大的影响。 （3）细长轴的先进切削法反向走刀车削法 特点： 1）细长轴左端缠有一圈钢丝，利用三爪卡盘夹紧，以减少接触面积，使工件在卡盘内能自由调节其位置，避免夹紧时形

7、成弯曲力矩，且切削过程中发生的变形也不会因卡盘夹死而产生内应力。 2）尾架顶尖改成弹性顶尖，当工件因切削热发生线膨胀伸长时，顶尖能自动后退可避免热膨胀引起的弯曲变形。 3）采用三个支承块跟刀架，以提高工件刚性。 4）改变走刀方向，使大拖板由车头向尾架移动。由于细长轴左端固定在卡盘内，可以自由伸缩，所以反向走刀后，工件受拉力，不易产生弹性弯曲变形。而且反向走刀的平稳性也比正向走刀好，其原因是反向走刀时车床小齿轮与床身上齿条的啮合比较好。 由于采取这些措施，所以反向走刀车削法能达到较高的加工精度和较低的表面粗糙度。 反向走刀法 3. 外圆表面的磨削加工 （1）磨削方式 （2）提高外圆磨削生产率的措

8、施 1）缩短辅助时间 2）缩短机动时间无心磨削原理 多片砂轮磨削曲轴轴颈的示意图 4. 外圆表面的精密加工 （1）低粗糙度磨削 （2）超精加工 超精加工过程大致有四个阶段： 强烈切削阶段； 正常切削阶段； 微弱切削阶段； 自动停止切削阶段： 磨粒微刃及磨削中微刃变化 超精加工运动 1-回转运动 2-进给运动 3-往复运动 超精加工轨迹 （3）光整加工 （4）滚压加工 1）滚压加工原理 滚压加工是采用硬度较高的滚压轮或滚珠，对半精加工的零件表面在常温条件下加压，使零件受压点产生弹性及塑性变形。 2) 滚压加工特点 滚压加工与切削加工相比有许多优点，因此常常取代部分切削加工，成为精密加工的一种方法

9、，其特点如下： 1）滚压对前工序要求。滚压前工序表面粗糙度不低于Ra 5m，压前表面要洗净，直径方向加工余量为0.020.03m。滚压后表面粗糙度为Ra 0.630.16m。 2）滚压能使表面粗糙度变细，强化零件加工表面，其形状精度及相互位置精度主要取决于前道工序，如果前工序圆柱度、圆度较差，反而会出现表面粗糙度不匀现象。 3）滚压对象是塑性的金属零件，并且要求材料组织均匀。 滚压加工示意图 (a)滚轮滚压 (b)滚珠滚压1.3 孔加工 1.3.1 内孔表面的技术要求 1.3.2 内孔表面加工方案分析 1.3.3 内孔表面的加工方法1.3.1 内孔表面的技术要求 1. 尺寸精度 指孔径和孔深的

10、尺寸精度及孔系中孔与孔、孔与相关表面间的尺寸精度等。 2. 形状精度 指内孔表面的圆度、圆柱度及素线直线度和轴线直线度等。 3. 位置精度 指孔与孔(或与外圆表面)间的同轴度、对称度、位置度、径向圆跳动，孔与孔(或与相关平面)间的垂直度、平行度、倾斜度等。 4. 表面质量 指内孔表面的粗糙度及表层物理力学性能的要求等。 1.3.2 内孔表面加工方案分析根据各种零件内孔表面的尺寸、长径比、精度和表面粗糙度要求，在实体材料上加工内孔，其加工方案大致有以下几类：1 低精度内孔表面的加工 对精度要求不高的未淬硬钢件、铸铁件及有色金属件，经一次钻孔粗糙度可达到要求。2 中等精度内孔表面的加工 对于精度要

11、求中等的未淬硬钢件、铸铁件及有色金属件，当孔径小于30mm时，采用钻孔后扩孔；孔径大于30mm，采用钻孔后粗镗达到要求。3 较高精度内孔表面的加工 对于精度要求较高的除淬硬钢外的零件内孔表面，当孔径小于20mm时，应采用钻孔后铰孔；孔径大于20mm时，视具体条件，选用下列方案之一：钻扩铰；钻粗镗精镗；钻镗(或扩)磨；钻拉。4 高精度内孔表面的加工 对于精度要求很高的内孔表面，当孔小于20mm时，可采用钻粗铰精铰方案。孔径大于20mm时，视具体条件，选用下列方案之一：钻扩(或镗)粗铰精铰；钻粗拉精拉；钻扩(较大孔采用镗)粗磨精磨。对于箱体零件的孔系加工，一般采用钻或粗镗半精镗精镗浮动镗，在这条加

12、工路线中当工件毛坯上已有毛坯孔时，第一道工序安排粗镗，无毛坯孔时则第一道工序安排钻孔，后面的工序视零件的精度要求再作安排。5精密内孔表面的加工 对于精度要求更高的精密内孔表面，可在高精度内孔表面加工方案的基础上，视情况分别采用手铰、精细镗、精拉、精磨、研磨、珩磨、挤压或滚压等精细加工方法加工。内孔表面加工方案框图 1.3.3 内孔表面的加工方法 1. 钻孔 2. 扩孔 3. 铰孔 4. 镗孔 5. 磨孔 6. 深孔加工 7. 内孔的精密加工 8. 箱体的孔系加工1. 钻孔 钻孔是采用钻头在实心材料上加工孔的一种方法。 钻孔时钻头容易产生偏斜，从而导致被加工孔的轴心线歪斜。为防止和减少钻头的偏斜

13、，工艺上常采用下列措施： 1) 钻孔前先加工孔的端面，以保证端面与钻头轴心线垂直。 2) 先采用90顶角直径大而且长度较短的钻头预钻一个凹坑，以引导钻头钻削，此方法多用于转塔车床和自动车床，防止钻偏。 3) 仔细刃磨钻头，使其切削刃对称。 4) 钻小孔或深孔时应采用较小的进给量。 5) 采用工件回转的钻削方式，注意排屑和切削液的合理使用。 2. 扩孔 扩孔是采用扩孔钻对已钻出、铸出或锻出孔的进一步加工的方法。 扩孔常作为精加工(如铰孔)前的准备工序，也可作为要求不高的孔的终加工工序。3. 铰孔 铰孔是对未淬硬孔进行精加工的一种方法。 铰孔主要用于加工中小尺寸的孔，孔的直径范围一般为3150mm

14、。铰孔对纠正孔的位置误差的能力很差，因此，孔的有关位置精度应由铰孔前的预加工工序保证。此外，铰孔不宜于加工短孔、深孔和断续孔。 4. 镗孔 镗孔是在扩孔的基础上发展而成的一种常用的孔加工方法，可以作为粗加工，也可作为精加工，加工范围很广。 镗孔刀具因受孔径尺寸的限制，一般刚性较差，镗孔时容易产生振动，生产率较低。但是由于不需要专用的尺寸刀具(如铰刀)，镗刀结构简单，又可在多种机床上进行镗孔，故单件小批生产中，镗孔是较经济的方法。此外，镗孔能够修正前工序加工所导致的轴心线歪斜和偏移，从而可以提高位置精度。5. 磨孔 采用磨头对淬火孔进行孔的精加工方法，一般在内圆磨床上进行。 内圆磨削工艺范围行星

15、式内圆磨削原理图 无心内圆磨削原理图 6. 深孔加工一般将孔的长度L与孔径D之比(L/D)大于5的孔称为深孔。（1）深孔加工的工艺特点由于零件较长，工件安装常用“一夹一托”方式，孔的粗加工多选用深孔钻削或镗削，对要求较高的孔则采用铰削、珩磨或滚压等工艺方法。深孔加工存在的问题：1) 由于深孔刀具一般都比较细长，强度和刚性较差，从而将导致加工的孔轴心线歪斜，加工中也容易发生引偏和振动。2) 刀具的冷却散热条件差，切削温度升高会使刀具的耐用度降低。3) 切屑排出困难，不仅会划伤已加工表面，严重时会引起刀具崩刃甚至折断。针对上述三方面问题，工艺上常采用如下措施：1) 为解决刀具引偏，宜采取工件旋转的

16、方式及改进刀具导向结构。2) 为解决散热和排屑，采用压力输送切削液以冷却刀具和排出切屑；同时改进刀具结构，使其既能有一定压力的切削液输入和断屑，又有利于切屑的顺利排出。深孔加工示意图 （2）深孔钻削方法 在单件小批生产中，深孔钻削常采用加长麻花钻在普通车床或转塔车床上进行。 （3）深孔精加工 经过钻削的深孔，若需要进一步提高孔的尺寸精度和直线度，以及使表面粗糙细化等，可采用镗刀头镗孔和浮动镗孔(浮动铰孔)。7. 内孔的精密加工当套筒零件内孔加工精度要求很高和表面粗糙度要求很细时，内孔精加工之后还需要进行精密加工。 （1）精细镗精细镗由于最初是使用金刚石作刀具材料，所以又称金刚镗。 （2）研磨研

17、磨孔的原理与研磨外圆相同。研具通常是采用铸铁制的心棒，表面开槽以贮存研磨剂。内孔研磨的工艺特点尺寸精度可达IT6级以上；表面粗糙度Ra为0.10.01m。2) 孔的位置精度只能由前工序保证。3) 生产率低，研磨之前孔必须经过磨削、精铰或精镗等工序，对中小尺寸孔，研磨加工余量约为0.025mm。（3）珩磨珩磨是用46根砂条组成的珩磨头对内孔进行光整加工。（4）滚压 微调镗刀 1-镗杆 2-套筒 3-刻度导套 4-微调刀杆 5-刀片 6-垫圈 7-夹紧螺钉 8-弹簧 9-键研磨棒 利用螺纹调压的珩磨头 l-本体 2-调整 3-砂条座 4-顶块 5-砂条6-弹簧箍 7-弹簧 8-螺母磨粒在孔表面上形

18、成的轨迹 油缸滚压头1-心轴 2-盖板 3-圆锥形滚柱 4-销子 5-锥套 6-套圈 7-压缩弹簧 8-衬套 9-止推轴承 10-过渡套 11-调节螺母8. 箱体的孔系加工 （1）平行孔系加工 （2）同轴孔系加工 （3）交叉孔系的加工 （4）箱体孔系加工的自动化 孔系分类 坐标测量装置 用镗模加工孔系 调头镗时工件的校正 深孔镗头 l-对刀块 2-前导向块 3-调节螺钉 4-后导向块 5-刀体深孔铰刀头 1-螺钉 2-导向块 3-刀体 4-楔形块 5-调节螺母 6-锁紧螺母 7-接头1.4 成形表面加工 1.4.1 齿形加工 1.4.2 复杂型面的加工1.4.1 齿形加工 1. 齿轮的技术要求

19、 2. 齿形加工方案选择 3. 齿形加工方法1. 齿轮的技术要求 （1）传递运动的准确性 （2）传动的平稳性 （3）载荷分布的均匀性 （4）传动侧隙 2. 齿形加工方案选择 齿形加工方案的选择，主要取决于齿轮的精度等级、生产批量和齿轮热处理方法等。 8级或8级以下精度齿轮的加工方案：对于不淬硬齿轮用滚齿或插齿就能满足要求；对于淬硬齿轮可采取滚(插)齿齿端加工齿面热处理修正内孔的加工方案。热处理前的齿形加工精度应比图纸要求提高一级。 67级精度的齿轮有两种加工方案：剃珩齿方案： 滚(插)齿齿端加工剃齿表面淬火修正基准珩齿；磨齿方案： 滚(插)齿齿端加工渗碳淬火修正基准磨齿。 剃珩齿方案生产率高，广泛用于7级精度齿轮的成批生产中。磨齿方案生产率低，一般用于6级精度以上或虽低于6级但淬火后变形较大的齿轮。 对于5