机械制造基础第5章

1、第5章 典型零件加工轴类零件加工5.1套类零件的加工 5.2直齿圆柱齿轮类零件的加工 5.3箱体类零件的加工5.45.1 轴类零件加工5.1.1 轴类零件加工的主要技术要求 5.1.2轴类零件的主要工艺 轴类零件是机械产品中最常见的典型零件之一，它主要用来支撑传动零件，传递转矩、承受载荷，并保证装在轴上的零件（或刀具）具有一定的回转精度。轴类零件的加工表面通常有内外圆柱面、圆锥面以及螺纹、花键、键槽、沟槽等。 5.1 轴类零件加工的主要技术要求 轴类零件的材料一般为碳素结构钢和合金结构钢，以中碳钢45钢应用最多，一般需经调质、表面淬火、渗碳等热处理以获得一定的强度、硬度、韧性和耐磨性。轴类零件

2、常用的毛坯为型材圆棒料和锻件，也有用铸件的。由于这类零件在机器中的作用相似，主要的技术要求也大同小异。1尺寸精度和几何形状精度 轴类零件的主要表面为轴颈，装配传动零件的称配合轴颈，装配轴承的称支撑轴颈。根据轴的使用要求不同，轴颈的尺寸精度通常为IT9IT6，高精度的轴颈为IT5。轴颈的形状精度（圆度、圆柱度）应限制在直径公差范围内，对形状精度要求较高时，则应在零件图样上规定允许的偏差。 2相互位置精度 轴类零件最主要的相互位置精度是配合轴颈轴线相对支撑轴颈轴线的同轴度或配合轴颈相对支撑轴颈轴线的圆跳动。 普通精度的轴，同轴度误差为0.010.03mm，高精度的轴为0.0010.005mm。其他

3、的相互位置精度有轴肩端面对轴线的垂直度等。 3表面粗糙度 配合轴颈的表面粗糙度Ra值一般为1.60.4m，支撑轴颈的表面粗糙度Ra值一般为0.40.1m。 5.1.2 轴类零件的主要工艺 轴类零件除了在技术要求上有一定的共性外，在加工过程上也同样存在着一定的规律性。下面介绍轴类零件在机械加工中的主要工艺。 1定位基准 轴类零件加工时最常用的定位基准是中心孔，其次是外圆表面。轴线是轴上各个外圆表面的设计基准，以轴两端的中心孔作精基准符合基准重合原则和基准统一原则，加工后的各外圆表面可以获得很高的位置精度。作为主要精基准的中心孔必须有足够高的精度和足够的支撑力，因此，中心孔结构尺寸的大小应与两端轴

4、颈尺寸大小相适应，锥角应准确，两端中心孔轴线应重合，并在加工过程中始终保持洁净。 粗加工时切削力很大，为提高工艺系统的刚度，常采用轴的外圆或外圆与中心孔共同作为定位基准。带孔的轴在加工孔时也常采用外圆作定位基准。 带通孔的轴加工外圆时，可使用带中心孔的锥堵或锥套心轴装夹。通孔直径较小时，可直接在孔口加工出宽度不大于2mm的60锥面，以代替中心孔。 2加工顺序的安排 按照先粗后精的原则，将粗、精加工分开进行。先完成各表面的粗加工，再完成半精加工和精加工，而主要表面的精加工则放在最后进行。轴是回转体，各外圆表面的粗、半精加工一般采用车削，精加工采用磨削，有些精密轴类零件的轴颈表面还需要进行光整加工

5、。 粗加工外圆表面时，应先加工大直径外圆，再加工小直径外圆，以免因直径差距增大而使小直径处的刚度下降，成为极易引起弯曲变形和振动的薄弱环节。 轴上的花键、键槽、螺纹等表面的加工，一般都安排在外圆半精加工以后、精加工以前进行。 3热处理工序的安排 结构尺寸不大的中碳钢普通轴类零件，一般在切削加工前进行调质处理。对于重要的轴类零件（如机床主轴），则必须根据需要，正确、合理地安排好各种热处理，以保证轴的力学性能及加工精度要求，并改善工件的切削性能。一般在毛坯锻造后安排正火处理，达到消除锻造应力，改善切削性能的目的；粗加工后安排调质处理，以提高零件的综合力学性能，并作为需要表面淬火或氮化处理的零件的预

6、备热处理；轴上有相对运动的轴颈和经常拆卸的表面，需要进行表面淬火处理，安排在精加工前 。 4轴类零件的典型工艺加工过程轴类零件的典型工艺加工过程如下： 毛坯准备正火加工端面和中心孔粗车调质半精车花健、键槽、螺纹等加工表面淬火粗磨精磨。 5.2 套类零件的加工5.2.1 套类零件加工的主要技术要求 5.2.2 套类零件的主要工艺 5.2.1 套类零件加工的主要技术要求 套类零件所用材料随零件工作条件而异，常用材料有低碳钢、中碳钢、合金钢、铸铁、青铜、黄铜等。有些滑动轴承采用双金属材料结构。套类零件的毛坯选择与零件的材料、结构、尺寸等因素有关。不同材料、结构的零件加工要求也不同，但它们总存在着一定

7、的共性。 1尺寸精度和几何形状精度 套类零件的内圆表面是起支撑或导向作用的主要表面，它通常与运动着的轴、刀具或活塞相配合。套类零件内圆直径的尺寸精度一般为IT7，精密的轴套有时达IT6；形状精度应控制在孔径公差以内，一些精密轴套的形状精度则应控制在孔径公差的1/21/3，甚至更严。对于长的套筒零件，形状精度除圆度要求外，还应由圆柱度要求。 套类零件的外圆表面是自身的支撑表面，常以过盈配合或过渡配合同箱体、机架上的孔相连接。外圆直径的尺寸精度一般为IT7IT6，形状精度控制在外径公差以内。 2相互位置精度 内、外圆之间的同轴度是套类零件最主要的相互位置精度要求，一般为0.050.01mm。 当套

8、类零件的端面（包括凸圆端面）在工作中须承受轴向载荷，或虽不承受轴向载荷，但加工时用做定位面时，则端面对内孔轴线应有较高的垂直度要求，一般为0.050.02mm。 3表面粗糙度 为保证零件的功用和提高其耐磨性，内圆表面粗糙度Ra值应为1.60.1m，要求更高的内圆，Ra值应为3.20.4m。 5.2.2 套类零件的主要工艺 套类零件的主要加工表面为外圆和内孔，主要加工方法是车削和磨削，其结构特点是孔壁较薄，加工中因夹紧力、切削力、内应力、切削热等因素的影响容易产生变形，加工中精度不易保证。下面介绍套类零件加工的主要工艺。 1孔的加工方法 孔的加工方法很多，选择时需要考虑零件结构的特点、材料、孔径

9、的大小、长径比、精度及表面粗糙度要求，以及生产规模等各种因素。常用的粗加工和半精加工方法有钻孔、扩孔、车孔、镗孔、铣孔等；常用的精加工方法有铰孔、磨孔、拉孔、研孔等。2表面相互位置精度的保证方法 套类零件的内孔和外圆表面间的同轴度及端面和内孔轴线间的垂直度一般均有较高的要求。为达到这些要求，常用以下的方法。 （1）在一次安装中完成内孔、外圆及端面的全部加工。由于消除了工件安装误差的影响，可以获得很高的相互位置精度；但这种方法工序比较集中，不适合于尺寸较大（尤其是长径比较大时）工件的装夹和加工，故多用于尺寸较小的轴类零件的加工。 （2）当不能在一次安装中同时完成内、外圆表面加工时，内孔与外圆的加

10、工应遵循互为基准的原则。 内、外圆表面须经几次安装，反复加工时，常采用先终加工孔，再以孔为精基准终加工外圆的加工顺序。因为这种方法所用夹具（心轴）结构简单，制造和安装误差较小，可保证较高的位置精度。 由于工艺需要先终加工外圆，再以外圆为精基准终加工内孔，为获得较高的位置精度，必须采用定心精度高的夹具，如弹性膜片卡盘、液性塑料夹具、经修磨后的三爪自定心卡盘及软爪等。 3防止套类零件变形的工艺措施 （1）毛坯选择模锻件，选用合适的无缝钢管，以减小锻造时的内应力，锻造后进行正火处理以消除锻造应力。模锻件尺寸精确，可减小加工余量，从而减小切削引起的变形。（2）为减小切削力和切削热的影响，粗、精加工应分

11、开进行，使粗加工产生的变形在精加工中得以纠正。对于壁厚很薄、加工中极易变形的工件，采用工序分散原则，并在加工时控制合理的切削用量及走刀次数。 （3）为减小夹紧力的影响，工艺上可采取改变夹紧力方向的措施，将径向夹紧改为轴向夹紧。当只能采用径向夹紧时，应尽可能使径向夹紧力沿圆周均匀分布，如使用过渡套、弹性套等。（4）为减小热处理的影响，热处理工序应安排在粗、精加工阶段之间，并适当增加精加工工序的加工余量，以保证热处理引起的变形在精加工中得以纠正。 （5）粗加工后应安排一道低温回火工序，用以消除内应力。（6）为保证内、外圆表面粗糙度要求和形状精度，内孔采用研磨，外圆增加抛光工序。（7）加工中进行充分

12、的冷却。 5.3直齿圆柱齿轮类零件的加工 5.3.1 直齿圆柱齿轮类零件加工的主要技术要求 5.3.2直齿圆柱齿轮类零件的主要工艺5.3.1 直齿圆柱齿轮类零件加工的主要技术要求 用的齿轮材料有15钢、45钢等碳素结构钢；受力大、精度高的齿轮常用合金结构钢，如20Cr，40Cr，20CrMnTi，38CrMoAL等。齿轮的毛坯决定于齿轮的材料、结构形状、尺寸规格、使用条件及生产批量等因素，常用的有棒料、锻造毛坯、铸钢或铸铁毛坯等。齿轮类零件的主要结构特点是径向尺寸较大，轴向尺寸相对较小，主要几何结构有孔、外圆、端面、键槽、齿面等。下面介绍直齿圆柱齿轮类零件加工的主要技术要求。 1齿轮精度和齿侧

13、间隙 GB10095渐开线圆柱齿轮精度中对齿轮及齿轮副规定了12个精度等级。其中，12级为超精密等级；35级为高精度等级；68级为中等精度等级；912级为低精度等级。用切齿工艺方法加工机械中普遍应用的等级为7级。按照齿轮各项误差的特性及它们对传动性能的主要影响，齿轮的各项公差和极限偏差分为3个公差组（见表5.4）。根据齿轮使用要求不同，各公差组可以选用不同的精度等级。 2齿轮基准表面的精度 齿轮基准表面的尺寸误差和形状位置误差直接影响齿轮与齿轮副的精度，因此GB10095附录中对齿坯公差做了相应的规定。对于精度等级为68级的齿轮，带孔齿轮基准孔的尺寸公差和形状公差为IT6IT7，连轴齿轮基准轴

14、的尺寸公差和形状公差为IT5IT6，用做测量基准的齿顶圆直径公差为IT8；基准面的径向和端面圆跳动公差为1122m（分度圆直径不大于400mm的中小齿轮）。 3表面粗糙度 齿轮齿顶面及齿坯基准面的表面粗糙度，对齿轮的寿命、传动中的噪声有一定的影响。68级精度的齿轮，齿面表面粗糙度Ra值一般为0.83.2m，基准孔为0.81.6m，基准轴颈为0.41.6m，基准端面为1.63.2m，齿顶圆柱面为3.2m。5.3.2 直齿圆柱齿轮类零件加工的主要工艺 齿轮的主要加工表面有齿面和齿轮基准面，后者包括带孔齿轮的基准孔、连轴齿轮的基准轴、切齿加工时的安装端面，以及用以找正齿坯位置或测量齿厚时用作测量基准

15、的齿顶圆柱面。直齿圆柱齿轮类零件加工时有哪些主要的工艺问题呢？ 1定位基准 齿轮加工定位基准的选择应符合基准重合的原则，尽可能与装配基准、测量基准一致，同时在齿轮加工的整个过程中（如滚、剃、珩齿等），应选用同一定位基准，以保持基准统一。 连轴齿轮的齿坯和齿面加工与一般轴类零件加工相似。直径较小的连轴齿轮，一般采用两端中心孔作为定位基准；直径较大的连轴齿轮，由于自重及切削力较大，不宜用中心孔作定位基准，而应选用轴颈和端面圆跳动较小的端平面作为定位基准。 带孔齿轮或装配式齿轮的齿圈，常使用专用心轴，以齿坯内孔和端面作定位基准。这种方法定位精度高，生产效率也高，适用于成批生产。单件小批量生产时，则常

16、用外圆和端面作定位基准，以省去心轴，但要求外圆对于孔的径向圆跳动要小，这种方法生产率较低 2齿坯加工 齿坯加工主要包括带孔齿轮的孔和端面、连轴齿轮的中心孔及齿圈外圆和端面的加工。（1）齿坯孔加工的主要方案如下： 钻孔扩孔铰孔插键槽 钻孔扩孔拉孔磨孔 车孔或镗孔拉或插键槽磨孔（2）齿坯外圆和端面主要采用车削。大批、大量生产时，常采用高生产率机床加工齿坯，如多轴或多工位、多刀半自动机床；单件、小批生产时，一般采用通用车床，但必须注意内孔和基准面的精加工应在一次安装内完成，并在基准端面作标记。 3齿面切削方法的选择 齿面切削方法的选择主要取决于齿轮精度等级、生产批量、生产条件和热处理要求。78级精度

17、不淬硬的齿轮可用滚齿或插齿达到要求；67级精度不淬硬的齿轮可用滚齿剃齿达到要求；67级精度淬硬的齿轮在生产批零较小时可采用滚齿（或插齿）齿面热处理磨齿的加工方案，生产批量大时可采用滚齿剃齿齿面体热处理珩齿的加工方案。 4圆柱齿轮的加工工艺过程（1）只需调质热处理的齿轮毛坯制造毛坯热处理（正火）齿坯粗加工调质齿坯精加工齿面粗加工齿面精加工。（2）齿面须经过表面淬火的中碳钢结构钢、合金结构钢齿轮毛坯制造正火齿坯粗加工调质齿坯半精加工齿面粗加工（半精加工）齿面表面淬火齿坯精加工齿面精加工。（3）齿面须经过与渗碳或渗氮的齿轮毛坯制造正火齿坯粗加工正火或调质齿坯半精加工齿面半精加工渗碳淬火或渗氮齿坯精加

18、工齿面精加工。 5.4 箱体类零件的加工5.4.1 箱体类零件加工的主要技术要求 5.4.2 箱体类零件加工的主要工艺问题 5.4.1箱体类零件加工的主要技术要求 各种箱体由于应用不同，其结构形状差异很大。但它们有着共同的结构特点：结构形状复杂，内部呈空腔，箱壁较薄且不均匀，其上有许多精度要求很高的轴承孔和装配用的基准面，此外，还有一些精度要求不高的紧固孔和次要平面，因此，箱体上需要加工的部位较多，加工难度也较大。箱体类零件的毛坯材料常用灰铸铁，有时也用铸钢、铝合金或镁合金等。下面介绍箱体类零件加工的主要技术要求。1轴承孔的尺寸、形状精度要求 普通机床的主轴箱，主轴轴承孔的尺寸精度为IT6，形

19、状误差小于孔径公差的1/2，表面粗糙度Ra值为1.60.8m；其他轴承孔的尺寸精度为IT7，形状误差小于孔径公差，表面粗糙度Ra值为3.21.6m。2轴承孔的相互位置精度要求 （1）轴承孔的中心距和轴线的平行度一般机床箱体轴承孔的中心距偏差为(0.0250.06)mm，轴线的平行度公差在300mm长度内为0.03mm。 （2）同轴线的轴承孔的同轴度安装同一轴的前、后轴承孔之间有同轴度的要求，以保证轴的顺利装配和正常回转。机床主轴轴承孔的同轴度误差一般小于0.008mm，一般孔的同轴度误差不超过最小孔径公差的一半。 （3）轴承孔轴线对装配基准面的平行度和对端面的垂直度 机床主轴轴线对装配基准面的

20、平行度误差会影响机床的加工精度，对端面的垂直度误差会影响机床主轴端面圆跳动。一般机床主轴轴线对装配基准面的平行度公差在650mm长度内为0.03mm；对端面的垂直度公差为0.0150.02mm。 3箱体主要平面的精度要求 一般机床箱体装配基准面和定位基准面的平面度公差在0.030.10mm范围内，表面粗糙度Ra值为3.21.6m。箱体上其他平面对装配基准面的平行度公差，一般在全长范围内为0.050.20mm，垂直度公差在300mm长度内为0.060.10mm。 5.4.2箱体类零件加工的主要工艺问题 由于箱体类零件结构复杂，箱体上需要加工的部位较多，加工难度较大，同时各方面的精度要求也较高，其加工工艺也比较复杂。下面简单介绍箱体类零件加工的主要工艺问题。 1定位基准的选择 （1）粗基准的选择。根据粗基准的选择原则，首先考虑箱体上要求最高的轴承孔（如主轴轴承孔）的加工余量应均匀，并要兼顾其余加工面均有适当的余量；其次要纠正箱体内壁非加工表面与加工表面的相对位置偏差，防止因内壁与轴承孔位置不正而引起齿轮碰壁。一般选择主轴轴承孔和一个与其相距较远的轴承孔作为粗基准。 （2）精基准的选择。首先考虑基准统一原则，以保证箱体上诸多轴承孔和平面之间有较高的相互位置精度，通常选择装配基准面为精基准。装配基准面是诸多孔系和平面的设计基准，因此能使定位基准、设计基准重