机械制造工艺学第五讲-典型零件加工与加工方法

第3章

典型零件加工与加工方法13.13.23.3轴类零件加工圆柱齿轮加工箱体加工内容提纲23.1轴类零件加工3.1.1概述轴类零件是各种机器中常见的典型零件之一，其主要功用是支承传动零部件（齿轮、皮带轮、离合器等）、传递扭矩和承受载荷。根据其形状结构特点可分为光轴、空心轴、半轴、阶梯轴、花键轴、十字轴、偏心轴、曲轴和凸轮轴等。33.1轴类零件加工3.1.1概述轴类零件的技术要求是根据其主要功用和工作条件制定的，下面以CA6140型车床主轴为例进行分析。43.1轴类零件加工3.1.1概述轴类零件的技术要求：（1）尺寸精度。轴的支承轴颈、配合轴颈是轴类零件的主要表面，它影响轴的旋转精度与工作状态。支承轴颈和配合轴颈的尺寸精度通常为IT6～9级公差，特别精密的轴颈为IT5级，甚至更高。

（2）几何形状精度。轴的形状精度主要指圆度、圆柱度，一般应限制在直径公差范围内。对支承轴颈、配合轴颈来说，圆度、圆柱度公差一般为6～9级形状公差。（3）相互位置精度。轴的位置精度的基本要求是保证配合轴颈相对支承轴颈的同轴度、径向圆跳动，以及定位端面与轴心线的垂直度，一般为5～10级位置公差。（4）表面粗糙度。轴的表面大都有粗糙度的要求。53.1轴类零件加工3.1.1概述轴类零件应根据不同工作条件和使用要求选用不同的材料和不同的热处理，以获得一定的强度、韧性和耐磨性。一般轴类零件的材料常用45号钢。对于中等精度而转速较高的轴，可选用40Cr等合金结构钢。轴承钢GCr15和弹簧钢65Mn可制造较高精度的轴。对于高转速、重载荷等条件下工作的轴，可选用20CrMnTi、20Mn2B等低碳合金钢或38CrMoAl中碳合金渗氮钢。。轴类零件最常用的毛坯有圆棒料和锻件，只有某些大型、结构复杂的轴使用铸件。轴的质量除与所选钢材种类有关外，还与毛坯形式及热处理有关。凡精度要求较高的轴，常在粗加工后、淬火前安排调质处理。轴类零件的最终热处理，一般包括局部淬火后回火、渗碳淬火、氮化等。63.1轴类零件加工3.1.2CA6140车床主轴的加工工艺主轴的支承轴颈、配合轴颈、锥孔、前端圆锥面及端面、锁紧螺母的螺纹等表面要求较高，是轴的主要加工表面。其中，支承轴颈本身的尺寸精度、几何形状精度、相互位置精度以及表面粗糙度要求更高，这是主轴加工中的主要矛盾。73.1轴类零件加工3.1.2CA6140车床主轴的加工工艺序号工序名称工序简图加工设备1备料2精锻立式精锻机3热处理正火4铬头5铣端面和钻中心孔专用机床6荒车车各外圆面卧式车床83.1轴类零件加工3.1.2CA6140车床主轴的加工工艺序号工序名称工序简图加工设备7热处理调质220～240HBS8车大端各部卧式车床C620

B9仿形车小端各部仿形车床CE712010钻深孔专用深孔钻床11车小端内锥孔（配1：20锥堵）卧式车床C620

B93.1轴类零件加工3.1.2CA6140车床主轴的加工工艺序号工序名称工序简图加工设备12车大端锥孔（配MorseNo.6锥堵）；车前端圆锥面及端面卧式车床C620

B13钻大端端面各孔钻模，Z55钻床14热处理高频淬火f90g6mm，短锥及MorseNo.6锥孔，HRC45～5015精车各外圆并车槽数控车床CSK616316粗磨外圆二段万能外圆磨床M1432103.1轴类零件加工3.1.2CA6140车床主轴的加工工艺序号工序名称工序简图加工设备17粗磨MorseNo.6锥孔内圆磨床M212018粗精铣花键花键铣床YB601619铣键槽铣床X5220车大端内侧面及三段螺纹（配螺母）卧式车床CA614021粗精磨各外圆及E、F两端面万能外圆磨床M1432A113.1轴类零件加工3.1.2CA6140车床主轴的加工工艺序号工序名称工序简图加工设备22粗精磨圆锥面专用组合磨床23精磨MorseNo.6内锥孔主轴锥孔磨床24检查按图样技术要求项目检查123.1轴类零件加工3.1.2CA6140车床主轴的加工工艺在拟定主轴零件加工工艺过程时，应考虑下列共性问题。1）加工阶段的划分主轴加工通常以主要表面加工为主线，划分为三个阶段：粗加工阶段，包括粗车各挡外圆、钻中心通孔等；半精加工阶段，包括半精车各挡外圆及两端锥孔、精镗中心通孔等；精加工阶段，包括粗、精磨各挡外圆或锥孔，其他次要表面适当穿插在各个阶段进行。各阶段的划分大致以热处理为界。一般精度的主轴，精磨为最终工序。对于精密主轴，还应有光整加工阶段。2）定位基准的加工选择轴类零件加工的定位基准，最常用的为两顶尖孔。采用两中心孔作为定位基准，能最大限度地在一次安装中加工出多个外圆，且位置精度易于保证，又符合基准统一原则。CA6140车床主轴属于空心主轴，在其加工过程中，作为定位基准的中心孔将因钻出通孔而消失，因此必须交替使用中心孔和外圆表面作为定位基面。为了在通孔加工以后还能使用中心孔作为定位基准，一般都采用带中心孔的锥堵或锥套心轴133.1轴类零件加工3.1.2CA6140车床主轴的加工工艺3）热处理工序的安排（1）毛坯热处理：主轴锻造后安排正火或退火。（2）预备热处理：通常采用调质或正火处理，安排在粗加工后。（3）最终热处理：包括局部淬火后回火、渗碳淬火和氮化等。最终热处理视主轴材料而异，一般安排在精加工前进行。（4）定性处理：对于精密主轴，在淬火后还要进行定性处理。定性处理一般采用冰冷处理。4）工序安排顺序一般主轴加工工序的安排可归纳为：备料→锻造毛坯→正火→车端面打中心孔→粗车→调质→半精车→精车→表面淬火→粗、精磨外圆表面→磨内锥孔。但在具体安排工序时，还应注意以下几点。（1）基准先行。（2）深孔加工：应安排在调质以后进行。（3）外圆表面的加工顺序：先加工大直径外圆，然后再加工小直径外圆。（4）次要表面加工顺序：次要表面的加工穿插在各个加工阶段。143.1轴类零件加工3.1.2CA6140车床主轴的加工工艺5）主轴锥孔的磨削主轴的前端锥孔是安装顶尖或定位心轴的定位基准，它的质量好坏直接影响车床的质量，所以主轴锥孔磨削是轴加工的关键工序。轴的锥孔磨削工序一般选支承轴颈作为定位基准。单件小批生产时，可在一般磨床上进行加工。尾端夹持在四爪卡盘上，前端用中心架支承在前锥附近的精密外圆上，经过严格校正后方可进行加工。这种方法辅助时间长，生产效率低，质量不稳定。成批生产大都采用专用夹具进行加工。153.2圆柱齿轮加工3.2.1概述圆柱齿轮是由齿圈和轮体两部分构成的，在齿圈上切出直齿、斜齿等齿形，而在轮体上有孔或带有轴。轮体的结构形状直接影响齿轮加工工艺的制订。因此，齿轮可根据齿轮轮体的结构形状来划分。163.2圆柱齿轮加工3.2.1概述齿轮传动精度的高低，对整个机器的工作性能、承载能力和使用寿命都有很大的影响。根据齿轮的使用条件，对齿轮传动主要提出以下四个方面的精度要求。（1）传递运动准确性（运动精度）。（2）传递运动平稳性。

（3）载荷分布均匀性。（4）齿侧间隙合理化。173.2圆柱齿轮加工3.2.1概述齿轮材料是根据齿轮工作条件进行选择的。常用的材料有锻钢、铸钢和铸铁，其中用锻钢制成的齿轮在各种机械中使用最多。此外，也有用有色金属、非金属材料的夹布胶木、塑料、尼龙等制造齿轮的。齿轮加工中根据不同的目的，一般安排如下两种热处理工序。①毛坯热处理：齿坯粗加工前后安排正火或调质，目的是消除锻造及粗加工引起的残余应力，改善材料的切削性能和提高综合机械性能。②齿面热处理：齿形加工后，常要对齿面进行渗碳淬火、高频淬火、碳氮共渗或氮化等热处理工序，目的是提高齿面的硬度及耐磨性。齿轮的毛坯形式主要有棒料、锻件和铸件。183.2圆柱齿轮加工3.2.2圆柱齿轮的机械加工工艺过程及工艺分析齿轮加工的工艺路线是根据齿轮材质和热处理要求，齿轮结构及尺寸大小、精度要求，生产批量和车间设备条件而定的。通常主要工艺路线可归纳如下：毛坯制造→毛坯热处理→齿坯加工→检验→齿形加工→齿端加工→齿面热处理→精基准修正→齿形精加工→检验193.2圆柱齿轮加工3.2.2圆柱齿轮的机械加工工艺过程及工艺分析203.2圆柱齿轮加工3.2.2圆柱齿轮的机械加工工艺过程及工艺分析序号工序内容及要求定位基准设备1锻造2正火3粗车各部，均留余量1.5mm外圆、端面转塔车床4精车各部，内孔至锥孔塞规刻线外露6～8mm，其余达图样要求外圆、内孔、端面C6165滚齿

齿面内孔、B端面Y386倒角内孔、B端面倒角机7插键槽达图样要求外圆、B端面插床8去毛刺9剃齿内孔、B端面Y571410热处理：齿面淬火后硬度达HRC50～5511磨内锥孔，磨至锥孔小端面齿面、B端面M22012珩齿达图样要求内孔、B端面Y571413终结检验213.2圆柱齿轮加工3.2.2圆柱齿轮的机械加工工艺过程及工艺分析1）定位基准选择齿轮加工的定位基准应尽可能与设计基准相一致，即要符合“基准重合”原则以避免由于基准不重合而产生的误差，同时在齿轮加工整个过程中（如滚、剃、珩等）应选用同一定位基准，以保持基准统一。（1）连轴齿轮。连轴齿轮的齿坯、齿形加工与一般轴类零件加工相似，对于直径小的连轴齿轮，一般可采用两端中心孔或锥体作为定位基准；对于直径大的轴齿轮，由于自重和切削力较大，两端中心孔不适宜作定位基准，而是选用轴颈和一个端面（以端面跳动较小的端平面为宜）作为定位基准。

（2）整体带孔齿轮（或装配式齿轮的齿圈）。若以齿坯内孔和端面作为定位基准，则可采用专用心轴，这种方法定位精度高，生产率也高，适用于成批生产。如果以外圆和端面作为定位基准，则不需要心轴，但要求外圆的径向跳动小。这种方法生产率低，故适用于单件小批生产。223.2圆柱齿轮加工3.2.2圆柱齿轮的机械加工工艺过程及工艺分析2）齿坯加工齿形加工前的齿轮加工称为齿坯加工。齿坯内孔、端面或外圆经常作为定位、测量和装配的基准，所以齿坯的精度对整个齿轮的精度有着重要的影响。齿坯加工的主要内容包括齿坯的孔加工、端面和中心孔的加工（对于轴类齿轮），以及齿圈外圆和端面的加工。轴类齿轮和套筒齿轮的齿坯，加工过程和一般轴、套类零件基本相同，下面主要讨论盘类齿轮齿坯的加工工艺方案。齿坯的加工工艺方案主要取决于齿轮的轮体结构和生产类型。①大批大量生产的齿坯加工。大批大量加工中等尺寸齿轮齿坯时，多采用“钻—拉—多刀车”的工艺方案。②成批生产的齿坯加工。成批生产齿坯时，常采用“车—拉—车”的工艺方案。③单件小批生产的齿坯加工。单件小批生产齿轮时，一般齿坯的孔、端面及外圆的粗、精加工都在通用车床上经过两次装夹完成。233.2圆柱齿轮加工3.2.2圆柱齿轮的机械加工工艺过程及工艺分析3）齿形切削加工齿形切削加工按其加工原理又可分为成型法（仿形法）和展成法（范成法）两种。成型法加工是采用刀刃形状与被加工齿轮齿槽形状相仿的成型刀具来进行齿形加工，常用的有模数铣刀铣齿、齿轮拉刀拉齿和成型砂轮磨齿等。一般铣齿时，模数小的齿轮用盘状模数铣刀，模数大的齿轮用指状模数铣刀。展成法加工是利用齿轮啮合原理进行的齿形加工，常见的有滚齿、插齿、剃齿、珩齿和磨齿等。这种加工方法的精度和生产率较高，在生产中广泛应用。

243.3箱体加工3.3.1概述箱体零件是各类机器的基础零件之一，它将机器和部件中的轴、套、齿轮等相关零件连接成一个整体，并使之保持正确的相互位置，按规定的传动关系协调地运动。因此，箱体零件的加工质量直接影响机器的性能、工作精度和使用寿命。箱体的种类很多，按其功用可分有主轴箱、变速箱、操纵箱、进给箱等。箱体的结构形状一般都比较复杂，壁薄且不均匀，内部呈腔形，在箱壁上既有许多精度较高轴承支承孔和平面需要加工，也有许多精度要求不高的紧固孔需要加工。因此，箱体零件不仅需要加工的部位较多，而且加工难度也较大。

253.3箱体加工3.3.1概述箱体零件的技术要求是根据其用途、工作条件等因素制订的，对于不同行业（如汽拖、航海、航空、机床、起重等），所用的箱体要求是不同的。（1）孔径精度（2）孔与孔的相互位置精度（3）孔与平面的相互位置精度（4）主要平面的精度（5）表面粗糙度一般箱体材料常选用HT200～400灰铸铁，因为灰铸铁具有较好的耐磨性、减振性和良好的铸造性，而且成本又低。坐标镗床的主轴箱用耐磨合金铸铁，有时某些负荷较大的箱体采用铸钢件。也有些简易箱体和单件、小批生产的箱体为了