典型零件工艺规程设计实例.ppt

第六章 典型零件工艺规程设计实例,机械产品中的零件有各式各样，千差万别，但就其结构形状而言均有一定的共性。根据其结构形状特征，可将其分为轴类、套类、盘类、机座类、箱体类、连杆类等。就其加工类型，可分为平面加工、孔类加工、外圆加工、成型面加工、异形面加工等。,各类零件结构不同，其机加工工艺也有所不同。,本章分别从轴类、盘套类及箱体类零件进行讲解。,1,第六章 典型零件工艺规程设计实例,6.1 典型轴类零件加工工艺过程,6.1.1 概述,2,6.1.1 概述,轴类零件的功用、分类及结构特点,功用：为支承传动零件（支承齿轮、皮带轮等）、传动扭矩、承受载荷，以及保证装在主轴上的工件或刀具具有一定的回转精度。 分类：轴类零件按其结构形状的特点，可分为光轴、阶梯轴、空心轴和异形轴（包括曲轴、凸轮轴和偏心轴等）四类。 若按轴的长度和直径的比例来分，又可分其为刚性轴（L/d12）和挠性轴（L/d12）两类。 表面特点：外圆、内孔、圆锥、螺纹、花键、横向孔。,3,图6-1 轴的种类 a)光轴 b)空心轴 c)半轴 d)阶梯轴 e)花键轴 f)十字轴 g）偏心轴 h)曲轴 i) 凸 轮轴,4,6.1.1 概述,尺寸精度：轴颈是轴类零件的主要表面，它影响轴的回转精度及工作状态。根据其使用要求通常将其轴颈的直径精度分为IT69，精密轴颈可达IT5 。 形状精度：轴颈的几何形状精度（圆度、圆柱度）一般应限制在直径公差的范围之内。当几何形状精度要求较高时，可在零件图上另行规定其公差 。 (形状公差尺寸公差) 位置精度：主要指装配传动件的配合轴颈相对于装配轴承的支承轴颈的同轴度，通常用配合轴颈对支承轴颈的径向圆跳动来表示。根据使用要求，规定高精度轴的径跳为0.0010.005mm，一般精度轴的径跳为0.010.03mm。 此外还有内、外圆柱面的同轴度和轴向定位端面与轴心线的垂直度要求等。 （普通车床主轴结构图）,5,6.1.1 概述,表面粗糙度：根据零件的表面工作部位的不同，可有不同的表面粗糙度值。例如普通机床主轴支承轴颈的表面粗糙度为Ra0.160.63um，配合轴颈的表面粗糙度为Ra0.632.5um。随着机器运转速度的增大和精密程度的提高，轴类零件表面粗糙度值要求也将越来越小。,轴类零件的材料 一般轴类零件常用45钢，根据不同的工作条件采用不同的热处理规范（如正火、调质、淬火等），以获得一定的强度、韧性和耐磨性 。,合理选用材料和规定热处理的技术要求，对提高轴类零件的强度和使用寿命有重要意义，同时，对轴的加工过程也有极大的影响。,6,6.1.1 概述,轴类零件的材料 对中等精度而转速较高的轴类零件，可选用40Cr等合金钢。这类钢经调质和表面淬火处理后，具有较高的综合力学件能。对精度较高的轴，有时还用轴承钢(GCrls)和弹簧钢(65Mn)等材料，它们通过调质和表面淬火处理后，具有更高的耐磨性和耐疲劳性能。 对于在高转速、重载荷等条件下工作的轴，可选用20CrMnTi、20Cr等低碳含金钢或38CrMoAIA氮化钢。低碳合金钢经渗碳淬火处理后，具有很高的表面硬度、抗冲击韧性和心部强度，热处理变形却很小。 轴类零件的毛坯 轴类零件的毛坯最常用的是圆棒料和锻件，只有某些大型的、结构复杂的轴才采用铸件。,7,6.1.1 概述,校正：校正棒料毛坯在制造、运输和保管过程中产生的弯曲变形，以保证加工余量均匀及送料装夹的可靠。 校正可在各种压力机上进行。 切断：当采用棒料毛坯时，应在车削外圆前按所需长度切断。切断可在弓锯床上进行，高硬度棒料的切断可在带有薄片砂轮的切割机上进行。 切端面钻中心孔：中心孔是轴类零件加工最常用的定位基准面，为保证钻出的中心孔不偏斜，应先切端面后再钻中心孔。 荒车：如果轴的毛坯是自由锻件或大型铸件，则需要进行荒车加工，以减少毛坯外圆表面的形状误差，使后续工序的加工余量均匀。,轴类零件在切削加工之前，应对其毛坯进行预加工。预加工包括校正、切断、切端面钻中心孔和荒车等。,8,6.1.1 概述,（1）以工件的顶尖孔定位：在轴的加工中，零件各外圆表面、锥孔、螺纹表面之间的同轴度，端面对旋转轴线的垂直度是其相互位置精度的主要项目，这些表面的设计基准一般都是轴的中心线。若用两顶尖孔定位，符合基准重合的原则。顶尖孔不仅是车削时的定位基准，也是其它加工工序的定位基准和检验基准，又符合基准统一原则。当采用两顶尖孔定位时，还能够最大限度地在一次装夹中加工出多个外圆和端面。 （2）以外圆或外圆顶尖孔作为定位基准（一夹一顶）：用两顶尖孔定位虽然定心精度高，但刚性差，尤其是加工较重的工件时不够稳固，切削用量也不能太大。粗加工时，为了提高零件的刚度，可采用轴的外圆表面和一个顶尖孔作为定位基准来加工。这种定位方法能承受较大的切削力矩，是轴类零件最常见的一种定位方法。 （3）以两外圆表面作为定位基准： 在加工空心轴的内孔时（例如：机床上莫氏锥度的内孔加工），不能采用中心孔作为定位基准，可用轴的两外圆表面作为定位基准。当工件是机床主轴时，常以两支撑轴颈（装配基准）为定位基准，可保证锥孔相对支撑轴颈的同轴度要求，消除基准不重合而引起的误差。,9,6.1.1 概述,（4）以带有中心孔的锥堵作为定位基准：在加工空心轴的外圆表面时，往往还采用带中心孔的锥堵或锥套心轴作为定位基准，见图6-2所示。,锥堵或锥套心轴应具有较高的精度，锥堵和锥套心轴上的中心孔既是其本身制造的定位基准，又是空心轴外圆精加工的基准。因此必须保证锥堵或锥套心轴上锥面与中心孔有较高的同轴度。在装夹中应尽量减少锥堵的安装次数，减少重复安装误差。实际生产中，锥堵安装后，中途加工一般不得拆下或更换，直至加工完毕。,图 6-2 锥堵和锥套心轴 a)锥堵 b）锥套心轴,10,6.1.1 概述,由以上对轴类零件定位基准的分析，也就确定了该类零件在加工中的装夹方法： （1）用三爪或四爪卡盘夹紧 用三爪卡盘直接夹紧工件外圆或用四爪卡盘配合指示表对工件进行找正并夹紧。（图6-3） （2）用前后两顶尖对工件进行夹紧，即“两头顶”。适于切削力不太大的情况。 （图6-4a、d） （3）一端用三爪卡盘，另一端用顶尖，即“一夹一顶”。适于切削力较大的粗加工。 （图6-4c） （4）三爪卡盘夹一头，中心架托一头，即“一夹一托”。适于加工轴向孔或车端面或钻中心孔。 （图6-4b） （5）用V型块。适于在轴上铣削键槽加工。 （6）用专用夹具。大批量生产时设计专用夹具。,11,6.1.1 概述,图6-3 用百分表找正,6.1.1 概述,12,图6-4 轴类零件的装夹方法图例,6.1.1 概述,13,第六章 典型零件工艺规程设计实例,6.1 典型轴类零件加工工艺过程,6.1.2 传动轴,14,实例1 传动轴机加工工艺规程设计,轴类零件是常见的典型零件之一。其中，以台阶轴的加工工艺较为典型，反映了轴类零件加工的大部分内容与基本规律。 现以减速箱中传动轴为例，介绍一般的台阶轴加工工艺。,15,图6-5 减速箱传动轴零件图,16,传动轴设计工艺规程实例,1、零件图样分析 图6-4所示零件是减速器中的传动轴。它属于台阶轴类零件，由圆柱面、轴肩、螺纹、螺尾退刀槽、砂轮越程槽和键槽等组成。轴肩一般用来确定安装在轴上零件的轴向位置，各环槽的作用是使零件装配时有一个正确的位置，并使加工中磨削外圆或车螺纹时退刀方便；键槽用于安装键，以传递转矩；螺纹用于安装各种锁紧螺母和调整螺母。 根据工作性能与条件，该传动轴图样规定了主要轴颈M，N，外圆P、Q以及轴肩G、H、I有较高的尺寸、位置精度和较小的表面粗糙度值，并有热处理要求。这些技术要求必须在加工中给予保证。因此，该传动轴的关键工序是轴颈M、N和外圆P、Q的加工。,2确定毛坯 该传动轴材料为45钢，因其属于一般传动轴，故选45钢可满足其要求。 本例传动轴属于中、小传动轴，并且各外圆直径尺寸相差不大，故选择60mm的热轧圆钢作毛坯。 3确定主要表面的加工方法 传动轴大都是回转表面，主要采用车削与外圆磨削成形。由于该传动轴的主要表面M、N、P、Q的公差等级(IT6)较高，表面粗糙度Ra值(Ra=0.8 um)较小，故车削后还需磨削。外圆表面的加工方案可为： 粗车半精车磨削。,4确定定位基准 合理地选择定位基准，对于保证零件的尺寸和位置精度有着决定性的作用。由于该传动轴的几个主要配合表面(Q、P、N、M)及轴肩面(H、G)对基准轴线A-B均有径向圆跳动和端面圆跳动的要求，它又是实心轴，所以应选择两端中心孔为基准，采用双顶尖装夹方法，以保证零件的技术要求。 粗基准采用热轧圆钢的毛坯外圆。中心孔加工采用三爪自定心卡盘装夹热轧圆钢的毛坯外圆，车端面、钻中心孔。但必须注意，一般不能用毛坯外圆装夹两次钻两端中心孔，而应该以毛坯外圆作粗基准，先加工一个端面，钻中心孔，车出一端外圆；然后以已车过的外圆作基准，用三爪自定心卡盘装夹(有时在上工步已车外圆处搭中心架)，车另一端面，钻中心孔。如此加工中心孔，才能保证两中心孔同轴。,5划分阶段 对精度要求较高的零件，其粗、精加工应分开，以保证零件的质量。 该传动轴加工划分为三个阶段：粗车(粗车外圆、钻中心孔等)，半精车(半精车各处外圆、台阶和修研中心孔及次要表面等)，粗、精磨(粗、精磨各处外圆)。各阶段划分大致以热处理为界。 6热处理工序安排 轴的热处理要根据其材料和使用要求确定。对于传动轴，正火、调质和表面淬火用得较多。该轴要求调质处理，并安排在粗车各外圆之后，半精车各外圆之前。,综合上述分析，传动轴的工艺路线如下： 下料车两端面、钻中心孔粗车各外圆调质修研中心孔半精车各外圆、车槽、倒角车螺纹划键槽加工线铣键槽修研中心孔磨削检验。,7、加工尺寸和切削用量 传动轴磨削余量可取0.5mm，半精车余量可选用1.5mm。加工尺寸可由此而定，见该轴加工工艺卡的工序内容。 车削用量的选择，单件、小批量生产时，可根据加工情况由工人确定；一般可由机械加工工艺手册或切削用量手册中选取。,8拟定工艺过程 定位精基准面，即两中心孔应在粗加工之前加工，在调质之后和磨削之前各需安排一次修研中心孔的工序。调质之后修研中心孔为消除中心孔的热处理变形和氧化皮，磨削之前修研中心孔是为提高定位精基准面的精度和减小锥面的表面粗糙度值。 拟定传动轴的工艺过程时，在考虑主要表面加工的同时，还要考虑次要表面的加工：在半精加工52mm、44mm及M24mm等次要表面时，应车到图样规定的尺寸，同时加工出各退刀槽、倒角和螺纹；,8拟定工艺过程（续：加工主要表面同时，也要考虑次要表） 同时，三个键槽也应在半精车后以及磨削之前铣削加工出来，这样可保证铣键槽时有较精确的定位基准，又可避免在精磨后铣键槽时破坏已精加工的外圆表面。 在拟定工艺过程时，还应一并考虑检验工序的安排、检查项目及检验方法的确定等。 综上所述，所确定的该传动轴加工工艺过程见表6-1。,M241.56g,17,9传动轴机械加工工艺过程工序简图 为了清楚表达各工序的内容及加工要求，后面画出了传动轴加工工艺过程的工序简图。,传动轴设计工艺规程实例,M241.56g,18,工序2 工步3,4,5的 工序简图,工步3：粗车46mm外圆至48mm，长118mm 工步4：粗车35mm外圆至37mm，长66mm 工步5：粗车M24mm外圆至26mm，长14mm,19,工序2 工步8,9,10、11的 工序简图,工步8：粗车52mm外圆至54mm 工步9：粗车35mm外圆至37mm，长93mm 工步10：粗车30mm外圆至32mm，长36mm 工步11：粗车M24mm外圆至26mm，长16mm,20,工序4 的 工序简图,钳工：在车床上修研两端中心孔,21,工序5 工步1,2,3、4、5、6的 工序简图,工步1：半精车46mm外圆至46.5mm，长120mm ；工步2：半精车35mm外圆至35.5mm，长68mm ；工步3：半精车M24mm外圆至 ，长16mm；工步4：半精车2个3mm0.5mm环槽；工步5：半精车3mml.5mm环槽；工步6：倒外角1mm45,3处。,22,工序5 工步713的 工序简图,工步7：半精车35mm外圆至35.5mm,长95mm；工步8：半精车30mm外圆至35.5mm长38mm；工步9：半精M24mm外圆至 ,长18mm；工步10：半精车44mm至尺寸，长4mm；工步11：车2个3 mm0.5mm环槽；工步12：车3mml.5mm环槽；工步13：倒外角lmm45, 4处。,23,工序6 工步1,2的 工序简图,工步1：车M24mml.5mm-6g至尺寸。调头，双顶尖装夹 工步2：车M24mm1.5mm6g至尺寸。,24,工序8 工步1,2,3的 工序简图,工步1：铣键槽12mm36mm，保证尺寸4141.25mm 工步2：铣键槽8mml6mm，保证尺寸2626.25mm 工步3：铣止动垫圈槽6mml6mm，保证20.5mm至尺寸,25,工序9 的 工序简图,钳工：在车床上修研两端中心孔,26,工序10 工步18的 工序简图,工步1：磨外圆350.008mm至尺寸；工步2：磨轴肩面I ；工步3：磨外圆300.0065mm至尺寸；工步4：磨轴肩面H , 调头，双顶尖装夹；工步5：磨外圆P至尺寸；工步6：磨轴肩面G ；工步7：磨外圆N至尺寸；工步8：磨轴肩面F 。,27,第六章 典型零件工艺规程设计实例,6.1 典型轴类零件加工工艺过程,6.1.3 小轴,28,图6.1.3-1 小轴零件图,小轴类零件工艺过程制定,设定：毛坯45钢 圆钢型材,标准公差表,29,一、零件结构分析 该小轴主体部分分别是直径为20和15的光轴，精度均为h5,须经磨削加工方可达到要求。其中，20外圆上有512的键槽，15上有一径向的6通孔。 20孔轴线对15轴线有0.04的同轴度。因此，15为20的设计基准。,小轴类零件工艺过程制定,二、加工类型 车、磨、钻、铣、钳,三、基准选择 （1）根据基准先行原则，应以20轴线为基准车15，之后再以15轴线为基准车20，均留取一定量的磨削余量。 （2）铣键槽和钻孔时，定位基准的选择？,四、工艺路线制定 根据生产类型的不同，分为： （1）单件小批生产时； （2）成批生产时。,30,单件小批量生产时 小轴的工艺过程卡,h5,1、卡20，车15端面、外圆及中间部外圆，钻中心孔；倒角、切槽。调头，卡15外圆，切20端面，打中心孔（保证总长）；且20外圆、切槽，倒角。(相应直径均留出磨量) 2、铣键槽； 3、钻6孔； 4、磨各外圆； 5、检验。,31,h5,单件小批量生产时 小轴的工艺过程卡,32,1、卡20，车15端面、外圆及中间部外圆，钻中心孔；倒角、切槽。调头，卡15外圆，切20端面，打中心孔（保证总长）；且20外圆、切槽，倒角。(相应直径均留出磨量) 2、铣键槽； 3、钻6孔； 4、磨各外圆； 5、检验。,h5,单件小批量生产时 小轴的工艺过程卡,33,1、卡20，车15端面、外圆及中间部外圆，钻中心孔；倒角、切槽。调头，卡15外圆，切20端面，打中心孔（保证总长）；且20外圆、切槽，倒角。(相应直径均留出磨量) 2、铣键槽； 3、钻6孔； 4、磨各外圆； 5、检验。,h5,单件小批量生产时 小轴的工艺过程卡,34,1、卡20，车15端面、外圆及中间部外圆，钻中心孔；倒角、切槽。调头，卡15外圆，切20端面，打中心孔（保证总长）；且20外圆、切槽，倒角。(相应直径均留出磨量) 2、铣键槽； 3、钻6孔； 4、磨各外圆； 5、检验。,h5,单件小批量生产时 小轴的工艺过程卡,35,1、卡20，车15端面、外圆及中间部外圆，钻中心孔；倒角、切槽。调头，卡15外圆，切20端面，打中心孔（保证总长）；且20外圆、切槽，倒角。(相应直径均留出磨量) 2、铣键槽； 3、钻6孔； 4、磨各外圆； 5、检验。,h5,成批生产时 小轴的工艺过程卡,1、三爪卡盘卡15端，车20端面，打中心孔，并车一段20外圆（45mm，留磨量）；2、三爪装夹20端，车15端面，保证总长76，打中心孔。3、三爪软装夹已车出的一小段20外圆（配顶尖），车20、15外圆（留磨量），切各外沟槽及倒角至尺寸（留磨量）；4、铣键槽；5、钻6孔；6、磨各外圆；7、检验。,36,h5,成批生产时 小轴的工艺过程卡,37,1、三爪卡盘卡15端，车20端面，打中心孔，并车一段20外圆（45mm，留磨量）；2、三爪装夹20端，车15端面，保证总长76，打中心孔。3、三爪软装夹已车出的一小段20外圆（配顶尖），车20、15外圆（留磨量），切各外沟槽及倒角至尺寸（留磨量）；4、铣键槽；5、钻6孔；6、磨各外圆；7、检验。,h5,成批生产时 小轴的工艺过程卡,38,1、三爪卡盘卡15端，车20端面，打中心孔，并车一段20外圆（45mm，留磨量）；2、三爪装夹20端，车15端面，保证总长76，打中心孔。3、三爪软装夹已车出的一小段20外圆（配顶尖），车20、15外圆（留磨量），切各外沟槽及倒角至尺寸（留磨量）；4、铣键槽；5、钻6孔；6、磨各外圆；7、检验。,h5,成批生产时 小轴的工艺过程卡,39,1、三爪卡盘卡15端，车20端面，打中心孔，并车一段20外圆（45mm，留磨量）；2、三爪装夹20端，车15端面，保证总长76，打中心孔。3、三爪软装夹已车出的一小段20外圆（配顶尖），车20、15外圆（留磨量），切各外沟槽及倒角至尺寸（留磨量）；4、铣键槽；5、钻6孔；6、磨各外圆；7、检验。,40,第六章 典型零件工艺规程设计实例,6.2 典型盘套类零件 加工工艺过程,6.2.1 概述,41,6.2.1 概述,功用：套筒类零件是指在回转体零件中的空心薄壁件，是机械加工中常见的一种零件，在各类机器中应用很广，主要起支承或导向作用。 结构特点：套筒类零件的结构与尺寸随其用途不同而异，但其结构一般都具有以下特点：外圆直径 d一般小于其长度L，通常L/d5；内孔与外圆直径之差较小，故壁薄易变形较小 ；内外圆回转面的同轴度要求较高；结构比较简单。 分类：由于功用不同，其形状结构和尺寸有很大的差异，常见的有支承回转轴的各种形式的轴承圈、轴套；夹具上的钻套和导向套；内燃机上的气缸套和液压系统中的液压缸、电液伺服阀的阀套等都属于套类零件。其大致的结构形式如图 6.2.1、图6.2.2所示。,42,图6.2.1 套筒类件的结构形式,a）、 b）滑动轴承 c）钻套 d）轴承衬套 e）气缸套 f）液压缸,43,图6.2.2 套筒类件技术要求标注,技术要求：套筒类零件的外圆表面多以过盈或过渡配合与机架或箱体孔相配合起支承作用。内孔主要起导向作用或支承作用，常与运动轴、主轴、活塞、滑阀相配合。有些套筒的端面或凸缘端面有定位或承受载荷的作用。套筒类零件虽然形状结构不一，但仍有共同特点和技术要求，根据使用情况可对套筒类零件的外圆与内孔提出如下要求。,44,技术要求（续） 1)内孔与外圆的精度要求 外圆直径精度通常为 IT5IT7, 表面粗糙度为Ra50.63,要求较高的可达Ra 0.04；内孔作为套类零件支承或导向的主要表面，要求内孔尺寸精度一般为IT6IT7，为保证其耐磨性要求，对表面粗糙度要求较高（Ra2.50.16）。有的精密套筒及阀套的内孔尺寸精度要求为IT4IT5，也有的套筒（如油缸、气缸缸筒）由于与其相配的活塞上有密封圈，故对尺寸精度要求较低，一般为IT8IT9，但对表面粗糙度要求较高，Ra一般为 2.51.6。 2)几何形状精度要求 通常将外圆与内孔的几何形状精度控制在直径公差以内即可；对精密轴套有时控制在孔径公差的 1/21/3 ， 甚至更加严格。对较长套筒除圆度有要求以外，还应有孔的圆柱度要求。为提高耐磨性，有的内孔表面粗糙度要求为Ra1.60.1，有的高达 Ra0.025。套筒类零件外圆形状精度一般应在外径公差内，表面粗糙度为Ra3.20.4。,45,技术要求（续） 3)位置精度要求 位置精度要求：主要应根据套类零件在机器中功用和要求而定。如果内孔的最终加工是在套筒装配（如机座或箱体等）之后进行时，可降低对套筒内、外圆表面的同轴度要求；,如果内孔的最终加工是在装配之前进行时，则同轴度要求较高，通常同轴度为0.010.06mm。套筒端面（或凸缘端面）常用来定位或承受载荷，对端面与外圆和内孔轴心线的垂直度要求较高，一般为 0.050.02mm 。,46,套类零件技术要求标注项目,47,图6.2.2 套筒类件技术要求标注,48,套类零件的毛坯制造方式的选择与毛坯结构尺寸、材料和生产批量的大小等因素有关。孔径较大（一般直径大于20mm）时，常采用型材（如无缝钢管）、带孔的锻件或铸件；孔径较小（一般小于20mm）时，一般多选择热轧或冷拉棒料，也可采用实心铸件；大批大量生产时，可采用冷挤压、粉末冶金等先进工艺，不仅节约原材料，而且生产率及毛坯质量精度均可提高。 毛坯材料选择：主要取决于零件的功能要求、结构特点及使用时的工作条件。套筒类零件一般用钢、铸铁、青铜或黄铜和粉末冶金等材料制成。有些特殊要求的套类零件可采用双层金属结构或选用优质合金钢，双层金属结构是应用离心铸造法在钢或铸铁轴套的内壁上浇注一层巴氏合金等轴承合金材料，采用这种制造方法虽增加了一些工时，但能节省有色金属，而且又提高了轴承的使用寿命。 套筒类零件的功能要求和结构特点决定了套筒类零件的热处理方法有渗碳淬火、表面淬火、调质、高温时效及渗氮。,49,（1）盘套类零件在直径方向上的设计基准是内孔、外圆的中心线，因此，加工中在该方向上常用内孔或外圆做定位基准面（用来体现其基准中心线），并通过它们互为基准反复加工，以提高其位置精度。当两端的外圆和端面相对于孔的轴线都有位置精度要求时，一般应以孔轴线做定位基准，采用心轴装夹车削或磨削其他表面（基准重合、互为基准）（图6.2.3a示） （2）在加工中粗、精加工分开进行（先粗后精），并尽量做到“一刀活”（即体现工序集中原则，一次装夹中尽可能多地加工完成孔及与其相关的表面的加工，以获得较高的位置精度）。 （图6.2.3b示）,图6.2.3 盘套类零件定位基准的选择,50,1、保证位置精度的方法,（1）在一次装夹中加工内外圆表面及端面 当盘套的尺寸较小时，常用长棒料作为毛皮，棒料可穿入机床主轴通孔，用三爪卡盘卡住棒料外圆，在一次装夹下加工出棒料的内孔、外圆及端面。这种工艺方案由于消除了安装误差对加工精度的影响，因而能保证较高的相互位置精度。在这种情况下影响零件内孔外圆同轴度及与端面垂直度的主要因素就是机床精度。图6.2.4示,一般套筒类零件在机械加工中的主要问题是保证内外圆的位置精度（同轴度及轴线与端面的垂直度）和防止变形。,若工件尺寸较大，毛皮不能通过主轴同孔时，也可在备坯时将其长度尺寸加大一些供装夹使用。只是这样较浪费材料。,这种加工一般安排在自动车床、转塔车床等工序集中的机床上进行。,图6.2.4 一次装夹加工工件,51,实例：1,图6.2.5 衬套零件,右图示为一衬套零件，其机加工工艺过程如表6.2.1所示。(单件生产),52,装夹方法的确定,图6.2.6,（2）全部加工分在几次安装中进行，先加工孔，然后以孔为定位基准加工外圆表面 用这种方法加工套筒，由于孔精加工常采用拉孔、滚压孔等工艺方案，生产效率高，同时可以解决镗孔和磨孔时因镗杆、砂轮杆刚性差而引起的加工误差。当以孔为基准加工套筒的外圆时，常用刚度较好的小锥度心轴安装工件。小锥度心轴结构简单、易于制造，心轴用两顶尖孔安装，其安装误差很小，因此，可以获得较高的位置精度。,图6.2.7,53,图6.2.8为常见的心轴结构。,图6.2.8,使用心轴注意事项： 、外圆直径与内孔直径相差悬殊，或内孔尺寸过小的不适宜用心轴装夹； 、内孔长度过短的，即内孔长度不足工件长度2/3的也不适宜用心轴装夹。 以上两类零件可采用外圆为基准的装夹方法。 、当工件孔精度较低或工件较长时，可在两端孔口各加工出一段 的锥面，用两个顶尖对顶定位。,54,实例：2,图6.2.7所示轴套零件。 其加工工艺过程见表6.2.2。（成批生产）,图6.2.7,表6.2.2 轴承零件的机加工工艺过程,55,装夹方法的确定,（3）全部加工分在几次安装中进行，先加工外圆，然后以外圆表面为定位基准加工内孔 这种定位方案，若用一般的三爪卡盘定位夹紧一样，因卡盘的偏心误差较大，会降低工件的同轴度。故须采用定心精度较高的夹具，以保证工件获得较高的同轴度。一般采用软卡爪装夹工件(由于软卡爪是按照共建直径大小车制的，三爪的旋转中心与主轴轴心一致，故能保证工件的位置精度)。图6.2.8是软卡爪的典型结构。 工件较长时采用“ 一夹一托” 法。如较长的套筒一般多采用这种方法。,图6.2.8,56,软卡爪通常是在旧的废弃的硬卡爪上焊接一块碳钢而得，制作方便，且可反复焊接使用，但定位精度比心轴差，径向误差约0.030.06mm，轴向误差约0.020.04mm。 四爪单动卡盘的加紧力较大，当夹持长度较短需要较大的夹紧力或工件内、外圆位置精度要求较高需打表找正时，均可选用四爪卡盘，但较费时。,57,2、防止变形的方法,（1）减少夹紧力对变形的影响 夹紧力不宜集中于工件的某一部分，应使其分布在较大的面积上，以减小其单位面积所受压力，从而减小变形。如工件外圆夹紧时，可以使用软卡盘夹紧，用来增加工件的宽度和长度(如图6.2.9示)，同时软卡盘应采用自镗的措施，以减少安装误差，提高加工精度。,薄壁套筒在加工过程中，往往由于加紧力、切削力和切削热的影响而引起变形，致使加工精度降低。需要热处理的薄壁套筒，如果热处理工序安排不当，也会造成不可校正的变形。防止薄壁套筒的变形，可采取如下措施：,58,图6.2.9 用软卡盘夹紧工件,图6.2.10 用开缝套筒装夹薄工件,图6.2.9是采用开缝套筒装夹薄壁工件，由于开缝套筒与工件接触面积达，夹紧力均匀分布在工件外圆上，不易产生变形。当薄壁套筒以孔为定位基准时，宜采用可涨心轴。, 采用轴向夹紧工件的夹具。图6.2.10示，由于工件靠螺母端面沿轴向夹紧，故其夹紧力产生的径向分力极小。,图6.2.11 轴向夹紧工件,59,装夹方法的确定, 在工件上做出加强刚性的辅助凸边加工时采用特殊结构的卡爪夹紧(图6.2.11示)。当加工结束时，将凸边切去。,图6.2.12 辅助凸边的作用,（2）减少切削力对变形的影响 常用方法有以下几种：, 减小径向力，通常可借助增大刀具的主偏角来达到。 内外表面同时加工，使径向切削力相互抵销。见图6.2.11示。 粗、精加工分开进行，使粗加工时产生的变形能在精加工中得到纠正。,（3）减少热变形引起的加工误差 应在粗、精加工之间留有足够的冷却时间，并在加工时注入足够的切削液。另外，热处理工序应安排在精加工之前，以便使热处理产生的误差得以在精加工时给于消除。,60,第六章 典型零件工艺规程设计实例,6.2 典型盘套类零件 加工工艺过程,6.2.2 接盘,61,图6.2.13所示是法兰盘的零件图。从其技术要求中可以看出，加工中关键是要保证55外圆表面对35孔基准轴线的同轴度以及两端面相对基准轴线的端面圆跳动要求。由于各表面粗糙度Ra值均在1.6以上,故可在车床上加工，然后再加工小孔与槽。其工艺过程见表6.2.3。此工艺过程既使粗、精加工分开,又较好地保证了加工精度。 零件数量：10,62,法兰盘零件图,63,技术要求： 1.材料：45钢 2.热处理：调质220240 3.批量：10,表6.2.3 小批量生产法兰盘零件工艺过程,64,表6.2.3 小批量生产法兰盘零件工艺过程(续1),65,表6.2.3 小批量生产法兰盘零件工艺过程(续2),66,第六章 典型零件工艺规程设计实例,6.3 典型箱体类零件 加工工艺过程,6.3.1 概述,67,6.3.1 概述,功用：箱体类零件是机器或箱体部件的基础件。它将机器或箱体部件中的轴、轴承、套和齿轮等零件按一定的相互位置关系装联在一起，按一定的传动关系协调地运动。因此，箱体类零件的加工质量，不但直接影响箱体的装配精度和运动精度，而且还会影响机器的工作精度、使用性能和寿命。 结构特点：图6.3.1-1是几种常见箱体零件的简图。由图可见，各种箱体零件尽管形状各异、尺寸不一，但其结构均有以下的主要特点： 1）形状复杂 箱体通常作为装配的基础件，在它上面安装的零件或部件愈多，箱体的形状愈复杂，因为安装时要有定位面、定位孔，还要有固定用的螺钉孔等；为了支撑零部件，需要有足够的刚度，采用较复杂的截面形状和加强筋等；为了储存润滑油，需要具有一定形状的空腔，还要有观察孔、放油孔等；考虑吊装搬运，还必需做出吊钩、凸耳等。 2）体积较大 箱体内要安装和容纳有关的零部件，因此必然要求箱体有足够大的体积。例如，大型减速器箱体长达46m、宽约34m。 3）壁薄容易变形 箱体体积大，形状复杂，又要求减少质量，所以大都设计成腔形薄壁结构。但是在铸造、焊接和切削加工过程中往往会产生较大内应力，引起箱体变形。即使在搬运过程中，由于方法不当也容易引起箱体变形。,68,图6.3.1-1 几种常见的箱体结构图,69,4）有精度要求较高的孔和平面 这些孔大都是轴承的支承孔，平面大都是装配的基准面，它们在尺寸精度、表面粗糙度、形状和位置精度等方面都有较高要求。其加工精度将直接影响箱体的装配精度及使用性能。 因此，一般说来，箱体不仅需要加工的部位较多，而且加工难度也较大。统计资料表明，一般中型机床厂用在箱体类零件的机械加工工时约占整个产品的15%20%。,图6.3.1-2为某车床主轴箱简图，现以它为例，可归纳为以下5 项精度要求： 1）孔径精度 孔径的尺寸误差和几何形状误差会造成轴承与孔的配合不良。孔径过大，配合过松，使主轴回转轴线不稳定，并降低了支承刚度，易产生振动和噪声；孔径过小，会使配合过紧，轴承将因外圈变形而不能正常运转，缩短寿命。装轴承的孔不圆，也使轴承外圈变形而引起主轴径向跳动。因此，对孔的精度要求是较高的。主轴孔的尺寸公差等级为IT6 ，其余孔为IT6IT7。孔的几何形状精度未作规定，一般控制在尺寸公差范围内。 2）孔与孔的位置精度 同一轴线上各孔的同轴度误差和孔端面对轴线垂直度误差，会使轴和轴承装配到箱体内出现歪斜，从而造成主轴径向跳动和轴向窜动，也加剧了轴承磨损。孔系之间的平行度误差，会影响齿轮的啮合质量。一般同轴上各孔的同轴度约为最小孔尺寸公差之半。,70,图6.3.1-2 车床主轴箱简图,71,76,77,70,3）孔和平面的位置精度 一般都要规定主要孔和主轴箱安装基面的平行度要求。这项精度是在总装时通过刮研来达到的。为了减少刮研工作量，一般都要规定主轴轴线对安装基面的平行度公差。在垂直和水平2个方向上，只允许主轴前端向上和向前偏。 4）主要平面的精度 装配基面的平面度影响主轴箱与床身联接时的接触刚度，加工过程中作为定位基面则会影响主要孔的加工精度。因此规定底面和导向面(竖立面)必须平直，用涂色法检查接触面积或单位面积上的接触点数来衡量平面度的大小。顶面的平面度要求是为了保证箱盖的密封性，防止工作时润滑油泄出。在大批大量生产中将其顶面用作定位基面加工孔时，对它的平面度的要求还要提高。一般箱体主要平面的平面度为0.10.03mm。各主要平面对装配基准面的垂直度0.1/300。 5）表面粗糙度 重要孔和主要平面的粗糙度会影响联接面的配合性质或接触刚度，其具体要求一般用Ra值来评价。一般主轴孔Ra值为0.4m ，其它各纵向孔Ra值为1.6m ，孔的内端面Ra值为3.2m，装配基准面和定位基准面Ra值为0.63m2.5m，其它平面的Ra值为2.5m10m。,72,材料：箱体零件有复杂的内腔，应选用易于成型的材料和制造方法。铸铁容易成型、切削性能好、价格低廉，并且具有良好的耐磨性和减振性。因此，箱体零件的材料大都选用HT200HT400的各种牌号的灰铸铁。最常用的材料是HT200，而对于较精密的箱体零件（如坐标镗床主轴箱）则选用耐磨铸铁。 毛坯：某些简易机床的箱体零件或小批量、单件生产的箱体零件，为了缩短毛坯制造周期和降低成本，可采用钢板焊接结构。某些大负荷的箱体零件有时也根据设计需要，采用铸钢件毛坯。在特定条件下，为了减轻质量，可采用铝镁合金或其它铝合金制做箱体毛坯，如航空发动机箱体等。 铸件毛坯的精度和加工余量是根据生产批量而定的。对于单件小批量生产，一般采用木模手工造型。这种毛坯的精度低，加工余量大，其平面余量一般为712mm，孔在半径上的余量为814mm。在大批大量生产时，通常采用金属模机器造型。此时毛坯的精度较高，加工余量可适当减低，则平面余量为510mm，孔在半径上的余量为712mm 。为了减少加工余量，对于单件小批生产直径大于50mm的孔和成批生产大于30mm 的孔，一般都要在毛坯上铸出预孔。另外，在毛坯铸造时，应防止砂眼和气孔的产生；应使箱体零件的壁厚尽量均匀，以减少毛坯制造时产生的残余应力。,73,热处理：是箱体零件加工过程中一个十分重要的工序，需合理安排。由于箱体零件结构复杂，壁厚也不均匀，因此，在铸造时会产生较大的残余应力。为消除残余应力，减少加工后的变形和保证精度的稳定，在铸造之后必须安排人工时效处理。人工时效的工艺规范为：加热到500550，保温46h，冷却速度小于或等于30/h，出炉温度小于或等于200。 普通精度的箱体零件，一般在铸造之后安排一次人工时效处理。对一些高精度或形状特别复杂的箱体零件，在粗加工之后还要安排一次人工时效处理，以消除粗加工所造成的残余应力。有些精度要求不高的箱体零件毛坯，有时不专门安排时效处理，而是利用粗、精加工工序间的停放和运输时间，使之得到自然时效。 箱体零件人工时效的方法，除了加热保温法外，也可采用振动时效来达到消除残余应力的目的。,74,箱体零件主要是由平面和孔构成的，这就决定了箱体零件的加工特点：平面加工和孔加工。其加工方法和工艺路线常有： 平面加工： 粗刨精刨；粗刨半精刨磨削；粗铣精铣或粗铣磨削（可分粗磨和精磨）。其中刨削生产率低，多用于中小批生产。铣削生产率比刨削高，多用于中批以上生产。当生产批量较大时，可采用组合铣和组合磨的方法来对箱体零件各平面进行多刃、多面同时铣削或磨削。 轴孔加工： 粗镗（扩）精镗（铰）；粗镗（钻、扩）半精镗（粗铰）精镗（精铰）。对于精度在IT6，表面粗糙度Ra值小于1.25m的高精度轴孔（如主轴孔）则还需进行精细镗或珩磨、研磨等光整加工。对于箱体零件上的孔系加工，当生产批量较大时，可在组合机床上采用多轴、多面、多工位和复合刀具等方法来提高生产率。,75,（一）粗基准的选择 选择粗基准时，应满足以下几点： （1）在保证各加工面均有余量的前提下，应使重要孔的加工余量均匀，孔壁的厚薄尽量均匀，其余部位均有适当的壁厚； （2）装入箱体内的回转零件（如齿轮、轴套等）应与箱壁有足够的间隙； （3）注意保持箱体必要的外形。此外，还应保证定位稳定，夹紧可靠。 为满足上述要求，通常选用箱体上重要孔的毛坯孔作为粗基准。如图6.3.1-2中，在大批量生产中以孔和孔作为粗基准。由于铸造箱体毛坯时，形成主轴孔、其它支承孔及箱体内壁的型芯是装成一个整体放入的，它们之间有较高的相互位置精度，因此不仅可以较好地保证轴孔和其它支承孔的加工余量均匀，而且还能较好地保证各孔的轴线与箱体不加工内壁的相互位置，避免装入箱体内的齿轮、轴套等旋转零件在运转时与箱体内壁相碰。 （二）精基准的选择 为了保证箱体零件上孔与孔、孔与平面、平面与平面之间的相互位置和距离尺寸精度，箱体零件精基准选择常用两种原则：基准统一原则、基准重合原则。,76,（1）基准统一原则（一面两孔） 在多数情况下箱体零件都是利用其底面（或顶面）及其上的两个孔作为定位基准，来加工其它的平面和孔系，以避免由于基准的转换所带来的累积误差。图6.3.1-2所示箱体零件，在大批量生产中常以顶面及其上两定位孔作为精基准。,（2）基准重合原则（三面定位） 箱体零件的装配基准一般为平面，而它们又往往是箱体上其它要素的设计基准，因此以这些装配基准平面作为定位精基准，就避免了基准不重合误差，有利于提高箱体上各主要表面的位置精度。,由分析可知，这两种定位方式各有优缺点，应根据实际生产条件合理确定。在中、小批量生产时，尽可能使定位基准与设计基准重合，以设计基准作为统一的定位基准。而大批量生产时，优先考虑的是如何稳定加工质量和提高生产率，由此而产生的基准不重合误差通过工艺措施解决，如提高工件定位面精度和夹具精度等。,箱体零件精基准选择原则,77,图6.3.1-3 分离式箱体结构,箱体零件定位基准选择（实例）,78,（1）粗基准选择 分离式箱体最先加工的是箱盖和箱座的对合面。分离式箱体一般不能以轴承孔的毛坯面作为粗基准，而是以凸缘不加工面为粗基准，即箱盖以凸缘A面，底面以凸缘B面为粗基准。这样可以保证对合面凸缘厚薄均匀，减少箱体合装时对合面的变形。,（2）精基准选择 分离式箱体的对合面与底面（装配基面）有一定的尺寸精度和相互位置精度要求；轴承孔轴线应在对合面上，与底面也有一定的尺寸精度和相互位置精度要求。为了保证以上几项要求，加工底座的对合面时，应以底面为精基准，使对合面加工时的定位基准与设计基准重合；箱体合装后加工轴承孔时，仍以底面为主要定位基准，并与底面上的两定位孔组成典型的“一面两孔”定位方式。这样，轴承孔的加工，其定位基准既符合“基准统一“原则，又符合“基准重合“原则，有利于保证轴承孔与对合面的重合及与装配基面的尺寸精度和平行度。,箱体零件定位基准选择（实例）,79,第六章 典型零件工艺规程设计实例,6.3 典型箱体类零件 加工工艺过程,6.3.2 主轴箱箱体,80,81,1、零件结构分析,2、零件技术要求分析,3、零件工艺过程分析,主轴箱箱体工艺过程分析,小批量生产时工艺过程分析,大批量生产时工艺过程分析,82,主轴箱 小批量 生产工艺过程,83,主轴箱 大批量 生产工艺过程,84,普通车床主轴结构图,6,5,7,该轴承套属于短套筒，材料为锡青铜。其主要技术要求为：34js7外圆对22H7孔的径向圆跳动公差为0.01mm；左端面对22H7孔轴线的垂直度公差为0.01mm。轴承套外圆为IT7级精度，采用精车可以满足要求；内孔精度也为IT7级，采用铰孔可以满足要求。内孔的加工顺序为：钻孔车孔铰孔。,轴承套的技术条件分析,由于外圆对内孔的径向圆跳动要求在0.01mm内，用软卡爪装夹无法保证。因此精车外圆时应以内孔为定位基准，使轴承套在小锥度心轴上定位，用两顶尖装夹。这样可使加工基准和测量基准一致，容易达到图纸要求。 车铰内孔时，应与端面在一次装夹中加工出，以保证端面与内孔轴线的垂直度在0.01mm以内。,本章学习结束,