机械制造工艺与机床夹具

机械制造工艺与机床夹具第六章典型零件加工第一节车床主轴加工第二节箱体加工第三节连杆加工第四节圆柱齿轮加工第一节车床主轴加工一、概述㈠车床主轴的功用和结构特点车床主轴既是一单轴线的阶梯轴、空心轴，又是长径比小于12的刚性轴。主要加工表面是内、外旋转表面，次要表面有键槽、花键、螺纹和端面结合孔等。它的机械加工主要是车削和磨削，其次是铣削和钻削。㈡车床主轴技术条件的分析⒈主轴支承轴颈的技术要求⒉主轴工作表面的技术要求⒊空套齿轮轴颈的技术要求⒋螺纹的技术要求⒌主轴各表面的表面层要求二、主轴的机械加工工艺过程经过对主轴结构特点、技术条件的分析，即可根据生产批量、设备条件等编制主轴的工艺规程。编制过程中应着重考虑主要表面和加工比较困难的表面的工艺措施。从而正确地选择定位基准，合理安排工序。三、主轴加工工艺过程分析㈠主轴毛坯的制造方法毛坯形式有棒料和锻件两种。㈡主轴的材料和热处理⒈毛坯热处理——消除锻造应力，细化晶粒，以利切削加工⒉预备热处理——获均匀细密的回火索氏体，提高综合力学性能⒊最终热处理——高频淬火，便于纠正局部淬火产生的变形㈢加工阶段的划分⒈粗加工阶段⑴毛坯处理⑵粗加工⒉半精加工阶段⑴半精加工前热处理⑵半精加工⒊精加工阶段⑴精加工前热处理⑵精加工前各种加工⑶精加工用大切削量切除大部分余量，把毛坯加工至接近工件的最终形状和尺寸，只留下少量的加工余量为精加工作好准备，尤其为精加工作好准备把各表面都加工到图样规定的要求㈣定位基准的选择以两顶尖孔作为轴类零件的定位基准，既符合基准重合原则，又能使基准统一。两顶尖的质量对加工精度影响很大，应尽量做到两顶尖孔轴线重合、顶尖接触面积大、表面粗糙度低。深孔加工后，可以采用带顶尖孔的锥堵作为定位基准。为了保证支承轴颈与两端锥孔的同轴度要求，需要应用互为基准原则。精加工主轴外圆表面也可用外表面本身来定位，既在安装工件时以支承轴颈表面本身找正。用这种定位方法，只需要准备几套心轴，因此简化了工艺装备，节省了修中心孔工序，并可在一次安装中磨出全部外圆。㈤工序的安排顺序先行工序必须为后续工序准备好定位基准。主轴工艺路线安排大体如下：毛坯制造—正火—车端面钻中心孔—粗车—调质—半精车—表面淬火—粗、精磨外圆—粗、粗磨圆锥面—磨锥孔。还应注意以下几点：⑴为保证基准统一，尽量使用顶尖孔定位，深孔加工应安排在最后；但为避免深孔加工引起的变形，最好在粗车外圆后加工；⑵外圆加工顺序安排要照顾主轴本身的刚度，先大后小；⑶花键和键槽加工应安排在精车之后，粗磨之前；⑷主轴的螺纹对支承轴颈有一定的同轴度要求，放在淬火后进行；⑸主轴系加工要求很高的零件，需安排多次检验工序。四、主轴加工中的几个工艺问题㈠锥堵和锥堵心轴的使用⑴一般不中途更换或拆装，以免增加安装误差⑵锥堵心轴要求两个锥面应同轴，否则拧紧螺母后会使工件变形。㈡顶尖孔的研磨在热处理工序之后和磨削加工之前，对顶尖孔要进行研磨，以消除误差。⑴用铸铁顶尖研磨⑵用油石研磨顶尖孔⑶用硬质合金顶尖刮研也可将三者联合使用。㈢外圆表面的车削加工主轴各外圆表面的车削通常分为粗车、半精车、精车三步。一般采用地机床设备是：卧式车床——单件小批量；液压仿形刀架或液压仿形车床——成批生产；液压仿形车床或多刀半自动车床——大批量生产。㈣主轴深孔的加工一般把长度与直径比大于5的孔称为深孔。•其加工困难和复杂原因是：⑴刀具细长，刚性差，钻头容易引偏；⑵排屑困难；⑶冷却困难，钻头的散热条件差，容易丧失切削能力。•针对不利条件，一般采取下列措施：⑴采用工件旋转、刀具进给的加工方法；⑵采用特殊结构的刀具；⑶在工件上预加工出一段精确的导向孔；⑷采用压力传送的切削润滑液，并利用在压力下的冷却润滑液排屑。在单件小批生产中，总是在卧式车床上用接长的麻花钻加工；在批量较大时，采用深孔钻床及深孔钻头。钻出的深孔一般都要经过精加工才能达到要求的精度和表面粗糙度。精加工深孔的方法有镗和铰，还有拉镗和拉铰的方法。㈤主轴锥孔加工磨削主轴前端锥孔，一般以支承轴颈作为定位基准，有以下三种安装方法：⑴将前支承轴颈安装在中心架上，后轴颈夹在磨床床头的卡盘内，磨削前严格校正两支承轴颈，前端可调整中心架，后端在卡爪和轴颈之间垫薄片来调整。⑵将前后支承轴颈分别安装在两个中心架上，用千分表校正好中心架位置。⑶成批生产时大都采用专用夹具加工。㈥主轴各外表面的精加工和光整加工主轴的精加工都是用磨削的方法，在热处理工序之后进行，用以纠正在热处理中产生的变形，最后达到所需的精度和表面粗糙度。光整加工用于精密主轴加工，其特点是：⑴采用很小的切削用量和单位切削压力，变形小。⑵对上道工序的表面粗糙度要求高。⑶除镜面磨削外，其它光整加工方法都是“浮动的”。⑷加工余量都很小。㈦轴类零件的检验⒈表面粗糙度和硬度的检验⒉精度检验⑴形状精度检验⑵尺寸精度检验⑶位置精度检验第二节箱体加工一、概述㈠箱体零件的功用和结构特点箱体是机器的基础零件，它将机器和部件中的轴、套、齿轮等有关零件连接成一个整体，并使之保持正确的相互位置，以传递转矩或改变转速来完成规定的运动。㈡箱体零件的主要技术要求箱体类零件中，机床主轴箱的精度要求最高，以此为例归纳以下五项精度要求：⑴孔径精度⑵孔与孔的位置精度⑶孔和平面的位置精度⑷主要平面的精度⑸表面粗糙度㈢箱体的材料及毛坯箱体材料一般选用HT200~400的各种牌号的灰铸铁，因为灰铸铁不仅成本低，而且具有较好的耐磨性、可铸削性和阻尼特性。毛坯的加工余量与生产批量、毛坯尺寸、结构、精度和铸造方法等因素有关。毛坯铸造时，应防止砂眼和气孔的产生。二、箱体结构工艺性⒈基本孔箱体的基本孔可分为通孔、阶梯孔、盲孔、交叉孔等几类。⒉同轴孔⒊装配基面⒋凸台⒌紧固孔和螺孔此外，为保证箱体有足够的动刚度和抗振性，应酌情合理使用肋板、肋条，加大圆角半径，收小箱口，加厚主轴前轴承口厚度。三、箱体机械加工工艺过程及工艺分析㈠箱体零件机械加工工艺过程㈡箱体类零件机械加工工艺过程分析⒈不同批量箱体生产的共性⑴加工顺序为先面后孔⑵加工阶段粗、精分开⑶工序间安排时效处理⑷一般都用箱体上的重要孔作基准⒉不同批量箱体生产的特殊性⑴粗基准的选择虽然箱体类零件一般都选择重要孔为粗基准，随着生产类型不同，实现以主轴为粗基准的工件装夹方式是不同的。1)中小批生产时，由于毛坯精度较低，一般采用划线装夹2)大批量生产时，毛坯精度较高，可按下图装夹⑵精基准的选择1)单件小批生产用装配基准作定位基准。2)大批量生产时采用一面双孔定位基准⑶所用设备依批量不同而异单件小批生产一般都在通用机床上加工，各工序原则上靠人工技术熟练和机床工作精度来保证。除个别必须用专用夹具才能保证质量的工序外，一般很少采用专用夹具。而大批量箱体的加工则广泛采用组合加工机床。专用夹具用得也很多，这就大大地提高了生产率。四、箱体平面的加工方法箱体平面加工的常用方法有刨、铣和磨。刨削和铣削常用作平面的粗加工和半精加工，而磨削则用作平面的精加工。刨削加工的特点是：刀具结构简单，机床调整方便，通用性好。铣削生产率高于刨削，中批以上生产中多用铣削加工平面。平面磨削的加工质量比刨和铣都高，而且还可加工淬硬零件。五、箱体孔系的加工方法箱体上一系列有相互位置精度要求的孔的组合，称为孔系。分为平行孔系、同轴孔系和交叉孔系。㈠平行孔系的加工平行孔系的轴线要互相平行且孔距也有精度要求。⒈找正法⑴划线找正法加工前按照零件图在毛坯上划出各孔的位置轮廓线，然后按划线一一进行加工。⑵心轴和块规找正法⑶样板找正法⑷定心套找正法⒉镗模法镗模法即利用镗模夹具加工孔系。镗孔时，工件装夹在镗模上，镗杆被支承在镗模的导套里，增加了系统刚性。采用镗模可大大提高机床—夹具—工件—刀具之间的工艺系统刚度和抗振性。⒊坐标法坐标法镗孔是在普通卧式镗床、坐标镗床或数控镗铣床等设备上，借助于测量装置，调整机床主轴与工件间在水平和垂直方向的相对位置，来保证孔心距精度的一种镗孔方法。坐标测量装置的主要形式有：1)普通刻线尺与游测量装置2)百分表与块规测量装置（下页图）3)经济刻度尺与光学读头测量装置4)光栅数字显示装置和感应同步器测量装置5)高精度测量装置，高精度线位移测量系统有：精密丝杠、线纹尺、光栅、感应同步器、磁尺、码尺和激光干涉仪。采用坐标法加工孔系时，要特别注意基准孔和镗孔顺序的选择，否则，坐标尺寸的累积误差会影响孔心距精度。第一，有孔距精度要求的两孔应连在一起加工，以减少坐标尺寸的累积误差影响孔距精度；第二，基准孔应位于箱壁的一侧，这样依次加工各孔时，工件台朝一个方向移动，以避免往返移动误差第三，所选的基准孔应有较高的精度和较细的表面粗糙度，以便在加工过程中可以重新准确校验坐标原点。㈡同轴孔系的加工一般采用镗模加工孔系，其同轴度由镗模保证。⒈利用已加工孔作支承导向⒉利用镗床后立柱上的导向套支承镗杆⒊采用调头镗工件在一次装夹下，镗好一端孔后，将镗床工作台回转180度，调整工件台位置，使已加工孔与镗床主轴同轴，然后再加工孔。㈢交叉孔系的加工主要技术要求是控制有关孔的相互垂直度误差。当有些镗床工件台90度对准装置精度很低时，可用心棒与百分表长正来提高其定位精度。六、主轴孔加工由于主轴孔加工要求较高，宜放在其它孔精加工后再对它单独加工。⒈浮动镗刀镗孔浮动镗刀只有两个切削刃，结构简单，刃磨方便，刀具的排屑和冷却条件较好。⒉金刚镗（高速细镗）高速细镗一般在专用镗床上进行，采用金刚石作镗刀，所以叫金刚镗。七、箱体零件的高效自动化加工单件小批生产箱体，大多数采用普通机床加工。发展标准化“加工中心”来组成柔性制造系统。箱体大量生产中，现在都广泛采用由组合机床与输送装置组成的自动线进行加工。八、箱体的检验⑴各加工的表面粗糙度及外观检查⑵孔的尺寸精度检验⑶孔和平面的几何形状精度⑷孔系的相互位置精度第三节连杆加工一、连杆的结构及主要技术条件分析连杆由连杆体和连杆盖两部分组成。汽车发动机的连杆主要技术条件如下：㈠小头衬套底孔尺寸公差为IT7~IT9级，粗糙度Ra3.2，小头衬套孔为IT5级，粗糙度Ra0.4。㈡大头孔镶有薄壁剖分轴瓦，底孔尺寸公差为IT6级，粗糙度Ra0.8。㈢大小头孔轴线应位于同一平面，其平等度公差每100mm长度上不大于0.06mm。㈣为保证发动运转平稳，对于连杆的重量及装于同一台发动机中的一组连杆重量都有要求。二、连杆的机械加工工艺过程连杆的尺寸精度、形状精度和位置精度的要求都很高，但刚度又较差，容易产生变形。连杆的主要加工表面为大小头孔、两端面、连杆盖与连杆体的接合面和螺栓等。三、连杆机械加工工艺过程分析⑴工艺过程的安排：粗磨上下端面—钻、拉小头孔—拉侧面—切开—拉半圆孔、接合面、螺栓孔—配对加工螺栓孔—装成合件—精加工合件—大小头孔光整加工—去重分组、检验。⑵定位基面的选择：大头孔、小头孔、上下两平面、大小头孔两侧面等。连杆加工粗基准选择，要保证其对称性和孔的壁厚均匀。⑶确定合理的夹紧方法下图表示不正确的夹紧方式。⑷连杆两端面加工下页图是在双轴立式平面磨床上，磨削端面示意图。磨床上有两根主轴，分别装有高速旋转的砂1和2。粗磨和精磨应在不同的机床上进行。⑸连杆大小孔的加工大小头孔加工既要保证孔本身的精度、表面粗糙度要求，还要保证相互位置和孔与端面垂直度要求。⑹螺栓孔的加工对于整体锻造的连杆，螺栓孔的加工是在切开后，接合面经精加工后进行的。四、连杆的检验连杆加工工序长，中间又插入热处理工序，因而需经多次中间检验，最终检查项目和其它零件一样，包括尺寸精度、形状精度和位置精度以及表面粗糙度检验，只不过连杆某些要求较高而已。第四节圆柱齿轮加工一、齿轮的技术要求根据齿轮的使用条件，对各种齿轮提出了不同中的精度要求，认保证其传递运动准确、工作平稳、齿面接触良好和齿侧间隙适当。渐开线圆柱齿轮国家标准对齿轮和齿轮副规定了12个精度等级。齿轮公差分为三组：第I组主要控制齿轮在一转内回转角误差第II组主要控制齿轮在一个周节角范围内的转角误差第III组主要控制齿轮向线的接触痕迹二、齿轮的材料、热处理和毛坯㈠齿轮的材料与热处理⒈材料的选择•对于低速重载的传力齿轮，应选用机械强度、硬度