典型零件工艺规程设计实例

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26.1.1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/d＜12）和挠性轴（L/d＞12）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46.1.1概述轴类零件的主要技术要求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IT6～9，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0.001～0.005mm，一般精度轴的径跳为0.01～0.03mm。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）56.1.1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Ra0.16～0.63um，配合轴颈的表面粗糙度为Ra0.63～2.5um。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。轴类零件的材料和毛坯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。66.1.1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。76.1.1概述轴类零件的预加工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。86.1.1概述轴类零件的定位基准（4种形式）（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。96.1.1概述轴类零件的定位基准（续）（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106.1.1概述轴类零件的装夹方法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。116.1.1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=0.8um)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。M24×1.5—6g179．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M24×1.5—6g18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14mm19工序2工步8,9,10、11的工序简图￠48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16mm20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3mm×0.5mm环槽；工步5：半精车3mm×l.5mm环槽；工步6：倒外角1mm×45°,3处。1.02.02422工序5工步7～13的工序简图工步7：半精车￠35mm外圆至￠35.5mm,长95mm；工步8