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机械制造技术基础机械制造技术基础第四章典型零件加工机械制造技术基础典型零件加工4.1轴类零件加工4.2套筒类零件加工4.3箱体类零件加工4.4圆柱齿轮加工机械制造技术基础4.1轴类零件加工机械制造技术基础4.1.1概述4.1.2轴类零件的外圆表面加工4.1.3轴类零件加工工艺分析4.1典型零件加工机械制造技术基础4.1.1概述●轴类零件的功用与结构特点功用—支承传动件、传递扭矩或运动、承受载荷结构—回转体零件，长度大于直径刚性轴（L/d≤12）挠性轴（L/d＞12）圆柱面、圆锥面、端面、沟槽、圆弧螺纹、键槽、花键、其他表面等机械制造技术基础●轴类零件的技术要求—按功用和工作条件制定直径精度—IT6～9级，可达IT5级几何形状精度（圆度、圆柱度等）—公差的1/2，1/4相互位置精度（同轴度）—0.01～0.03mm0.001～0.005mm表面粗糙度—Ra0.2～0.8μm，Ra0.8～3.2μm热处理（表面淬火、渗碳淬火等）动平衡，探伤，过渡圆角等机械制造技术基础●轴类零件的材料及毛坯一般轴类—45钢，正火、调质、淬火中等精度、转速—40Cr等合金结构钢，调质、淬火高精度轴—轴承钢GCr15、弹簧钢65Mn，调质、淬火高转速、重载—20CrMnTi、20Cr，38CrMoAlA渗碳淬火或氮化结构复杂（曲轴）—HT400、QT600、QT450、QT400一般轴—棒料重要轴—锻件大型、结构复杂轴—铸件单件小批生产—自由锻成批大量生产—模锻机械制造技术基础4.1.2轴类零件的外圆表面加工●外圆表面的车削加工车削外圆各个加工阶段：粗车—IT13～11级，Ra50～12.5μm—IT10～8级，Ra6.3～3.2μm—IT8、7级，Ra1.6～0.8μm—IT6、5级，Ra0.4～0.025μm半精车精车精细车机械制造技术基础●车削加工机械制造技术基础●外圆表面的车削加工细长轴外圆表面的车削—长径比L/D＞20特点：①刚性差，易弯曲变形和振动②热膨胀，弯曲变形③刀具磨损大机械制造技术基础●外圆表面的车削加工细长轴外圆表面的车削—长径比L/D＞20先进方法：①一夹一顶，用φ4钢丝夹紧，避免弯曲力矩②弹性顶尖，避免受热弯曲变形③跟刀架，仔细调整，提高刚度④大主偏角车刀，κr=75°～93°，减小背向力⑤反向进给切削，减少弯曲变形机械制造技术基础●外圆表面的磨削加工粗磨—IT8～9级，Ra0.8～1.6μm—IT6～7级，Ra0.2～0.8μm—IT5～6级，Ra0.1～0.2μm—Ra0.01μm精磨细磨（精密磨削）镜面磨机械制造技术基础●外圆表面的磨削加工◆中心磨削—外圆磨床，两顶尖定位◆无心磨削—无心磨床，自定位IT6～7级，Ra0.2～0.8μm位置精度低，不能加工非整圆工件生产率高，可自动磨削，用于大批量生产◆砂带磨削—粘磨粒砂布，磨削、抛光Ra0.2～0.8μm，最高Ra0.02μm，表面不烧伤切削力小，适宜加工细长轴等零件设备简单，成本低，安全，生产率高机械制造技术基础●外圆表面的精密加工◆高精度磨削—小于Ra0.1μm精密磨削—Ra0.1～0.05μm超精密磨削—Ra0.05～0.025μm镜面磨削—Ra0.01μm实质：磨粒微刃等高性—磨粒多，切下微细切屑半钝化磨粒—摩擦抛光钝化期—挤压抛光机械制造技术基础◆超精加工油石加压，振动，纵向进给工件低速回转—不重复轨迹加工过程：①强烈切削阶段—压强大，油膜被破坏，切削强烈②正常切削阶段—压强降低,切削减弱③微弱切削阶段—压强更低，摩擦抛光④自动停止切削阶段—压强很小,形成油膜，切削停止摩擦抛光，交叉网纹—Ra0.01～0.1μm，速度低,压力小,发热少,表面不烧伤不能纠正形状和位置误差机械制造技术基础◆研磨研具与加工面相对运动，磨粒、研磨剂—研去材料①机械切削作用—磨粒受压，刮擦挤压—切除微细材料②物理作用—磨粒局部压力大—高温、挤压③化学作用—研磨剂，表面氧化变软，加速研磨轨迹不重复，Ra0.01～0.2μm不能提高相互位置精度简单方便，生产率低，手研劳动强度大机械制造技术基础◆滚压滚轮或滚珠—加压—弹性和塑性变形降低表面粗糙度值（Ra0.05～0.4μm）金属晶粒变细，纤维状—残余压应力—抗疲劳强度、耐磨性和耐腐蚀性高不提高形状和位置精度设备简单，生产率高，工艺范围广适用于塑性材料，要求材料组织均匀机械制造技术基础4.1.3轴类零件加工工艺分析●车床主轴的加工工艺技术要求：①支承轴颈A、B—圆度、圆跳动0.005，接触率≥70%，IT5级，Ra0.4—圆跳动，近0.005，远0.01，接触率≥70%，Ra0.4，淬硬—圆跳动0.008，Ra0.8，淬硬—尺寸IT5～6级，圆跳动0.015②莫氏锥孔③短锥C和端面D④配合轴颈⑤其他表面—定位轴肩与中心线的垂直度，螺纹与中心线的同轴度等机械制造技术基础●车床主轴的加工工艺材料45钢，毛坯为模锻件，大批量生产主轴加工工艺过程机械制造技术基础表4.1CA6140车床主轴加工工艺过程工序工序内容定位基准102030405060708090100110120锻造热处理：正火铣端面钻中心孔粗车各外圆热处理：调质220-240HBS半精车大端各部仿形车小端各部钻通孔粗车莫氏6号锥孔和短锥C精车后锥孔（工艺要求）钻大端面各孔及攻螺纹精车小端外圆并切槽外圆与端面一头夹、一头顶中心孔中心孔夹小头，托大头夹小头，托大头夹大头，托小头大端莫氏6号锥孔一头夹、一头顶机械制造技术基础表4.1CA6140车床主轴加工工艺过程工序工序内容定位基准130140150160170180190200210220230热处理：高频淬火支承轴颈、短锥C、莫氏6号锥孔粗磨莫氏6号锥孔磨后锥孔（工艺要求）粗磨φ75h6、φ90g7及φ100h6及端面铣花键铣键槽车三处螺纹精磨各外圆及端面粗精磨短锥C和1：12外锥面精磨莫氏6号锥孔检验φ75h6、φ100h6外圆φ75h6、φ100h6外圆锥堵中心孔锥堵中心孔外圆表面锥堵中心孔锥堵中心孔锥堵中心孔支承轴颈A及φ75h6机械制造技术基础●车床主轴的加工工艺分析◆定位基准的选择两中心孔—设计基准—基准重合（锥堵或锥堵心轴）—尽量减少更换次数—基准重合—磨锥孔，保证相互位置精度—互为基准、反复加工一次安装中能多加工—基准统一支承轴颈中心孔和支承轴颈工艺过程实质—定位基准的准备和转换的过程机械制造技术基础◆加工阶段的划分以主要表面（支承轴颈）的加工来划分①粗加工阶段—调质前，20～40—调质到表面淬火间，60～120—表面淬火后的工序，140～230其它次要表面适当穿插其中②半精加工阶段③精加工阶段毛坯锻造→粗加工→调质→半精加工→淬火→精加工机械制造技术基础◆合理安排热处理工序毛坯锻造后正火—消除应力，改善切削性能—提高力学性能，为表面淬火准备—提高耐磨性粗加工后调质半精加工后表面淬火机械制造技术基础◆加工顺序的安排先基准后其它、先粗后精、先主后次、穿插进行的原则毛坯锻造→正火→粗车→半精车→车端面钻中心孔→调质→精车→表面淬火→粗、精磨外圆表面→磨锥孔机械制造技术基础◆次要表面的加工安排通孔—调质、半精车后减少弯曲变形，定位准确，主轴壁厚均匀—精车或粗磨后花键、键槽避免断续切削的振动，保护刀具螺纹—局部淬火后避免淬火变形影响螺纹和支承轴颈的同轴度机械制造技术基础◆主轴锥孔的磨削—用专用夹具保证加工精度定位：—V形块V4支承轴颈—基准重合端部—钢球V1与机床浮动连接—不受主轴回转精度的影响机械制造技术基础图4.11磨主轴锥孔专用夹具拨盘拨杆钢球锥堵支架工件弹簧机械制造技术基础4.2套筒类零件加工机械制造技术基础4.2.1概述4.2.2套筒类零件的内孔表面加工4.2.3套筒类零件加工工艺分析4.2套筒类零件加工机械制造技术基础4.2.1概述●套筒类零件的功用与结构特点功用—支承旋转轴，引导刀具等结构—同轴度较高的内外回转面；长度大于直径壁薄易变形机械制造技术基础●套筒类零件的技术要求内孔—尺寸IT6～7级，IT9级形状精度为公差的1/2～1/3Ra1.6～0.2μm，0.04μm外圆—尺寸IT6～7级，形状精度在公差内Ra3.2～0.8μm内孔外圆同轴度—0.01～0.05mm端面与轴线垂直度机械制造技术基础●套筒类零件的材料及毛坯材料—取决于工作条件钢、铸铁、粉末冶金、铜及其合金尼龙和工程塑料等双金属结构—在钢或铸铁套的内壁上浇铸巴氏合金毛坯—材料、结构、尺寸、批量孔径小—热轧或冷拉棒料，也用实心铸件孔径大—无缝钢管或空心铸件和锻件大批量—冷挤压和粉末冶金机械制造技术基础4.2.2套筒类零件的内孔表面加工●套筒类零件内孔的一般加工方法◆钻孔—实体上加工孔特点：排屑困难，切削热不易散发工艺措施：工件回转钻头易偏斜轴向力大精度低，表面粗糙度值大先加工端面机械制造技术基础◆扩孔—扩大已有的孔，半精加工特点：刚性好，齿多，切削深度小，易排屑，切削平稳导向性好，可矫正钻孔轴线的偏斜机械制造技术基础◆铰孔—未淬硬的中小孔，精加工特点：—余量小，齿多，刚性好，尺寸形状精度高自定位，浮动联接，不能修正孔的位置误差不宜用于台阶孔、盲孔、短孔和断续孔★一次安装连续钻扩铰—避免安装误差快速换刀，生产率高机械制造技术基础◆镗孔—已有未淬硬孔的加工特点：适用性强，镗刀简单，成本低，经济性好纠正位置偏差能力强，位置精度高刀杆刚性差，易振动，生产率低用于单件小批生产机械制造技术基础◆拉孔—高效，精加工特点：尺寸精度高，表面粗糙度值小自定位，位置精度不高多刃刀具，同时粗精加工，生产率高刀具结构复杂、成本高，适应性差不能拉阶梯孔、盲孔和大孔用于成批大量生产机械制造技术基础◆磨孔—淬硬或未淬硬孔，精加工特点：砂轮受工件孔的限制，直径小，磨削速度低砂轮轴直径较小，刚性差，容易变形接触面大，排屑散热困难，冷却差，易烧伤砂轮磨损快，需经常修整更换位置精度高，应用广不适用于磨削有色金属机械制造技术基础◆深孔加工—L/D＞5难点：刀具细长，刚性差，孔轴线易歪斜冷却散热条件差排屑困难，可引起崩刀或折断措施：工件旋转，刀具导向，减少刀具引偏压力输送切削液，冷却刀具和排屑改进刀具结构，强制断屑单件小批生产—卧式车床成批生产—深孔加工专用机床机械制造技术基础●套筒类零件内孔的精密加工◆珩磨—光整加工，低速大面积磨削加工砂条（珩磨头）—旋转运动和往复运动加压形成轨迹交叉而不重复的网纹机械制造技术基础◆珩磨特点：磨粒多，力小，速度低，不烧伤，表面质量好尺寸精度、形状精度高浮动联结，自定位，不纠正孔的相互位置精度往复速度高，磨粒多，生产率高应用广（铸铁、钢件、青铜），韧性金属不宜孔ø5～500mm，深径比≥10用于大批量生产单件小批生产—机床改装,用珩磨头进行机械制造技术基础◆研磨—原理及特点与研磨外圆相同可提高尺寸形状精度，不提高相互位置精度生产率低◆滚压—原理及特点与滚压外圆相同提高抗疲劳强度、耐磨性和耐腐蚀性不提高形状和位置精度机械制造技术基础4.2.3套筒类零件加工工艺分析●套筒类零件的加工工艺◆短套筒类零件的加工工艺技术要求：—尺寸J7，圆柱度0.01，同轴度φ0.012，跳动0.01—尺寸j7，圆柱度0.003，Ra0.63内孔B、C外圆材料45钢，毛坯为棒料，成批生产机械制造技术基础表4.2某钻床主轴套筒的加工工艺过程工序工序内容定位与夹紧10203040506070备料φ55mm×180mm钻孔φ24mm粗车外圆调质245HBA半精车外圆，留余量0.6mm半精车右端面、各阶梯孔（B孔留余量1mm），孔口倒角2×60°（工艺用）；调头车端面、各阶梯孔（C孔留余量1mm），切槽，车螺纹，孔口倒角2×60°（工艺用）检验外圆孔（两端顶夹）孔（两端顶夹）外圆机械制造技术基础表4.2某钻床主轴套筒的加工工艺过程工序工序内容定位与夹紧8090100110120130140150160170粗磨外圆，留余量0.2mm铣齿铣槽两处检验热处理：低温时效修研两端孔口2×60°倒角精磨外圆至要求检验精车内孔B，调头精车内孔C（切除工艺倒角）检验2×60°两处顶夹外圆、端面外圆