機械製造技術教程_3典型零件加工工藝

tags: 機械製造    時間:2014-03-07 14:00:45
機械製造技術教程_3典型零件加工工藝簡介
3.1軸類零件的加工         3.1.1概述      ……
機械製造技術教程_3典型零件加工工藝正文

3.1軸類零件的加工

        3.1.1概述  

        1.軸類零件的功能和結構特點

       軸類零件是機械零件中的關鍵零件之一,主要用以傳遞旋轉運動和扭矩,支撐傳動零件並承受載荷,而且是保證裝在軸上零件迴轉精度的基礎。

        軸類零件是迴轉體零件,一般來說其長度大於直徑。軸類零件的主要加工表面是內、外旋轉表面,次要表面有鍵槽、花鍵、螺紋和橫向孔等。軸類零件按結構形狀可分為光軸、階梯軸、空心軸和異型軸(如曲軸、凸輪軸、偏心軸等),按長徑比(l/d)又可分為剛性軸(l/d≤12)和撓性軸(l/d>12)。其中,以剛性光軸和階梯軸工藝性較好。

2.軸類零件的技術要求

(1)尺寸精度。尺寸精度包括直徑尺寸精度和長度尺寸精度。精密軸頸為IT5級,重要軸頸為IT6~IT8級,一般軸頸為IT9級。軸向尺寸一般要求較低。

(2)相互位置精度。相互位置精度,主要指裝配傳動件的軸頸相對於支承軸頸的同軸度及端面對軸心線的垂直度等。通常用徑向圓跳動來標註。普通精度軸的徑向圓跳動為0.01~0.03?,高精度的軸徑向圓跳動通常為0.005~0.01?。

(3)幾何形狀精度。幾何形狀精度主要指軸頸的圓度、圓柱度,一般應符合包容原則(即形狀誤差包容在直徑公差範圍內)。當幾何形狀精度要求較高時,零件圖上應單獨注出規定允許的偏差。

(4)表面粗糙度。軸類零件的表面粗糙度和尺寸精度應與表面工作要求相適應。通常支承軸頸的表面粗糙度值Ra為3.2~0.4μm,配合軸頸的表面粗糙度值Ra為0.8~0.1μm。

3.軸類零件的材料與熱處理

軸類零件應根據不同的工作情況,選擇不同的材料和熱處理規範。一般軸類零件常用中碳鋼,如45鋼,經正火、調質及部分表面淬火等熱處理,得到所要求的強度、韌性和硬度。對中等精度而

轉速較高的軸類零件,一般選用合金鋼(如40Cr等),經過調質和表面淬火處理,使其具有較高的綜合力學性能。對在高轉速、重載荷等條件下工作的軸類零件,可選用20CrMnTi、20Mn2B、20Cr等低碳合金鋼,經滲碳淬火處理后,具有很高的表面硬度,心部則獲得較高的強度和韌性。對高精度和高轉速的軸,可選用38CrMoAl鋼,其熱處理變形較小,經調質和表面滲氮處理,達到很高的心部強度和表面硬度,從而獲得優良的耐磨性和耐疲勞性。

4.軸類零件的毛坯

圖3-1   CA6140車床主軸簡圖

軸類領件的毛坯常採用棒料、鍛件和鑄件等毛坯形式。一般光軸或外圓直徑相差不大的階梯軸採用棒料,對外圓直徑相差較大或較重要的軸常採用鍛件;對某些大型的或結構複雜的軸(如曲軸)可採用鑄件

3.1.2車床主軸加工工藝分析

        1.車床主軸技術條件的分析

        圖3-1所示為CA6140車床的主軸簡圖。

    ①主軸支軸承頸的技術要求。

 主軸的支軸承頸是主軸的裝配基準,它的製造精度直接影響主軸的迴轉精度,主軸上各重要表面均以支軸承頸為設計基準,有嚴格的位置要求。

        支軸承頸為了使軸承內圈能漲大以便調整軸承間隙,故採用錐面結構。軸承內圈是薄壁零件,裝配時軸頸上的形狀誤差會反映到內圈的滾道上,影響主軸迴轉精度,故必須 塗色檢查接觸面積,嚴格控制軸頸形狀誤差。

        ②主軸工作表面的技術要求

         車床主軸錐孔是用來安裝頂尖或刀具錐柄的,前端圓錐面和端面是安裝卡盤或花盤的。這些安裝夾具或刀

 

具的定心表面均是主軸的工作表面。對於它們的要求有:內外錐面的尺寸精度、形狀精度、表面粗糙度和接觸精度;定心表面相對於支承軸頸A-B軸心線的同軸度;定位端面D相對於支承軸頸A-B軸心線的跳動等。它們的誤差會造成夾具或刀具的安裝誤差,從而影響工件的加工精度。圖3-2表示不同情況下安裝誤差的影響。

圖3-2安裝誤差對加工精度的影響

a)卡盤安裝偏心      b)莫氏錐孔和支承軸頸不同軸        c)定心表面傾斜於迴轉中心線

                                   O—O  定位面軸心線         O1—O1  實際迴轉中心線

       當主軸軸端外錐相對於支承軸頸不同軸時(圖3-2a),會使卡盤產生安裝偏心;主軸的莫氏錐度相對於支承軸頸表面的同軸度誤差也會使前後頂尖形成的軸心線與實際的迴轉軸心線偏離(圖3-2b)。此外主軸端部定心表面軸心線對支承軸頸表面的軸心線傾斜,會造成安裝在定心表面上的夾具及工件或刀具和迴轉中心不同軸,而且離軸端愈遠,同軸度誤差值愈大(圖3-2c)。因此在機床精度檢驗標準中,規定了近主軸端部和離軸端300mm處的圓跳動誤差。

        ③空套齒輪軸頸的技術要求

        空套齒輪軸頸是主軸與齒輪孔相配合的表面,它對支軸承頸應有一定的同軸度要求,否則會引起主軸傳動齒輪嚙合不良。當主軸轉速很高時,還會產生震動和雜訊,使工件外圓產生振紋,尤其在精車是,這種影響更為明顯。

        空套齒輪軸頸對支軸承頸A-B的徑向跳動允差為0.015mm。

        ④螺紋的技術要求

        主軸上的螺紋一般用來固定零件或調整軸承間隙。螺紋的精度要求是限制壓緊螺母端面跳動量所必須的。如果壓緊螺母端面跳動量過大,在壓緊滾動軸承的過程中,會造成軸承內環軸心線的傾斜,引起主軸的徑向跳動(在一定條件下,甚至會使主軸產生彎曲變形),不但影響加工精度,而且影響到軸承的使用壽命。因此主軸螺紋的精度一般為6h;其軸心線與支承軸頸軸心線A-B的同軸度允差為f0.025mm。

       ⑤主軸各表面的表面質量要求

        所有機床主軸的支承軸頸表面、工作表面及其它配合表面都受到不同程度的摩擦作用。在滑動軸承配合中,軸頸與軸瓦發生摩擦,要求軸頸表面有較高的耐磨性。在採用滾動軸承時摩擦轉移給軸承環和滾動體,軸頸可以不要求很高的耐磨性,但仍要求適當地提高其硬度,以改善它的裝配工藝性和裝配精度。

       定心表面(內外錐面、圓柱面、法蘭圓錐等)因相配件(頂尖、卡盤等)需經常拆卸,表面容易產生碰傷和拉毛,影響接觸精度,所以也必須有一定的耐磨性。當表面硬度HRC45以上時,拉毛現象可大大改善。主軸表面的粗糙度Ra值在0.8~0.2mm之間。

2.車床主軸的機械加工工藝過程

經過對車床主軸結構特點、技術條件的分析,即可根據生產批量、設備條件等編製主軸的工藝規程。編製過程中應著重考慮主要表面(如支軸頸、錐孔、短錐及端面等)和加工比較困難的表面(如深孔)的工藝措施。從而正確地選擇定位基準,合理安排工序。

 

CA6140車床主軸成批生產的工藝過程如表3-1所示。

3.車床主軸加工工藝過程分析

⑴主軸毛坯的製造方法

毛坯的製造方法根據使用要求和生產類型而定。

毛坯形式有棒料和鍛件兩種。前者適於單件小批生產,尤其適用於光滑軸和外圓直徑相差不大的階梯軸,對於直徑較大的階梯軸則往往採用鍛件。鍛件還可獲得較高的抗拉、抗彎和抗扭強度。單件小批生產一般採用自由鍛,批量生產則採用模鍛件,大批量生產時若採用帶有貫穿孔的無縫鋼管毛坯,能大大節省材料和機械加工量。

⑵主軸的材料和熱處理

主軸常用材料及熱處理見表3-2。45鋼是普通機床主軸的常用材料,淬透性比合金鋼差,淬火后變形較大,加工后尺寸穩定性也較差,要求較高的主軸則採用合金鋼材料為宜。

選則合適的材料並在整個加工過程中安排足夠和合理的熱處理工序,對於保證主軸的力學性能、精度要求和改善其切削加工性能非常重要。車床主軸的熱處理主要包括:

①毛坯熱處理

     車床主軸的毛坯熱處理一般採用正火,其目的是消除鍛造應力,細化晶粒,並使金屬組織均勻,以利於切削加工。

②預備熱處理

表3-1    CA6140主軸加工工藝過程

在粗加工之後半精加工之前,安排調質處理,目的是獲得均勻細密的回火索氏體組織,提高其綜合力學性能,同時,細密的索氏體金相組織有利於零件精加工后獲得光潔的表面。

③最終熱處理

主軸的某些重要表面(如f90g5軸頸、錐孔及外錐等)需經高頻淬火。最終熱處理一般安排在半精加工之後,精加工之前,局部淬火產生的變形在最終精加工時得以糾正。

精密要求高的主軸,在淬火回火后還要進行定性處理。定性處理的目的是消除加工的內應力,提高主軸的尺寸穩定性,使它能長期保持精度。定性處理是在精加工之後進行的,如低溫人工時效或水冷處理。

熱處理次數的多少,決定於主軸的精度要求、經濟性以及熱處理效果。CA6140車床主軸一般經過正火、調質和表面局部淬火三個熱處理工序,無需進行定性處理。

表3-2  主軸材料及熱處理

主軸種類

材料

預備性熱處理方法

最終熱處理方法

表面硬度

車床、銑床主軸

45鋼

正火或調質

局部淬火后回火

45-52 HRC

外圓磨床砂輪軸

65Mn

調質

高頻淬火后回火

50-58 HRC

專用車床主軸

40Cr

調質

局部淬火后回火

52-56 HRC

齒輪磨床主軸

20CrMnTi

正火

滲碳淬火

58-63 HRC

卧式鏜床主軸

精密外圓磨床砂輪軸

38CrMoAlA


調質 

消除內應力處理

 滲氮

65 HRC以上

 

⑶加工階段的劃分

主軸加工過程中的各加工工序和熱處理工序均會不同程度地產生加工誤差和應力。為了保證加工質量,穩定加工精度,CA6140車床主軸加工基本上劃分為下列三個階段。

①粗加工階段

毛坯處理:毛坯備料、鍛造和正火(工序1~3)。

粗加工:鋸去多餘部分,銑端面、鑽中心孔和荒車外圓等(工序4、5)

這一階段的主要目的是:用大的切削用量切除大部分余量,把毛坯加工到接近工件的最終形狀和尺寸,只留下少量的加工余量。通過這階段還可以及時發現鍛件裂紋等缺陷,採取相應措施。

②半精加工階段

半精加工前熱處理:對於45鋼一般採用調質處理,達到220~240HBS(工序6)。

半精加工:車工藝錐面(定位錐孔)、半精車外圓端面和鑽深孔等(工序7~12)。 

這個階段的主要目的是:為精加工作好準備,尤其為精加工作好基面準備。對於一些要求不高的表面,如大端端面各孔,在這個階段加工到圖樣規定的要求。

③精加工階段

精加工前熱處理:局部高頻淬火(工序13)。

精加工前各種加工:粗磨定位錐面、粗磨外圓、銑鍵槽和花鍵槽,以及車螺紋等(工序14~19)。

精加工:精磨外圓和兩處1:12外錐面及莫氏6號內錐孔,從而保證主軸最重要表面的精度(工序20~23)。

這一階段的目的是:把各表面都加工到圖樣規定的要求。

粗加工、半精加工、精加工階段的劃分大體以熱處理為界。

由此可見,整個主軸加工的工藝過程,就是以主要表面(支承軸頸、錐孔)的粗加工、半精加工和精加工為主,適當插入其它表面的加工工序而組成的。這就說明,加工階段的劃分起主導作用的是工件的精度要求。對於一般精度的機床主軸,精磨是最終機械加工工序。對精密機床的主軸,還要增加光整加工階段,以求獲得更高的尺寸精度和更低的表面粗糙度。

⑷工序順序的安排

由表3-1可見,主軸的工藝路線安排大體如下:毛坯製造——正火——車端面鑽中心孔——粗車——調質——半精車表面淬火——粗、精磨外圓——粗、精磨圓錐面——磨錐孔。

軸類零件各表面的加工順序,與定位基準的轉換有關,即先行工序必須為後續工序準備好定位基準。粗、精基準選定(後述)后,加工順序也就大致排定。

在安排工序順序時,還應注意下面幾點。

①外圓加工順序安排要照顧主軸本身的剛度,應先加工大直徑后加工小直徑,以免一開始就降低主軸鋼度。

②就基準統一而言,希望始終以頂尖孔定位,避免使用錐堵,則深孔加工應安排在最後。但深孔加工是粗加工工序,要切除大量金屬,加工過程中會引起主軸變形,所以最好在粗車外圓之後就把深孔加工出來。

③花鍵和鍵槽加工應安排在精車之後,粗磨之前。如在精車之前就銑出鍵槽,將會造成斷續車削,既影響質量又易損壞刀具,而且也難以控制鍵槽的尺寸精度。但這些表面也不宜安排在主要表面最終加工工序之後進行,以防在反覆運輸中,碰傷主要表面。

④因主軸的螺紋對支承軸頸有一定的同軸度要求,故放在淬火之後的精加工階段進行,以免受半精加工所產生的應力以及熱處理變形的影響。

⑤主軸系加工要求很高的零件,需安排多次檢驗工序。檢驗工序一般安排在各加工階段前後,以及重要工序前後和花費工時較多的工序前後,總檢驗則放在最後。必要時,還應安排探傷工序。

⑸定位基準的選擇

以兩頂尖孔作為軸類零件的定位基準,既符合基準重合原則,又能使基準統一。所以,只要有可能,就盡量採用頂尖孔作為定位基準。

表3-1所列工序中的粗車、半精車、精車、粗磨、精磨各外圓表面和端面、銑花鍵和車螺紋等工序,都是以頂尖孔作為定位基準的。

兩頂尖孔的質量好壞,對加工精度影響很大,應盡量做到兩

 

頂尖孔軸線重合、頂尖接觸面積大、表面粗糙度低。否則,將會因工件與頂尖間的接觸剛度變化而產生加工誤差。因此經常注意保持兩頂尖孔的質量,是軸類零件加工的關鍵問題之一。

深孔加工后,因頂尖孔所處的實體材料已不復存在,所以採用帶頂尖孔的錐堵作為定位基準。

為了保證支承軸頸與兩端錐孔的同軸度要求,需要應用互為基準原則。例如CA6140主軸的車小端1:20錐孔和大端莫氏6號內錐孔時(表3-1中工序10、11),用的是與前支承軸頸相鄰而又是用同一基準加工出來的外圓柱表面為定位基面(直接用前支承軸頸作為定位基準當然更好,但由於軸頸有錐度,在製造托架時會增加困難);工序14精車各外圓包括支承軸頸的1:12錐度時,即是以上述前後錐孔內所配錐堵的頂尖孔作為定位基準面;在工序16粗磨莫氏6號內錐孔時,又是以兩圓柱表面為定位基準面,這就符合互為基準原則。在工序21和22中,粗精磨兩個支承軸頸的1:12錐度時,再次以粗磨后的錐孔所配錐堵的頂尖孔為定位基準。在工序23中,最後精磨莫氏6號內錐孔時,直接以精磨后的前支承軸頸和另一圓柱面為基準面,基準再一次轉換。隨著基準的不斷轉換,定位精度不斷提高。轉換過程就是提高過程,使加工過程有一次比一次精度更高的定位基準面。基準轉換次數的多少,要根據加工精度要求而定。

在精磨莫氏6號內錐孔的定位方法中,採用了專用夾具,機床主軸僅起轉遞扭矩的作用,排除了主軸組件本身的迴轉誤差,因此提高了加工精度。

精加工主軸外圓表面也可用外圓表面本身來定位,既在安裝工件時以支承軸頸表面本身找正。如圖3-3所示,外圓表面找正是採用一種可拆卸的軸套心軸,心軸依靠螺母4和墊圈3壓緊在主軸的兩端面上。心軸兩端有中心孔,主軸靠心軸中心孔安裝在機床的前後頂尖上。以支承軸頸表面找正時,適當敲動工作,使支承軸頸的徑向圓跳動在規定的範圍內(心軸和主軸靠端面上摩擦力結合在一起,主軸和錐套並不緊配,留有間隙,允許微量調整),然後進行加工。

用這種定位方法,只需要準備幾套心軸,因此簡化了工藝裝備,節省了修正中心孔工序,並可在一次安裝中磨出全部外圓。

4.主軸加工中的幾個工藝問題

圖3-3  錐套心軸

⑴錐堵和錐堵心軸的使用

        對於空心的軸類零件,當通孔加工后,原來的定位基準——頂尖孔已被破壞,此後必須重新建立定位基準。對於通孔直徑較小的軸,可直接在孔口倒出寬度不大於2mm的60度錐面,代替中心孔。而當通孔直徑較大時,則不宜用倒角錐面代替,一般都採用錐堵或錐堵心軸的頂尖孔做為定位基準。

       當主軸錐孔的錐度較小時(如車床主軸的錐孔為1:20和莫氏6號)就常用錐堵,如圖3-4所示。

       當錐度較大時(如X62卧式銑床的主軸錐孔是7:24),可用帶錐堵的拉杆心軸,如圖3-5所示。

圖3-4    錐堵

圖3-5    帶有錐堵的拉杆心軸

使用錐堵或錐堵心軸時應注意以下問題。

①一般不宜中途更換或拆裝,以免增加安裝誤差。

②錐堵心軸要求兩個錐面應同軸,否則擰緊螺母後會使工件變形。圖4-5所示的錐堵心軸結構比較合理,其左端錐堵與拉杆心軸為一體,其錐面與頂尖孔的同軸度較好,而右端有球面墊圈,擰緊螺母時,能保證左端錐堵與孔配合良好,使錐堵的錐面和工件的錐孔以及拉杆心軸上的頂尖孔有較好的同軸度。

⑵頂尖孔的修磨

        因熱處理、切削力、重力等影響,常常會損壞頂尖孔的精度,因此在熱處理工序之後和磨削加工之前,對頂尖孔要進行修磨,以消除誤差。常用的頂尖孔修磨方法有以下幾種。

 

鑄鐵頂尖研磨。 可在車床或鑽床上進行,研磨時加適量的研磨劑(W10 ~W12氧化鋁粉和機油調和而成)。用這種方法研磨的頂尖孔,其精度較高,但研磨時間較長,效率很低,除在個別情況下用來修整尺寸較大或精度要求特別高的頂尖孔外,一般很少採用。

用油石或橡膠砂輪夾在車床的卡盤上,用裝在刀架上的金剛鑽將它的前端修整成頂尖形狀(60o圓錐體),接著將工件定在油石或橡膠砂輪頂尖和車床后頂尖之間(圖3-6),並加少量潤滑油(柴油),然後開動車床使油石或橡膠砂輪轉動,進行研磨。研磨時用手把持工件並連續而緩慢地轉動。這種研磨中心孔方法效率高,質量好,也簡便易行。

圖3-6  用油石研磨頂尖孔

用硬質合金頂尖刮研。把硬質合金頂尖的60°圓錐體修磨成角錐的形狀,使圓錐面只留下4~6條均勻分佈的刃帶(圖3-7),這些刃帶具有微小的切削性能,可對頂尖孔的幾何形狀作為量的修整,又可以起擠光的作用。這種方法刮研的頂尖孔精度較高,表面粗糙度達Ra0.8µm以下,並具有工具壽命較長、刮研效率比油石高的特點,所以一般主軸的頂尖孔可以用此法修研。

             

圖3-7  六棱硬質合金頂尖

上述三種修磨頂尖孔的方法,可以聯合應用。例如先用硬質合金頂尖刮研,再選用油石或橡膠砂輪頂尖研磨,這樣效果會更好。

⑶外圓表面的車削加工

    主軸各外圓表面的車削通常分為粗車、半精車、精車三個步驟。粗車的目的是切除大部分余量;半精車是修整預備熱處理后的變形;精車則進一步使主軸在磨削加工前各表面具有一定的同軸度和合理的磨削余量。因此提高生產率是車削加工的主要問題。在不同的生產條件下一般採用的機械設備是:單件小批生產採用普通卧式車床;成批生產多用帶有液壓仿形刀架的車床或液壓仿形車床;大批大量生產則採用液壓仿形車床或多刀半自動車床。

    採用液壓仿形車削可實現車削加工半自動化,其上下料仍需手動,更換靠模、調整刀具都較簡便,減輕了勞動強度,提高了加工效率,對成批生產是很經濟的。仿形刀架的裝卸和操作也很方便,成本低,能使普通卧式車床充分發揮使用效能。但是它的加工精度還不夠穩定,不適宜進行強力切削,仍應繼續改進。

多刀半自動車床主要用於大量生產中。它用若干把刀具同時車削工件的各個表面,因此縮短了切削行程和切削時間,是一種高生產率加工設備,但刀具的調整費時。

⑷主軸深孔的加工

    一般把長度與直徑之比大於5的孔稱為深孔。深孔加工比一般孔加工要困難和複雜,原因是:

①刀具細而長,剛性差,鑽頭容易引偏,使被加工孔的軸心線歪斜;

②排屑困難;

③冷卻困難,鑽頭散熱條件差,容易喪失切削能力。

生產實際中一般採取下列措施來改善深孔加工的不利因素:

①用工件旋轉、刀具進給的加工方法,使鑽頭有自定中心的能力;

②採用特殊結構的刀具——深孔鑽,以增加其導向的穩定性和適應深孔加工的條件;

③在工件上預加工出一段精確的導向孔,保證鑽頭從一開始就不引偏;

④採用壓力輸送的切削潤滑液並利用在壓力下的冷卻潤滑液排出切屑。

    在單件小批生產中,深孔加工一般是在卧式車床上用接長的麻花鑽加工。在加工過程中需多次退出鑽頭,以便排出切屑和冷卻工件及鑽頭。在批量較大時,採用深孔鑽床及深孔鑽頭,可獲得較好的加工質量並具有較高的生產率。

    鑽出的深孔一般都要經過精加工才能達到要求的精度和表面粗糙度。精加工的方法主要有鏜和鉸。由於刀具細長,目前較多採用拉鏜和拉鉸的方法,使刀桿只受拉力而不受壓力。這些加工一般也在深孔鑽床

 

上進行。

⑸主軸錐孔加工

主軸前端錐孔和主軸支承軸頸及前端短錐的同軸度要求高,因此磨削主軸的前端錐孔,常常成為機床主軸加工的關鍵工序。

磨削主軸前端錐孔,一般以支承軸頸作為定位基準,有以下三種安裝方式。

①將前支承軸頸安裝在中心架上,后軸頸夾在磨床床頭的卡盤內,磨削前嚴格校正兩支承軸頸,前端可調整中心架,後端在卡爪和軸頸之間墊薄紙來調整。這種方法輔助時間長,生產率低,而且磨床床頭的誤差會影響工件。但無須用專用夾具,因此常用於單件小批量生產。

②將前後支承軸頸分別安裝在兩個中心架上,用千分表校正好中心架位置。工件通過彈性聯軸器或萬向接頭與磨床床頭連接。此種方式可保證主軸軸頸的定位精度,且不受磨床床頭誤差的影響,但調整中心架費時,質量不穩定,一般只在生產規模不大時使用。

③成批生產時大多採用專用夾具加工,圖3-8為磨主軸錐孔的一種夾具,是由底座、支承架及浮動卡頭三部分組成。前後兩個支承架與底座連成一體。作為定位元件的V形架鑲有硬質合金,以提高耐磨性。工件的中心高應調整到正好等於磨頭砂輪軸的中心高。後端的浮動卡頭裝在磨床主軸錐孔內,工件尾部插入彈性套內。用彈簧把浮動卡頭外殼連同工件向後拉,通過鋼球壓向鑲有硬質合金的錐柄端面,依靠壓簧的漲力限制了工件的軸向竄動。採用這種連接方式,機床只傳遞切削扭矩,排除了磨床主軸圓跳動或同軸度誤差對工件影響,也可減小機床本身的振動對加工精度的影響。

⑹主軸各外圓表面的精加工和光整加工

主軸的精加工都是用磨削的方法,安排在最終熱處理工序之後進行,用以糾正在熱處理中產生的變形 ,最後達到所需的精度和表面粗糙度。磨削加工一般能達到的經濟精度和經濟表面粗糙度為IT16和Ra 0.8~0.2µm。對於一般精度的車床主軸,磨削是最後的加工工序。而對於精密的主軸還需要進行光整加工。

圖3-8磨主軸錐孔專用夾具

光整加工用於精密主軸的尺寸公差等級IT5以上或表面粗糙度低於Rɑ0.1µm的加工表面,其特點是:

①加工余量都很小,一般不超過0.2mm。

②採用很小的切削用量和單位切削壓力,變形小,可獲得很細的表面粗糙度。

③對上道工序的表面粗糙度要求高。一般都要求低於Rɑ0.2µm,表面不得有較深的加工痕迹。

④除鏡面磨削外,其他光整加工方法都是“浮動的”,即依靠被加工表面本身自定中心。因此只有鏡面磨削可部分地糾正工件的形狀和位置誤差,而研磨只可部分地糾正形狀誤差。其它光整加工方法只能用於降低表面粗糙度。

幾種光整加工方法的工作原理和特點簡表3-3。由於鏡面磨削的生產效率高。且適應性廣,目前已廣泛應用在機床主軸的光整加工中。

⑺軸類零件的檢驗

軸類零件在加工過程中和加工完以後都要按工藝規程的技術要求進行檢驗。檢驗的項目包括表面粗糙度、硬度、尺寸精度、表面形狀精度和相互位置精度。

                表3-3  外圓表面的各種光整加工方法的比較

光整加工方法

工            作              原              理

特      點

鏡面磨削

加工方式與一般磨削相同,但需要用特別軟的砂輪,較低的磨削用量,極小的切削深(1~2µm),仔細過濾的冷卻潤滑液。修正砂輪時用極慢的工作台進給速度。

1)粗糙度可達Ra0.012~0.006適用範圍廣

2)能夠部分的修正商道工序留下來的形狀和位置誤差

3)生產效率高,可配備自動測量儀

4)對機床設備的精度要求的精度很高

1)        

研磨

 

研磨套在一定的壓力下與工件做複雜的想對運動,工件緩慢轉動,帶動磨粒起切削作用。同時研磨劑還能與金屬表面層起化學作用,加速切削作用。研磨余量為0.01~0.02mm。

1)   表面粗糙度可達Ra0.025~0.006適用範圍廣

2)   能部分糾正形狀誤差,不能糾正位置誤差

3)   方法簡單可靠,對設備要求低

4)   生產率很低,工人勞動強度大,正為其他方法所取代,但仍用得相當廣泛

超精加工

工件作低速轉動和軸向進給(或工件不進給,磨頭進給),磨頭帶動磨條以一定的頻率(每分鐘幾十次到上千次)沿工件的軸向振動,磨粒在工件表面上形成複雜軌跡。磨條採用硬度很軟的細粒度油石。冷卻潤滑液用煤油。

1)表面粗糙度可達Ra0.025~0.012適用範圍廣

2)不能糾正上道工序留下來的形狀誤差和位置誤差

3)設備要求簡單,可在普通車床上進行

4)加工效果受石油質量的影響很大

雙輪珩磨

 

珩磨輪相對工作軸心線傾斜27°~30°,並以一定的壓力從相對的方向壓在工件表面上。工件(或珩磨輪)沿工件軸向作往複運動。在工件轉動時,因摩擦力帶動珩磨輪旋轉,併產生相對滑動,起微量的切削作用。冷卻潤滑液為煤油或油酸。

1)表面粗糙度可達Ra0.025~0.012不適用於帶肩軸類零件和錐形表面;

2)不能糾正上道工序留下來的形狀誤差和位置誤差

3)備要求低,可用舊機床改裝

4)工藝可靠,表面質量穩定

5) 珩磨輪一般採用細粒度磨料自製使用壽命長

6)生產效率比上述三種都高

 

①表面粗糙度和硬度的檢驗

硬度是在熱處理之後用硬度計抽檢。

表面粗糙度一般用樣塊比較法檢驗,對於精密零件可採用干涉顯微鏡進行測量。

②精度檢驗

精度檢驗應按一定順序進行,先檢驗形狀精度,然後檢驗尺寸精度,最後檢驗位置精度。這樣可以判明和排除不同性質誤差之間對測量精度的干擾。

形狀精度檢驗

車床主軸的形狀誤差主要是指圓度誤差和圓柱度誤差。

        圓度誤差為軸的同一截面內最大直徑與最小直徑之差。一般用千分尺按照測量直徑的方法即可檢測。精度高的軸需用比較儀檢驗。

圓柱度誤差是指同一軸向剖面內最大直徑與最小直徑之差,同樣可用千分尺檢測。彎曲度可以用千分表檢驗,把工件放在平板上,工件轉動一周,千分表讀數的最大變動量就是彎曲誤差值。

尺寸精確檢驗  

        在單件小批生產中,軸的直徑一般用外徑千分尺檢驗。精度較高(公差值小於0.01mm)時,可用槓桿卡規測量。台肩長度可用遊標卡尺、深度遊標卡尺和深度千分尺檢驗。

大批大量生產中,為了提高生產效率常採用極限卡規檢測軸的直徑。長度不大而精度又高的工件,也可用比較儀檢驗。

位置精度檢驗 

      為提高檢驗精度和縮短檢驗時間,位置精度檢驗多採用專用檢具,如圖3-9所示。檢驗時,將主軸的兩支承軸頸放在同一平板上的兩個V型架上,並在軸的一端用擋鐵、鋼球和工藝錐堵擋住,限制主軸沿軸向穩動。兩個V型架中有一個的高度時可調的。測量時先用千分表調整軸的中心線,使它與測量平面平行。平板的傾斜角一般是15°,使工件軸端靠自重壓向鋼球。

在主軸前錐孔中插入檢驗心棒,按測量要求放置千分表,用手輕輕轉動主軸,從千分表讀數的變化即可測量各項誤差,包括錐孔及有關表面相對支承軸頸的徑向挑動和端面跳動。

圖3-9  主軸位置精度檢驗示意圖

錐孔的接觸精度用專用錐度量規塗色檢驗,要求接觸面積在70%以上,分佈均勻而大端接觸較“硬”,即錐度只允許偏小。這項檢驗應在檢驗錐孔跳動之前進行。

圖3-9中各量表的功用如下:量表7檢驗錐孔對支承軸頸的同軸度誤差;距軸端300mm處的量表8檢查錐孔軸心線對支承軸頸軸心線的同軸度誤差;量表3、4、5、6檢查各軸頸相對支承軸頸的徑向跳動;量表10、11、12檢驗端面跳動;量表9測量主軸的軸向竄動。

3.2 箱體零件加工

3.2.1概述

1.箱體零件的功用和結構特點

箱體是機器的基礎零件,它將機器和部件中的軸、齒輪等有關零件連接成一個整體,並保持正確的相互位置,以傳遞轉矩或改變轉速來完成規定的運動。因此箱體的加工質量直接影響機器的工作精度、使用性能和壽命。

     圖3-10為某車床主軸箱簡圖。由圖可知,箱體類零件結構複雜,壁薄且不均勻,加工部位多,加工難度大。具統計,一般中型機床製造廠花在箱體零件的機械加工勞動量約佔整個產品加工量的15%~20%。

2.箱體零件的主要技術要求

箱體類零件中以機床主軸箱的精度要求最高,現以某車床主軸箱為例,可歸納以下五項精度要求。

⑴孔徑精度

孔徑的尺寸誤差和幾何形狀誤差會使軸承與孔配合不良。孔徑過大,配合過松,使主軸迴轉軸線不穩定,並降低了支撐剛度,易產生振動和噪音;孔徑過小使配合過緊,軸承將因外界變形而不能正常運轉,壽命縮短。裝軸承的孔不圓,也使軸承外環變形而引起主軸的徑向跳動。

從以上分析可知對孔的精度要求較高。主軸孔的尺寸精度約為IT6級,其餘孔為IT6~IT7級。孔的幾何形狀精度除作特殊規定外,一般都在尺寸公差範圍內。

⑵孔與孔的位置精度

同一軸線上各孔的同軸度誤差和孔端面對軸線垂直度誤差,

 

會使軸和軸承裝配到箱體上后產生歪斜,致使主軸產生徑向跳動和軸向竄動,同時也使溫度升高,加劇軸承磨損。孔系之間的平行度誤差會影響齒輪的嚙合質量。一般同軸上各孔的同軸度約為最小孔尺寸公差的一半。

⑶孔和平面的位置精度

一般都要規定主要孔和主軸箱安裝基面的平行度要求,他們決定了主軸與床身導軌的相互位置關係。這項精度是在總裝過程中通過刮研達到的。為減少刮研工作量,一般都要規定主軸軸線對安裝基面的平行度公差。在垂直和水平兩個方向上只允許主軸前端向上和向前偏。

⑷主要平面的精度

裝配基面的平面度誤差影響主軸箱與床身連接時的接觸剛度。若在加工過程中作為定位基準時,還會影響軸孔的加工精度。因此規定底面和導向面必須平直和相互垂直。其平面度、垂直度公差等級為5級。

⑸表面粗糙度

重要孔和主要表面的表面粗糙度會影響連接面的配合性質或接觸剛度,其具體要求一般用Ra值來評價。主軸孔為Ra0.4µm,其它各縱向孔為Ra1.6µm,孔的內端面為Ra3.2µm,裝配基準面和定位基準面為Ra0.63µm~Ra2.5µm,其它平面為Ra2.5µm~Ra10µm。

3.箱體的材料及毛坯

箱體材料一般選用HT200~HT400的各種牌號的灰鑄鐵,最常用的為HT200,這是因為灰鑄鐵不僅成本低,而且具有較高的耐磨性、可鑄性、可切削性和阻尼特性。在單件生產或某些簡易機床的箱體,為了縮短生產周期和降低成本,可採用鋼材焊接結構。此外,精度要求較高的坐標鏜床主軸箱可選用耐磨鑄鐵,負荷大的主軸箱也可採用鑄鋼件。

毛坯的加工余量與生產批量、毛坯尺寸、結構、精度和鑄造方法等因素有關,有關數據可查有關資料及數據具體情況決定。如Ⅱ級精度灰鑄鐵件,在大批大量生產時,平面的總加工余量為6~10 mm,孔的半徑 余量為7 ~ 12mm;單件小批量生產時,平面為7 ~ 12mm, 孔半徑余量為8 ~ 14mm;成批生產時小於Ф30mm的孔和單件小批生產小於Φ50mm的孔不鑄出。

毛坯鑄造時,應防止砂眼和氣孔的產生。為了減少毛坯製造時產生殘餘應力,應使箱體壁厚盡量均勻,箱體鑄造后應安排退火或時效處理工序。

圖3-10  車床主軸箱簡圖

4.箱體零件結構工藝性

箱體零件的結構工藝性對實現機械加工優質、高產、低成本具有重要意義。

箱體的基本孔可分為通孔、階梯孔、盲孔、交叉孔等幾類。通孔工藝性最好,通孔內又以孔長L與孔徑D之比L/D≤1~1.5 的短圓柱孔工藝性為最好;L/D>5的孔,稱為深孔,若深度精度要求較高、表面粗糙度值較小時,加工就很困難。

階梯孔的工藝性與“孔徑比”有關。孔徑相差越小則工藝性越好;孔徑相差越大,且其中最小的孔徑又很小,則工藝性越差。

相貫通的交叉孔的工藝性也較差,如圖3-11a所示Ø100孔與Ø70孔貫通相交,在加工主軸孔時,刀具走到貫通部分時,由於刀具徑向受力不均,孔的軸線就會偏移。為此可採取圖3-11b所示,Ø70孔不鑄通,加工Ø100 主孔后再加工Ø70孔即可。

                                  a)                                                            b)

圖3-11交叉孔的工藝性

盲孔

 

的工藝性最差,因為在精鉸或精鏜盲孔時,刀具送進難以控制,加工情況不便於觀察。此外,盲孔的內端面的加工也特別困難,故應盡量避免。

同一軸線上孔徑大小向一個方向遞減,便於鏜孔時鏜桿從一端伸入,逐個加工或同時加工同軸線上幾個孔,以保證較高的同軸度和生產率。單件小批生產時一般採用這種分佈形式(圖3-12a)。同孔徑大小從兩邊向中間遞減,加工時便於組合機床以兩邊同時加工,鏜桿剛度好,適合大批大量生產(圖3-12b)。

同軸線上的孔的直徑的分佈形式,應盡量避免中間壁上的孔徑大於外壁的孔徑。因為加工這種孔時,要將刀桿伸進箱體后裝刀和對刀,結構工藝性差(圖3-12c)。

      
a)                       b)                                c)

圖3-12     同軸孔徑的排列方式

為便於加工、裝配和檢驗,箱體的裝配基面尺寸應盡量大,形狀應盡量簡單。

箱體外壁上的凸台應儘可能在一個平面上,以便可以在一次走刀中加工出來,而無須調整刀具的位置,使加工簡單方便。

箱體上的緊固孔和螺孔的尺寸規格應盡量一致,以減少刀具數量和換刀次數。

3.2.2箱體平面及孔系的加工方法

箱體零件的主要加工表面為平面及孔系。

1.箱體的平面加工

箱體平面加工的常用方法有刨、銑和磨三種。刨削和銑削常用作平面的粗加工和半精加工,而磨削則用作平面的精加工。

刨削加工的特點是:刀具結構簡單,機床調整方便,通用性好。在龍門刨床上可以利用幾個刀架,在工件的一次安裝中完成幾個表面的加工,能比較經濟地保證這些表面間的相互位置精度要求。精刨還可以代替刮研來精加工箱體平面。精刮時採用寬直刃精刨刀,在經過檢修和調整的刨床上,以較低的切削速度(一般為4~12m/min),在工件表面上切去一層很薄的金屬(0.007~0.1mm)。精刨后的表面粗糙度Ra值可達0.63 ~2.5µm,平面度可達0.002mm/m。因為寬刃精刨的進給量很大(5~25mm/雙行程),生產率極高。

銑削生產率高於刨銷,在中批以上生產中多用銑削加工平面。當加工尺寸較大的箱體平面時,常在多軸龍門銑床上,用幾把銑刀同時加工各有關平面,以保證平面間的相互位置精度並提高生產率。

平面磨削的加工質量比刨和銑都高,而且還可以加工淬硬零件。磨削平面的粗糙度Ra可達0.32 ~ 1.25µm。生產批量較大時,箱體的平面常用磨削來精加工。為了提高生產率和保證平面間的相互位置精度,生產實際中還經常採用組合磨削(見圖3-13)來精加工平面。

圖3-13  組合磨削

2.箱體孔系的加工方法

箱體上一系列有相互位置精度要求的的孔的組合,稱為孔系。孔系可分為平行孔系、同軸孔系和交叉孔系。由於箱體功用及結構需要,箱體上的孔往往本身精度要求高,而且孔距精度和相互位置精度要求也高,所以孔系加工是箱體加工的關鍵。根據箱體生產批量不同和孔系精度要求不同,孔系加工所用的方法也不同。

⑴平行孔系的加工

所謂平行孔系是指這樣一些孔,它們的軸線互相平行且孔距也有精度要求。因此平行孔系加工的主要技術要求是保證孔的加工精度,保證各平行孔軸心線之間以及軸心線與基面之間的尺寸精度和相互位置精度。下面主要介紹生產中保證孔距精度的方法。

①找正法

找正法是工人在通用機床上利用輔助工具來找正要加工孔的正確位置的加工方法。這種方法加工效率低,一般只適用於單件小批生產。根

 

據實施找正的具體手段不同,找正法又可分為以下幾種:

劃線找正法。加工前按照零件圖紙要求在毛坯上劃出各孔的加工位置線,然後按劃線進行找正和加工。劃線和找正時間較長,生產率低,而且加工出來的孔距精度也較低,一般為±0.3mm左右。為了提高劃線找正的精度,往往結合試切法進行,即先按劃線找出正鏜出一孔,再按劃線將機床主軸調至第二孔中心,試鏜出一個比圖樣尺寸小的孔,測量兩孔的實際中心距,若不符合圖樣要求,則根據測量結果重新調整主軸的位置,再進行試鏜、測量、調整,如此反覆幾次,直至達到要求的孔距尺寸。劃線找正法操作難度較大,生產效率低,孔距精度較低,適用於單件小批生產中孔距精度要求不高的孔系加工。

心軸和塊規找正法 。如圖3-14所示,鏜第一排孔時將精密心軸插入主軸孔內(或直接利用鏜床主軸),然後根據孔和定位基準的距離組合一定尺寸的塊規來校正主軸位置。校正時用塞尺測量塊規與心軸之間的間隙,以避免塊規與心軸直接接觸而損傷塊規(圖3-14a)。鏜第二排孔時,分別在機床主軸和已加工孔中插入心軸,採用同樣的方法來校正主軸軸線的位置圖(3-14b)。這種找正法的孔心距精度可達±0.03mm。

圖3-14   用心軸和塊規找正

a)第一工位     b)第二工位

1—心軸     2—鏜床主軸      3—塊規      4—塞尺       5—鏜床工作台

樣板找正法 。如圖3-15所示,用10~20mm厚的鋼板按箱體的孔系關係製造樣板1,樣板上的孔距精度較箱體孔系的孔距精度高(一般為±0.01mm),樣板上的孔徑較工件孔徑大,以便於鏜桿通過。樣板上孔徑尺寸精度要求不高,但有較高的形狀精度和較細的表面粗糙度。使用時將樣板準確地裝到工件上(垂直於各孔的端面),,在機床主軸上裝一個千分表2,按樣板逐個找正主軸位置,換上鏜刀即可加工。此法加工中找正迅速,不易出錯,孔距精度可達±0.05mm,且樣板成本低(僅為鏜模成本的1/7~1/9),常用於小批量大型箱體的加工。

圖3-15樣板找正法

②坐標法

坐標法鏜孔是加工前先將圖紙上被加工孔系間的孔距尺寸及其公差換算為以機床主軸中心為原點的相互垂直的坐標尺寸及公差,加工時藉助於機床設備上的測量裝置,調整機床主軸與工件在水平與垂直方向的相對位置,從而保證孔距精度的一種鏜孔方法。進行尺寸換算時,可利用三角幾何關係及工藝尺寸鏈理論推算,複雜時可由計算機應用相應的坐標轉換計算程序完成。

坐標法鏜孔的孔距精度取決於坐標位移精度,歸根結底取決於機床坐標測量裝置的精度。目前,生產實際中採用坐標法加工孔系的機床有兩類:一類如坐標鏜床、數控鏜銑床或加工中心,自身具有精確的坐標測量系統,可進行高精度的坐標位移、定位及測量等坐標控制;另一類沒有精密坐標位移及測量裝置,如普通鏜床等。用前一類機床加工孔系,孔距精度主要由機床本身的坐標控制精度決定。用后一類機床加工孔系,往往採用相應的工藝措施以保證坐標位移精度,較常用的有:

利用百分表與塊規測量裝置。圖3-16為在普通鏜床上用百分表1和塊規2調整主軸垂直坐標和工作台水平坐標的示意圖,所控制的位置精度可達±0.02~0.04mm。該法調整難度大且效率低,僅用於單件小批量生產。

圖3-16  在普通鏜床上用坐標法加工孔系

1—百分表    2—塊規

加裝精密測量裝置。該方法是在普通機床上加裝一套由金屬線紋尺和光學讀數頭組成的精密長度測量裝置。該裝置操作方便,精度較高,光學讀數頭的讀數精度為0.01mm,可將普通鏜床

 

的位移定位精度提高到0.02mm左右。這種方法提高了普通機床的運動部件位移測量精度,既經濟又實用,應用廣泛。

採用坐標法加工孔系時,應特別注意基準孔和鏜孔順序的選擇,否則,坐標尺寸的累積誤差會影響孔距精度。基準孔應選擇本身尺寸精度高、表面粗糙度值小的孔,以使在加工過程中可方便地校驗其坐標尺寸。有孔距精度要求的兩孔應連在一起加工以減少累積誤差;加工中儘可能使工作台向一個方向移動,避免工作台往複移動而由進給機構的間隙造成累積誤差。

③鏜模法

鏜模法加工孔系是利用鏜模板上的孔系保證工件上孔系位置精度的一種方法,在中批生產和大批大量生產中被廣泛採用。鏜孔時,工件裝夾在鏜模上,鏜桿被支撐在鏜模的導套里,由導套引導鏜桿在工件的正確位置上鏜孔。當用兩個或兩個以上的支架引導鏜桿時,鏜桿與機床主軸大多採用浮動連接,這種情況下機床主軸的迴轉精度對加工精度影響很小,孔距精度主要取決於鏜模的製造精度。圖3-17為鏜桿與機床主軸浮動連接的一種結構形式。

用鏜模法加工孔系時,工藝系統的剛度大大提高,有利於多刀同時切削,定位加緊迅速,節省了找正、調整等輔助時間,生產效率高。當然,由於鏜模自身存在製造誤差,導套與鏜桿之間存在間隙和磨損,故孔系的加工精度不會很高,孔距精度一般為±0.05mm,同軸度和平行度可達0.02~0.05mm。另外,鏜模精度高、製造成本高、周期長,所以鏜模法主要適合於批量生產的中小型箱體。

圖3-17鏜桿浮動聯接頭

        ⑵同軸孔系的加工

同軸孔系的加工主要是保證各孔的同軸度精度。成批生產中,一般採用鏜模法,所以同軸度精度由鏜模保證。單件小批量生產中,同軸度精度的保證可採取如下的工藝方法:

①利用已加工孔作支承導向

如圖3-18所示,當加工箱壁相距較近的同軸孔時,箱體前壁上的孔加工完畢后,在孔內裝一導向套,支承和引導鏜桿加工後壁上的孔,以保證兩孔的同軸度要求。

圖3-18 利用已加工孔作支承導向

②利用鏜床后立柱上的導向套支承導向

這種方法鏜桿兩端支承,剛性好,但調整麻煩,鏜桿較長,往往用於大型箱體的加工。

③採用調頭鏜

當箱體箱壁上的同軸孔相距較遠時,採用調頭鏜較為合適。加工時,工件一次裝夾完,鏜好一端的孔后,將鏜床工作台迴轉180o,再鏜另一端的孔。考慮到調整工作台迴轉後會帶來誤差,所以實際加工中一般用工藝基面校正,具體方法如下:鏜孔前用裝在鏜桿上的百分表對箱體上的與所鏜孔軸線平行的工藝基面進行校正,使其和鏜桿軸線平行,如圖3-19a所示。當加工完A壁上的孔后,工作台迴轉180o,並用鏜桿上的百分表沿此工藝基面重新校正,如圖3-19b所示。校正時使鏜桿軸線與A壁上的孔軸線重合,再鏜B壁上的孔。

圖3-19  調頭鏜對工件的校正

⑶交叉孔系的加工

交叉孔系的加工主要技術要求是控制相關孔的垂直度誤差。成批生產中多採用鏜模法,垂直度誤差主要由鏜模保證。單件小批生產時,一般靠普通鏜床工作台上的90o對準裝置,該裝置是擋塊結構,對準精度低(T68的出廠精度為0.04mm/900mm,相當於8?),所以還要藉助找正來加工。找正方法如圖3-20所示,在已加工孔中插入心棒,然後將工作台旋轉90o,搖動工作台用百分表找正。

圖3-20  找正法加工交叉孔系

3.2.3箱體機械加工工藝過程分析

1.箱體零件機械加工工藝過程

箱體零件的結構複雜,加工表面多,但主要加工表面是平面和孔。通常平面的加工精度相對來說較易保證,而精度要求較高的支承孔以及孔與孔之間、孔與平面之間的相互位置精度則較難保證,往往是箱體加工的關鍵。所以在制定箱體加工工藝過程時,應重點考慮如保證孔的自身精度及孔與孔、平面之間的相互位置精度,尤其

 

要注意重要孔與重要的基準平面(常作為裝配基面、定位基準、工序基準)之間的關係。當然,所制定的工藝過程還應適合箱體生產批量和工廠具備的條件。

表3-4為某車床主軸箱(圖3-10)的大批生產工藝過程。

                                 表3-4 某主軸箱大批生產工藝過程

序號

工序內容

定位基準

序號

工序內容

定位基準

1

鑄造

 

10

精?各縱向孔

頂面A 及兩工藝孔

2

時效

 

11

精?主軸孔Ⅰ

頂面A 及兩工藝孔

3

油漆

 

12

加工橫向孔及各面上的次要孔

 

4

銑頂面A

Ⅰ孔與Ⅱ孔

13

磨B、C導軌面及前面D

頂面A 及兩工藝孔

5

鑽、擴、鉸2-Ø8H7工藝孔

頂面積A及外形

14

將2-Ø8H7及4-Ø7.8mm均擴鑽至Ø8.5mm,攻6-M10

 

6

銑兩端面E、F及前面D

頂面A及兩個工藝孔

7

銑導軌面B、C

頂面A及兩個工藝孔

15

清洗、去毛刺、倒角

 

8

磨頂面A

導軌面B、C

16

檢驗

 

9

粗鏜各縱向孔

頂面A及兩個工藝孔

     

 

2.箱體類零件機械加工工藝過程分析

⑴擬定箱體類零件機械加工工藝過程的基本原則為:

①先面后孔的加工順序 

箱體類零件的加工順序均為先加工面,以加工好的平面定位,再來加工孔。因為箱體孔的精度要求高,加工難度大,先以孔為粗基準加工好平面,再以平面為精基準加工孔,這樣既能為孔的加工提供穩定可靠的精基準,同時可以使孔的加工余量均勻。由於箱體上的孔一般分佈在外壁和中間隔壁的平面上的,先加工平面,可切去鑄件表面的凹凸不平及夾砂等缺陷,這不僅有利於以後工序的孔加工(例如,鑽孔時可減少鑽頭引偏),也有利於保護刀具、對刀和調整。

表3-4中主軸箱大批生產時,先將頂面A磨好后才能加工孔系。

②加工階段粗、精分開 

箱體重要加工表面都要分為粗、精加工兩個階段,這樣減小或避免粗加工產生的內應力和切削熱對加工精度的影響,以保證加工質量;粗、精加工分開還可以根據不同的加工特點和要求,合理選擇加工設備,便於低精度、高功率設備充分發揮其功能,而高精度設備則可以延長使用壽命,提高了經濟效益;粗、精加工分開也可以及時發現毛坯缺陷,避免浪費。

但是,對單件小批量的箱體加工,如果從工序上嚴格區分粗、精加工,則機床、夾具數量要增加,工件運輸工作量也會增加,所以實際生產中多將粗、精加工在一道工序內完成,但要採取一定的工藝措施,如粗加工后將工件鬆開一點,然後再用較小的夾緊力夾緊工件,使工件因夾緊力而產生的彈性變形在精加工前得以恢復。

③工序間安排時效處理 

箱體毛坯結構複雜,鑄造內應力較大。為了消除內應力,減少變形,保持精度的穩定,鑄造之後要安排人工時效處理。主軸箱體人工時效的規範為:加熱到500~550℃,加熱速度50~120℃/h,保溫4~6h ,冷卻速度≤30℃/h,出爐溫度≤200℃。

普通精度的箱體,一般在鑄造之後安排一次人工時效處理。對一些高精度的箱體或形狀特別複雜的箱體,在粗加工之後還要安排一次人工時效處理,以消除粗加工所造成的殘餘應力。有些精度要求不高的箱體毛坯,有時不安排時效處理,而是利用粗、精加工工序間的停放和運輸時間,使之進行自然時效。

④選擇箱體上的重要基準孔作粗基準 

箱體零件的粗基準一般都採用它上面的重要孔作粗基準,如主軸箱都用主軸孔作粗基準。

⑵箱體零件加工的具體工藝問題

①粗基準的選擇

雖然箱體類零件一般都採用重要孔為粗基準,隨著生產類型不同,實現以主軸孔為粗基準的工件裝夾方式是不同的。

中小批生產時,由於毛坯精度較低,一般採用劃線裝夾,加工箱體平面時,按線找正裝夾工件即可。

大批大量生產時,毛坯精度較高,可採用圖3-21 所示的夾具裝夾。先將工件放在支承1、3、5上,使箱體側面緊靠支架4,箱體一端靠住擋銷6,這就完成了預定位。此時將液壓控制的兩短軸7伸入主軸孔中,每個短軸上的三個活動支柱8分別頂住主軸孔內的毛面,將工件抬起。離開1、3、5支承面,使主軸孔軸線與夾具的兩短軸軸線重合,此時主軸孔即為定位基準。為了限制工件繞兩短軸7轉動的自由度,在工件抬起后,調節兩可調支承10,通過用樣板校正Ⅰ軸孔的位置,使箱體頂面基本成水平。再調節輔助支承2,使其與箱體底面接觸,使得工藝系統剛度得到提高。然後再將液壓控制的兩夾緊塊11伸入箱體兩端孔內壓緊工件,即可進行加工。

圖3-21  以主軸孔為粗基準銑頂面的夾具

 ②精基準的選擇 

箱體加工精基準的選擇與生產批量大小有關。

單件小批生產用裝配基準作定位基準。圖3-10車床主軸箱單件小批加工孔系時,選擇箱體底面導軌B、C面作為定位基準。B、C面既是主軸孔的設計基準,也與箱體的主要縱向孔系、端面、側面有直接的位置關係,故選擇導軌面B、C作為定位基準,不

 

僅消除了基準不重合誤差,而且在加工各孔時,箱口朝上,便於安裝調整刀具、更換導向套、測量孔徑尺寸、觀察加工情況和加註切削液等。

這種定位方式的不足之處是刀具系統的剛度較差。加工箱體中間壁上的孔時,為了提高刀具系統的剛度,應當在箱體內部相應的部位設計鏜桿導向支承。由於箱體底部是封閉的,中間支承只能用如圖3-22所示的吊架從箱體頂面的開口處伸入箱體內,每加工一件需裝卸一次,吊架剛性差,製造精度較低,經常裝卸也容易產生誤差,且使加工的輔助時間增加,因此這種定位方式只適用於單件小批生產。

圖3-22  吊架式鏜模夾具

大批量生產是採用一面雙孔坐定位基準。大批量生產的主軸箱常以頂面和兩定位銷孔為精基準,如圖3-23所示。

這種定位方式,箱口朝下,中間導向支架可固定在夾具上。由於簡化了夾具結構,提高了夾具的剛度,同時工具的裝卸也比較方便,因而提高了孔系的加工質量和勞動生產率。

這一定位方式也存在一定的問題,由於定位基準與設計基準不重合,產生了基準不重合誤差。為保證箱體的加工精度,必須提高作為定位基準的箱體頂面和兩定位銷孔的加工精度。因此,大批大量生產的主軸工藝過程中,安排了磨A面工序,要求嚴格控制頂面A的平面度和A面至底面、A面至主軸孔軸心線的尺寸精度與平行度,並將兩定位銷孔通過鑽、擴、鉸等工序使其直徑精度提高到H7,增加了箱體加工的工作量。此外,這種定位方式的箱口朝下,還不便在加工中直接觀察加工情況,也無法在加工中測量尺寸和調整刀具(實際生產中採用定孔徑刀具直接保證加工精度)。

圖3-23  一面兩孔定位的鏜模

③所用設備因批量不同而異

單件小批生產一般都在通用機床上加工,各工序原則上靠工人技術熟練程度和機床工作精度來保證。除個別必須用專用夾具才能保證質量的工序(如孔系加工)外,一般很少採用專用夾具。而大批量箱體的加工則廣泛採用組合加工機床、專用鏜床等。專用夾具也用得很多,這就大大地提高了生產率。

3.2.4箱體零件的數控加工

箱體零件大量生產時,多採用由組合機床與輸送裝置組成的自動線進行加工,我國目前在汽車、拖拉機、柴油機等行業中,較廣泛地採用了自動線加工工藝。

現代機械製造業中,多品種、小批量的生產已逐步佔據主導地位。像機床製造行業,為了適應市場需要,品種與規格需經常變化。顯然,品種與規格的變化必然導致箱體零件結構與尺寸的改變,這樣就不能採用高效率的自動線加工工藝。但如果採用普通機床加工,則佔用設備多,生產周期長,生產效率低,生產成本高。為了解決這一矛盾,現代機械製造企業大多利用功率大、功能多的精密“加工中心”機床組織生產。

所謂“加工中心”,就是帶有自動換刀裝置的數控鏜銑床。圖3-24是立式與卧式加工中心外形示意圖。各種刀具都存放在刀庫內。工序轉換、刀具和切削參數選擇、各執行部件的運動都由程序控制來自動進行。加工中心可對工件各個表面連續完成鑽、擴、鏜、銑、鍃、鉸、攻螺紋等多種工序,而且各工序理論上可以按任意順序安排。

                      a)立式加工中心                                        b)卧式加工中心

圖3-24    加工中心外形示意圖

箱體零件的數控加工與普通機床加工工藝原則上是一致的,如先面后孔的加工順序、粗精基準選擇原則等,都與

 

普通加工一樣。但為了發揮數控機床或加工中心位移、定位精度高,能自動按程序運行的優點,箱體零件的數控加工與普通加工也有不同之處,有關問題讀者可查閱相關參考資料。

3.3  套筒零件加工

3.3.1概述

1.套筒類零件的功用與結構特點

機器中套筒零件的應用非常廣泛,常見的套筒零件有液壓系統中的液壓缸、內燃機上的氣缸套、支承迴轉軸的各種形式的滑動軸承、夾具中的導向套等,如圖3-25所示。套筒類零件一般功用為支承和導向。

圖3-25常見的套筒零件

a)、b) 滑動軸承  c) 鑽套  d) 軸承襯套  e) 氣缸套  f) 液壓缸

套筒零件由於用途不同,其結構和尺寸有著較大的差異,但仍有其共同特點:零件結構不太複雜,主要表面為同軸要求較高的內、外旋轉表面;多為薄壁件,容易變形;零件尺寸大小各異,但長度一般大於直徑,長徑比大於5的深孔比較多。

2.套筒類零件的技術要求

套筒零件各主要表面在機器中所起的作用不同,其技術要求差別較大,主要技術要求大致如下:

(1)內孔的技術要求。內孔是套筒零件起支承和導向作用最主要的表面,通常與運動著的軸、刀具或活塞相配合。其直徑尺寸精度一般為IT7,精密軸承套為IT6;形狀公差一般應控制在孔徑公差以內,較精密的套筒應控制在孔徑公差的1/3~1/2,甚至更小。對長套筒除了有圓度要求外,還對孔的圓柱度有要求。套筒零件的內孔表面粗糙度Ra為2.5~0.16μm,某些精密套筒要求更高,Ra值可達0.04μm。

(2)外圓的技術要求。外圓表面一般起支承作用,通常以過渡或過盈配合與箱體或機架上的孔相配合。外圓表面直徑尺寸精度一般為IT6~IT7,形狀公差應控制在外徑公差以內,表面粗糙度Ra為5~0.63μm。

(3)各主要表面間的相互位置精度

①內外圓之間的同軸度。若套筒是裝入機座上的孔之後再進行最終加工,這時對套筒內外圓間的同軸度要求較低;若套筒是在裝配前進行最終加工則同軸度要求較高,一般為0.01~0.05mm。

②孔軸線與端面的垂直度。套筒端面如果在工作中承受軸向載荷,或是作為定位基準和裝配基準,這時端面與孔軸線有較高的垂直度或端面圓跳動要求,一般為0.02~0.05mm。

3.套筒類零件的材料要求與毛坯

套筒零件常用材料是鑄鐵、青銅、鋼等。有些要求較高的滑動軸承,為節省貴重材料而採用雙金屬結構,即用離心鑄造法在鋼或鑄鐵套筒內部澆注一層巴氏合金等材料,用來提高軸承壽命。

套筒零件毛坯的選擇,與材料、結構尺寸、生產批量等因素有關。直徑較小(如d<20mm)的套筒一般選擇熱軋或冷拉棒料,或實心鑄件。直徑較大的套筒,常選用無縫鋼管或帶孔鑄、鍛件。生產批量較小時,可選擇型材、砂型鑄件或自由鍛件;大批量生產則應選擇高效率、高精度毛坯,必要時可採用冷擠壓和粉末冶金等先進的毛坯製造工藝。

3.3.2 套筒類零件加工工藝分析

下面以液壓缸為例,來說明套筒零件的加工工藝過程及其特點。

1.套筒零件的機械加工工藝過程

液壓系統中液壓缸體是比較典型的長套筒零件,結構簡單,壁薄容易變形。如圖3-26所示為某液壓缸體,其主要技術要求為:①內孔必須光潔,無縱向刻痕;②內孔圓柱度誤差不大於0.04mm;③內孔軸線的直線度誤差不大於0.15mm;④端面與內孔軸線的垂直度不大於0.03mm;⑤內孔對兩端支承外圓(φ82h6)的同軸度誤差不大於0.04mm;⑥若為鑄件,組織應緊密,不得有砂眼,針孔及疏鬆,必要時要用泵驗漏。

該液壓缸體加工面比較少,加工方法變化不大,其加工工藝過程見表3-5。

                                

 

;      圖3-26液壓缸體簡圖

表3-5 液壓缸體加工工藝過程

序號

工序名稱

工序內容

定位與夾緊

1

配料

無縫鋼管切斷

 

2

①     車端面及倒角;

三爪卡盤夾一端,搭中心架托外圓

②     車φ82mm外圓到φ88mm及M88x1.5mm螺紋(工藝圓);

三爪卡盤夾一端,大頭頂尖頂另一端

③     調頭車φ82mm外圓到φ84mm;

三爪卡盤夾一端,大頭頂尖頂另一端

④     車端面及倒角取總長1686mm.(留加工余量1mm)。

三爪卡盤夾一端,搭中心架托φ84mm處

3

深孔推鏜

①     半精推鏜孔到φ68mm;

一端用M88X1.5mm.螺紋固定在夾具中,另一端搭中心架托φ84mm處

②     精推鏜孔到φ69.85mm;

③     精鉸(浮動鏜刀鏜孔)到φ70H11,表面粗糙度Ra2.5um

4

滾壓孔

用滾壓頭滾φ70H11,表面粗糙度Ra0.32um。

一端螺紋固定在夾具中,另一端搭中心架

5

①     車去工藝螺紋,車φ82h6到尺寸,割R7槽。

軟爪夾一端,以孔定位頂另一端

②     鏜內錐孔1°30′及車端面。

軟爪夾一端,中心架托另

一端(百分表找正孔)

③     調頭,車82h6到尺寸,割R7槽。

軟爪夾一端,頂另一端

④     鏜內錐孔1°30′及車端面取總長1685mm。

軟爪夾一端,中心架托另一端(百分表找正孔)

 

2.套筒零件機械加工工藝分析

⑴液壓油缸體的技術要求

該液壓缸體主要加工表面為Φ70H11mm的內孔及Φ82h6mm兩端外圓,尺寸精度、形狀精度要求較高。為保證活塞在液壓缸體內移動順利且不漏油,還特別要求內孔光潔無划痕,不許用研磨劑研磨。兩端面對內孔有垂直度要求,外圓面中間為非加工面,但A、B兩端外圓要求加工至Φ82h6mm,且 A、B兩端外圓的中心線要作為內孔的基準。

⑵加工方法的選擇

從上述工藝過程中可見套筒零件主要表面的加工多採用車或鏜削加工;為提高生產率和加工精度也可採用磨削加工。孔加工方法的選擇比較複雜,需要考慮生產批量、零件結構及尺寸、精度和表面質量的要求、長徑比等因素。對於精度要求較高的孔往往需要採用多種方法順次進行加工,如根據該液壓缸的精度需要,內孔的加工方法及加工順序為半精車(半精推鏜孔)——精車(精推鏜孔)——精鉸(浮動鏜)——滾壓孔。

⑶保證套筒零件表面位置精度的方法

套筒零件主要加工表面為內孔、外圓表面,其加工中主要要解決的問題是如何保證內孔和外孔的同軸度以及端面對孔軸線的垂直度要求。因此,套筒零件加工過程中的安裝是一個十分重要的問題。為保證各表面間的相互位置精度通常要注意以下幾個問題。

①套筒零件的粗精車(鏜)內外圓一般在卧式車床或立式車床上進行,精加工也可以在磨床上進行。此時,常用三爪卡盤或四爪卡盤裝夾工件如圖3-27a、b,且經常在一次安裝中完成內外表面的全部加工。這種安裝方式可以消除由於多次安裝而帶來的安裝誤差,保證零件內外圓的同軸度及端面與軸心線的垂直度。對於凸緣的短套筒,可先車凸緣端,然後調頭夾壓凸緣端,這種裝夾方式可防止因套筒剛度降低而產生變形(圖3-27c)。但是,這種方法由於工序比較集中,對尺寸較大的(尤其是長徑比較大)套筒安裝不方便,故多用於尺寸較小套筒的車削加工。

圖3-27 短套筒的安裝

②以內孔與外孔互為基準,反覆加工以提高同軸度。

.以精加工好的內孔作為定位基面,用心軸裝夾工件並用頂尖支承軸心。由於夾具(心軸)結構簡單,而且製造安裝誤差比較小,因此可以保證比較高的同軸度要求,是套筒加工中常見的裝夾方法。

.以外圓作精基準最終加工內孔。採用這種方法裝夾工件迅速可靠,但因卡盤定心精度不高,且易使套筒產生夾緊變形,故加工后工件的形狀與位置精度較低。若要獲得較高的同軸度,則必須採用定心精度高的夾具,如彈性膜片卡盤、液性塑料夾具,經過修磨的三爪卡盤和“軟爪”等。

⑷防止套筒變形的工藝措施

套筒零件由於壁薄,加工中常因夾緊力、切削力、內應力和切削熱的作用而產生變形。故在加工時應注意以下幾點。

①為減少切削力和切削熱的影響,粗、精加工應分開進行。使粗加工產生的熱變形在精加工中得到糾正。並應嚴格控制精加工的切削用量,以減小零件加工時的形變。

②減少夾緊力的影響,工藝上可以採取以下措施:改變夾緊力的方向,即將徑向夾緊為軸向夾緊,使夾緊力作用在工件剛性較強的部位;當需要徑向夾緊時,為減小夾緊變形和使變形均勻,應儘可能使用徑向夾緊力沿圓周均勻分佈,加工中可用過度套或彈性套及扇形爪來滿足要求;或者製造工藝凸邊或工藝螺紋,以減小夾緊變形。

③為減少熱處理變形的影響,熱處理工序應置於粗加工之後、精加工之前,以便使熱處理引起的形變在精加工中得以糾正。

3.深孔加工

套筒類零件因使用要求與結構需要,有時會有深孔。套筒零件的深孔加工與車床主軸的深孔加工(前述)方法及其特點基本一致,下面就其共性問題作一簡要討論。

孔的長度與直徑之比L/D>5時,一般稱為深孔。深孔按長徑比又可分為以下三類:

L/D=5~20屬一般深孔。如各類液壓

 

剛體的孔。這類孔在卧式車床、鑽床上用深孔刀具或接長的麻花鑽就可以加工。

L/D=20~30屬中等深孔。如各類機床主軸孔。這類孔在卧式車床上必須是用深孔刀具加工。

L/D=30~100屬特殊深孔。如槍管、炮管、電機轉子等。這類孔必須使用深孔機床或專用設備,並使用深孔刀具加工。

⑴深孔加工的具體特點

鑽深孔時,要從孔中排出大量切屑,同時又要向切削區注放足夠的切削液。普通鑽頭由於排屑空間有限,切削液進出通道沒有分開,無法注入高壓切削液。所以,冷卻、排屑是相當困難的。另外,孔越深,鑽頭就越長,刀桿剛性也越差,鑽頭易產生歪斜,影響加工精度和生產率的提高。所以,深孔加工中必須首先解決排屑、導向和冷卻這幾個主要問題,以保證鑽孔精度,保持刀具正常工作,提高刀具壽命和生產率。

    當深孔的精度要求較高時,鑽削后還要進行深孔鏜削或深孔鉸削。深孔鏜削與一般鏜削不同,它所使用的機床仍是深孔鑽床,在鑽桿上裝上深孔鏜刀頭,即可進行粗、精鏜削。深孔鉸削是在深孔鑽床上對半精鏜后的深孔進行精加工的方法。

⑵深孔加工時的排屑方式

①內冷外排屑方式,高壓冷卻液從鑽桿內孔注入,由刀桿與孔壁之間的空隙匯同切屑一起排出,見圖3-28a。

這種外排屑方式的特點是:刀具結構簡單,不需用專用設備和專用輔具。排屑空間大,但切屑排出時易划傷孔壁,孔面粗糙度值較大。適合於小直徑深孔鑽及深孔套料鑽。

②內排屑方式,高壓切削液從刀桿外圍與工件孔壁間流入,在鑽桿內孔匯同切屑一同排出,見圖3-28b。

圖3-28  深孔加工時的排屑方式

內排屑方式的特點是:可增大刀桿外徑,提高刀桿剛度,有利於提高進給量和生產率。採用高壓切削液將切屑從刀桿中衝出來,冷卻排屑效果好,也有利於刀桿的穩定,從而提高孔的精度和降低孔的表面粗糙度值。但機床必須裝有受液器與液封,並須預設一套供液系統。

⑶深孔加工方式。深孔加工時、由於工件較長,工件安裝常採用“以夾一托”的方式,工件與刀具的運動形式有以下三種。

①工件旋轉、刀具不轉只作進給。這種加工方式多在卧式車床上用深孔刀具或用接長的麻花鑽加工中小型套筒類與軸類零件的深孔時應用。

②工件旋轉、刀具旋轉並作進給。這種加工方式大多在深孔鑽鏜床上和深孔刀具加工大型套筒類零件及軸類零件的深孔。這種加工方式由於鑽削速度高,因此鑽孔精度及生產率較高。

③工件不轉刀具旋轉並作進給。這種鑽孔方式主要應用在工件特別大且笨重,工件不宜轉動或孔的中心線不在旋轉中心上。這種加工方式易產生孔軸線的歪斜,鑽孔精度較差。

3.4圓柱齒輪加工

3.4.1.概述

1.圓柱齒輪的功用與結構特點

齒輪是機械傳動中應用最廣泛的零件之一,它的功用是按規定的 比傳遞運動和動力。圓柱齒輪因使用要求不同而有不同形狀,可以將它們分成是由輪齒和輪體兩部分構成。按照輪齒的形式,齒輪可分為直齒斜齒和人字齒等 ;按照輪體的結構,齒輪可大致分為盤形齒輪、套類齒輪、軸類齒輪、內齒輪、扇形齒輪和齒條等。

2.圓柱齒輪的材料及毛坯

齒輪的材料種類很多。對於低速、輕載或中載的一些不重要的齒輪,常用45鋼製作,經正火或調質處理后,可改善金相組織和可加工性,一般對齒面進行表面淬火處理。對於速度較高,受力較大或精度較高的齒輪,常採用20Cr、40Cr、20CrMnTi等合金鋼。其中40Cr晶粒細,淬火變形小。20CrMnTi採用滲碳淬火后,可使齒面硬度較高,心部韌性較好和抗彎性較強。38CrMoAl經滲氮后,具有高的耐磨性和耐腐蝕性,用於製造高速齒輪。鑄鐵和非金屬材料可用於製造輕載齒輪。

齒輪毛坯的形式主要有棒料、鍛件和鑄件。棒料用於小尺寸、結構簡單且強度要求較低的齒輪。鍛造毛坯用於強度要求較高、耐磨、

 

耐衝擊的齒輪。直徑大於400~600mm的齒輪常用鑄造毛坯。

3.圓柱齒輪的技術要求

⑴齒輪傳動精度

漸開線圓柱齒輪精度標準(GB10095-­88)對齒輪及齒輪副規定了12個精度等級,第1級的精度最高,第12級的精度最低,按照誤差的特性及對傳動性能的主要影響,將齒輪的各項公差和極限偏差分成Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三個公差組,分別評定運動精度、工作平穩性精度和接觸精度。運動精度要求能準確傳遞運動,傳動比恆定;工作平穩性要求齒輪傳遞運動平穩,少無衝擊、振動和雜訊;接觸精度要求齒輪傳遞動力時,載荷沿齒面分佈均勻。有關齒輪精度的具體規定讀者可參看國家標準。

⑵齒側間隙

齒側間隙是指齒輪嚙合時,輪齒非工作表面之間的法向間隙。為使齒輪副正常工作,齒輪嚙合時必須有一定的齒側間隙,以便貯存潤滑油,補償因溫度、彈性變形所引起的尺寸變化和加工裝配時的一些誤差。

⑶齒坯基準面的精度

齒輪齒坯基準表面的尺寸精度和形位精度直接影響齒輪的加工精度和傳動精度,齒輪在加工、檢驗和安裝時的基準面(包括徑向基準面和軸向輔助基準面)應盡量一致。對於不同精度的齒輪齒坯公差可查閱有關標準。

⑷表面粗糙度

常用精度等級的輪齒表面粗糙度與基準表面的粗糙度Ra的推薦值見表3-6。

表3-6  齒輪各表面的粗糙度Ra的推薦值


註:當三個公差組的精度等級不同時,按最高的精度等級確定。

3.4.2圓柱齒輪加工的主要工藝問題

1.定位基準的選擇與加工

齒輪加工時的定位基準應符合基準重合與基準統一的原則,對於小直徑的軸齒輪,可採用兩端中心孔為定位基準;對於大直徑的軸齒輪,可採用軸頸和一個較大的端面定位;對帶孔齒輪,可採用孔和一個端面定位。

不同生產綱領下的齒輪定位基準面的加工方案也不盡相同。帶孔齒輪定位基準面的加工可採用如下方案:

①大批大量生產時,採用“鑽-拉-多刀車”的方案。毛坯經過模鍛和正火后在鑽床上鑽孔,然後到拉床上拉孔,再以內孔定心,在多刀或多軸半自動車床上對端面及外圓面進行粗、精加工。

②中批生產時,採用“車-拉-多刀車”的方案。先在卧式車床或轉塔車床上對齒坯進行粗車和鑽孔,然後拉孔,再以孔定位,精車端面和外圓。也可以充分發揮轉塔車床的功能,將齒坯在轉塔車床上一次加工完畢,省去拉孔工序。

③單件小批生產時,在卧式車床上完成孔、端面,外圓的粗、精加工。先加工完一端,再掉頭加工另一端。

齒輪淬火后,基準孔常發生變形,要進行修正。基準孔的修正一般採用磨孔工藝,其加工精度高,但效率低。對淬火變形不大,精度要求不高的齒輪,可採用推孔工藝。

2.齒形加工

齒形加工方法可分為無屑加工和切削加工兩類。無屑加工包括熱軋、冷軋、壓鑄、注塑、粉末冶金等,無屑加工生產率高,材料消耗小,成本低,但加工精度低,且易受材料塑性的影響。齒形切削加工精度高,應用廣泛,又可分為仿形法和展成法兩種。仿形法採用有與被加工齒輪齒槽形狀相同的刀刃的成形刀具來進行加工,常用的有模數銑刀銑齒、齒輪拉刀拉齒和成形砂輪磨齒。展成法的原理是使齒輪刀具(相當於小齒輪或齒條)和齒坯(相當於大齒輪)嚴格保持一對齒輪嚙合的運動關係來進行加工,常見的有滾齒、插齒、剃齒、珩齒、擠齒和磨齒等。齒形加工方法中,展成法加工精度和生產率較高,應用十分廣泛。

⑴滾齒

1)滾齒的原理及工藝特點

滾齒加工原理即滾刀和工件相當於齒輪齒條嚙合,齒輪滾刀是一個經過開槽和鏟齒的蝸桿,具有切削刃和后角,其法向剖面近似於齒條,滾刀旋轉時,就相當於齒條在連續地移動,被切齒輪的分度圓沿齒條節線作無滑動的純滾動,滾刀切削刃的包絡線就形成被切齒輪的齒廓曲線。

滾齒是齒形加工中生產效率最高、應用最廣的一種方法。用

 

一把滾刀可加工模數相同而齒數和螺旋角不同的直齒圓柱齒輪、斜齒輪,滾齒法還可用於蝸輪加工。滾齒既可用於齒形的粗加工,也可用於精加工。滾齒加工精度一般為6~9級,對於8、9級精度齒輪,可直接滾齒得到,對於7級精度以上的齒輪,通常滾齒可作為齒形的粗加工或半精加工。當採用AA級齒輪滾刀和高精度滾齒機時,可直接加工出7級精度以上的齒輪。

滾齒加工時齒面是由滾刀的刀齒包絡而成,由於參加切削的刀齒數有限,齒面的表面質量不太高。為提高加工精度和齒面質量,宜將粗、精滾齒分開。精滾的加工余量一般為0.5~1mm,且應取較高的切削速度和較小的進給量。

2)滾刀

為了使滾刀能切出正確的齒形,滾刀切削刃必須在蝸桿的同一圓柱表面上,這個蝸桿稱為滾刀的基本蝸桿。滾刀的基本蝸桿有:漸開線、阿基米德和法向直廓三種。理論上,加工漸開線齒輪應用漸開線蝸桿,但其製造困難;而阿基米德蝸桿軸向剖面的齒形為直線,易於製造,生產中常用阿基米德蝸桿代替漸開線蝸桿。為使基本蝸桿形成滾刀,要對其開槽,以形成前刀面和前角。模數1~10mm標準齒輪滾刀均為零前角直槽。為了形成后角,滾刀的頂刃和測刃都需鏟齒和鏟磨。

標準齒輪滾刀精度分為四級:AA、A、B、C。加工時應按齒輪要求的精度,選用相應的齒輪滾刀。一般,AA級滾刀可加工6~7級齒輪;A級可加工7~8級齒輪;B級可加工8~9級齒輪;C級可加工9~10級齒輪。

3)滾齒的加工精度分析

滾齒加工中,由於機床、刀具、夾具和齒坯再製造、安裝和調試中不可避免地存在一些誤差,因而被加工齒輪在尺寸、形狀和位置等方面也會產生一些誤差。它們影響齒輪傳動的準確性、平穩性、載荷分佈的均勻性和齒側間隙。

①影響傳動準確性的誤差分析

影響傳動準確性的主要原因是在加工中滾刀和被加工齒輪的相對位置和相對運動發生了變化。相對位置的變化(幾何偏心)產生齒輪的徑向誤差;相對運動的變化(運動偏心)產生齒輪的切向誤差。

齒輪徑向誤差 

齒輪徑向誤差是指滾齒時,由於齒坯的實際迴轉中心與其定為基準中心不重合,使被切齒輪的輪齒髮生徑向位移而引起的齒距誤差。如圖3-29所示:O為齒坯基準孔中心(即測量或使用時中心),O?為加工時的迴轉中心,兩者不重合產生幾何偏心e。切齒時齒坯繞O?迴轉,切出的輪齒沿其分度圓分佈均勻(如圖中實線圓的齒距p1=p2),但在以O為中心測量或使用時,其分度圓上的輪齒的分佈就不再均勻了(圖中雙點劃線圓的齒距p1′≠p2′)。這種齒距的變化是由於幾何偏心使齒廓徑向位移引起的,故稱為齒輪的徑向誤差,可通過齒圈徑向跳動△Fr和徑向綜合誤差△Fi來評定。

圖3-29  幾何偏心引起的徑向誤差

切齒時產生齒輪徑向誤差的主要原因有:a)安裝調整夾具時,定為軸心與機床工作台迴轉中心不重合;b)齒坯內孔與心軸間有間隙,安裝偏心;c)基準端面定位不好,加緊后內孔相對工作台迴轉中心產生間隙。

齒輪切向誤差 

齒輪切向誤差是指加工時,由於機床工作台的不等速旋轉,使被切齒輪的輪齒沿切向(即圓周方向)發生位移所引起的齒距累積誤差。滾齒時,刀具與齒坯間應保持嚴格的展成運動,但傳動鏈中各元件的製造和裝配誤差,必然產生傳動誤差,使刀具與齒坯間的相對運動不均勻。如圖3-30所示,輪齒的理論位置沿分度圓分佈均勻(雙點劃線表示)。設滾切齒1時齒坯的轉角誤差為0°,當切齒2時,理論上齒坯應轉過∠AOB角,實際上由於存在轉角誤差,齒坯多轉了Δφ角,轉到∠AOC位置(實線表示),結果輪齒沿切向發生了位移。各輪齒的切向位移不等必然引起齒距累積誤差,影響傳遞運動的準確性。圖中可見2、8齒間的公法線長度時明顯大於4、6齒間的公法線長度。因此,機床分齒運動不準確所引起的齒

 

輪切向誤差,可通過公法線長度變化量ΔFw來評定。

影響傳動鏈誤差的主要原因是工作台分度蝸輪本身齒距累積誤差及安裝偏心。

為了減少齒輪切向誤差,可提高分度蝸輪的製造精度和安裝精度和安裝精度,也可採用校正裝置去補償蝸輪的分度誤差。

②影響傳動平穩性的加工誤差分析

影響傳動平穩性的主要因素是齒輪的基節偏差ΔfPb和齒形誤差Δff。滾齒時工件的基節等於滾刀的基節,基節偏差一般較小,而齒形誤差通常較大。齒形誤差是指被切齒廓偏離理論漸開線而產生的誤差,滾齒后常見的齒形誤差有:齒面出棱、齒形角誤差、齒形不對稱、周期誤差等,如圖3-31所示。

圖3-30齒輪的切向位移

產生齒形誤差的主要因素是滾刀的製造誤差、安裝誤差和機床分齒傳動鏈的傳動誤差。滾刀刀齒沿圓周等分不好或安裝後有較大的徑向跳動及軸向竄動,會引起齒面出棱;滾刀刀齒的齒形角誤差及前角0°不準確,會引起齒形角誤差;滾刀前刀面與軸線不平行及滾刀對中不好,會引起齒形不對稱;滾刀安裝后的徑向跳動和軸向竄動,分齒掛輪的運動誤差,分度蝸桿的徑向跳動和軸向竄動等小周期誤差,會引起周期誤差。

圖3-31  常見的齒形誤差

a) 出棱  b) 不對稱  c) 齒形角誤差  d) 周期誤差  e) 根切

為了保證齒形精度要求,應根據齒輪的精度等級正確選擇滾刀和機床的精度,特別要注意滾刀的刃磨精度和安裝精度。

③影響載荷均勻性的加工誤差分析

齒輪齒面的接觸狀況直接影響齒輪傳動中載荷的均勻性。齒輪齒高方向的接觸精度,由齒形精度和基節精度來保證;齒寬方向的接觸精度,主要受齒向誤差ΔFb的影響。

齒向誤差是指輪齒齒向偏離理論位置。產生齒向誤差的主要因素是滾刀進給方向與齒坯定位心軸不平行,包括齒坯定位心軸安裝歪斜,刀架導軌相對工作台迴轉中心在齒坯徑向或切向不平行。此外,差動交換齒輪傳動比計算不夠精確會引起斜齒輪的齒向誤差。

減少齒向誤差的措施有:a)提高夾具製造與安裝精度;b)提高齒坯加工精度;c)導軌磨損后及時修刮;d)加工斜齒輪時,差動交換齒輪傳動比計算應精確至小數點后5~6位。


⑵插齒


1)插齒的原理和工藝特點


插齒的加工原理為插齒刀與工件相當於一對平行軸的圓柱直齒輪嚙合,一個齒輪磨出前後角以形成切削刃即插刀,通過嚴格的嚙合運動,其包絡線形成齒形。


插齒是齒形切削加工方法中應用範圍最廣的一種,可加工圓柱直齒輪、多聯齒輪、內齒輪、扇形齒輪和齒條等;配上專門附件,也可加工斜齒輪。插齒既可用於齒形的粗加工,也可用於精加工。插齒精度一般為7~9級,最高可達6級。插齒過程為往複運動,有空行程;插齒系統剛度較差,切削用量不宜太大,故一般插齒的生產率比滾齒低。插齒多用於中小模數齒輪的加工。


2)插齒刀

插齒刀有盤形,碗形和帶錐柄三種類型(圖3-32)。盤形插齒刀以內孔和端面定位,用螺母緊固在機床主軸上,主要用於加工直齒外齒輪及大模數的內齒輪;碗形插齒刀以內孔和端面定位,夾緊螺母可容納在刀體內,主要用於加工多聯齒輪和帶凸肩的齒輪;錐柄插齒刀用帶有內錐孔的專用接頭與機床主軸連接,主要用於加工內齒輪。

圖3-32  插齒刀的類型

插齒刀有三個精度等級:AA級適用於加工6級精度的齒輪;A級適用於加工7級精度的齒輪;B級適用於加工8級精度的齒輪。一般可根據被加工齒輪的傳動平穩性精度等級選取相應的插齒刀。

3)插齒的加工質量分析

①傳動準確性 

齒坯安裝時的幾何偏心使工件產生徑向位移,造成齒圈徑向跳動;工作台分度蝸輪的運動偏心使工件產生切向位移,造成公法線長度變動,這與滾齒相同。但插齒傳動鏈中多了刀具蝸桿副,且插齒刀全部刀齒參加切削,其本身製造的齒距累積誤

 

差和安裝誤差,使插齒時齒輪沿切向產生較大的齒距累積誤差,因而使插齒的公法線長度變動比滾齒大。

②傳動平穩性 

插齒刀設計時無近似誤差,製造時可用磨削方法獲得精確的齒形,所以插齒的齒形誤差比滾齒小。

③載荷分佈均勻性 

機床刀架導軌對工作台迴轉中心的平行度,使工件產生齒向誤差,這與滾齒相同;但插齒上下往複運動頻繁,導軌易磨損,且刀具剛性差,因此插齒的齒向誤差比滾齒大。

④表面粗糙度 

滾齒時滾刀頭數、刀槽數一定,切齒的包絡刀刃數有限;而插齒圓周進給量可調,使要齒的包絡刀刃數遠比滾齒多,故插齒的齒面粗糙度值比滾齒小。

⑶剃齒

1)剃齒原理和剃齒刀

剃齒加工如同一對斜齒輪嚙合,如圖3-33a所示,因螺旋角不同,其軸線交錯一個角度φ,剃齒刀迴轉時,其圓周速度V可分解為兩個分量:一個與輪齒方向垂直的法向分速度Vn,以帶動工件旋轉;另一個與輪齒方向平行的齒向分速度Vt,使兩嚙合齒面產生相對滑移。剃齒刀實質上是一個高精度的斜齒輪,在齒面上開有小槽,沿漸開線方向形成刀刃(圖3-33b),剃齒刀在Vt和一定壓力的作用下,從工件齒面上剃下很薄的切屑,且在嚙合過程中逐漸把余量切除。

圖3-33  剃齒原理示意圖

1—剃齒刀    2—工件

剃齒時剃齒刀和齒輪是無側隙雙面嚙合,剃齒刀刀齒的兩側面都能進行切削。由圖3-33c截面可見,按Vt方向,刀齒兩側的切削角是不同的,A側為銳邊具有正前角,起切削作用;B側為鈍邊具有負前角,起擠壓作用。當剃齒刀反向時,Vt也反向,剃齒刀兩側刀刃的作用互換,使輪齒兩側均能得到剃削。剃齒需具備以下運動:①剃齒刀高速正反轉一主運動;②工件沿軸嚮往復進給運動---剃出全齒寬;③工件每一往複行程后的徑向進給運動---剃出全齒深。由上述剃齒原理可知,剃齒刀由機床傳動鏈帶動旋轉,而工件由剃齒刀帶動,它們之間並無強制性的展成運動,是自由對滾,故機床傳動鏈短,結構簡單。

通用剃齒刀的製造精度分A、B、C三級,分別用於加工6、7、8級齒輪;剃齒刀的螺旋角有15°、10°、5°三種,15°和5°應用最廣,15°多用於加工直齒圓柱齒輪,5°多用於加斜齒輪和多聯齒輪中的小齒輪。剃齒時兩軸線交錯角φ不宜超過20o,否則剃齒效果不好。剃齒刀安裝后,應認真檢查其端面跳動和徑向跳動,交錯角φ可通過試切調整。

2)剃齒的工藝特點

剃齒是齒輪精加工方法之一。剃齒后的齒輪精度一般可達6-7級,齒面粗糙度值為Ra0.8-0.2μm,剃齒對各種誤差的修正情況如下:

①齒圈徑向跳動ΔFr  剃前具有徑向圓跳動的齒輪,在開始剃齒時,刀具不會同齒輪上各輪齒均作無側隙嚙合,而是先同距中心較遠的輪齒作無側隙嚙合併進行剃齒。隨著徑向進給的增加,與刀具作無側隙嚙合的輪齒逐漸增加,齒圈徑向圓跳動也就逐漸減少。當全部輪齒進入無側隙嚙合時,齒圈徑向圓跳動誤差全被消除,即剃齒對ΔFr有較強的修正能力。

②公法線長度變動ΔFwww   若剃前齒輪無齒圈徑向圓跳動,剃齒時,由於刀具與工件雙面嚙合和工件的徑向進給,使刀具作用在輪齒兩側的壓力相等,兩側被剃削的余量也相等。因此,原來沿圓周方向齒距分佈不均的輪齒,剃后齒距分佈依然不均。故其公法線長度變動沒有的到修正。實際上,剃前齒輪總存在一些齒圈徑向圓跳動,在剃除齒輪徑向圓跳動的過程中,各輪齒被剃除的余量不等,從而導致公法線長度變動加大,故剃齒對ΔFw的修正能力很小。

③基節偏差Δfpb和齒形誤差Δff  剃齒時通常剃齒刀與工件有兩對齒嚙合(圖3-34)。若剃齒刀1和工件2的基節相等,兩對齒在A、B、C三點接觸,在A、C兩點切下的金屬相等;若

 

工件的基節大於剃齒刀基節,即Pb2>Pb1,則A點接觸,C點切去較多的金屬,齒輪基節減小,直至等於剃齒刀基節為止。因此,剃齒對Δfpb的校正能力較強。

圖3-34 剃齒對基節誤差的修正

                          1—剃齒刀   2—工件

齒輪有齒形誤差時,則同一齒面與剃齒刀齒面各點嚙合時,各處的齒距不等,那麼,剃齒刀就如同修正基節偏差一樣,修正各處的齒形誤差。因此,剃齒對Δff也有較強的修正能力,但剃后在齒輪的節圓附近出現中凹現象(圖3-34b)。其原因是在節圓附近只有一個齒在被剃削,齒面嚙合處的壓力就大,剃齒力大,故多剃去了一些金屬。這種齒面中凹現象常通過修磨剃齒刀使其齒形中凹來解決,也可用減少剃齒余量和徑向進給量來彌補。

④齒向誤差Δfb  剃齒前仔細調整機床前後頂尖同軸及剃齒刀與齒輪兩者軸線交錯角φ,就能使齒輪的齒向誤差得到較大的修正。

綜上所述,由於剃齒刀與工件自由對滾而無強制性的嚙合運動,剃齒對齒輪傳動的準確性提高不多,對傳動的平穩性和載荷分佈均勻性都有較大提高,且齒面粗糙度值較小。

剃齒生產率很高,剃削中等尺寸的齒輪只需2-4min,比磨齒效率高10倍以上,機床結構簡單,調整操作方便,輔助時間短;刀具耐用度高,但價格昂貴,修磨不便。故剃齒廣泛用於成批大量生產中未淬硬的齒輪精加工。近年來,由於含鈷、鉬成分較高的高性能高速鋼刀具的應用,使剃齒也能進行硬齒面(45~55HRC)的齒輪精加工,加工精度可達7級,齒面的表面粗糙度值Ra為0.8~1.6μm。但淬硬前的精度應提高一級,留硬剃余量為0.01~0.03mm。


⑷珩齒

珩齒是齒輪熱處理后的一種光整加工方法。珩齒原理與剃齒相似,珩輪與工件是一對斜齒輪副無側隙的自由緊密結合,如圖3-35b所示,珩齒所用的刀具(即珩輪­)是一個由磨料、環氧樹脂等原料混合后在鐵芯上澆鑄而成的斜齒輪(圖3-35a)。珩輪迴轉時的圓周速度V,可分解為法向分速度Vn,以帶動工件迴轉;齒向分速度Vt,使珩輪與工件產生相對滑移。珩輪上的磨料藉助珩輪齒面和工件齒面間的相對滑移速度Vt磨去工件齒面上的微薄金屬。

圖3-35  珩齒原理

珩齒的運動與剃齒基本相同,即珩輪帶動工件高速正反轉;工件沿軸嚮往復運動及工件徑向進給運動。所不同的是其徑向進給是在開車后一次進給到預定位置。因此珩齒開始時齒面壓力較大,隨後逐漸減小,直至壓力消失時珩齒便結束。

珩齒時,齒面間除沿齒向產生相對滑移進行切削外,沿漸開線方向的滑動使磨粒也能切削,因此齒面形成交叉複雜的刀痕,其齒面的表面粗糙度Ra可達0.8~0.4µm,且齒面不會燒傷,表面質量較好。

珩齒方法有外嚙合珩齒、內嚙合珩齒和蝸桿狀珩磨輪珩齒三種,如圖3-36所示。

圖3-36珩齒方法

a) 外嚙合珩齒           b) 內嚙合珩齒         c) 蝸桿狀珩磨輪珩齒

珩磨輪的精度對於珩齒精度影響極大。被珩齒輪的誤差由珩輪修正,且珩輪的誤差也直接反映到齒輪上,因此要提高珩齒精度,就必須採用高精度的珩輪。

珩齒對齒輪的傳動平穩性誤差修正能力較強;對傳動準確性誤差修正能力較差;對齒向誤差有一定的修正能力。

珩齒余量一般為單邊0.01~0.02mm,珩輪轉速在1000r/min以上,一般工作台3~5個往複行程即可完成珩齒,生產率很高(一般約一分鐘珩一個齒輪)。

珩齒設備結構簡單,操作方便,在剃齒機上即可珩齒。珩輪澆注簡單,成本低。故珩齒多用於成批生產中淬火

 

后齒形的精加工,加工精度可達6~7級。

⑸擠齒

擠齒是一種齒輪無屑光整加工新工藝,可用來代替剃齒。擠齒時擠輪與被擠齒輪軸線平行,兩擠輪同向旋轉帶動齒輪作無側隙嚙合的自由對滾,如圖3-37所示。擠輪實質上是一個高精度的圓柱齒輪,其寬度大於被擠齒輪寬度,擠輪連續徑向進給對工件施加壓力,使工件齒廓表層金屬產生塑性變形,以修正齒輪誤差和提高表面質量。

                          圖3-37 擠齒原理

1-被擠齒輪;2-擠輪

擠齒為淬火前的齒輪精加工,一般精度可達6~7級,表面粗糙度值Ra為0.4~0.1µm;且被擠齒輪強度高,壽命長。擠齒機床結構簡單,成本低;擠輪材料要有一定的強度和耐磨性,一般用鉻錳鋼或高速鋼製造,其壽命長,相對其它齒輪刀具來說成本較低;擠齒生產率高,一般擠一個齒輪不到30s。

⑹磨齒

磨齒是齒形加工中精度最高的一種方法。磨齒精度為4~6級,最高可達3級,齒面粗糙度值Ra為0.8~0.4µm。磨齒對磨前齒輪誤差或熱處理變形有較強的修正能力,故多用於高精度的硬齒面齒輪、插齒刀和剃齒刀等的精加工,但生產率較低,加工成本較高。

磨齒方法有仿形法和展成法兩大類,生產中常用展成法。展成法又可分為錐面砂輪磨齒、碟形砂輪磨齒、蝸桿砂輪磨齒等。

1)錐面砂輪磨齒

如圖3-38a所示,砂輪截面呈錐形,相當於齒條的一個齒。磨齒時,砂輪一面高速旋轉(n),一面沿齒槽方向往復運動(f)以磨出全齒寬;工件一面旋轉(w),一面移動(v),實現展成運動。在工件的一個往複過程中,先後磨出齒槽的兩個側面,然後工件快速離開砂輪進行分度,磨削下一個齒槽。

圖3-38  展成法磨齒

這種磨齒法砂輪剛性好,磨削效率較高。但機床轉動鏈複雜,磨齒精度較低,一般為5~6級,多用於成批生產中磨削6級精度的淬硬齒輪。

2)碟形的砂輪磨齒

如圖3-38b所示,兩片碟形砂輪傾斜安裝以構成齒條齒形的兩個側面。磨齒時,砂輪高速旋轉(n);工件一面旋轉(w),一面移動(v),實現展成運動;工件沿軸線方向慢速進給運動(f)以磨出全齒寬。當一個齒槽的兩側面磨完后,工件快速離開砂輪進行分度,磨削下一個齒槽。

這種磨齒法的展成運動傳動環節少,傳動誤差小,分齒精度較高,故加工精度可達3~5級。但砂輪剛性差,切深小,生產率低,故加工成本較高,適用於單件小批生產高精度的直齒圓柱齒輪、斜齒輪的精加工。

3)蝸桿砂輪磨齒

如圖3-38c所示,蝸桿砂輪磨齒原理與滾齒相似,其砂輪製作成蝸桿狀,砂輪高速旋轉(n),工件通過機床的兩台同步電動機作展成運動(w),工件還沿軸向作進給運動(f)以磨出全齒寬。

為保證必要的磨削速度,砂輪直徑較大(Φ200~Φ400mm),且轉速較高(2000r/min),又是連續磨削,所以生產效率很高。磨削精度一般為5級,最高可達3級,適用於大、中批生產的齒輪精加工。

3.4.3圓柱齒輪加工工藝分析  

圓柱齒輪加工工藝,常隨著齒輪的結構形狀、精度等級、生產批量及生產條件不同而採用不同的工藝方法。圖3-39所示為一雙聯齒輪,材料為40Cr,精度為7級,中批生產,其加工工藝過程見表3-7。

由表中可見,齒輪加工工藝過程大致要經過以下幾個階段:毛坯加工、熱處理、齒坯加工、齒形粗加工、齒端加工、齒面熱處理、修正精基準及齒形精加工等。

齒輪號

I

II

模數

m

2

2

齒數

z

28

42

精度等級

 

7GK

7JL

齒圈徑向圓跳動

Fr

0.036

0.036

公法線長度變動

Fy

0.028

0.028

基節極限偏差

Fvb

±0.013

±0.013

齒形公差

ff

0.011

0.011

齒向公差  

Fβ

0.011

0.011

跨齒數

 

4

5

公法線平均長度

 

21.36

27.61

 

圖3-39 雙聯齒輪

                      表3-7雙聯齒輪加工工藝過程

序號

工      序      內      容

定 位 基 准

10

毛坯鍛造

 

20

正火

 

30

粗車外圓級端面,留余量1.5~2mm,鑽鏜花鍵底孔至尺寸Ø30H12

外圓及端面

40

拉花鍵孔

Φ30H12孔及A面

50

鉗工去毛刺

 

60

上心軸,精車外圓、端面及槽至尺寸要求

花鍵孔及A面

70

檢驗

 

80

滾齒(z=42),留剃余量0.07~0.10mm

花鍵孔及A面

90

插齒(z=28),留剃余量0.04~0.06mm

花鍵孔及A面

100

倒角(Ⅰ、Ⅱ齒輪12°角)

花鍵孔及端面

110

鉗工去毛刺

 

120

剃齒(z=42),公法線長度至尺寸上限

花鍵孔及A面

130

剃齒(z=28),公法線長度至尺寸上限

花鍵孔及A面

140

齒部高頻感應加熱淬火:G52

 

150

推孔

花鍵孔及A面

160

珩齒(Ⅰ、Ⅱ)至尺寸要求

花鍵孔及A面

170

總檢入庫

 

 

1)定位基準選擇

為保證齒輪的加工精度,應根據“基準重合”原則,選擇齒輪的設計基準、裝配基準為定位基準,且儘可能在整個加工過程中保持“基準統一”。

軸類齒輪的齒形加工一般選擇中心孔定位,某些大模數的軸類齒輪多選擇軸頸和一端面定位。

盤類齒輪的齒形加工可採用兩種定位基準:

①內孔和端面定位,符合“基準重合”原則。採用專用心軸,定位精度較高,生產率高,故廣泛用於成批生產中。為保證內孔的尺寸精度和基準端面對內孔中心線的圓跳動要求,進行齒坯加工時應盡量在一次安裝中同時加工內孔和基準端面。

②外圓和端面定位,不符合“基準重合”原則。用端面作軸向定位,並找正外圓,不需要專用心軸,生產率較低,故適用於單件小批生產。為保證齒輪的加工質量,必須嚴格控制齒坯外圓對內孔的徑向圓跳動。

2)齒形加工方案選擇

齒形加工方案選擇,主要取決於齒輪的精度等級、生產批量和齒輪熱處理方法等。

8級或8級精度以下的齒輪加工方案:對於不淬硬的齒輪用滾齒或插齒即可滿足加工要求;對於淬硬齒輪可採用滾(或插)——齒端加工——齒面熱處理——修正內孔的加工方案。熱處理前的齒形加工精度應比圖樣要求提高一級。

6~7級精度的齒輪一般有兩種加工方案:①剃——珩齒方案:滾(或插)齒——齒端加工——剃齒——表面淬火——修正基準——珩齒。②磨齒方案:滾(或插)齒——齒端加工——滲碳淬火——修正基準——磨齒。剃——珩齒方案生產效率高,廣泛用於7級精度齒輪的成批生產中。磨齒方案生產率低,一般用於6級精度以上或雖低於6級但淬火后變形較大的齒輪。

隨著刀具材料的不斷發展,用硬滾、硬插、硬剃齒代替磨齒,用珩齒代替剃齒,可取得很好的經濟效益。例如可採用滾齒——齒端加工——齒面熱處理——修正基準——硬滾齒的方案。

5級精度以上的齒輪加工一般應取磨齒方案。

3)齒輪熱處理

齒輪加工中根據不同要求,常安排兩種熱處理工序:

①齒坯熱處理 

在齒坯粗加工前後常安排預先熱處理——正火或調質。正火安排在齒坯加工前,其目的是為了消除鍛造內應力,改善材料的加工性能。調質一般安排在齒坯粗加工之後,可消除鍛造內應力和粗加工引起的殘餘應力,提高材料的綜合力學性能,但齒坯的硬度稍高,不易切削,故生產中應用較少。

②齒面熱處理 

齒形加工後為提高齒面的硬度及耐磨性,根據材料與技術要求,常安排滲碳淬火、高頻感應加熱淬火及液體碳氮共滲等處理工序。經滲碳淬火的齒輪變形較大,對高精度齒輪尚需進行磨齒加工。經高頻感應加熱淬火處理的齒輪變形較小,但內孔直徑一般會縮小0.01~0.05mm,淬火后應予以修正。有鍵槽的齒輪,淬火后內孔經常出現橢圓形,為此鍵槽加工宜安排在齒面淬火之後。

4)齒端加工

齒輪的齒端加工有倒圓、倒尖、倒棱(如圖所示3-40所示)和去毛刺等。倒圓、倒尖后的齒輪,沿軸向滑動時容易進入嚙合。倒棱可去除齒端的銳邊,這些銳邊經淬火后很脆,在齒輪傳動中易崩裂。

圖3-40  齒端加工

齒端加工必須安排在齒輪淬火之前,通常多在滾(插)齒之後。

5)精基準修正

齒輪淬火后基準孔常產生變形。為保證齒形精加工的精度,對基準孔必須進行修正。對大徑定心的花鍵孔齒輪,通常用花鍵推刀修正。對圓柱孔齒輪,可採用推孔或磨孔修正。推孔生產率高,常用於內孔未淬硬的齒輪,可用加長推刀前引導部分來防止推刀歪斜以保證推孔精度。磨孔精度高,但生產率低,適用於整體淬

 

火齒輪及內孔較大、齒厚較薄的齒輪。磨孔時應以分度圓定心,這樣可使磨孔后的齒圈徑向圓跳動較小,對後續磨齒或珩齒有利。實際生產中以金剛鏜代替磨孔也取得了較好的效果,且提高了生產率。

複習題

1.主軸結構特點和技術要求有哪些?

2.車床主軸毛坯常用的材料有哪幾種?對於不同的毛坯材料在加工各個階段應如何安排熱處理工序?這些熱處理工序起什麼作用?

3.試分析車床主軸加工工藝過程中,如何體現“基準重合”、“基準統一”等精基準選擇原則?

4.頂尖孔在主軸機械加工工藝過程中起什麼作用?為什麼要對頂尖孔進行修磨?

5.軸類零件上的螺紋、花鍵等的加工一般安排在工藝過程的哪個階段?

6.箱體零件的結構特點和主要技術要求有哪些?為什麼要規定這些要求?

7.選擇箱體零件的粗、精基準時應考慮哪些問題?

8.孔系有哪幾種?其加工方法有哪些?

9.如何安排箱體零件的加工順序?一般應遵循哪些原則?

10.套筒類零件的深孔加工有何工藝特點?針對其特點應採取什麼工藝措施?

11.薄壁套筒零件加工時容易因夾緊不當產生變形,應如何處理?

12.圓柱齒輪規定了哪些技術要求和精度指標?它們對傳動質量和加工工藝有什麼影響?

13.齒形加工的精基準應如何選擇?齒輪淬火前精基準的加工和淬火后精基準的修整通常採用什麼方法?

14.滾齒、插齒、磨齒的工作原理及工藝特點各是什麼?它們各適用於什麼場合?

15.齒輪的典型加工工藝過程一般由哪幾個加工階段所組成?其中毛坯熱處理和齒面熱處理各起什麼作用?應安排在工藝過程的哪一個階段?

16.編製圖3-41所示小滑板絲杠軸的機械加工工藝規程。其生產類型為中批生產,材料45鋼,需調質處理。

圖3-41 小滑板絲杠軸

17.編製圖3-42所示套筒零件的機械加工工藝過程。其生產類型為中批生產,材料為HT200。

圖3-42套筒零件

18.編製圖3-43所示箱體零件的機械加工工藝過程,重點說明其內孔加工方案。其生產類型為中批生產,材料為鑄鐵。

圖3-43 箱體零件

19.編製圖3-44所示雙聯齒輪的機械加工工藝過程。其生產類型為單件小批生產,材料45,齒部高頻淬火48HRC。

圖3-44 雙聯齒輪

※     參考資料:

■     機械製造基礎、蘇建修、機械工業出版社,2003;

■     機械製造工藝與機床夾具、劉守勇、機械工業出版社,2004;

■     機械加工技術、孫學強、機械工業出版社,1999;

機械製造技術基礎、張世昌、高等教育出版社,2006。

 

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