機械製造及工藝教程-第八章 典型零件的加工

tags: 機械製造    時間:2014-03-07 14:18:31
機械製造及工藝教程-第八章 典型零件的加工簡介
      第一節 軸類零件加工工藝 一、軸類零件的功用、結構特點及技術要求 軸類零件是機器中經常遇到的典型零件之一。它主要用來支承傳……
機械製造及工藝教程-第八章 典型零件的加工正文

      第一節 軸類零件加工工藝

一、軸類零件的功用、結構特點及技術要求

軸類零件是機器中經常遇到的典型零件之一。它主要用來支承傳動零部件,傳遞扭矩和承受載荷。軸類零件是旋轉體零件,其長度大於直徑,一般由同心軸的外圓柱面、圓錐面、內孔和螺紋及相應的端面所組成。根據結構形狀的不同,軸類零件可分為光軸、階梯軸、空心軸和曲軸等。

軸的長徑比小於5的稱為短軸,大於20的稱為細長軸,大多數軸介於兩者之間。

軸用軸承支承,與軸承配合的軸段稱為軸頸。軸頸是軸的裝配基準,它們的精度和表面質量一般要求較高,其技術要求一般根據軸的主要功用和工作條件制定,通常有以下幾項:

()尺寸精度   起支承作用的軸頸為了確定軸的位置,通常對其尺寸精度要求較高(IT5IT7)。裝配傳動件的軸頸尺寸精度一般要求較低(IT6IT9)。

()幾何形狀精度   軸類零件的幾何形狀精度主要是指軸頸、外錐面、莫氏錐孔等的圓度、圓柱度等,一般應將其公差限制在尺寸公差範圍內。對精度要求較高的內外圓表面,應在圖紙上標註其允許偏差。

()相互位置精度   軸類零件的位置精度要求主要是由軸在機械中的位置和功用決定的。通常應保證裝配傳動件的軸頸對支承軸頸的同軸度要求,否則會影響傳動件(齒輪等)的傳動精度,併產生雜訊。普通精度的軸,其配合軸段對支承軸頸的徑向跳動一般為0.010.03mm,高精度軸(如主軸)通常為0.0010.005mm

()表面粗糙度   一般與傳動件相配合的軸徑表面粗糙度為Ra2.50.63μm,與軸承相配合的支承軸徑的表面粗糙度為Ra0.630.16μm

二、軸類零件的毛坯和材料

()軸類零件的毛坯  軸類零件可根據使用要求、生產類型、設備條件及結構,選用棒料、鍛件等毛坯形式。對於外圓直徑相差不大的軸,一般以棒料為主;而對於外圓直徑相差大的階梯軸或重要的軸,常選用鍛件,這樣既節約材料又減少機械加工的工作量,還可改善機械性能。

根據生產規模的不同,毛坯的鍛造方式有自由鍛和模鍛兩種。中小批生產多採用自由鍛,大批大量生產時採用模鍛。

()軸類零件的材料  軸類零件應根據不同的工作條件和使用要求選用不同的材料並採用不同的熱處理規範(如調質、正火、淬火等),以獲得一定的強度、韌性和耐磨性。

45鋼是軸類零件的常用材料,它價格便宜經過調質(或正火)后,可得到較好的切削性能,而且能獲得較高的強度和韌性等綜合機械性能,淬火后表面硬度可達4552HRC

40Cr等合金結構鋼適用於中等精度而轉速較高的軸類零件,這類鋼經調質和淬火后,具有較好的綜合機械性能。

軸承鋼GCr15和彈簧鋼65Mn,經調質和表面高頻淬火后,表面硬度可達5058HRC,並具有較高的耐疲勞性能和較好的耐磨性能,可製造較高精度的軸。

精密機床的主軸(例如磨床砂輪軸、坐標鏜床主軸)可選用38CrMoAIA氮化鋼。這種鋼經調質和表面氮化后,不僅能獲得很高的表面硬度,而且能保持較軟的芯部,因此耐衝擊韌性好。與滲碳淬火鋼比較,它有熱處理變形很小,硬度更高的特性。

三、軸類零件典型工藝路線

 

對於7級精度、表面粗糙度Ra0.80.4μm的一般傳動軸,其典型工藝路線是:正火-車端面鑽中心孔-粗車各表面-精車各表面-花鍵、鍵槽-熱處理-修中心孔-粗磨外圓-精磨外圓-檢驗。

軸類零件一般採用中心孔作為定位基準,以實現基準統一的方案。在單件小批生產中鑽中心孔工序常在普通車床上進行。在大批量生產中常在端面鑽中心孔專用機床上進行。

中心孔是軸類零件加工全過程中使用的定位基準,其質量對加工精度有著重大影響。所以必須安排修中心孔工序。修中心孔一般在車床上用金剛石或硬質合金頂尖加壓進行。

對於空心軸(如機床主軸),為了能使用頂尖孔定位,一般均採用帶頂尖孔的錐套心軸或錐堵。若外圓和錐孔需反覆多次、互為基準進行加工,則在重裝錐堵或心軸時,必須按外圓找正或重新修磨中心孔。

軸上的花鍵、鍵槽等次要表面的加工,一般安排在外圓精車之後,磨削之前進行。因為如果在精車之前就出鍵槽,在精車時由於斷續切削而易產生振動,影響加工質量,又容易損壞刀具,也難以控制鍵槽的尺寸。但也不應安排在外圓精磨之後進行,以免破壞外圓表面的加工精度和表面質量。

在軸類零件的加工過程中,應當安排必要的熱處理工序,以保證其機械性能和加工精度,並改善工件的切削加工性。一般毛坯鍛造后安排正火工序,而調質則安排在粗加工後進行,以便消除粗加工后產生的應力及獲得良好的綜合機械性能。淬火工序則安排在磨削工序之前。

四、細長軸加工工藝特點

由於細長軸剛性很差,在加工中極易變形,對加工精度和加工質量影響很大。為此,生產中常採用下列措施予以解決。

() 改進工件的裝夾方法

粗加工時,由於切削余量大,工件受的切削力也大,一般採用卡頂法,尾座頂尖採用彈性頂尖,可以使工件在軸向自由伸長。但是,由於頂尖彈性的限制,軸向伸長量也受到限制,因而頂緊力不是很大。在高速、大用量切削時,有使工件脫離頂尖的危險。採用卡拉法可避免這種現象的產生。

精車時,採用雙頂尖法(此時尾座應採用彈性頂尖)有利於提高精度,其關鍵是提高中心孔精度。

()採用跟刀架

 跟刀架是車削細長軸極其重要的附件。採用跟刀架能抵消加工時徑向切削分力的影響,從而減少切削振動和工件變形,但必須注意仔細調整,使跟刀架的中心與機床頂尖中心保持一致。

()採用反向進給

車削細長軸時,常使車刀向尾座方向作進給運動(此時應安裝卡拉工具),這樣刀具施加於工件上的進給力方向朝向尾座,因而有使工件產生軸向伸長的趨勢,而卡拉工具大大減少了由於工件伸長造成的彎曲變形。

()採用車削細長軸的車刀

車削細長軸的車刀一般前角和主偏角較大,以使切削輕快,減小徑向振動和彎曲變形。粗加工用車刀在前刀面上開有斷屑槽使斷屑容易。精車用刀常有一定的負傾角,使切屑流向待加工面。

 

第二節   箱體零件加工工藝

箱體類零件是機器及其部件的基礎件,它將機器及其部件中的軸、軸承、套和齒輪等零件按一定的相互位置關係裝配成一個整體,並按預定傳動關係協調其運動。因此,箱體的加工質量不僅影響其裝配精度及運動精度,而且影響到機器的工作精度、使用性能和壽命。

 

一、箱體類零件功用、結構特點和技術要求

()箱體零件的功用

箱體零件是機器及部件的基礎件,它將機器及部件中的軸、軸承和齒輪等零件按一定的相互位置關係裝配成一個整體,並按預定傳動關係協調其運動。

()箱體類零件的結構特點

箱體的種類很多,其尺寸大小和結構形式隨著機器的結構和箱體在機器中功用的不同有著較大的差異。但從工藝上分析它們仍有許多共同之處,其結構特點是:

1.外形基本上是由六個或五個平面組成的封閉式多面體,又分成整體式和組合式兩種;

2.結構形狀比較複雜。內部常為空腔形,某些部位有“隔牆”,箱體壁薄且厚薄不均。

3.箱壁上通常都布置有平行孔系或垂直孔系;

4.箱體上的加工面,主要是大量的平面,此外還有許多精度要求較高的軸承支承孔和精度要求較低的緊固用孔。

() 箱體類零件的技術要求

1.軸承支承孔的尺寸精度和、形狀精度、表面粗糙度要求。

2.位置精度  包括孔系軸線之間的距離尺寸精度和平行度,同一軸線上各孔的同軸度,以及孔端面對孔軸線的垂直度等。

3.此外,為滿足箱體加工中的定位需要及箱體與機器總裝要求,箱體的裝配基準面與加工中的定位基準面應有一定的平面度和表面粗糙度要求;各支承孔與裝配基準面之間應有一定距離尺寸精度的要求。

()箱體類零件的材料和毛坯

箱體類零件的材料一般用灰口鑄鐵,常用的牌號有HT100HT400

毛坯為鑄鐵件,其鑄造方法視鑄件精度和生產批量而定。單件小批生產多用木模手工造型,毛坯精度低,加工余量大。有時也採用鋼板焊接方式。大批生產常用金屬模機器造型,毛坯精度較高,加工余量可適當減小。

為了消除鑄造時形成的內應力,減少變形,保證其加工精度的穩定性,毛坯鑄造后要安排人工時效處理。精度要求高或形狀複雜的箱體還應在粗加工后多加一次人工時效處理,以消除粗加工造成的內應力,進一步提高加工精度的穩定性。

二、箱體零件加工工藝分析

 () 工藝路線的安排

車床主軸箱要求加工的表面很多。在這些加工表面中,平面加工精度比孔的加工精度容易保證,於是,箱體中主軸孔(主要孔)的加工精度、孔系加工精度就成為工藝關鍵問題。因此,在工藝路線的安排中應注意三個問題:

1.工件的時效處理

箱體結構複雜壁厚不均勻,鑄造內應力較大。由於內應力會引起變形,因此鑄造后應安排人工時效處理以消除內應力減少變形。一般精度要求的箱體,可利用粗、精加工工序之間的自然停放和運輸時間,得到自然時效的效果。但自然時效需要的時間較長,否則會影響箱體精度的穩定性。

對於特別精密的箱體,在粗加工和精加工工序間還應安排一次人工時效,迅速充分地消除內應力,提高精度的穩定性。

2.安排加工工藝的順序時應先面后

由於平面面積較大定位穩定可靠,有利與簡化夾具結構檢少安裝變形。從加工難度來看,平面比孔加工容易。先加工批平面,把鑄件表面的凹凸不平和夾砂等缺陷切除,在加工分佈在平面上的孔時,對便於孔的加工和保證孔的加工精度都是有利的。因此,一般均應先加工平面。

3.粗、精加工階段要分開

箱體均為鑄件,加工余量較大,而在粗加工中切除的金屬較多,因而夾緊力、切削力都較大,切削熱也較多。加之粗加工后,工件內應力重新分佈也會引起工件變形,因此,對加工精度影響較大。為此,把粗精加工分開進行,有利於把已加工後由於各種原因引起的工件變形充分暴露出來,然後在精加工中將其消除。

 

() 定位基準的選擇

箱體定位基準的選擇,直接關係到箱體上各個平面與平面之間,孔與平面之間,孔與孔之間的尺寸精度和位置精度要求是否能夠保證。在選擇基準時,首先要遵守“基準重合”和“基準統一”的原則,同時必須考慮生產批量的大小,生產設備、特別是夾具的選用等因素。

  1. 粗基準的選擇

粗基準的作用主要是決定不加工面與加工面的位置關係,以及保證加工面的余量均勻。

箱體零件上一般有一個(或幾個)主要的大孔,為了保證孔的加工余量均勻,應以該毛坯孔為粗基準(如主軸箱上的主軸孔)。箱體零件上的不加工面主要考慮內腔表面,它和加工面之間的距離尺寸有一定的要求,因為箱體中往往裝有齒輪等傳動件,它們與不加工的內壁之間的間隙較小,如果加工出的軸承孔端面與箱體內壁之間的距離尺寸相差太大,就有可能使齒輪安裝時與箱體內壁相碰。從這一要求出發,應選內

壁為粗基準。但這將使夾具結構十分複雜,甚至不能實現。考慮到鑄造時內壁與主要孔都是同一個泥心澆注的,因此實際生產中常以孔為主要粗基準,限制四個自由度,而輔之以內腔或其它毛坯孔為次要基準面,以達到完全定位的目的。

1  精基準的選擇

箱體零件精基準的選擇一般有兩種方案:一種是以裝配面為精基準。以車床主軸箱鏜孔夾具為例,該夾具如圖9-8所示。它的優點是對於孔與底面的距離和平行度要求,基準是重合的,沒有基準不重合誤差,而且箱口向上,觀察和測量、調刀都比較方便。但是在削中間壁上的孔時,由於無法安裝中間導向支承,而不得不採用吊架的形式(見圖中件3)。這種吊架剛性差,操作不方便,安裝誤差大,不易實現自動化,故此方案一般只能適用於無中間孔壁的簡單箱體或批量不大的場合。

 針對上述採用吊架式中間導向支承的問題,採用箱口向下的安裝方式,以箱體頂面R和頂面上的兩個工藝孔為精基準。如圖9-9所示。在鏜孔時,由於中間導向支承直接固定在夾具上,使夾具的剛度提高,有利於保證各支承孔的尺寸和位置精度。並且工件裝卸方便減少了輔助時間,有利於提高生產率。但是這種定位方式也有不足之處,

 

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