典型零件加工工藝(DOC18)
典型零件加工工藝
生產(chǎn)實(shí)際中,零件的結(jié)構(gòu)千差萬別,但其基本幾何構(gòu)成不外是外圓、內(nèi)孔、平面、螺紋、齒面、曲面等。很少有零件是由單一典型表面所構(gòu)成,往往是由一些典型表面復(fù)合而成,其加工方法較單一典型表面加工復(fù)雜,是典型表面加工方法的綜合應(yīng)用。下面介紹軸類零件、箱體類和齒輪零件的典型加工工藝。
第一節(jié) 軸類零件的加工
一、軸類零件的分類、技術(shù)要求
軸是機(jī)械加工中常見的典型零件之一。它在機(jī)械中主要用于支承齒輪、帶輪、凸輪以及連桿等傳動(dòng)件,以傳遞扭矩。按結(jié)構(gòu)形式不同,軸可以分為階梯軸、錐度心軸、光軸、空心軸、曲軸、凸輪軸、偏心軸、各種絲杠等如圖6-1,其中階梯傳動(dòng)軸應(yīng)用較廣,其加工工藝能較全面地反映軸類零件的加工規(guī)律和共性。
根據(jù)軸類零件的功用和工作條件,其技術(shù)要求主要在以下方面:
⑴ 尺寸精度 軸類零件的主要表面常為兩類:一類是與軸承的內(nèi)圈配合的外圓軸頸,即支承軸頸,用于確定軸的位置并支承軸,尺寸精度要求較高,通常為IT 5~IT7;另一類為與各類傳動(dòng)件配合的軸頸,即配合軸頸,其精度稍低,常為IT6~IT9。
⑵ 幾何形狀精度 主要指軸頸表面、外圓錐面、錐孔等重要表面的圓度、圓柱度。其誤差一般應(yīng)限制在尺寸公差范圍內(nèi),對(duì)于精密軸,需在零件圖上另行規(guī)定其幾何形狀精度。
⑶ 相互位置精度 包括內(nèi)、外表面、重要軸面的同軸度、圓的徑向跳動(dòng)、重要端面對(duì)軸心線的垂直度、端面間的平行度等。
⑷ 表面粗糙度 軸的加工表面都有粗糙度的要求,一般根據(jù)加工的可能性和經(jīng)濟(jì)性來確定。支承軸頸常為0.2~1.6μm,傳動(dòng)件配合軸頸為0.4~3.2μm。
⑸ 其他 熱處理、倒角、倒棱及外觀修飾等要求。
二、軸類零件的材料、毛坯及熱處理
1.軸類零件的材料
⑴ 軸類零件材料 常用45鋼,精度較高的軸可選用40Cr、軸承鋼GCr15、彈簧鋼65Mn,也可選用球墨鑄鐵;對(duì)高速、重載的軸,選用20CrMnTi、20Mn2B、20Cr等低碳合金鋼或38CrMoAl氮化鋼。
⑵ 軸類毛坯 常用圓棒料和鍛件;大型軸或結(jié)構(gòu)復(fù)雜的軸采用鑄件。毛坯經(jīng)過加熱鍛造后,可使金屬內(nèi)部纖維組織沿表面均勻分布,獲得較高的抗拉、抗彎及抗扭強(qiáng)度。
2.軸類零件的熱處理
鍛造毛坯在加工前,均需安排正火或退火處理,使鋼材內(nèi)部晶粒細(xì)化,消除鍛造應(yīng)力,降低材料硬度,改善切削加工性能。
調(diào)質(zhì)一般安排在粗車之后、半精車之前,以獲得良好的物理力學(xué)性能。
表面淬火一般安排在精加工之前,這樣可以糾正因淬火引起的局部變形。
精度要求高的軸,在局部淬火或粗磨之后,還需進(jìn)行低溫時(shí)效處理。
三、軸類零件的安裝方式
軸類零件的安裝方式主要有以下三種。
1.采用兩中心孔定位裝夾
一般以重要的外圓面作為粗基準(zhǔn)定位,加工出中心孔,再以軸兩端的中心孔為定位精基準(zhǔn);盡可能做到基準(zhǔn)統(tǒng)一、基準(zhǔn)重合、互為基準(zhǔn),并實(shí)現(xiàn)一次安裝加工多個(gè)表面。中心孔是工件加工統(tǒng)一的定位基準(zhǔn)和檢驗(yàn)基準(zhǔn),它自身質(zhì)量非常重要,其準(zhǔn)備工作也相對(duì)復(fù)雜,常常以支承軸頸定位,車(鉆)中心錐孔;再以中心孔定位,精車外圓;以外圓定位,粗磨錐孔;以中心孔定位,精磨外圓;最后以支承軸頸外圓定位,精磨(刮研或研磨)錐孔,使錐孔的各項(xiàng)精度達(dá)到要求。
2.用外圓表面定位裝夾
對(duì)于空心軸或短小軸等不可能用中心孔定位的情況,可用軸的外圓面定位、夾緊并傳遞扭矩。一般采用三爪卡盤、四爪卡盤等通用夾具,或各種高精度的自動(dòng)定心專用夾具,如液性塑料薄壁定心夾具、膜片卡盤等。
3.用各種堵頭或拉桿心軸定位裝夾
加工空心軸的外圓表面時(shí),常用帶中心孔的各種堵頭或拉桿心軸來安裝工件。小錐孔時(shí)
常用堵頭;大錐孔時(shí)常用帶堵頭的拉桿心軸,如圖6-2。
四、軸類零件工藝過程示例
1.CA6140車床主軸技術(shù)要求及功用
圖6-3為CA6140車床主軸零件簡圖。由零件簡圖可知,該主軸呈階梯狀,其上有安裝支承軸承、傳動(dòng)件的圓柱、圓錐面,安裝滑動(dòng)齒輪的花鍵,安裝卡盤及頂尖的內(nèi)外圓錐面,聯(lián)接緊固螺母的螺旋面,通過棒料的深孔等。下面分別介紹主軸各主要部分的作用及技術(shù)要求:
⑴ 支承軸頸 主軸二個(gè)支承軸頸A、B圓度公差為0.005mm,徑向跳動(dòng)公差為0.005mm;而支承軸頸1∶12錐面的接觸率≥70%;表面粗糙度Ra為0.4?m;支承軸頸尺寸精度為IT5。因?yàn)橹鬏S支承軸頸是用來安裝支承軸承,是主軸部件的裝配基準(zhǔn)面,所以它的制造精度直接影響到主軸部件的回轉(zhuǎn)精度。
⑵ 端部錐孔 主軸端部內(nèi)錐孔(莫氏6號(hào))對(duì)支承軸頸A、B的跳動(dòng)在軸端面處公差為0.005mm,離軸端面300mm處公差為0.01 mm;錐面接觸率≥70%;表面粗糙度Ra為0.4?m;硬度要求45~50HRC。該錐孔是用來安裝頂尖或工具錐柄的,其軸心線必須與兩個(gè)支承軸頸的軸心線嚴(yán)格同軸,否則會(huì)使工件(或工具)產(chǎn)生同軸度誤差。
⑶ 端部短錐和端面 頭部短錐C和端面D對(duì)主軸二個(gè)支承軸頸A、B的徑向圓跳動(dòng)公差為0.008mm;表面粗糙度Ra為0.8?m。它是安裝卡盤的定位面。為保證卡盤的定心精度,該圓錐面必須與支承軸頸同軸,而端面必須與主軸的回轉(zhuǎn)中心垂直。
⑷ 空套齒輪軸頸 空套齒輪軸頸對(duì)支承軸頸A、B的徑向圓跳動(dòng)公差為0.015 mm。由于該軸頸是與齒輪孔相配合的表面,對(duì)支承軸頸應(yīng)有一定的同軸度要求,否則引起主軸傳動(dòng)嚙合不良,當(dāng)主軸轉(zhuǎn)速很高時(shí),還會(huì)影響齒輪傳動(dòng)平穩(wěn)性并產(chǎn)生噪聲。
⑸ 螺紋 主軸上螺旋面的誤差是造成壓緊螺母端面跳動(dòng)的原因之一,所以應(yīng)控制螺紋的加工精度。當(dāng)主軸上壓緊螺母的端面跳動(dòng)過大時(shí),會(huì)使被壓緊的滾動(dòng)軸承內(nèi)環(huán)的軸心線產(chǎn)生傾斜,從而引起主軸的徑向圓跳動(dòng)。
2.主軸加工的要點(diǎn)與措施
主軸加工的主要問題是如何保證主軸支承軸頸的尺寸、形狀、位置精度和表面粗糙度,主軸前端內(nèi)、外錐面的形狀精度、表面粗糙度以及它們對(duì)支承軸頸的位置精度。
主軸支承軸頸的尺寸精度、形狀精度以及表面粗糙度要求,可以采用精密磨削方法保證。磨削前應(yīng)提高精基準(zhǔn)的精度。
保證主軸前端內(nèi)、外錐面的形狀精度、表面粗糙度同樣應(yīng)采用精密磨削的方法。為了保證外錐面相對(duì)支承軸頸的位置精度,以及支承軸頸之間的位置精度,通常采用組合磨削法,在一次裝夾中加工這些表面,如圖6-4所示。機(jī)床上有兩個(gè)獨(dú)立的砂輪架,精磨在兩個(gè)工位上進(jìn)行,工位Ⅰ精磨前、后軸頸錐面,工位Ⅱ用角度成形砂輪,磨削主軸前端支承面和短錐面。
主軸錐孔相對(duì)于支承軸頸的位置精度是靠采用支承軸頸A、B作為定位基準(zhǔn),而讓被加工主軸裝夾在磨床工作臺(tái)上加工來保證。以支承軸頸作為定位基準(zhǔn)加工內(nèi)錐面,符合基準(zhǔn)重合原則。在精磨前端錐孔之前,應(yīng)使作為定位基準(zhǔn)的支承軸頸A、B達(dá)到一定的精度。主軸錐孔的磨削一般采用專用夾具,如圖6-5所示。夾具由底座1、支架2及浮動(dòng)夾頭3三部分組成,兩個(gè)支架固定在底座上,作為工件定位基準(zhǔn)面的兩段軸頸放在支架的兩個(gè)V形塊上,V形塊鑲有硬質(zhì)合金,以提高耐磨性,并減少對(duì)工件軸頸的劃痕,工件的中心高應(yīng)正好等于磨頭砂輪軸的中心高,否則將會(huì)使錐孔母線呈雙曲線,影響內(nèi)錐孔的接觸精度。后端的浮動(dòng)卡頭用錐柄裝在磨床主軸的錐孔內(nèi),工件尾端插于彈性套內(nèi),用彈簧將浮動(dòng)卡頭外殼連同工件向左拉,通過鋼球壓向鑲有硬質(zhì)合金的錐柄端面,限制工件的軸向竄動(dòng)。采用這種聯(lián)接方式,可以保證工件支承軸頸的定位精度不受內(nèi)圓磨床主軸回轉(zhuǎn)誤差的影響,也可減少機(jī)床本身振動(dòng)對(duì)加工質(zhì)量的影響。
主軸外圓表面的加工,應(yīng)該以頂尖孔作為統(tǒng)一的定位基準(zhǔn)。但在主軸的加工過程中,隨著通孔的加工,作為定位基準(zhǔn)面的中心孔消失,工藝上常采用帶有中心孔的錐堵塞到主軸兩端孔中,如圖6-2所示,讓錐堵的頂尖孔起附加定位基準(zhǔn)的作用。
3.CA6140車床主軸加工定位基準(zhǔn)的選擇
主軸加工中,為了保證各主要表面的相互位置精度,選擇定位基準(zhǔn)時(shí),應(yīng)遵循基準(zhǔn)重合、基準(zhǔn)統(tǒng)一和互為基準(zhǔn)等重要原則,并能在一次裝夾中盡可能加工出較多的表面。
由于主軸外圓表面的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)是主軸軸心線,根據(jù)基準(zhǔn)重合的原則考慮應(yīng)選擇主軸兩端的頂尖孔作為精基準(zhǔn)面。用頂尖孔定位,還能在一次裝夾中將許多外圓表面及其端面加工出來,有利于保證加工面間的位置精度。所以主軸在粗車之前應(yīng)先加工頂尖孔。
為了保證支承軸頸與主軸內(nèi)錐面的同軸度要求,宜按互為基準(zhǔn)的原則選擇基準(zhǔn)面。如車小端1∶20錐孔和大端莫氏6號(hào)內(nèi)錐孔時(shí), 以與前支承軸頸相鄰而它們又是用同一基準(zhǔn)加工出來的外圓柱面為定位基準(zhǔn)面(因支承軸頸系外錐面不便裝夾);在精車各外圓(包括兩個(gè)支承軸頸)時(shí),以前、后錐孔內(nèi)所配錐堵的頂尖孔為定位基面;在粗磨莫氏6號(hào)內(nèi)錐孔時(shí),又以兩圓柱面為定位基準(zhǔn)面;粗、精磨兩個(gè)支承軸頸的1∶12錐面時(shí),再次用錐堵頂尖孔定位;最后精磨莫氏6號(hào)錐孔時(shí),直接以精磨后的前支承軸頸和另一圓柱面定位。定位基準(zhǔn)每轉(zhuǎn)換一次,都使主軸的加工精度提高一步。
4.CA6140車床主軸主要加工表面加工工序安排
CA6140車床主軸主要加工表面是?75h5、?80h5、?90g5、?105h5軸頸,兩支承軸頸及大頭錐孔。它們加工的尺寸精度在IT5~IT6之間,表面粗糙度Ra為0.4~0.8?m。
主軸加工工藝過程可劃分為三個(gè)加工階段,即粗加工階段(包括銑端面、加工頂尖孔、粗車外圓等);半精加工階段(半精車外圓,鉆通孔,車錐面、錐孔,鉆大頭端面各孔,精車外圓等);精加工階段(包括精銑鍵槽,粗、精磨外圓、錐面、錐孔等)。
在機(jī)械加工工序中間尚需插入必要的熱處理工序,這就決定了主軸加工各主要表面總是循著以下順序的進(jìn)行,即粗車→調(diào)質(zhì)(預(yù)備熱處理)→半精車→精車→淬火-回火(最終熱處理)→粗磨→精磨。
綜上所述,主軸主要表面的加工順序安排如下:
外圓表面粗加工(以頂尖孔定位)→外圓表面半精加工(以頂尖孔定位)→鉆通孔(以半精加工過的外圓表面定位)→錐孔粗加工(以半精加工過的外圓表面定位,加工后配錐堵)→外圓表面精加工(以錐堵頂尖孔定位)→錐孔精加工(以精加工外圓面定位)。
當(dāng)主要表面加工順序確定后,就要合理地插入非主要表面加工工序。對(duì)主軸來說非主要表面指的是螺孔、鍵槽、螺紋等。這些表面加工一般不易出現(xiàn)廢品,所以盡量安排在后面工序進(jìn)行,主要表面加工一旦出了廢品,非主要表面就不需加工了,這樣可以避免浪費(fèi)工時(shí)。但這些表面也不能放在主要表面精加工后,以防在加工非主要表面過程中損傷已精加工過的主要表面。
對(duì)凡是需要在淬硬表面上加工的螺孔、鍵槽等,都應(yīng)安排在淬火前加工。非淬硬表面上螺孔、鍵槽等一般在外圓精車之后,精磨之前進(jìn)行加工。主軸螺紋,因它與主軸支承軸頸之間有一定的同軸度要求,所以螺紋安排在以非淬火-回火為最終熱處理工序之后的精加工階段進(jìn)行,這樣半精加工后殘余應(yīng)力所引起的變形和熱處理后的變形,就不會(huì)影響螺紋的加工精度。
5.CA6140車床主軸加工工藝過程
表6-1列出了CA6140車床主軸的加工工藝過程。
生產(chǎn)類型:大批生產(chǎn);材料牌號(hào):45號(hào)鋼;毛坯種類:模鍛件
表6-1 大批生產(chǎn)CA6140車床主軸工藝過程
(沿用吳拓主編《機(jī)械制造工程》(第2版)機(jī)械工業(yè)出版社2005年9月表5-5)
五、軸類零件的檢驗(yàn)
1.加工中的檢驗(yàn)
自動(dòng)測量裝置,作為輔助裝置安裝在機(jī)床上。這種檢驗(yàn)方式能在不影響加工的情況下,根據(jù)測量結(jié)果,主動(dòng)地控制機(jī)床的工作過程,如改變進(jìn)給量,自動(dòng)補(bǔ)償?shù)毒吣p,自動(dòng)退刀、停車等,使之適應(yīng)加工條件的變化,防止產(chǎn)生廢品,故又稱為主動(dòng)檢驗(yàn)。主動(dòng)檢驗(yàn)屬在線檢測,即在設(shè)備運(yùn)行,生產(chǎn)不停頓的情況下,根據(jù)信號(hào)處理的基本原理,掌握設(shè)備運(yùn)行狀況,對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行預(yù)測預(yù)報(bào)及必要調(diào)整。在線檢測在機(jī)械制造中的應(yīng)用越來越廣。
2.加工后的檢驗(yàn)
單件小批生產(chǎn)中,尺寸精度一般用外徑千分尺檢驗(yàn);大批大量生產(chǎn)時(shí),常采用光滑極限量規(guī)檢驗(yàn),長度大而精度高的工件可用比較儀檢驗(yàn)。表面粗糙度可用粗糙度樣板進(jìn)行檢驗(yàn);要求較高時(shí)則用光學(xué)顯微鏡或輪廓儀檢驗(yàn)。圓度誤差可用千分尺測出的工件同一截面內(nèi)直徑的最大差值之半來確定,也可用千分表借助V形鐵來測量,若條件許可,可用圓度儀檢驗(yàn)。圓柱度誤差通常用千分尺測出同一軸向剖面內(nèi)最大與最小值之差的方法來確定。主軸相互位置精度檢驗(yàn)一般以軸兩端頂尖孔或工藝錐堵上的頂尖孔為定位基準(zhǔn),在兩支承軸頸上方分別用千分表測量。
第二節(jié) 箱體類零件的加工
一、箱體零件概述
箱體類零件通常作為箱體部件裝配時(shí)的基準(zhǔn)零件。它將一些軸、套、軸承和齒輪等零件裝配起來,使其保持正確的相互位置關(guān)系,以傳遞轉(zhuǎn)矩或改變轉(zhuǎn)速來完成規(guī)定的運(yùn)動(dòng)。因此,箱體類零件的加工質(zhì)量對(duì)機(jī)器的工作精度、使用性能和壽命都有直接的影響。
箱體零件結(jié)構(gòu)特點(diǎn):多為鑄造件,結(jié)構(gòu)復(fù)雜,壁薄且不均勻,加工部位多,加工難度大。 箱體零件的主要技術(shù)要求:軸頸支承孔孔徑精度及相互之間的位置精度,定位銷孔的精度與孔距精度;主要平面的精度;表面粗糙度等。
箱體零件材料及毛坯:箱體零件常選用灰鑄鐵,汽車、摩托車的曲軸箱選用鋁合金作為曲軸箱的主體材料,其毛坯一般采用鑄件,因曲軸箱是大批大量生產(chǎn),且毛坯的形狀復(fù)雜,故采用壓鑄毛坯,鑲套與箱體在壓鑄時(shí)鑄成一體。壓鑄的毛坯精度高,加工余量小,有利于機(jī)械加工。為減少毛坯鑄造時(shí)產(chǎn)生的殘余應(yīng)力,箱體鑄造后應(yīng)安排人工時(shí)效。
二、箱體類零件工藝過程特點(diǎn)分析
下面我們以某減速箱為例說明箱體類零件的加工。
1.箱體類零件特點(diǎn)
一般減速箱為了制造與裝配的方便,常做成可剖分的,如圖6-6所示,這種箱體在礦山、冶金和起重運(yùn)輸機(jī)械中應(yīng)用較多。剖分式箱體也具有一般箱體結(jié)構(gòu)特點(diǎn),如壁薄、中空、形狀復(fù)雜,加工表面多為平面和孔。
減速箱體的主要加工表面可歸納為以下三類:
⑴ 主要平面 箱蓋的對(duì)合面和頂部方孔端面、底座的底面和對(duì)合面、軸承孔的端面等。 ⑵ 主要孔 軸承孔(?150H7、?90H7)及孔內(nèi)環(huán)槽等。
⑶ 其它加工部分 聯(lián)接孔、螺孔、銷孔、斜油標(biāo)孔以及孔的凸臺(tái)面等。
2.工藝過程設(shè)計(jì)應(yīng)考慮的問題
根據(jù)減速箱體可剖分的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和各加工表面的要求,在編制工藝過程時(shí)應(yīng)注意以下問題:
⑴ 加工過程的劃分 整個(gè)加工過程可分為兩大階段,即先對(duì)箱蓋和底座分別進(jìn)行加工,然后再對(duì)裝合好的整個(gè)箱體進(jìn)行加工——合件加工。為保證效率和精度的兼顧,就孔和面的加工還需粗精分開;
⑵ 箱體加工工藝的安排 安排箱體的加工工藝,應(yīng)遵循先面后孔的工藝原則,對(duì)剖分式減速箱體還應(yīng)遵循組裝后鏜孔的原則。因?yàn)槿绻幌葘⑾潴w的對(duì)合面加工好,軸承孔就不能進(jìn)行加工。另外,鏜軸承孔時(shí),必須以底座的底面為定位基準(zhǔn),所以底座的底面也必須先加工好。
由于軸承孔及各主要平面,都要求與對(duì)合面保持較高的位置精度,所以在平面加工方面,應(yīng)先加工對(duì)合面,然后再加工其它平面,還體現(xiàn)先主后次原則。
⑶ 箱體加工中的運(yùn)輸和裝夾 箱體的體積、重量較大,故應(yīng)盡量減少工件的運(yùn)輸和裝夾次數(shù)。為了便于保證各加工表面的位置精度,應(yīng)在一次裝夾中盡量多加工一些表面。工序安排相對(duì)集中。箱體零件上相互位置要求較高的孔系和平面,一般盡量集中在同一工序中加工,以減少裝夾次數(shù),從而減少安裝誤差的影響,有利于保證其相互位置精度要求。
⑷ 合理安排時(shí)效工序 一般在毛坯鑄造之后安排一次人工時(shí)效即可;對(duì)一些高精度或形狀特別復(fù)雜的箱體,應(yīng)在粗加工之后再安排一次人工時(shí)效,以消除粗加工產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力,保證箱體加工精度的穩(wěn)定性。
3.剖分式減速箱體加工定位基準(zhǔn)的選擇
⑴ 粗基準(zhǔn)的選擇 一般箱體零件的粗基準(zhǔn)都用它上面的重要孔和另一個(gè)相距較遠(yuǎn)的孔作為粗基準(zhǔn),以保證孔加工時(shí)余量均勻。 剖分式箱體最先加工的是箱蓋或底座的對(duì)合面。由于分離式箱體軸承孔的毛坯孔分布在箱蓋和底座兩個(gè)不同部分上,因而在加工箱蓋或底座的對(duì)合面時(shí),無法以軸承孔的毛坯面作粗基準(zhǔn),而是以凸緣的不加工面為粗基準(zhǔn),即箱蓋以凸緣面A,底座以凸緣面B為粗基準(zhǔn)。這樣可保證對(duì)合面加工凸緣的厚薄較為均勻,減少箱體裝合時(shí)對(duì)合面的變形。
⑵ 精基準(zhǔn)的選擇 常以箱體零件的裝配基準(zhǔn)或?qū)iT加工的一面兩孔定位,使得基準(zhǔn)統(tǒng)
一。剖分式箱體的對(duì)合面與底面(裝配基面)有一定的尺寸精度和相互位置精度要求;軸承孔軸線應(yīng)在對(duì)合面上,與底面也有一定的尺寸精度和相互位置精度要求。為了保證以上幾項(xiàng)要求,加工底座的.對(duì)合面時(shí),應(yīng)以底面為精基準(zhǔn),使對(duì)合面加工時(shí)的定位基準(zhǔn)與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)重合;箱體裝合后加工軸承孔時(shí),仍以底面為主要定位基準(zhǔn),并與底面上的兩定位孔組成典型的一面兩孔定位方式。這樣,軸承孔的加工,其定位基準(zhǔn)既符合基準(zhǔn)統(tǒng)一的原則,也符合基準(zhǔn)重合的原則,有利于保證軸承孔軸線與對(duì)合面的重合度及與裝配基準(zhǔn)面的尺寸精度和平行度。
4.分離式減速箱體加工的工藝過程
表6-2所列為某廠在小批生產(chǎn)條件下加工圖6-6所示減速箱體的機(jī)械加工工藝過程。 生產(chǎn)類型:小批;毛坯種類:鑄件;材料牌號(hào):HT200。
表6-2 減速箱體機(jī)械加工工藝過程
(沿用吳拓主編《機(jī)械制造工程》(第2版)機(jī)械工業(yè)出版社2005年9月表5-6)
5.箱體零件的檢驗(yàn)
表面粗糙度檢驗(yàn)通常用目測或樣板比較法,只有當(dāng)Ra值很小時(shí),才考慮使用光學(xué)量儀或作用粗糙度儀;
孔的尺寸精度:一般用塞規(guī)檢驗(yàn);單件小批生產(chǎn)時(shí)可用內(nèi)徑千分尺或內(nèi)徑千分表檢驗(yàn);若精度要求很高可用氣動(dòng)量儀檢驗(yàn)。
平面的直線度:可用平尺和厚薄規(guī)或水平儀與橋板檢驗(yàn);
平面的平面度:可用自準(zhǔn)直儀或水平儀與橋板檢驗(yàn),也可用涂色檢驗(yàn)。 同軸度檢驗(yàn):一般工廠常用檢驗(yàn)棒檢驗(yàn)同軸度;
孔間距和孔軸線平行度檢驗(yàn): 根據(jù)孔距精度的高低,可分別使用游標(biāo)卡尺或千分尺,也可用塊規(guī)測量;
三坐標(biāo)測量機(jī)可同時(shí)對(duì)零件的尺寸、形狀和位置等進(jìn)行高精度的測量。
第三節(jié) 圓柱齒輪加工
一、圓柱齒輪加工概述
齒輪是機(jī)械工業(yè)的標(biāo)志性零件,它是用來按規(guī)定的速比傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的重要零件,在各種機(jī)器和儀器中應(yīng)用非常普遍。
1.圓柱齒輪結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和分類
齒輪的結(jié)構(gòu)形狀按使用場合和要求不同變化,圖6-7是常用圓柱齒輪的結(jié)構(gòu)形式,其分為:盤形齒輪(圖a單聯(lián)、b雙聯(lián)、c三聯(lián))、內(nèi)齒輪(圖d)、連軸齒輪(圖e)、套筒齒輪(圖f)、扇形齒輪(圖g)、齒條(圖h)、裝配齒輪(圖i)。
2.圓柱齒輪的精度要求
齒輪自身的精度影響其使用性能和壽命,通常對(duì)齒輪的制造提出以下精度要求: 1)運(yùn)動(dòng)精度 確保齒輪準(zhǔn)確的傳遞運(yùn)動(dòng)和恒定的傳動(dòng)比,要求最大轉(zhuǎn)角誤差不能超過相應(yīng)的規(guī)定值。
2)工作平穩(wěn)性 要求傳動(dòng)平穩(wěn),振動(dòng)、沖擊、噪聲小。
3)齒面接觸精度 為保證傳動(dòng)中載荷分布均勻,齒面接觸要求均勻,避免局部載荷過大、應(yīng)力集中等造成過早磨損或折斷。
4)齒側(cè)間隙 要求傳動(dòng)中的非工作面留有間隙以補(bǔ)償溫升、彈性形變和加工裝配的誤差并利于潤滑油的儲(chǔ)存和油膜的形成。
3.齒輪材料、毛坯和熱處理
⑴ 材料選擇 根據(jù)使用要求和工作條件選取合適的材料,普通齒輪選用中碳鋼和中碳合金鋼,如40、45、50、40MnB、40Cr、45Cr、42SiMn、35SiMn2MoV等;要求高的齒輪可選取20Mn2B、18CrMnTi、30CrMnTi、20Cr等低碳合金鋼;對(duì)于低速輕載的開式傳動(dòng)可選取ZG40、ZG45等鑄鋼材料或灰口鑄鐵;非傳力齒輪可選取尼龍、夾布膠木或塑料。
⑵ 齒輪毛坯 毛坯的選擇取決于齒輪的材料、形狀、尺寸、使用條件、生產(chǎn)批量等因素,常用的毛坯種類油:
1)鑄鐵件:用于受力小、無沖擊、低速的齒輪; 2)棒料:用于尺寸小、結(jié)構(gòu)簡單、受力不大的齒輪; 3)鍛坯:用于高速重載齒輪;
4)鑄鋼坯:用于結(jié)構(gòu)復(fù)雜、尺寸較大不宜鍛造的齒輪。
⑶ 齒輪熱處理 在齒輪加工工藝過程中,熱處理工序的位置安排十分重要,它直接影響齒輪的力學(xué)性能及切削加工的難易程度。一般在齒輪加工中有兩種熱處理工序:
1)毛坯的熱處理 為了消除鍛造和粗加工造成的殘余應(yīng)力、改善齒輪材料內(nèi)部的金相組織和切削加工性能,在齒輪毛坯加工前后通常安排正火或調(diào)質(zhì)等預(yù)熱處理。
2)齒面的熱處理 為了提高齒面硬度、增加齒輪的承載能力和耐磨性而進(jìn)行的齒面高頻淬火、滲碳淬火、氮碳共滲和滲氮等熱處理工序。一般安排在滾齒、插齒、剃齒之后,珩齒、磨齒之前。
二、圓柱齒輪齒面(形)加工方法 1.齒輪齒面加工方法的分類
按齒面形成的原理不同,齒面加工可以分為兩類方法:
⑴ 成形法 用與被切齒輪齒槽形狀相符的成形刀具切出齒面的方法,如銑齒、拉齒和成型磨齒等;
⑵ 展成法 齒輪刀具與工件按齒輪副的嚙合關(guān)系作展成運(yùn)動(dòng)切出齒面的方法,工件的齒面由刀具的切削刃包絡(luò)而成,如滾齒、插齒、剃齒、磨齒和珩齒等。
加工原理及裝備詳見《金屬切削加工及裝備》(吳拓主編,機(jī)械工業(yè)出版社2006年1月出版第六、七章)典型零件加工工藝(DOC18)。
2.圓柱齒輪齒面加工方法選擇
齒輪齒面的精度要求大多較高,加工工藝復(fù)雜,選擇加工方案時(shí)應(yīng)綜合考慮齒輪的結(jié)構(gòu)、尺寸、材料、精度等級(jí)、熱處理要求、生產(chǎn)批量及工廠加工條件等。常用的齒面加工方案見表6-3。
表6-3 齒面加工方案
(沿用吳拓主編《機(jī)械制造工程》(第2版)機(jī)械工業(yè)出版社2005年9月表5-7)
三、圓柱齒輪零件加工工藝過程示例 1. 工藝過程示例
圓柱齒輪的加工工藝過程一般應(yīng)包括以下內(nèi)容:齒輪毛坯加工、齒面加工、熱處理工藝及齒面的精加工。
在編制齒輪加工工藝過程中,常因齒輪結(jié)構(gòu)、精度等級(jí)、生產(chǎn)批量以及生產(chǎn)環(huán)境的不同,而采用各種不同的方案。
圖6-8為一直齒圓柱齒輪的簡圖,表6-4列出了該齒輪機(jī)械加工工藝過程。從中可以看出,編制齒輪加工工藝過程大致可劃分如下幾個(gè)階段:
1)齒輪毛坯的形成:鍛件、棒料或鑄件; 2)粗加工:切除較多的余量; 3)半精加工:車,滾、插齒面;
4)熱處理:調(diào)質(zhì)、滲碳淬火、齒面高頻淬火等;
5)精加工:精修基準(zhǔn)、精加工齒面(磨、剃、珩、研齒和拋光等)。
表6-4 直齒圓柱齒輪加工工藝過程
(沿用吳拓主編《機(jī)械制造工程》(第2版)機(jī)械工業(yè)出版社2005年9月表5-8)
2.齒輪加工工藝過程分析
⑴ 定位基準(zhǔn)的選擇 對(duì)于齒輪定位基準(zhǔn)的選擇常因齒輪的結(jié)構(gòu)形狀不同,而有所差異。帶軸齒輪主要采用頂尖定位,孔徑大時(shí)則采用錐堵。頂尖定位的精度高,且能做到基準(zhǔn)統(tǒng)一。帶孔齒輪在加工齒面時(shí)常采用以下兩種定位、夾緊方式:
1)以內(nèi)孔和端面定位 即以工件內(nèi)孔和端面聯(lián)合定位,確定齒輪中心和軸向位置,并采用面向定位端面的夾緊方式。這種方式可使定位基準(zhǔn)、設(shè)計(jì)基準(zhǔn)、裝配基準(zhǔn)和測量基準(zhǔn)重合,定位精度高,適于批量生產(chǎn)。但對(duì)夾具的制造精度要求較高。
2)以外圓和端面定位 工件和夾具心軸的配合間隙較大,用千分表校正外圓以決定中心
的位置,并以端面定位;從另一端面施以夾緊。這種方式因每個(gè)工件都要校正,故生產(chǎn)效率低;它對(duì)齒坯的內(nèi)、外圓同軸度要求高,而對(duì)夾具精度要求不高,故適于單件、小批量生產(chǎn)。
⑵ 齒輪毛坯的加工 齒面加工前的齒輪毛坯加工,在整個(gè)齒輪加工工藝過程中占有很重要的地位,因?yàn)辇X面加工和檢測所用的基準(zhǔn)必須在此階段加工出來;無論從提高生產(chǎn)率,還是從保證齒輪的加工質(zhì)量,都必須重視齒輪毛坯的加工。
在齒輪的技術(shù)要求中,應(yīng)注意齒頂圓的尺寸精度要求,因?yàn)辇X厚的檢測是以齒頂圓為測量基準(zhǔn)的,齒頂圓精度太低,必然使所測量出的齒厚值無法正確反映齒側(cè)間隙的大小。所以,在這一加工過程中應(yīng)注意下列三個(gè)問題:
1)當(dāng)以齒頂圓直徑作為測量基準(zhǔn)時(shí),應(yīng)嚴(yán)格控制齒頂圓的尺寸精度; 2)保證定位端面和定位孔或外圓相互的垂直度;
3)提高齒輪內(nèi)孔的制造精度,減小與夾具心軸的配合間隙。
⑶ 齒端的加工 齒輪的齒端加工有倒圓、倒尖、倒棱和去毛刺等方式,如圖6-9所示。倒圓、倒尖后的齒輪在換檔時(shí)容易進(jìn)人嚙合狀態(tài),減少撞擊現(xiàn)象。倒棱可除去齒端尖邊和毛刺。 圖6-10是用指狀銑刀對(duì)齒端進(jìn)行倒圓的加工示意圖。倒圓時(shí),銑刀高速旋轉(zhuǎn),并沿圓弧作擺動(dòng),加工完一個(gè)齒后,工件退離銑刀,經(jīng)分度再快速向銑刀靠近加工下一個(gè)齒的齒端。 齒端加工必須在齒輪淬火之前進(jìn)行,通常都在滾(插)齒之后,剃齒之前安排齒端加工。
思考題和習(xí)題
6-1 主軸的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和技術(shù)要求有哪些?為什么要對(duì)其進(jìn)行分析?它對(duì)制定工藝規(guī)程起什么作用?
6-2 主軸毛坯常用的材料有哪幾種?對(duì)于不同的毛坯材料在各個(gè)加工階段中所安排的熱處理工序有什么不同?它們在改善材料性能方面起什么作用?
6-3 軸類零件的安裝方式和應(yīng)用有哪些?頂尖孔起什么作用?試分析其特點(diǎn)。 6-4 試分析主軸加工工藝過程中,如何體現(xiàn)“基準(zhǔn)統(tǒng)一”、“基準(zhǔn)重合”、“互為基準(zhǔn)”、“自為基準(zhǔn)”的原則?
6-5 箱體類零件常用什么材料?箱體類零件加工工藝要點(diǎn)如何?
6-6 箱體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和主要的技術(shù)要求有哪些?為什么要規(guī)定這些要求?
6-7 舉例說明箱體零件選擇粗、精基準(zhǔn)時(shí)應(yīng)考慮哪些問題?試舉例比較采用“一面兩銷”或“幾個(gè)面”組合兩種定位方案的優(yōu)缺點(diǎn)和適用的場合。
6-8 何謂孔系?孔系加工方法有哪幾種?試舉例說明各種加工方法的特點(diǎn)和適用范圍。 6-9 圓柱齒輪規(guī)定了哪些技術(shù)要求和精度指標(biāo)?它們對(duì)傳動(dòng)質(zhì)量和加工工藝有些什么影響?
6-10 齒形加工的精基準(zhǔn)選擇有幾種方案?各有什么特點(diǎn)?齒輪淬火前精基準(zhǔn)的加工和淬火后精基準(zhǔn)的修整通常采用什么方法?
6-11 試比較滾齒與插齒、磨齒和珩齒的加工原理、工藝特點(diǎn)及適用場合。 6-12 齒端倒圓的目的是什么?其概念與一般的回轉(zhuǎn)體倒圓有何不同?
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