第四章 典型零件加工

组成 ——圆柱面、圆锥面、端面、沟槽、圆弧、螺纹、键槽、 花键、其他表面
2.轴类零件的技术要求 按功用和工作条件制定的
直径精度——IT6～9级，可达IT5级。
几何形状精度（圆度、圆柱度等）——允差的1/2，1/4 相互位置精度（同轴度）——0.01～0.03mm ，0.001～0.005mm 表面粗糙度——Ra0.2～0.8μm，Ra0.8～3.2μm
中心孔和支承轴颈——互为基准、反复加工的原则 工艺过程实质——定位基准的准备和转换的过程
图4.10 锥堵与锥堵心轴
(2)加工阶段的划分
粗精分开，先粗后精。 以重要表面（特别是支承轴颈）的粗加工、 半精加工和精加工为主线， 适当穿插其它表面的加工工序而组成的工艺路线。 表4.1 主轴加工的工艺过程 以主要表面（特别是支承轴颈）的加工为主，分： 粗加工阶段——调质前的工序 半精加工阶段——调质后到表面淬火间的工序 精加工阶段——表面淬火后的工序， 其它次要表面适当穿插其中
（3）合理安排热处理工序
锻造毛坯在加工前，均需安排正火或退火处理，使钢材内部晶粒细
化，消除锻造应力，降低材料硬度，改善切削加工性能。
调质一般安排在粗车之后、半精车之前，以获得良好的物理力学性
能。
表面淬火一般安排在精加工之前，这样可以纠正因淬火引起的局部
变形。
精度要求高的轴，在局部淬火或粗磨之后，还需进行低温时效处理。
主轴加工工艺过程
材料45钢，毛坯为模锻件，大批量生产
表4.1 CA6140车床主轴加工工艺过程
2.车床主轴的加工工艺分析
（1）定位基准的选择 基准统一——采用两中心孔为定位基准；
互为基准： 以支承轴颈定位，车锥孔； 以锥堵中心孔定位，精车外圆； 以外圆定位，粗磨锥孔； 以锥堵中心孔定位，粗精磨外圆； 最后以支承轴颈定位，精磨锥孔。 使锥孔的各项精度达到要求。
（3）研磨
研磨：研具—与加工面相对运动，磨粒、研磨剂—研去材料 机械切削作用——磨粒—受压—刮擦和挤压—切除微细材料 物理作用——磨粒局部压力大—高温、挤压作用 化学作用——研磨剂—表面氧化变软，加速研磨 运动较复杂—轨迹不重复，
表面粗糙度可达Ra 0.01～0.2μm
提高尺寸形状精度， 不提高位置精度， 设备、方法简便可靠， 生产率低， 图4.7外圆手工研磨工具 手研劳动强度大
高转速和重载荷——20CrMnTi、20Cr，38CrMoAl，渗碳淬火或氮化
结构复杂（曲轴）——HT400、QT600、QT450、QT400
毛坯
常用圆棒料和锻件 一般轴——棒料 重要轴——锻件——可使金属内部纤维组织沿表面均 匀分布，获得较高的抗拉、抗弯及抗扭强度 大型轴或结构复杂的轴——铸件。
图4.3
（3）砂带磨削
用粘满砂粒的砂布作为磨削工具的一种加工方法。 静电植砂制作的砂带，砂粒尖端 向上均匀排列。 砂带与工件柔性接触，磨粒载荷 小且均匀，同时具有磨削和抛光双重 作用，表面粗糙度值可达 Ra 0.2～0.8μm，最高Ra 0.02μm， 表面不烧伤。 弹性磨削，切削力小，适宜加工 细长轴等零件。 图4.4
1——工件 3——张紧轮 2——砂带 4——接触轮
特点：设备简单，
成本低， 安全， 生产率高
3.外圆表面的精密加工
（1）高精度磨削——小于Ra 0.1μm 精密磨削——Ra 0.1～0.05μm 超精密磨削——Ra 0.05～0.025μm 镜面磨削——Ra 0.01μm 实质——磨粒微刃——等高性——参加磨削的磨粒多，微细切屑 半钝化磨粒——摩擦抛光 钝化期——挤压抛光
轴颈——轴类零件的主要表面，影响轴的回转精度及工作状态。
热处理（表面淬火、渗碳淬火等），动平衡，探伤，过渡圆角
3、主轴零件的材料、毛坯及热处理
轴类零件选材时应满足其力学性能（包括材料强度、韧性和 耐磨性等），同时，选择合理的热处理方法，使其达到良好的强 度、刚度和表面硬度。
常用材料：
一般轴类零件——常用45钢——正火、调质、淬火等 中等精度和转速较高的轴——可选用40Cr——调质、表面淬火 高精度轴——轴承钢GCr15、弹簧钢65Mn——调质和表面淬火
图4.5 磨粒的微刃及其变化
（2）超精加工
油石—加压力—振动—纵向进给，工件低速回转——不重复轨迹
图4.6 超精加工原理
超精加工过程可分为四个阶段： ①强烈切削阶段——压强大，油膜被破坏，切削作用强烈 ②正常切削阶段——压强降低,切削作用减弱 ③微弱切削阶段——压强更低，摩擦抛光作用 ④自动停止切削阶段——压强很小,形成油膜，切削作用停止 有磨粒摩擦抛光作用，交叉网纹——Ra 0.01～0.1μm， 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。
第四章 典型零件加工
知识点
轴类零件加工概述，轴类零件的外圆表面加工，轴 类零件加工工艺分析； 套筒类零件加工概述，套筒类零件的内孔表面加工， 套筒类零件加工工艺分析； 箱体类零件加工概述，箱体零件的平面加工方法， 箱体类零件加工工艺分析； 圆柱齿轮加工概述，齿轮零件的齿形加工，圆柱齿 轮加工工艺分析。
2、外圆表面的磨削加工
磨削加工是轴类零件外圆精加工的主要方法，既能加工淬火 零件，也可加工非淬火零件。 根据不同的精度和表面质量的要求，磨削可分为： 粗磨——IT8～9级，Ra0.8～1.6μm 精磨——IT6～7级，Ra0.2～0.8μm 细磨（精密磨削）——IT5～6级，Ra0.1～0.2μm 镜面磨——Ra0.01μm （1）中心磨削 外圆磨床——两顶尖定位
1.车床主轴的加工工艺 如图4.9 CA6140车床主轴的零件简图——多阶梯结构空心轴 车床主轴零件的主要技术要求：
1）主轴的支承轴颈是装配基准，其制造精度直接影响到主轴部件的回转精 度，故对支承轴颈提出较高的要求。
支承轴颈A、B：圆度、圆跳动0.005，接触率≥70%，IT5级，Ra0.4
2）主轴前端莫氏6号锥孔用来安装顶尖或工具锥柄，其锥孔轴线必须与支 承轴颈轴线同轴，否则会引起被加工的工件出现相对位置误差。
（2）无心磨削
无心磨床——自定位 见图4.3 导轮用橡胶结合剂将磨粒沾结而成， 导轮的安装倾斜一角度α， 导轮速度V导分解为水平和垂直的两 个分量，一个带动工件旋转，一个带动 工件作轴向进给运动。 砂轮高速旋转以磨削工件。 精度IT6～7级，Ra 0.2～0.8μm， 位置精度不高，不能加工圆周不连续 工件 生产率高，配置适当的自动上料 机构，可实现自动磨削，适合于大批 量生产。
单件小批生产——自由锻；
成批大量生产——模锻
4.1.2轴类零件的外圆表面加工
1.外圆表面的车削加工 （1）车削外圆各个加工阶段——粗车、半精车、精车、精细车 见表3.5——经济加工精度和表面粗糙度值 粗车——粗加工——尽快获得接近最后的工件形状和尺寸的操作 半精车——提高零件的加工精度和改善表面质量 精车——可作为较高精度外圆表面的终加工，又可作为光整加 工表面的预加工。 精细车——高精度外圆表面的最终加工工序， 适用于有色金属零件的加工。
（2）细长轴外圆表面的车削
1）细长轴的车削特点 细长轴——长度与直径之比大于20（L/D大于20）的轴。 车削特点：
（1）细长轴刚性差，受切削力作用极易产生弯曲变形和振动。
（2）在切削热作用下，产生线膨胀，若两端顶尖固定支承， 则会弯曲变形。 （3）加工中连续切削的时间长，刀具磨损大，影响加工精度和 表面质量。
莫氏锥孔：圆跳动，近0.005，远0.01，接触率≥70%，Ra0.4，淬硬
3）主轴前端圆锥面和端面是安装卡盘或车床夹具的定位表面。
短锥C和端面D：圆跳动0.008，Ra0.8，淬硬
4）配合轴颈用于安装传动齿轮等。
配合轴颈：尺寸IT5～6级，圆跳动0.015
5）其他表面如轴向定位轴肩与中心线的垂直度，螺纹中心与中心线的同轴 度等要求。
2）细长轴的先进车削方法
（1）改进工件的装夹方式，采用一夹一顶的方法； （2）尾座顶尖改为弹性顶尖，避免工件受热变形； （3）采用跟刀架，以提高工件刚度； （4）为减少背向力，尽量采用大主偏角车刀， 一般取κr = 750—930 （5）采用反向进给切削，改变工件受力方向，可减少工件的 弯曲变形。
锥堵上的顶尖孔为定位基准，在两支承轴颈上方分别 用千分表测量。
主轴相互位置精度检验一般以轴两端顶尖孔或工艺
§4-2套筒类零件加工
一.概述
1.套筒类零件的功用和结构特点
功用——支承旋转轴，引导刀具等 见图4.12中的钻套和镗套，液压油缸，内燃机汽缸套等 结构特点——同轴度较高的内外回转面； 壁薄易变形； 长度大于直径 2.套筒类零件的技术要求 内孔——尺寸IT6～7级，IT9级； 形状精度在公差内，为1/2～1/3，圆柱度公差 表面粗糙度Ra 1.6～0.2，0.04 外圆——尺寸IT6～7级，形状精度在公差内，Ra3.2～0.8 内孔外圆同轴度——0.01～0.05。端面与轴线垂直度
表4.1 主轴加工的工艺过程
毛坯锻造——正火——消除应力，改善切削性能
粗加工——调质—提高力学性能，为表面淬火准备
半精加工——表面淬火——提高耐磨性
（4）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： 锻造→正火→车端面钻中心孔→粗车→调质→半精车 →精车→表面淬火→粗、精磨外圆表面→磨锥孔 （5）次要表面的加工安排 深孔加工工序的安排——深孔加工安排在外圆半精车之后，以便有一个
大而精度高的工件可用比较仪检验。 则用光学显微镜或轮廓仪检验。
表面粗糙度可用粗糙度样板进行检验；要求较高时
圆度误差可用千分尺测出的工件同一截面内直径的
最大差值之半来确定，也可用千分表借助V形铁来测 量，若条件许可，可用圆度仪检验。圆柱度误差通常 用千分尺测出同一轴向剖面内最大与最小值之差的方 法来确定。
加 工 中 检 验
Leabharlann Baidu
主动检验属在线检测，即在设备运行，生产
不停顿的情况下，根据信号处理的基本原理， 掌握设备运行状况，对生产过程进行预测预报 及必要调整。在线检测在机械制造中的应用越 来越广。
单件小批生产中，尺寸精度一般用外径千分尺检验； 大批大量生产时，常采用光滑极限量规检验，长度
加 工 后 检 验
3. 套筒类零件的材料及毛坯
材料——取决于工作条件
一般采用——钢、铸铁、粉末冶金、铜及其合金、尼龙和 工程塑料等 滑动轴承——双金属结构——在钢或铸铁套的内壁上浇铸 巴氏 合金等轴承合金材料， 既可节约贵重金属，又能提 高轴承寿命。
（4）滚压
滚压：滚轮或滚珠——加压—弹性和塑性变形 作用：降低表面粗糙度值（Ra 0.05～0.4μm），
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。
特点：
设备简单， 生产率高， 工艺范围广。 适用于塑性材料，
材料组织均匀。
图4.8 滚压加工示意图
三．轴类零件加工工艺分析
较为精确的轴颈作为定位基准，这样加工出的孔容易保证主轴壁厚均匀。
次要表面加工工序安排——主轴上的花键、键槽等次要表面加工，
通常安排在外圆精车或粗磨之后、精磨外圆之前进行。如果精车前已铣出键 槽，精车时因断续切削而易产生振动，既影响加工质量，又容易损坏刀具， 也难控制键槽的深度。
螺纹——局部淬火后——淬火变形会影响螺纹和支承轴颈的同轴度
重点：
轴类零件加工工艺分析， 套筒类零件加工工艺分析， 箱体类零件加工工艺分析， 圆柱齿轮加工工艺分析。
第四章 典型零件加工
4.1 轴类零件的加工
4.2套筒类零件的加工
4.3箱体类零件加工
4.4圆柱齿轮加工
4.1
4.1.1 概述
轴类零件加工
1.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，具有一定的回转精度 结构——回转体零件，长度大于直径 类型——光轴、 见图4.1 阶梯轴、 空心轴、 异形轴（曲轴、凸轮轴、偏心轴和花键轴等） 刚性轴（L/d≤12） 挠性轴（L/d＞12）
（6）主轴锥孔的磨削
专用夹具——保证加工精度
图4.11磨主轴锥孔专用夹具
1—拨盘 2—锥柄 3—拨销 4—钢球 5—弹性套 6—支架 7—工件 8—弹簧
主轴检验
自动测量装置，作为辅助装置安装在机床上。 这种检验方式能在不影响加工的情况下，根
据测量结果，主动地控制机床的工作过程，如 改变进给量，自动补偿刀具磨损，自动退刀、 停车等，使之适应加工条件的变化，防止产生 废品，故又称为主动检验。