机械制造工艺学CH3 典型零件加工与加工方法

第 3 章 典型零件加工与加工方法

第3章 典型零件加工与加工方法 内容提纲3.1 3.2 3.3

轴类零件加工圆柱齿轮加工 箱体加工

第3章 典型零件加工与加工方法3.1 轴类零件加工3.1.1 概述轴类零件是各种机器中常见的典型零件之一，其主要功用是支 承传动零部件(齿轮、皮带轮、离合器等)、传递扭矩和承受载荷。 根据其形状结构特点可分为光轴、空心轴、半轴、阶梯轴、花键轴、 十字轴、偏心轴、曲轴和凸轮轴等。

第3章 典型零件加工与加工方法3.1 轴类零件加工3.1.1 概述轴类零件的技术要求是根据其主要功用和工作条件制定的，下面以 CA6140型车床主轴为例进行分析。

第3章 典型零件加工与加工方法3.1 轴类零件加工3.1.1 概述 轴类零件的技术要求：(1)尺寸精度。轴的支承轴颈、配合轴颈是轴类零件的主要表 面，它影响轴的旋转精度与工作状态。支承轴颈和配合轴颈的尺寸精 度通常为IT6~9级公差，特别精密的轴颈为IT5级，甚至更高。 (2)几何形状精度。轴的形状精度主要指圆度、圆柱度，一般 应限制在直径公差范围内。对支承轴颈、配合轴颈来说，圆度、圆柱 度公差一般为6~9级形状公差。 (3)相互位臵精度。轴的位臵精度的基本要求是保证配合轴颈 相对支承轴颈的同轴度、径向圆跳动，以及定位端面与轴心线的垂直 度，一般为5~10级位臵公差。 (4)表面粗糙度。轴的表面大都有粗糙度的要求。

第3章 典型零件加工与加工方法3.1 轴类零件加工3.1.1 概述轴类零件应根据不同工作条件和使用要求选用不同的材料和不 同的热处理，以获得一定的强度、韧性和耐磨性。一般轴类零件的材料常用45号钢。对于中等精度而转速较高的 轴，可选用40Cr等合金结构钢。轴承钢GCr15和弹簧钢65Mn可制造 较高精度的轴。对于高转速、重载荷等条件下工作的轴，可选用 20CrMnTi、20Mn2B等低碳合金钢或38CrMoAl中碳合金渗氮钢。。 轴类零件最常用的毛坯有圆棒料和锻件，只有某些大型、结构 复杂的轴使用铸件。 轴的质量除与所选钢材种类有关外，还与毛坯形式及热处理有 关。凡精度要求较高的轴，常在粗加工后、淬火前安排调质处理。 轴类零件的最终热处理，一般包括局部淬火后回火、渗碳淬火、氮 化等。

第3章 典型零件加工与加工方法3.1 轴类零件加工3.1.2 CA6140车床主轴的加工工艺主轴的支承轴颈、配合轴颈、锥孔、前端圆锥面及端面、锁紧螺母的螺纹等 表面要求较高，是轴的主要加工表面。其中，支承轴颈本身的尺寸精度、几何形 状精度、相互位臵精度以及表面粗糙度要求更高，这是主轴加工中的主要矛盾。

第3章 典型零件

加工与加工方法3.1 轴类零件加工3.1.2 CA6140车床主轴的加工工艺

序 号 1 2 3 4

工序名称 备料 精锻 热处理 铬头

工序简图

加工设备

立式精锻机 正火

5

铣端面和钻中心孔

专用机床

6

荒车

车各外圆面

卧式车床

第3章 典型零件加工与加工方法3.1 轴类零件加工3.1.2 CA6140车床主轴的加工工艺序 号 7 工序名称 热处理 工序简图 调质220~240HBS 卧式车床 C620 B 仿形车床 CE7120 专用深孔钻床 加工设备

8

车大端各部

9

仿形车小端各部

10

钻深孔

11

车小端内锥孔(配1:20锥堵)

卧式车床 C620 B

第3章 典型零件加工与加工方法3.1 轴类零件加工3.1.2 CA6140车床主轴的加工工艺序 号 工序名称 车大端锥孔(配Morse No.6锥堵);车前端圆 锥面及端面 工序简图 加工设备

12

卧式车床 C620 B

13

钻大端端面各孔

钻模，Z55钻床

14

热处理

高频淬火f90g6mm,短 锥及Morse No.6锥孔， HRC45~50 数控车床 CSK6163 万能外圆磨床M1432

15

精车各外圆并车槽 粗磨外圆二段

16

第3章 典型零件加工与加工方法3.1 轴类零件加工3.1.2 CA6140车床主轴的加工工艺序 号 17 工序名称 粗磨Morse No.6锥孔 工序简图 加工设备 内圆磨床M2120

18 19

粗精铣花键 铣键槽 车大端内侧面及三段螺纹(配 螺母) 粗精磨各外圆及E、F两端面

花键铣床YB6016 铣床X52 卧式车床 CA6140 万能外圆磨床M1432A

20

21

第3章 典型零件加工与加工方法3.1 轴类零件加工3.1.2 CA6140车床主轴的加工工艺序 号22

工序名称粗精磨圆锥面

工序简图

加工设备专用组合磨床

23

精磨Morse No.6内锥孔

主轴锥孔磨床

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检查

按图样技术要求项目检查

第3章 典型零件加工与加工方法3.1 轴类零件加工3.1.2 CA6140车床主轴的加工工艺在拟定主轴零件加工工艺过程时，应考虑下列共性问题。 1)加工阶段的划分 主轴加工通常以主要表面加工为主线，划分为三个阶段：粗加工阶 段，包括粗车各挡外圆、钻中心通孔等；半精加工阶段，包括半精车各 挡外圆及两端锥孔、精镗中心通孔等；精加工阶段，包括粗、精磨各挡 外圆或锥孔，其他次要表面适当穿插在各个阶段进行。各阶段的划分大 致以热处理为界。一般精度的主轴，精磨为最终工序。对于精密主轴， 还应有光整加工阶段。 2)定位基准的加工选择 轴类零件加工的定位基准，最常用的为两顶尖孔。采用两中心孔作 为定位基准，能最大限度地在一次安装中加工出多个外圆，且位臵精度 易于保证，又符合基准统一原则。 CA6140车床主轴属于空心主轴，在其加工过程中，作为定位基准 的中心孔将因钻出通孔而消失，因此必须交替使用中心孔和外圆表面作 为定位基面。为了在通孔

加工以后还能使用中心孔作为定位基准，一般 都采用带中心孔的锥堵或锥套心轴

第3章 典型零件加工与加工方法3.1 轴类零件加工3.1.2 CA6140车床主轴的加工工艺3)热处理工序的安排 (1)毛坯热处理：主轴锻造后安排正火或退火。 (2)预备热处理：通常采用调质或正火处理，安排在粗加工后。 (3)最终热处理：包括局部淬火后回火、渗碳淬火和氮化等。最 终热处理视主轴材料而异，一般安排在精加工前进行。 (4)定性处理：对于精密主轴，在淬火后还要进行定性处理。定 性处理一般采用冰冷处理。 4)工序安排顺序 一般主轴加工工序的安排可归纳为：备料→锻造毛坯→正火→车 端面打中心孔→粗车→调质→半精车→精车→表面淬火→粗、精磨外 圆表面→磨内锥孔。但在具体安排工序时，还应注意以下几点。 (1)基准先行。 (2)深孔加工：应安排在调质以后进行。 (3)外圆表面的加工顺序：先加工大直径外圆，然后再加工小直 径外圆。 (4)次要表面加工顺序：次要表面的加工穿插在各个加工阶段。

第3章 典型零件加工与加工方法3.1 轴类零件加工3.1.2 CA6140车床主轴的加工工艺5)主轴锥孔的磨削 主轴的前端锥孔是安装顶尖或定位心轴的定位基准，它的质量好 坏直接影响车床的质量，所以主轴锥孔磨削是轴加工的关键工序。 轴的锥孔磨削工序一般选支承轴颈作为定位基准。 单件小批生产时，可在一般磨床上进行加工。尾端夹持在四爪卡 盘上，前端用中心架支承在前锥附近的精密外圆上，经过严格校正后 方可进行加工。这种方法辅助时间长，生产效率低，质量不稳定。 成批生产大都采用专用夹具进行加工。

第3章 典型零件加工与加工方法3.2 圆柱齿轮加工3.2.1 概述圆柱齿轮是由齿圈和轮体两部分构成的，在齿圈上切出直齿、斜齿等 齿形，而在轮体上有孔或带有轴。 轮体的结构形状直接影响齿轮加工工艺的制订。因此，齿轮可根据齿 轮轮体的结构形状来划分。

第3章 典型零件加工与加工方法3.2 圆柱齿轮加工3.2.1 概述齿轮传动精度的高低，对整个机器的工作性能、承载能力和使用寿命 都有很大的影响。根据齿轮的使用条件，对齿轮传动主要提出以下四个方 面的精度要求。 (1)传递运动准确性(运动精度)。 (2)传递运动平稳性。 (3)载荷分布均匀性。 (4)齿侧间隙合理化。

第3章 典型零件加工与加工方法3.2 圆柱齿轮加工3.2.1 概述齿轮材料是根据齿轮工作条件进行选择的。常用的材料有锻钢、铸钢和 铸铁，其中用锻钢制成的齿轮在各种机械中使用最多。此外，也有用有色金 属、非金属材料的夹布

胶木、塑料、尼龙等制造齿轮的。 齿轮加工中根据不同的目的，一般安排如下两种热处理工序。 ① 毛坯热处理：齿坯粗加工前后安排正火或调质，目的是消除锻造及粗 加工引起的残余应力，改善材料的切削性能和提高综合机械性能。 ② 齿面热处理：齿形加工后，常要对齿面进行渗碳淬火、高频淬火、碳 氮共渗或氮化等热处理工序，目的是提高齿面的硬度及耐磨性。 齿轮的毛坯形式主要有棒料、锻件和铸件。

第3章 典型零件加工与加工方法3.2 圆柱齿轮加工3.2.2 圆柱齿轮的机械加工工艺过程及工艺分析齿轮加工的工艺路线是根据齿轮材质和热处理要求，齿轮结构及尺 寸大小、精度要求，生产批量和车间设备条件而定的。 通常主要工艺路线可归纳如下： 毛坯制造→毛坯热处理→齿坯加工→检验→齿形加工→齿端加工→ 齿面热处理→精基准修正→齿形精加工→检验

第3章 典型零件加工与加工方法3.2 圆柱齿轮加工3.2.2 圆柱齿轮的机械加工工艺过程及工艺分析

Fw 0.10mm 0.022mm Ra 80.84 0.14 fi 2.5μm F 0.036mm W 0.022mm 0.19

第3章 典型零件加工与加工方法

3.2 圆柱齿轮加工3.2.2 圆柱齿轮的机械加工工艺过程及工艺分析序 号 1 2 3 4 工序内容及要求 锻造 正火 粗车各部，均留余量1.5mm 外圆、端面 转塔车床 C616 精车各部，内孔至锥孔塞规刻线外露6~8mm, 外圆、内孔、端面 其余达图样要求 滚齿 5 6 7 8 9 10 11 12 13 内孔、B端面 内孔、B端面 外圆、B端面 内孔、B端面 齿面、B端面 内孔、B端面 定位基准 设 备

齿面倒角 插键槽达图样要求 去毛刺 剃齿 热处理：齿面淬火后硬度达HRC50~55 磨内锥孔，磨至锥孔小端面 珩齿达图样要求 终结检验

Y38 倒角机 插床 Y5714 M220 Y5714