第四章 典型零件加工工艺 王玉鹏 3.1 常用机械加工方法 4.1 轴类零件加工 4.1.1 概述 （1）轴类零件的功用与结构特点 通常被用于支承传动零件 (齿轮、带轮等)、传递转矩、承受载荷，以及保证装在轴上的零件(或刀具)具有一定的回转精度。 a) 光轴 b) 空心轴 c)半轴 d)阶梯轴 e)花键轴 f) 十字轴 g) 偏心轴 h) 曲轴 i) 凸轮轴 根据轴的长度L与直径d之比，又可分为 刚性轴(L／d≤12) 挠性轴(L／d12)两类 （2）轴类零件的技术要求 1．尺寸精度 轴颈是轴类零件的主要表面，它影响轴的回转精度及工作状态。轴颈的直径精度根据其 使用要求通常为IT6～9，精密轴颈可达IT5。 2．几何形状精度 应限制在直径公差范围内 3．位置精度 主要是指装配传动件的配合轴颈相对于装配轴承的支承轴颈的同轴度。 通常是用配合轴颈支承轴颈的径向圆跳动来表示的；根据使用要求，规定高精度轴为0.001～0.005mm，而一般精度轴为0.0l～0.03mm。 4．表面粗糙度 根据零件的表面工作部位的不同，可有不同的表面粗糙度值，例如普通机床主轴支承轴颈的表面粗糙度为Ra0.16～0.63μm，配合轴颈的表面粗糙度为Ra0.63～2.5μm。 （3）轴类零件的材料和毛坯 1．轴类零件的材料 材料的选用应满足其力学性能(包括材料强度、耐磨性和抗腐蚀性等)，同时，选择合理热处理和表面处理方法，以使零件达到良好的强度、刚度和所需的表面硬度。 一般轴类零件常用45钢，根据不同的工作条件采用不同的热处理规范(如正火、调质、淬火等)，以获得一定的强度、韧性和耐磨性。 对中等精度而转速较高的轴类零件，可选用40Cr等合金钢。这类钢经调质和表面淬火处理后，具有较高的综合力学性能。精度较高的轴，有时还用轴承钢GCrl5和弹簧钢65Mn等材料，它们通过调质和表面淬火处理后，具有更高耐磨性和耐疲劳性能。 对于高转速、重载荷等条件下工作的轴，可选用20CrMnTi、20Mn2B、20Cr等低碳合金钢或38CrMoAlA氮化钢。低碳合金钢经渗碳淬火处理后，具有很高的表面硬度、抗冲击韧性和心部强度，热处理变形却很小。 2．轴类零件的毛坯 轴类零件的毛坯最常用的是圆棒料和锻件，只有某些大型的、结构复杂的轴才采用铸件。由于毛坯经过加热锻造后，能使金属内部纤维组织沿表面均匀分布，从而获得较高的抗拉、抗弯及抗扭强度。所以，除光轴、直径相差不大的阶梯轴可使用棒料外，比较重要的轴，大都采用锻件。 四、轴类零件的外圆柱面加工方案 轴类零件的主要加工表面是外圆。各种精度等级和表面粗糙度要求的外圆表面，可采用不同的典型加工方案来获得 4.1.2轴类零件外圆表面的车削加工 轴颈表面是轴类零件的主要加工表面，其主要加工方法为车削和磨削。 （1）车削加工的各加工阶段 轴类零件外圆表面的车削加工一般可划分为粗车、半精车、精车和细车等加工阶段 粗车是粗加工工序，对中小型轴的棒料、铸件、锻件，可以直接进行粗车加工。 半精车一般可作为中等精度表面的最终加工，也可作为磨削或其他精加工工序的预加工。 对于精度较高的毛坯，视具体情况(如冷拔料)，可不经粗车，直接进行半精车或精车。 （2）提高外圆表面车削生产率的措施 1）刀具方面 新型刀片材料，如钨钛钽钴类硬质合金、立方氮化硼刀片等进行高速切削 选用机械夹固车刀、可转位车刀 设计先进的强力切削车刀 多阶梯轴可采用多刀加工，几把车刀同时加工零件的几个表面，可以缩短机动时间和辅助时间，从而大大提高生产率。 2）机床方面 在成批或大量生产时，常采用仿形加工。所谓仿形加工就是使车刀按照预制的仿形样件(靠模)顺次将零件的外圆或阶梯加工出来 （3）细长轴外圆表面的车削 细长轴系指轴的长度L与直径d之比大于12的轴 因其刚性较差，车削加工中存在一定的困难： 1）细长轴刚性很差，在车削时如装夹不当，易发生弯曲变形，产生振动，从而影响加工精度和表面粗糙度。 2）细长轴的热扩散性能差，在切削热的作用下，会产生相当大的线膨胀。如果轴的两端为固定支承，则会因受挤而弯曲变形。当轴以高速旋转时，这种弯曲所引起的离心力，将使弯曲变形进一步加剧。 3）由于细长轴比较长，加工时一次走刀所需时间多，刀具磨损较大，从而增加了零件的几何形状误差。 4）车削细长轴时，多采用跟刀架。但使用跟刀架时，支承工件的两个支承块对零件的压力要适当，否则，会影响加工精度。 细长轴的先进切削法——反向走刀车削法 1）细长轴左端缠有一圈钢丝，利用三爪自定心卡盘夹紧，以减少接触面积，使工件在卡盘内能自由调节其位置，避免夹紧时形成弯曲力矩，且在切削过程中发生的变形也不会因卡盘夹死而产生内应力。 2）尾座顶尖改成弹性顶尖，当工件因切削热发生线膨胀伸长时，顶尖能自动后退，可避免热膨胀引起的弯曲变形。 3）采用三个支承块跟刀架，以提高工件刚性和轴线的稳定性，避免产生“竹节”形。 4）改变走刀方向，使床鞍由主轴箱向尾座移动。反向走刀车削法能达到较高的加工精度和较小的表面粗糙度值。 5）改进刀具几何角度，增大车刀主偏角，使径向切削分力减小。 4.1.3 轴类零件外圆表面的磨削加工 轴类零件外圆表面精加工的主要方法是磨削，它既能磨削淬火钢件，也能磨削未淬火钢和铸铁。 （1）磨削方式及其工艺特征 根据磨削时采用的磨具的不同 砂轮磨削 砂带磨削 根据磨削时零件定位方式的不同 中心磨削 无心磨削 1)砂轮中心磨削的工艺特点及质量分析 A )工艺特点 精度可达到IT6级 表面粗糙度值可达Ra0.08～0.2μm 磨削速度高(30～35m／s) 生产率高 B)质量分析 ① 多角形：零件表面沿母线方向上出现一条条等距的直线μm 产生多角形的原因：主要是由砂轮与工件沿径向产生周期性振动所致。 ② 螺旋形 磨削后的工件表面呈现出很浅的螺旋痕迹，痕迹的间距等于工件每转的纵向进给量。 螺旋形痕迹产生的主要原因：由于砂轮微刃的等高性破坏或砂轮局部与工件接触时都会产生螺旋形缺陷。 ③ 拉毛(划伤或划痕) 产生原因：砂轮磨粒自锐性过强；切削液不清洁；砂轮罩上磨屑落在砂轮与工件之间，将工件拉毛。 消除拉毛的措施有：砂轮磨料选择韧性高的材料；砂轮硬度可适当提高；砂轮修正后用切削液毛刷清洗；清理砂轮罩上的磨屑；用纸质过滤器或涡旋分离器对切削液进行过滤。 ④ 烧伤 磨削后工件表面呈黑褐色，可分为螺旋形烧伤和点烧伤 产生烧伤的原因：砂轮硬度偏高；横向或纵向进给量过大；砂轮切削刃变钝；散热不良等。 消除措施有：严格控制 进给量,降低砂轮硬度；及 时修正砂轮；切削液要充分。 C）中心孔的质量要求及其加工 中心孔是轴类零件加工时最常用的定位基准面 ,要求： 1)中心孔应有足够大的尺寸(见GBl45—85)和准确的锥角，以承受工件重量和加工时的切削力，否则会加快中心孔和机床顶尖的磨损。 2)轴两端中心孔应在同一轴线上，以便使中心孔与顶尖接触良好，否则影响定位精度。 3)中心孔应有圆度要求。若工件上的中心孔不圆，磨削时，因磨削力将工件推向一方，砂轮与顶尖之间因保持不变的距离，因此，中心孔的圆度误差就反映到工件的外圆上，造成了工件外圆的形状误差。 4)中心孔的位置除要求使工件加工余量均匀外，对同批工件中心孔的深度尺寸A和两端中心孔间的距离L应保持一致(图4—8)，否则会影响工件轴向定位精度，严重时使轴肩或面的加工余量不足 (二)砂轮无心磨削及其工艺特点 无心磨削时工件处于磨轮与导轮之间，下面由支承板支承 无心磨削的特点： —— 加工精度可达IT6级 ——表面粗糙度值可达Ra0.8～0.2μm ——生产率很高 ——有键槽和带有纵向平面的轴不能采 用无心磨削加工 实现无心磨削的主要方法： 贯穿法(纵向进给磨削，工件从磨轮与导 轮之间通过) 切入法(横向进给磨削) (三)砂带磨削 砂带磨削是采用涂满磨粒的环形带状布(即砂带)作为切削工具的一种加工方法 外圆砂带磨削方式可分为中心磨、无心磨和自由磨 砂带磨削的特点 ——生产率特高 ——设备简单，成本低 ——效率高，安全 （2）提高外圆磨削生产率的措施 1）缩短辅助时间 如采用自动装卸工件，自动测量及数字显示；砂轮自动修整与补偿及发展新的磨料以提高砂轮耐用度等。 2)缩短机动时间 可以从如下三个方面缩短机动时间： A）高速磨削：高速磨削就是采用特制高强度砂轮，在高速下对工件进行磨削，砂轮速度达45m／s以上(普通磨削时为35m／s以下)。 B）强力磨削：采用较高的砂轮速度，较大的磨削深度(一次切深可达6mm以上)和较小的进给，直接从毛坯或实体材料上磨出加工表面。 C）增大磨削面 采用大宽度砂轮，以增大磨削面，可成倍地提高生产率。采用多片砂轮磨削的目的也是增加磨削面积，以提高磨削效率 4.1.4 外圆表面的精密加工 精密加工方法主要有细车、高精度磨削、超精加工、研磨、滚压加工 （1）细 车 工艺特征: 切削深度小(ap＝0.05～0.03mm) 进给量小(f＝0.02～0.12mm/r) 切削速度高(v＝120～600m／min)。 细车能获得较高加工精度和较低表面粗糙度值的原因： 刀具经精细研磨、切削抗力小；机床精度高；采用高速、小切削用量，减小了切削发热量、弹性变形及残留面积，避免了积屑瘤的形成。 适宜对象 ——有色金属 它比细车钢件和铸铁件能获得更小的表面粗糙度值 （2）高精度磨削 定义——使表面粗糙度值在Ra0.16μm以下的磨削工艺称为高精度磨削 精密磨削(Ra0.16～0.06μm) 分类 超精密磨削(Ra0.14～0.02μm) 镜面磨削(Ra0.01μm) 优点：高精度磨削具有生产率高、应用范围广、能修整前道工序残留的几何形状误差，能得到很高的尺寸精度和小表面粗糙度值等优点。 高精度磨削的实质：经过精细修整后的砂轮的磨粒形成许多等高微刃(图4—13a)，使参加磨削的切削刃大大增加，从工件表面切下微细的切屑，形成粗糙度值较小的表面。 半钝化的微刃虽然切削作用降低了，但是能产生摩擦抛光作用。半岛电竞登录直到最后磨粒处于钝化期时，磨粒在磨削的工件表面就起抛光作用，而使工件获得更小的表面粗糙度值。 （3）超精加工 定义——采用细粒度的磨条以较低的压力和较低的切削速度对工件表面进行精密加工的方法 三种运动： 工件低速回转运动1 磨头轴向进给运动2 磨条高速往复振动3 加工过程大致分四个阶段： ①强烈切削阶段：开始时，由于工件表面粗糙，少数凸峰与磨条接触，单位面积压力很大，破坏了油膜，切削作用强烈； ②正常切削阶段：当少数凸峰磨平后，接触面积增加，单位面积压力降低，致使切削作用减弱而进入正常切削阶段； ③微弱切削阶段：随着接触面积逐渐增大，单位面积压力更小，切削作用微弱，且细小的切屑形成氧化物而嵌入磨条的空隙中，因而磨条产生光滑表面，具有磨擦抛光作用而使工件表面抛光； ④自动停止切削阶段：工件磨平，单位压力很小，工件与磨条之间又形成油膜，不再接触，切削作用停止。 优点： 表面粗糙度值可达Ra0.08～0.01μm， 加工时发热少，工件表面变形层浅，无烧伤现象。 （4）研磨 研磨往往作为精密工件(例如滑阀和油泵柱塞等)的终加工方法 研磨方法可分为： 机械研磨 手工研磨两种。 前者在研磨机上进行，生产率比较高；后者生产率低，劳动量大，不适应批量大的生产，但适用于超精密的工件加工，加工质量与工人技术熟练程度有关 研磨可获得很高的尺寸精度和小的表面粗糙度值外，也可提高工件表面的几何形状精度，但对表面间相互位置精度无改善。 当两个工件要求密切配合时，对研 (利用配合工件的相互研磨)是一种有效的方法。 （5）滚压加工 滚压加工是使金属表面产生塑性变形，从而达到改变工件的表面性能、形状和尺寸的目的。它是一种无切屑加工。 原理——在常温条件下，采用硬度较高的滚压轮或滚珠，对半精加工后的工件表面加压，使工件的受压点产生弹性及塑性变形。 滚压加工特点 A）滚压前工件加工表面的表面粗糙度值不大于Ra5μm，表面要求清洁，其直径方向加工余量为0.02～0.03mm。这样，滚压后的表面粗糙度值可达Ra0.63～0.16μm。 B）滚压能使表面粗糙度值变小，强化工件加工表面，但其形状精度及相互位置精度主要取决于前道工序。 C）滚压的工件材料一般是塑性金属，并且要求材料组织均匀。如某些工件上有局部松软组织时，则会产生较大的形状误差。 D）滚压加工生产率比研磨和珩磨要高得多，常常以滚压代替珩磨 4.1.5 花键及螺纹加工 （1）花键加工 花键与单键相比较，具有定心精度高，导向性能好，传递转矩大，易于互换等优点，在各种机械中广泛应用。 花键按齿形： 矩形齿——应用较多 三角形齿 渐开线齿 梯形齿 矩形齿有三种定心方式 大径定心 小径定心 键侧定心 （2）螺纹加工 螺纹是轴类零件外圆表面加工中常见的加工表面 螺纹加工的方法有车、铣、套螺纹、磨削和滚压等 1)车削螺纹（如图4-19所示） 车削螺纹是应用最广、也是最简单的一种螺纹加工方法，它具有以下特点： ——A）适应性广。适应各种尺寸螺纹： ——B）可以获得较高的精度，一般可达7级，甚至可达6级， ——C）生产率较铣削、套螺纹、攻螺纹为低。 ——D）对工人的技术水平要求较高，特别是对刀具的刃磨技术要求较高。 车削螺纹时应注意以下几个问题： ——A）刀具的刃磨和安装要正确，刀具刃磨后应用样板检查。 ——B）粗、精车要分开；正确地采用进刀方法；走刀次数视被加工材料硬度及螺纹尺寸而定。 ——C）注意切削液的选择。 2）铣螺纹 在成批或大量生产条件下，常用铣切法加工螺纹。 铣螺纹的方法： 用盘铣刀铣螺纹 用梳状铣刀铣螺纹 用蜗杆状铣刀铣螺纹 旋风铣削螺纹四种 3）磨削螺纹 磨削螺纹的特点——加工精度高和表面粗糙度值小，可精磨硬度高的工件。 外螺纹磨削的方法： 用单线砂轮——较为常用 多线砂轮磨削 无心磨削螺纹 4）滚压螺纹 滚压螺纹是一种高效的、无切屑加工螺纹的方法(如图4—23所示)。 滚压螺纹可分为： 切向进给滚压法 径向进给滚压法 轴向进给滚压法。 4.2 套筒类零件加工 4.2.1 概述 （1）套筒类零件的功用与结构 应用范围很广 : 支承旋转轴的各种形式的滑动轴承 解决了装配和拆卸的难题的轴承套 夹具上引导孔加工刀具的导向套 内燃机气缸套 液压系统中的液压缸 结构上的共同特点： 零件的主要表面为同轴度要求较高的内外圆表面； 零件壁的厚度较薄易变形； 零件长度一般大于直径等。 1．孔的技术要求 孔是套筒类零件起支承或导向作用最主要表面，通常与运动轴、刀具或活塞相配合。 孔的直径尺寸公差一般为IT7 精密轴套取IT6 气缸和液压缸通常取IT9——存在密封圈 孔的形状精度，应控制在孔径公差以内，一些精密套筒控制在孔径公差的1／2～1／3，甚至更严。 表面粗糙度值为Ra1.6～0.16μm，有的要求更高，可达Ra0.04μm。 2．外圆表面的技术要求 外圆是套筒类零件的支承面，常以过盈配合或过渡配合同箱体或机架上的孔相连接。 ——外径尺寸公差等级通常取IT6～7 ——形状精度控制在外径公差以内 ——表面粗糙度值为Ra3.2～0.63μm。 3．孔与外圆的同轴度要求 当孔的最终加工是将套筒装入机座后进行时，套筒内外圆间的同轴度要求较低 若最终加工是在装配前完成，其要求较高，一般为0.01～0.05mm。 4.孔轴线与端面的垂直度要求 套筒的端面(包括凸缘端面)若在工作中承受轴向载荷，或虽不承受载荷，但在装配或加工中作为定位基准时,端面与孔轴线垂直度要求较高,一般为0.01～0.05mm。 （3）套筒类零件的材料与毛坯 套筒类零件一般用钢、铸铁、青铜或黄铜制成。有些滑动轴承采用双金属结构，以离心铸造法在钢或铸铁套内壁上浇注巴氏合金等轴承合金材料，既可节省贵重的有色金属,又能提高轴承的寿命。 套筒类的毛坯选择与其材料、结构、尺寸及生产批量有关。孔径小的套筒，一般选择热轧或冷拉棒料，也可采用实心铸件。孔径较大的套筒，常选择无缝钢管或带孔的铸件、锻件。大量生产时，采用冷挤压和粉末冶金等先进毛坯制造工艺，既节约用材，又提高生产率。 4.2.2 套筒类零件内孔的加工方法 套筒类零件的内孔加工方法有以下几种：钻孔、扩孔、铰孔、镗孔、磨孔、拉孔，珩孔、研磨孔及滚压加工 钻孔、扩孔与镗孔作为粗加工与半精加工 铰孔、磨孔、珩（hang/)孔、研磨孔、拉孔及滚压加工则为孔的精加工方法 孔加工方案的确定，通常考虑以下特点与原则： ①当孔径较小时(Ф50mm以下)，大多采用钻、扩、铰方案，其精度与生产率均很高。 ②当孔较大时，大多采用钻孔后镗孔或直接镗孔，以及进一步精加工方案。 ③箱体上的孔多采用精镗、浮动镗孔，缸筒件的孔则多采用精镗后珩磨或滚压加工。 ④淬硬套筒类零件，多采用磨削孔方案。 （1）钻孔、扩孔、铰孔 1）钻孔 钻孔是使用钻头在实心材料上加工孔的一种方法. 最常用的刀具 ——是麻花钻 钻孔特点： ——钻出的孔精度低 ——表面租糙度值大 钻削用量： A）切削深度ap 在实心材料上钻孔时ap=d0/2（mm） 在空心材料上扩孔时，ap=（d0-d）/2，其中d0为钻头直径，d为空心直径。 B）进给量f 钻头每转一转，沿轴向移动的距离，也叫走刀量，以mm/r表示， C）切削速度v 钻头转动时，钻头直径外端点的线速度叫切削速度，它可由下式计算： v=πd0n/1000（m/min） 式中d0－钻头直径（mm）；n－钻头每分钟转数（r/min）。 钻削用量的选择是指选择切削速度或转速及进给量。 钻削用量愈大，生产率愈高。 钻孔直径小时，转速应快些，走刀量要小些；钻硬材料时，转速和走刀量都要小些。 ——例如：用高速钢钻头在碳钢材料上钻削Φ2～Φ20mm的孔时，切削速度可取为20～30m/min，转速可取为300～500r/min；走刀量可取为0.05～0.4mm/r。 标准麻花钻在结构上存在一些缺点，生产中采用以下修磨方法 ——（1）修磨横刃（图4－28）。 ——（2）修磨顶角（图4－29）。 ——（3）修磨分屑槽（图4－30）。 ——（4）修磨前刀面（图4－31）。 ——（5）修磨棱边（图4－32）。 由于钻头刃磨不好，钻削用量选择不当，钻头或工件装夹不善等原因，钻孔时可能出现很多质量问题或折断钻头，如下表 2）扩孔和锪孔 ①用麻花钻或专用扩孔钻扩大工件原有的孔径或使铸锻出的孔径扩大叫扩孔 专用扩孔钻分 整体式 插柄式——用于扩大直径较大的孔 扩孔钻的特点 ——扩孔钻的切削刃一般有三个或四个，故导向性能好，工作平稳 ——切削深度较小,排屑容易，且扩孔钻刚性较好，刀齿较多，没有横刃，轴向切削力小，不易偏斜，能小量修正孔轴线的偏斜。因此扩孔精度和表面粗糙度均比钻孔好。 ——扩孔加工余量通常为孔径的1/8左右：Φ≤25mm孔，余量为1～3mm，Φ≥25mm孔，余量为3～9mm，Φ≥100 mm孔，多采用镗孔 ②用锪钻或锪刀刮平孔的端面或切出沉孔的方法叫锪孔。 常用的锪钻： 圆柱形埋头锪钻 锥形锪钻 端面锪钻等。 3）铰孔 用铰刀从工件孔壁上切除微量金属层，以提高其尺寸精度和减小表面粗糙度的方法叫铰孔 铰孔主要用于加工中、小尺寸的孔，孔的直径范围一般为Ф3～150mm；是对未淬硬孔进行精加工的一种方法。 铰孔时，由于余量较小，切削速度较低，铰刀刀齿较多，刚性好而且制造精确，加之排屑冷却润滑条件较好等，铰孔后孔本身质量得到提高。 （2）镗孔 镗孔是对锻出，铸出或钻出孔的进一步加工，镗孔可扩大孔径，提高精度，减小表面粗糙度，还可以较好地纠正原来孔轴线的偏斜。 镗孔可以分为粗镗、半精镗和精镗。 精镗孔的尺寸精度可达IT8～IT7，表面粗糙度Ra值1.6～0.8μm 在小批生产中对非标准孔、大直径孔、精确的短孔以及盲孔一般采用镗孔，有色金属工件上的大孔精加工均采用镗孔。 由于镗刀结构简单，又可在多种机床上进行镗孔，故单件小批量生产中镗孔是较经济的方法 镗孔可在镗床、车床、铣床上进行加工 （3）磨孔 磨孔是淬火钢套筒零件主要精加工方法，孔的磨削与外圆磨削原理相同，其磨削工作条件较差。 中心内圆磨削用于加工中、小型工件，在内圆磨床或万能外圆磨床上进行，可磨削通孔、阶梯孔、孔端面、锥孔及轴承内滚道等 。 内圆磨削方式 ： 行星式内圆磨和无心内圆磨削 ——磨孔不但能获得高的尺寸精度、形状精度，而且还能提高孔的位置精度。 内圆磨削有以下特点： 1）砂轮直径d受到工件孔径D的限制(d＝0.5～0.9D)，砂轮尺寸较小，损耗快，需经常修整和更换，影响了磨削生产效率。 2）磨削速度低，由于砂轮直径较小，即使砂轮转速高达每分钟几万转，要达到线m／s也是十分困难的，因此孔的磨削速度比外圆磨削低得多，磨削效率低，表面粗糙度值大，为了提高磨削速度，近些年来我国试制成功12000r／min的高频电动磨头及100000r／min风动磨头，以便磨削1～2mm直径的小孔。 3）砂轮轴受到工件孔径与长度的限制，轴的刚性差，容易弯曲变形与振动，因而影响加工精度和表面粗糙度。 4）砂轮与工件内切，接触面积大，散热条件差，易发生烧伤，要采用较软的砂轮。 5）因为切削液不易进入磨削区，排屑困难。脆性材料为了排屑方便，有时采用干磨。虽然磨孔方法存在以上缺点，但仍是套筒类零件精加工的主要方法，特别是淬硬孔、断续表面孔(带键槽或花键孔)及长度很短的精密孔，磨孔更是主要的精加工方法。 （4）拉孔 ——一种高效的孔加工方法 ——拉刀是多刃刀具，在一次拉削行程中就能顺序完成孔的粗加工、精加工和精整、光整加工工作，生产效率高 ——尺寸精度高和表面质量好可达IT9-IT7级 表面粗糙度一般可控制到Ra1.6～0.8mm， ——因拉刀制造精度高，制造工艺复杂，且只 能拉削同一直径的孔 ——适用于大批、大量生产条件 （5）深孔加工 一般将孔的长度L与直径D之比L／D5的孔，称为深孔 深孔加工与一般孔加工比较,生产率低，存在以下工艺难点 ： 1) 深孔加工孔的轴线易歪斜，这是因为深孔刀具较细长，刚度比较差，加工中容易发生引偏和振动。 2) 刀具的冷却散热条件差，切削温度升高，使刀具的耐用度降低。 3) 切屑排出困难，有时会划伤已加工表面，严重时会引起刀具崩刃甚至折断。 解决工艺措施 ——可采取工件旋转的方式以及改进刀具导向结构，减少刀具的引偏 ——采用压力输送切削液，冷却刀具和排出切屑 ——改进刀具结构，强制断屑，以适应具有一定压力的切削液输入，有利于切屑顺利排出 4.2.3 孔的精密加工 （1）精细镗孔 ——精细镗与镗孔方法基本相同，由于最初是使用金刚石作镗刀，所以又称金刚镗。 ——常用于有色金属合金及铸铁的套筒类零件孔终加工或作为珩磨和滚压前的预加工。 ——精细镗孔可获得精度高和表面质量好的孔。 ——普遍采用硬质合金YT30、YTl5、YG3X或人工合成金刚石和立方氮化硼作为精细镗刀具的材料。 ——采用回转精度高，刚度大的金刚镗床，切削速度较高(切钢为200m／mm；切铸铁为100m／mm；切铝合金为300m／min)，加工余量较小(约0.2～0.3mm)，进给量小(0.03～0.08mm)。 ——精细镗孔的尺寸控制，采用微调镗刀头。 （2）珩磨 珩磨是低速、大面积接触的磨削加工,与磨削原理基本相同。 珩磨所用的磨具是由几根粒度很细的砂条所组成的珩磨头。 珩磨头上的砂条有三种运动，即旋转运动、往复直线运动、加压力的径向运动。 旋转和往复直线运动是珩磨主体运动，这两种运动的组合，使砂条上磨粒在孔的表面上切削轨迹成交叉而不重复的网纹 ——珩磨的应用范围广，可加工铸铁，淬硬或不淬硬的钢件,但不宜加工易堵塞砂条的韧性金属工件。 ——珩磨加工孔径为Ф5～500mm，也可加工L／D10以上的深孔 ——珩磨工艺广泛用于汽车、拖拉机、煤矿机械、机床和军工等生产。 （3）研磨 研磨孔的原理与研磨外圆相同。 研具通常采用铸铁制的心棒，心棒表面开槽用来存放研磨剂。 图a是铸铁粗研具，棒的直径用螺钉调节；图b为精研孔研具，用低碳钢制成。 4.2.4 套筒零件加工工艺分析 （1）套筒类零件加工中的主要工艺问题 一般套筒类零件在机械加工中的主要工艺问题是保证内外圆表面之间的同轴度及端面与轴线的垂直度要求和防止变形。 1）.保证相互位置精度 A）在一次安装中完成内外圆表面与端面的全部加工。 消除了工件的装夹误差，可获得很高的相对位置精度 B）当套筒零件的尺寸较大，该套筒的主要表面加工需要分在几次装夹中进行时，有两个加工方案可供选择： ① 先终加工孔，然后以孔为精基准最终加工外圆。这种方法常用刚度较好的小锥度心轴安装工件。 ② 先终加工外圆，然后以外圆为精基准最终加工内孔，采用这种方法时，工件装夹迅速可靠，其夹具较复杂，欲获得较高的同轴度，则必须采用定心精度高的夹具，如弹性膜片卡盘、液性塑料夹具及经过修磨的三爪自定心卡盘和软爪等夹具。 2）防止加工中套筒变形的措施 套筒零件孔壁较薄，加工常因夹紧力、切削力、残余应力和切削热等因素的影响而产生变形，为了防止变形，应注意以下几点： A）减小夹紧力对变形的影响，工艺上可采用以下措施： ① 改变夹紧力的方向，即将径向夹紧改为轴向夹紧。 ② 对于普通精度的套筒，如果需径向夹紧时，也应尽可能使其径向夹紧力均布在较大的面积上，使工件单位面积上所受的压力较小，以减小其变形。 ③ 在工件上做出工艺凸边以提高其径向刚度，减少夹紧变形，加工时采用特殊结构的卡爪夹紧。当加工结束时，将凸边切去。 B）减少切削力对变形的影响，通常采用以下措施： ① 减小径向力，通常可借助增大刀具的主偏角来达到。 ② 内外表面同时加工，使径向切削力相互抵消。 ③ 粗、精加工分开进行，使粗加工时产生的变形能在精加工中能得到纠正。 C）减少热变形的影响 ——粗、精加工分开，在粗、精加工之间留有充分冷却的时间，并在加工时注入足够的切削液。 3）长套筒零件的加工方法 ——长套筒零件与短套筒零件加工方法，工件装夹方式有较大差别。 ——加工外圆时，一般与空心主轴装夹相似，即使用两顶尖顶孔口棱边或用夹头夹紧一头用中心架托另一头。 ——加工孔时，与深孔加工相同，一般采用夹一头，另一头用中心架托外圆。 ——粗加工孔采用钻、镗孔 ——半精加工采用铰孔方式(浮动铰孔)表面粗糙度值为Ra2.5μm ——光整加工选用珩磨或滚压，表面粗糙度值为Ra0.63～0.16μm。 4.3 箱体类零件加工 4.3.1 概述 （1）箱体类零件的功用和结构特点 箱体类零件是机器及其部件的基础件。由它将一些轴、套、轴承和齿轮等零件装配起来，使其保持正确的相互位置关系，按规定的传动关系协调运动。因此，箱体类零件的加工质量对机器的工作精度、使用性能和寿命都有直接影响。 箱体的结构形状虽然随着整机和功用不同而变化，但仍有许都共同的结构特点： ——结构形状一般都比较复杂 ——壁薄且壁厚不均匀 ——内部呈腔形 ——在箱壁上既有许多精度要求较高的轴承支承孔和平面需要加工，也有许多精度要求较低的紧固孔加工。 （2）箱体类零件的主要技术要求 1）主要支撑孔的精度和表面粗糙度： 主要支承孔的尺寸精度、形状精度、位置精度与表面粗糙度对轴承的工作质量影响很大，它们直接影响机器的回转精度、传动平稳性、噪声和寿命。 例如，支承孔直径过大，则孔与滚动轴承外圈配合过松，会引起轴承在高速回转的转轴轴线不稳定，从而产生振动和噪音，孔径过小，则孔与轴承外圈配合过紧，引起外圈变形，使轴承失去正常的工作条件，缩短使用寿命；支承孔圆度误差过大，也会引起轴承外圈变形，使回转轴的中心变动，降低回转精度。 同轴孔的同轴度误差过大，不仅装配困难，即使装上，轴的工作条件也很恶劣 滚柱或滚锥与内外圈的接触不均匀，彼此磨损很快； 如是滑动轴承，则油膜厚度不均，甚至被破坏，从纯液体摩擦变为混合摩擦。 当孔距过大、过小，或轴线间的平行度误差过大时，会影响轴上各齿轮的正常啮合关系，工作时将产生振动和噪音。 当孔的轴线和端面不垂直时，会引起转轴的轴向窜动。 支承孔的尺寸精度一般为IT7—8级，形状精度不超过其孔径尺寸公差的一半， 表面粗糙度值为Ra2.5～0.8μm； 同轴线上支承孔的同轴度公差，一般不超过小孔尺寸公差的1/2～1/3。 各支承孔之间的平行度为0.03～0.1mm， 中心距公差为土0.02～土0.06mm。 2）主要平面的精度和表面粗糙度 箱体装配基面、定位基面的平面精度与表面粗糙度直接影响箱体安装时的位置精度及加工中的定位精度，影响机器的接触精度和有关的使用性能。 箱体主要平面的平面度一般为0.02～0.1mm 表面粗糙度值为Ra3.2～0.8μm 主要平面间的平行度、垂直度为(0.02～0.1)/300。 （3）箱体类零件的材料及毛坯 在电子产品中，箱体（壳体）多用铝合金，以减轻重量。 机械产品（如车床主轴箱）箱体零件的材料常用铸铁，这是因为铸铁容易成形，切削性能好，价格低，且吸振性和耐磨性较好。根据需要可选用HTl50～350，常用HT200。 某些大负荷的箱体有时采用铸钢件。在特定条件下，可采用铝镁合金或其他铝合金材料。 毛坯的制造 ——铸铁毛坯在单件小批生产时，一般采用木模手工造型 ——在批量生产时，通常采用金属模铸造、精密铸造和压铸 ——铝合金箱体常用压铸制造，毛坯精度很高，余量很小，一些表面不必经切削加工即可使用。 （4）箱体零件的结构工艺性 1）基本孔： 箱体的基本孔可分为通孔、阶梯孔、盲孔和交叉孔等几类。 ——通孔的工艺性最好，特别是孔的长度L与孔径D之比L／D≤1～1.5的短圆柱孔的工艺性最好。深孔(L／D5)的加工就较困难。 ——阶梯孔的工艺性较差，尤其当孔径相差很大且小孔又小时，工艺性就更差。 ——盲孔的工艺性很最差，应尽量避免。 ——交叉孔的工艺性也很差。 2）同一轴线上的孔 箱体同一轴线上各孔的孔径排列方式如图所示。 —— 图a为孔径大小向一个方向递减，且相邻两孔直径差大于孔的毛坯加工余量，这种排列方式便于镗杆和刀具从一端伸人同时加工同轴线上的各孔，对单件和中小批生产具有较好结构工艺性。 ——图b为孔径大小从两边向中间递减，便于采用组合机床从两边同时加工，镗杆的悬伸长度短，刚性好，对大批量生产具有较好的结构工艺性。 ——图c为孔径外小内大，加工时要将刀杆伸人箱体后装刀、对刀，结构工艺性差，应尽量避免。 3）孔的内端面 箱体上孔的内端面加工比较困难，如果结构上要求必须加工时，应尽可能使内端面的尺寸小于刀具需穿过之孔加工前的直径，如图4－53（a）所示。 图4－53（b）所示，加工时需将镗杆伸进壳体后才能装刀；镗杆退出前又需先将刀片卸下，操作很不方便。 4）外端面凸台 箱体的外端面凸台，应尽可能位于同一平面上，以便在一次走刀中加工出来。如图4－54a)的工艺性较好，图4－54 b)的工艺性较差。 5）紧固孔 箱体上的紧固孔、螺孔等的尺寸应尽量一致，以减少刀具数量和换刀的次数，以提高生产效率。 4.3.2 箱体零件的平面加工方法 箱体零件通常是先加工平面，而平面的加工方法与生产批量、箱体材料、结构形状、技术要求和现有条件等因素有关。 箱体平面加工常用的方法: ——车削、刨削、铣削和磨削等 ——在大批量生产中也可采用拉削 ——此外还有刮研、研磨等光整加工方法。 （1）车平面 平面的车削适用于带回转面的小型壳体加工，常用车夹具在车床上同时加工孔和平面。 单件小批生产时，在车床的花盘上按划线找正的方法加工孔和平面。这种孔和平面在一次安装中加工完成，平面和孔的表面跳动量小，垂直度高。 （2）刨平面 刨平面是最早采用的加工方法，是单件小批生产中平面加工最常采用的加工方法 加工精度一般可达IT6～10级，表面粗糙度值为Ra12.5～1.6μm。 刨削的主要工艺特点是： ——刨削加工的机床、刀具结构简单，调整方便，通用性好， ——刨削切削速度较低，有空行程损失，常常为单刀单刃加工，因而生产率低，在大批生产时很少采用。 ——狭长平面采用刨削比较经济。 （3）铣平面 铣削是平面加工中最常采用的加工方法。 铣削是多刀、连续切削，铣削的主运动是铣刀的旋转运动，提高切削速度不会象刨削那样受限制，可以进行高速铣削，生产率比刨削高。 加工精度一般可达IT6—10级，表面粗糙度值为Ra12.5～0.8μm。 当加工尺寸较大的平面时，在多轴龙门铣床上，采用多刀铣削，既可保证平面之间的相互位置精度，也可获得较高的生产率。 铣削平面有端铣和周铣两种方法，如图4—55所示。 端铣同时参加切削的刀齿数较多，切削较平稳，铣刀盘端面上一般装有修光齿，加工精度较高，表面粗糙度值较小，且铣刀刀杆刚性好，用硬质合金刀片可进行高速强力切削，故生产率较高，在生产中端铣加工应用较多。 周铣一般采用卧式铣床，其通用性较好，适用范围较广，故在单件小批生产中应用较多。 周铣铣削方式可分为逆铣和顺铣（如图4—56所示）。 逆铣——铣刀旋转方向与工件进给方向相反，铣削时每齿切削厚度从零逐渐到最大而后切出。 顺铣——铣刀旋转方向与工件进给方向相同则为。铣削时每齿切削厚度从最大逐渐减小到零。 （4）磨削 ——平面磨削具有切削速度高、进给量小、尺寸精度易于控制及能获得较小的表面粗糙度值等特点，多用于零件的半精加工和精加工。 ——由于平面磨削的工艺系统刚度较大，可采用强力磨削，不仅能对高硬度材料及淬火表面等进行精加工，而且还能对带硬皮的、余量较均匀的毛坯平面进行粗加工。 ——同时平面磨削可在电磁工作台上同时安装多个零件，进行连续加工，因此， 在精加工中小型零件，尤其是要求保持一定尺寸和相互位置精度的表面时，不仅加工质量高，而且可获得较高的生产率。 平面磨削的方法有周磨和端磨两种 (1)周磨 ——砂轮的工作面是圆周表面。 ——磨削时砂轮与工件的接触面积小，发热小，散热快，排屑与冷却条件好，因此可获得较高的加工精度和表面质量， ——适用于加工精度要求较高的零件。 ——周磨采用间断的横 向进给，生产率较低。 (2)端磨 ——砂轮的工作面是端面。 ——磨削时磨头轴伸出长度短，刚性好，磨头又主要承受轴向力，弯曲变形小，因而可采用较大的磨削用量。 ——砂轮与工件接触面积大，同时参加磨削的磨粒多，故生产率较高。 （5）平面的精密加工方法 平面的精密加工方法主要有： 高速精铣 精密 超精密磨削 刮削 研磨 宽刃精刨 （6）平面加工方案： 平面加工方法的选择应根据生产批量、平面质量要求、壳体结构、零件材料和硬度等情况综合考虑。 4.3.3箱体零件孔系加工 将有相互位置精度要求的一系列孔称为孔系。 箱体上的孔不仅本身的精度要求高，而且孔距精度和相互位置精度要求也很高，这是箱体加工的关键。根据生产规模和孔系的精度要求可采用不同的加工方法。 孔系可分为平行孔系、同轴孔系和交叉孔系 孔系的主要技术要求是保证各孔中心线与基准面之间的距离尺寸精度和相互位置精度。 孔系生产中常采用以下几种方法： 找正法 导向法 坐标法 镗模法 （1）找正法： 找正法是在通用机床上（如车床、铣床、镗床等），由加工者借助一些辅助装置去找正每一个被加工孔的正确位置。 1）平行孔系 根据找正的手段不同，又可分： 划线找正法 量块心轴找正法 样板找正法等几种。 A）划线找正法 加工前按图样要求在毛坯上划出各孔的位置轮廓线，加工时按所划的线一一找正，同时结合试切法进行加工。 划线找正法设备简单，但操作难度大，生产率低，同时，加工精度受工人技术水平影响较大，加工的孔距精度较低，一般为土0.2mm左右。 一般只用于单件小批生产，孔距精度要求不高的孔系加工。 B）量块心轴找正法 将精密心轴分别插人机床主轴孔和已加工孔中，然后组合一定尺寸的量块来找正主轴的位置。 找正时，在量块心轴间要用塞尺测定间隙，以免量块与心轴直接接触而产生变形。 此法可达到较高的孔距精度，但生产率低，适用于单件小批生产。 2）同轴孔系找正法： 在工件一次安装镗出箱体一端的孔后 ，将镗床工作台回转180°，再对箱体另一端同轴线的孔进行找正加工。 为保证同轴度，找正时应注意以下两点： ——首先应确保镗床工作台精确回转180°，否则两端所镗的孔轴线不重合； ——其次调头后应保证镗杆轴线与已加工孔轴线位置精确重合。 镗孔前用装在镗杆上的百分表对箱体上与所镗孔轴线平行的工艺基面进行校正，使其与镗杆轴线平行(图a)，然后调整主轴位置加工箱体A壁上的孔。镗孔后回转工作台180°，重新校正工艺基面对镗杆轴线的平行度(图b)，再以工艺基面为统一测量基准，调整主轴位置，使镗杆轴线与A壁上孔轴线重合，即可加工箱体B壁上的孔 3）交叉孔系找正法： 单件小批生产中，箱体孔系一般在通用机床上加工。 交叉孔系间的垂直度靠找正精度来保证。 普通镗床工作台的90°对准装置为挡块机构，结构简单，对准精度不高 有些镗床采用端面齿定位装置 有些镗床则用光学瞄准器，其定位精度更高。 当普通镗床工作台90°对准装置精度不高时，可用心棒与百分表进行找正 （2）导向法： 单件小批生产时，箱体孔系一般在通用机床上加工，不使用镗模，镗杆的受力变形会影响孔的同轴度，可采用导套导向加工同轴孔。 1）用已加工孔作支承导向 当箱体前壁上的孔加工后，可在孔内装一导向套，以支承和引导镗杆加工后面的孔，来保证两孔的同轴度。此法适用于箱壁相距较近的同轴孔的加工。 2）用镗床后立柱上的导向套作支承导向 此法镗杆为两端支承，刚性好；但后立柱导套的位置调整麻烦费时，需心轴量块找正，且需要较长较粗的镗杆，故一般适用于大型箱体的加工。 （3）坐标法： 坐标法镗孔是将被加工孔系间的孔距尺寸换算成两个互相垂直的坐标尺寸，然后按此坐标尺寸精确地调整机床主轴和工件在水平与垂直方向的相对位置，通过控制机床的坐标位移尺寸和公差来间接保证孔距尺寸精度。 在单件小批生产及精密孔系加工中应用较广。 （4）镗模法： ——工件装夹在镗模上，镗杆支承在镗模的导套里，由导套引导镗杆在工件的正确位置上镗孔。 ——用镗模镗孔时，镗杆与机床主轴多采用浮动联接，机床精度对孔系加工精度影响很小。 ——孔距精度和相互位置精度主要取决于镗模的精度，因而可以在精度较低的机床上加工出精度较高的孔系； ——另一方面，镗模的精度要求高，制造周期长，成本高。 ——镗模法加工孔系广泛应用于成批及大量生产，即使是单件小批生产，对一些精度要求较高，结构复杂的箱体孔系，往往也采用镗模法加工。 （5）箱体孔系加工精度分析 1）镗杆受力变形的影响 镗杆受力变形是影响孔系加工质量的主要原因之一。尤其当镗杆与主轴刚性联接采用悬臂镗孔方式时，镗杆的受力变形较大。 悬臂镗杆在镗孔过程中，受到切削力距M、切削力Fr及镗杆自重力G的作用。切削力距M使镗杆产生弹性扭曲，主要影响工件的表面粗糙度和刀具的寿命；切削力Fr和自重力G使镗杆产生弹性弯曲(挠曲变形)，对孔系加工精度产生较大的影响。 2）镗杆与导向套的精度及配合间隙的影响 采用导向装置或镗模镗孔时，镗杆刚度较悬臂镗孔时大大提高。此时，镗杆与导套的几何形状精度及其相互的配合间隙，将成为影响孔系加工精度的主要因素之一。 当切削力Fr大于自重力G时（如粗镗时），不管刀具处在何处位置，切削力都可以推动镗杆紧靠在与切削位置相反的导套内表面上（图 4－67）。这样，随着镗杆的旋转，镗杆表面总以一固定部位沿导套的整个内圆表面滑动。因此，导套内孔的圆度误差将引起被加工孔的圆度误差，而镗杆的圆度误差对被加工孔的圆度没有影响。 3）机床进给方式的影响 镗孔时常有两种进给方式： 一由镗杆直接进给； 二由工作台沿机床导轨进给。 镗杆直接进给，在镗孔过程中随着镗杆的不断伸长，刀尖处的挠曲变形量愈来愈大，使被加工孔愈来愈小，孔轴心线a)，造成孔径误差、形状误差和相互位置误差。 以工作台在机床导轨上进给，镗杆伸出长度不变，在镗孔过程中，刀尖处的挠曲变形量不变，则被加工孔的孔径缩小量不变，孔轴心线下沉的量不变，而对被加工孔的形状误差、同轴度误差、平行度误差等无明显的影响 4）切削热和夹紧力的影响 A）切削热对孔系加工精度的影响 ——粗加工时，有大量的切削热产生。 ——同样的热量传递到箱体的不同壁厚处，会有不同的温升。薄壁处的金属少，温度升高快；厚壁处的金属多，温度升得慢。 ——薄壁处的温度高，向外膨胀的热变形量大；而厚壁处的温度低，向外膨胀的热变形量小。 2．夹紧力对孔系加工精度的影响 镗孔中若夹紧力过大或作用点不当，容易产生夹紧变形。 图4—70a所示的箱体，在夹紧力作用下，箱体毛坯孔受力变形产生圆度误差， 图4—70b镗孔后孔为正圆，松开后，孔壁弹性恢复而变形，被加工孔又产生圆度误差(图4—70c) 为了消除夹紧变形对孔系加工精度的影响，箱体加工应粗精分开，精加工时夹紧力应适当，不宜过大；夹紧力作用点应选择在箱体零件刚性好的部位，如图4—71所示，并使夹紧力分布均匀。 4.3.4 箱体零件工艺过程的拟定 （1）拟定箱体零件工艺过程的原则 1）先面后孔的原则 先加工平面，然后以平面定位再加工支承孔，是壳体零件加工的一般规律。 ——原因是壳体的装配基面和测量基面通常是平面，且平面面积大，一般采用平面为精基准。 箱体零件的典型加工路线为：平面加工→孔系加工→次要面(紧固孔等)加工 2）粗精加工分开的原则 在成批大量生产中，将主要表面的加工，明确地划分为粗精两个工序 ——有利于精加工时避免粗加工造成的夹压变形、热变形和内应力重新分布造成的变形，保证壳体加工精度； ——有利于在粗加工中发现毛坯的内部缺陷，以便及时处理，避免浪费后续加工工时； ——有利于保护精加工设备的精度和充分发挥粗加工设备效率高的潜力。 3）组合式箱体先组装后镗孔的原则 当壳体是由两个零件以上组合而成时，若孔系位置精度要求高，而零件组装后，累积误差大，不易保证孔距和位置精度时，则应先加工各结合面，再进行组装，然后镗孔，以避免装配误差对孔系精度的影响。 ——采用先组装后镗孔，还可以降低相应零件的有关表面的精度要求。 4）工艺过程中热处理工序安排原则 一般壳体零件都应在铸造后安排一次除应力热处理，以消除铸造应力、减小变形，保证今后加工精度的稳定性。 ——对于铸铁件采用退火或人工时效 ——对于铝合金铸件采用退火热处理。 * * a) 光轴 b) 空心轴 c)半轴 d)阶梯轴 e)花键轴 f) 十字轴 g) 偏心轴 h) 曲轴 i) 凸轮轴 0.006～0.1 (或Rz0.05) IT5以上 粗车-半精车-粗磨-精磨-研磨 10 极高精度的外圆加工 0.006～0.025 (或Rz 0.05) IT5以上 粗车-半精车-粗磨-精磨-超精磨(或镜面磨) 9 主要用于要求较高的有色金属加工 0.025～0.4 IT6～7 粗车-半精车-精车-精细车(金刚车) 8 0.012～0.1 (或Rz0.1) IT5 粗车-半精车-粗磨-精磨-超精加工(或轮式超精磨) 7 0.1～0.4 IT6～7 粗车-半精车-粗磨-精磨 6 主要用于淬火钢,也可用于未淬火钢,但不宜加工有色金属 0.4～0.8 IT7～8 粗车-半精车-磨削 5 0.025～0.2 IT7～8 粗车-半精车-精车-滚压(或抛光) 4 0.8～0.6 IT7～8 粗车-半精车-精车 3 3.2～6.3 IT8～10 粗车-半精车 2 适用与淬火钢以外的各种金属 12.5～50 IT11～13 粗车 1 适 用 范 围 经济粗糙度值 Ra(μm) 经济精度 (公差等级) 加 工 方 法 序号

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