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            典型零件加工工藝(軸類,盤類,箱體類,齒輪類等)

            來源:雙流文林機械      閱讀次數:38     發布時間:2017-10-10

            實際中,零件的結構千差萬別,但其基本幾何構成不外是外圓、內孔、平面、螺紋、齒面、曲面等。很少有零件是由單一典型表面所構成,往往是由一些典型表面復合而成,其加工方法較單一典型表面加工復雜,是典型表面加工方法的綜合應用。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  軸類零件的加工

            一軸類零件的分類、技術要求

            軸是機械加工中常見的典型零件之一。它在機械中主要用于支承齒輪、帶輪、凸輪以及連桿等傳動件,以傳遞扭矩。按結構形式不同,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、各種絲杠等其中階梯傳動軸應用較廣,其加工工藝能較全面地反映軸類零件的加工規律和共性。

            根據軸類零件的功用和工作條件,其技術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。其誤差一般應限制在尺寸公差范圍內,對于精密軸,需在零件圖上另行規定其幾何形狀精度。

            ⑶ 相互位置精度  包括內、外表面、重要軸面的同軸度、圓的徑向跳動、重要端面對軸心線的垂直度、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,一般根據加工的可能性和經濟性來確定。支承軸頸常為0.2~1.6μm,傳動件配合軸頸為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;大型軸或結構復雜的軸采用鑄件。毛坯經過加熱鍛造后,可使金屬內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,使鋼材內部晶粒細化,消除鍛造應力,降低材料硬度,改善切削加工性能。

            調質一般安排在粗車之后、半精車之前,以獲得良好的物理力學性能。

            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,還需進行低溫時效處理。

            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定位,加工出中心孔,再以軸兩端的中心孔為定位精基準;盡可能做到基準統一、基準重合、互為基準,并實現一次安裝加工多個表面。中心孔是工件加工統一的定位基準和檢驗基準,它自身質量非常重要,其準備工作也相對復雜,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,使錐孔的各項精度達到要求。

            2.用外圓表面定位裝夾

            對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,常用帶中心孔的各種堵頭或拉桿心軸來安裝工件。小錐孔時常用堵頭;大錐孔時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、傳動件的圓柱、圓錐面,安裝滑動齒輪的花鍵,安裝卡盤及頂尖的內外圓錐面,聯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要求:

            ⑴ 支承軸頸  主軸二個支承軸頸A、B圓度公差為0.005mm,徑向跳動公差為0.005mm;而支承軸頸1∶12錐面的接觸率≥70%;表面粗糙度Ra為0.4mm;支承軸頸尺寸精度為IT5。因為主軸支承軸頸是用來安裝支承軸承,是主軸部件的裝配基準面,所以它的制造精度直接影響到主軸部件的回轉精度。

            ⑵ 端部錐孔  主軸端部內錐孔(莫氏6號)對支承軸頸A、B的跳動在軸端面處公差為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0.4mm;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支承軸頸的軸心線嚴格同軸,否則會使工件(或工具)產生同軸度誤差。

            ⑶ 端部短錐和端面  頭部短錐C和端面D對主軸二個支承軸頸A、B的徑向圓跳動公差為0.008mm;表面粗糙度Ra為0.8mm。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中心垂直。  

            ⑷ 空套齒輪軸頸  空套齒輪軸頸對支承軸頸A、B的徑向圓跳動公差為0.015 mm。由于該軸頸是與齒輪孔相配合的表面,對支承軸頸應有一定的同軸度要求,否則引起主軸傳動嚙合不良,當主軸轉速很高時,還會影響齒輪傳動平穩性并產生噪聲。

            ⑸ 螺紋主軸上螺旋面的誤差是造成壓緊螺母端面跳動的原因之一,所以應控制螺紋的加工精度。當主軸上壓緊螺母的端面跳動過大時,會使被壓緊的滾動軸承內環的軸心線產生傾斜,從而引起主軸的徑向圓跳動。

            2.主軸加工的要點與措施

            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、外錐面的形狀精度、表面粗糙度以及它們對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。磨削前應提高精基準的精度。

            保證主軸前端內、外錐面的形狀精度、表面粗糙度同樣應采用精密磨削的方法。為了保證外錐面相對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。機床上有兩個獨立的砂輪架,精磨在兩個工位上進行,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,而讓被加工主軸裝夾在磨床工作臺上加工來保證。以支承軸頸作為定位基準加工內錐面,符合基準重合原則。在精磨前端錐孔之前,應使作為定位基準的支承軸頸A、B達到一定的精度。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及浮動夾頭3三部分組成,兩個支架固定在底座上,作為工件定位基準面的兩段軸頸放在支架的兩個V形塊上,V形塊鑲有硬質合金,以提高耐磨性,并減少對工件軸頸的劃痕,工件的中心高應正好等于磨頭砂輪軸的中心高,否則將會使錐孔母線呈雙曲線,影響內錐孔的接觸精度。后端的浮動卡頭用錐柄裝在磨床主軸的錐孔內,工件尾端插于彈性套內,用彈簧將浮動卡頭外殼連同工件向左拉,通過鋼球壓向鑲有硬質合金的錐柄端面,限制工件的軸向竄動。采用這種聯接方式,可以保證工件支承軸頸的定位精度不受內圓磨床主軸回轉誤差的影響,也可減少機床本身振動對加工質量的影響。

            主軸外圓表面的加工,應該以頂尖孔作為統一的定位基準。但在主軸的加工過程中,隨著通孔的加工,作為定位基準面的中心孔消失,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的作用。

            3.CA6140車床主軸加工定位基準的選擇

            主軸加工中,為了保證各主要表面的相互位置精度,選擇定位基準時,應遵循基準重合、基準統一和互為基準等重要原則,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計基準是主軸軸心線,根據基準重合的原則考慮應選擇主軸兩端的頂尖孔作為精基準面。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先加工頂尖孔。

            為了保證支承軸頸與主軸內錐面的同軸度要求,宜按互為基準的原則選擇基準面。如車小端1∶20錐孔和大端莫氏6號內錐孔時,以與前支承軸頸相鄰而它們又是用同一基準加工出來的外圓柱面為定位基準面(因支承軸頸系外錐面不便裝夾);在精車各外圓(包括兩個支承軸頸)時,以前、后錐孔內所配錐堵的頂尖孔為定位基面;在粗磨莫氏6號內錐孔時,又以兩圓柱面為定位基準面;粗、精磨兩個支承軸頸的1∶12錐面時,再次用錐堵頂尖孔定位;最后精磨莫氏6號錐孔時,直接以精磨后的前支承軸頸和另一圓柱面定位。定位基準每轉換一次,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&Oslash;75h5、&Oslash;80h5、&Oslash;90g5、&Oslash;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0.4~0.8mm。

            主軸加工工藝過程可劃分為三個加工階段,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行,即粗車→調質(預備熱處理)→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)