3.1軸類零件的加工
3.1.1概述
1.軸類零件的功能和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
軸類零件是機(jī)械零件中的關(guān)鍵零件之一，主要用以傳遞旋轉(zhuǎn)運(yùn)動和扭矩，支撐傳動零件并承受載荷，而且是保證裝在軸上零件回轉(zhuǎn)精度的基礎(chǔ)，
機(jī)械制造技術(shù)教程_3典型零件加工工藝
。軸類零件是回轉(zhuǎn)體零件，一般來說其長度大于直徑。軸類零件的主要加工表面是內(nèi)、外旋轉(zhuǎn)表面，次要表面有鍵槽、花鍵、螺紋和橫向孔等。軸類零件按結(jié)構(gòu)形狀可分為光軸、階梯軸、空心軸和異型軸（如曲軸、凸輪軸、偏心軸等），按長徑比（l/d）又可分為剛性軸（l/d≤12）和撓性軸（l/d＞12）。其中，以剛性光軸和階梯軸工藝性較好。
2.軸類零件的技術(shù)要求
（1）尺寸精度。尺寸精度包括直徑尺寸精度和長度尺寸精度。精密軸頸為IT5級，重要軸頸為IT6～I(xiàn)T8級，一般軸頸為IT9級。軸向尺寸一般要求較低。
（2）相互位置精度。相互位置精度，主要指裝配傳動件的軸頸相對于支承軸頸的同軸度及端面對軸心線的垂直度等。通常用徑向圓跳動來標(biāo)注。普通精度軸的徑向圓跳動為0.01～0.03㎜，高精度的軸徑向圓跳動通常為0.005～0.01㎜。
（3）幾何形狀精度。幾何形狀精度主要指軸頸的圓度、圓柱度，一般應(yīng)符合包容原則（即形狀誤差包容在直徑公差范圍內(nèi)）。當(dāng)幾何形狀精度要求較高時(shí)，零件圖上應(yīng)單獨(dú)注出規(guī)定允許的偏差。
（4）表面粗糙度。軸類零件的表面粗糙度和尺寸精度應(yīng)與表面工作要求相適應(yīng)。通常支承軸頸的表面粗糙度值Ra為3.2～0.4μm,配合軸頸的表面粗糙度值Ra為0.8～0.1μm。
3.軸類零件的材料與熱處理
軸類零件應(yīng)根據(jù)不同的工作情況，選擇不同的材料和熱處理規(guī)范。一般軸類零件常用中碳鋼，如45鋼，經(jīng)正火、調(diào)質(zhì)及部分表面淬火等熱處理，得到所要求的強(qiáng)度、韌性和硬度。對中等精度而
轉(zhuǎn)速較高的軸類零件，一般選用合金鋼（如40Cr等），經(jīng)過調(diào)質(zhì)和表面淬火處理，使其具有較高的綜合力學(xué)性能。對在高轉(zhuǎn)速、重載荷等條件下工作的軸類零件，可選用20CrMnTi、20Mn2B、20Cr等低碳合金鋼，經(jīng)滲碳淬火處理后，具有很高的表面硬度，心部則獲得較高的強(qiáng)度和韌性。對高精度和高轉(zhuǎn)速的軸，可選用38CrMoAl鋼，其熱處理變形較小，經(jīng)調(diào)質(zhì)和表面滲氮處理，達(dá)到很高的心部強(qiáng)度和表面硬度，從而獲得優(yōu)良的耐磨性和耐疲勞性。
4.軸類零件的毛坯
圖3－1 CA6140車床主軸簡圖
軸類領(lǐng)件的毛坯常采用棒料、鍛件和鑄件等毛坯形式。一般光軸或外圓直徑相差不大的階梯軸采用棒料，對外圓直徑相差較大或較重要的軸常采用鍛件；對某些大型的或結(jié)構(gòu)復(fù)雜的軸（如曲軸）可采用鑄件
3.1.2車床主軸加工工藝分析
1.車床主軸技術(shù)條件的分析
圖3－1所示為CA6140車床的主軸簡圖。
①主軸支軸承頸的技術(shù)要求。
主軸的支軸承頸是主軸的裝配基準(zhǔn)，它的制造精度直接影響主軸的回轉(zhuǎn)精度，主軸上各重要表面均以支軸承頸為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)，有嚴(yán)格的位置要求。
支軸承頸為了使軸承內(nèi)圈能漲大以便調(diào)整軸承間隙，故采用錐面結(jié)構(gòu)。軸承內(nèi)圈是薄壁零件，裝配時(shí)軸頸上的形狀誤差會反映到內(nèi)圈的滾道上，影響主軸回轉(zhuǎn)精度，故必須 涂色檢查接觸面積，嚴(yán)格控制軸頸形狀誤差。
②主軸工作表面的技術(shù)要求
車床主軸錐孔是用來安裝頂尖或刀具錐柄的，前端圓錐面和端面是安裝卡盤或花盤的。這些安裝夾具或刀
3.1軸類零件的加工
3.1.1概述
1.軸類零件的功能和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
軸類零件是機(jī)械零件中的關(guān)鍵零件之一，主要用以傳遞旋轉(zhuǎn)運(yùn)動和扭矩，支撐傳動零件并承受載荷，而且是保證裝在軸上零件回轉(zhuǎn)精度的基礎(chǔ)。
軸類零件是回轉(zhuǎn)體零件，一般來說其長度大于直徑。軸類零件的主要加工表面是內(nèi)、外旋轉(zhuǎn)表面，次要表面有鍵槽、花鍵、螺紋和橫向孔等。軸類零件按結(jié)構(gòu)形狀可分為光軸、階梯軸、空心軸和異型軸（如曲軸、凸輪軸、偏心軸等），按長徑比（l/d）又可分為剛性軸（l/d≤12）和撓性軸（l/d＞12）。其中，以剛性光軸和階梯軸工藝性較好。
2.軸類零件的技術(shù)要求
（1）尺寸精度。尺寸精度包括直徑尺寸精度和長度尺寸精度。精密軸頸為IT5級，重要軸頸為IT6～I(xiàn)T8級，一般軸頸為IT9級。軸向尺寸一般要求較低。
（2）相互位置精度。相互位置精度，主要指裝配傳動件的軸頸相對于支承軸頸的同軸度及端面對軸心線的垂直度等。通常用徑向圓跳動來標(biāo)注。普通精度軸的徑向圓跳動為0.01～0.03㎜，高精度的軸徑向圓跳動通常為0.005～0.01㎜。
（3）幾何形狀精度。幾何形狀精度主要指軸頸的圓度、圓柱度，一般應(yīng)符合包容原則（即形狀誤差包容在直徑公差范圍內(nèi)）。當(dāng)幾何形狀精度要求較高時(shí)，零件圖上應(yīng)單獨(dú)注出規(guī)定允許的偏差。
（4）表面粗糙度。軸類零件的表面粗糙度和尺寸精度應(yīng)與表面工作要求相適應(yīng)。通常支承軸頸的表面粗糙度值Ra為3.2～0.4μm,配合軸頸的表面粗糙度值Ra為0.8～0.1μm。
3.軸類零件的材料與熱處理
軸類零件應(yīng)根據(jù)不同的工作情況，選擇不同的材料和熱處理規(guī)范。一般軸類零件常用中碳鋼，如45鋼，經(jīng)正火、調(diào)質(zhì)及部分表面淬火等熱處理，得到所要求的強(qiáng)度、韌性和硬度。對中等精度而
轉(zhuǎn)速較高的軸類零件，一般選用合金鋼（如40Cr等），經(jīng)過調(diào)質(zhì)和表面淬火處理，使其具有較高的綜合力學(xué)性能。對在高轉(zhuǎn)速、重載荷等條件下工作的軸類零件，可選用20CrMnTi、20Mn2B、20Cr等低碳合金鋼，經(jīng)滲碳淬火處理后，具有很高的表面硬度，心部則獲得較高的強(qiáng)度和韌性。對高精度和高轉(zhuǎn)速的軸，可選用38CrMoAl鋼，其熱處理變形較小，經(jīng)調(diào)質(zhì)和表面滲氮處理，達(dá)到很高的心部強(qiáng)度和表面硬度，從而獲得優(yōu)良的耐磨性和耐疲勞性。
4.軸類零件的毛坯
圖3－1 CA6140車床主軸簡圖
軸類領(lǐng)件的毛坯常采用棒料、鍛件和鑄件等毛坯形式。一般光軸或外圓直徑相差不大的階梯軸采用棒料，對外圓直徑相差較大或較重要的軸常采用鍛件；對某些大型的或結(jié)構(gòu)復(fù)雜的軸（如曲軸）可采用鑄件
3.1.2車床主軸加工工藝分析
1.車床主軸技術(shù)條件的分析
圖3－1所示為CA6140車床的主軸簡圖。
①主軸支軸承頸的技術(shù)要求。
主軸的支軸承頸是主軸的裝配基準(zhǔn)，它的制造精度直接影響主軸的回轉(zhuǎn)精度，主軸上各重要表面均以支軸承頸為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)，有嚴(yán)格的位置要求。
支軸承頸為了使軸承內(nèi)圈能漲大以便調(diào)整軸承間隙，故采用錐面結(jié)構(gòu)。軸承內(nèi)圈是薄壁零件，裝配時(shí)軸頸上的形狀誤差會反映到內(nèi)圈的滾道上，影響主軸回轉(zhuǎn)精度，故必須 涂色檢查接觸面積，嚴(yán)格控制軸頸形狀誤差。
②主軸工作表面的技術(shù)要求
車床主軸錐孔是用來安裝頂尖或刀具錐柄的，前端圓錐面和端面是安裝卡盤或花盤的。這些安裝夾具或刀
具的定心表面均是主軸的工作表面。對于它們的要求有：內(nèi)外錐面的尺寸精度、形狀精度、表面粗糙度和接觸精度；定心表面相對于支承軸頸A-B軸心線的同軸度；定位端面D相對于支承軸頸A-B軸心線的跳動等。它們的誤差會造成夾具或刀具的安裝誤差，從而影響工件的加工精度。圖3－2表示不同情況下安裝誤差的影響。
圖3－2安裝誤差對加工精度的影響
a）卡盤安裝偏心 b）莫氏錐孔和支承軸頸不同軸 c）定心表面傾斜于回轉(zhuǎn)中心線
O—O 定位面軸心線 O1—O1 實(shí)際回轉(zhuǎn)中心線
當(dāng)主軸軸端外錐相對于支承軸頸不同軸時(shí)（圖3－2a），會使卡盤產(chǎn)生安裝偏心；主軸的莫氏錐度相對于支承軸頸表面的同軸度誤差也會使前后頂尖形成的軸心線與實(shí)際的回轉(zhuǎn)軸心線偏離（圖3－2b）。此外主軸端部定心表面軸心線對支承軸頸表面的軸心線傾斜，會造成安裝在定心表面上的夾具及工件或刀具和回轉(zhuǎn)中心不同軸，而且離軸端愈遠(yuǎn)，同軸度誤差值愈大（圖3－2c）。因此在機(jī)床精度檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)中，規(guī)定了近主軸端部和離軸端300mm處的圓跳動誤差。
③空套齒輪軸頸的技術(shù)要求
空套齒輪軸頸是主軸與齒輪孔相配合的表面，它對支軸承頸應(yīng)有一定的同軸度要求，否則會引起主軸傳動齒輪嚙合不良。當(dāng)主軸轉(zhuǎn)速很高時(shí)，還會產(chǎn)生震動和噪聲，使工件外圓產(chǎn)生振紋，尤其在精車是，這種影響更為明顯。
空套齒輪軸頸對支軸承頸A－B的徑向跳動允差為0.015mm。
④螺紋的技術(shù)要求
主軸上的螺紋一般用來固定零件或調(diào)整軸承間隙。螺紋的精度要求是限制壓緊螺母端面跳動量所必須的。如果壓緊螺母端面跳動量過大，在壓緊滾動軸承的過程中，會造成軸承內(nèi)環(huán)軸心線的傾斜，引起主軸的徑向跳動（在一定條件下，甚至?xí)怪鬏S產(chǎn)生彎曲變形），不但影響加工精度，而且影響到軸承的使用壽命。因此主軸螺紋的精度一般為6h；其軸心線與支承軸頸軸心線Ａ－Ｂ的同軸度允差為f0.025mm。
⑤主軸各表面的表面質(zhì)量要求
所有機(jī)床主軸的支承軸頸表面、工作表面及其它配合表面都受到不同程度的摩擦作用。在滑動軸承配合中，軸頸與軸瓦發(fā)生摩擦，要求軸頸表面有較高的耐磨性。在采用滾動軸承時(shí)摩擦轉(zhuǎn)移給軸承環(huán)和滾動體，軸頸可以不要求很高的耐磨性，但仍要求適當(dāng)?shù)靥岣咂溆捕�，以改善它的裝配工藝性和裝配精度。
定心表面（內(nèi)外錐面、圓柱面、法蘭圓錐等）因相配件（頂尖、卡盤等）需經(jīng)常拆卸，表面容易產(chǎn)生碰傷和拉毛，影響接觸精度，所以也必須有一定的耐磨性。當(dāng)表面硬度HRC45以上時(shí)，拉毛現(xiàn)象可大大改善。主軸表面的粗糙度Ra值在0.8～0.2mm之間。
2.車床主軸的機(jī)械加工工藝過程
經(jīng)過對車床主軸結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、技術(shù)條件的分析，即可根據(jù)生產(chǎn)批量、設(shè)備條件等編制主軸的工藝規(guī)程。編制過程中應(yīng)著重考慮主要表面（如支軸頸、錐孔、短錐及端面等）和加工比較困難的表面（如深孔）的工藝措施。從而正確地選擇定位基準(zhǔn)，合理安排工序。
CA6140車床主軸成批生產(chǎn)的工藝過程如表3－1所示。
3.車床主軸加工工藝過程分析
⑴主軸毛坯的制造方法
毛坯的制造方法根據(jù)使用要求和生產(chǎn)類型而定。
毛坯形式有棒料和鍛件兩種。前者適于單件小批生產(chǎn)，尤其適用于光滑軸和外圓直徑相差不大的階梯軸，對于直徑較大的階梯軸則往往采用鍛件。鍛件還可獲得較高的抗拉、抗彎和抗扭強(qiáng)度。單件小批生產(chǎn)一般采用自由鍛，批量生產(chǎn)則采用模鍛件，大批量生產(chǎn)時(shí)若采用帶有貫穿孔的無縫鋼管毛坯，能大大節(jié)省材料和機(jī)械加工量。
⑵主軸的材料和熱處理
主軸常用材料及熱處理見表3－2。45鋼是普通機(jī)床主軸的常用材料，淬透性比合金鋼差，淬火后變形較大，加工后尺寸穩(wěn)定性也較差，要求較高的主軸則采用合金鋼材料為宜。
選則合適的材料并在整個(gè)加工過程中安排足夠和合理的熱處理工序，對于保證主軸的力學(xué)性能、精度要求和改善其切削加工性能非常重要。車床主軸的熱處理主要包括：
①毛坯熱處理
車床主軸的毛坯熱處理一般采用正火，其目的是消除鍛造應(yīng)力，細(xì)化晶粒，并使金屬組織均勻，以利于切削加工。
②預(yù)備熱處理
表3－1 CA6140主軸加工工藝過程
在粗加工之后半精加工之前，安排調(diào)質(zhì)處理，目的是獲得均勻細(xì)密的回火索氏體組織，提高其綜合力學(xué)性能，同時(shí)，細(xì)密的索氏體金相組織有利于零件精加工后獲得光潔的表面。
③最終熱處理
主軸的某些重要表面（如f90g5軸頸、錐孔及外錐等）需經(jīng)高頻淬火。最終熱處理一般安排在半精加工之后，精加工之前，局部淬火產(chǎn)生的變形在最終精加工時(shí)得以糾正。
精密要求高的主軸，在淬火回火后還要進(jìn)行定性處理。定性處理的目的是消除加工的內(nèi)應(yīng)力，提高主軸的尺寸穩(wěn)定性，使它能長期保持精度。定性處理是在精加工之后進(jìn)行的，如低溫人工時(shí)效或水冷處理。
熱處理次數(shù)的多少，決定于主軸的精度要求、經(jīng)濟(jì)性以及熱處理效果。CA6140車床主軸一般經(jīng)過正火、調(diào)質(zhì)和表面局部淬火三個(gè)熱處理工序，無需進(jìn)行定性處理。
表3-2 主軸材料及熱處理
主軸種類
材料
預(yù)備性熱處理方法
最終熱處理方法
表面硬度
車床、銑床主軸
45鋼
正火或調(diào)質(zhì)
局部淬火后回火
45-52 HRC
外圓磨床砂輪軸
65Mn
調(diào)質(zhì)
高頻淬火后回火
50-58 HRC
專用車床主軸
40Cr
調(diào)質(zhì)
局部淬火后回火
52-56 HRC
齒輪磨床主軸
20CrMnTi
正火
滲碳淬火
58-63 HRC
臥式鏜床主軸
精密外圓磨床砂輪軸
38CrMoAlA
調(diào)質(zhì)
消除內(nèi)應(yīng)力處理
滲氮
65 HRC以上
⑶加工階段的劃分
主軸加工過程中的各加工工序和熱處理工序均會不同程度地產(chǎn)生加工誤差和應(yīng)力。為了保證加工質(zhì)量，穩(wěn)定加工精度，CA6140車床主軸加工基本上劃分為下列三個(gè)階段。
①粗加工階段
Ⅰ毛坯處理：毛坯備料、鍛造和正火（工序1～3）。
Ⅱ粗加工：鋸去多余部分，銑端面、鉆中心孔和荒車外圓等（工序4、5）
這一階段的主要目的是：用大的切削用量切除大部分余量，把毛坯加工到接近工件的最終形狀和尺寸，只留下少量的加工余量。通過這階段還可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)鍛件裂紋等缺陷，采取相應(yīng)措施。
②半精加工階段
Ⅰ半精加工前熱處理：對于45鋼一般采用調(diào)質(zhì)處理，達(dá)到220～240HBS（工序6）。
Ⅱ半精加工：車工藝錐面（定位錐孔）、半精車外圓端面和鉆深孔等（工序7～12）。
這個(gè)階段的主要目的是：為精加工作好準(zhǔn)備，尤其為精加工作好基面準(zhǔn)備。對于一些要求不高的表面，如大端端面各孔，在這個(gè)階段加工到圖樣規(guī)定的要求。
③精加工階段
Ⅰ精加工前熱處理：局部高頻淬火（工序13）。
Ⅱ精加工前各種加工：粗磨定位錐面、粗磨外圓、銑鍵槽和花鍵槽，以及車螺紋等（工序14～19）。
Ⅲ精加工：精磨外圓和兩處1：12外錐面及莫氏6號內(nèi)錐孔，從而保證主軸最重要表面的精度（工序20～23）。
這一階段的目的是：把各表面都加工到圖樣規(guī)定的要求。
粗加工、半精加工、精加工階段的劃分大體以熱處理為界。
由此可見，整個(gè)主軸加工的工藝過程，就是以主要表面（支承軸頸、錐孔）的粗加工、半精加工和精加工為主，適當(dāng)插入其它表面的加工工序而組成的。這就說明，加工階段的劃分起主導(dǎo)作用的是工件的精度要求。對于一般精度的機(jī)床主軸，精磨是最終機(jī)械加工工序。對精密機(jī)床的主軸，還要增加光整加工階段，以求獲得更高的尺寸精度和更低的表面粗糙度。
⑷工序順序的安排
由表3－1可見，主軸的工藝路線安排大體如下：毛坯制造——正火——車端面鉆中心孔——粗車——調(diào)質(zhì)——半精車表面淬火——粗、精磨外圓——粗、精磨圓錐面——磨錐孔。
軸類零件各表面的加工順序，與定位基準(zhǔn)的轉(zhuǎn)換有關(guān)，即先行工序必須為后續(xù)工序準(zhǔn)備好定位基準(zhǔn)。粗、精基準(zhǔn)選定（后述）后，加工順序也就大致排定。
在安排工序順序時(shí)，還應(yīng)注意下面幾點(diǎn)。
①外圓加工順序安排要照顧主軸本身的剛度，應(yīng)先加工大直徑后加工小直徑，以免一開始就降低主軸鋼度。
②就基準(zhǔn)統(tǒng)一而言，希望始終以頂尖孔定位，避免使用錐堵，則深孔加工應(yīng)安排在最后。但深孔加工是粗加工工序，要切除大量金屬，加工過程中會引起主軸變形，所以最好在粗車外圓之后就把深孔加工出來。
③花鍵和鍵槽加工應(yīng)安排在精車之后，粗磨之前。如在精車之前就銑出鍵槽，將會造成斷續(xù)車削，既影響質(zhì)量又易損壞刀具，而且也難以控制鍵槽的尺寸精度。但這些表面也不宜安排在主要表面最終加工工序之后進(jìn)行，以防在反復(fù)運(yùn)輸中，碰傷主要表面。
④因主軸的螺紋對支承軸頸有一定的同軸度要求，故放在淬火之后的精加工階段進(jìn)行，以免受半精加工所產(chǎn)生的應(yīng)力以及熱處理變形的影響。
⑤主軸系加工要求很高的零件，需安排多次檢驗(yàn)工序。檢驗(yàn)工序一般安排在各加工階段前后，以及重要工序前后和花費(fèi)工時(shí)較多的工序前后，總檢驗(yàn)則放在最后。必要時(shí)，還應(yīng)安排探傷工序。
⑸定位基準(zhǔn)的選擇
以兩頂尖孔作為軸類零件的定位基準(zhǔn)，既符合基準(zhǔn)重合原則，又能使基準(zhǔn)統(tǒng)一。所以，只要有可能，就盡量采用頂尖孔作為定位基準(zhǔn)。
表3－1所列工序中的粗車、半精車、精車、粗磨、精磨各外圓表面和端面、銑花鍵和車螺紋等工序，都是以頂尖孔作為定位基準(zhǔn)的。
兩頂尖孔的質(zhì)量好壞，對加工精度影響很大，應(yīng)盡量做到兩
頂尖孔軸線重合、頂尖接觸面積大、表面粗糙度低。否則，將會因工件與頂尖間的接觸剛度變化而產(chǎn)生加工誤差。因此經(jīng)常注意保持兩頂尖孔的質(zhì)量，是軸類零件加工的關(guān)鍵問題之一。
深孔加工后，因頂尖孔所處的實(shí)體材料已不復(fù)存在，所以采用帶頂尖孔的錐堵作為定位基準(zhǔn)。
為了保證支承軸頸與兩端錐孔的同軸度要求，需要應(yīng)用互為基準(zhǔn)原則。例如CA6140主軸的車小端1：20錐孔和大端莫氏6號內(nèi)錐孔時(shí)（表3－1中工序10、11），用的是與前支承軸頸相鄰而又是用同一基準(zhǔn)加工出來的外圓柱表面為定位基面（直接用前支承軸頸作為定位基準(zhǔn)當(dāng)然更好，但由于軸頸有錐度，在制造托架時(shí)會增加困難）；工序14精車各外圓包括支承軸頸的1：12錐度時(shí)，即是以上述前后錐孔內(nèi)所配錐堵的頂尖孔作為定位基準(zhǔn)面；在工序16粗磨莫氏6號內(nèi)錐孔時(shí)，又是以兩圓柱表面為定位基準(zhǔn)面，這就符合互為基準(zhǔn)原則。在工序21和22中，粗精磨兩個(gè)支承軸頸的1：12錐度時(shí)，再次以粗磨后的錐孔所配錐堵的頂尖孔為定位基準(zhǔn)。在工序23中，最后精磨莫氏6號內(nèi)錐孔時(shí)，直接以精磨后的前支承軸頸和另一圓柱面為基準(zhǔn)面，基準(zhǔn)再一次轉(zhuǎn)換。隨著基準(zhǔn)的不斷轉(zhuǎn)換，定位精度不斷提高。轉(zhuǎn)換過程就是提高過程，使加工過程有一次比一次精度更高的定位基準(zhǔn)面。基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換次數(shù)的多少，要根據(jù)加工精度要求而定。
在精磨莫氏6號內(nèi)錐孔的定位方法中，采用了專用夾具，機(jī)床主軸僅起轉(zhuǎn)遞扭矩的作用，排除了主軸組件本身的回轉(zhuǎn)誤差，因此提高了加工精度。
精加工主軸外圓表面也可用外圓表面本身來定位，既在安裝工件時(shí)以支承軸頸表面本身找正。如圖3-3所示，外圓表面找正是采用一種可拆卸的軸套心軸，心軸依靠螺母4和墊圈3壓緊在主軸的兩端面上。心軸兩端有中心孔，主軸靠心軸中心孔安裝在機(jī)床的前后頂尖上。以支承軸頸表面找正時(shí)，適當(dāng)敲動工作，使支承軸頸的徑向圓跳動在規(guī)定的范圍內(nèi)（心軸和主軸靠端面上摩擦力結(jié)合在一起，主軸和錐套并不緊配，留有間隙，允許微量調(diào)整），然后進(jìn)行加工。
用這種定位方法，只需要準(zhǔn)備幾套心軸，因此簡化了工藝裝備，節(jié)省了修正中心孔工序，并可在一次安裝中磨出全部外圓。
4.主軸加工中的幾個(gè)工藝問題
圖3－3 錐套心軸
⑴錐堵和錐堵心軸的使用
對于空心的軸類零件，當(dāng)通孔加工后，原來的定位基準(zhǔn)——頂尖孔已被破壞，此后必須重新建立定位基準(zhǔn)。對于通孔直徑較小的軸，可直接在孔口倒出寬度不大于2mm的60度錐面，代替中心孔。而當(dāng)通孔直徑較大時(shí)，則不宜用倒角錐面代替，一般都采用錐堵或錐堵心軸的頂尖孔做為定位基準(zhǔn)。
當(dāng)主軸錐孔的錐度較小時(shí)（如車床主軸的錐孔為1：20和莫氏6號）就常用錐堵，如圖3－4所示。
當(dāng)錐度較大時(shí)（如X62臥式銑床的主軸錐孔是7：24），可用帶錐堵的拉桿心軸，如圖3－5所示。
圖3－4 錐堵
圖3－5 帶有錐堵的拉桿心軸
使用錐堵或錐堵心軸時(shí)應(yīng)注意以下問題。
①一般不宜中途更換或拆裝，以免增加安裝誤差。
②錐堵心軸要求兩個(gè)錐面應(yīng)同軸，否則擰緊螺母后會使工件變形。圖4－5所示的錐堵心軸結(jié)構(gòu)比較合理，其左端錐堵與拉桿心軸為一體，其錐面與頂尖孔的同軸度較好，而右端有球面墊圈，擰緊螺母時(shí)，能保證左端錐堵與孔配合良好，使錐堵的錐面和工件的錐孔以及拉桿心軸上的頂尖孔有較好的同軸度。
⑵頂尖孔的修磨
因熱處理、切削力、重力等影響，常常會損壞頂尖孔的精度，因此在熱處理工序之后和磨削加工之前，對頂尖孔要進(jìn)行修磨，以消除誤差。常用的頂尖孔修磨方法有以下幾種。
Ⅰ用
鑄鐵頂尖研磨。 可在車床或鉆床上進(jìn)行，研磨時(shí)加適量的研磨劑（W10 ～W12氧化鋁粉和機(jī)油調(diào)和而成）。用這種方法研磨的頂尖孔，其精度較高，但研磨時(shí)間較長，效率很低，除在個(gè)別情況下用來修整尺寸較大或精度要求特別高的頂尖孔外，一般很少采用。
Ⅱ用油石或橡膠砂輪夾在車床的卡盤上，用裝在刀架上的金剛鉆將它的前端修整成頂尖形狀(60o圓錐體)，接著將工件定在油石或橡膠砂輪頂尖和車床后頂尖之間(圖3－6)，并加少量潤滑油(柴油)，然后開動車床使油石或橡膠砂輪轉(zhuǎn)動，進(jìn)行研磨。研磨時(shí)用手把持工件并連續(xù)而緩慢地轉(zhuǎn)動。這種研磨中心孔方法效率高，質(zhì)量好，也簡便易行。
圖3－6 用油石研磨頂尖孔
Ⅲ用硬質(zhì)合金頂尖刮研。把硬質(zhì)合金頂尖的60°圓錐體修磨成角錐的形狀，使圓錐面只留下4～6條均勻分布的刃帶（圖3－7），這些刃帶具有微小的切削性能，可對頂尖孔的幾何形狀作為量的修整，又可以起擠光的作用。這種方法刮研的頂尖孔精度較高,表面粗糙度達(dá)Ra0.8µm以下,并具有工具壽命較長、刮研效率比油石高的特點(diǎn),所以一般主軸的頂尖孔可以用此法修研。
圖3－7 六棱硬質(zhì)合金頂尖
上述三種修磨頂尖孔的方法,可以聯(lián)合應(yīng)用。例如先用硬質(zhì)合金頂尖刮研,再選用油石或橡膠砂輪頂尖研磨,這樣效果會更好。
⑶外圓表面的車削加工
主軸各外圓表面的車削通常分為粗車、半精車、精車三個(gè)步驟。粗車的目的是切除大部分余量；半精車是修整預(yù)備熱處理后的變形；精車則進(jìn)一步使主軸在磨削加工前各表面具有一定的同軸度和合理的磨削余量。因此提高生產(chǎn)率是車削加工的主要問題。在不同的生產(chǎn)條件下一般采用的機(jī)械設(shè)備是：單件小批生產(chǎn)采用普通臥式車床；成批生產(chǎn)多用帶有液壓仿形刀架的車床或液壓仿形車床；大批大量生產(chǎn)則采用液壓仿形車床或多刀半自動車床。
采用液壓仿形車削可實(shí)現(xiàn)車削加工半自動化，其上下料仍需手動，更換靠模、調(diào)整刀具都較簡便，減輕了勞動強(qiáng)度，提高了加工效率，對成批生產(chǎn)是很經(jīng)濟(jì)的。仿形刀架的裝卸和操作也很方便，成本低，能使普通臥式車床充分發(fā)揮使用效能。但是它的加工精度還不夠穩(wěn)定，不適宜進(jìn)行強(qiáng)力切削，仍應(yīng)繼續(xù)改進(jìn)。
多刀半自動車床主要用于大量生產(chǎn)中。它用若干把刀具同時(shí)車削工件的各個(gè)表面，因此縮短了切削行程和切削時(shí)間，是一種高生產(chǎn)率加工設(shè)備，但刀具的調(diào)整費(fèi)時(shí)。
⑷主軸深孔的加工
一般把長度與直徑之比大于5的孔稱為深孔。深孔加工比一般孔加工要困難和復(fù)雜，原因是：
①刀具細(xì)而長，剛性差，鉆頭容易引偏，使被加工孔的軸心線歪斜；
②排屑困難；
③冷卻困難，鉆頭散熱條件差，容易喪失切削能力。
生產(chǎn)實(shí)際中一般采取下列措施來改善深孔加工的不利因素：
①用工件旋轉(zhuǎn)、刀具進(jìn)給的加工方法，使鉆頭有自定中心的能力；
②采用特殊結(jié)構(gòu)的刀具——深孔鉆，以增加其導(dǎo)向的穩(wěn)定性和適應(yīng)深孔加工的條件；
③在工件上預(yù)加工出一段精確的導(dǎo)向孔，保證鉆頭從一開始就不引偏；
④采用壓力輸送的切削潤滑液并利用在壓力下的冷卻潤滑液排出切屑。
在單件小批生產(chǎn)中，深孔加工一般是在臥式車床上用接長的麻花鉆加工。在加工過程中需多次退出鉆頭，以便排出切屑和冷卻工件及鉆頭。在批量較大時(shí)，采用深孔鉆床及深孔鉆頭，可獲得較好的加工質(zhì)量并具有較高的生產(chǎn)率。
鉆出的深孔一般都要經(jīng)過精加工才能達(dá)到要求的精度和表面粗糙度。精加工的方法主要有鏜和鉸。由于刀具細(xì)長，目前較多采用拉鏜和拉鉸的方法，使刀桿只受拉力而不受壓力。這些加工一般也在深孔鉆床
上進(jìn)行。
⑸主軸錐孔加工
主軸前端錐孔和主軸支承軸頸及前端短錐的同軸度要求高，因此磨削主軸的前端錐孔，常常成為機(jī)床主軸加工的關(guān)鍵工序。
磨削主軸前端錐孔，一般以支承軸頸作為定位基準(zhǔn)，有以下三種安裝方式。
①將前支承軸頸安裝在中心架上，后軸頸夾在磨床床頭的卡盤內(nèi)，磨削前嚴(yán)格校正兩支承軸頸，前端可調(diào)整中心架，后端在卡爪和軸頸之間墊薄紙來調(diào)整。這種方法輔助時(shí)間長，生產(chǎn)率低，而且磨床床頭的誤差會影響工件。但無須用專用夾具，因此常用于單件小批量生產(chǎn)。
②將前后支承軸頸分別安裝在兩個(gè)中心架上，用千分表校正好中心架位置。工件通過彈性聯(lián)軸器或萬向接頭與磨床床頭連接。此種方式可保證主軸軸頸的定位精度，且不受磨床床頭誤差的影響，但調(diào)整中心架費(fèi)時(shí)，質(zhì)量不穩(wěn)定，一般只在生產(chǎn)規(guī)模不大時(shí)使用。
③成批生產(chǎn)時(shí)大多采用專用夾具加工，圖3－8為磨主軸錐孔的一種夾具，是由底座、支承架及浮動卡頭三部分組成。前后兩個(gè)支承架與底座連成一體。作為定位元件的V形架鑲有硬質(zhì)合金，以提高耐磨性。工件的中心高應(yīng)調(diào)整到正好等于磨頭砂輪軸的中心高。后端的浮動卡頭裝在磨床主軸錐孔內(nèi)，工件尾部插入彈性套內(nèi)。用彈簧把浮動卡頭外殼連同工件向后拉，通過鋼球壓向鑲有硬質(zhì)合金的錐柄端面，依靠壓簧的漲力限制了工件的軸向竄動。采用這種連接方式，機(jī)床只傳遞切削扭矩，排除了磨床主軸圓跳動或同軸度誤差對工件影響，也可減小機(jī)床本身的振動對加工精度的影響。
⑹主軸各外圓表面的精加工和光整加工
主軸的精加工都是用磨削的方法，安排在最終熱處理工序之后進(jìn)行，用以糾正在熱處理中產(chǎn)生的變形 ，最后達(dá)到所需的精度和表面粗糙度。磨削加工一般能達(dá)到的經(jīng)濟(jì)精度和經(jīng)濟(jì)表面粗糙度為IT16和Ra 0.8~0.2µm。對于一般精度的車床主軸，磨削是最后的加工工序。而對于精密的主軸還需要進(jìn)行光整加工。
圖3－8磨主軸錐孔專用夾具
光整加工用于精密主軸的尺寸公差等級IT5以上或表面粗糙度低于Rɑ0.1µm的加工表面，其特點(diǎn)是：
①加工余量都很小，一般不超過0.2mm。
②采用很小的切削用量和單位切削壓力，變形小，可獲得很細(xì)的表面粗糙度。
③對上道工序的表面粗糙度要求高。一般都要求低于Rɑ0.2µm，表面不得有較深的加工痕跡。
④除鏡面磨削外，其他光整加工方法都是“浮動的”，即依靠被加工表面本身自定中心。因此只有鏡面磨削可部分地糾正工件的形狀和位置誤差，而研磨只可部分地糾正形狀誤差。其它光整加工方法只能用于降低表面粗糙度。
幾種光整加工方法的工作原理和特點(diǎn)簡表3-3。由于鏡面磨削的生產(chǎn)效率高。且適應(yīng)性廣，目前已廣泛應(yīng)用在機(jī)床主軸的光整加工中。
⑺軸類零件的檢驗(yàn)
軸類零件在加工過程中和加工完以后都要按工藝規(guī)程的技術(shù)要求進(jìn)行檢驗(yàn)。檢驗(yàn)的項(xiàng)目包括表面粗糙度、硬度、尺寸精度、表面形狀精度和相互位置精度。
表3-3 外圓表面的各種光整加工方法的比較
光整加工方法
工 作 原 理
特 點(diǎn)
鏡面磨削
加工方式與一般磨削相同，但需要用特別軟的砂輪，較低的磨削用量，極小的切削深（1~2µm），仔細(xì)過濾的冷卻潤滑液。修正砂輪時(shí)用極慢的工作臺進(jìn)給速度。
1）粗糙度可達(dá)Ra0.012~0.006適用范圍廣
2）能夠部分的修正商道工序留下來的形狀和位置誤差
3）生產(chǎn)效率高，可配備自動測量儀
4）對機(jī)床設(shè)備的精度要求的精度很高
1)
研磨
研磨套在一定的壓力下與工件做復(fù)雜的想對運(yùn)動，工件緩慢轉(zhuǎn)動，帶動磨粒起切削作用。同時(shí)研磨劑還能與金屬表面層起化學(xué)作用，加速切削作用。研磨余量為0.01~0.02mm。
1） 表面粗糙度可達(dá)Ra0.025~0.006適用范圍廣
2） 能部分糾正形狀誤差，不能糾正位置誤差
3） 方法簡單可靠，對設(shè)備要求低
4） 生產(chǎn)率很低，工人勞動強(qiáng)度大，正為其他方法所取代，但仍用得相當(dāng)廣泛
超精加工
工件作低速轉(zhuǎn)動和軸向進(jìn)給（或工件不進(jìn)給，磨頭進(jìn)給），磨頭帶動磨條以一定的頻率（每分鐘幾十次到上千次）沿工件的軸向振動，磨粒在工件表面上形成復(fù)雜軌跡。磨條采用硬度很軟的細(xì)粒度油石。冷卻潤滑液用煤油。
1）表面粗糙度可達(dá)Ra0.025~0.012適用范圍廣
2）不能糾正上道工序留下來的形狀誤差和位置誤差
3）設(shè)備要求簡單，可在普通車床上進(jìn)行
4）加工效果受石油質(zhì)量的影響很大
雙輪珩磨
珩磨輪相對工作軸心線傾斜27°~30°，并以一定的壓力從相對的方向壓在工件表面上。工件（或珩磨輪）沿工件軸向作往復(fù)運(yùn)動。在工件轉(zhuǎn)動時(shí)，因摩擦力帶動珩磨輪旋轉(zhuǎn)，并產(chǎn)生相對滑動，起微量的切削作用。冷卻潤滑液為煤油或油酸。
1)表面粗糙度可達(dá)Ra0.025~0.012不適用于帶肩軸類零件和錐形表面；
2)不能糾正上道工序留下來的形狀誤差和位置誤差
3)備要求低，可用舊機(jī)床改裝
4)工藝可靠,表面質(zhì)量穩(wěn)定
5) 珩磨輪一般采用細(xì)粒度磨料自制使用壽命長
6)生產(chǎn)效率比上述三種都高
①表面粗糙度和硬度的檢驗(yàn)
硬度是在熱處理之后用硬度計(jì)抽檢。
表面粗糙度一般用樣塊比較法檢驗(yàn)，對于精密零件可采用干涉顯微鏡進(jìn)行測量。
②精度檢驗(yàn)
精度檢驗(yàn)應(yīng)按一定順序進(jìn)行，先檢驗(yàn)形狀精度，然后檢驗(yàn)尺寸精度，最后檢驗(yàn)位置精度。這樣可以判明和排除不同性質(zhì)誤差之間對測量精度的干擾。
Ⅰ形狀精度檢驗(yàn)
車床主軸的形狀誤差主要是指圓度誤差和圓柱度誤差。
圓度誤差為軸的同一截面內(nèi)最大直徑與最小直徑之差。一般用千分尺按照測量直徑的方法即可檢測。精度高的軸需用比較儀檢驗(yàn)。
圓柱度誤差是指同一軸向剖面內(nèi)最大直徑與最小直徑之差，同樣可用千分尺檢測。彎曲度可以用千分表檢驗(yàn)，把工件放在平板上，工件轉(zhuǎn)動一周，千分表讀數(shù)的最大變動量就是彎曲誤差值。
Ⅱ尺寸精確檢驗(yàn)
在單件小批生產(chǎn)中，軸的直徑一般用外徑千分尺檢驗(yàn)。精度較高（公差值小于0.01mm）時(shí)，可用杠桿卡規(guī)測量。臺肩長度可用游標(biāo)卡尺、深度游標(biāo)卡尺和深度千分尺檢驗(yàn)。
大批大量生產(chǎn)中，為了提高生產(chǎn)效率常采用極限卡規(guī)檢測軸的直徑。長度不大而精度又高的工件，也可用比較儀檢驗(yàn)。
Ⅲ位置精度檢驗(yàn)
為提高檢驗(yàn)精度和縮短檢驗(yàn)時(shí)間，位置精度檢驗(yàn)多采用專用檢具，如圖3－9所示。檢驗(yàn)時(shí)，將主軸的兩支承軸頸放在同一平板上的兩個(gè)V型架上，并在軸的一端用擋鐵、鋼球和工藝錐堵?lián)踝。拗浦鬏S沿軸向穩(wěn)動。兩個(gè)V型架中有一個(gè)的高度時(shí)可調(diào)的。測量時(shí)先用千分表調(diào)整軸的中心線，使它與測量平面平行。平板的傾斜角一般是15°，使工件軸端靠自重壓向鋼球。
在主軸前錐孔中插入檢驗(yàn)心棒，按測量要求放置千分表，用手輕輕轉(zhuǎn)動主軸，從千分表讀數(shù)的變化即可測量各項(xiàng)誤差，包括錐孔及有關(guān)表面相對支承軸頸的徑向挑動和端面跳動。
圖3－9 主軸位置精度檢驗(yàn)示意圖
錐孔的接觸精度用專用錐度量規(guī)涂色檢驗(yàn)，要求接觸面積在70%以上，分布均勻而大端接觸較“硬”，即錐度只允許偏小。這項(xiàng)檢驗(yàn)應(yīng)在檢驗(yàn)錐孔跳動之前進(jìn)行。
圖3－9中各量表的功用如下：量表7檢驗(yàn)錐孔對支承軸頸的同軸度誤差；距軸端300mm處的量表8檢查錐孔軸心線對支承軸頸軸心線的同軸度誤差；量表3、4、5、6檢查各軸頸相對支承軸頸的徑向跳動；量表10、11、12檢驗(yàn)端面跳動；量表9測量主軸的軸向竄動。
3.2 箱體零件加工
3.2.1概述
1.箱體零件的功用和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
箱體是機(jī)器的基礎(chǔ)零件，它將機(jī)器和部件中的軸、齒輪等有關(guān)零件連接成一個(gè)整體，并保持正確的相互位置，以傳遞轉(zhuǎn)矩或改變轉(zhuǎn)速來完成規(guī)定的運(yùn)動。因此箱體的加工質(zhì)量直接影響機(jī)器的工作精度、使用性能和壽命。
圖3-10為某車床主軸箱簡圖。由圖可知，箱體類零件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，壁薄且不均勻，加工部位多，加工難度大。具統(tǒng)計(jì)，一般中型機(jī)床制造廠花在箱體零件的機(jī)械加工勞動量約占整個(gè)產(chǎn)品加工量的15%～20%。
2.箱體零件的主要技術(shù)要求
箱體類零件中以機(jī)床主軸箱的精度要求最高，現(xiàn)以某車床主軸箱為例，可歸納以下五項(xiàng)精度要求。
⑴孔徑精度
孔徑的尺寸誤差和幾何形狀誤差會使軸承與孔配合不良�？讖竭^大，配合過松，使主軸回轉(zhuǎn)軸線不穩(wěn)定，并降低了支撐剛度，易產(chǎn)生振動和噪音；孔徑過小使配合過緊，軸承將因外界變形而不能正常運(yùn)轉(zhuǎn)，壽命縮短。裝軸承的孔不圓，也使軸承外環(huán)變形而引起主軸的徑向跳動。
從以上分析可知對孔的精度要求較高。主軸孔的尺寸精度約為IT6級，其余孔為IT6～I(xiàn)T7級�？椎膸缀涡螤罹瘸魈厥庖�(guī)定外，一般都在尺寸公差范圍內(nèi)。
⑵孔與孔的位置精度
同一軸線上各孔的同軸度誤差和孔端面對軸線垂直度誤差，
會使軸和軸承裝配到箱體上后產(chǎn)生歪斜，致使主軸產(chǎn)生徑向跳動和軸向竄動，同時(shí)也使溫度升高，加劇軸承磨損�？紫抵g的平行度誤差會影響齒輪的嚙合質(zhì)量。一般同軸上各孔的同軸度約為最小孔尺寸公差的一半。
⑶孔和平面的位置精度
一般都要規(guī)定主要孔和主軸箱安裝基面的平行度要求，他們決定了主軸與床身導(dǎo)軌的相互位置關(guān)系。這項(xiàng)精度是在總裝過程中通過刮研達(dá)到的。為減少刮研工作量，一般都要規(guī)定主軸軸線對安裝基面的平行度公差。在垂直和水平兩個(gè)方向上只允許主軸前端向上和向前偏。
⑷主要平面的精度
裝配基面的平面度誤差影響主軸箱與床身連接時(shí)的接觸剛度。若在加工過程中作為定位基準(zhǔn)時(shí)，還會影響軸孔的加工精度。因此規(guī)定底面和導(dǎo)向面必須平直和相互垂直。其平面度、垂直度公差等級為5級。
⑸表面粗糙度
重要孔和主要表面的表面粗糙度會影響連接面的配合性質(zhì)或接觸剛度，其具體要求一般用Ra值來評價(jià)。主軸孔為Ra0.4µm，其它各縱向孔為Ra1.6µm，孔的內(nèi)端面為Ra3.2µm,裝配基準(zhǔn)面和定位基準(zhǔn)面為Ra0.63µm～Ra2.5µm，其它平面為Ra2.5µm～Ra10µm。
3.箱體的材料及毛坯
箱體材料一般選用HT200～HT400的各種牌號的灰鑄鐵，最常用的為HT200，這是因?yàn)榛诣T鐵不僅成本低，而且具有較高的耐磨性、可鑄性、可切削性和阻尼特性。在單件生產(chǎn)或某些簡易機(jī)床的箱體，為了縮短生產(chǎn)周期和降低成本，可采用鋼材焊接結(jié)構(gòu)。此外，精度要求較高的坐標(biāo)鏜床主軸箱可選用耐磨鑄鐵，負(fù)荷大的主軸箱也可采用鑄鋼件。
毛坯的加工余量與生產(chǎn)批量、毛坯尺寸、結(jié)構(gòu)、精度和鑄造方法等因素有關(guān)，有關(guān)數(shù)據(jù)可查有關(guān)資料及數(shù)據(jù)具體情況決定。如Ⅱ級精度灰鑄鐵件，在大批大量生產(chǎn)時(shí)，平面的總加工余量為6~10 mm，孔的半徑 余量為7 ~ 12mm；單件小批量生產(chǎn)時(shí)，平面為7 ~ 12mm， 孔半徑余量為8 ~ 14mm；成批生產(chǎn)時(shí)小于Ф30mm的孔和單件小批生產(chǎn)小于Φ50mm的孔不鑄出。
毛坯鑄造時(shí)，應(yīng)防止砂眼和氣孔的產(chǎn)生。為了減少毛坯制造時(shí)產(chǎn)生殘余應(yīng)力，應(yīng)使箱體壁厚盡量均勻，箱體鑄造后應(yīng)安排退火或時(shí)效處理工序。
圖3-10 車床主軸箱簡圖
4.箱體零件結(jié)構(gòu)工藝性
箱體零件的結(jié)構(gòu)工藝性對實(shí)現(xiàn)機(jī)械加工優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低成本具有重要意義。
箱體的基本孔可分為通孔、階梯孔、盲孔、交叉孔等幾類。通孔工藝性最好，通孔內(nèi)又以孔長L與孔徑D之比L/D≤1～1.5 的短圓柱孔工藝性為最好；L/D>5的孔，稱為深孔，若深度精度要求較高、表面粗糙度值較小時(shí)，加工就很困難。
階梯孔的工藝性與“孔徑比”有關(guān)。孔徑相差越小則工藝性越好；孔徑相差越大，且其中最小的孔徑又很小，則工藝性越差。
相貫通的交叉孔的工藝性也較差，如圖3-11a所示Ø100孔與Ø70孔貫通相交，在加工主軸孔時(shí)，刀具走到貫通部分時(shí)，由于刀具徑向受力不均，孔的軸線就會偏移。為此可采取圖3-11b所示，Ø70孔不鑄通，加工Ø100主孔后再加工Ø70孔即可。
a) b)
圖3-11交叉孔的工藝性
盲孔
的工藝性最差，因?yàn)樵诰q或精鏜盲孔時(shí)，刀具送進(jìn)難以控制，加工情況不便于觀察。此外，盲孔的內(nèi)端面的加工也特別困難，故應(yīng)盡量避免。
同一軸線上孔徑大小向一個(gè)方向遞減，便于鏜孔時(shí)鏜桿從一端伸入，逐個(gè)加工或同時(shí)加工同軸線上幾個(gè)孔，以保證較高的同軸度和生產(chǎn)率。單件小批生產(chǎn)時(shí)一般采用這種分布形式（圖3-12a）。同孔徑大小從兩邊向中間遞減，加工時(shí)便于組合機(jī)床以兩邊同時(shí)加工，鏜桿剛度好，適合大批大量生產(chǎn)（圖3-12b）。
同軸線上的孔的直徑的分布形式，應(yīng)盡量避免中間壁上的孔徑大于外壁的孔徑。因?yàn)榧庸み@種孔時(shí)，要將刀桿伸進(jìn)箱體后裝刀和對刀，結(jié)構(gòu)工藝性差（圖3-12c）。
a) b) c)
圖3-12 同軸孔徑的排列方式
為便于加工、裝配和檢驗(yàn)，箱體的裝配基面尺寸應(yīng)盡量大，形狀應(yīng)盡量簡單。
箱體外壁上的凸臺應(yīng)盡可能在一個(gè)平面上，以便可以在一次走刀中加工出來，而無須調(diào)整刀具的位置，使加工簡單方便。
箱體上的緊固孔和螺孔的尺寸規(guī)格應(yīng)盡量一致，以減少刀具數(shù)量和換刀次數(shù)。
3.2.2箱體平面及孔系的加工方法
箱體零件的主要加工表面為平面及孔系。
1.箱體的平面加工
箱體平面加工的常用方法有刨、銑和磨三種。刨削和銑削常用作平面的粗加工和半精加工，而磨削則用作平面的精加工。
刨削加工的特點(diǎn)是：刀具結(jié)構(gòu)簡單，機(jī)床調(diào)整方便，通用性好。在龍門刨床上可以利用幾個(gè)刀架，在工件的一次安裝中完成幾個(gè)表面的加工，能比較經(jīng)濟(jì)地保證這些表面間的相互位置精度要求。精刨還可以代替刮研來精加工箱體平面。精刮時(shí)采用寬直刃精刨刀，在經(jīng)過檢修和調(diào)整的刨床上，以較低的切削速度（一般為4~12m/min），在工件表面上切去一層很薄的金屬（0.007~0.1mm）。精刨后的表面粗糙度Ra值可達(dá)0.63 ~2.5µm,平面度可達(dá)0.002mm/m。因?yàn)閷捜芯俚倪M(jìn)給量很大（5～25mm/雙行程），生產(chǎn)率極高。
銑削生產(chǎn)率高于刨銷，在中批以上生產(chǎn)中多用銑削加工平面。當(dāng)加工尺寸較大的箱體平面時(shí)，常在多軸龍門銑床上，用幾把銑刀同時(shí)加工各有關(guān)平面，以保證平面間的相互位置精度并提高生產(chǎn)率。
平面磨削的加工質(zhì)量比刨和銑都高，而且還可以加工淬硬零件。磨削平面的粗糙度Ra可達(dá)0.32 ~ 1.25µm。生產(chǎn)批量較大時(shí)，箱體的平面常用磨削來精加工。為了提高生產(chǎn)率和保證平面間的相互位置精度，生產(chǎn)實(shí)際中還經(jīng)常采用組合磨削（見圖3-13）來精加工平面。
圖3-13 組合磨削
2.箱體孔系的加工方法
箱體上一系列有相互位置精度要求的的孔的組合，稱為孔系。孔系可分為平行孔系、同軸孔系和交叉孔系。由于箱體功用及結(jié)構(gòu)需要，箱體上的孔往往本身精度要求高，而且孔距精度和相互位置精度要求也高，所以孔系加工是箱體加工的關(guān)鍵。根據(jù)箱體生產(chǎn)批量不同和孔系精度要求不同，孔系加工所用的方法也不同。
⑴平行孔系的加工
所謂平行孔系是指這樣一些孔，它們的軸線互相平行且孔距也有精度要求。因此平行孔系加工的主要技術(shù)要求是保證孔的加工精度，保證各平行孔軸心線之間以及軸心線與基面之間的尺寸精度和相互位置精度。下面主要介紹生產(chǎn)中保證孔距精度的方法。
①找正法
找正法是工人在通用機(jī)床上利用輔助工具來找正要加工孔的正確位置的加工方法。這種方法加工效率低，一般只適用于單件小批生產(chǎn)。根
據(jù)實(shí)施找正的具體手段不同，找正法又可分為以下幾種：
Ⅰ劃線找正法。加工前按照零件圖紙要求在毛坯上劃出各孔的加工位置線，然后按劃線進(jìn)行找正和加工。劃線和找正時(shí)間較長，生產(chǎn)率低，而且加工出來的孔距精度也較低，一般為±0.3mm左右。為了提高劃線找正的精度，往往結(jié)合試切法進(jìn)行，即先按劃線找出正鏜出一孔，再按劃線將機(jī)床主軸調(diào)至第二孔中心，試鏜出一個(gè)比圖樣尺寸小的孔，測量兩孔的實(shí)際中心距，若不符合圖樣要求，則根據(jù)測量結(jié)果重新調(diào)整主軸的位置，再進(jìn)行試鏜、測量、調(diào)整，如此反復(fù)幾次，直至達(dá)到要求的孔距尺寸。劃線找正法操作難度較大，生產(chǎn)效率低，孔距精度較低，適用于單件小批生產(chǎn)中孔距精度要求不高的孔系加工。
Ⅱ心軸和塊規(guī)找正法 。如圖3-14所示，鏜第一排孔時(shí)將精密心軸插入主軸孔內(nèi)（或直接利用鏜床主軸），然后根據(jù)孔和定位基準(zhǔn)的距離組合一定尺寸的塊規(guī)來校正主軸位置。校正時(shí)用塞尺測量塊規(guī)與心軸之間的間隙，以避免塊規(guī)與心軸直接接觸而損傷塊規(guī)（圖3-14a）。鏜第二排孔時(shí)，分別在機(jī)床主軸和已加工孔中插入心軸，采用同樣的方法來校正主軸軸線的位置圖（3-14b）。這種找正法的孔心距精度可達(dá)±0.03mm。
圖3-14 用心軸和塊規(guī)找正
a）第一工位 b）第二工位
1—心軸 2—鏜床主軸 3—塊規(guī) 4—塞尺 5—鏜床工作臺
Ⅲ樣板找正法 。如圖3-15所示，用10～20mm厚的鋼板按箱體的孔系關(guān)系制造樣板1，樣板上的孔距精度較箱體孔系的孔距精度高（一般為±0.01mm），樣板上的孔徑較工件孔徑大，以便于鏜桿通過。樣板上孔徑尺寸精度要求不高，但有較高的形狀精度和較細(xì)的表面粗糙度。使用時(shí)將樣板準(zhǔn)確地裝到工件上(垂直于各孔的端面)，，在機(jī)床主軸上裝一個(gè)千分表2，按樣板逐個(gè)找正主軸位置，換上鏜刀即可加工。此法加工中找正迅速，不易出錯(cuò)，孔距精度可達(dá)±0.05mm，且樣板成本低（僅為鏜模成本的1/7～1/9），常用于小批量大型箱體的加工。
圖3-15樣板找正法
②坐標(biāo)法
坐標(biāo)法鏜孔是加工前先將圖紙上被加工孔系間的孔距尺寸及其公差換算為以機(jī)床主軸中心為原點(diǎn)的相互垂直的坐標(biāo)尺寸及公差，加工時(shí)借助于機(jī)床設(shè)備上的測量裝置，調(diào)整機(jī)床主軸與工件在水平與垂直方向的相對位置，從而保證孔距精度的一種鏜孔方法。進(jìn)行尺寸換算時(shí)，可利用三角幾何關(guān)系及工藝尺寸鏈理論推算，復(fù)雜時(shí)可由計(jì)算機(jī)應(yīng)用相應(yīng)的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換計(jì)算程序完成。
坐標(biāo)法鏜孔的孔距精度取決于坐標(biāo)位移精度，歸根結(jié)底取決于機(jī)床坐標(biāo)測量裝置的精度。目前，生產(chǎn)實(shí)際中采用坐標(biāo)法加工孔系的機(jī)床有兩類：一類如坐標(biāo)鏜床、數(shù)控鏜銑床或加工中心，自身具有精確的坐標(biāo)測量系統(tǒng)，可進(jìn)行高精度的坐標(biāo)位移、定位及測量等坐標(biāo)控制；另一類沒有精密坐標(biāo)位移及測量裝置，如普通鏜床等。用前一類機(jī)床加工孔系，孔距精度主要由機(jī)床本身的坐標(biāo)控制精度決定。用后一類機(jī)床加工孔系，往往采用相應(yīng)的工藝措施以保證坐標(biāo)位移精度，較常用的有：
Ⅰ利用百分表與塊規(guī)測量裝置。圖3-16為在普通鏜床上用百分表1和塊規(guī)2調(diào)整主軸垂直坐標(biāo)和工作臺水平坐標(biāo)的示意圖，所控制的位置精度可達(dá)±0.02～0.04mm。該法調(diào)整難度大且效率低，僅用于單件小批量生產(chǎn)。
圖3-16 在普通鏜床上用坐標(biāo)法加工孔系
1—百分表 2—塊規(guī)
Ⅱ加裝精密測量裝置。該方法是在普通機(jī)床上加裝一套由金屬線紋尺和光學(xué)讀數(shù)頭組成的精密長度測量裝置。該裝置操作方便，精度較高，光學(xué)讀數(shù)頭的讀數(shù)精度為0.01mm，可將普通鏜床
的位移定位精度提高到0.02mm左右。這種方法提高了普通機(jī)床的運(yùn)動部件位移測量精度，既經(jīng)濟(jì)又實(shí)用，應(yīng)用廣泛。
采用坐標(biāo)法加工孔系時(shí)，應(yīng)特別注意基準(zhǔn)孔和鏜孔順序的選擇，否則，坐標(biāo)尺寸的累積誤差會影響孔距精度�；鶞�(zhǔn)孔應(yīng)選擇本身尺寸精度高、表面粗糙度值小的孔，以使在加工過程中可方便地校驗(yàn)其坐標(biāo)尺寸。有孔距精度要求的兩孔應(yīng)連在一起加工以減少累積誤差；加工中盡可能使工作臺向一個(gè)方向移動，避免工作臺往復(fù)移動而由進(jìn)給機(jī)構(gòu)的間隙造成累積誤差。
③鏜模法
鏜模法加工孔系是利用鏜模板上的孔系保證工件上孔系位置精度的一種方法，在中批生產(chǎn)和大批大量生產(chǎn)中被廣泛采用。鏜孔時(shí)，工件裝夾在鏜模上，鏜桿被支撐在鏜模的導(dǎo)套里，由導(dǎo)套引導(dǎo)鏜桿在工件的正確位置上鏜孔。當(dāng)用兩個(gè)或兩個(gè)以上的支架引導(dǎo)鏜桿時(shí)，鏜桿與機(jī)床主軸大多采用浮動連接，這種情況下機(jī)床主軸的回轉(zhuǎn)精度對加工精度影響很小，孔距精度主要取決于鏜模的制造精度。圖3-17為鏜桿與機(jī)床主軸浮動連接的一種結(jié)構(gòu)形式。
用鏜模法加工孔系時(shí)，工藝系統(tǒng)的剛度大大提高，有利于多刀同時(shí)切削，定位加緊迅速，節(jié)省了找正、調(diào)整等輔助時(shí)間，生產(chǎn)效率高。當(dāng)然，由于鏜模自身存在制造誤差，導(dǎo)套與鏜桿之間存在間隙和磨損，故孔系的加工精度不會很高，孔距精度一般為±0.05mm，同軸度和平行度可達(dá)0.02～0.05mm。另外，鏜模精度高、制造成本高、周期長，所以鏜模法主要適合于批量生產(chǎn)的中小型箱體。
圖3-17鏜桿浮動聯(lián)接頭
⑵同軸孔系的加工
同軸孔系的加工主要是保證各孔的同軸度精度。成批生產(chǎn)中，一般采用鏜模法，所以同軸度精度由鏜模保證。單件小批量生產(chǎn)中，同軸度精度的保證可采取如下的工藝方法：
①利用已加工孔作支承導(dǎo)向
如圖3-18所示，當(dāng)加工箱壁相距較近的同軸孔時(shí)，箱體前壁上的孔加工完畢后，在孔內(nèi)裝一導(dǎo)向套，支承和引導(dǎo)鏜桿加工后壁上的孔，以保證兩孔的同軸度要求。
圖3-18 利用已加工孔作支承導(dǎo)向
②利用鏜床后立柱上的導(dǎo)向套支承導(dǎo)向
這種方法鏜桿兩端支承，剛性好，但調(diào)整麻煩，鏜桿較長，往往用于大型箱體的加工。
③采用調(diào)頭鏜
當(dāng)箱體箱壁上的同軸孔相距較遠(yuǎn)時(shí)，采用調(diào)頭鏜較為合適。加工時(shí)，工件一次裝夾完，鏜好一端的孔后，將鏜床工作臺回轉(zhuǎn)180o，再鏜另一端的孔�？紤]到調(diào)整工作臺回轉(zhuǎn)后會帶來誤差，所以實(shí)際加工中一般用工藝基面校正，具體方法如下：鏜孔前用裝在鏜桿上的百分表對箱體上的與所鏜孔軸線平行的工藝基面進(jìn)行校正，使其和鏜桿軸線平行，如圖3-19a所示。當(dāng)加工完A壁上的孔后，工作臺回轉(zhuǎn)180o，并用鏜桿上的百分表沿此工藝基面重新校正，如圖3-19b所示。校正時(shí)使鏜桿軸線與A壁上的孔軸線重合，再鏜B壁上的孔。
圖3-19 調(diào)頭鏜對工件的校正
⑶交叉孔系的加工
交叉孔系的加工主要技術(shù)要求是控制相關(guān)孔的垂直度誤差。成批生產(chǎn)中多采用鏜模法，垂直度誤差主要由鏜模保證。單件小批生產(chǎn)時(shí)，一般靠普通鏜床工作臺上的90o對準(zhǔn)裝置，該裝置是擋塊結(jié)構(gòu)，對準(zhǔn)精度低（T68的出廠精度為0.04mm/900mm，相當(dāng)于8〞），所以還要借助找正來加工。找正方法如圖3-20所示，在已加工孔中插入心棒，然后將工作臺旋轉(zhuǎn)90o，搖動工作臺用百分表找正。
圖3-20 找正法加工交叉孔系
3.2.3箱體機(jī)械加工工藝過程分析
1.箱體零件機(jī)械加工工藝過程
箱體零件的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工表面多，但主要加工表面是平面和孔。通常平面的加工精度相對來說較易保證，而精度要求較高的支承孔以及孔與孔之間、孔與平面之間的相互位置精度則較難保證，往往是箱體加工的關(guān)鍵。所以在制定箱體加工工藝過程時(shí)，應(yīng)重點(diǎn)考慮如保證孔的自身精度及孔與孔、平面之間的相互位置精度，尤其
要注意重要孔與重要的基準(zhǔn)平面（常作為裝配基面、定位基準(zhǔn)、工序基準(zhǔn)）之間的關(guān)系。當(dāng)然，所制定的工藝過程還應(yīng)適合箱體生產(chǎn)批量和工廠具備的條件。
表3-4為某車床主軸箱（圖3-10）的大批生產(chǎn)工藝過程。
表3-4 某主軸箱大批生產(chǎn)工藝過程
序號
工序內(nèi)容
定位基準(zhǔn)
序號
工序內(nèi)容
定位基準(zhǔn)
1
鑄造
10
精镋各縱向孔
頂面A 及兩工藝孔
2
時(shí)效
11
精镋主軸孔Ⅰ
頂面A 及兩工藝孔
3
油漆
12
加工橫向孔及各面上的次要孔
4
銑頂面A
Ⅰ孔與Ⅱ孔
13
磨B、C導(dǎo)軌面及前面D
頂面A 及兩工藝孔
5
鉆、擴(kuò)、鉸2-Ø8H7工藝孔
頂面積A及外形
14
將2-Ø8H7及4-Ø7.8mm均擴(kuò)鉆至Ø8.5mm,攻6-M10
6
銑兩端面E、F及前面D
頂面A及兩個(gè)工藝孔
7
銑導(dǎo)軌面B、C
頂面A及兩個(gè)工藝孔
15
清洗、去毛刺、倒角
8
磨頂面A
導(dǎo)軌面B、C
16
檢驗(yàn)
9
粗鏜各縱向孔
頂面A及兩個(gè)工藝孔
2.箱體類零件機(jī)械加工工藝過程分析
⑴擬定箱體類零件機(jī)械加工工藝過程的基本原則為：
①先面后孔的加工順序
箱體類零件的加工順序均為先加工面，以加工好的平面定位，再來加工孔。因?yàn)橄潴w孔的精度要求高，加工難度大，先以孔為粗基準(zhǔn)加工好平面，再以平面為精基準(zhǔn)加工孔，這樣既能為孔的加工提供穩(wěn)定可靠的精基準(zhǔn)，同時(shí)可以使孔的加工余量均勻。由于箱體上的孔一般分布在外壁和中間隔壁的平面上的，先加工平面，可切去鑄件表面的凹凸不平及夾砂等缺陷，這不僅有利于以后工序的孔加工（例如，鉆孔時(shí)可減少鉆頭引偏），也有利于保護(hù)刀具、對刀和調(diào)整。
表3-4中主軸箱大批生產(chǎn)時(shí)，先將頂面A磨好后才能加工孔系。
②加工階段粗、精分開
箱體重要加工表面都要分為粗、精加工兩個(gè)階段，這樣減小或避免粗加工產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力和切削熱對加工精度的影響，以保證加工質(zhì)量；粗、精加工分開還可以根據(jù)不同的加工特點(diǎn)和要求，合理選擇加工設(shè)備，便于低精度、高功率設(shè)備充分發(fā)揮其功能，而高精度設(shè)備則可以延長使用壽命，提高了經(jīng)濟(jì)效益；粗、精加工分開也可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)毛坯缺陷，避免浪費(fèi)，
工程
《機(jī)械制造技術(shù)教程_3典型零件加工工藝》(http://www.lotusphilosophies.com)。但是，對單件小批量的箱體加工，如果從工序上嚴(yán)格區(qū)分粗、精加工，則機(jī)床、夾具數(shù)量要增加，工件運(yùn)輸工作量也會增加，所以實(shí)際生產(chǎn)中多將粗、精加工在一道工序內(nèi)完成，但要采取一定的工藝措施，如粗加工后將工件松開一點(diǎn)，然后再用較小的夾緊力夾緊工件，使工件因夾緊力而產(chǎn)生的彈性變形在精加工前得以恢復(fù)。
③工序間安排時(shí)效處理
箱體毛坯結(jié)構(gòu)復(fù)雜，鑄造內(nèi)應(yīng)力較大。為了消除內(nèi)應(yīng)力，減少變形，保持精度的穩(wěn)定，鑄造之后要安排人工時(shí)效處理。主軸箱體人工時(shí)效的規(guī)范為：加熱到500~550℃,加熱速度50~120℃/h，保溫4~6h ,冷卻速度≤30℃/h,出爐溫度≤200℃。
普通精度的箱體，一般在鑄造之后安排一次人工時(shí)效處理。對一些高精度的箱體或形狀特別復(fù)雜的箱體，在粗加工之后還要安排一次人工時(shí)效處理，以消除粗加工所造成的殘余應(yīng)力。有些精度要求不高的箱體毛坯，有時(shí)不安排時(shí)效處理，而是利用粗、精加工工序間的停放和運(yùn)輸時(shí)間，使之進(jìn)行自然時(shí)效。
④選擇箱體上的重要基準(zhǔn)孔作粗基準(zhǔn)
箱體零件的粗基準(zhǔn)一般都采用它上面的重要孔作粗基準(zhǔn)，如主軸箱都用主軸孔作粗基準(zhǔn)。
⑵箱體零件加工的具體工藝問題
①粗基準(zhǔn)的選擇
雖然箱體類零件一般都采用重要孔為粗基準(zhǔn)，隨著生產(chǎn)類型不同，實(shí)現(xiàn)以主軸孔為粗基準(zhǔn)的工件裝夾方式是不同的。
中小批生產(chǎn)時(shí)，由于毛坯精度較低，一般采用劃線裝夾，加工箱體平面時(shí)，按線找正裝夾工件即可。
大批大量生產(chǎn)時(shí)，毛坯精度較高，可采用圖3-21 所示的夾具裝夾。先將工件放在支承1、3、5上，使箱體側(cè)面緊靠支架4，箱體一端靠住擋銷6，這就完成了預(yù)定位。此時(shí)將液壓控制的兩短軸7伸入主軸孔中，每個(gè)短軸上的三個(gè)活動支柱8分別頂住主軸孔內(nèi)的毛面，將工件抬起。離開1、3、5支承面，使主軸孔軸線與夾具的兩短軸軸線重合，此時(shí)主軸孔即為定位基準(zhǔn)。為了限制工件繞兩短軸7轉(zhuǎn)動的自由度，在工件抬起后，調(diào)節(jié)兩可調(diào)支承10，通過用樣板校正Ⅰ軸孔的位置，使箱體頂面基本成水平。再調(diào)節(jié)輔助支承2，使其與箱體底面接觸，使得工藝系統(tǒng)剛度得到提高。然后再將液壓控制的兩夾緊塊11伸入箱體兩端孔內(nèi)壓緊工件，即可進(jìn)行加工。
圖3-21 以主軸孔為粗基準(zhǔn)銑頂面的夾具
②精基準(zhǔn)的選擇
箱體加工精基準(zhǔn)的選擇與生產(chǎn)批量大小有關(guān)。
單件小批生產(chǎn)用裝配基準(zhǔn)作定位基準(zhǔn)。圖3-10車床主軸箱單件小批加工孔系時(shí)，選擇箱體底面導(dǎo)軌B、C面作為定位基準(zhǔn)。B、C面既是主軸孔的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)，也與箱體的主要縱向孔系、端面、側(cè)面有直接的位置關(guān)系，故選擇導(dǎo)軌面B、C作為定位基準(zhǔn)，不
僅消除了基準(zhǔn)不重合誤差，而且在加工各孔時(shí)，箱口朝上，便于安裝調(diào)整刀具、更換導(dǎo)向套、測量孔徑尺寸、觀察加工情況和加注切削液等。
這種定位方式的不足之處是刀具系統(tǒng)的剛度較差。加工箱體中間壁上的孔時(shí)，為了提高刀具系統(tǒng)的剛度，應(yīng)當(dāng)在箱體內(nèi)部相應(yīng)的部位設(shè)計(jì)鏜桿導(dǎo)向支承。由于箱體底部是封閉的，中間支承只能用如圖3-22所示的吊架從箱體頂面的開口處伸入箱體內(nèi)，每加工一件需裝卸一次，吊架剛性差，制造精度較低，經(jīng)常裝卸也容易產(chǎn)生誤差，且使加工的輔助時(shí)間增加，因此這種定位方式只適用于單件小批生產(chǎn)。
圖3-22 吊架式鏜模夾具
大批量生產(chǎn)是采用一面雙孔坐定位基準(zhǔn)。大批量生產(chǎn)的主軸箱常以頂面和兩定位銷孔為精基準(zhǔn)，如圖3-23所示。
這種定位方式，箱口朝下，中間導(dǎo)向支架可固定在夾具上。由于簡化了夾具結(jié)構(gòu)，提高了夾具的剛度，同時(shí)工具的裝卸也比較方便，因而提高了孔系的加工質(zhì)量和勞動生產(chǎn)率。
這一定位方式也存在一定的問題，由于定位基準(zhǔn)與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)不重合，產(chǎn)生了基準(zhǔn)不重合誤差。為保證箱體的加工精度，必須提高作為定位基準(zhǔn)的箱體頂面和兩定位銷孔的加工精度。因此，大批大量生產(chǎn)的主軸工藝過程中，安排了磨A面工序，要求嚴(yán)格控制頂面A的平面度和A面至底面、A面至主軸孔軸心線的尺寸精度與平行度，并將兩定位銷孔通過鉆、擴(kuò)、鉸等工序使其直徑精度提高到H7，增加了箱體加工的工作量。此外，這種定位方式的箱口朝下，還不便在加工中直接觀察加工情況，也無法在加工中測量尺寸和調(diào)整刀具（實(shí)際生產(chǎn)中采用定孔徑刀具直接保證加工精度）。
圖3-23 一面兩孔定位的鏜模
③所用設(shè)備因批量不同而異
單件小批生產(chǎn)一般都在通用機(jī)床上加工，各工序原則上靠工人技術(shù)熟練程度和機(jī)床工作精度來保證。除個(gè)別必須用專用夾具才能保證質(zhì)量的工序（如孔系加工）外，一般很少采用專用夾具。而大批量箱體的加工則廣泛采用組合加工機(jī)床、專用鏜床等。專用夾具也用得很多，這就大大地提高了生產(chǎn)率。
3.2.4箱體零件的數(shù)控加工
箱體零件大量生產(chǎn)時(shí)，多采用由組合機(jī)床與輸送裝置組成的自動線進(jìn)行加工，我國目前在汽車、拖拉機(jī)、柴油機(jī)等行業(yè)中，較廣泛地采用了自動線加工工藝。
現(xiàn)代機(jī)械制造業(yè)中，多品種、小批量的生產(chǎn)已逐步占據(jù)主導(dǎo)地位。像機(jī)床制造行業(yè)，為了適應(yīng)市場需要，品種與規(guī)格需經(jīng)常變化。顯然，品種與規(guī)格的變化必然導(dǎo)致箱體零件結(jié)構(gòu)與尺寸的改變，這樣就不能采用高效率的自動線加工工藝。但如果采用普通機(jī)床加工，則占用設(shè)備多，生產(chǎn)周期長，生產(chǎn)效率低，生產(chǎn)成本高。為了解決這一矛盾，現(xiàn)代機(jī)械制造企業(yè)大多利用功率大、功能多的精密“加工中心”機(jī)床組織生產(chǎn)。
所謂“加工中心”，就是帶有自動換刀裝置的數(shù)控鏜銑床。圖3-24是立式與臥式加工中心外形示意圖。各種刀具都存放在刀庫內(nèi)。工序轉(zhuǎn)換、刀具和切削參數(shù)選擇、各執(zhí)行部件的運(yùn)動都由程序控制來自動進(jìn)行。加工中心可對工件各個(gè)表面連續(xù)完成鉆、擴(kuò)、鏜、銑、锪、鉸、攻螺紋等多種工序，而且各工序理論上可以按任意順序安排。
a)立式加工中心 b)臥式加工中心
圖3-24 加工中心外形示意圖
箱體零件的數(shù)控加工與普通機(jī)床加工工藝原則上是一致的，如先面后孔的加工順序、粗精基準(zhǔn)選擇原則等，都與
普通加工一樣。但為了發(fā)揮數(shù)控機(jī)床或加工中心位移、定位精度高，能自動按程序運(yùn)行的優(yōu)點(diǎn)，箱體零件的數(shù)控加工與普通加工也有不同之處，有關(guān)問題讀者可查閱相關(guān)參考資料。
3.3 套筒零件加工
3.3.1概述
1.套筒類零件的功用與結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
機(jī)器中套筒零件的應(yīng)用非常廣泛，常見的套筒零件有液壓系統(tǒng)中的液壓缸、內(nèi)燃機(jī)上的氣缸套、支承回轉(zhuǎn)軸的各種形式的滑動軸承、夾具中的導(dǎo)向套等，如圖3-25所示。套筒類零件一般功用為支承和導(dǎo)向。
圖3-25常見的套筒零件
a)、b) 滑動軸承 c) 鉆套 d) 軸承襯套 e) 氣缸套 f) 液壓缸
套筒零件由于用途不同，其結(jié)構(gòu)和尺寸有著較大的差異，但仍有其共同特點(diǎn)：零件結(jié)構(gòu)不太復(fù)雜，主要表面為同軸要求較高的內(nèi)、外旋轉(zhuǎn)表面；多為薄壁件，容易變形；零件尺寸大小各異，但長度一般大于直徑，長徑比大于5的深孔比較多。
2.套筒類零件的技術(shù)要求
套筒零件各主要表面在機(jī)器中所起的作用不同，其技術(shù)要求差別較大，主要技術(shù)要求大致如下：
（1）內(nèi)孔的技術(shù)要求。內(nèi)孔是套筒零件起支承和導(dǎo)向作用最主要的表面，通常與運(yùn)動著的軸、刀具或活塞相配合。其直徑尺寸精度一般為IT7,精密軸承套為IT6；形狀公差一般應(yīng)控制在孔徑公差以內(nèi)，較精密的套筒應(yīng)控制在孔徑公差的1/3～1/2,甚至更小。對長套筒除了有圓度要求外，還對孔的圓柱度有要求。套筒零件的內(nèi)孔表面粗糙度Ra為2.5～0.16μm，某些精密套筒要求更高，Ra值可達(dá)0.04μm。
（2）外圓的技術(shù)要求。外圓表面一般起支承作用，通常以過渡或過盈配合與箱體或機(jī)架上的孔相配合。外圓表面直徑尺寸精度一般為IT6～I(xiàn)T7，形狀公差應(yīng)控制在外徑公差以內(nèi)，表面粗糙度Ra為5～0.63μm。
（3）各主要表面間的相互位置精度
①內(nèi)外圓之間的同軸度。若套筒是裝入機(jī)座上的孔之后再進(jìn)行最終加工，這時(shí)對套筒內(nèi)外圓間的同軸度要求較低；若套筒是在裝配前進(jìn)行最終加工則同軸度要求較高，一般為0.01～0.05mm。
②孔軸線與端面的垂直度。套筒端面如果在工作中承受軸向載荷，或是作為定位基準(zhǔn)和裝配基準(zhǔn)，這時(shí)端面與孔軸線有較高的垂直度或端面圓跳動要求，一般為0.02～0.05mm。
3.套筒類零件的材料要求與毛坯
套筒零件常用材料是鑄鐵、青銅、鋼等。有些要求較高的滑動軸承，為節(jié)省貴重材料而采用雙金屬結(jié)構(gòu)，即用離心鑄造法在鋼或鑄鐵套筒內(nèi)部澆注一層巴氏合金等材料，用來提高軸承壽命。
套筒零件毛坯的選擇，與材料、結(jié)構(gòu)尺寸、生產(chǎn)批量等因素有關(guān)。直徑較小（如d<20mm）的套筒一般選擇熱軋或冷拉棒料，或?qū)嵭蔫T件。直徑較大的套筒，常選用無縫鋼管或帶孔鑄、鍛件。生產(chǎn)批量較小時(shí)，可選擇型材、砂型鑄件或自由鍛件；大批量生產(chǎn)則應(yīng)選擇高效率、高精度毛坯，必要時(shí)可采用冷擠壓和粉末冶金等先進(jìn)的毛坯制造工藝。
3.3.2 套筒類零件加工工藝分析
下面以液壓缸為例，來說明套筒零件的加工工藝過程及其特點(diǎn)。
1.套筒零件的機(jī)械加工工藝過程
液壓系統(tǒng)中液壓缸體是比較典型的長套筒零件，結(jié)構(gòu)簡單，壁薄容易變形。如圖3－26所示為某液壓缸體，其主要技術(shù)要求為：①內(nèi)孔必須光潔，無縱向刻痕；②內(nèi)孔圓柱度誤差不大于0.04mm；③內(nèi)孔軸線的直線度誤差不大于0.15mm；④端面與內(nèi)孔軸線的垂直度不大于0.03mm；⑤內(nèi)孔對兩端支承外圓(φ82h6)的同軸度誤差不大于0.04mm；⑥若為鑄件,組織應(yīng)緊密,不得有砂眼,針孔及疏松,必要時(shí)要用泵驗(yàn)漏。
該液壓缸體加工面比較少，加工方法變化不大，其加工工藝過程見表3－5。
; 圖3－26液壓缸體簡圖
表3－5 液壓缸體加工工藝過程
序號
工序名稱
工序內(nèi)容
定位與夾緊
1
配料
無縫鋼管切斷
2
車
① 車端面及倒角；
三爪卡盤夾一端,搭中心架托外圓
② 車φ82mm外圓到φ88mm及M88x1.5mm螺紋(工藝圓)；
三爪卡盤夾一端,大頭頂尖頂另一端
③ 調(diào)頭車φ82mm外圓到φ84mm；
三爪卡盤夾一端,大頭頂尖頂另一端
④ 車端面及倒角取總長1686mm.(留加工余量1mm)。
三爪卡盤夾一端,搭中心架托φ84mm處
3
深孔推鏜
① 半精推鏜孔到φ68mm；
一端用M88X1.5mm.螺紋固定在夾具中，另一端搭中心架托φ84mm處
② 精推鏜孔到φ69.85mm；
③ 精鉸(浮動鏜刀鏜孔)到φ70H11,表面粗糙度Ra2.5um
4
滾壓孔
用滾壓頭滾φ70H11,表面粗糙度Ra0.32um。
一端螺紋固定在夾具中,另一端搭中心架
5
車
① 車去工藝螺紋,車φ82h6到尺寸，割R7槽。
軟爪夾一端,以孔定位頂另一端
② 鏜內(nèi)錐孔1°30′及車端面。
軟爪夾一端,中心架托另
一端(百分表找正孔)
③ 調(diào)頭,車82h6到尺寸，割R7槽。
軟爪夾一端,頂另一端
④ 鏜內(nèi)錐孔1°30′及車端面取總長1685mm。
軟爪夾一端,中心架托另一端(百分表找正孔)
2.套筒零件機(jī)械加工工藝分析
⑴液壓油缸體的技術(shù)要求
該液壓缸體主要加工表面為Φ70H11mm的內(nèi)孔及Φ82h6mm兩端外圓，尺寸精度、形狀精度要求較高。為保證活塞在液壓缸體內(nèi)移動順利且不漏油，還特別要求內(nèi)孔光潔無劃痕，不許用研磨劑研磨。兩端面對內(nèi)孔有垂直度要求，外圓面中間為非加工面，但A、B兩端外圓要求加工至Φ82h6mm，且 A、B兩端外圓的中心線要作為內(nèi)孔的基準(zhǔn)。
⑵加工方法的選擇
從上述工藝過程中可見套筒零件主要表面的加工多采用車或鏜削加工；為提高生產(chǎn)率和加工精度也可采用磨削加工。孔加工方法的選擇比較復(fù)雜，需要考慮生產(chǎn)批量、零件結(jié)構(gòu)及尺寸、精度和表面質(zhì)量的要求、長徑比等因素。對于精度要求較高的孔往往需要采用多種方法順次進(jìn)行加工，如根據(jù)該液壓缸的精度需要，內(nèi)孔的加工方法及加工順序?yàn)榘刖嚕ò刖歧M孔）——精車（精推鏜孔）——精鉸（浮動鏜）——滾壓孔。
⑶保證套筒零件表面位置精度的方法
套筒零件主要加工表面為內(nèi)孔、外圓表面，其加工中主要要解決的問題是如何保證內(nèi)孔和外孔的同軸度以及端面對孔軸線的垂直度要求。因此，套筒零件加工過程中的安裝是一個(gè)十分重要的問題。為保證各表面間的相互位置精度通常要注意以下幾個(gè)問題。
①套筒零件的粗精車（鏜）內(nèi)外圓一般在臥式車床或立式車床上進(jìn)行，精加工也可以在磨床上進(jìn)行。此時(shí)，常用三爪卡盤或四爪卡盤裝夾工件如圖3-27a、b，且經(jīng)常在一次安裝中完成內(nèi)外表面的全部加工。這種安裝方式可以消除由于多次安裝而帶來的安裝誤差，保證零件內(nèi)外圓的同軸度及端面與軸心線的垂直度。對于凸緣的短套筒，可先車凸緣端，然后調(diào)頭夾壓凸緣端，這種裝夾方式可防止因套筒剛度降低而產(chǎn)生變形（圖3-27c）。但是，這種方法由于工序比較集中，對尺寸較大的（尤其是長徑比較大）套筒安裝不方便，故多用于尺寸較小套筒的車削加工。
圖3-27 短套筒的安裝
②以內(nèi)孔與外孔互為基準(zhǔn)，反復(fù)加工以提高同軸度。
Ⅰ.以精加工好的內(nèi)孔作為定位基面，用心軸裝夾工件并用頂尖支承軸心。由于夾具（心軸）結(jié)構(gòu)簡單，而且制造安裝誤差比較小，因此可以保證比較高的同軸度要求，是套筒加工中常見的裝夾方法。
Ⅱ.以外圓作精基準(zhǔn)最終加工內(nèi)孔。采用這種方法裝夾工件迅速可靠，但因卡盤定心精度不高，且易使套筒產(chǎn)生夾緊變形，故加工后工件的形狀與位置精度較低。若要獲得較高的同軸度，則必須采用定心精度高的夾具，如彈性膜片卡盤、液性塑料夾具，經(jīng)過修磨的三爪卡盤和“軟爪”等。
⑷防止套筒變形的工藝措施
套筒零件由于壁薄，加工中常因夾緊力、切削力、內(nèi)應(yīng)力和切削熱的作用而產(chǎn)生變形。故在加工時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)。
①為減少切削力和切削熱的影響，粗、精加工應(yīng)分開進(jìn)行。使粗加工產(chǎn)生的熱變形在精加工中得到糾正。并應(yīng)嚴(yán)格控制精加工的切削用量，以減小零件加工時(shí)的形變。
②減少夾緊力的影響，工藝上可以采取以下措施：改變夾緊力的方向，即將徑向夾緊為軸向夾緊，使夾緊力作用在工件剛性較強(qiáng)的部位；當(dāng)需要徑向夾緊時(shí)，為減小夾緊變形和使變形均勻，應(yīng)盡可能使用徑向夾緊力沿圓周均勻分布，加工中可用過度套或彈性套及扇形爪來滿足要求；或者制造工藝凸邊或工藝螺紋，以減小夾緊變形。
③為減少熱處理變形的影響，熱處理工序應(yīng)置于粗加工之后、精加工之前，以便使熱處理引起的形變在精加工中得以糾正。
3.深孔加工
套筒類零件因使用要求與結(jié)構(gòu)需要，有時(shí)會有深孔。套筒零件的深孔加工與車床主軸的深孔加工（前述）方法及其特點(diǎn)基本一致，下面就其共性問題作一簡要討論。
孔的長度與直徑之比L/D>5時(shí)，一般稱為深孔。深孔按長徑比又可分為以下三類：
L/D=5～20屬一般深孔。如各類液壓
剛體的孔。這類孔在臥式車床、鉆床上用深孔刀具或接長的麻花鉆就可以加工。
L/D=20～30屬中等深孔。如各類機(jī)床主軸孔。這類孔在臥式車床上必須是用深孔刀具加工。
L/D=30～100屬特殊深孔。如槍管、炮管、電機(jī)轉(zhuǎn)子等。這類孔必須使用深孔機(jī)床或?qū)Ｓ迷O(shè)備，并使用深孔刀具加工。
⑴深孔加工的具體特點(diǎn)
鉆深孔時(shí)，要從孔中排出大量切屑，同時(shí)又要向切削區(qū)注放足夠的切削液。普通鉆頭由于排屑空間有限，切削液進(jìn)出通道沒有分開，無法注入高壓切削液。所以，冷卻、排屑是相當(dāng)困難的。另外，孔越深，鉆頭就越長，刀桿剛性也越差，鉆頭易產(chǎn)生歪斜，影響加工精度和生產(chǎn)率的提高。所以，深孔加工中必須首先解決排屑、導(dǎo)向和冷卻這幾個(gè)主要問題，以保證鉆孔精度，保持刀具正常工作，提高刀具壽命和生產(chǎn)率。
當(dāng)深孔的精度要求較高時(shí)，鉆削后還要進(jìn)行深孔鏜削或深孔鉸削。深孔鏜削與一般鏜削不同，它所使用的機(jī)床仍是深孔鉆床，在鉆桿上裝上深孔鏜刀頭，即可進(jìn)行粗、精鏜削。深孔鉸削是在深孔鉆床上對半精鏜后的深孔進(jìn)行精加工的方法。
⑵深孔加工時(shí)的排屑方式
①內(nèi)冷外排屑方式，高壓冷卻液從鉆桿內(nèi)孔注入，由刀桿與孔壁之間的空隙匯同切屑一起排出，見圖3-28a。
這種外排屑方式的特點(diǎn)是：刀具結(jié)構(gòu)簡單，不需用專用設(shè)備和專用輔具。排屑空間大，但切屑排出時(shí)易劃傷孔壁，孔面粗糙度值較大。適合于小直徑深孔鉆及深孔套料鉆。
②內(nèi)排屑方式，高壓切削液從刀桿外圍與工件孔壁間流入，在鉆桿內(nèi)孔匯同切屑一同排出，見圖3－28b。
圖3－28 深孔加工時(shí)的排屑方式
內(nèi)排屑方式的特點(diǎn)是：可增大刀桿外徑，提高刀桿剛度，有利于提高進(jìn)給量和生產(chǎn)率。采用高壓切削液將切屑從刀桿中沖出來，冷卻排屑效果好，也有利于刀桿的穩(wěn)定，從而提高孔的精度和降低孔的表面粗糙度值。但機(jī)床必須裝有受液器與液封，并須預(yù)設(shè)一套供液系統(tǒng)。
⑶深孔加工方式。深孔加工時(shí)、由于工件較長，工件安裝常采用“以夾一托”的方式，工件與刀具的運(yùn)動形式有以下三種。
①工件旋轉(zhuǎn)、刀具不轉(zhuǎn)只作進(jìn)給。這種加工方式多在臥式車床上用深孔刀具或用接長的麻花鉆加工中小型套筒類與軸類零件的深孔時(shí)應(yīng)用。
②工件旋轉(zhuǎn)、刀具旋轉(zhuǎn)并作進(jìn)給。這種加工方式大多在深孔鉆鏜床上和深孔刀具加工大型套筒類零件及軸類零件的深孔。這種加工方式由于鉆削速度高，因此鉆孔精度及生產(chǎn)率較高。
③工件不轉(zhuǎn)刀具旋轉(zhuǎn)并作進(jìn)給。這種鉆孔方式主要應(yīng)用在工件特別大且笨重，工件不宜轉(zhuǎn)動或孔的中心線不在旋轉(zhuǎn)中心上。這種加工方式易產(chǎn)生孔軸線的歪斜，鉆孔精度較差。
3.4圓柱齒輪加工
3.4.1．概述
1.圓柱齒輪的功用與結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
齒輪是機(jī)械傳動中應(yīng)用最廣泛的零件之一，它的功用是按規(guī)定的 比傳遞運(yùn)動和動力。圓柱齒輪因使用要求不同而有不同形狀，可以將它們分成是由輪齒和輪體兩部分構(gòu)成。按照輪齒的形式，齒輪可分為直齒斜齒和人字齒等 ；按照輪體的結(jié)構(gòu)，齒輪可大致分為盤形齒輪、套類齒輪、軸類齒輪、內(nèi)齒輪、扇形齒輪和齒條等。
2.圓柱齒輪的材料及毛坯
齒輪的材料種類很多。對于低速、輕載或中載的一些不重要的齒輪，常用45鋼制作，經(jīng)正火或調(diào)質(zhì)處理后，可改善金相組織和可加工性，一般對齒面進(jìn)行表面淬火處理。對于速度較高，受力較大或精度較高的齒輪，常采用20Cr、40Cr、20CrMnTi等合金鋼。其中40Cr晶粒細(xì)，淬火變形小。20CrMnTi采用滲碳淬火后，可使齒面硬度較高，心部韌性較好和抗彎性較強(qiáng)。38CrMoAl經(jīng)滲氮后，具有高的耐磨性和耐腐蝕性，用于制造高速齒輪。鑄鐵和非金屬材料可用于制造輕載齒輪。
齒輪毛坯的形式主要有棒料、鍛件和鑄件。棒料用于小尺寸、結(jié)構(gòu)簡單且強(qiáng)度要求較低的齒輪。鍛造毛坯用于強(qiáng)度要求較高、耐磨、
耐沖擊的齒輪。直徑大于400～600mm的齒輪常用鑄造毛坯。
3.圓柱齒輪的技術(shù)要求
⑴齒輪傳動精度
漸開線圓柱齒輪精度標(biāo)準(zhǔn)（GB10095-88）對齒輪及齒輪副規(guī)定了12個(gè)精度等級，第1級的精度最高，第12級的精度最低，按照誤差的特性及對傳動性能的主要影響，將齒輪的各項(xiàng)公差和極限偏差分成Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三個(gè)公差組，分別評定運(yùn)動精度、工作平穩(wěn)性精度和接觸精度。運(yùn)動精度要求能準(zhǔn)確傳遞運(yùn)動，傳動比恒定；工作平穩(wěn)性要求齒輪傳遞運(yùn)動平穩(wěn)，少無沖擊、振動和噪聲；接觸精度要求齒輪傳遞動力時(shí)，載荷沿齒面分布均勻。有關(guān)齒輪精度的具體規(guī)定讀者可參看國家標(biāo)準(zhǔn)。
⑵齒側(cè)間隙
齒側(cè)間隙是指齒輪嚙合時(shí)，輪齒非工作表面之間的法向間隙。為使齒輪副正常工作，齒輪嚙合時(shí)必須有一定的齒側(cè)間隙，以便貯存潤滑油，補(bǔ)償因溫度、彈性變形所引起的尺寸變化和加工裝配時(shí)的一些誤差。
⑶齒坯基準(zhǔn)面的精度
齒輪齒坯基準(zhǔn)表面的尺寸精度和形位精度直接影響齒輪的加工精度和傳動精度，齒輪在加工、檢驗(yàn)和安裝時(shí)的基準(zhǔn)面（包括徑向基準(zhǔn)面和軸向輔助基準(zhǔn)面）應(yīng)盡量一致。對于不同精度的齒輪齒坯公差可查閱有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。
⑷表面粗糙度
常用精度等級的輪齒表面粗糙度與基準(zhǔn)表面的粗糙度Ra的推薦值見表3-6。
表3-6 齒輪各表面的粗糙度Ra的推薦值
注：當(dāng)三個(gè)公差組的精度等級不同時(shí)，按最高的精度等級確定。
3.4.2圓柱齒輪加工的主要工藝問題
1.定位基準(zhǔn)的選擇與加工
齒輪加工時(shí)的定位基準(zhǔn)應(yīng)符合基準(zhǔn)重合與基準(zhǔn)統(tǒng)一的原則，對于小直徑的軸齒輪，可采用兩端中心孔為定位基準(zhǔn)；對于大直徑的軸齒輪，可采用軸頸和一個(gè)較大的端面定位；對帶孔齒輪，可采用孔和一個(gè)端面定位。
不同生產(chǎn)綱領(lǐng)下的齒輪定位基準(zhǔn)面的加工方案也不盡相同。帶孔齒輪定位基準(zhǔn)面的加工可采用如下方案：
①大批大量生產(chǎn)時(shí)，采用“鉆-拉-多刀車”的方案。毛坯經(jīng)過模鍛和正火后在鉆床上鉆孔，然后到拉床上拉孔，再以內(nèi)孔定心，在多刀或多軸半自動車床上對端面及外圓面進(jìn)行粗、精加工。
②中批生產(chǎn)時(shí)，采用“車-拉-多刀車”的方案。先在臥式車床或轉(zhuǎn)塔車床上對齒坯進(jìn)行粗車和鉆孔，然后拉孔，再以孔定位，精車端面和外圓。也可以充分發(fā)揮轉(zhuǎn)塔車床的功能，將齒坯在轉(zhuǎn)塔車床上一次加工完畢，省去拉孔工序。
③單件小批生產(chǎn)時(shí)，在臥式車床上完成孔、端面，外圓的粗、精加工。先加工完一端，再掉頭加工另一端。
齒輪淬火后，基準(zhǔn)孔常發(fā)生變形，要進(jìn)行修正�；鶞�(zhǔn)孔的修正一般采用磨孔工藝，其加工精度高，但效率低。對淬火變形不大，精度要求不高的齒輪，可采用推孔工藝。
2.齒形加工
齒形加工方法可分為無屑加工和切削加工兩類。無屑加工包括熱軋、冷軋、壓鑄、注塑、粉末冶金等，無屑加工生產(chǎn)率高，材料消耗小，成本低，但加工精度低，且易受材料塑性的影響。齒形切削加工精度高，應(yīng)用廣泛，又可分為仿形法和展成法兩種。仿形法采用有與被加工齒輪齒槽形狀相同的刀刃的成形刀具來進(jìn)行加工，常用的有模數(shù)銑刀銑齒、齒輪拉刀拉齒和成形砂輪磨齒。展成法的原理是使齒輪刀具（相當(dāng)于小齒輪或齒條）和齒坯（相當(dāng)于大齒輪）嚴(yán)格保持一對齒輪嚙合的運(yùn)動關(guān)系來進(jìn)行加工，常見的有滾齒、插齒、剃齒、珩齒、擠齒和磨齒等。齒形加工方法中，展成法加工精度和生產(chǎn)率較高，應(yīng)用十分廣泛。
⑴滾齒
1）滾齒的原理及工藝特點(diǎn)
滾齒加工原理即滾刀和工件相當(dāng)于齒輪齒條嚙合，齒輪滾刀是一個(gè)經(jīng)過開槽和鏟齒的蝸桿，具有切削刃和后角，其法向剖面近似于齒條，滾刀旋轉(zhuǎn)時(shí)，就相當(dāng)于齒條在連續(xù)地移動，被切齒輪的分度圓沿齒條節(jié)線作無滑動的純滾動，滾刀切削刃的包絡(luò)線就形成被切齒輪的齒廓曲線。
滾齒是齒形加工中生產(chǎn)效率最高、應(yīng)用最廣的一種方法。用
一把滾刀可加工模數(shù)相同而齒數(shù)和螺旋角不同的直齒圓柱齒輪、斜齒輪，滾齒法還可用于蝸輪加工。滾齒既可用于齒形的粗加工，也可用于精加工。滾齒加工精度一般為6～9級，對于8、9級精度齒輪，可直接滾齒得到，對于7級精度以上的齒輪，通常滾齒可作為齒形的粗加工或半精加工。當(dāng)采用AA級齒輪滾刀和高精度滾齒機(jī)時(shí)，可直接加工出7級精度以上的齒輪。
滾齒加工時(shí)齒面是由滾刀的刀齒包絡(luò)而成，由于參加切削的刀齒數(shù)有限，齒面的表面質(zhì)量不太高。為提高加工精度和齒面質(zhì)量，宜將粗、精滾齒分開。精滾的加工余量一般為0.5～1mm，且應(yīng)取較高的切削速度和較小的進(jìn)給量。
2）滾刀
為了使?jié)L刀能切出正確的齒形，滾刀切削刃必須在蝸桿的同一圓柱表面上，這個(gè)蝸桿稱為滾刀的基本蝸桿。滾刀的基本蝸桿有：漸開線、阿基米德和法向直廓三種。理論上，加工漸開線齒輪應(yīng)用漸開線蝸桿，但其制造困難；而阿基米德蝸桿軸向剖面的齒形為直線，易于制造，生產(chǎn)中常用阿基米德蝸桿代替漸開線蝸桿。為使基本蝸桿形成滾刀，要對其開槽，以形成前刀面和前角。模數(shù)1～10mm標(biāo)準(zhǔn)齒輪滾刀均為零前角直槽。為了形成后角，滾刀的頂刃和測刃都需鏟齒和鏟磨。
標(biāo)準(zhǔn)齒輪滾刀精度分為四級：AA、A、B、C。加工時(shí)應(yīng)按齒輪要求的精度，選用相應(yīng)的齒輪滾刀。一般，AA級滾刀可加工6～7級齒輪；A級可加工7～8級齒輪；B級可加工8～9級齒輪；C級可加工9～10級齒輪。
3）滾齒的加工精度分析
滾齒加工中，由于機(jī)床、刀具、夾具和齒坯再制造、安裝和調(diào)試中不可避免地存在一些誤差，因而被加工齒輪在尺寸、形狀和位置等方面也會產(chǎn)生一些誤差。它們影響齒輪傳動的準(zhǔn)確性、平穩(wěn)性、載荷分布的均勻性和齒側(cè)間隙。
①影響傳動準(zhǔn)確性的誤差分析
影響傳動準(zhǔn)確性的主要原因是在加工中滾刀和被加工齒輪的相對位置和相對運(yùn)動發(fā)生了變化。相對位置的變化（幾何偏心）產(chǎn)生齒輪的徑向誤差；相對運(yùn)動的變化（運(yùn)動偏心）產(chǎn)生齒輪的切向誤差。
Ⅰ齒輪徑向誤差
齒輪徑向誤差是指滾齒時(shí)，由于齒坯的實(shí)際回轉(zhuǎn)中心與其定為基準(zhǔn)中心不重合，使被切齒輪的輪齒發(fā)生徑向位移而引起的齒距誤差。如圖3-29所示：Ｏ為齒坯基準(zhǔn)孔中心（即測量或使用時(shí)中心），Ｏˊ為加工時(shí)的回轉(zhuǎn)中心，兩者不重合產(chǎn)生幾何偏心e。切齒時(shí)齒坯繞Ｏˊ回轉(zhuǎn)，切出的輪齒沿其分度圓分布均勻（如圖中實(shí)線圓的齒距p1=p2）,但在以Ｏ為中心測量或使用時(shí)，其分度圓上的輪齒的分布就不再均勻了（圖中雙點(diǎn)劃線圓的齒距p1′≠p2′）。這種齒距的變化是由于幾何偏心使齒廓徑向位移引起的，故稱為齒輪的徑向誤差，可通過齒圈徑向跳動△Fr和徑向綜合誤差△Fi來評定。
圖3-29 幾何偏心引起的徑向誤差
切齒時(shí)產(chǎn)生齒輪徑向誤差的主要原因有：a)安裝調(diào)整夾具時(shí)，定為軸心與機(jī)床工作臺回轉(zhuǎn)中心不重合；b)齒坯內(nèi)孔與心軸間有間隙，安裝偏心；c)基準(zhǔn)端面定位不好，加緊后內(nèi)孔相對工作臺回轉(zhuǎn)中心產(chǎn)生間隙。
Ⅱ齒輪切向誤差
齒輪切向誤差是指加工時(shí)，由于機(jī)床工作臺的不等速旋轉(zhuǎn)，使被切齒輪的輪齒沿切向（即圓周方向）發(fā)生位移所引起的齒距累積誤差。滾齒時(shí),刀具與齒坯間應(yīng)保持嚴(yán)格的展成運(yùn)動,但傳動鏈中各元件的制造和裝配誤差，必然產(chǎn)生傳動誤差,使刀具與齒坯間的相對運(yùn)動不均勻。如圖3-30所示,輪齒的理論位置沿分度圓分布均勻(雙點(diǎn)劃線表示)。設(shè)滾切齒1時(shí)齒坯的轉(zhuǎn)角誤差為0°,當(dāng)切齒2時(shí),理論上齒坯應(yīng)轉(zhuǎn)過∠AOB角,實(shí)際上由于存在轉(zhuǎn)角誤差,齒坯多轉(zhuǎn)了Δφ角,轉(zhuǎn)到∠AOC位置(實(shí)線表示),結(jié)果輪齒沿切向發(fā)生了位移。各輪齒的切向位移不等必然引起齒距累積誤差,影響傳遞運(yùn)動的準(zhǔn)確性。圖中可見2、8齒間的公法線長度時(shí)明顯大于4、6齒間的公法線長度。因此,機(jī)床分齒運(yùn)動不準(zhǔn)確所引起的齒
輪切向誤差,可通過公法線長度變化量ΔFw來評定。
影響傳動鏈誤差的主要原因是工作臺分度蝸輪本身齒距累積誤差及安裝偏心。
為了減少齒輪切向誤差，可提高分度蝸輪的制造精度和安裝精度和安裝精度，也可采用校正裝置去補(bǔ)償蝸輪的分度誤差。
②影響傳動平穩(wěn)性的加工誤差分析
影響傳動平穩(wěn)性的主要因素是齒輪的基節(jié)偏差ΔfPb和齒形誤差Δff。滾齒時(shí)工件的基節(jié)等于滾刀的基節(jié),基節(jié)偏差一般較小,而齒形誤差通常較大。齒形誤差是指被切齒廓偏離理論漸開線而產(chǎn)生的誤差,滾齒后常見的齒形誤差有:齒面出棱、齒形角誤差、齒形不對稱、周期誤差等,如圖3-31所示。
圖3-30齒輪的切向位移
產(chǎn)生齒形誤差的主要因素是滾刀的制造誤差、安裝誤差和機(jī)床分齒傳動鏈的傳動誤差。滾刀刀齒沿圓周等分不好或安裝后有較大的徑向跳動及軸向竄動,會引起齒面出棱；滾刀刀齒的齒形角誤差及前角0°不準(zhǔn)確,會引起齒形角誤差；滾刀前刀面與軸線不平行及滾刀對中不好,會引起齒形不對稱；滾刀安裝后的徑向跳動和軸向竄動,分齒掛輪的運(yùn)動誤差,分度蝸桿的徑向跳動和軸向竄動等小周期誤差,會引起周期誤差。
圖3-31 常見的齒形誤差
a) 出棱 b) 不對稱 c) 齒形角誤差 d) 周期誤差 e) 根切
為了保證齒形精度要求,應(yīng)根據(jù)齒輪的精度等級正確選擇滾刀和機(jī)床的精度,特別要注意滾刀的刃磨精度和安裝精度。
③影響載荷均勻性的加工誤差分析
齒輪齒面的接觸狀況直接影響齒輪傳動中載荷的均勻性。齒輪齒高方向的接觸精度,由齒形精度和基節(jié)精度來保證；齒寬方向的接觸精度,主要受齒向誤差ΔFb的影響。
齒向誤差是指輪齒齒向偏離理論位置。產(chǎn)生齒向誤差的主要因素是滾刀進(jìn)給方向與齒坯定位心軸不平行，包括齒坯定位心軸安裝歪斜，刀架導(dǎo)軌相對工作臺回轉(zhuǎn)中心在齒坯徑向或切向不平行。此外，差動交換齒輪傳動比計(jì)算不夠精確會引起斜齒輪的齒向誤差。
減少齒向誤差的措施有：a)提高夾具制造與安裝精度；b)提高齒坯加工精度；c)導(dǎo)軌磨損后及時(shí)修刮；d)加工斜齒輪時(shí)，差動交換齒輪傳動比計(jì)算應(yīng)精確至小數(shù)點(diǎn)后5～6位。
⑵插齒
１）插齒的原理和工藝特點(diǎn)
插齒的加工原理為插齒刀與工件相當(dāng)于一對平行軸的圓柱直齒輪嚙合，一個(gè)齒輪磨出前后角以形成切削刃即插刀，通過嚴(yán)格的嚙合運(yùn)動，其包絡(luò)線形成齒形。
插齒是齒形切削加工方法中應(yīng)用范圍最廣的一種,可加工圓柱直齒輪、多聯(lián)齒輪、內(nèi)齒輪、扇形齒輪和齒條等；配上專門附件，也可加工斜齒輪。插齒既可用于齒形的粗加工，也可用于精加工。插齒精度一般為7～9級，最高可達(dá)6級。插齒過程為往復(fù)運(yùn)動，有空行程；插齒系統(tǒng)剛度較差，切削用量不宜太大，故一般插齒的生產(chǎn)率比滾齒低。插齒多用于中小模數(shù)齒輪的加工。
２）插齒刀
插齒刀有盤形，碗形和帶錐柄三種類型（圖3-32）。盤形插齒刀以內(nèi)孔和端面定位，用螺母緊固在機(jī)床主軸上，主要用于加工直齒外齒輪及大模數(shù)的內(nèi)齒輪；碗形插齒刀以內(nèi)孔和端面定位，夾緊螺母可容納在刀體內(nèi)，主要用于加工多聯(lián)齒輪和帶凸肩的齒輪；錐柄插齒刀用帶有內(nèi)錐孔的專用接頭與機(jī)床主軸連接，主要用于加工內(nèi)齒輪。
圖3-32 插齒刀的類型
插齒刀有三個(gè)精度等級：AA級適用于加工6級精度的齒輪；A級適用于加工7級精度的齒輪；B級適用于加工8級精度的齒輪。一般可根據(jù)被加工齒輪的傳動平穩(wěn)性精度等級選取相應(yīng)的插齒刀。
3）插齒的加工質(zhì)量分析
①傳動準(zhǔn)確性
齒坯安裝時(shí)的幾何偏心使工件產(chǎn)生徑向位移，造成齒圈徑向跳動；工作臺分度蝸輪的運(yùn)動偏心使工件產(chǎn)生切向位移，造成公法線長度變動，這與滾齒相同。但插齒傳動鏈中多了刀具蝸桿副，且插齒刀全部刀齒參加切削，其本身制造的齒距累積誤
差和安裝誤差，使插齒時(shí)齒輪沿切向產(chǎn)生較大的齒距累積誤差，因而使插齒的公法線長度變動比滾齒大。
②傳動平穩(wěn)性
插齒刀設(shè)計(jì)時(shí)無近似誤差，制造時(shí)可用磨削方法獲得精確的齒形，所以插齒的齒形誤差比滾齒小。
③載荷分布均勻性
機(jī)床刀架導(dǎo)軌對工作臺回轉(zhuǎn)中心的平行度，使工件產(chǎn)生齒向誤差，這與滾齒相同；但插齒上下往復(fù)運(yùn)動頻繁，導(dǎo)軌易磨損，且刀具剛性差，因此插齒的齒向誤差比滾齒大。
④表面粗糙度
滾齒時(shí)滾刀頭數(shù)、刀槽數(shù)一定，切齒的包絡(luò)刀刃數(shù)有限；而插齒圓周進(jìn)給量可調(diào)，使要齒的包絡(luò)刀刃數(shù)遠(yuǎn)比滾齒多，故插齒的齒面粗糙度值比滾齒小。
⑶剃齒
1）剃齒原理和剃齒刀
剃齒加工如同一對斜齒輪嚙合，如圖3-33a所示，因螺旋角不同，其軸線交錯(cuò)一個(gè)角度φ，剃齒刀回轉(zhuǎn)時(shí)，其圓周速度V可分解為兩個(gè)分量：一個(gè)與輪齒方向垂直的法向分速度Vn，以帶動工件旋轉(zhuǎn)；另一個(gè)與輪齒方向平行的齒向分速度Vt，使兩嚙合齒面產(chǎn)生相對滑移。剃齒刀實(shí)質(zhì)上是一個(gè)高精度的斜齒輪，在齒面上開有小槽，沿漸開線方向形成刀刃（圖3-33b），剃齒刀在Vt和一定壓力的作用下，從工件齒面上剃下很薄的切屑，且在嚙合過程中逐漸把余量切除。
圖3-33 剃齒原理示意圖
1—剃齒刀 2—工件
剃齒時(shí)剃齒刀和齒輪是無側(cè)隙雙面嚙合，剃齒刀刀齒的兩側(cè)面都能進(jìn)行切削。由圖3-33c截面可見，按Vt方向，刀齒兩側(cè)的切削角是不同的，A側(cè)為銳邊具有正前角，起切削作用；B側(cè)為鈍邊具有負(fù)前角，起擠壓作用。當(dāng)剃齒刀反向時(shí)，Vt也反向，剃齒刀兩側(cè)刀刃的作用互換，使輪齒兩側(cè)均能得到剃削。剃齒需具備以下運(yùn)動：①剃齒刀高速正反轉(zhuǎn)一主運(yùn)動；②工件沿軸向往復(fù)進(jìn)給運(yùn)動---剃出全齒寬；③工件每一往復(fù)行程后的徑向進(jìn)給運(yùn)動---剃出全齒深。由上述剃齒原理可知，剃齒刀由機(jī)床傳動鏈帶動旋轉(zhuǎn)，而工件由剃齒刀帶動，它們之間并無強(qiáng)制性的展成運(yùn)動，是自由對滾，故機(jī)床傳動鏈短，結(jié)構(gòu)簡單。
通用剃齒刀的制造精度分A、B、C三級，分別用于加工6、7、8級齒輪；剃齒刀的螺旋角有15°、10°、5°三種，15°和5°應(yīng)用最廣，15°多用于加工直齒圓柱齒輪，5°多用于加斜齒輪和多聯(lián)齒輪中的小齒輪。剃齒時(shí)兩軸線交錯(cuò)角φ不宜超過20o，否則剃齒效果不好。剃齒刀安裝后，應(yīng)認(rèn)真檢查其端面跳動和徑向跳動，交錯(cuò)角φ可通過試切調(diào)整。
2）剃齒的工藝特點(diǎn)
剃齒是齒輪精加工方法之一。剃齒后的齒輪精度一般可達(dá)6-7級，齒面粗糙度值為Ra0.8-0.2μm，剃齒對各種誤差的修正情況如下：
①齒圈徑向跳動ΔFr 剃前具有徑向圓跳動的齒輪，在開始剃齒時(shí)，刀具不會同齒輪上各輪齒均作無側(cè)隙嚙合，而是先同距中心較遠(yuǎn)的輪齒作無側(cè)隙嚙合并進(jìn)行剃齒。隨著徑向進(jìn)給的增加，與刀具作無側(cè)隙嚙合的輪齒逐漸增加，齒圈徑向圓跳動也就逐漸減少。當(dāng)全部輪齒進(jìn)入無側(cè)隙嚙合時(shí)，齒圈徑向圓跳動誤差全被消除，即剃齒對ΔFr有較強(qiáng)的修正能力。
②公法線長度變動ΔFwww 若剃前齒輪無齒圈徑向圓跳動，剃齒時(shí)，由于刀具與工件雙面嚙合和工件的徑向進(jìn)給，使刀具作用在輪齒兩側(cè)的壓力相等，兩側(cè)被剃削的余量也相等。因此，原來沿圓周方向齒距分布不均的輪齒，剃后齒距分布依然不均。故其公法線長度變動沒有的到修正。實(shí)際上，剃前齒輪總存在一些齒圈徑向圓跳動，在剃除齒輪徑向圓跳動的過程中，各輪齒被剃除的余量不等，從而導(dǎo)致公法線長度變動加大，故剃齒對ΔFw的修正能力很小。
③基節(jié)偏差Δｆpb和齒形誤差Δff 剃齒時(shí)通常剃齒刀與工件有兩對齒嚙合（圖3-34）。若剃齒刀1和工件2的基節(jié)相等，兩對齒在A、B、C三點(diǎn)接觸，在A、C兩點(diǎn)切下的金屬相等；若
工件的基節(jié)大于剃齒刀基節(jié)，即Pb2>Pb1,則A點(diǎn)接觸，C點(diǎn)切去較多的金屬，齒輪基節(jié)減小，直至等于剃齒刀基節(jié)為止。因此，剃齒對Δfpb的校正能力較強(qiáng)。
圖3-34 剃齒對基節(jié)誤差的修正
1—剃齒刀 2—工件
齒輪有齒形誤差時(shí)，則同一齒面與剃齒刀齒面各點(diǎn)嚙合時(shí)，各處的齒距不等，那么，剃齒刀就如同修正基節(jié)偏差一樣，修正各處的齒形誤差。因此，剃齒對Δff也有較強(qiáng)的修正能力，但剃后在齒輪的節(jié)圓附近出現(xiàn)中凹現(xiàn)象（圖3-34b）。其原因是在節(jié)圓附近只有一個(gè)齒在被剃削，齒面嚙合處的壓力就大，剃齒力大，故多剃去了一些金屬。這種齒面中凹現(xiàn)象常通過修磨剃齒刀使其齒形中凹來解決，也可用減少剃齒余量和徑向進(jìn)給量來彌補(bǔ)。
④齒向誤差Δfb 剃齒前仔細(xì)調(diào)整機(jī)床前后頂尖同軸及剃齒刀與齒輪兩者軸線交錯(cuò)角φ，就能使齒輪的齒向誤差得到較大的修正。
綜上所述，由于剃齒刀與工件自由對滾而無強(qiáng)制性的嚙合運(yùn)動，剃齒對齒輪傳動的準(zhǔn)確性提高不多，對傳動的平穩(wěn)性和載荷分布均勻性都有較大提高，且齒面粗糙度值較小。
剃齒生產(chǎn)率很高，剃削中等尺寸的齒輪只需2-4min，比磨齒效率高10倍以上，機(jī)床結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)整操作方便，輔助時(shí)間短；刀具耐用度高，但價(jià)格昂貴，修磨不便。故剃齒廣泛用于成批大量生產(chǎn)中未淬硬的齒輪精加工。近年來，由于含鈷、鉬成分較高的高性能高速鋼刀具的應(yīng)用，使剃齒也能進(jìn)行硬齒面（45～55HRC）的齒輪精加工，加工精度可達(dá)7級，齒面的表面粗糙度值Ra為0.8～1.6μm。但淬硬前的精度應(yīng)提高一級，留硬剃余量為0.01～0.03mm。
⑷珩齒
珩齒是齒輪熱處理后的一種光整加工方法。珩齒原理與剃齒相似，珩輪與工件是一對斜齒輪副無側(cè)隙的自由緊密結(jié)合，如圖3-35b所示，珩齒所用的刀具（即珩輪）是一個(gè)由磨料、環(huán)氧樹脂等原料混合后在鐵芯上澆鑄而成的斜齒輪（圖3-35a）。珩輪回轉(zhuǎn)時(shí)的圓周速度V，可分解為法向分速度Vn，以帶動工件回轉(zhuǎn)；齒向分速度Vt，使珩輪與工件產(chǎn)生相對滑移。珩輪上的磨料借助珩輪齒面和工件齒面間的相對滑移速度Vt磨去工件齒面上的微薄金屬。
圖3-35 珩齒原理
珩齒的運(yùn)動與剃齒基本相同，即珩輪帶動工件高速正反轉(zhuǎn)；工件沿軸向往復(fù)運(yùn)動及工件徑向進(jìn)給運(yùn)動。所不同的是其徑向進(jìn)給是在開車后一次進(jìn)給到預(yù)定位置。因此珩齒開始時(shí)齒面壓力較大，隨后逐漸減小，直至壓力消失時(shí)珩齒便結(jié)束。
珩齒時(shí)，齒面間除沿齒向產(chǎn)生相對滑移進(jìn)行切削外，沿漸開線方向的滑動使磨粒也能切削，因此齒面形成交叉復(fù)雜的刀痕，其齒面的表面粗糙度Ra可達(dá)0.8～0.4µm，且齒面不會燒傷，表面質(zhì)量較好。
珩齒方法有外嚙合珩齒、內(nèi)嚙合珩齒和蝸桿狀珩磨輪珩齒三種，如圖3-36所示。
圖3-36珩齒方法
a) 外嚙合珩齒 b) 內(nèi)嚙合珩齒 c) 蝸桿狀珩磨輪珩齒
珩磨輪的精度對于珩齒精度影響極大。被珩齒輪的誤差由珩輪修正，且珩輪的誤差也直接反映到齒輪上，因此要提高珩齒精度，就必須采用高精度的珩輪。
珩齒對齒輪的傳動平穩(wěn)性誤差修正能力較強(qiáng)；對傳動準(zhǔn)確性誤差修正能力較差；對齒向誤差有一定的修正能力。
珩齒余量一般為單邊0.01～0.02mm，珩輪轉(zhuǎn)速在1000r/min以上，一般工作臺3～5個(gè)往復(fù)行程即可完成珩齒，生產(chǎn)率很高（一般約一分鐘珩一個(gè)齒輪）。
珩齒設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，在剃齒機(jī)上即可珩齒。珩輪澆注簡單，成本低。故珩齒多用于成批生產(chǎn)中淬火
后齒形的精加工，加工精度可達(dá)6～7級。
⑸擠齒
擠齒是一種齒輪無屑光整加工新工藝，可用來代替剃齒。擠齒時(shí)擠輪與被擠齒輪軸線平行，兩擠輪同向旋轉(zhuǎn)帶動齒輪作無側(cè)隙嚙合的自由對滾，如圖3-37所示。擠輪實(shí)質(zhì)上是一個(gè)高精度的圓柱齒輪，其寬度大于被擠齒輪寬度，擠輪連續(xù)徑向進(jìn)給對工件施加壓力，使工件齒廓表層金屬產(chǎn)生塑性變形，以修正齒輪誤差和提高表面質(zhì)量。
圖3-37 擠齒原理
1-被擠齒輪；2-擠輪
擠齒為淬火前的齒輪精加工，一般精度可達(dá)6～7級，表面粗糙度值Ra為0.4～0.1µm；且被擠齒輪強(qiáng)度高，壽命長。擠齒機(jī)床結(jié)構(gòu)簡單，成本低；擠輪材料要有一定的強(qiáng)度和耐磨性，一般用鉻錳鋼或高速鋼制造，其壽命長，相對其它齒輪刀具來說成本較低；擠齒生產(chǎn)率高，一般擠一個(gè)齒輪不到30s。
⑹磨齒
磨齒是齒形加工中精度最高的一種方法。磨齒精度為４～６級，最高可達(dá)３級，齒面粗糙度值Ｒａ為0.8～0.4µm。磨齒對磨前齒輪誤差或熱處理變形有較強(qiáng)的修正能力，故多用于高精度的硬齒面齒輪、插齒刀和剃齒刀等的精加工，但生產(chǎn)率較低，加工成本較高。
磨齒方法有仿形法和展成法兩大類，生產(chǎn)中常用展成法。展成法又可分為錐面砂輪磨齒、碟形砂輪磨齒、蝸桿砂輪磨齒等。
1）錐面砂輪磨齒
如圖3-38a所示，砂輪截面呈錐形，相當(dāng)于齒條的一個(gè)齒。磨齒時(shí)，砂輪一面高速旋轉(zhuǎn)（n），一面沿齒槽方向往復(fù)運(yùn)動（f）以磨出全齒寬；工件一面旋轉(zhuǎn)（w），一面移動（v），實(shí)現(xiàn)展成運(yùn)動。在工件的一個(gè)往復(fù)過程中，先后磨出齒槽的兩個(gè)側(cè)面，然后工件快速離開砂輪進(jìn)行分度，磨削下一個(gè)齒槽。
圖3-38 展成法磨齒
這種磨齒法砂輪剛性好，磨削效率較高。但機(jī)床轉(zhuǎn)動鏈復(fù)雜，磨齒精度較低，一般為5～6級，多用于成批生產(chǎn)中磨削6級精度的淬硬齒輪。
2）碟形的砂輪磨齒
如圖3-38b所示，兩片碟形砂輪傾斜安裝以構(gòu)成齒條齒形的兩個(gè)側(cè)面。磨齒時(shí)，砂輪高速旋轉(zhuǎn)（n）；工件一面旋轉(zhuǎn)（w），一面移動（v），實(shí)現(xiàn)展成運(yùn)動；工件沿軸線方向慢速進(jìn)給運(yùn)動（f）以磨出全齒寬。當(dāng)一個(gè)齒槽的兩側(cè)面磨完后，工件快速離開砂輪進(jìn)行分度，磨削下一個(gè)齒槽。
這種磨齒法的展成運(yùn)動傳動環(huán)節(jié)少，傳動誤差小，分齒精度較高，故加工精度可達(dá)3～5級。但砂輪剛性差，切深小，生產(chǎn)率低，故加工成本較高，適用于單件小批生產(chǎn)高精度的直齒圓柱齒輪、斜齒輪的精加工。
3）蝸桿砂輪磨齒
如圖3-38c所示，蝸桿砂輪磨齒原理與滾齒相似，其砂輪制作成蝸桿狀，砂輪高速旋轉(zhuǎn)（n），工件通過機(jī)床的兩臺同步電動機(jī)作展成運(yùn)動（w），工件還沿軸向作進(jìn)給運(yùn)動（f）以磨出全齒寬。
為保證必要的磨削速度，砂輪直徑較大（Φ200～Φ400mm），且轉(zhuǎn)速較高（2000r/min），又是連續(xù)磨削，所以生產(chǎn)效率很高。磨削精度一般為5級，最高可達(dá)3級，適用于大、中批生產(chǎn)的齒輪精加工。
3.4.3圓柱齒輪加工工藝分析
圓柱齒輪加工工藝，常隨著齒輪的結(jié)構(gòu)形狀、精度等級、生產(chǎn)批量及生產(chǎn)條件不同而采用不同的工藝方法。圖3-39所示為一雙聯(lián)齒輪，材料為40Cr，精度為7級，中批生產(chǎn)，其加工工藝過程見表3-7。
由表中可見，齒輪加工工藝過程大致要經(jīng)過以下幾個(gè)階段：毛坯加工、熱處理、齒坯加工、齒形粗加工、齒端加工、齒面熱處理、修正精基準(zhǔn)及齒形精加工等。
齒輪號
I
II
模數(shù)
m
2
2
齒數(shù)
z
28
42
精度等級
7GK
7JL
齒圈徑向圓跳動
Fr
0.036
0.036
公法線長度變動
Fy
0.028
0.028
基節(jié)極限偏差
Fvb
±0.013
±0.013
齒形公差
ff
0.011
0.011
齒向公差
Fβ
0.011
0.011
跨齒數(shù)
4
5
公法線平均長度
21.36
27.61
圖3-39 雙聯(lián)齒輪
表3-7雙聯(lián)齒輪加工工藝過程
序號
工 序 內(nèi) 容
定 位 基 準(zhǔn)
10
毛坯鍛造
20
正火
30
粗車外圓級端面，留余量1.5～2mm，鉆鏜花鍵底孔至尺寸Ø30H12
外圓及端面
40
拉花鍵孔
Φ30H12孔及A面
50
鉗工去毛刺
60
上心軸，精車外圓、端面及槽至尺寸要求
花鍵孔及A面
70
檢驗(yàn)
80
滾齒（z=42），留剃余量0.07～0.10mm
花鍵孔及A面
90
插齒（z=28），留剃余量0.04～0.06mm
花鍵孔及A面
100
倒角（Ⅰ、Ⅱ齒輪12°角）
花鍵孔及端面
110
鉗工去毛刺
120
剃齒（z=42），公法線長度至尺寸上限
花鍵孔及A面
130
剃齒（z=28），公法線長度至尺寸上限
花鍵孔及A面
140
齒部高頻感應(yīng)加熱淬火：G52
150
推孔
花鍵孔及A面
160
珩齒（Ⅰ、Ⅱ）至尺寸要求
花鍵孔及A面
170
總檢入庫
1）定位基準(zhǔn)選擇
為保證齒輪的加工精度，應(yīng)根據(jù)“基準(zhǔn)重合”原則，選擇齒輪的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)、裝配基準(zhǔn)為定位基準(zhǔn)，且盡可能在整個(gè)加工過程中保持“基準(zhǔn)統(tǒng)一”。
軸類齒輪的齒形加工一般選擇中心孔定位，某些大模數(shù)的軸類齒輪多選擇軸頸和一端面定位。
盤類齒輪的齒形加工可采用兩種定位基準(zhǔn)：
①內(nèi)孔和端面定位，符合“基準(zhǔn)重合”原則。采用專用心軸，定位精度較高，生產(chǎn)率高，故廣泛用于成批生產(chǎn)中。為保證內(nèi)孔的尺寸精度和基準(zhǔn)端面對內(nèi)孔中心線的圓跳動要求，進(jìn)行齒坯加工時(shí)應(yīng)盡量在一次安裝中同時(shí)加工內(nèi)孔和基準(zhǔn)端面。
②外圓和端面定位，不符合“基準(zhǔn)重合”原則。用端面作軸向定位，并找正外圓，不需要專用心軸，生產(chǎn)率較低，故適用于單件小批生產(chǎn)。為保證齒輪的加工質(zhì)量，必須嚴(yán)格控制齒坯外圓對內(nèi)孔的徑向圓跳動。
2）齒形加工方案選擇
齒形加工方案選擇，主要取決于齒輪的精度等級、生產(chǎn)批量和齒輪熱處理方法等。
8級或8級精度以下的齒輪加工方案：對于不淬硬的齒輪用滾齒或插齒即可滿足加工要求；對于淬硬齒輪可采用滾（或插）——齒端加工——齒面熱處理——修正內(nèi)孔的加工方案。熱處理前的齒形加工精度應(yīng)比圖樣要求提高一級。
6～7級精度的齒輪一般有兩種加工方案：①剃——珩齒方案：滾（或插）齒——齒端加工——剃齒——表面淬火——修正基準(zhǔn)——珩齒。②磨齒方案：滾（或插）齒——齒端加工——滲碳淬火——修正基準(zhǔn)——磨齒。剃——珩齒方案生產(chǎn)效率高，廣泛用于7級精度齒輪的成批生產(chǎn)中。磨齒方案生產(chǎn)率低，一般用于6級精度以上或雖低于6級但淬火后變形較大的齒輪。
隨著刀具材料的不斷發(fā)展，用硬滾、硬插、硬剃齒代替磨齒，用珩齒代替剃齒，可取得很好的經(jīng)濟(jì)效益。例如可采用滾齒——齒端加工——齒面熱處理——修正基準(zhǔn)——硬滾齒的方案。
5級精度以上的齒輪加工一般應(yīng)取磨齒方案。
3）齒輪熱處理
齒輪加工中根據(jù)不同要求，常安排兩種熱處理工序：
①齒坯熱處理
在齒坯粗加工前后常安排預(yù)先熱處理——正火或調(diào)質(zhì)。正火安排在齒坯加工前，其目的是為了消除鍛造內(nèi)應(yīng)力，改善材料的加工性能。調(diào)質(zhì)一般安排在齒坯粗加工之后，可消除鍛造內(nèi)應(yīng)力和粗加工引起的殘余應(yīng)力，提高材料的綜合力學(xué)性能，但齒坯的硬度稍高，不易切削，故生產(chǎn)中應(yīng)用較少。
②齒面熱處理
齒形加工后為提高齒面的硬度及耐磨性，根據(jù)材料與技術(shù)要求，常安排滲碳淬火、高頻感應(yīng)加熱淬火及液體碳氮共滲等處理工序。經(jīng)滲碳淬火的齒輪變形較大，對高精度齒輪尚需進(jìn)行磨齒加工。經(jīng)高頻感應(yīng)加熱淬火處理的齒輪變形較小，但內(nèi)孔直徑一般會縮小0.01～0.05mm，淬火后應(yīng)予以修正。有鍵槽的齒輪，淬火后內(nèi)孔經(jīng)常出現(xiàn)橢圓形，為此鍵槽加工宜安排在齒面淬火之后。
4）齒端加工
齒輪的齒端加工有倒圓、倒尖、倒棱（如圖所示3-40所示）和去毛刺等。倒圓、倒尖后的齒輪，沿軸向滑動時(shí)容易進(jìn)入嚙合。倒棱可去除齒端的銳邊，這些銳邊經(jīng)淬火后很脆，在齒輪傳動中易崩裂。
圖3-40 齒端加工
齒端加工必須安排在齒輪淬火之前，通常多在滾（插）齒之后。
5）精基準(zhǔn)修正
齒輪淬火后基準(zhǔn)孔常產(chǎn)生變形。為保證齒形精加工的精度，對基準(zhǔn)孔必須進(jìn)行修正。對大徑定心的花鍵孔齒輪，通常用花鍵推刀修正。對圓柱孔齒輪，可采用推孔或磨孔修正。推孔生產(chǎn)率高，常用于內(nèi)孔未淬硬的齒輪，可用加長推刀前引導(dǎo)部分來防止推刀歪斜以保證推孔精度。磨孔精度高，但生產(chǎn)率低，適用于整體淬
火齒輪及內(nèi)孔較大、齒厚較薄的齒輪。磨孔時(shí)應(yīng)以分度圓定心，這樣可使磨孔后的齒圈徑向圓跳動較小，對后續(xù)磨齒或珩齒有利。實(shí)際生產(chǎn)中以金剛鏜代替磨孔也取得了較好的效果，且提高了生產(chǎn)率。
復(fù)習(xí)題
1.主軸結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和技術(shù)要求有哪些？
2.車床主軸毛坯常用的材料有哪幾種？對于不同的毛坯材料在加工各個(gè)階段應(yīng)如何安排熱處理工序？這些熱處理工序起什么作用？
3.試分析車床主軸加工工藝過程中，如何體現(xiàn)“基準(zhǔn)重合”、“基準(zhǔn)統(tǒng)一”等精基準(zhǔn)選擇原則？
4.頂尖孔在主軸機(jī)械加工工藝過程中起什么作用？為什么要對頂尖孔進(jìn)行修磨？
5.軸類零件上的螺紋、花鍵等的加工一般安排在工藝過程的哪個(gè)階段？
6.箱體零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和主要技術(shù)要求有哪些？為什么要規(guī)定這些要求？
7.選擇箱體零件的粗、精基準(zhǔn)時(shí)應(yīng)考慮哪些問題？
8.孔系有哪幾種？其加工方法有哪些？
9.如何安排箱體零件的加工順序？一般應(yīng)遵循哪些原則？
10.套筒類零件的深孔加工有何工藝特點(diǎn)？針對其特點(diǎn)應(yīng)采取什么工藝措施？
11.薄壁套筒零件加工時(shí)容易因夾緊不當(dāng)產(chǎn)生變形，應(yīng)如何處理？
12.圓柱齒輪規(guī)定了哪些技術(shù)要求和精度指標(biāo)？它們對傳動質(zhì)量和加工工藝有什么影響？
13.齒形加工的精基準(zhǔn)應(yīng)如何選擇？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？
14.滾齒、插齒、磨齒的工作原理及工藝特點(diǎn)各是什么？它們各適用于什么場合？
15.齒輪的典型加工工藝過程一般由哪幾個(gè)加工階段所組成？其中毛坯熱處理和齒面熱處理各起什么作用？應(yīng)安排在工藝過程的哪一個(gè)階段？
16.編制圖3-41所示小滑板絲杠軸的機(jī)械加工工藝規(guī)程。其生產(chǎn)類型為中批生產(chǎn)，材料45鋼，需調(diào)質(zhì)處理。
圖3-41 小滑板絲杠軸
17.編制圖3-42所示套筒零件的機(jī)械加工工藝過程。其生產(chǎn)類型為中批生產(chǎn)，材料為HT200。
圖3-42套筒零件
18.編制圖3-43所示箱體零件的機(jī)械加工工藝過程，重點(diǎn)說明其內(nèi)孔加工方案。其生產(chǎn)類型為中批生產(chǎn)，材料為鑄鐵。
圖3-43 箱體零件
19.編制圖3-44所示雙聯(lián)齒輪的機(jī)械加工工藝過程。其生產(chǎn)類型為單件小批生產(chǎn)，材料45，齒部高頻淬火48HRC。
圖3-44 雙聯(lián)齒輪
※ 參考資料：
■ 機(jī)械制造基礎(chǔ)、蘇建修、機(jī)械工業(yè)出版社，2003；
■ 機(jī)械制造工藝與機(jī)床夾具、劉守勇、機(jī)械工業(yè)出版社，2004；
■ 機(jī)械加工技術(shù)、孫學(xué)強(qiáng)、機(jī)械工業(yè)出版社，1999；
機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)、張世昌、高等教育出版社，2006。