典型零件加工工藝(DOC18)
典型零件加工工藝
生產(chǎn)實(shí)際中，零件的結(jié)構(gòu)千差萬別，但其基本幾何構(gòu)成不外是外圓、內(nèi)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(gòu)成，往往是由一些典型表面復(fù)合而成，其加工方法較單一典型表面加工復(fù)雜，是典型表面加工方法的綜合應(yīng)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(jié) 軸類零件的加工
一、軸類零件的分類、技術(shù)要求
軸是機(jī)械加工中常見的典型零件之一。它在機(jī)械中主要用于支承齒輪、帶輪、凸輪以及連桿等傳動(dòng)件，以傳遞扭矩。按結(jié)構(gòu)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、各種絲杠等如圖6-1，其中階梯傳動(dòng)軸應(yīng)用較廣，其加工工藝能較全面地反映軸類零件的加工規(guī)律和共性。
根據(jù)軸類零件的功用和工作條件，其技術(shù)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(nèi)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(dòng)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(yīng)限制在尺寸公差范圍內(nèi)，對(duì)于精密軸，需在零件圖上另行規(guī)定其幾何形狀精度。
⑶ 相互位置精度 包括內(nèi)、外表面、重要軸面的同軸度、圓的徑向跳動(dòng)、重要端面對(duì)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(jù)加工的可能性和經(jīng)濟(jì)性來確定。支承軸頸常為0.2~1.6μm，傳動(dòng)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(duì)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(jié)構(gòu)復(fù)雜的軸采用鑄件。毛坯經(jīng)過加熱鍛造后，可使金屬內(nèi)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(qiáng)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(nèi)部晶粒細(xì)化，消除鍛造應(yīng)力，降低材料硬度，改善切削加工性能。
調(diào)質(zhì)一般安排在粗車之后、半精車之前，以獲得良好的物理力學(xué)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(jìn)行低溫時(shí)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(zhǔn)定位，加工出中心孔，再以軸兩端的中心孔為定位精基準(zhǔn)；盡可能做到基準(zhǔn)統(tǒng)一、基準(zhǔn)重合、互為基準(zhǔn)，并實(shí)現(xiàn)一次安裝加工多個(gè)表面。中心孔是工件加工統(tǒng)一的定位基準(zhǔn)和檢驗(yàn)基準(zhǔn)，它自身質(zhì)量非常重要，其準(zhǔn)備工作也相對(duì)復(fù)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(xiàng)精度達(dá)到要求。
2．用外圓表面定位裝夾
對(duì)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(dòng)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(shí)，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(shí)
常用堵頭；大錐孔時(shí)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(shù)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(dòng)件的圓柱、圓錐面，安裝滑動(dòng)齒輪的花鍵，安裝卡盤及頂尖的內(nèi)外圓錐面，聯(lián)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(shù)要求：
⑴ 支承軸頸 主軸二個(gè)支承軸頸A、B圓度公差為0.005mm，徑向跳動(dòng)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0.4?m；支承軸頸尺寸精度為IT5。因?yàn)橹鬏S支承軸頸是用來安裝支承軸承，是主軸部件的裝配基準(zhǔn)面，所以它的制造精度直接影響到主軸部件的回轉(zhuǎn)精度。
⑵ 端部錐孔 主軸端部內(nèi)錐孔（莫氏6號(hào)）對(duì)支承軸頸A、B的跳動(dòng)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0.4?m；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(gè)支承軸頸的軸心線嚴(yán)格同軸，否則會(huì)使工件（或工具）產(chǎn)生同軸度誤差。
⑶ 端部短錐和端面 頭部短錐C和端面D對(duì)主軸二個(gè)支承軸頸A、B的徑向圓跳動(dòng)公差為0.008mm；表面粗糙度Ra為0.8?m。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(zhuǎn)中心垂直。
⑷ 空套齒輪軸頸 空套齒輪軸頸對(duì)支承軸頸A、B的徑向圓跳動(dòng)公差為0.015 mm。由于該軸頸是與齒輪孔相配合的表面，對(duì)支承軸頸應(yīng)有一定的同軸度要求，否則引起主軸傳動(dòng)嚙合不良，當(dāng)主軸轉(zhuǎn)速很高時(shí)，還會(huì)影響齒輪傳動(dòng)平穩(wěn)性并產(chǎn)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(dòng)的原因之一，所以應(yīng)控制螺紋的加工精度。當(dāng)主軸上壓緊螺母的端面跳動(dòng)過大時(shí)，會(huì)使被壓緊的滾動(dòng)軸承內(nèi)環(huán)的軸心線產(chǎn)生傾斜，從而引起主軸的徑向圓跳動(dòng)。
2．主軸加工的要點(diǎn)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(nèi)、外錐面的形狀精度、表面粗糙度以及它們對(duì)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(yīng)提高精基準(zhǔn)的精度。
保證主軸前端內(nèi)、外錐面的形狀精度、表面粗糙度同樣應(yīng)采用精密磨削的方法。為了保證外錐面相對(duì)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(jī)床上有兩個(gè)獨(dú)立的砂輪架，精磨在兩個(gè)工位上進(jìn)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(duì)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(zhǔn)，而讓被加工主軸裝夾在磨床工作臺(tái)上加工來保證。以支承軸頸作為定位基準(zhǔn)加工內(nèi)錐面，符合基準(zhǔn)重合原則。在精磨前端錐孔之前，應(yīng)使作為定位基準(zhǔn)的支承軸頸A、B達(dá)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(dòng)夾頭3三部分組成，兩個(gè)支架固定在底座上，作為工件定位基準(zhǔn)面的兩段軸頸放在支架的兩個(gè)V形塊上，V形塊鑲有硬質(zhì)合金，以提高耐磨性，并減少對(duì)工件軸頸的劃痕，工件的中心高應(yīng)正好等于磨頭砂輪軸的中心高，否則將會(huì)使錐孔母線呈雙曲線，影響內(nèi)錐孔的接觸精度。后端的浮動(dòng)卡頭用錐柄裝在磨床主軸的錐孔內(nèi)，工件尾端插于彈性套內(nèi)，用彈簧將浮動(dòng)卡頭外殼連同工件向左拉，通過鋼球壓向鑲有硬質(zhì)合金的錐柄端面，限制工件的軸向竄動(dòng)。采用這種聯(lián)接方式，可以保證工件支承軸頸的定位精度不受內(nèi)圓磨床主軸回轉(zhuǎn)誤差的影響，也可減少機(jī)床本身振動(dòng)對(duì)加工質(zhì)量的影響。
主軸外圓表面的加工，應(yīng)該以頂尖孔作為統(tǒng)一的定位基準(zhǔn)。但在主軸的加工過程中，隨著通孔的加工，作為定位基準(zhǔn)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(zhǔn)的作用。
3．CA6140車床主軸加工定位基準(zhǔn)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(zhǔn)時(shí)，應(yīng)遵循基準(zhǔn)重合、基準(zhǔn)統(tǒng)一和互為基準(zhǔn)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(shè)計(jì)基準(zhǔn)是主軸軸心線，根據(jù)基準(zhǔn)重合的原則考慮應(yīng)選擇主軸兩端的頂尖孔作為精基準(zhǔn)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(yīng)先加工頂尖孔。
為了保證支承軸頸與主軸內(nèi)錐面的同軸度要求，宜按互為基準(zhǔn)的原則選擇基準(zhǔn)面。如車小端1∶20錐孔和大端莫氏6號(hào)內(nèi)錐孔時(shí)， 以與前支承軸頸相鄰而它們又是用同一基準(zhǔn)加工出來的外圓柱面為定位基準(zhǔn)面（因支承軸頸系外錐面不便裝夾）；在精車各外圓（包括兩個(gè)支承軸頸）時(shí)，以前、后錐孔內(nèi)所配錐堵的頂尖孔為定位基面；在粗磨莫氏6號(hào)內(nèi)錐孔時(shí)，又以兩圓柱面為定位基準(zhǔn)面；粗、精磨兩個(gè)支承軸頸的1∶12錐面時(shí)，再次用錐堵頂尖孔定位；最后精磨莫氏6號(hào)錐孔時(shí)，直接以精磨后的前支承軸頸和另一圓柱面定位。定位基準(zhǔn)每轉(zhuǎn)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?75h5、?80h5、?90g5、?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0.4~0.8?m。
主軸加工工藝過程可劃分為三個(gè)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(jī)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(jìn)行，即粗車→調(diào)質(zhì)（預(yù)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）→外圓表面精加工（以錐堵頂尖孔定位）→錐孔精加工（以精加工外圓面定位）。
當(dāng)主要表面加工順序確定后，就要合理地插入非主要表面加工工序。對(duì)主軸來說非主要表面指的是螺孔、鍵槽、螺紋等。這些表面加工一般不易出現(xiàn)廢品，所以盡量安排在后面工序進(jìn)行，主要表面加工一旦出了廢品，非主要表面就不需加工了，這樣可以避免浪費(fèi)工時(shí)。但這些表面也不能放在主要表面精加工后，以防在加工非主要表面過程中損傷已精加工過的主要表面。
對(duì)凡是需要在淬硬表面上加工的螺孔、鍵槽等，都應(yīng)安排在淬火前加工。非淬硬表面上螺孔、鍵槽等一般在外圓精車之后，精磨之前進(jìn)行加工。主軸螺紋，因它與主軸支承軸頸之間有一定的同軸度要求，所以螺紋安排在以非淬火-回火為最終熱處理工序之后的精加工階段進(jìn)行，這樣半精加工后殘余應(yīng)力所引起的變形和熱處理后的變形，就不會(huì)影響螺紋的加工精度。
5．CA6140車床主軸加工工藝過程
表6-1列出了CA6140車床主軸的加工工藝過程。
生產(chǎn)類型：大批生產(chǎn)；材料牌號(hào)：45號(hào)鋼；毛坯種類：模鍛件
表6-1 大批生產(chǎn)CA6140車床主軸工藝過程
（沿用吳拓主編《機(jī)械制造工程》（第2版）機(jī)械工業(yè)出版社2005年9月表5-5）
五、軸類零件的檢驗(yàn)
1．加工中的檢驗(yàn)
自動(dòng)測(cè)量裝置，作為輔助裝置安裝在機(jī)床上。這種檢驗(yàn)方式能在不影響加工的情況下，根據(jù)測(cè)量結(jié)果，主動(dòng)地控制機(jī)床的工作過程，如改變進(jìn)給量，自動(dòng)補(bǔ)償?shù)毒吣p，自動(dòng)退刀、停車等，使之適應(yīng)加工條件的變化，防止產(chǎn)生廢品，故又稱為主動(dòng)檢驗(yàn)。主動(dòng)檢驗(yàn)屬在線檢測(cè)，即在設(shè)備運(yùn)行，生產(chǎn)不停頓的情況下，根據(jù)信號(hào)處理的基本原理，掌握設(shè)備運(yùn)行狀況，對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)及必要調(diào)整。在線檢測(cè)在機(jī)械制造中的應(yīng)用越來越廣。
2．加工后的檢驗(yàn)
單件小批生產(chǎn)中，尺寸精度一般用外徑千分尺檢驗(yàn)；大批大量生產(chǎn)時(shí)，常采用光滑極限量規(guī)檢驗(yàn)，長度大而精度高的工件可用比較儀檢驗(yàn)。表面粗糙度可用粗糙度樣板進(jìn)行檢驗(yàn)；要求較高時(shí)則用光學(xué)顯微鏡或輪廓儀檢驗(yàn)。圓度誤差可用千分尺測(cè)出的工件同一截面內(nèi)直徑的最大差值之半來確定，也可用千分表借助V形鐵來測(cè)量，若條件許可，可用圓度儀檢驗(yàn)。圓柱度誤差通常用千分尺測(cè)出同一軸向剖面內(nèi)最大與最小值之差的方法來確定。主軸相互位置精度檢驗(yàn)一般以軸兩端頂尖孔或工藝錐堵上的頂尖孔為定位基準(zhǔn)，在兩支承軸頸上方分別用千分表測(cè)量。
第二節(jié) 箱體類零件的加工
一、箱體零件概述
箱體類零件通常作為箱體部件裝配時(shí)的基準(zhǔn)零件。它將一些軸、套、軸承和齒輪等零件裝配起來，使其保持正確的相互位置關(guān)系，以傳遞轉(zhuǎn)矩或改變轉(zhuǎn)速來完成規(guī)定的運(yùn)動(dòng)。因此，箱體類零件的加工質(zhì)量對(duì)機(jī)器的工作精度、使用性能和壽命都有直接的影響。
箱體零件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：多為鑄造件，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，壁薄且不均勻，加工部位多，加工難度大。 箱體零件的主要技術(shù)要求：軸頸支承孔孔徑精度及相互之間的位置精度，定位銷孔的精度與孔距精度；主要平面的精度；表面粗糙度等。
箱體零件材料及毛坯：箱體零件常選用灰鑄鐵，汽車、摩托車的曲軸箱選用鋁合金作為曲軸箱的主體材料，其毛坯一般采用鑄件，因曲軸箱是大批大量生產(chǎn)，且毛坯的形狀復(fù)雜，故采用壓鑄毛坯，鑲套與箱體在壓鑄時(shí)鑄成一體。壓鑄的毛坯精度高，加工余量小，有利于機(jī)械加工。為減少毛坯鑄造時(shí)產(chǎn)生的殘余應(yīng)力，箱體鑄造后應(yīng)安排人工時(shí)效。
二、箱體類零件工藝過程特點(diǎn)分析
下面我們以某減速箱為例說明箱體類零件的加工。
1．箱體類零件特點(diǎn)
一般減速箱為了制造與裝配的方便，常做成可剖分的，如圖6-6所示，這種箱體在礦山、冶金和起重運(yùn)輸機(jī)械中應(yīng)用較多。剖分式箱體也具有一般箱體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，如壁薄、中空、形狀復(fù)雜，加工表面多為平面和孔。
減速箱體的主要加工表面可歸納為以下三類：
⑴ 主要平面 箱蓋的對(duì)合面和頂部方孔端面、底座的底面和對(duì)合面、軸承孔的端面等。 ⑵ 主要孔 軸承孔（?150H7、?90H7）及孔內(nèi)環(huán)槽等。
⑶ 其它加工部分 聯(lián)接孔、螺孔、銷孔、斜油標(biāo)孔以及孔的凸臺(tái)面等。
2．工藝過程設(shè)計(jì)應(yīng)考慮的問題
根據(jù)減速箱體可剖分的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和各加工表面的要求，在編制工藝過程時(shí)應(yīng)注意以下問題：
⑴ 加工過程的劃分 整個(gè)加工過程可分為兩大階段，即先對(duì)箱蓋和底座分別進(jìn)行加工，然后再對(duì)裝合好的整個(gè)箱體進(jìn)行加工——合件加工。為保證效率和精度的兼顧，就孔和面的加工還需粗精分開；
⑵ 箱體加工工藝的安排 安排箱體的加工工藝，應(yīng)遵循先面后孔的工藝原則，對(duì)剖分式減速箱體還應(yīng)遵循組裝后鏜孔的原則。因?yàn)槿绻幌葘⑾潴w的對(duì)合面加工好，軸承孔就不能進(jìn)行加工。另外，鏜軸承孔時(shí)，必須以底座的底面為定位基準(zhǔn)，所以底座的底面也必須先加工好。
由于軸承孔及各主要平面，都要求與對(duì)合面保持較高的位置精度，所以在平面加工方面，應(yīng)先加工對(duì)合面，然后再加工其它平面，還體現(xiàn)先主后次原則。
⑶ 箱體加工中的運(yùn)輸和裝夾 箱體的體積、重量較大，故應(yīng)盡量減少工件的運(yùn)輸和裝夾次數(shù)。為了便于保證各加工表面的位置精度，應(yīng)在一次裝夾中盡量多加工一些表面。工序安排相對(duì)集中。箱體零件上相互位置要求較高的孔系和平面，一般盡量集中在同一工序中加工，以減少裝夾次數(shù)，從而減少安裝誤差的影響，有利于保證其相互位置精度要求。
⑷ 合理安排時(shí)效工序 一般在毛坯鑄造之后安排一次人工時(shí)效即可；對(duì)一些高精度或形狀特別復(fù)雜的箱體，應(yīng)在粗加工之后再安排一次人工時(shí)效，以消除粗加工產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，保證箱體加工精度的穩(wěn)定性。
3．剖分式減速箱體加工定位基準(zhǔn)的選擇
⑴ 粗基準(zhǔn)的選擇 一般箱體零件的粗基準(zhǔn)都用它上面的重要孔和另一個(gè)相距較遠(yuǎn)的孔作為粗基準(zhǔn)，以保證孔加工時(shí)余量均勻。 剖分式箱體最先加工的是箱蓋或底座的對(duì)合面。由于分離式箱體軸承孔的毛坯孔分布在箱蓋和底座兩個(gè)不同部分上，因而在加工箱蓋或底座的對(duì)合面時(shí)，無法以軸承孔的毛坯面作粗基準(zhǔn)，而是以凸緣的不加工面為粗基準(zhǔn)，即箱蓋以凸緣面A，底座以凸緣面B為粗基準(zhǔn)。這樣可保證對(duì)合面加工凸緣的厚薄較為均勻，減少箱體裝合時(shí)對(duì)合面的變形。
⑵ 精基準(zhǔn)的選擇 常以箱體零件的裝配基準(zhǔn)或?qū)ｉT加工的一面兩孔定位，使得基準(zhǔn)統(tǒng)
一。剖分式箱體的對(duì)合面與底面（裝配基面）有一定的尺寸精度和相互位置精度要求；軸承孔軸線應(yīng)在對(duì)合面上，與底面也有一定的尺寸精度和相互位置精度要求。為了保證以上幾項(xiàng)要求，加工底座的.對(duì)合面時(shí)，應(yīng)以底面為精基準(zhǔn)，使對(duì)合面加工時(shí)的定位基準(zhǔn)與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)重合；箱體裝合后加工軸承孔時(shí)，仍以底面為主要定位基準(zhǔn)，并與底面上的兩定位孔組成典型的一面兩孔定位方式。這樣，軸承孔的加工，其定位基準(zhǔn)既符合基準(zhǔn)統(tǒng)一的原則，也符合基準(zhǔn)重合的原則，有利于保證軸承孔軸線與對(duì)合面的重合度及與裝配基準(zhǔn)面的尺寸精度和平行度。
4．分離式減速箱體加工的工藝過程
表6-2所列為某廠在小批生產(chǎn)條件下加工圖6-6所示減速箱體的機(jī)械加工工藝過程。 生產(chǎn)類型：小批；毛坯種類：鑄件；材料牌號(hào)：HT200。
表6-2 減速箱體機(jī)械加工工藝過程
（沿用吳拓主編《機(jī)械制造工程》（第2版）機(jī)械工業(yè)出版社2005年9月表5-6）
5．箱體零件的檢驗(yàn)
表面粗糙度檢驗(yàn)通常用目測(cè)或樣板比較法，只有當(dāng)Ra值很小時(shí)，才考慮使用光學(xué)量儀或作用粗糙度儀；
孔的尺寸精度：一般用塞規(guī)檢驗(yàn)；單件小批生產(chǎn)時(shí)可用內(nèi)徑千分尺或內(nèi)徑千分表檢驗(yàn)；若精度要求很高可用氣動(dòng)量儀檢驗(yàn)。
平面的直線度：可用平尺和厚薄規(guī)或水平儀與橋板檢驗(yàn)；
平面的平面度：可用自準(zhǔn)直儀或水平儀與橋板檢驗(yàn)，也可用涂色檢驗(yàn)。 同軸度檢驗(yàn)：一般工廠常用檢驗(yàn)棒檢驗(yàn)同軸度；
孔間距和孔軸線平行度檢驗(yàn)： 根據(jù)孔距精度的高低，可分別使用游標(biāo)卡尺或千分尺，也可用塊規(guī)測(cè)量；
三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)可同時(shí)對(duì)零件的尺寸、形狀和位置等進(jìn)行高精度的測(cè)量。
第三節(jié) 圓柱齒輪加工
一、圓柱齒輪加工概述
齒輪是機(jī)械工業(yè)的標(biāo)志性零件，它是用來按規(guī)定的速比傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的重要零件，在各種機(jī)器和儀器中應(yīng)用非常普遍。
1．圓柱齒輪結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和分類
齒輪的結(jié)構(gòu)形狀按使用場(chǎng)合和要求不同變化，圖6-7是常用圓柱齒輪的結(jié)構(gòu)形式，其分為：盤形齒輪（圖a單聯(lián)、b雙聯(lián)、c三聯(lián)）、內(nèi)齒輪（圖d）、連軸齒輪（圖e）、套筒齒輪（圖f）、扇形齒輪（圖g）、齒條（圖h）、裝配齒輪（圖i）。
2．圓柱齒輪的精度要求
齒輪自身的精度影響其使用性能和壽命，通常對(duì)齒輪的制造提出以下精度要求： 1）運(yùn)動(dòng)精度 確保齒輪準(zhǔn)確的傳遞運(yùn)動(dòng)和恒定的傳動(dòng)比，要求最大轉(zhuǎn)角誤差不能超過相應(yīng)的規(guī)定值。
2）工作平穩(wěn)性 要求傳動(dòng)平穩(wěn)，振動(dòng)、沖擊、噪聲小。
3）齒面接觸精度 為保證傳動(dòng)中載荷分布均勻，齒面接觸要求均勻，避免局部載荷過大、應(yīng)力集中等造成過早磨損或折斷。
4）齒側(cè)間隙 要求傳動(dòng)中的非工作面留有間隙以補(bǔ)償溫升、彈性形變和加工裝配的誤差并利于潤滑油的儲(chǔ)存和油膜的形成。
3．齒輪材料、毛坯和熱處理
⑴ 材料選擇 根據(jù)使用要求和工作條件選取合適的材料，普通齒輪選用中碳鋼和中碳合金鋼，如40、45、50、40MnB、40Cr、45Cr、42SiMn、35SiMn2MoV等；要求高的齒輪可選取20Mn2B、18CrMnTi、30CrMnTi、20Cr等低碳合金鋼；對(duì)于低速輕載的開式傳動(dòng)可選取ZG40、ZG45等鑄鋼材料或灰口鑄鐵；非傳力齒輪可選取尼龍、夾布膠木或塑料。
⑵ 齒輪毛坯 毛坯的選擇取決于齒輪的材料、形狀、尺寸、使用條件、生產(chǎn)批量等因素，常用的毛坯種類油：
1）鑄鐵件：用于受力小、無沖擊、低速的齒輪； 2）棒料：用于尺寸小、結(jié)構(gòu)簡單、受力不大的齒輪； 3）鍛坯：用于高速重載齒輪；
4）鑄鋼坯：用于結(jié)構(gòu)復(fù)雜、尺寸較大不宜鍛造的齒輪。
⑶ 齒輪熱處理 在齒輪加工工藝過程中，熱處理工序的位置安排十分重要，它直接影響齒輪的力學(xué)性能及切削加工的難易程度。一般在齒輪加工中有兩種熱處理工序：
1）毛坯的熱處理 為了消除鍛造和粗加工造成的殘余應(yīng)力、改善齒輪材料內(nèi)部的金相組織和切削加工性能，在齒輪毛坯加工前后通常安排正火或調(diào)質(zhì)等預(yù)熱處理。
2）齒面的熱處理 為了提高齒面硬度、增加齒輪的承載能力和耐磨性而進(jìn)行的齒面高頻淬火、滲碳淬火、氮碳共滲和滲氮等熱處理工序。一般安排在滾齒、插齒、剃齒之后，珩齒、磨齒之前。
二、圓柱齒輪齒面（形）加工方法 1．齒輪齒面加工方法的分類
按齒面形成的原理不同，齒面加工可以分為兩類方法：
⑴ 成形法 用與被切齒輪齒槽形狀相符的成形刀具切出齒面的方法，如銑齒、拉齒和成型磨齒等；
⑵ 展成法 齒輪刀具與工件按齒輪副的嚙合關(guān)系作展成運(yùn)動(dòng)切出齒面的方法，工件的齒面由刀具的切削刃包絡(luò)而成，如滾齒、插齒、剃齒、磨齒和珩齒等。
加工原理及裝備詳見《金屬切削加工及裝備》（吳拓主編，機(jī)械工業(yè)出版社2006年1月出版第六、七章）典型零件加工工藝(DOC18)。
2．圓柱齒輪齒面加工方法選擇
齒輪齒面的精度要求大多較高，加工工藝復(fù)雜，選擇加工方案時(shí)應(yīng)綜合考慮齒輪的結(jié)構(gòu)、尺寸、材料、精度等級(jí)、熱處理要求、生產(chǎn)批量及工廠加工條件等。常用的齒面加工方案見表6-3。
表6-3 齒面加工方案
（沿用吳拓主編《機(jī)械制造工程》（第2版）機(jī)械工業(yè)出版社2005年9月表5-7）
三、圓柱齒輪零件加工工藝過程示例 1． 工藝過程示例
圓柱齒輪的加工工藝過程一般應(yīng)包括以下內(nèi)容：齒輪毛坯加工、齒面加工、熱處理工藝及齒面的精加工。
在編制齒輪加工工藝過程中，常因齒輪結(jié)構(gòu)、精度等級(jí)、生產(chǎn)批量以及生產(chǎn)環(huán)境的不同，而采用各種不同的方案。
圖6-8為一直齒圓柱齒輪的簡圖，表6-4列出了該齒輪機(jī)械加工工藝過程。從中可以看出，編制齒輪加工工藝過程大致可劃分如下幾個(gè)階段：
1）齒輪毛坯的形成：鍛件、棒料或鑄件； 2）粗加工：切除較多的余量； 3）半精加工：車，滾、插齒面；
4）熱處理：調(diào)質(zhì)、滲碳淬火、齒面高頻淬火等；
5）精加工：精修基準(zhǔn)、精加工齒面（磨、剃、珩、研齒和拋光等）。
表6－4 直齒圓柱齒輪加工工藝過程
（沿用吳拓主編《機(jī)械制造工程》（第2版）機(jī)械工業(yè)出版社2005年9月表5-8）
2．齒輪加工工藝過程分析
⑴ 定位基準(zhǔn)的選擇 對(duì)于齒輪定位基準(zhǔn)的選擇常因齒輪的結(jié)構(gòu)形狀不同，而有所差異。帶軸齒輪主要采用頂尖定位，孔徑大時(shí)則采用錐堵。頂尖定位的精度高，且能做到基準(zhǔn)統(tǒng)一。帶孔齒輪在加工齒面時(shí)常采用以下兩種定位、夾緊方式：
1）以內(nèi)孔和端面定位 即以工件內(nèi)孔和端面聯(lián)合定位，確定齒輪中心和軸向位置，并采用面向定位端面的夾緊方式。這種方式可使定位基準(zhǔn)、設(shè)計(jì)基準(zhǔn)、裝配基準(zhǔn)和測(cè)量基準(zhǔn)重合，定位精度高，適于批量生產(chǎn)。但對(duì)夾具的制造精度要求較高。
2）以外圓和端面定位 工件和夾具心軸的配合間隙較大，用千分表校正外圓以決定中心
的位置，并以端面定位；從另一端面施以夾緊。這種方式因每個(gè)工件都要校正，故生產(chǎn)效率低；它對(duì)齒坯的內(nèi)、外圓同軸度要求高，而對(duì)夾具精度要求不高，故適于單件、小批量生產(chǎn)。
⑵ 齒輪毛坯的加工 齒面加工前的齒輪毛坯加工，在整個(gè)齒輪加工工藝過程中占有很重要的地位，因?yàn)辇X面加工和檢測(cè)所用的基準(zhǔn)必須在此階段加工出來；無論從提高生產(chǎn)率，還是從保證齒輪的加工質(zhì)量，都必須重視齒輪毛坯的加工。
在齒輪的技術(shù)要求中，應(yīng)注意齒頂圓的尺寸精度要求，因?yàn)辇X厚的檢測(cè)是以齒頂圓為測(cè)量基準(zhǔn)的，齒頂圓精度太低，必然使所測(cè)量出的齒厚值無法正確反映齒側(cè)間隙的大小。所以，在這一加工過程中應(yīng)注意下列三個(gè)問題：
1）當(dāng)以齒頂圓直徑作為測(cè)量基準(zhǔn)時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格控制齒頂圓的尺寸精度； 2）保證定位端面和定位孔或外圓相互的垂直度；
3）提高齒輪內(nèi)孔的制造精度，減小與夾具心軸的配合間隙。
⑶ 齒端的加工 齒輪的齒端加工有倒圓、倒尖、倒棱和去毛刺等方式，如圖6-9所示。倒圓、倒尖后的齒輪在換檔時(shí)容易進(jìn)人嚙合狀態(tài)，減少撞擊現(xiàn)象。倒棱可除去齒端尖邊和毛刺。 圖6-10是用指狀銑刀對(duì)齒端進(jìn)行倒圓的加工示意圖。倒圓時(shí)，銑刀高速旋轉(zhuǎn)，并沿圓弧作擺動(dòng)，加工完一個(gè)齒后，工件退離銑刀，經(jīng)分度再快速向銑刀靠近加工下一個(gè)齒的齒端。 齒端加工必須在齒輪淬火之前進(jìn)行，通常都在滾（插）齒之后，剃齒之前安排齒端加工。
思考題和習(xí)題
6-1 主軸的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和技術(shù)要求有哪些？為什么要對(duì)其進(jìn)行分析？它對(duì)制定工藝規(guī)程起什么作用？
6-2 主軸毛坯常用的材料有哪幾種？對(duì)于不同的毛坯材料在各個(gè)加工階段中所安排的熱處理工序有什么不同？它們?cè)诟纳撇牧闲阅芊矫嫫鹗裁醋饔茫?/p>
6-3 軸類零件的安裝方式和應(yīng)用有哪些？頂尖孔起什么作用？試分析其特點(diǎn)。 6-4 試分析主軸加工工藝過程中，如何體現(xiàn)“基準(zhǔn)統(tǒng)一”、“基準(zhǔn)重合”、“互為基準(zhǔn)”、“自為基準(zhǔn)”的原則？
6-5 箱體類零件常用什么材料？箱體類零件加工工藝要點(diǎn)如何？
6-6 箱體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和主要的技術(shù)要求有哪些？為什么要規(guī)定這些要求？
6-7 舉例說明箱體零件選擇粗、精基準(zhǔn)時(shí)應(yīng)考慮哪些問題？試舉例比較采用“一面兩銷”或“幾個(gè)面”組合兩種定位方案的優(yōu)缺點(diǎn)和適用的場(chǎng)合。
6-8 何謂孔系？孔系加工方法有哪幾種？試舉例說明各種加工方法的特點(diǎn)和適用范圍。 6-9 圓柱齒輪規(guī)定了哪些技術(shù)要求和精度指標(biāo)？它們對(duì)傳動(dòng)質(zhì)量和加工工藝有些什么影響？
6-10 齒形加工的精基準(zhǔn)選擇有幾種方案？各有什么特點(diǎn)？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？
6-11 試比較滾齒與插齒、磨齒和珩齒的加工原理、工藝特點(diǎn)及適用場(chǎng)合。 6-12 齒端倒圓的目的是什么？其概念與一般的回轉(zhuǎn)體倒圓有何不同？
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