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典型零件加工工藝(軸類,盤類,箱體類,齒輪類等)

来源:双流文林机械      阅读次数:30     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複合而成,其加工方法較單一典型表面加工複雜,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。

第一节  轴类零件的加工

一軸類零件的分類、技術要求

轴是機械加工中常见的典型零件之一。它在机械中主要用于支承齿轮、带轮、凸轮以及连杆等传动件,以传递扭矩。按结构形式不同,轴可以分为阶梯轴、锥度心轴、光轴、空心轴、曲轴、凸轮轴、偏心轴、各种丝杠等其中阶梯传动轴应用较广,其加工工艺能较全面地反映轴类零件的加工规律和共性。

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  轴类零件的主要表面常为两类:一类是与轴承的内圈配合的外圆轴颈,即支承轴颈,用于确定轴的位置并支承轴,尺寸精度要求较高,通常为IT 5~IT7;另一类为与各类传动件配合的轴颈,即配合轴颈,其精度稍低,常为IT6~IT9。

⑵ 几何形状精度  主要指轴颈表面、外圆锥面、锥孔等重要表面的圆度、圆柱度。其误差一般应限制在尺寸公差范围内,对于精密轴,需在零件图上另行规定其几何形状精度。

⑶ 相互位置精度  包括内、外表面、重要轴面的同轴度、圆的径向跳动、重要端面对轴心线的垂直度、端面间的平行度等。

⑷ 表面粗糙度  轴的加工表面都有粗糙度的要求,一般根据加工的可能性和经济性来确定。支承轴颈常为0.2~1.6μm,传动件配合轴颈为0.4~3.2μm。

⑸ 其他  热处理、倒角、倒棱及外观修饰等要求。

二、軸類零件的材料、毛坯及熱處理

1.軸類零件的材料

⑴ 轴类零件材料  常用45钢,精度较高的轴可选用40Cr、轴承钢GCr15、弹簧钢65Mn,也可选用球墨铸铁;对高速、重载的轴,选用20CrMnTi、20Mn2B、20Cr等低碳合金钢或38CrMoAl氮化钢。

⑵ 轴类毛坯  常用圆棒料和锻件;大型轴或结构复杂的轴采用铸件。毛坯经过加热锻造后,可使金属内部纤维组织沿表面均匀分布,获得较高的抗拉、抗弯及抗扭强度。

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後、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後,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爲粗基准定位,加工出中心孔,再以軸兩端的中心孔爲定位精基准;盡可能做到基准統一、基准重合、互爲基准,並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准和檢驗基准,它自身質量非常重要,其准備工作也相對複雜,常常以支承軸頸定位,車(鑽)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;最後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、夾緊並傳遞扭矩。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.用各種堵頭或拉杆心軸定位裝夾

加工空心軸的外圓表面時,常用帶中心孔的各種堵頭或拉杆心軸來安裝工件。小錐孔時常用堵頭;大錐孔時常用帶堵頭的拉杆心軸,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爲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 支承轴颈  主轴二个支承轴颈A、B圆度公差为0.005mm,径向跳动公差为0.005mm;而支承轴颈1∶12锥面的接触率≥70%;表面粗糙度Ra为0.4mm;支承轴颈尺寸精度为IT5。因为主轴支承轴颈是用来安装支承轴承,是主轴部件的装配基准面,所以它的制造精度直接影响到主轴部件的回转精度。

⑵ 端部锥孔  主轴端部内锥孔(莫氏6号)对支承轴颈A、B的跳动在轴端面处公差为0.005mm,离轴端面300mm处公差为0.01 mm;锥面接触率≥70%;表面粗糙度Ra为0.4mm;硬度要求45~50HRC。该锥孔是用来安装顶尖或工具锥柄的,其轴心线必须与两个支承轴颈的轴心线严格同轴,否则会使工件(或工具)产生同轴度误差。

⑶ 端部短锥和端面  头部短锥C和端面D对主轴二个支承轴颈A、B的径向圆跳动公差为0.008mm;表面粗糙度Ra为0.8mm。它是安装卡盘的定位面。为保证卡盘的定心精度,该圆锥面必须与支承轴颈同轴,而端面必须与主轴的回转中心垂直。  

⑷ 空套齿轮轴颈  空套齿轮轴颈对支承轴颈A、B的径向圆跳动公差为0.015 mm。由于该轴颈是与齿轮孔相配合的表面,对支承轴颈应有一定的同轴度要求,否则引起主轴传动啮合不良,当主轴转速很高时,还会影响齿轮传动平稳性并产生噪声。

⑸ 螺纹主轴上螺旋面的误差是造成压紧螺母端面跳动的原因之一,所以应控制螺纹的加工精度。当主轴上压紧螺母的端面跳动过大时,会使被压紧的滚动轴承内环的轴心线产生倾斜,从而引起主轴的径向圆跳动。

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。磨削前應提高精基准的精度。

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。爲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、後軸頸錐面,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作爲定位基准,而讓被加工主軸裝夾在磨床工作台上加工來保證。以支承軸頸作爲定位基准加工內錐面,符合基准重合原則。在精磨前端錐孔之前,應使作爲定位基准的支承軸頸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,作爲工件定位基准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,並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。後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,應該以頂尖孔作爲統一的定位基准。但在主軸的加工過程中,隨著通孔的加工,作爲定位基准面的中心孔消失,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准的作用。

3.CA6140車床主軸加工定位基准的選擇

主軸加工中,爲了保證各主要表面的相互位置精度,選擇定位基准時,應遵循基准重合、基准統一和互爲基准等重要原則,並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准是主軸軸心線,根據基准重合的原則考慮應選擇主軸兩端的頂尖孔作爲精基准面。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。

爲了保證支承軸頸與主軸內錐面的同軸度要求,宜按互爲基准的原則選擇基准面。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准加工出來的外圓柱面爲定位基准面(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、後錐孔內所配錐堵的頂尖孔爲定位基面;在粗磨莫氏6號內錐孔時,又以兩圓柱面爲定位基准面;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;最後精磨莫氏6號錐孔時,直接以精磨後的前支承軸頸和另一圓柱面定位。定位基准每轉換一次,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Ø75h5、Ø80h5、Ø90g5、Ø105h5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爲0.4~0.8mm。

主軸加工工藝過程可劃分爲三個加工階段,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,鑽通孔,車錐面、錐孔,鑽大頭端面各孔,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)。

在機械加工工序中间尚需插入必要的热处理工序,这就决定了主轴加工各主要表面总是循着以下顺序的进行,即粗车→调质(预备热处理)→半精车→精车→淬火-回火(最终热处理)→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)→鑽通孔(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,加工後配錐堵)