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1、机械制造工程学 本学期内容重点 机床概述（续机械制造工程学内容） 机床设计 机床夹具设计原理 机械加工质量 机械加工工艺规程设计 典型零件加工工艺 装配工艺 8 典型零件加工工艺 讲述零件加工过程中的若干问题讲述零件加工过程中的若干问题 本章概述 补充：典型表面的加工方法 主轴加工 箱体类零件加工 8.0 典型表面的加工方法(补充) 机器零件结构：多种多样；由最基本几何表 面组成 同一种表面，可选用加工精度、生产率和加 工成本各不相同的加工方法进行加工 工程技术人员任务：根据具体的生产条件选 用最适当的加工方法，以最好的经济效益， 加工出合乎图样要求的零件 外圆、内圆、平面外圆、内圆、平面 8
2、.0.1 外圆表面 外圆表面的技术要求： 形状精度 位置精度 表面质量 外圆表面的加工方法 车外圆 磨削外圆 粗车：粗车：迅速切去毛坯上多余的金属层，通常采用较大的背吃刀量、较大的进给量和 中速车削，以尽可能提高生产率。车刀应选取较小的前角、后角和负值的刃倾角 迅速切去毛坯上多余的金属层，通常采用较大的背吃刀量、较大的进给量和 中速车削，以尽可能提高生产率。车刀应选取较小的前角、后角和负值的刃倾角, 以增强切削部分的强度 精度等级 以增强切削部分的强度 精度等级 IT13，表面粗糙度，表面粗糙度Ra为为5012.5 m。 半精车：半精车：在粗车之后进行。进一步提高工件的精度和降低表面粗糙度；在
3、粗车之后进行。进一步提高工件的精度和降低表面粗糙度；可作为中等 精度表面的终加工 可作为中等 精度表面的终加工,也可作磨削或精车前的预加工也可作磨削或精车前的预加工 精度等级精度等级 IT10IT9,表面粗糙度表面粗糙度Ra为为6.33.2 m。 精车：精车：在半精车之后进行，一般在高精度车床上加工以确保零件的加工精度和表 面粗 糙度符合图纸要求。采用很小的切削深度和进给量，进行低速或高速车削 车刀应选用较大的前角、后角和正值的刃倾角，以提高表面质量。 一般作为较高精度外圆的终加工或作为光整加工的预加工。 精度等级为 在半精车之后进行，一般在高精度车床上加工以确保零件的加工精度和表 面粗 糙度
4、符合图纸要求。采用很小的切削深度和进给量，进行低速或高速车削 车刀应选用较大的前角、后角和正值的刃倾角，以提高表面质量。 一般作为较高精度外圆的终加工或作为光整加工的预加工。 精度等级为IT8IT6，表面粗糙度，表面粗糙度Ra为为 1.6 m。 (1) 车外圆方式：粗车、半精车、精车、精细车车外圆方式：粗车、半精车、精车、精细车 精细车：精细车：所用车床应具有很高的精度和刚度。刀具采用金刚石或细晶粒的硬质合 金，经仔细刃磨和研磨后可获得很锋利的刀刃。采用高的切削速度、小的背吃刀 量和小的进给量。其加工精度可达 所用车床应具有很高的精度和刚度。刀具采用金刚石或细晶粒的硬质合 金，经仔细刃磨和研磨
5、后可获得很锋利的刀刃。采用高的切削速度、小的背吃刀 量和小的进给量。其加工精度可达IT6以上，表面粗糙度以上，表面粗糙度 Ra在在0.4 m以下，精细车 用于高精度有色金属零件精加工，也用于加工大型精密外圆表面，以代替磨削。 以下，精细车 用于高精度有色金属零件精加工，也用于加工大型精密外圆表面，以代替磨削。 外圆车削的特点外圆车削的特点 外圆车刀结构简单、刚性好，制造、刃磨 和装夹均方便，刀具价格低。 车削过程比较平稳。 车削除了加工外圆表面外，还可以在一次 装夹下加工同一零件上的其他表面， 车削适于加工各种材料 (2) 磨外圆 中心磨床磨削外圆 无心磨外圆 砂带磨削 8.0.2 孔加工 孔
6、的分类 非配合孔 配合孔 深孔 孔表面的技术要求 尺寸及形状精度 位置精度 表面质量 孔加工的特点 孔加工的加工精度和表面质量都不容易控制 刀具尺寸受被加工孔尺寸的限制 刀具刚性较差，容易产生弯曲变形及振动 孔加工的尺寸取决于刀具的尺寸，刀具的制造误差和磨损将直接影响 孔加工的精度 排屑、散热条件均较差 孔加工的工作条件比外圆表面加工差，加工孔要比加工同样 精度要求的外圆困难 当零件要求孔与外圆表面必须保持某一正确关系时，总是先 加工孔，然后再以孔定位加工外圆表面，容易达到加工要求 (1) 孔加工方式：钻扩铰 钻孔的工艺特点 容易产生“引偏” 排屑困难 钻头易磨损 钻孔操作简便，适应性强，应用
7、很广 加工精度和表面质量均较低（公差等级为IT13ITll，表 面粗糙度Ra5012.5m），属于孔的粗加工 钻孔主要用于质量要求不高的孔的终加工（如螺栓孔、螺 钉孔、油孔等），也可作为质量要求较高的孔的预加工 扩孔： 扩孔：用扩孔钻对已经钻出、铸出或锻出的孔作 进一步加工，作为精加工前的预加工，也可以作 为要求不高的孔的终加工 扩孔精度一般为IT11ITl0，表面粗糙度Ra为 102.5m 扩孔一般用于100mm以下孔的加工。当孔径很 大时，切削力和扭矩大，扩孔钻笨重，此时宜改 用镗孔。 铰孔 用铰刀从工件孔壁上切除微量金属，以提高孔的尺寸精度和减小表面 粗糙度的加工方法，称为铰孔。它是在扩
8、孔或半精镗孔后进行的一种 精加工。 用铰刀从工件孔壁上切除微量金属，以提高孔的尺寸精度和减小表面 粗糙度的加工方法，称为铰孔。它是在扩孔或半精镗孔后进行的一种 精加工。 铰孔的质量主要取决于铰刀的结构和精度、切削用量和切削液。铰孔的质量主要取决于铰刀的结构和精度、切削用量和切削液。 铰孔尺寸的公差等级为铰孔尺寸的公差等级为IT8IT6，表面粗糙度，表面粗糙度Ra为为1.60.2 m。它适 宜于加工中批、大批大量中不宜拉削的孔，也可加工单件小批生产中 的小孔 。它适 宜于加工中批、大批大量中不宜拉削的孔，也可加工单件小批生产中 的小孔(D15mm)或细长孔或细长孔(L/D5)。 对于中等尺寸以下
9、较精密的孔，钻 。 对于中等尺寸以下较精密的孔，钻-扩扩-铰是生产中经常采用的典型工艺 方案。 铰是生产中经常采用的典型工艺 方案。 (2) 镗孔 孔径尺寸不受刀具尺寸限制 具有较强的误差修正能力：修正孔中心线偏斜误差；能保 证被加工孔和其它表面一定的相互位置精度 镗孔刀具、刀杆系统的刚性比较差，散热、排屑条件比较 差，工件和刀具的热变形倾向比较大，故其加工质量和生 产率都不如车外圆高 镗孔可加工各种不同尺寸和不同精度的孔。对于大尺寸 孔，镗孔几乎是唯一的加工方法 镗孔可以达到的公差等级为IT11IT7，表面粗糙度为0.63 m Ra10m。 (3) 拉孔 拉孔能达到公差 等级IT9IT6，表
10、 面粗糙度为0.16 mRa2.5m 拉孔时，由于拉刀本身就是工件的定位元 件，故拉孔不易保证孔与其它表面的相互 位置精度 (4) 磨孔 经济等级IT9IT7，表面粗糙度0.32Ra5m， 受被磨孔径大小的限制砂轮直径一般都很小，为取得必要的 磨削速度，砂轮转速要非常高。小直径砂轮的磨损快，砂轮 寿命低 内圆磨头在悬臂状态下工作，且磨头主轴的直径受工件孔径 大小的限制，一般都很小，因此内圆磨头主轴的刚度差，容 易产生振动 8.0.3 平面加工 平面的分类 非结合平面 结合平面、导向平面 精密量具表面 平面的技术要求 形状精度 位置精度 表面质量 加工平面方法：刨、铣、车，拉、磨、研磨、超 精加
11、工、刮研 (1) 刨削平面 速度低、生产效率低，适用于在单件小批生产中 在生产车间里，牛头刨床已逐渐被各种铣床代 替，但龙门刨床仍广泛应用于大件加工 宽刃精刨工艺可以减少甚至完全取代刮研工作， 在机床制造行业中获得了广泛的应用 (2) 铣平面 周铣和端铣两种方式 周铣：逆铣、顺铣 端铣：对称铣、不对称铣 工艺特点 工艺范围广； 生产效率高； 刀齿散热条件较好； 容易产生振动； 铣削与刨削的加工质量大致相当，可达到中等精度 粗铣：IT13IT11，Ra12.5m 精铣：IT9IT7,Ra3.21.6m (3)拉平面拉平面 应用：批量较大、表面粗糙度要求较小的 平面也可采用拉削的方式进行加工 拉削
12、平面的工艺特征： 效率高、质量好 刀具成本高 工件刚性要求高 (4) 磨平面 适用范围：平面度、相互位置精度要求较高、粗 糙度要求小 能加工一般金属刀具所不能加工的零件表面，如 带有不均匀铸锻硬皮的工件表面、淬硬表面等 由于加工过程中同时参与切削运动的磨粒数量 多，能切除极薄极细的切屑，因而加工精度高， 表面粗糙度值小 精加工方法，单件小批生产、中批生产，大批大 量生产 (5) 刮研 刮研：利用刮刀在工件上刮去很薄金属的光整加 工方法，一般在精刨之后 可获得很高的表面质量，表面粗糙度Ra0.8 0.1m，平面的直线度可达0.01mm/m 0.0025mm/m 常用于单件小批生产，加工未淬火的要
13、求高的固 定联接面（如车床床头箱底面）、导向面（如各 种导轨面）及大型精密平板和直尺等。在大批大 量生产中，刮研多为专用磨床磨削或宽刃精刨所 代替 8.1 主轴加工 主轴的结构特点及技术要求 主轴加工工艺过程 主轴加工工序分析 8.1.1 主轴的结构特点 主轴结构要素：外圆表面、端面、越程槽、退刀槽、螺纹、平键 槽、花键、圆柱孔、外锥面、锥孔 前端有锥孔 的空心轴 前端有锥孔 的空心轴 前端有外锥 的实心轴 前端有外锥 的实心轴 前端有锥孔 的实心轴 前端有锥孔 的实心轴 车床主轴 前支承轴颈前支承轴颈(1:12锥度锥度)后支承轴颈后支承轴颈(1:12锥度锥度)配合轴颈 外锥面 内锥孔 配合轴
14、颈 外锥面 内锥孔 8.1.1 主轴的技术要求 尺寸精度：前后支承轴颈和安装齿轮的配合轴颈IT5 形状精度：前后支承轴颈的圆度 位置精度： 前后支承轴颈间径向跳动 装配齿轮的配合轴颈对前后支承轴径的径向跳动 内外锥面对前后支承轴径的径向跳动 1:12 8.1.1 主轴的技术要求(续) 表面粗糙度：前后支承轴径表面、前端内外锥面和齿轮装 配轴颈表面0.40-0.10um 常用材料：考虑因素为耐磨性、热处理方式、热处理后变 形；普通机床选用45钢，有较好综合物理性能、淬火后 HRC4552；其他65Mn等 其他要求：表面硬度、表面修饰(镀铬或发兰) 1:12 8.1.2 主轴加工工艺过程 序号工序
15、名称工序内容定位基准设备 1备料 2锻造模锻立式精锻机 3热处理正火 4锯头 5铣端面钻中心孔毛坯外圆中心孔机床 6粗车外圆顶尖孔多刀半自动车床 7热处理调质 8车大端各部车大端外圆、短锥、端面及台阶顶尖孔卧式车床 9车小端各部仿形车小端各部外圆顶尖孔仿形车床 10钻深孔钻48mm通孔两端支承轴颈深孔钻床 11车小端锥孔车小端锥孔两端支承轴颈卧式车床 12车大端锥孔车大端锥孔、外短锥及端面两端支承轴颈卧式车床 13钻孔钻大头端面各孔大端内锥孔摇臂钻床 14热处理局部高频淬火高频淬火设备 15精车外圆精车各外圆并切槽、倒角锥堵顶尖孔数控车床 16粗磨外圆粗磨75h5、90g5、105h5外圆锥堵
16、顶尖孔组合外圆磨床 17粗磨大端锥 孔 粗磨大端内锥孔前支承轴颈及 75h5外圆 内圆磨床 18铣花键铣89f6花键锥堵顶尖孔花键铣床 19铣键槽铣12f9键槽80及M115外圆立式铣床 20车螺纹车三处螺纹锥堵顶尖孔卧式车床 21精磨外圆精磨各外圆及E、F两端面锥堵顶尖孔外圆磨床 22粗磨外锥面粗磨两处112外锥面锥堵顶尖孔专用组合磨床 23精磨外锥面精磨两处112外锥面及短锥面锥堵顶尖孔专用组合磨床 24精磨大端锥 孔 精磨大端莫氏6号内锥孔前支承轴颈及 75h5外圆 专用主轴锥孔磨床 25钳工端面孔去锐边倒角，去毛刺 26检验按图样要求全部检验前支承轴颈及 75h5外圆 专用检具 主轴加
17、工主要工艺过程 工序号工序名称定位基准 1锻造：模锻 2热处理：正火 3铣端面钻中心孔毛坯外圆 4粗车外圆顶尖孔 5热处理：调质 6半精车外圆顶尖孔 7车锥孔支承轴颈 8热处理：局部高频淬火 9精车/粗磨外圆锥堵顶尖孔 10粗磨大端锥孔支承轴颈 11精磨外圆锥堵顶尖孔 12磨外锥面锥堵顶尖孔 13精磨大端锥孔支承轴颈 8.1.3 主轴加工工序分析 附加：毛坯制造方法、主轴材料和热处理 主轴加工阶段划分 定位基准的选择 加工顺序的确定 主轴外圆表面的车削 主轴外圆表面的精加工和光整加工 主轴中心通孔的加工 花键加工 主轴的检验 附加：毛坯制造方法、主轴材料和热 处理 根据使用要求和生产类型而定
18、锻件：直径相差较大、强度要求高 自由锻：单件小批生产 模锻：批量生产 棒料：单件小批、光滑轴或外圆直径相差不大 的轴、精度和受力要求不高 附加：主轴材料和热处理 毛坯热处理：消除锻造应力、细化晶粒、均匀组 织、利于切削 预备热处理：粗加工后的调质，提高综合力学性能 最终热处理：高频淬火，提高表面硬度 1 主轴加工阶段划分：三阶段 粗加工 完成工作：荒车外圆，去除大部分余量、钻中心孔 目的：接近最终尺寸，及时发现锻件缺陷 半精加工 完成工作：热处理、车工艺锥孔、半精车外圆端面，钻 深孔 目的：准备精加工重要表面、完成要求不高的表面 精加工： 完成工作：热处理、精加工前准备(粗磨定位锥面、外 圆、
19、铣花键、键槽、车螺纹) 、精磨外圆、锥面至要求 目的：完成图样要求 2 定位基准的选择 基准统一：保证主要表面的相互位置精度 顶尖孔(工艺锥孔或锥堵)：各外圆表面同轴度 支承轴颈：支承轴颈与外锥面、内锥面、齿轮 安装轴颈的同轴度 基准重合：顶尖孔、支承轴颈为设计基准， 同时也为加工时的定位基准 互为基准：主轴颈和前端锥孔 外圆 顶尖孔外圆锥堵外圆外圆 顶尖孔外圆锥堵外圆 钻顶尖孔钻顶尖孔车外圆车外圆钻通孔、车锥孔钻通孔、车锥孔精车、磨削外圆、外锥精车、磨削外圆、外锥磨削前端锥孔磨削前端锥孔 3 加工顺序的确定 加工顺序取决于定位基准面 铣端面打中心孔粗车外圆中心通孔与前后锥孔外圆 表面精加工终
20、磨前锥孔 次要表面的加工：外圆表面半精加工后、磨削之前 热处理工序： 正火(退火)：粗加工之前 调质：半精加工之前 淬火：磨削之前 CA6140车床主轴加工顺序：铣端面打中心孔粗车 外圆调质半精车外圆淬火精车粗磨精磨 4 主轴外圆表面的车削 车削在主轴上的加工范围 一般表面终加工 支承轴颈、安装齿轮的配合轴颈的半精加工 阶梯加工方法： 单件：普通车床 中批：带液压仿形刀架的车床或液压仿形车床 大批：多刀半自动车床 5 主轴外圆表面的精加工和光整 加工 磨削：主轴精加工的方法，纠正热处理中产 生的变形尺寸精度、位置精度、粗糙度 以死顶尖定位：顶尖和顶尖孔要精确 精密机床主轴的磨削：磨削滚动轴承内环，提高 主轴回转精度 光整加工：修正主轴外圆表面的粗糙度 切削用量和切削压力小切削力、切削热小 上工序表面粗糙度小