典型零件加工工艺

第六章 典型零件加工

第一节 轴类零件加工

一、 概述

(一)、轴类零件的功用与结构特点

1、功用：为支承传动零件（齿轮、皮带轮等）、传动扭矩、承受载荷，以及保证装在主轴上的工件或刀具具有一定的回转精度。

2、 2、 分类：轴类零件按其结构形状的特点，可分为光轴、阶梯轴、空心轴和异形轴（包括曲轴、凸轮轴和偏心轴等）四类。

图 轴的种类

a)光轴 b)空心轴 c)半轴 d)阶梯轴 e)花键轴 f)十字轴 g）偏心轴

h)曲轴 i) 凸 轮轴

若按轴的长度和直径的比例来分，又可分为刚性轴（L/d＜12＝和挠性轴（L/d＞12）两类。

3、表面特点：外圆、内孔、圆锥、螺纹、花键、横向孔 （二）主要技术要求：

1、尺寸精度

轴颈是轴类零件的主要表面，它影响轴的回转精度及工作状态。轴颈的直径精度根据其使用要求通常为IT6～9，精密轴颈可达IT5。

2、几何形状精度

轴颈的几何形状精度（圆度、圆柱度），一般应限制在直径公差点范围内。对几何形状精度要求较高时，可在零件图上另行规定其允许的公差。

3、位置精度

主要是指装配传动件的配合轴颈相对于装配轴承的支承轴颈的同轴度，通常是用配合轴颈对支承轴颈的径向圆跳动来表示的；根据使用要求，规定高精度轴为0.001～0.005mm，而一般精度轴为0.01～0.03mm。

此外还有内外圆柱面的同轴度和轴向定位端面与轴心线的垂直度要求等。 4．表面粗糙度

根据零件的表面工作部位的不同，可有不同的表面粗糙度值，例如普通机床主轴支承轴颈的表面粗糙度为Ra0.16～0.63um，配合轴颈的表面粗糙度为Ra0.63～2.5um，随着机器运转速度的增大和精密程度的提高，轴类零件表面粗糙度值要求也将越来越小。 (三)、轴类零件的材料和毛坯

合理选用材料和规定热处理的技术要求，对提高轴类零件的强度和使用寿命有重要意义，同时，对轴的加工过程有极大的影响。

1、轴类零件的材料

一般轴类零件常用45钢，根据不同的工作条件采用不同的热处理规范（如正火、调质、淬火等），以获得一定的强度、韧性和耐磨性。

对中等精度而转速较高的轴类零件，可选用40Cr等合金钢。这类钢经调质和表面淬火处理后，具有较高的综合力学件能。精度较高的轴，有时还用轴承钢GCrls和弹簧钢65Mn等材料，它们通过调质和表面淬火处理后，具有更高耐磨性和耐疲劳性能。

对于高转速、重载荷等条件下工作的轴，可选用20CrMnTi、20MnZB、20Cr等低碳含金钢或38CrMoAIA氮化钢。低碳合金钢经渗碳淬火处理后，具有很高的表面硬度、抗冲击韧性和心部强度，热处理变形却很小。

2、轴类零件的毛坯

轴类零件的毛坯最常用的是圆棒料和锻件，只有某些大型的、结构复杂的轴才采用铸件。

（四）、轴类零件的预加工

轮类零件在切削加工之前，应对其毛坯进行预加工。预加工包括校正、切断和切端面和钻中心孔。

1、校正：校正棒料毛坯在制造、运输和保管过程中产生的弯曲变形，以保证加工余量均匀及送料装夹的可靠。校正可在各种压力机上进行。

2、切断：当采用棒料毛坯时，应在车削外圆前按所需长度切断。切断叮在弓锯床上进行，高硬度棒料的切断可在带有薄片砂轮的切割机上进行。

3、切端面钻中心孔：中心孔是轴类零件加工最常用的定位基准面，为保证钻出的中心孔不偏斜，应先切端面后再钻中心孔。

4、荒车：如果轴的毛坯是向由锻件或大型铸件，则需要进行荒车加工，以减少毛坯外国表面的形状误差，使后续工序的加工余景均匀。 二、 二、 典型主轴类零件加工工艺分析

轴类零件的加工工艺因其用途、结构形状、技术要求、产量大小的不同而有差异。而轴的工艺规程编制是生产中最常遇到的工艺工作。 （一）（一）轴类零件加工的主要问题

轴类零件加工的主要问题是如何保证各加工表面的尺寸精度、表面粗糙度和主要表面之间的相互位置精度。

轴类零件加工的典型工艺路线如下：

毛坯及其热处理→预加工→车削外圆→铣键槽等→热处理→磨削 （二）（二）CA6140主轴加工工艺分析 1、CA6140主轴技术条件的分析

（1）、支承轴颈的技术要求

主轴两支承轴颈A、B的圆度允差 0.005毫米，径向跳动允差 0.005毫米，两支承轴颈的1：12锥面接触率＞70%，表面粗糙度Ra0.4um。支承轴颈直径按IT5-7级精度制造。

主轴外圆的圆度要求，对于一般精度的机床，其允差通常不超过尺寸公差的50％，对于提高精度的机床，则不超过25%，对于高精度的机床，则应在 5～10％之间。

（2）、锥孔的技术要求

主轴锥孔（莫氏 6号）对支承轴颈 A、B的跳动，近轴端允差 0.005mm，离轴端300mm处允差 0.01毫米，锥面的接触率 ＞70％，表面粗糙度Ra0.4um，硬度要求 HRC48。

（3）、短锥的技术要求

短锥对主轴支承轴颈A、B的径向跳动允差0.008mm，端面D对轴颈A、B的端面跳动允差0.008mm，锥面及端面的粗糙度均为Ra0.8um。

（4）、空套齿轮轴颈的技术要求

空套齿轮的轴颈对支承轴颈A、B的径向跳动允差为 0.015毫米。 （5）、螺纹的技术要求

这是用于限制与之配合的压紧螺母的端面跳动量所必须的要求。因此在加工主轴螺纹时，必须控制螺纹表面轴心线与支承轴颈轴心线的同轴度，一般规定不超过0.025mm。

从上述分析可以看出，主轴的主要加工表面是两个支承轴颈、锥孔、前端短

锥面及其端面、以及装齿轮的各个轴颈等。而保证支承轴颈本身的尺寸精度、几何形状精度、两个支承轴颈之间的同轴度、支承轴颈与其它表面的相互位置精度和表面粗糙度，则是主轴加工的关键。

（三）、CA6140主轴加工工艺过程 （四）、主轴加工工艺过程分析

1、

1、 主轴毛坯的制造方法及热处理

批量：大批；材料：45钢；毛坯：模锻件 (1)材料

在单件小批生产中，轴类零件的毛坯往往使用热轧棒料。

对于直径差较大的阶梯轴，为了节约材料和减少机械加工的劳动量，则往往采用锻件。单件小批生产的阶梯轴一般采用自由锻，在大批大量生产时则采用模锻。

（2）热处理

45钢，在调质处理（235HBS）之后，再经局部高频淬火，可以使局部硬度达到HRC62～65，再经过适当的回火处理，可以降到需要的硬度（例如 CA6140主轴规定为 HRC52）。

9Mn2V，这是一种含碳0.9%左右的锰钒合金工具钢，淬透性、机械强度和硬度均比45钢为优。经过适当的热处理之后，适用于高精度机床主轴的尺寸精度稳定性的要求。例如，万能外圆磨床 M1432A头架和砂轮主轴就采用这种材料。

38CrMoAl，这是一种中碳合金氮化钢，由于氮化温度比一般淬火温度为低540—550℃，变形更小，硬度也很高（HRC＞65，中心硬度HRC＞28）并有优良的耐疲劳性能，故高精度半自动外圆磨床MBG1432的头架轴和砂轮轴均采用这种钢材。

此外，对于中等精度而转速较高的轴类零件，多选用40Cr等合金结构钢，这类钢经调质和高频淬火后，具有较高的综合机械性能，能满足使用要求。有的轴件也选用滚珠轴承钢如 GCr15和弹簧钢如 66Mn等材料．这些钢材经调质和表面淬火后，具有极高的耐磨性和耐疲劳性能。当要求在高速和重载条件下工作的轴类零件，可选用18CrMnTi、20Mn2B等低碳含金钢，这些钢料经渗碳淬火后具有较高的表面硬度、冲击韧性和心部强度，但热处理所引起的变形比38CrMoAl为大。

凡要求局部高频淬火的主轴，要在前道工序中安排调质处理（有的钢材则用正火）, 当毛坯余量较大时(如锻件)，调质放在粗车之后、半精车之前，以便因粗车产生的内应力得以在调质时消除；当毛坯余量较小时（如棒料），调质可放

在粗车（相当于锻件的半精车）之前进行。高频淬火处理一般放在半精车之后，由于主轴只需要局部淬硬，故精度有一定要求而不需淬硬部分的加工，如车螺纹、铣键槽等工序，均安排在局部淬火和粗磨之后。对于精度较高的主轴在局部淬火及粗磨之后还需低温时效处理，从而使主轴的金相组织和应力状态保持稳定。

2、定位基准的选择

对实心的轴类零件，精基准面就是顶尖孔，满足基准重合和基准统一，而对于象CA6140A的空心主轴，除顶尖孔外还有轴颈外圆表面并且两者交替使用，互为基准。

3、加工阶段的划分

主轴加工过程中的各加工工序和热处理工序均会不同程度地产生加工误差和应力，因此要划分加工阶段。主轴加工基本上划分为下列三个阶段。

（1）、粗加工阶段

1）毛坯处理 毛坯备料、锻造和正火

2）粗加工 锯去多余部分，铣端面、钻中心孔和荒车外圆等 （2）、半精加工阶段

１）半精加工前热处理 对于45钢一般采用调质处理以达到220～240HBS。 2）半精加工 车工艺锥面（定位锥孔） 半精车外圆端面和钻深孔等。 （3）、精加工阶段

1）精加工前热处理 局部高频淬火

2）精加工前各种加工 粗磨定位锥面、粗磨外圆、铣键槽和花键槽，以及车螺纹等。

3）精加工 精磨外圆和内外锥面以保证主轴最重要表面的精度。 4、加工顺序的安排和工序的确定

具有空心和内锥特点的轴类零件，在考虑支承轴颈、一般轴颈和内锥等主要表面的加工顺序时，可有以下几种方案。

①外表面粗加工→钻深孔→外表面精加工→锥孔粗加工→锥孔精加工； ② 外表面粗加工→钻深孔→锥孔粗加工→锥孔精加工→外表面精加工； ③ 外表面粗加工→钻深孔→锥孔粗加工→外表面精加工→锥孔精加工。 针对CA6140车床主轴的加工顺序来说，可作这样的分析比较：

第一方案：在锥孔粗加工时，由于要用已精加工过的外圆表面作精基准面，会破坏外圆表面的精度和粗糙度，所以此方案不宜采用。

第二方案：在精加工外圆表面时，还要再插上锥堵，这样会破坏锥孔精度。另外，在加工锥孔时不可避免地会有加工误差（锥孔的磨削条件比外圆磨削条件差人 加上锥堵本身的误差等就会造成外圆表面和内锥面的不同轴，故此方案也

不宜采用。

第三方案：在锥孔精加工时，虽然也要用已精加工过的外圆表面作为精基准面；但由于锥面精加工的加工余量已很小，磨削力不大；同时锥孔的精加工已处于轴加工的最终阶段，对外圆表面的精度影响不大；加上这一方案的加工顺序，可以采用外圆表面和锥孔互为基准，交替使用，能逐步提高同轴度。

经过这一比较可知，象CA6140主轴这类的轴件加工顺序，以第三方案为佳。 通过方案的分析比较也可看出，轴类零件各表面先后加工顺序，在很大程度上与定位基准的转换有关。当零件加工用的粗、精基准选定后，加工顺序就大致可以确定了。因为各阶段开始总是先加工定位基准面，即先行工序必须为后面的工序准备好所用的定位基准。例如CA6140主轴工艺过程，一开始就铣端面打中心孔。这是为粗车和半精车外圆准备定位基准；半精车外圆又为深孔加工准备了定位基准；半精车外圆也为前后的锥孔加工准备了定位基准。反过来，前后锥孔装上锥堵后的顶尖孔，又为此后的半精加工和精加工外圆准备了定位基准；而最后磨锥孔的定位基准则又是上工序磨好的轴颈表面。

工序的确定要按加工顺序进行，应当掌握两个原则：

1） 工序中的定位基准面要安排在该工序之前加工。例如，深孔加工所以安排在外圆表面粗车之后，是为了要有较精确的轴颈作为定位基准面，以保证深孔加工时壁厚均匀。

2）对各表面的加工要粗、精分开，先粗后精，多次加工，以逐步提高其精度和粗糙度。主要表面的精加工应安排在最后。

为了改善金属组织和加工性能而安排的热处理工序，如退火、正火等，一般应安排在机械加工之前。

为了提高零件的机械性能和消除内应力而安排的热处理工序，如调质、时效处理等，一般应安排在粗加工之后，精加工之前。

5、大批生产和小批生产工艺过程的比较 （1）定位基准的选择

表：不同生产类型下主轴加工定位基准的选择 工 序 名 称 加工顶尖孔 粗车外圆 钻深孔 半精车和精车 粗、精磨外锥 定 位 基 准 面 大 批 生 产 毛坯外圆 顶尖孔 粗车后的支承轴颈 两端锥堵的顶尖孔 两端锥堵的顶尖孔 小 批 生 产 划 线 顶尖孔 夹一端，托另一端 夹一端，顶另一端 两端锥堵的顶尖孔 粗、精磨外国 粗、精磨难孔 两端锥堵的顶尖孔 两支承轴颈外表面或靠近两支承轴颈的外圆表面 两端锥堵的顶尖孔 夹小端，托大端 （2）轴端两顶尖孔的加工

在单件小批生产时，多在车床或钻床上通过划线找正加工。

在成批生产时，可在中心孔钻床上加工。专用机床可在同一工序中铣出两端面并打好顶尖孔。

（3）外圆表面的加工

在单件小批生产时，多在普通车床上进行；而在大批生产时，则广泛采用高生产率的多刀半自动车床或液压仿形车床等设备。

（4）深孔加工

在单件小批生产时，通常在车床上用麻花钻头进行加工。在大批量生产中，可采用锻造的无缝钢管作为毛坯，从根本上免去了深孔加工工序；若是实心毛坯，可用深孔钻头在深孔钻床上进行加工；如果孔径较大，还可采用套料的先进工艺。

（5）花键轴加工

在单件小批生产时，常在卧式铣床上用分度头分度以圆盘铣刀铣削；而在成批生产（甚至小批生产）都广泛采用花键滚刀在专用花键轴铣床上加工。

（6）前后支承轴颈以及与其有较严格的位置精度要求的表面精加工，在单件小批生产时，多在普通外圆磨床上加工；而在成批大量生产中多采用高效的组合磨床加工。

（四）、主轴加工中的几个工艺问题 1、1、锥堵和锥堵心轴的使用

对于空心的轴类零件，若通孔直径较小的轴，可直接在孔口倒出宽度不大于2mm的60度锥面，代替中心孔。而当通孔直径较大时，则不宜用倒角锥面代之，一般都采用锥堵或锥堵心轴的顶尖孔作为定位基准。

使用锥堵或锥堵心轴时应注意事项：

（1）一般不中途更换或拆装，以免增加安装误差。

（2）锥堵心轴要求两个锥面应同轴，否则拧紧螺母后会使工件变形。 2、顶尖孔的研磨

因热处理、切削力、重力等的影响，常常会损坏顶尖孔的精度，因此在热处理工序之后和磨削加工之前，对顶尖孔要进行研磨，以消除误差。常用的研磨方法有以下几种。 （1）用铸铁顶尖研磨 （2）用油石或橡胶轮研磨

（3）用硬质合金顶尖刮研 （4）用中心孔磨床磨削 2、2、外圆加工方法 略 4、．深孔加工

一般孔的深度与孔径之比 l/d＞5就算深孔。CA6140主轴内孔l/d=18，属深孔加工。

（1） 加工方式

加工深孔时，工件和刀具的相对运动方式有三种：

1）工件不动，刀具转动并送进。这时如果刀具的回转中心线对工件的中心线有偏移或倾斜。加工出的孔轴心线必然是偏移或倾斜的。因此，除笨重或外形复杂而不便于转动的大型工件外，一般不采用。

2）工件转动，刀具作轴向送进运动。这种方式钻出的孔轴心线与工件的回转中心线能达到一致。如果钻头偏斜，则钻出的孔有锥度；如果钻头中心线与工件回转中心线在空间斜交，则钻出的孔的轴向截面是双曲线，但不论如何，孔的轴心线与工件的回转中心线仍是一致的，故轴的深孔加够采用这种方式。

3）工件转动，同时刀具转动并送进。由于工件与刀具的回转方向相反，所以相对切削速度大，生产率高，加工出来的孔的精度也较高。但对机床和刀杆的刚度要求较高，机床的结构也较复杂，因此应用不很广泛。

（2）深孔加工的冷却与排屑

在单件、小批生产中，加工深孔时，常用接长的麻花钻头，以普通的冷却润滑方式，在改装过的普通车床上进行加工。为了排屑，每加工一定长度之后，须把钻头退出。这种加工方法，不需要特殊的设备和工具。由于钻头有横刃，轴向力较大，两边切削刃又不容易磨得对称，因此加工时钻头容易偏斜。此法的生产率很低。

在批量生产中，深孔加工常采用专门的深孔钻床和专用刀具，以保证质量和生产率。这些刀具的冷却和切屑的排出，很大程度上决定于刀具结构特点和冷却液的输入方法。目前应用的冷却与排屑的方法有两种：

1）内冷却外排屑法

加工时冷却液从钻头的内部输入，从钻头外部排出。高压冷却液直接喷射到切削区，对钻头起冷却润滑作用，并且带着切屑从刀杆和孔壁之间的空间排出。

2）外冷却内排屑法

冷却液从钻头外部输入，有一定压力的冷却液经刀杆与孔壁之间的通道进入切削区，起冷却润滑作用，然后经钻头和刀杆内孔带着大量切屑排出。

三、丝杆加工

(一)、丝杠的功用、分类及结构特点 1、丝杠的功用

丝杠是将旋转运动变成直线运动的传动副零件，它被用来完成机床的进给运动。机床丝杠不仅要能传递准确的运动，而且还要能传递一定的动力。所以它在精度、强度以及耐磨性各个方面，都有一定的要求。

2、丝杠的分类

机床丝杠按其摩擦特性分： 滑动丝杠 滚珠丝杠 丝杠 滚动丝杠

静压丝杠 滚柱丝杠

按其使用性能要求分：

不淬硬丝杠

丝杠

淬硬丝杠

按其精度要求分：

普通丝杠

丝杠

精密丝杠

3、丝杠结构的工艺特点

丝杠是细而长的柔性轴，它的长径比往往很大，一般都在20～50左右，刚度很差。加上其结构形状比较复杂，有要求很高的螺纹表面，又有阶梯及沟 槽，因此，在加工过程中，很容易产生变形。这是丝杠加工中影响精度的一个主要矛盾。

（二）、丝杠的精度要求

1、精度等级按丝杠的螺纹精度标准分，国家有标准。 2、具体指标有： （1）单个螺距允差 （2）中径圆度允差； （3）外径相等性允差； （4）外径跳动允差； （5）牙形半角允差； （6）中径为尺寸公差； （7）外径为尺寸公差；

（8）内径为尺寸公差。

（三）、丝杆加工的基本工艺路线： 对不淬硬丝杠：

毛坯（热处理）—校直—车端面打中心孔—外圆粗加工—校直热处理—重打中心孔（修正）—外圆半精加工—加工螺纹—校直、低温时效—修正中心孔—外圆、螺纹精加工。 对淬硬丝杠：

毛坯（热处理）—校直—车端面打中心孔—外圆粗加工—校直热处理—重打中心孔（修正）—外圆半精加工加工螺纹—淬火、回火—探伤—修正中心孔—外圆、螺纹半精磨加工—探伤—修正中心孔—外圆、螺纹精磨加工。 （四）丝杠加工工艺主要问题分析

1、丝杠的校直及热处理： 丝杠工艺除毛坯工序外，在粗加工及半精加工阶段，都安排了校直及热处理工序。校直的目的是为了减少工件的弯曲度，使机械加工余量均匀。时效热处理以消除工件的残余应力，保证工件加工精度的稳定性。一般情况下，需安排三次。一次是校直及高温时效，它安排在粗车外圆以后，还有两次是校直及低温时效，它们分别安排在螺纹的粗加工及半精加工以后。

2、定位基准面的加工： 丝杠两端的中心孔是定位基准面，在安排工艺路线时，应一首先将它加工出来，中心孔的精度对加工质量有很大影响，丝杠多选用带有120。保护锥的中心孔。此外，在热处理后，最后精车螺纹以前，还应适当修整中心孔以保持其精度。

丝杠加工的定位基准面除中心孔外，还要用丝杠外圆表面作为辅助基准面，以便在加工中采用跟刀架，增加刚度。

3、螺纹的粗、精加工 粗车螺纹工序一般安排在精车外圆以后，半精车及精车螺纹工序则分别安排在粗磨及精磨外圆以后。不淬硬丝杜一般采用车削工艺，经多次加工，逐渐减少切削力和内应力；对于淬硬丝杠，则采用“先车后磨”或“全磨”两种不同的工艺。后者是从淬硬后的光杜上直接用单线或多线砂轮粗磨出螺纹，然后用单线砂轮精磨螺纹。

4、重钻中心孔：工件热处理后，会产生变形。其外圆面需要增加的加工余量，为减少其加工余量，而采用重钻中心孔的方法。在重钻中心孔之前，先找出工件上径向圆跳动为最大值的一半的两点，以这两点后作为定位基准面，用个端面的方法切去原来的中心孔，重新钻中心孔。当使用新的中心孔定位时，工件所必须切会的额外的加工余量将减少到原有值。

第二节 箱体加工

一、 一、 概述

（一） （一） 箱体零件的功用及结构：

1、 1、 功用：箱体是用来支承或安置其它零件或部件的基础零件。它将机器和部件中的轴、套、齿轮等有关零件连接成一个整体，并使之保持正确的相互位置，以传递转矩或改变转速来完成规定的动作。

2、 2、 箱体的结构特点：箱体的壁厚较薄约10～30mm且壁厚不均匀，形状比其它零件复杂。尽管箱体零件的结构形状随其在机器中的功用不同而有很大差别，但也有其共同的特点其内部呈腔形，在箱体壁上有多种形状的凸起平面及较多的轴承交承孔和紧固孔。这些平面和轴承孔的精度要求较高、粗糙度要求较低，且有较高的相互位置精度要求。箱体零件不但加工部位较多，而且加工的难度也较大。箱体的加工表面主要是平面和孔系。

3、 3、 分类：箱体零件从结构功能上看可分为两大类： 整体式 箱体

分体式

（二） （二） 箱体零件的主要技术要求：

1、孔的尺寸精度、几何形状精度和表面粗糙度。

一般情况下，主轴孔的尺寸精度为IT6，表面粗糙度Ra为1。6～0。4um，其他支承孔的尺寸精度一般应在孔的公差范围内，要求高的孔的形状公差不超过孔公差的1/2～1/3。

2、支承孔之间的相互位置精度和孔距尺寸精度。

同轴孔之间应有一定的同轴度要求。否则，轴的装配困难，轴承的运转情况恶化，磨损加剧及温度升高，从而影响机器的精度和正常运转。

一般，各支承孔轴心线的平行度为（0.01~0.02）/100mm，主轴孔的同轴度为0.012mm，其他支承孔的同轴度为0.02mm。

3、主要平面的加工精度和表面粗糙度。

平面加工精度包括平面的形状精度和相互位置精度。因为箱体的主要平面往往是装配基面或是加工中的定位基面，故其加工精度直接影响机器的总装精度和加工时的定位精度。

一般，主要平面的平面度为0.03～0.06mm；表面粗糙度 Ra为1.6～0.4um；平面间的平行度在全长范围内约为0.05～0.2mm；垂直度为0.1/300mm。 3、支承孔与主要平面间的尺寸精度及相互位置精度。

箱体上各支承孔对装配基面有一定的距离尺寸精度和平行度要求，对端面有一定的垂直度要求。这些精度要求都将影响箱体部件装配后的精度。 (三)、零件的材料与毛坯

一般箱体零件的材料多采用灰铸铁。常用牌号为HT150和HT200。

铸造毛坯的造型方式一般与生产批量有关。当单件小批生产时，采用木模手工造型，其缺点是毛坯铸造精度低，加工余量较大；当大批大量生产且毛坯尺寸不太大时，常采用金属模机器造型。这种毛坯的精度较高，加工余量可适当减小。根据工厂的生产经验，下列数据可供参考：一般平面的加工总余量为 6～12mm；孔半径方向的总余量为 5～15mm，对手工木模造型应取大值。成批生产直径小于30mm的孔，或单件小批生产直径小于50mm的孔，均不预先铸出。零件铸造后应进行时效处理，以便消除铸件内应力，保证其加工后精度

的稳定性。

在单件小批生产条件下，形状简单的箱体也可采用钢板焊接。对其些特定场合，也可采用其它材料。如飞机发动机箱体，为减轻重量，常用镁铝合金。 二、零件的结构工艺性

箱体零件的结构形状比较复杂，不同的结构形状和使用要求有其不同的结构工艺性。下面仅从机械加工的角度，分析箱体零件结构工艺性的共性问题。 1、基本孔

箱体上的孔通常有通孔、阶梯孔、盲孔和相交孔等。通孔最为常见，其中以短圆柱孔为多。

在通孔内又以孔长L与孔径 D之比 L/D＜1.5的短圆柱孔工艺性为最好（箱体外壁上多为这种孔）。

阶梯孔的工艺性与“孔径比”有关。孔径相差越小则工艺性越好；孔径相差越大，且其中最小孔径又很小，则工艺性越差。阶梯孔的孔径相差越小，其工艺性越好，若孔径相差较大，即存在较大的内端面时，则一般情况下，锪镗内端面比较困难，难以达到精度和表面粗糙度的要求。

相贯通的交叉孔的工艺性也较差，如图所示,为改善工艺性，可将其中直径小的孔不铸通，先加工主轴大孔，再加工小孔。

盲孔的工艺性最差，不易加工，在精镗或精铰盲孔时，要用手动送进，其内端面更难加工，故盲孔的工艺性差，设计时应量避免。若结构上允许，可将盲孔钻通而改成阶梯孔，以改善其工艺性。 2、同轴线上的孔

同一轴线上孔径的大小向一个方向递减，可使镗孔时，镗杆从一端伸入，逐个加工或同时加工同轴线上的几个孔，以保证较高的同轴度和生产率。

为使同轴线的各孔能同时加工，必须使相邻两孔的直径差大于加

工余量，否则刀具无法通过前孔到达后孔的加工位置（如图所示）此外，在设有中间导向时如图所示，除导套直径 D2应小于前孔尺寸D1减去余量外，后孔尺寸D3也应小于导套尺寸D2，以免刀具刮中间导套。

同轴线上的孔的直径大小从两边向中间递减，可使刀杆从两边进入箱体加工同轴线上各孔，这样，不仅缩短了镗杆的长度，提高了镗杆的刚性，而且为双面同时加工创造了条件，所以大批大量生产的床头箱，常采用此种孔径分布形式。

同轴线上孔的径大于外壁上的孔装刀、对刀，结构工

3、工艺孔

为加工或装配的需要，可增设必要的工艺孔。 4、装配基面

为便于加工和检验，箱体的装配基面尺寸应尽量大，形状应尽量简单。 5、凸台

箱体外壁上的凸台应尽可能在一个平面上，以便可以在一次走刀中加工出来，而无须调整刀具的位置，使加工简单方便。

直径的分布形式，应尽量避免中间隔壁上的孔径。因为加工这种孔时，要将刀杆伸进箱体后艺性差。

6、紧固孔与螺孔

箱体上的紧固孔和螺孔的尺寸规格应尽量一致，以减少刀具数量和换刀次数。此外，为保证箱体有足够的动刚度与抗振性，应酌情合理使用筋板、筋条，加大圆角半径，收小箱口，加厚主轴前轴承口厚度。

三、箱体加工工艺过程及分析

（一） （一） 箱体零件机械加工工艺过程： 录像：

1、某车床床头箱加工工艺过程——整体式箱体 2、某减速器箱体加工工艺过程——分体式箱体

（二）箱体加工工艺分析：

1、箱体类零件加工的一般工艺路线 对于中小批生产，其加工工艺路线大致是：

铸造——划线——平面加工——孔系加工——钻小孔——攻丝； 大批大量生产的工艺路线大致是：

铸造——加工精基准平面及两工艺孔——粗加工其它各平面——精加工精基准平面——粗、精镗各纵向孔——加工各横向孔和各次要孔——钳工去毛刺。

以上为整体式箱体的加工工艺路线，对于分离式箱体，同样按“先面后孔”及“粗、精分阶段加工”这两个原则安排工艺路线。但是整个加工过程必须先对箱盖和底座分别加工对合面、底面、紧固孔和定位销孔，然后再合箱加工轴承孔及其端面等。

2、不同批量箱体生产的共性 (1) (1) 加工顺序为先面后孔 (2) (2) 加工阶段粗、精分开 (3)工序间安排时效处理

普通精度的箱体，一般在铸造之后安排一次人工时效处理。

一些高精度的箱体或形状特别复杂的箱体，在粗加工之后还要安排一次人工时效处理，以消除粗加工所造成的残余应力。

(4)一般都用箱体上的重要孔作粗基准

箱体零件的粗基准一般都用它上面的重要孔作粗基准，如主轴箱都用主轴孔作粗基准。 3、不同批量箱体生产的特殊性 (1)粗基准的选择

虽然箱体类零件一般都选择重要孔为粗基准，随着生产类型不同，实现以主轴孔为粗基准的工件装夹方式是不同的。

中小批生产时，由于毛坏精度较低，一般采用划线装夹。 大批大量生产时，毛坯精度较高，可采用夹具装夹。 (2)精基准的选择

箱体加工精基准的选择也与生产批量大小有关。

单件小批生产用装配基准作定位基准。符合基准重合原则，消除了基准不重合误差，这种定位方式也有它的不足之处。刀具系统的刚度不足，当在箱体内部相应的部位设置 镗杆导向支承时，由于箱体底部是封闭的，中间支承只能从箱体顶面的开口处把吊架伸入箱体内，每加工一件需装卸一次，且吊架刚性差，制造安装精度较低，经常装卸也容易产生误差，

增加辅助时间，因此这种定位方式只适用于单件小批生产。

大批量生产时采用一面双孔作为精基准。主轴箱常以顶面和两定位销孔为精基准，这种定位方式，箱口朝下，中间导向支架可固定在夹具上。由于简化了夹具结构，提高了夹具的刚度，同时工件装卸也比较方便，因而提高了孔系的加工质量和劳动生产率。

应该指出：这一定位方式也存在一定的问题，由于定位基准与设计基准不重合，产生了基准不重合误差。为保证箱体的加工精度，必须提高作为定位基准的箱体顶面和两定位销孔的加工精度。

(3)所用设备依批量不同而异

单件小批生产一般都在通用机床上加工，各工序原则上靠工人技术熟练程度和机床工作精度来保证。而大批量箱体的加工则广泛采用组合加工机床、专用夹具等，这就大大地提高了生产率。

四、箱体零件的平面加工（略） 五、箱体类零件的孔系加工

孔系——在箱体上一系列有相互位置精度要求的孔

平行孔系 孔系 同轴孔系

交叉孔系

孔系的加工方法不仅与生产规模有关，而且也与孔系的精度要求相关。下面分别介绍各 种孔系加工及其保证精度要求的方法。

(一)、平行孔系加工

平行孔系的主要技术要求是各孔中心线之间及孔中心线与基准面之间的距离尺寸精度和相互位置精度。平行孔系精度要求的方法有以下几种：

1、找正法

找正法是在通用机床上借助一些辅助装置去找正各个被加工孔的正确位置。 （1）划线找正法 (2)心轴块规找正法

1、心轴 2、主轴 3、块规 4、塞尺 5、镗床工作台

(3)样板找正法

2、镗模法

镗模是一种镗孔夹具。它既具有工件的定位夹紧装置，又有支承和引导镗刀杆的模板装置如图所示。由于镗杆与机床多采用浮动连接，故机床精度对加工精度的影响甚小。

3、坐标法

（1）定义：坐标法是把被加工孔之间的孔距尺寸换算为两个互相垂直的坐标尺寸，然后按此坐标尺寸，通过控制

机床的坐标位移，精确地调整机床主轴与工件在水平和垂直方向的相对位置，以间接保证孔距精度。如图所示

（2）测量装置：为保证工作台和主轴的位移精度，必须在镗床上加上坐标测量装置。 金属线纹尺

镗床坐标测量精密测量装置 光学读数头

用块规和百分表的测量装置 光栅数字显示装置

镗床测量装置 用游标尺加放大镜的测量装置 精密丝杆（加校正尺）

坐标镗床的坐标精密测量装置 光电瞄准、光栅、磁尺

激光干涉仪

（3）原始孔的选择

首先加工的第一排孔应位于箱壁的一侧，依次加工其他各孔时，工作台只朝一个方向移动。

原始孔还应有较高的尺寸精度和较低的表面粗糙度，以保证加工过程中重新校验坐标原点的准确性。

另外，安排加工顺序时要把有孔距要求的两孔紧密地连在一起，以减少坐标尺寸的累积误差对孔距精度的影响。

（二）同轴孔系加工

在成批生产中为保证同轴孔系的同轴度常用镗模加工。

单件小批生产时，在通用机床上加工，一般不采用镗模。这时可用如下方法保证同轴

线孔的同轴度。

1、利用已加工孔作交承导向

如图所示，箱体前壁孔加工好后，在孔内装一导向套，借以支承和引导镗杆来加工后壁上的同轴孔。这种方法适用于加工前后两壁相隔较近时的同轴孔。一般需有专用的导套。

2、利用镗床后立柱上的导向套作支承导向

利用镗床后立柱上的导向套作支承导向解决了因镗杆悬伸过长而挠度大。进而影响同轴度的问题。但需用较长的镗杆，且后立柱导套的调整麻烦、费时。因此，适用于大型箱体的孔系加工。

3、从箱体两侧进行镗孔

从箱体两侧进行镗孔，即采用调头镗或两次装夹的办法。

(三)、交叉孔系加工

交叉（或相交）孔系主要应保证各孔的垂直度要求。加工时应先将精度要求高或表面粗糙度要求较低的孔全部加工好，然后加工另外与之相交叉（或相交）的孔。一般在普通镗床上用工作台上的直角对准装置进行加工控制。由于它是挡块装置，故结构简单，但精度较低。欲提高精度，可用芯棒与百分表找正法找正。

六、孔系加工的精度分析 （一）、镗孔时的受力变形

1、镗杆受力变形的影响

如果忽略工件材质和切削余量不均匀等所引起的

切削力变化，

在镗孔过程中，相对于被加工孔表面Fyz力的方向随着镗杆的回传而不断改变，若由力

Fyz所引起的刀尖径向位移为fF，则镗杆中心偏离了原来的理想中心，但刀尖的运动轨迹仍然呈圆形，所镗出孔的直径比原来减少2fF。

镗杆自重

镗杆自重ｑ的大

小和方向是不变的，由Ｑ力所产生最大挠曲变形fQ也始终铅垂向下。出，此时镗刀实际回转中心低于理

的镗杆如图看想中心

fQ值，刀尖的运动轨迹仍呈圆形，且圆的大小基本上不变。高速镗削时，fQ很小；低速精镗时，由于切削力及其所产生的fF较小，故相比之下fQ较大，即自重Ｑ对孔加工精度的影响较大。

实际上，镗杆在每一瞬间的挠曲变形，是切削力和自重所产生的挠曲变形的合成。而且，由于材质和加工余量的不均匀、切削用量的不一及镗杆伸出长度的变化等，故镗杆的实际回转中心在镗孔过程中作无规律变化，从而引起孔系加工的多种误差。

由上分析可知，为了减少镗杆的挠曲变形，以提高孔系加工的几何精度和相对位置精度，通常可采用下列措施：

1）加大镗杆直径和减小悬伸长度； 2）采用导向装置，以约束镗杆挠曲变形； 3）减小镗杆自重和切削力对挠曲变形的影响。 2、镗床受力变形的影响

镗床的受力变形主要产生在主轴本身和主轴轴承上。

3、工件夹紧变形的影响

（二）、镗杆与导套几何形状精度及配合间隙的影响

当采用固定式导向装置时，镗杆轴颈在导套内回转。精镗时，由于Ｑ＞Fyz故切削力不

能抬起镗杆。随着镗杆的回转，镗杆轴颈表面以不同部位沿导套内孔下方一小范围内接触。因此，镗杆及导套内孔的圆度误差将引起被加工孔的圆度误差。如图所示：

（三）、镗削方式的影响 1、悬臂镗、镗杆送进

采用镗杆送进时，在镗杆不断伸长过程中，由于切削力的作用，使刀尖的挠度值不断增大。切削力与自重综合对被加工孔的影响见图b，使孔径不断减小，轴线弯曲。

图a 图b 2、悬臂镗工作台送进（图a）

虽然刀尖在切削力与重力作用下有挠度，但由于采用工作台送进，镗刀伸出长度不变，这个挠度为定值。所以被加工孔的孔径减小一个定值，同时孔的直线性好图b所示。此法的缺点是，机床工作台导轨的不直度会引起孔轴线的偏移和弯曲。当工作台送进方向与主轴回转轴线不平行时，会使孔出现椭圆度。当然，如前所述，这项误差并不十分严重。

图a 图b

3、支承镗、工作台送进（图a） 显然，由于工作台送进，两支承点间距离很长，要超过孔长的两倍。但由于是支承镗，其刀尖挠度比以上的减小一倍 本方案的特征和方案2相

同，即孔轴线的直线性好，孔径尺寸只均匀减小一个更小的定值。

4、支承镗、镗杆送进

本方案镗杆伸出长度不变。当刀尖处于两支承中间时，切削力产生的挠度比方案3小： 所以，抗振性好，但是，由于是镗杆送进，故键刀在支承间的位置是变化的，因而镗杆自重造成的弯曲度就会影响工件

孔轴线的弯曲误差，所以尽管本方案镗杆变形比方案３小，但因轴线的弯曲不易进一步纠正。故并不如方案3好。

5、在镗模里加工

本方案和前四个方案相比，其变形最小。但由于镗模

是和工件以一个整体送进的，在镗削过程中，刀尖处的挠度是一个变值，故镗出的孔的轴线是弯曲的。而纠正孔轴线的弯曲度是不容易的。

6、双支承镗、工作台送进

距比方案4大一倍，但因仅仅相对位置关系未变，所以刀尖线是直的。就这一点看，比工

这时虽然这时镗杆的跨

由工件送进，双支承与刀具的挠度为定值，加工出的孔的轴件镗模里加工又有优越之处。

第三节 齿轮加工

一、 一、 概述

（一） （一） 齿轮的功用与结构特点

1、 1、 功用：按规定的速比传递运动和动力。 2、 2、 结构 轮体 齿圈 3、 3、 分类

直齿 （1）按齿圈的分布形式 斜齿 人字齿 盘形——最广泛 套筒 （2）按轮体 轴

扇形 齿条

（二） （二） 齿轮的技术要求：

齿轮传动有如下几方面的精度要求： 1、传递运动的准确性。 2、工作的平稳性。 3、齿面接触的均匀性。 4、有一定的齿侧间隙。

在我国GB10095-88标准中规定了齿轮传动有12个精度等级，精度由高到低依次为1级、2级?12级。其中常用的精度等级为6～9级。7级精度是基础级，是设计中普遍采用且在一般条件下用滚、插、剃三种切齿方法就能得到的精度等级。

按齿轮各项误差对传动性能的主要影响，标准中将齿轮每个精度等级的各项公差分成三个公差组

传递运动的准确性 三大公差组 传动的平稳性 载荷的均匀性

根据齿轮的精度等级，齿轮的工作齿面和基准面应有相应的表面粗糙度要求。 表：齿轮孔、齿轮轴和齿面的表面粗糙度（Ra：um） 精度等级 5 6 7 8 9 齿轮孔 齿轮轴 齿形面

0.4～0.2 0.2 0.4 0.8 0.4 0.8～0.4 1.6～0.8 0.8 0.8 1.6 1.6 3.2 3.2 1.6 6.3 二、 二、 齿轮的毛坯与材料，热处理

1、 1、 齿轮的材料

对一般传力齿轮，齿轮材料应具有一定的接触疲劳强度、弯曲疲劳强度和耐磨性要求； 对受冲击载荷的齿轮传动，其轮齿容易折断。此时，要求材料有较大的机械强度和较好的冲击韧性；

对高精度齿轮，要求材料淬火时变形小，并具有较好的精度保持性。 此外，还应考虑齿轮的结构情况，如大直径齿轮可选用铸钢和铸\\铁。 中碳钢 中碳含金结构钢 渗碳钢 齿轮材料 铸钢 铸铁 胶布胶木

尼龙

2、齿轮的毛坯 (1)圆钢。 (2)锻件。

(3)铸钢。用于直径较大、形状复杂且受力较大的齿轮。一般适用于齿轮直径在400～600mm以上。

(4)铸铁。机械强度较差，但加工性能好，成本低，故适用于受力不大、无冲击的低速齿轮。

除上述毛坯外，对高速轻载齿轮，为减少噪音，可用夹布胶木制造，或用尼龙、塑料压铸成形。

3、齿轮的热处理 (1)切齿前的预备热处理 切齿前常用的热处理方法有：

①退火。铸铁毛坯应进行退火，以便使内部组织均匀，消除内应力和改善切削性能。 ②正火。铸钢毛坯要正火，其作用与退火相同、低碳钢的锻件毛坯，其正火主要是为改善材料的切削性能。

③调质。中碳钢锻件毛坯调质处理的目的，一是为了提高材料的机械性能，二是对切齿后需淬火的齿轮提供良好的条件。

(2)切齿后的热处理

切齿后热处理主要是为了提高齿面硬度。具体方法有：

①高频表面淬火。淬火后轮齿变形较小，齿面硬度较高，芯部韧性好，是最常用的表面淬火方法。

②整体淬火。这种方法简便易行，但淬火后常引起内孔变形、端面翘曲及径向跳动增大。由于齿芯韧性不好，故轮齿容易冲击折断。

③化学热处理。对含碳量比较低的齿坯材料，可采用齿面渗碳淬火及渗氮、氰化等处理。这种齿面硬度很高，齿芯韧性较好，可用于高速或有冲击的齿轮。由于表面硬化层较薄，故不宜用于重载齿轮。 三、齿轮加工的一般工艺路线

齿轮加工过程可大致分为齿坯加工和齿形加工两个阶段。其主要工艺有两方面，一是齿坯内孔（或轴颈）和基准端面的加工精度，它是齿轮加工、检验和装配的基准，对齿轮质量影响很大；二是齿形加工精度，它直接影响齿轮传动质量，是整个齿轮加工的核心。

1、齿坯加工阶段

齿坯加工主要包含毛坯制备、内孔和基准端面加工、圆和其他表面加工等过程。 内孔和基准端面应在一次装夹中加工，以保证基准端面对内孔的垂直度要求，外圆精加工应以内孔在芯轴上定位，以保证外圆对内孔的同轴度要求。

齿坯的加工方案与轮体结构、技术要求及生产规模等多种因素有关，具体加工过程四。 2、齿形加工阶段

齿形加工方案的选择，主要取决于齿轮的精度等级、生产批量和热处理方法等。对于8级及8级以下精度的不淬硬齿轮，用铣齿、滚齿或插齿等方法都可直接达到加工精度要求；

对淬硬齿轮，需在淬火前将精度提高一级，以保证淬火后达到预期精度，其加工方案可采用：

滚（插）齿—→齿端加工—→齿面淬火—→修正内孔。 6～7级精度淬硬齿轮有如下两种加工方案：

（1）剃-珩齿方案：滚（插）齿—→齿端加工—→剃齿—→表面淬火—→修正基准—→珩齿。

（2）磨齿方案：滚（插）齿—→齿端加工—→渗碳淬火—→修正基准—→磨齿。 剃-珩齿方案生产率高，广泛用于7级精度齿轮的成批生产中。磨齿方案的生产率低，一般用于6级精度以上或淬火后变形较大的齿轮。单件小批生产或5级精度以上的齿轮一般采用磨齿方案。

对于不淬硬的7级精度齿轮，可用滚齿方案。

目前一些机床厂和汽车拖拉机厂使用滚（插）齿—→冷挤齿的加工方案，此方案可稳定地获得7级精度，适用于大批量生产。

四、齿坯机械加工

齿坯加工工艺主要取决于轮体结构形状和生产批量，对轴类和盘类齿轮其齿坯的加工工艺与一般轴和圆盘零件基本相同，唯加工时应重点保证齿形加工基准面的精度要求。轴齿轮的基准面是轴颈，盘形齿轮的基准面是孔和端面。由于齿坯的外圆，端面或内孔常是作为齿形加工，测量和装配的基准，这些对齿形的加工有重要的影响。下面以盘形齿轮为例分析齿坯加工的主要过程。

1、中、小批生产的齿坯加工

(1)以齿坯外圆或凸缘作为粗基准，三爪卡盘装夹，在普通车床或转塔车床上粗加工外圆、端面和内孔；

(2)夹紧外圆，精镗内孔和基准端面；

(3)以内孔在芯轴上定位，精车外圆、端面及其它表面。 对花键孔齿坯，其加工方案大致相仿，可以为：

粗加工外圆、端面和花键底孔→以花键底孔定位，端面支承拉出花键→以花键孔在芯轴上定位，精车外圆、端面及其它表面。

2、大批量生产的齿坯加工

无论圆柱孔或花键孔的齿轮，其齿坯均采用高生产率机床加工，如拉床、多轴自动或多刀半自动车床等。其加工方案为：

(1)以外圆为粗基准，粗加工端面和内孔(或花键)底孔 (2)以端面支承拉孔（内孔或花键孔）

(3)以孔在芯轴上定位，在多刀半自动车床上粗车外圆、端面； (4)不卸一下芯轴，在另一台车床上继续精车外圆、端面及其它表面。 对直径较小的齿坯，可采用棒料在卧式多轴自动或半自动车床上将外圆、基准端面和内孔在一道工序中全部加工完成。 一、 十三、 齿形加工方法

铣齿 仿形法 磨齿 拉齿

齿形加工方法 滚齿

插齿

展成法 剃齿

磨齿 珩齿

(一)、滚 齿 1、滚齿工艺特点

滚齿是加工外啮合直齿和斜齿圆柱齿轮最常用的一种方法。滚齿加工的尺寸范围很大，小至仪器仪表中的小模数齿轮，大到矿山和化工机械中的大型齿轮。 滚齿用于未淬硬齿形的粗精加工。对于8、9级精度的齿轮，滚齿后可直接获得。如果采用A级齿轮滚刀和高精度滚齿机，也可直接加工出7级精度的齿轮。对于7级精度以上的齿轮，通常用滚齿作为剃齿或磨齿等精加工前的粗加工和半精加工工序。

滚齿加工时，齿面是由滚刀的刀齿包络而成的，由于参加切削的刀齿数有限，且滚刀沿工件轴向进给时，会在齿面留一下纵向波纹，故齿面较为粗糙。

2、滚齿加工精度分析 （二）、插 齿

1、1、加工原理与工艺特点

插齿加工是运用一对圆柱齿轮啮合的展成原理加工齿形。插齿时，插齿刀与齿坯之间保持一定的啮合关系，插齿刀作往复切削运动、圆周和径向进给运动及让刀运动，工件作相应的展成运动。

插齿的生产率与滚齿相比较，由于滚齿是连续铣削，而插齿有空回程，故生产率比滚齿低。但对于模数较小和宽度窄的齿轮，由于滚刀的切入长度大，如不采用多件叠合加工，则插齿的生产率反而高于滚齿。

从加工精度看，插齿加工的齿形误差较小。但插齿时引起齿轮切向误差的环节比滚齿多，使被加工齿轮产生更大的周节累积误差。故插齿所得齿轮的公法线长度变动较大。 （三）、剃 齿 1、加工原理

剃齿是齿轮的一种精加工方法。利用刀具和工件齿面之间的相对滑动进行切削，这就是剃齿的基本原理。

2、2、工艺特点

剃齿加工有如下工艺特点：

（1）剃齿时，对齿圈径向跳动有修正作用。但剃齿对公法线长度变动没有修正作用。由于剃齿刀本身的修正作用，剃齿对基节偏差和齿形误差有较强的修正能力。

（2）剃齿前的齿轮精度应比剃齿后低一级。但由于剃齿后不能修正齿轮公法线长度变动，故剃齿前此项精度不能低于剃齿后的要求。

此外，还应控制剃齿前的齿圈径向跳动。因为过大的径向跳动量可能会转化为公法线长度变动。

（3）剃齿只能加工未淬硬的齿轮。

（4）剃齿生产率很高 （四）、珩 齿

珩齿原理与剃齿相似，珩轮与工件类似于一对螺旋齿轮呈无侧隙啮合，利用啮合处的相对滑动，并在齿面间施加一定的压力来进行珩齿。在珩轮带动工件高速正反向转动，工件沿轴向往复运动及工件径向进给运动。与剃齿不同的是开车后一次径向进给到预定位置，故开始时齿面压力接大，随后逐渐减小，直至压力消失时伤齿便结束。

与剃齿相比较，珩齿具有以下工艺特点： （1）珩齿速度低 （2）齿面质量高

（3）珩轮弹性较大，对各项误差修正作用不强。 （4）珩齿余量小 （5）珩齿生产率甚高。 （五）、磨 齿

磨齿是目前齿形加工中精度最高的一种方法。它既可磨削未淬硬齿轮，也可磨削淬硬的齿轮。

第四节 套筒类零件的加工

一、概述

（一）、零件的功用与结构 1、 2、

1、 功用：支承、导向作用

2、 结构：主要表面为同轴度要求较高的内、外圆表面，零

件壁厚较薄 ，长度大于直径。

常见的有轴承衬套、钻套、液压油缸，如图所示：

（二）、技术要求 1、孔的技术要求

孔是套筒零件与回转轴颈，刀具或移动活塞相配合，是起支承或导向作用，孔的直径尺寸一般IT7，精密轴套IT6，气缸液压缸为IT9形状精度在尺寸公差内，精密轴套控制在1/2-1/3T，长套筒要圆柱度要求，表面粗糙度Ra1.6~0.16um，高的可达Ra0.4。

2、2、外圆表面要求

外圆一般以过盈或过渡配合与机座或箱体上的孔相连接，它是套筒零件的支承表面。外圆的尺寸精度一般为IT6~IT7，形状尺寸精度控制在外径公差范围内表面粗糙度Ra3.2~0.63。

3、孔与外圆的同轴度

当孔的终加工是在套筒装入机座后加工的，要求较低，最终加工是在装配前完成的，一般同轴度为0.01~0.05

4、轴线与端面的垂直度要求

端面（包括凸缘端面）若在工作中受轴向或作定位基准（装配基准）时，其垂直度为0.01~0.05。

（三）、材料与毛坯 1、

1、 材料：钢、铸铁、青铜或黄铜，或双金属结构如滑动轴承

以离心铸造法浇注巴氏合金。

2、

2、 毛坯：

孔径小的用热轧或冷拉棒料，也可用实心铸件， 孔径大的用无缝钢管或带孔铸件，锻件 大量生产时采用冷挤压或粉末冶金。 （四）、加工工艺

套筒类零件加工的主要工艺问题是如何保证其主要加工表面（内孔和外圆）之间的相互位置精度，以及内孔本身的加工精度和表面粗糙度要求。尤其是薄壁、深孔的套筒零件，由于受力后容易变形，加上深孔刀具的刚性及排屑与散热条件差，故其深孔加工经常成为套筒零 件加工的技术关键。

套筒类零件的加工顺序一般有两种情况：

第一种情况为：粗加工外圆——粗、精加工内孔——最终精加工外圆。这

种方案适用于外圆表面是最重要表面的套筒类零件加工

第二种情况为：粗加工内孔——粗、精加工外圆——最终精加工内孔。这种方案适用于内孔表面是 最重要表面的套筒类零件加工。

套筒类零件的外圆表面加工方法，根据精度要求可选择车削和磨削。内表面加工方法的选择则需考虑零件的结构特点、孔径大小、长径比、材料、技术要求及生产类型等多种因素。

二、 套筒类零件的内孔加工

内孔是套筒类零件的主要加工表面，加工方法选择的原则具体根据孔的大小，深度，精度，结构形状等面定。

① ① 当孔径较小时（〈Φ50mm〉宜采用钻扩，较方案 ② ② 孔较大时采用钻孔后镗或直接镗孔

③ ③ 箱体上孔多采用精镗，浮动镗，缸筒件用精镗，珩磨，滚压 ④ ④ 淬硬套筒，宜采用磨孔

⑤ ⑤ 精密孔用高精度磨削，研磨，珩磨或抛光等

常见孔的加工方法： 钻孔

扩孔 铰孔 孔的加工方法 镗孔 拉孔

磨孔、珩孔，研磨孔

（一）、钻孔 滚压加工

钻孔是在实心材料上加工孔的第一道工序。它主要用于精度要求较高孔的预加工或精度低于IT11级的孔的终加工。

钻孔刀具常用麻花钻。由于麻花钻具有宽而深的容屑槽、钻头顶部有横刃及钻头只有两条很窄的螺旋棱带与孔壁接触等结构特点，因而钻头的刚性差、导向性能差，钻孔时容易引偏，易出现孔径扩大现象，孔壁加工质量较差。

措施：加工前先加工孔的端面，采用工件回转方式或先钻引导锥等 使用范围：孔径≤φ75mm，当孔径≥φ35mm时分两次钻，第一次钻孔的直径为所需孔径的1/2-7/10。第二次钻到所需孔径，这时横刃不参加切削，轴向抗力小，切削较轻小。

(二)、扩孔

扩孔是用扩孔钻对工件上已钻出、铸出或锻出孔作进一步加工的方法。 扩孔加工有如下特点：

1、加工精度比钻孔高：切深小，钻头无横刃，刀体刚度大，导向作用好 IT11~10，Ra6.3~3.2

2、扩孔能纠正原孔轴线的歪斜

3、生产率高，由于余量小（1/8φ）扩孔齿数较多，f=0.4-2mm/r 4、孔径>φ100的孔，多用镗孔而不用扩孔 （三）、铰孔

铰孔是未淬硬的中小尺寸孔进行精加工的一种方法，加工的孔径范围一般为φ3~φ80mm.

铰孔的工艺特点：

1、1、铰孔精度主要取决于铰刀精度。

2、2、铰孔比镗孔容易保证尺寸精度和形状精度，且生产率较高。一般

IT7～IT8，手铰达IT6。Ra1.6～0.2。

3、3、适应性差，一种铰刀只能加工一种尺寸和一种精度的孔。 4、4、不能校正原孔轴线的偏斜。 （四）、镗孔

镗孔是常用的孔的加工方法，可作为粗加工，也可以作精加工。 其主要工艺特点： 1、

1、 加工范围广，非标孔、大直径孔、短孔以及盲孔、有色金属

孔及孔系等加工。

2、

2、 获得较高的精度与低表面粗糙度，IT8～IT6，Ra1.6～0.4用

金刚镗则更低

3、 4、

3、 修正前道工序的孔轴线的偏斜和不直，生产率较低 4、 可在车,铣,镗及数控机床上进行

（五）、磨孔

磨孔是单件小批生间中常用的孔精加工方法，它特别适宜于加工淬硬的孔，表面精度断续的孔和长度很短的精密孔。

对于中小型回转零件，磨孔在内圆磨床或万能磨床上进行对于大型薄零件，

可采用无心内圆磨削。 内圆磨削的工艺特点：

1、1、 轮直径D受到工件孔径刀的限制（D=0.5～0.9D）,砂轮尺寸小,损耗快,经常要更换影响效益

2、磨削速度低因此,磨削精度较难控制

3、砂轮轴受孔径与长度限制,刚性差,易弯曲,振动,影响加工精度与表面粗糙度

4、砂轮与工件内切,接触面积大,散热条件差,易烧伤,宜用较砂轮 5、切削液不易进入磨削区,排屑困难。 内孔磨削方法：

中心圆磨：用于中小型工件，在万能磨，内圆磨床上进行

磨削方法 行星式内圆磨：用于重量大，形状不对称的内孔，用行星或磨床 无心内圆磨：用于直径短套孔。

（五）、拉孔：

拉孔是拉刀在拉床上对已预加工的孔进行半精加工或精加工的方法拉孔方法的特点：

1、尺寸精度高，表面质量好IT7~9，Ra1.6~0.1

2、不能纠正轴线的偏斜

3、拉刀结构复杂，成本高，制造周期长

4、一把拉刀只拉一种规格尺寸的孔，要求工件材质均匀。

薄壁孔，盲孔，阶梯孔，深孔，大直径孔和很小的孔及淬硬孔不宜拉。 拉削范围为φ10~100 三、孔的精密加工

当套筒类零件内孔的加工精度和表面粗糙度要求很高时，则精加工后还需进行精密加工。 金刚镗（精细镗）

孔的精密加工方法 研磨，珩磨 （一）、精细镗 滚压

精细镗是由于最初使用金刚石作镗刀材料而得名。 精细镗的工艺特点： 1、

1、 用精度高，刚度大，高转速的金刚镗床（转速高达500r/min）

切铸铁100m/min，钢200 m/min，铝300 m/min

2、 高

3、

3、 生产率高加工范围广

2、 削用量小，切削刀热小，加工精度

（二）、珩磨

珩磨是用若干细粒度磨条组成的珩磨头进行内孔光整加工的方法，通常在磨削或精镗后进行。

1、 2、 （1）

（2） （3）

1、 珩磨工作原理 2、 珩磨孔的工艺特点：

（1） 加工范围广

（2） 磨头与主轴浮动联接

（3） 精度高，IT6，Ra0.8~0.025能修正几何误差交叉网纹有利于油膜形成。

3、

3、 影响珩磨质量和生产率的因素

（1）珩磨的圆周速度VP和往复速度Vw的因素 VP ↑、Vw↑质量好效率高，但磨损↑、热↑、易堵塞

VP/ Vw的比值影响网纹交叉角α α=40～60° （2）珩磨头行程L与越程量a

L=Lk+2a-Ls

式中Lk：被加工表面长度

Ls：磨条长度但磨条不宜过长

（3）珩磨压力。F↑η↑F↑磨损↑切削能力↓ （4）冷却与润滑。 （三）研磨略

（四）滚压

四、套筒类零件加工工艺分析

套筒类零件由于其功用、结构形状、尺寸、材料及热处理等的不同，其工艺差别很大。就结构形状而言，可分为短套筒与长套筒两类，这两类套筒在装夹与加工方法上有很大的差别。下面分别分析其工艺特点。 （一）、短套筒零件的加工——气缸套零件加工工艺

如图为A110型柴油机气缸零件图，由于L/D≈3，属短套。内孔G是重要表面，其加工工艺过程如下：

气缸套零件加工工艺

工序号 工序名称 工 序 内 容 定位夹紧 010 铸造毛坯 020 人工时效 030 粗镗内孔 镗内孔至Φ108Φ135mm。 040 粗车外圆 粗车各级外圆 050 热处理 060 半精车 正火 半精车法兰凸台端面及外国 半精镗内孔Φ109269080 精 车 090 去氧化皮 100 半精车 110 精 镗 120 精 车 130 粗 珩 140 精珩 ?0.5?0.5 ?0.20mm和一端台阶外圆 内孔 气压胀胎夹具 内孔气压胀胎夹具 ?0.1070 半精镗 mm及总长外圆法兰凸台端面及外圆 mm。 内孔气压胀胎夹具 精车法兰凸台端面，外圆割槽 用圆弧车刀R10车外圆并用靠模样板 半精车密封槽 镗精内孔Φ110精车外圆Φ?0.065?0.10外圆法兰凸台端面及外圆 mm ?0.085132?0.148外圆法兰凸台端面及外圆 内孔气压胀胎夹具 mm 外圆法兰凸台端面及外圆 外圆法兰凸台端面及外圆 ?0.043129?0.065mm，Φ粗珩磨内孔Φ110?0.06 精珩磨内孔Φ1100?0.035?0.025 （二）、长套加工——油缸零件的加工工艺 图所示为液压油缸零件。该零件的孔长与直径之比L/D=24，属典型的长套筒零件.：

图中主要技术要求为：

（1）内孔必须光滑无纵向划痕； （2）内孔圆柱度误差不大于0.04mm；

（3）内孔轴线的直线度误差不大于0。1/1000mm； （4）内孔轴线与端面的垂直度误差不大于0。03mm； （5）内孔对两端支承外圆(Φ82h6))的同轴度允差为Φ0.04mm.

对于油缸这类长套筒零件，为保证内外圆同轴度，加工外圆时,其装夹方式常采用下面两种：用顶尖顶住两端孔口的倒角；一头夹紧外圆另一头用中心架支承（一夹一托）或一头夹紧外圆另一头用后顶尖顶住（一夹一顶）。加工内孔时，一般采用夹一头、另一头用中心架支承外圆。粗加工孔采用镗削，半精加工和精加工孔多用浮动铰孔方式。若内孔表面要求粗糙度很低时，还须选用折磨或滚压加工。本例采用一夹一托或一夹一顶方式来加工外圆；采用工艺螺纹固夹一头、中心架托另一头外圆的方式来加工内孔。内孔经推镗、浮动精铰后再进行冷压加工，以保证达到图纸规定的要求。

其加工工艺如下：

油缸零件的加工工艺

序号 工序名称 ｌ 工 序 内 容 定位与夹紧 下料 切断无缝钢管，使成长度 Ｌ=1692 2 车 （１）车Φ82mm外圆到Φ88，并车工艺螺纹 三爪夹一端外圆，大头顶尖顶M88×1.5mm 另一端孔 （２）车端面及倒角 三爪夹一端外圆，搭中心架托Φ88处 （３）调头车Φ82mm外圆到Φ84mm 三爪夹一端外圆，大头顶 尖顶另一端孔 （４）车端面及倒角，取总长1686（留加工三爪夹一端外圆，搭中心 量1mm） 架托ｋ８４处 （1）半精镗推孔到Φ68mm 一端用M88×1.5mm工艺螺纹（２）精推镗孔到Φ69.85mm 3 深孔推镗 固定在夹具中，另一端搭中心（３）精铰（浮动镗刀镗孔）到Φ70士0.02 架 表面粗糙度Ra值为1.6um 4 用滚压头滚压孔至Φ70滚压孔 为0.2um。 +0.19表面粗糙度Ra值一端用工艺螺纹固定在夹具中，另一端搭中心架 （ｌ）车去工艺螺纹，车Φ82h6mm到尺寸，软爪夹一端，以孔定位顶另一割R7槽 端 （２）镗内锥孔1°30及车端面 软爪夹一端，中心架托另一端（百分表找正孔） 5 车 （３）调头，车ｔｂ８２ｈ６到尺寸，割Ｒ７槽 软爪夹一端，顶另一端 （４）税内锥孔ｌ°３０ˊ及车端面取总长软爪央一端，中心架托另 1685mm. 一端（百分表找正孔）

第五节 连 杆 加 工

一、概述

（一） （一） 连杆的功用与结构分析 1、功用

连杆是活塞式发动机的重要零件，其大头孔和曲轴连接，小头孔通过活塞销和活塞连接，将作用于活塞的气体膨胀压力传给曲轴，又受曲轴驱动而带动活塞压缩气缸中的气体。连杆承受的是高交变载荷，气体的压力在杆身内产生很大的压缩应力和纵向弯曲应力，由活塞和连杆重量引趄的。惯性力，使连杆承受拉应力。所以连杆承受的是冲击性质的动载荷。因此妥求连杆重量轻、强度要好

2、结构

连杆是较细长的变截面非圆形杆件，其杆身截面从大头到小头逐步变小，以适应在工作中承受的急剧变化的动载荷。

连杆是由连杆大头、杆身和连杆小头三部分组成，连杆大头是分开的，一半与杆身为一体，一半为连杆盖，连杆盖用螺栓和螺母与曲轴主轴颈装配在一起。为了减少磨损和磨损后便于修理，在连杆小头孔中压人青铜材套，大头孔中装有薄壁金属轴瓦。

为方便加工连杆，可以在连杆的大头侧面或小头侧面设置工艺凸台或工艺侧面。

（二）连杆的主要技术要求 技术要求项目 大、小头孔精度 具体要求或数值 尺寸公差IT6级，圆度、柱度0.004～0.006 两孔中心距 两孔轴线在同一个平面内 ±0.03~0.05 在连杆轴线平面内：0.02~0. 04：100 在垂直连杆轴线平面内：0.04~0.06：100 大孔两端对轴线的垂直度 两螺孔子（定位孔）的位置精度 在两个垂直方向上的平行度：0.02~0.04/100 对结合面的垂直度：0.1~0.3/100 同一组内的重量差 （三）连杆的材料与毛坯 连杆材料一般采用45钢或40Cr、45Mn2等优质钢或合金钢，近年来也有采用球墨铸铁的。

钢制连杆都用模银制造毛坯。连杆毛坯的锻造工艺有两种方案： 将连杆体和盖分开锻造；连杆体和盖整体锻造。

整体锻造或分开锻造的选择决定于锻造设备的能力，显然整体锻造需要有大的锻造设备。

二、连杆的加工工艺过程

连杆的尺寸精度、形状精度和位置精度的要求都很高，但刚度又较差，容易产生变形。连杆的主要加工表面为大小头孔、两端面、连杆盖与连杆体的接合面和螺栓等。次要表面为油孔、锁口槽、供作工艺基准的工艺凸台等。还有称重去重、检验、清洗和去毛刺等工序。

±2% 0.1:100 减少曲轴颈边缘磨损 保证正常承载和轴颈与轴瓦的良好配合 保证运转平稳 满足的主要性能 保证与轴瓦的良好配合 气缸的压缩比 减少气缸壁和曲轴颈磨损 连杆的加工顺序大致如下：粗磨上下端面——钻、拉小头孔——拉侧面——切开——拉半圆孔、接合面、螺栓孔——配对加工螺栓孔——装成合件——精加工合件——大小头孔光整加工一去重分组、检验。

录像

三、连杆机械加工工艺过程分析 （一）加工阶段的划分和加工顺序的安排

连杆本身的刚度比较低，在外力作用下容易变形；连杆是模锻件，孔的加工余量较大，切削加工时易产生残余应力。因此，在安排工艺过程时，应把各主要表面的粗、精加工工序分开。这样，粗加工产生的变形就可以在半精加工中得到修正；半精加工中产生的变形可以在精加工中得到修正，最后达到零件的技术要求，同时在工序安排上先加工定位基准。

连杆工艺过程可分为以下三个阶段。 １．粗加工阶段

粗加工阶段也是连杆体和盖合并前的加工阶段：

主要是基准面的加工，包括辅助基准面加工；准备连杆体及盖合并所进行的加工，如两者对口面的铣、磨等。

２．半精加工阶段

半精加工阶段也是连杆体和盖合并后的加工，如精磨两平面，半精楼大头孔及孔口倒角等。总之，是为精加工大、小头孔作准备的阶段。

３．精加工阶段

精加工阶段主要是最终保证连杆主要表面——大、小头孔全部达到图纸要求的阶段，如珩磨大头孔、精镗小头轴承孔等。

（二）定位基准的选择

连杆加工工艺过程的大部分工序都采用统一的定位基准：一个端面、小头孔及工艺凸台。这样有利于保证连杆的加工精度，而且端面的面积大，定位也比较稳定。

由于连杆的外形不规则，为了定位需要，在连杆体大头处作出工艺凸台，作为辅助基准面。

连杆大、小头端面对称分布在杆身的两侧，由于大、小头孔厚度不等，所以大头端面与同侧小头端面不在一个平面上。用这样的不等高面作定位基准，必

然会产生定泣误差。制订工艺时，可先把大、小头作成一样厚度，这样不仅避免了上述缺点，而且由于定位面积加大，使得定位更加可靠，直到加工的最后阶段才铣出这个阶梯面。

（三）确定合理的夹紧方法

连杆是一个刚性较差的工件，应十分注意夹紧力的大小、方向及着力点的位置选择，以免因受夹紧力的作用而产生变形。

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