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1 第五章 典型零件加工与加工方法 本章要点 轴类零件加工工艺特点 套筒零件加工工艺特点 箱体零件加工工艺特点 齿轮加工工艺特点 2 第五章 典型零件加工与加工方法 第一节 轴类零件加工 一、轴类零件概述 轴类零件的功用与结构特点 结构特点 从轴类零件的结构特征看，它们都是长度 L大于直径 d的旋转体零 件，其加工表面主要有内外圆柱面、内外圆锥面、螺纹、花键、沟槽等。 功用 轴类零件是机器中的主要零件之一，它的主要功能是支承传动件 （齿轮、带轮、离合器等），传递转矩。 3 第五章 典型零件加工与加工方法 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 4 尺寸精度 支承轴径要求较高，一般为 IT5 IT7，装配传动件的配 合轴径可低一些，一般为 IT6 IT9。 形状精度 主要指支承轴径的圆度、圆柱度，一般限制在其尺寸公 差范围内，对精度要求较高的，可在图样上标注其形状。有时，对配 合轴径也提出形状公差的要求。 位置精度 一般指配合轴径相对支承轴径的同轴度或圆跳动量，普 通精度轴的配合轴径对支承轴径的径向圆跳动一般为 0.01 0.03mm， 高精度轴为 0.001 0.005mm。有时。对配合轴径之间也提出相应的位 置公差要求。 表面粗糙度 一般与传动件配合的轴径的表面粗糙度 Ra值为 2.5 0.63m，与轴承配合的轴径表面粗糙度 Ra值为 0.63 0.16m。 第五章 典型零件加工与加工方法 轴类零件的技术要求 5 第五章 典型零件加工与加工方法 磨床主轴零件图 6 轴类零件的材料应根据不同的工作条件和使用要求选用不同的材 料，以获得一定的强度、韧性和耐磨性。 45钢（碳素结构钢）是一般轴类零件常用的材料，经过调质处理后可得到较好的 切削性能，而且能获得较高的强度和韧性等综合力学性能。重要表面经局部淬火 后再回火，表面硬度可达 45 52HRC。 40Cr等合金结构钢适用中等精度而旋转精度较高的轴。 轴承钢 GCr15和弹簧钢 65Mn可制造较高精度的轴，经调质和表面处理后表面硬度 可达 50 58HRC，并且有较高的耐疲劳性和耐磨性。 20CrMoTi、 20Mn2B等低碳合金钢和 38CrMoAL等中碳合金渗氮钢适用于高转速、 重载荷等工作条件。 第五章 典型零件加工与加工方法 轴类零件的材料、毛坯及热处理 轴类零件的材料 7 最常见的毛坯是圆棒料和锻件，只有某些大型或结构复杂的轴（如发 动机曲轴）在质量允许条件下才采用铸件。 光轴、直径相差不大的阶梯轴，一般可使用热轧棒料或冷拉棒料。比 较重要的轴大都采用锻件。因为毛坯经过加热锻造后，金属内部纤维沿 表面均匀分布，可获得较高的抗拉、抗弯及抗扭强度，同时能节约材 料，减少机械加工量。 根据生产规模的大小，毛坯的锻造方式有自由锻和模锻。自由锻设备 简单，容易投产，但毛坯精度较差，多用于中小批量生产；模锻毛坯精 度高，生产率高，并可以锻造形状复杂的锻件，但设备昂贵，只适用于 大批量生产。 第五章 典型零件加工与加工方法 轴类零件的毛坯 8 轴的锻造毛坯在机械加工前均需要进行正火或退火处理，以使钢材晶 粒细化，消除锻造后的残余应力，降低毛坯硬度，改善其切削加工性能。 凡要求局部表面淬火处理以提高轴的耐磨性，须在淬火前安排调质处 理。表面淬火一般安排在精加工前，可以保证淬火引起的局部变形在精 加工中得到纠正。 对于精度要求较高的轴，在局部淬火和粗磨之后，还需安排低温时效 处理，以消除淬火及磨削中生产的残余应力。 第五章 典型零件加工与加工方法 轴类零件的热处理 9 轴类零件的定位基准最常见的是采用两中心孔，可实现基准统一，以 保证各外圆轴线的同轴度以及端面与轴线的垂直度。 对于空心轴零件，在加工中中心孔因钻孔而消失，可采用带有中心孔 的锥堵或锥套心轴，如图所示。 第五章 典型零件加工与加工方法 锥堵与锥套心轴 a）锥堵 b）锥套心轴 二、轴类零件加工工艺分析 定位基准的选择与转换 10 第五章 典型零件加工与加工方法 工序顺序的安排 加工阶段的划分 由于轴类零件往往是多阶梯带通孔的零件，切除大量金属后会引起残 余应力重新分布而变形，因此在安排工序时，应将粗、精加工分开，分 阶段进行加工，先粗后精，主要表面的精加工放在最后加工。 例如： 机床主轴加工阶段的划分大体如下： 1.荒加工阶段为准备毛坯； 2.正火后，粗加工阶段为铣端面、钻中心 孔、粗车外圆； 3.调质处理后，半精加工阶段是半精车外圆、端面、锥孔； 4.表面淬火后，精加工阶段是主要表面的精加工，包括粗、精磨各级外圆、 精磨支承轴径、锥孔。各阶段划分大致以热处理为界。 11 第五章 典型零件加工与加工方法 轴上的花键、键槽、螺纹、横向小孔等次要表面的加工，通常安排在 外圆精车、粗磨之后或精磨之前。 外圆表面的加工顺序 先加工大直径外圆，然后小直径外圆，避免一开始就降低了工件刚度。 深孔加工顺序的加工顺序 钻孔安排在调质之后进行。 深孔应安排在外圆粗车或半精车之后。 次要表面加工的安排 12 中心磨削法 以工件中心孔或外圆定位， 使工件以自身轴线为回转中心，工件轴线处 于确定位置。 中心磨削法分纵磨、横磨和综合磨三种进 给形式。 第五章 典型零件加工与加工方法 中心磨削法 三、外圆表面的精加工与光整加工 外圆表面磨削加工 13 无心磨削法 工件轴线处于 自由状态， 以被磨外圆表面定位，属 于自为基准定位。无心磨削方 式只能提高工件的尺寸精度和 形状精度，不能保证其位置精 度。 第五章 典型零件加工与加工方法 无心磨削法 14 提高磨削加工生产率的方法 缩短辅助时间 自动装卸工件，自动测量，砂轮自动修整及补偿， 采用新磨料提高砂轮的耐用度。 改变磨削用量以及增大磨削面积 高速磨削，深切缓进给磨削，砂 带磨削，宽砂轮磨削及多片砂轮磨削。 第五章 典型零件加工与加工方法 宽砂轮磨削与多片砂轮磨削 a）宽带砂轮磨削 b）多片砂轮磨削 15 超精加工 将细粒度的油石 以一定压力压在工件表面，加工 时工件低速转动，磨头轴向进给 油石高速往复振动，以完成低速 微量磨削作用。 第五章 典型零件加工与加工方法 超精加工原理 外圆表面的光整加工（以降低表面粗糙度为目的） 高精度磨削 使工件表面粗糙 度 Ra值在 0.16m以下的磨削工艺 称为高精度磨削，分精密磨削、 超精密磨削和镜面磨削。与一般 磨削方法相同，只是需要特别软 的砂轮和较小的磨削用量。 16 研磨 研磨套在一定压力下与工件作复杂相对运动，工件缓慢转 动，以达到微量磨削作用。 第五章 典型零件加工与加工方法 研磨原理与研具 1-工件 2-研具 3-开口可调研磨环 4-三点式研具 研磨过程中大量磨粒在工件表面浮动，分别起到三种作用： 机械切削作用 物理作用 化学作用 17 珩磨 珩磨轮相对工件轴线倾斜一定角度，并以一定压力从相对 的方向压向工件表面，工件作轴向往复运动和缓慢转动，并以摩擦力 带动珩轮转动生产相对滑动，进行微量磨削。 第五章 典型零件加工与加工方法 外圆珩磨 a）双轮珩磨 b）无心珩磨 c）在两顶尖上高速珩磨 1-珩磨轮 2-工件 3-托架 4-导轮 18 滚压加工 采用硬度比工件高的滚轮或滚珠，对零件表面加压， 使其生产塑性变形，在表面留下残余压应力，同时使零件抗疲劳强度、 耐磨性和耐腐蚀性得到改善。 第五章 典型零件加工与加工方法 滚压加工示意图 a）滚轮滚压 b）滚珠滚压 c）辗光时表面的形成 19 第五章 典型零件加工与加工方法 四、 其他典型表面的加工方法 中心孔的修研方法 用油石或橡胶砂轮修研 用铸铁顶尖修研 用硬质合金顶尖修研 主轴锥孔磨削方法 用专用夹具装夹磨削。 20 第五章 典型零件加工与加工方法 花键铣削加工 用三面刃铣刀铣削或用滚刀滚切。 花键的铣削和滚切 a）组合铣刀铣削花键 b）滚花键 花键加工方法 花键轴的磨削 a）磨削侧面 b）磨内径 c）、 d）磨键侧及内径 花键磨削加工 通常小径定心，小批生产，工具 磨床；大批生产，花键磨床。 21 如图所示的传动轴是轴类零件中使用较多、结构最为典型的一种阶梯轴。 该轴为小批量生产，材料选择 45钢，淬火硬度 40 45HRC。编制其工艺规程。 第五章 典型零件加工与加工方法 传动轴零件图 五、课堂练习 22 该传动轴主要用来支承传动零件和传递扭矩。 该传动轴为阶梯轴，主要结构要素有外圆面、螺纹、键槽等。 技术要求： 该传动轴两端的支承轴径 mm的尺寸精度为 IT7，表面粗 糙度 Ra值为 0.8m； 装配轴径 mm用于安装齿轮，其尺寸精度为 IT7，表面粗 糙度 Ra值为 1.6m； 右端轴径 mm外圆规定了圆柱度公差为 0.02mm，左端轴径 mm外圆规定了圆度公差为 0.02mm。 轴上各配合面对两端轴径 mm的公共轴线的径向跳动为 0.02mm。 020.0 041.020 第五章 典型零件加工与加工方法 0 025.038 020.0 041.020 020.0 041.020 020.0 041.020 1、 零件的功用、结构及技术要求 23 第五章 典型零件加工与加工方法 选择定位基准 粗基准 以外圆表面定位； 精基准 半精加工时采用外圆表面和中心孔定位（一夹一顶装夹）， 精加工时采用两中心孔定位（双顶尖装夹）。 2、零件的材料与毛坯 该轴的材料已定，为 45钢。 由于该轴各段轴径尺寸相差较大，可选用锻件毛坯。考虑到形状简 单，精度中等，并为小批量生产，故选自由锻方法。 3、 零件的加工工艺分析 划分加工阶段 粗加工阶段 钻中心孔、粗车各级外圆； 半精加工阶段 半精车各处外圆、车螺纹、铣键槽等； 精加工阶段 修研中心孔，粗磨、精磨各处外圆。 24 第五章 典型零件加工与加工方法 一夹一顶装夹工件 a）采用限位支承 b）利用工件台阶限位 双顶尖装夹工件 1-拨盘 2、 5-前顶尖 3、 7-鸡心夹 4-后顶尖 6-卡爪 8-工件 25 第五章 典型零件加工与加工方法 热处理工序的安排 由于采用的是锻件毛坯，加工前应安排退火处理，以便消除毛坯 的内应力和改善材料的切削性能。在半精车后，粗磨前还应安排对支 承轴径表面的淬火处理，以提高该轴径的耐磨性。 轴的加工工艺 因该轴为小批量生产，宜采用工序集中加工。要求不高的外圆在 半精车时就可以加工到规定尺寸，如退刀槽、越程槽、倒角和螺纹等 结构。键槽在半精车后进行划线和铣削，淬火后安排修研中心孔工序， 以消除热处理引起的变形和氧化皮。最后粗磨、精磨安装齿轮和轴承 的轴径。 26 根据以上分析，该零件的加工顺序为： 锻造毛坯 热处理（退火） 粗车 半精车 车螺纹 铣键槽 热处理（淬火） 粗磨 精磨。具体工艺过程见表。 第五章 典型零件加工与加工方法 工序号 工序名称 工序内容 装夹基准 加工设备 1 锻 锻造毛坯 2 热处理 退火 3 车 车端面，钻中心孔 车另一端面并取总长 140mm，钻中心孔。 三爪卡盘 卧式车床 4 车 粗车左端外圆分别至 40 77mm、 22 22mm 半精车该端外圆分别至 38.4 76mm、 20.4 23mm 切槽 3 1.5mm 倒角 1.2 45 一顶一夹 安装 卧式车床 4、 零件的加工工艺过程 传动轴的加工工艺过程 27 第五章 典型零件加工与加工方法 工序号 工序名 称 工序内容 装夹基准 加工设备 5 车 调头 粗车右端外圆分别至 22 64mm、 17 23mm 半精车该端外圆分别至 20.4 65mm、 16 24mm 切槽分别至 3 1.5mm 1.2 45 车螺纹 M16 一顶一夹 安装 卧式车床 6 铣 粗、精铣键槽分别至 6 33 29mm 一顶一夹 安装 立式铣床 7 热处理 淬火、回火 40 45HRC 8 钳 修研中心孔 9 粗磨 粗磨左端外圆分别至 mm和 粗磨右端外圆至 mm 双顶尖装 夹 外圆磨床 10 精磨 粗磨左端外圆至尺寸 粗磨右端外圆至尺寸 双顶尖装 夹 外圆磨床 11 检 检验 0 04.006.20 0 04.006.38 0 01.006.20 28 通常起支承或导向作用，例如支承旋转零件的各种轴承，夹具上引导 刀具的导向套，内燃机上的汽缸套以及液压缸等，如图所示。 第五章 典型零件加工与加工方法 各种套筒零件 a）、 b）滑动轴承 c）钻套 d）轴承衬套 e）汽缸套 f）液压缸 第二节 套类零件加工 一、套类零件概述 套类零件的功用与结构特点 29 孔的技术要求 套类零件上的孔主要起支承或导向作用，是主要表 面。孔径的尺寸精度一般在 IT7 IT6之间，其形状精度应控制在尺寸 精度范围内。对于长套筒，除圆度要求外，还规定了圆柱度要求。孔 的表面粗糙度 Ra值一般在 2.5 0.16m之间，甚至更高。 外圆表面的技术要求 套筒的外圆是套筒的支承面，常采用过盈配 合或过渡配合同箱体或支架相连。其尺寸精度通常取 IT7 IT6，形状 精度控制在外径尺寸公差内，表面粗糙度 Ra值一般在 5 0.63m之间。 孔与外圆轴线的同轴度要求 当孔的最终加工是通过将套筒装入机 座后合件加工时，其同轴度要求可低一些；当孔的最终加工是在装入 机座前完成的，则同轴度要求较高，一般在 0.01 0.05mm。 孔轴线与端面的垂直度要求 套筒的端面在装配或加工中作为定位 基准时，端面与孔轴线的垂直度要求较高，一般为 0.01 0.05mm。 第五章 典型零件加工与加工方法 套类零件的技术要求 30 第五章 典型零件加工与加工方法 液压缸零件 31 套类零件定位基准的选择及装夹方式是保证套类零件各表面相互位 置的条件。若能在一次装夹中完成内、外表面及端面的加工，可获得很 高的位置精度。但工序太集中，不便进行。 第五章 典型零件加工与加工方法 套类零件的材料与毛坯 套筒零件材料一般用钢、铸铁、青铜或黄铜制成。对于一些强度和硬 度要求较高的套筒，可选用优质合金钢，如 38CrMoAlA、 18CrNiWA。 套筒的毛坯选择与其材料、结构、尺寸及生产批量有关。孔径小的套 筒一般选用热轧或冷拉棒料，也可采用实心铸件；孔径较大的套筒常 常选择无缝钢管或带孔的铸件和锻件。大批量生产中，常常采用冷挤 压和粉末冶金等先进毛坯制造工艺。 二、套类零件加工工艺分析 定位基准的选择及装夹方式 32 一般将套类零件内、外表面分几次装夹进行。有两种方法： 用外圆和中心孔为粗基准定位，按加工轴的方法来粗加工和半精加工 轴承套的外圆。切断打孔后，以外圆定位，粗、精加工内孔。精加工 时，以内孔为精基准定位，采用心轴装夹方式精加工外圆和端面，如 图所示。这种装夹方法，能很好保证内孔与外圆的同轴度和端面对孔 轴线的垂直度要求。 第五章 典型零件加工与加工方法 在一次装夹中尽可能完成各主 要表面的加工 以内孔为定位基准精加工 外圆和端面 33 第五章 典型零件加工与加工方法 套类零件一般都存在壁较薄，在夹紧力、切削力和残余应力的作用 下，径向刚度较差，容易变形，致使加工精度降低。采取的方法见表。 用开缝套筒装夹工件 先以外圆为粗基准终加工外圆，然后以外圆为精基准最后加工孔。采 用这种方法时，工件装夹迅速、可靠，但夹具相对复杂，加工精度相对 低一些。 防止套类零件变形的工艺措施 34 第五章 典型零件加工与加工方法 引起变形的因素 工艺措施 外力 夹紧力 使夹紧力均匀分布，如图所示 变径向夹紧为轴向夹紧，如图所示 增加套类零件毛坯的刚度 切削力 增大刀具的主偏角 内、外表面同时加工，如图所示 粗、精加工分开进行 重力 增加辅助支承 离心力 配重 内力 内应力重新分布 退火、时效处理 划分加工阶段 热效应 切削热 选择合理的刀具角度和切削用量 浇注充分的冷却液 留有充分的冷却时间 热处理 改变热处理方法 将热处理工序安排在精加工前 35 第五章 典型零件加工与加工方法 轴向夹紧工件 辅助凸边的作用及内外同时加工 36 内孔磨削的工艺特点 磨削孔的工艺范围如图所示。 第五章 典型零件加工与加工方法 孔磨削工艺范围 a）磨通孔 b）磨孔及端面 c）磨阶梯孔 d）磨锥孔 e）磨滚道 f）成形磨滚道 三、套类零件孔的加工方法 37 深孔钻头较长，强度和刚性比较差，加工中容易引偏和振动； 刀具冷却条件差； 切屑排除困难。 第五章 典型零件加工与加工方法 砂轮磨损快，需经常修整，同时磨削速度低，因而生产率低； 砂轮轴刚性差，容易弯曲变形与振动，影响加工精度和表面粗糙度； 砂轮与工件内切，接触面积大，散热条件差，容易烧伤； 因为切削液不容易进入磨削区域，排屑困难。 深孔钻削的工艺特点 38 第五章 典型零件加工与加工方法 深孔加工示意图 a）内排屑； b）外排屑 1-工件 2-深孔钻 3-切削液 39 第五章 典型零件加工与加工方法 深孔镗削和浮动镗削（浮动铰孔）的工艺特点 深孔镗刀头 1-对刀块 2-前导向块 3-调节螺钉 4-后导向块 5-刀体 深孔镗削与一般镗削加工不同，它需要使用深孔钻床。在钻杆上装上 深孔镗刀头（螺纹连接），如图所示。导向套根据镗头尺寸更换。 40 浮动镗孔是深孔镗孔后的精加工方法，设备仍是深孔钻床，只需取下 深孔镗刀头换上深孔铰刀头，如图所示。 第五章 典型零件加工与加工方法 深孔铰刀头 1-螺钉 2-导向块 3-刀体 4-锲形板 5-调节螺母 6-锁紧螺母 7-接头 8-浮动镗刀块 41 精细镗孔（金刚镗） 用于有色金属合金和铸铁套类零件孔的终加工或作为珩磨及滚压前的 预加工。由于天然金刚石刀具成本较高，目前普遍采用硬质合金 YT30、 YT15或 YG3X代替，或采用人工合成的金刚石和立方氮化硼刀具。 精细镗孔采用的设备为回转精度高、刚度大的金刚镗床，切削速度 高，加工余量小，进给量小。 内孔珩磨 内孔珩磨的原理与内孔磨削原理基本相同，只是采用的磨具不同而 已，常用来加工汽缸孔、阀孔、套筒孔等大孔。 第五章 典型零件加工与加工方法 套类零件孔光整加工的工艺特点 42 珩磨采用的磨具，是由几根细粒度的油石所组成的珩磨头，如图所 示。珩磨头的油石有三种运动：旋转运动、往复直线运动和径向加压运 动。通过三种运动，使油石上的磨粒能在孔表面上的切削痕迹成交叉而 不重复的网纹，达到提高孔表面光滑程度。 第五章 典型零件加工与加工方法 珩磨原理 1-工件 2-油石 3-进刀磨削压力 4-行程进给液压缸 5-链条 6-变速机构 7-网纹轨迹 43 内孔研磨 内孔研磨原理与外圆研磨相同，研具通常采用铸铁制成的芯棒，芯 棒表面开槽用来存放研磨剂，如图所示。 第五章 典型零件加工与加工方法 内孔滚压（或挤压）加工 内孔的滚压或挤压加工原理与外圆的相同，均为强化表面硬度使其 耐磨，同时降低表面粗糙度。 研磨棒 1-粗研具 2-精研具 3-可调研磨棒 44 如图所示的零件为轴承套，其材料为 HT200，批量生产。编制其工艺 规程。 第五章 典型零件加工与加工方法 轴承套零件 四、课堂练习 45 该零件主要起支承和导向作用。 该零件主要结构要素有内、外圆柱面、端面、外沟槽等。 其主要技术要求： 44 0.015mm外圆主要与轴承座内孔相配合，其尺寸精度为 IT7，表 面粗糙度 Ra值为 1.6m； 内孔 30H7主要与传动轴配合，其尺寸精度为 IT7，表面粗糙度 Ra值 为 1.6m； 两端端面的表面粗糙度 Ra值均为 1.6m； 外圆 44 0.015mm对 30H7孔的同轴度公差为 0.02mm； 轴承套左端面规定了对 30H7孔轴线的垂直度公差为 0.02mm。 第五章 典型零件加工与加工方法 1、功用、结构和技术要求 46 该零件外圆精度为 IT7，采用精车能满足要求，内孔精度为 IT7，采用 铰孔可以满足要求。内孔加工方案为：钻孔 车孔 铰孔。铰孔时 应与左端面一同加工，保证端面与孔轴线的垂直度要求，并以内孔为精 基准，利用小锥度心轴装夹加工外圆和另一端面。其工艺过程见表。 第五章 典型零件加工与加工方法 2、材料与毛坯 该零件的材料已规定为铸铁 HT200。 该零件由于形状简单，精度要求中等，内孔尺寸较大，故选用外径 为 70mm的铸铁棒料。 3、加工工艺过程分析 47 第五章 典型零件加工与加工方法 序号 工序名 称 工序内容 定位与夹紧 1 备料 棒料，按四件合一加工下料 2 钻中心 孔 车端面，钻中心孔 调头车另一端面，钻中心孔 三爪夹外圆 3 粗车 车 60mm外圆长度为 12.5mm，车 44mm外圆至 45mm，车退刀槽 3 2.5mm，取总长 50.5mm，车分割槽 29 3mm，两端倒角 1.5 45 。四件同加工，尺寸均相等 一顶一夹 4 钻孔 钻 30H7孔至 29mm成单件 三爪夹 60mm 外圆 5 车、铰 车端面，取总长 50mm至尺寸 镗 30H7内孔至 铰孔 30H7至尺寸 孔两端倒角 开缝套夹 45外 圆 6 精车 车 44mm外圆至尺寸 以孔 30H7装 心轴 7 检验 检验 mm05.0 10.030 48 功用 箱体是机器的基础零件，它将机器和部件中的轴、套、齿轮等零件 连接成一个整体，来完成一定的机器和部件功能。 箱体的种类很多，主要有主轴箱、变速箱、操纵箱、进给箱等，如 图所示。 结构特点 箱体零件一般结构复杂，并且壁厚不均匀；加工部位多，多为平面 加工和孔系加工。 第五章 典型零件加工与加工方法 第三节 箱体零件加工 一、概述 箱体零件的功用与结构特点 49 第五章 典型零件加工与加工方法 几种箱体零件的结构简图 a）组合机床主轴箱 b）车床进给箱 c）磨床尾座壳体 d）分离式减速箱 e）泵壳 f）曲轴箱 50 孔的尺寸精度和形状精度 要求较高，尺寸精度一般控制在 IT6 IT7之间，形状精度控制在尺寸精度范围内。 孔间的位置精度 一般规定了同轴线孔的同轴度公差和孔系间的平 行度公差。 孔和平面的位置公差 一般规定了主要孔轴线与箱体安装基面的平 行度公差。 主要平面的精度 一般规定了主要装配基面的平面度公差。 表面粗糙度 主要孔和平面的表面粗糙度值较低， Ra值一般在 0.4m以下，其余可稍高一些。 第五章 典型零件加工与加工方法 箱体零件的主要技术条件 51 第五章 典型零件加工与加工方法 某车床主轴箱简图 52 粗基准的选择 一般选择重要孔（如主轴孔）为粗基准，辅之以箱体 内壁或其他毛坯孔为辅助基准。中小批量一般采用划线找正，大批量生 产时采用专用夹具装夹。 第五章 典型零件加工与加工方法 箱体材料及毛坯 箱体材料大多采用各种牌号的灰铸铁，如 HT200、 HT250、 HT300。对 于要求较高的箱体，也可采用耐磨合金铸铁。 箱体的毛坯制造大多数情况下采用铸造方式，根据生产类型采用人工 造型、机器造型。对于一些承受重载或冲击的工程机械、锻压机床的箱 体，可采用铸钢或钢板焊接。 二、箱体零件加工工艺分析 定位基准的选择 53 精基准的选择 单件小批量生产时采用装配基准作为定位基准（基 准重合），而大批量生产时则采用一面两孔定位（基准统一）。 第五章 典型零件加工与加工方法 用箱体顶面及两销定位的镗模 1、 3-镗模板 2-中间导向支承架 54 箱体平面加工的常用方法为刨、铣、磨三种，其中刨削和铣削常作 为平面的粗加工和半精加工，而磨削则作为平面的精加工。 第五章 典型零件加工与加工方法 加工顺序的安排和设备的选择 加工顺序 先面后孔原则、先主后次原则、粗、精加工分开原则 时效处理 工序间合理安排时效处理 设备选择 单件小批量生产一般采用通用机床，大批量生产则广泛 采用专用机床和专用夹具。 三、箱体典型表面的加工方法 平面加工 55 箱体上一系列孔称为孔系，根据它们相互位置分为平行孔系、同轴 孔系和交叉孔系，如图所示。 第五章 典型零件加工与加工方法 孔系分类 a）平行孔系 b）同轴孔系 c）交叉孔系 箱体孔系的加工方法 56 找正法 划线找正法、心轴和量规找正法、样板找正法，如图所示。 第五章 典型零件加工与加工方法 主轴箱的划线找正 a）水平 b）侧面 c）划高度 平行孔系的加工 57 第五章 典型零件加工与加工方法 用心轴和量规找正 a）第一工位 b）第二工位 1-心轴 2-镗床主轴 3-量规 4-塞尺 5-镗床工作台 样板找正 1-样板 2-千分表 58 第五章 典型零件加工与加工方法 镗模法 利用镗床夹具保证孔系相互位置精度，镗杆与机床主轴 必须浮动连接。 用镗模加工孔系 a）镗模 b）镗杆活动连接接头 1-镗模 2-活动连接接头 3-镗刀 4-镗杆 5-工件 6-镗杆导套 59 第五章 典型零件加工与加工方法 坐标法 在镗床上借助测量装置或数控伺服坐标读数值，调整 机床主轴与工件的相对位置。 在卧式铣镗床上用坐标法加工孔系 1-百分表 2-量规 60 利用已加工孔作支承导向 利用铣镗床后立柱的导向支承套导向 采用调头镗 第五章 典型零件加工与加工方法 同轴孔系的加工 利用已加工孔导向 调头镗时工件的校正 a）第一工位 b）第二工位 61 交叉孔系的加工 交叉孔系的主要技术要求是控制有关孔的垂直度，在卧式铣镗床上 主要靠机床工作台上的 90 对准装置。 第五章 典型零件加工与加工方法 找正法加工交叉孔系 a）第一工位 b）第二工位 第五章 典型零件加工与加工方法 四、箱体零件的高效自动化加工 大量生产中 广泛采用由组合机床与输送装置组成的自动线加工。特点：提高劳动 生产率、降低成本、减轻工人劳动强度，加工质量稳定。 图 6-63 第五章 典型零件加工与加工方法 单件小批量生产中 广泛采用功率大、功能多的精密卧式、立式加工中心机床加工。 64 箱体零件的主要检验项目有：各加工表面的表面粗糙度、孔距精度、 孔与平面的尺寸精度及形状精度、孔系的位置精度（孔轴线的同轴度、 平行度、垂直度，孔轴线与平面的平行度、垂直度等）。 孔系位置精度及孔距精度的检验常采用检验棒、千分尺、百分表、 90 角尺等检验量具。 第五章 典型零件加工与加工方法 五、箱体的检验 用检验棒与检验套检验同轴度 用检验棒与百分表检验同轴度偏差 65 如图所示为减速器箱体结构简图，为剖分式箱体。其材料为 HT200，中 批量生产。编制其工艺规程。 第五章 典型零件加工与加工方法 五、课堂练习 减速器箱体结构简图 66 减速器箱体为减速器的基础零件，用于安装各传动轴。 减速器箱体为箱盖和底座两部分，箱盖与底座合装后形成三个完整的 轴承孔。 主要技术要求： 三个轴承孔 170mm、 130mm、 110mm的尺寸精度均为 IT7；其表面 粗糙度 Ra值均为 1.6m； 三个轴承孔的中心距尺寸公差分别为 0.08mm， 0.045mm； 剖分面必须与底面平行，误差不超过 0.5mm/1000mm； 轴承孔轴线必须在剖分面上，偏差不超过 0.2mm。 第五章 典型零件加工与加工方法 1、功用、结构与技术要求 67 定位基准的选择 粗基准选择 为使后续工序加工底面时能用平整的剖分面定位，应 先加工出剖分面。此时选用不加工的凸缘表面 A、 B面作为粗基准， 可以纠正不加工表面与加工表面间的位置精度，保证凸缘厚薄均匀。 精基准的选择 剖分式箱体的轴承孔的设计基准是底面，也是箱体 的装配基准，故选择底面为孔和端面加工的精基准，符合基准重合和 基准统一的原则。为使箱体得到完全定位，在底面两对角线再加工出 两个工艺孔，采用“一面两孔”定位方式。 第五章 典型零件加工与加工方法 2、箱体零件的材料与毛坯 该箱体材料已确定，为灰铸铁 HT200。由于为中批生产，其毛坯可 采用手工造型进行铸造。 3、箱体零件加工工艺分析 68 加工顺序的安排 剖分式箱体的孔及两端面，必须待结合面加工好后合箱装配成整体箱 体后在进行加工。因此，第一步先将箱盖与箱底各自分开加工，第二步再 合并加工。 第五章 典型零件加工与加工方法 4、箱体加工工艺过程（见表） 69 第五章 典型零件加工与加工方法 箱盖的工艺过程 工序号 工序内容 定位基准 1 铸造 2 时效 3 油漆底漆 4 粗刨（铣）结合面 凸缘 A面 5 刨（铣）顶面 结合面 6 精铣结合面 顶面 7 钻结合面连接孔、螺纹底孔、锪沉孔、攻丝 结合面、凸缘的轮廓 8 钻顶面螺纹底孔、攻丝 结合面及两孔 9 检验 70 第五章 典型零件加工与加工方法 箱底的工艺过程 工序号 工序内容 定位基准 1 铸造 2 时效 3 油漆底漆 4 粗刨（铣）结合面 凸缘 B面 5 刨（铣）底面 结合面 6 钻底面 4孔、锪沉孔、铰其中对角两工艺孔 结合面、端面、侧面 7 钻侧面测油孔、放油孔螺纹底孔、锪沉孔、攻丝 底面及两孔 8 精铣结合面 底面及两孔 9 检验 71 第五章 典型零件加工与加工方法 箱体合箱后的工艺过程 工序号 工序内容 定位基准 1 将盖与底座对准合拢夹紧，配钻、铰两定位销孔， 打入锥销；根据盖配钻底座结合面的连接孔、锪沉 孔 2 拆开盖与底座，清除结合面的毛刺和切屑后，重新 装配箱体，打入锥销，拧紧螺栓 3 铣两端面 底面及两销孔 4 粗镗轴承孔，割孔内槽 底面及两销孔 5 精镗轴承孔 底面及两销孔 6 去毛刺、清洗、打标记 7 检验 72 齿轮零件的功用主要是起传递运动和扭矩。其结构由于使用要求不 同而具有各种不同的形状，按从加工工艺角度讲，可将齿轮看成由齿圈 （齿形部分）和轮体两部分。常见的圆柱齿轮有以下几类： 盘类齿轮、套类齿轮、内齿轮、轴类齿轮、扇形齿轮、齿条等，其 中，盘类齿轮应用最广。如图所示。 第五章 典型零件加工与加工方法 第四节 圆柱齿轮加工 一、概述 齿轮的功用、结构特点 73 第五章 典型零件加工与加工方法 圆柱齿轮的结构形式 a）盘类齿轮 b）套类齿轮 c）内齿轮 d）轴类齿轮 e）扇形齿轮 f）齿条 74 第五章 典型零件加工与加工方法 某齿轮简图 75 材料的选择 低速重载的传力齿轮，应选用机械强度、硬度等综合力学性能好的材 料，如 20CrMnTi，经渗碳淬火处理，其芯部具有较好的韧性，而齿面硬 度可达 56 62HRC。 线速度高的传力齿轮，可选用硬度较高的材料，如 38CrMoAl氮化钢。 非传力齿轮，可以选用不淬火钢、铸铁及夹布胶木或尼龙等材料。 第五章 典型零件加工与加工方法 齿轮的技术要求 传递运动准确性 要求传动比恒定，转角误差小。 传递运动平稳性 要求瞬时速比变化小，以减小冲击、振动和噪声。 载荷分布均匀性 要求齿面接触均匀避免接触应力过大，过早磨损。 传动侧隙合理性 要求非工作齿面留有一定间隙，以储存润滑油。 齿轮材料、热处理与毛坯 76 齿轮毛坯 齿轮的毛坯形式主要有棒料、锻件和铸件。棒料毛坯多用于小尺寸、 结构简单，强度要求不高的齿轮。对强度要求高，耐磨、耐冲击的齿 轮，多用锻件。对大直径齿轮，常用铸造方法制造齿坯。 第五章 典型零件加工与加工方法 齿轮的热处理 毛坯热处理 在齿坯加工前后安排预先热处理（一般为正火或调 质），其目的是消除锻造及粗加工中的残余应力，改善材料的切削性能。 齿面热处理 齿形加工后，为提高齿面硬度和耐磨性安排的热处理， 通常为渗碳淬火、高频感应加热淬火或渗氮等。 77 大批量生产齿坯的加工方案 采用“钻 拉 多刀车”的方案，采用高效机床组成的流水线或自动线 生产，生产率高。 以毛坯外圆及端面定位进行钻孔或扩孔； 以端面支承拉孔（或花键孔） 以孔及端面定位在多刀半自动车床上粗、精车外圆、端面、车槽及倒角。 第五章 典型零件加工与加工方法 二、圆柱齿轮的工艺分析 定位基准的选择 遵循 “ 基准重合 ” 与 “ 基准统一 ” 原则。对于小直径轴齿轮，可采 用两端中心孔或锥体作为定位基准；对于大直径轴齿轮，通常采用轴径 和一个较大端面组合定位；带孔齿轮以孔和一个端面组合定位。 齿坯的加工（盘齿轮） 第五章 典型零件加工与加工方法 79 齿形的加工 主要取决于齿轮的精度等级、结构形状、生产类型、热处理方法及生 产条件。 第五章 典型零件加工与加工方法 成批生产齿坯的加工方案 采用“车 拉 车”的方案，可以在卧式车床或转塔车床及拉床 上进行。加工质量稳定，生产率较高。 以齿坯外圆或轮毂定位，粗车外圆、端面和内孔； 以端面支承拉孔（或花键孔）； 以孔定位精车外圆及端面。 单件小批量生产齿坯的加工方案 一般齿坯的孔、端面及外圆的粗、精加工都在通用车床上经两次装 夹完成，但孔和基准端面的精加工在一次装夹内完成，以保证位置精度。 80 8级精度以下的齿轮 调质齿轮直接用滚齿或插齿就能满足要求。对于淬硬齿轮，一般采用 “ 滚齿（插齿） 剃齿 齿端加工 淬火 校正孔 ” 的方案。 6 7级精度齿轮 对于淬硬齿轮，可采用 “ 滚（插）齿 齿端加工 表面淬火 校正基准 磨齿 ” 的方案；也可采用 “ 滚（插）齿 剃齿 表面 淬 火 校正基准 珩齿 ” 的方案。 5级以上精度的齿轮 一般采用 “ 粗滚齿 精滚齿 表面淬火 校正基准 粗磨 齿 精磨齿 ” 的方案。大批量生产中，也可采用 “ 粗磨齿 精磨 齿 表面淬火 校正基准 珩齿 ” 的方案。 圆柱齿轮齿形加工方案可参考教材表 6-9。 第五章 典型零件加工与加工方法 81 齿端加工 齿轮端面的加工方式有：倒圆、倒尖、倒棱和去毛刺，如图所示。齿 端加工必须安排在齿形淬火前，滚齿（插齿）之后。 第五章 典型零件加工与加工方法 齿端形状 a）倒圆 b）倒尖 c）倒棱 齿端倒圆 82 滚齿加工的工艺特点 滚齿是利用一对螺旋圆柱齿轮啮合原理进行加工，所用刀具是齿轮滚 刀，是齿面加工的粗加工方法。滚齿加工工艺特点是通用性好，既可加 工圆柱齿轮，也可加工蜗轮；既可加工渐开线齿形，也可加工圆弧齿形、 摆线齿形；既可加工小模数、小直径齿轮，也可加工大模数、大直径齿轮。 第五章 典型零件加工与加工方法 精基准修整 齿轮淬火后会产生一定的热处理变形，必须对基准孔进行修整，以保 证后续工序的孔定位的准确性。修整的方法一般采用磨孔或推孔。修整 基准孔时以齿面定位，符合互为基准原则。 三、圆柱齿轮的齿形加工方法 83 插齿加工的工艺特点 与滚齿相比，插齿在加工质量、生产率和应用范围方面有自己的特点。 加工质量 插齿的齿形精度比滚齿高，齿面表面粗糙度值比滚齿小，但齿轮的运动 精度比滚齿低。 生产率 一般情况下插齿比滚齿生产率低，但加工小模数、多齿、齿宽窄的齿轮 时，插齿又比滚齿高。 应用范围 应用范围较广，既能加工外齿轮，又能加工内齿轮；既能加工单个齿 轮，有能加工距离很近的多联齿轮。因此，插齿适合加工模数较小、齿宽 较窄、工作平稳性要求高而运动精度要求不高的齿轮。 第五章 典型零件加工与加工方法 84 剃齿加工的工艺特点 剃齿是一种自由啮合运动，而滚齿、插齿是一种强制啮合运动。因此， 剃齿刀与齿轮作无侧隙双面啮合，剃齿刀刀齿的两侧面都要进行切削， 如图所示。 第五章 典型零件加工与加工方法 剃齿原理 a）剃齿刀 b）剃削速度 85 珩齿加工的工艺特点 珩齿是对热处理后齿面进行光整加工的方法，有以下特点： 珩齿后齿面的表面粗糙度值低，表面质量好。 珩齿修正齿形误差能力低。 第五章 典型零件加工与加工方法 剃齿前齿轮材料的硬度不能太高，一般在 22 32HRC范围内，并且要 求材质均匀，余量均匀。 剃齿刀通常分为通用和专用两类，若无特殊要求时，尽量选择通用 剃齿刀，其精度分 A、 B两级。 86 四、课堂练习 如图所示为倒挡惰齿轮，批量生产，编制其工艺过程。 第五章 典型零件加工与加工方法 倒挡惰齿轮 87 该齿轮为汽车变速箱的倒挡惰齿轮，主要在汽车倒车时起传递扭矩 和改变运动方向的作用。其结构为对称分布的盘类零件，其中内孔为该 齿轮的设计基准。 该齿轮的主要技术条件为： 模数为 2，齿数为 30，精度等级为 766FL； 分度圆对内孔轴线的同轴度公差为 0.03mm，齿轮右端面对内孔轴线 的垂直度公差为 0.02mm； 热处理要求为碳、氮共渗，淬火硬度为 52HRC。 第五章 典型零件加工与加工方法 1、齿轮的功用、结构及技术要求 88 选择定位基准 粗基准 以 28mm外圆和轮齿左端面为粗基准，加工齿轮右端面、 64mm外圆、内孔。 精基准 以 64mm外圆和右端面为精基准，加工 28mm外圆、左端面 和长度。精加工时，以 28mm外圆和左端面为精基准，加工右端面台阶 外圆 27mm和 21mm内孔。以内孔和右端面为精基准进行齿面加工。 第五章 典型零件加工与加工方法 该齿轮的材料已规定为 20MnCr5，为低合金钢，其材料的含碳量较低， 必须通过热处理手段来提高齿轮的强度和硬度。 该齿轮结构简单，并且尺寸为中小齿轮，可选用锻件毛坯。 2、齿轮的材料及毛坯 3、齿轮的加工工艺分析 89 齿坯的加工工艺 综合各方面情况，该齿坯加工方案可采用：粗车外圆、端面 粗镗 孔 精车外圆、端面 精镗孔、铰孔。 齿面的加工工艺 根据各种齿面加工方法所能达到的精度及表面粗糙度，该齿轮齿面加 工方案可采用滚齿 剃齿。用滚齿作为该齿轮齿形的粗加工和半精加 工，控制分齿精度和运动精度；用剃齿作为齿形的精加工，提高齿形精 度，降低齿面表面粗糙度值。 齿轮热处理工序安排 齿坯热处理采用正火，改善其切削性能。齿面热处理要求为碳、氮共 渗，并进行表面淬火处理，以达到硬度 52HRC。最后还需进行抛丸处理， 以去除渗碳淬火后留下的氧化层，使齿面强度得到进一步强化。 第五章 典型零件加工与加工方法 90 4、齿轮的加工工艺过程（见表） 第五章 典型零件加工与加工方法 工序号 工序名称 工序内容 装夹基准 加工设备 1 锻造 锻造毛坯 锻造设备 2 热处理 正火热处理，硬度 260 280HBS 3 粗车 粗车大端外圆至 66.5mm 粗车大端面 镗孔 20.4mm 内孔倒角 小外圆与 左端面 卧式车床 4 粗车 调头 粗车小端外圆至 28mm 粗车小端面，保证长度 12.3mm 内孔倒角 小外圆倒角 大外圆与 右端面 卧式车床 5 精车 精车大端外圆至尺寸 半精镗孔至 20.80 0.05mm 精车大端面 齿顶圆倒角 C1.5 小外圆与 左端面 卧式车床 91 第五章 典型零件加工与加工方法 6 精车 精车小台阶、小端面、镗孔、铰孔 大外圆与 右端面 卧式车床 7 滚齿 滚齿（ Z=30），留剃齿余量 0.07 0.10mm 内孔和右 端面 滚齿机 8 剃齿 剃齿（ Z=30），公法线长度至尺寸公差范围 内孔和右 端面 剃齿机 9 热处理 碳、氮共渗；淬火硬度达 52HRC 10 抛丸 去除氧化层，齿面表面强化 抛丸机 11 检验 终检，去毛刺，入库