金工实习典型零件加工工艺过程

于12的刚性轴 不但传递旋转运动和扭矩，而且是工件
或刀具回转精度的基础
主要加工表面有内外圆柱面、圆锥面， 次要表面有螺纹、花键、沟槽、端面结 合孔等
机械加工工艺主要是车削、磨削，其次 是铣削和钻削
特别值得注意的工艺问题有： 1) 定位基准的选择 2) 加工顺序的安排 3) 深孔加工 4) 热处理变形
孔，再以轴两端的中心孔为定位精基准 尽可能基准重合、基准统一、互为基准 ➢采用外圆表面定位装夹 采用三爪自定心卡盘、四爪单动卡盘 ➢采用各种堵头或拉杆心轴定位装夹 加工空心轴用带中心孔的堵头或拉杆心轴
堵头 拉杆心轴
4．轴类零件工艺过程示例
➢CA6140车床主轴的结构特点 既是阶梯轴，又是空心轴；是长径比小
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 转速来实现规定的运动
箱体类零件的结构特点 结构复杂，壁薄且不均匀 加工部位多，加工难度大
减速箱体结构简图
➢箱体零件的主要技术要求 孔径精度
影响回转精度，引起噪声、振动、径 向跳动，影响寿命
粗加工：切除大部分余量 半精加工：修整预备热处理后的变形 精加工：使磨削前各表面具有一定的
同轴度和合理的磨削余量；精加工螺 纹及各端面等
车削加工值得考虑的问题 生产效率； 工序精度（复映误差）； 劳动强度。
车削加工的设备 单件、小批：普通车床 成批生产：液压仿形车床 批量生产：液压仿形、多刀半自动车床
孔的尺寸精度和几何形状误差会使轴 承与孔配合不良 (松、紧、不圆)
主轴孔尺寸精度为IT6级，其余孔为 IT6~IT7级
箱孔与孔的位置精度 引起轴安装歪斜，致使主轴径向跳动 和轴向窜动，加剧轴承磨损 同一轴线上各孔的同轴度误差 孔端面对轴线垂直度误差
孔和平面的位置精度 主要是规定主要孔和主轴箱安装基 面的平行度 主要平面的精度 影响主轴箱与床身的连接刚度 规定底面和导向面必须平直和相互 垂直 平面度、垂直度公差等级为5级
典型零件加工工艺过程
• 轴类 • 箱体类 • 齿轮类
一、轴（杆）类零件的加工
一、轴（杆）类零件的加工
1．轴类零件的分类、技术要求
➢轴类零件的作用 支撑传动零件； 承受载荷； 传递扭矩。
➢轴类零件的特点 长度大于直径； 加工表面为内外圆柱面、圆锥面、
螺纹、花键、沟槽等； 有一定的回转精度。
➢CA6140车床主轴的功用 承受扭转力矩 承受弯曲力矩 保证回转运动精度
➢CA6140车床主轴的设计要求
扭转和弯曲刚度高
回转精度高（径向圆跳动、端面圆跳 动、回转轴线稳定）
制造精度高 1) 结构尺寸及动态特性要好 2) 主轴本身及其轴承精度高 3) 轴承的结构和润滑 4) 齿轮的布置 5) 固定件的平衡等
➢主轴轴端外锥（短锥）的技术要求 用来安装卡盘或花盘的；也是定心表面 对锥面的尺寸精度、形状精度、粗糙度、
接触精度都要求高 轴心线应与支承轴颈同轴 对支承轴颈的径向圆跳动为0.008；端
面圆跳动为0.008 粗糙度 Ra≤1.25μm ，硬度为HRC45~50
➢空套齿轮轴颈的技术要求 影响传动的平稳性；可能导致噪声 有同轴度要求，对支承轴颈的径向圆
支承轴颈为三支承结构，并且跨度大
支承轴颈采用锥面 (1：12) 结构，接触 率≥70%，可用来调整轴承间隙
中间支承为IT5~IT6，粗糙度为： Ra≤0.63μm
支承轴颈圆度误差为0.005mm，径向跳 动为0.005mm
其他外圆的圆度要求，误差小于50%尺 寸公差，高精度者为5~10%
粗加工外圆→钻深孔→精加工外圆→ 粗加工锥孔→精加工锥孔
粗加工外圆→钻深孔→粗加工锥孔→ 精加工锥孔→精加工外圆
粗加工外圆→钻深孔→粗加工锥孔→ 精加工外圆→精加工锥孔
工序确定的两个原则 ➢工序中所用的基准应在该工序前加工 ➢各表面要粗、精基准分开，先粗后精，
多次加工，逐步提高精度
设计锥堵和锥堵心轴时应注意的问题 ➢不中途更换或拆装，以免增加安装误差 ➢锥堵和锥堵心轴要求两个锥面同轴
堵头 拉杆心轴
➢顶尖孔的研磨 研磨的必要性
顶尖孔是定位基准，对精度和质量有 直接影响
顶尖孔的深度：影响定位轴向位置， 因而影响余量分布 (批量生产时)
两顶尖孔同轴度：影响同轴度、影响 位置精度
➢轴类零件的分类 光滑轴 阶梯轴 空心轴 异形轴（曲轴、齿轮轴、偏心轴、
十字轴、凸轮轴、花键轴）
常见轴类的类型
➢轴类零件的技术要求 尺寸精度：支承轴颈为IT5~IT7，配合轴
颈为IT6~IT9 几何形状精度：轴颈表面、外圆锥面、
锥孔等的圆度、圆柱度
相互位置精度：同轴度、径向跳动、重 要端面对轴心线垂直度、端面间平行度
粗、精加工二阶段应分粗、精加工机床 进行，合理利用设备，保护机床
➢定位基准的选择 应使定位基准与装配基准重合 一次安装应多加工几个面 注意零件的主要精度指标：同轴度、圆
度、径向跳动 主轴的定位过程较复杂：有顶尖、锥堵、
支承表面等作为定位基准
➢加工顺序的安排和工序的确定
三种方案
➢CA6140主轴结构的设计要求： 合理的结构设计 足够的刚度 有具有一定的尺寸、形状、位置精度和
表面质量 足够的耐磨性、抗振性及尺寸稳定性 足够的抗疲劳强度
CA6140车床主轴技术条件的分析 ➢主轴支承轴颈的技术要求
支承轴颈是主轴的装配基准，其精度直 接影响主轴的回转精度；主轴上各重要 表面又以支承轴颈为设计基准，有严格 的位置要求
善其装配工艺性和装配精度 表面粗糙度Ra=0.8~0.2μm
CA6140车床主轴图
主轴的机械加工工艺过程
➢主轴加工工艺过程制订的依据 主轴的结构；技术要求；生产批量；
设备条件 ➢主轴加工工艺过程 批量：大批；材料：45钢；毛坯：模
锻件
➢工艺过程： 分为三个阶段（参见表5-5）：
粗加工：工序 1~6 半精加工：工序 7~13（7为预备） 精加工：工序 14~26（14为预备）
表面粗糙度：支承轴颈为Ra0.2~1.6μm， 配合轴颈为Ra0.4~3.2μm
其他：热处理、倒角、倒棱、外观修饰
2．轴类零件的材料、毛坯及热处理
➢轴类零件材料 45钢、40Cr、GCr15、65Mn、球墨铸
铁、20CrMnTi、20Mn2B、20Cr ➢轴类毛坯 圆棒料、锻件、铸件
轴颈与有关表面的同轴度误差应很小
➢主轴工作表面（锥孔）的技术要求 用来安装顶尖或刀具锥柄：定心表面
对锥面的尺寸精度、形状精度、粗糙 度、接触精度都要求高
轴心线应与支承轴颈同轴
锥孔对轴颈的径向圆跳动近轴端为 0.005，离轴端300处为0.01，锥面接 触率≥70%，粗糙度Ra≤0.63μm，硬 度为HRC48~50。
该联接方式只传递扭矩，排除磨头和机 床误差对加工精度的干扰
➢主轴各外圆表面的精加工和光整加工 主轴的精加工
主要采用磨削加工 应在热处理之后进行，纠正热处理后
的变形
磨削加工能达到的精度为IT6，表面 粗糙度为 Ra=0.8~0.2μm
光整加工的作用及特点
用于精密主轴上尺寸公差等级为IT5以 上或表面粗糙度的加工表面
主轴加工工艺过程分析 ➢主轴毛坯的制造方法 自由锻件：小批量或单件生产 模锻件：大批量生产
➢主轴的材料和热处理 热处理工序的安排
毛坯热处理：去锻造应力，细化晶粒 切削前正火（预备热处理）：改善切削加
工性能和机械-物理性能；去锻造应力
半精加工前调质：去应力，改善切削加工性
检验顺序 几何精度→尺寸精度→位置精度
检验方法 硬度：硬度计 表面粗糙度：触针式表面粗糙度轮廓仪
或样板比较法 锥孔：着色法 尺寸精度：常规检验仪器（万能量具） 位置精度：专用检验装置
轴类零件的检验
二、箱体类零件的加工
二、箱体类零件的加工
1．箱体类零件概述 箱体类零件的功用
跳动为0.01~0.015 尺寸精度要求为IT5~IT6
➢螺纹的技术要求 用来固定零件或调整轴承间隙 螺母的端面圆跳动（应≤0.05）会影响
轴承的内环轴线倾斜 螺母与轴颈的同轴度误差≤0.025 螺纹精度为6h
➢主轴各表面的表面层要求 要有较高的耐磨性 要有适当的硬度（HRC45以上），以改
表面粗糙度 影响连接面的配合性质或接触刚度 主轴孔为Ra=0.4μm ，其它各纵向孔为 Ra=1.6μm ，孔的端面为 Ra=3.2μm
装配基准面和定位基准面为 Ra=0.63~2.5μm ，其它平面则为 Ra=2.5~10μm
箱体的材料及毛坯
材料一般选HT200~400；因为灰铸铁 成本低，耐磨性、可铸性、可切削性 和阻尼特性好
➢轴类零件的热处理 正火或退火处理
锻造毛坯加工前——细化晶粒，消除锻 造应力，降低硬度，改善切削性能 调质 粗车后半精车前——改善物理力学性能 表面淬火 精加工前——提高硬度 低温时效 局部淬火或粗磨后——稳定性能
3．轴类零件的安装方式
➢采用两中心孔定位装夹 以重要外圆表面为粗基准定位加工出中心
➢主轴深孔的加工 深孔加工的难点
刀具细长，刚性差，易振动，易引偏 排屑困难 钻头散热条件差，冷却困难，易失去
切削能力
采取措施 采用工件旋转、刀具进给的加工方法，
使钻头自定中心 采用特殊结构的深孔钻 预先加工一导向孔，防止引偏 采用压力输送切削润滑液，既使冷却
充分，又使切屑排出
能，提高综合机械性能
精加工前局部高频淬火：提高运动表面耐
磨性
精加工后定性处理：低温时效和冰冷处理
➢加工阶段的划分 如前所述，分为三个阶段。
主轴的技术要求高，毛坯为模锻件，加 工余量大，精度高，故应分阶段加工
分粗、精加工阶段有利于去应力并可加 入热处理
多次切削有利于消除复映误差 粗、精加工二阶段应间隔一定时间
采用很小的切削用量和单位切削力， 变形小
对上道工序要求高，一般要求，表面 无较深的加工痕迹
采用浮动的加工方法（自定心） 加工余量很小，一般不超过0.02mm
5．轴类零件的检验 检验项目
表面粗糙度 表面硬度 尺寸精度 相互位置精度 表面几何形状精度
检验分类 加工中的检验 加工后的检验
顶尖孔锥角和圆度误差：直接反映到 工件的圆度上
热处理、切削力、重力等的影响，会 损坏顶尖孔的精度
热处理后和磨削加工前需要消除误差
研磨方法 用铸铁顶尖研磨 用油石或橡胶砂轮夹在车床的卡盘
上，用金刚钻研磨 用硬质合金顶尖刮研
铸铁顶尖研磨中心孔 研磨中心孔的硬质合金顶尖
➢外圆表面的车削加工 车削加工的工艺作用
淬硬表面的键槽、螺纹应在淬火前加工 非淬硬表面的键槽、螺纹应在精车后、
精磨前加工
检验工序应安排在适当工序之后，必要 还应探伤
主轴加工中的几个工艺问题
➢锥堵和锥堵心轴的使用 锥堵和锥堵心轴的功用： ➢空心轴加工通孔后，定位基准——顶尖
孔被破坏。通孔直径小时，可直接在孔 口倒出一60°锥面代替中心孔；当通孔 直径较大时，要采用锥堵或锥堵心轴
➢主轴锥孔的加工 主轴锥孔的作用及要求
主轴锥孔是安装顶尖的定位面 主轴支承轴颈及主轴前端短锥的同轴
度要求较高
磨削主轴锥孔一般以支承轴颈作为定 位基准，有三种安装方式：
前支承装于中心架，后支承用卡盘装夹 前、后支承装于两个中心架，用万向节
与主轴相联
采用专用夹具
磨主轴锥孔夹具
剖分wenku.baidu.com承、V型夹具、浮动卡头等，使 磨头误差及机床振动不影响工件。
由底座、支承架及浮动卡头三部分组成； 前、后两支架与底座连成一体
作为工件定位的V形架镶有硬质合金， 以提高耐磨性
工件的中心高应与磨头砂轮轴中心等高
后端的浮动卡头装在磨床主轴的锥孔内
工件尾部插入弹性套内
通过弹簧将弹性套（浮动卡头外壳）连 同工件向后拉
钢球1压向镶有硬质合金的锥柄3端面， 依靠弹簧2的涨力限制工件的轴向窜动