典型零件加工工艺过程举例

5.5　典型零件加工工艺过程举例

5.5.1　轴类零件加工工艺过程举例

1.轴类零件的结构特点、功用及技术要求

轴类零件主要用来支承传动零件和传递扭矩。轴上的主要结构要素有内外圆柱面、圆锥面、螺纹、键槽等。根据结构形状的不同，可分为光轴、阶梯轴、空心轴、异型轴四大类。

轴一般都有两个支承轴颈。支承轴颈是轴的装配基准，其精度和表面质量要求一般较高。除了尺寸精度外，重要的轴还规定了圆度、圆柱度等形状公差的要求及两个轴颈之间的同轴度要求等。对于安装齿轮等传动件的轴颈，除了本身尺寸精度和表面粗糙度外，还要求其轴线与两支承轴颈的公共轴线同轴，用于轴向定位的轴肩对轴线的垂直度也有要求。

2.轴类零件的材料、热处理及毛坯

根据轴在使用中的重要程度的不同，轴的材料和热处理亦有很大的不同。

不重要的轴，可采用碳素结构钢Q235A、Q255A等，不经热处理使用。一般的轴，可采用优质碳素结构钢35、45、50钢等，并根据不同的要求进行不同的热处理，以获得一定的强度、韧性、耐磨性等。对于重要的轴，当精度、转速要求较高时，采用合金结构钢40Cr、轴承钢GCr15、弹簧钢65Mn等，进行调质和表面淬火处理，使其具有较高的机械性能、耐磨性；当转速高、载荷大时，可采用低碳合金钢20Cr、20CrMnTi等进行渗碳淬火处理或氮化钢38CrMoAlA进行调质和氮化处理。此外，有些形状复杂的，还可采用球墨铸铁QT600－2、QT1200－1等，并进行正火、调质或等温淬火处理。

轴的毛坯，对于光轴和直径相差不大的阶梯轴，一般采用圆钢作为毛坯。直径相差较大的阶梯轴和比较重要的轴，应采用锻件作为毛坯。其中大批大量生产采用模锻；单件小批生产采用自由锻。对于结构复杂的，可采用球墨铸铁件或锻件作为毛坯。

3.定位基准的选择

1）粗基准的选择

轴类零件粗基准一般选择外圆表面。这样，既可方便装夹，同时也容易获得较大的支撑刚度。

2）精基准的选择

轴类零件的精基准在可能的情况下一般都选择轴两端面中心孔。这是因为轴类零件的各主要表面的设计基准都是轴线，选择中心孔作精基准，既可满足基准重合的要求，又可满足基准统一的要求。

当不能选中心孔作为精基准时，可采用轴的外表面或轴的外表面加一中心孔作为精基准。

对精度要求不高的轴，为了减少加工工序，增加支撑刚度，一般选择轴的外圆作精基准。

4.工艺路线

轴类零件主要表面加工的工艺路线如下：下料（圆棒料毛坯）→车端面、打中心孔→粗车各外圆表面→正火或调质→修研中心孔→半精车和精车各外圆表面、车螺纹→铣键槽→淬火→修研中心孔→粗、精磨外圆→检验。

5.加工示例

下面给出单件小批量生产图5－41所示轴的机械加工工艺过程的制定过程。

1）主要技术要求

（1）两段轴颈用于安装轴承段上装齿轮；上述轴颈的表面粗糙度Ra值不大于0.8μm。

（2）各外圆柱表面对两段轴颈的公共轴线的径向圆跳动公差为0.02mm。

（3）材料选择45钢，淬火硬度40～45HRC。

2）工艺分析

与轴承孔相配的两轴颈，其尺寸精度为IT7，表面粗糙度Ra值不大于0.8μm；用于安装齿轮的轴颈尺寸精度为IT6；轴上各配合面对两轴颈的公共轴线的径向圆跳动公差为0.02mm，可保证平稳传动。

淬火硬度为40～45HRC对45钢是合适的。

图5－41　传动轴

轴的两端均有1mm×45°的倒角，便于零件装配。轴上各段需磨削的外圆，段与段之间均开有3mm宽的砂轮越程槽。

（1）毛坯材料选择。

此轴形状简单，精度要求中等，各段轴颈直径尺寸相差不大，且为单件小批量生产。故毛坯选用φ35圆钢。

（2）基准选择。

粗基准选用坯料外圆柱面。精基准选两端面中心孔。在热处理后修研中心孔。

（3）工艺路线制定。

根据该轴的结构特点和技术要求，其主要表面可在车床和磨床上加工，键槽可在立铣上加工。

因该轴为单件小批量生产，宜采用工序集中原则。用两道车工序完成端面、中心孔及外圆表面的加工。在车、铣工序后安排热处理工序。热处理后修研中心孔。其加工方案为：

粗车→半精车→铣→热处理（淬火）→粗磨→精磨。

其工艺过程见表5－10。

表5－10　　　　单件小批生产轴的工艺过程

续表

5.5.2　箱体类零件加工工艺过程

1.箱体零件的结构特点及主要技术要求

箱体零件的机器的基础零件，它将其他零件连接成一个整体，使各零件之间保持正确的相互位置关系。箱体的结构形状复杂、体积较大、壁薄且不均匀、内部呈腔形、有若干精度要求较高的平面和孔系，还有较多的紧固螺孔等。

箱体的机械加工主要是平面和孔系的加工。加工平面一般采用刨削、铣削和磨削等；加工孔系常用镗削，小孔多采用钻削。

箱体的主要技术要求有主要孔的尺寸、几何形状精度；主要平面的平面度、表面粗糙度；孔与孔之间的同轴度、孔与孔的中心距误差、各平行孔轴线的平行度、孔与平面之间的位置精度等。

2.箱体零件的毛坯与材料

箱体的毛坯材料通常的灰铸铁，最常用的牌号为HT200。在单件小批生产中也可采用焊接毛坯。

为了消除内应力，箱体毛坯应进行退火处理。对精度要求高和容易变形的箱体，在粗加工后要再进行退火或时效处理。

3.定位基准的选择

1）粗基准的选择

一般应选取重要的孔为主要粗基准，而辅以内腔或其他毛坯孔为次要基准面。这样可保证重要孔的加工余量均匀。

2）精基准的选择

一般选择箱体的一个大平面或者一个大平面与其上的两个销孔作为精基准，以满足装夹可靠和基准统一的要求。

4.箱体零件加工工艺路线

箱体上各种表面的加工方法，应根据生产实际情况决定。主要孔的加工，在单件小批生产中常采用粗镗—精镗的方案；大批量生产中则可采用粗镗—半精镗—精镗—细镗（或珩磨、滚压）的方案。单件小批生产中平面的加工可采用粗刨—精刨的方案；大批量生产中则常采用粗铣—精铣，或粗铣—磨削的方案。

5.加工示例

现以图5－42所示的减速器箱体的加工为例，说明在单件小批生产中，一般箱体零件的机械加工工艺过程。

1）减速器箱体的技术要求

（1）底座底面和对合面的任意100mm×100mm范围内平面度公差为0.015mm。

（2）底座对合面与底面的平行度公差为100∶0.05。

（3）轴承孔的尺寸精度为IT6；圆柱度公差为0.07mm。各孔轴线对其公共轴线的同轴度公差为0.04mm。各孔外侧面对其公共轴线的垂直度公差为0.1mm。

（4）轴承孔间中心距公差为0.1mm；各轴承孔间平行度公差为0.074mm。

（5）轴承孔和主要平面的表面粗糙度Ra值不大于1.6m。

2）工艺分析

此箱体为铸件，机械加工前应经去应力退火热处理；粗加工后还应安排时效处理。

减速器加工表面可分为三类：一是主要平面，包括底座底面和对合面，箱盖对合面。其中底面和对合面精度和粗糙度要求均较高，又是装配基准和定位基准，可采用粗刨、精刨加工，对合面在精刨后还应精细加工——刮研。二是孔加工。为了保证三个轴承孔的位置精度、形状精度和尺寸精度，底面和对合面加工后，将底座和箱盖装好后粗镗、精镗三孔，同时镗削孔端面以达要求。三是其他表面，如连接孔、螺孔、销钉孔等次加工面。这类加工面的加工可安排在主要加工的加工工序间。

3）毛坯材料选择

根据减速器箱体结构特点和使用要求，选择铸造性能好、切削性能好、吸振性好、价格低廉的灰铸铁HT200，毛坯采用砂型铸造。

4）基准选择

该箱体为分离式，故其加工工艺过程可分为两个阶段：第一阶段主要分别完成箱盖和底座的平面、螺孔、定位孔的加工。第二阶段为将箱盖和底座装在一起后加工三个轴承孔。

（1）第一阶段基准的选择。

①粗基准的选择。单件小批量生产时，箱盖和底座分别以法兰的凸缘和内壁作基准划线，使各加工面有足够余量，并保证加工表面与非加工表面的均匀性，然后按划线找正加工；大批大量生产中，是以对合面法兰的不加工部分作定位基准。实际上，前者是以箱盖顶面和底面及三个主要孔为粗基准，后者则是以三个主要孔为粗基准。

②精基准选择 箱盖与底座对合面加工好后，分别以它们作为精基准加工箱盖顶面方孔端面及底座底面。

图5－42　减速器箱体

（2）第二阶段基准的选择。

箱盖和底座对合面加工后，将其装在一起，镗削三个轴承孔。按精基准应尽量与装配基准、测量基准重合及基准统一等原则，该箱体底座底面是设计和装配基准，故选底面为精基准加工三个轴承孔。

5）工艺路线拟定

通过上述分析，减速器箱体的机械加工工艺过程，单件小批生产如表5－11。

表5－11　　　　减速器箱体机械加工工艺过程（单件小批生产）