典型零件加工 4.1轴类零件加工 4.1.1 概述 1.轴类零件的结构特点 轴类零件的功用为支承传动零件（齿轮、皮带轮等）、传递扭矩或运动、承受载荷，并保证装配在轴上的零件（或刀具）具有一定的回转精度。 轴类零件按其结构形状的特点，可分为光轴、阶梯轴、空心轴（如机床主轴）和异形轴（如曲轴、凸轮轴、偏心轴和花键轴等）四大类（如图4.1所示）。轴类零件是回转体零件，其长度远大于其直径。按轴的长度与其直径的比例又可分为刚性轴（L/d≤12）和挠性轴（L/d＞12）两类。轴主要由圆柱面、圆锥面、端面、沟槽、连接圆弧等组成，有时还带有螺纹、键槽、花键和其他表面等。 图4.1 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 2.轴类零件的技术要求 轴类零件的技术要求是根据轴类零件的功用和工作条件制定的。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IT6～9级，精密轴颈可达IT5级。轴颈的几何形状精度（圆度、圆柱度等）将影响与配合件的接触质量。对精度要求较高的外圆表面（如轴颈）常常规定其允差。对一般精度的轴颈，其允差可取轴颈公差的1/2；精密轴颈，其允差取轴颈公差的1/4。轴类零件的相互位置精度主要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，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线定位端面与轴心线的垂直度要求等。 根据零件的表面工作部位的不同，有不同的表面粗糙度要求。一般支承轴颈的表面粗糙度值为Ra0.2～0.8μm，配合轴颈或工作表面的表面粗糙度值为Ra0.8～3.2μm。 根据轴的强度和耐磨性需要，轴的支承轴颈、配合轴颈或工作表面还有热处理（表面淬火、渗碳淬火等）的要求。有些高转速的轴类零件有动平衡试验要求；有些特殊用途的轴类零件须经探伤检查等；一些轴类零件为了提高强度、避免或减少应力集中，在轴肩处还有过渡圆角要求。 3. 轴类零件的材料及毛坯 轴类零件选材时应满足其力学性能（包括材料强度、韧性和耐磨性等），同时，选择合理的热处理方法，使表面达到良好的强度、刚度和表面硬度。 一般轴类零件常选用45钢，通过正火、调质、淬火等不同的热处理工艺，获得一定的强度、韧性和耐磨性。对于中等精度和转速较高的轴，可选用40Cr等合金结构钢，通过调质和表面淬火获得较好的综合力学性能。对于高精度轴，可选用轴承钢GCr15和弹簧钢65Mn等材料，通过调质和表面淬火获得更好的耐磨性和耐疲劳性。 对于高转速和重载荷轴，可选用20CrMnTi、20Cr等低碳钢或38CrMoAl氮化钢。经过渗碳淬火或氮化处理获得高的表面硬度、耐磨性和心部强度。氮化钢的热处理变形很小。 结构复杂的轴类零件（如曲轴等）也可用高强度铸铁和球墨铸铁来制造。常用的铸铁材料有：HT400、QT600、QT450、QT400等。 轴类零件最常用的毛坯是圆棒料和锻件。光轴、直径相差不大的轴一般选用棒料；重要的轴大都采用锻件，以保证金属内部纤维组织的均匀连续分布，获得较高的抗拉、抗弯及抗扭强度；某些大型的或结构复杂的轴可采用铸件毛坯。 应根据生产规模的大小来决定毛坯的锻造方式。单件小批生产，一般宜采用自由锻造；模锻因需要专用的设备、锻模，故适用于成批大量生产。 4.1.2轴类零件的外圆表面加工 4.1.2.1外圆表面的车削加工 1.车削外圆各个加工阶段 外圆表面的车削加工一般可划分为粗车、半精车、精车和精细车等，所达到的经济加工精度和表面粗糙度值见表3.5所示。粗车是粗加工，从毛坯上切去大部分余量，以尽快获得接近于最后的工件形状和尺寸的操作。半精车是为了进一步提高零件的加工精度和改善表面质量。半精车可作为中等精度表面的终加工；也可作为高精度表面在磨削前的预加工。精车既可作为较高精度外圆表面的终加工；又可作为光整加工表面的预加工。精细车是高精度外圆表面的最终加工工序，适用于有色金属零件的加工。 2.细长轴外圆表面的车削 （1）细长轴的车削特点 长度与直径之比大于20（L/D＞20）的轴称为细长轴。其车削特点为：①细长轴刚性差，在切削过程中受切削力的作用极易产生弯曲变形和振动；②在切削热的作用下，产生很大的线膨胀，若两端顶尖固定支承，则会弯曲变形；③加工中连续切削时间长，刀具磨损大，影响加工精度和表面质量。 （2）细长轴的先进车削方法 ①改进工件装夹方式（如图4.2所示），一般采用一夹一顶的方法。同时在工件端部缠绕一圈直径为φ4的钢丝，以减少接触面积，避免夹紧时形成弯曲力矩；②尾座顶尖改为弹性顶尖，避免工件受热弯曲变形；③采用跟刀架，以提高工件的刚度。但必须仔细调整跟刀架，否则，反而会造成工件的“竹节”形误差；④为减小背向力，尽量采用大主偏角车刀，一般取kr=75°～93°；⑤采用反向进给切削，改变工件受力方向，可减少工件的弯曲变形。 图4.2 细长轴的先进车削方法 4.1.2.2外圆表面的磨削加工 磨削加工是轴类零件外圆精加工的主要方法，既能加工淬火零件，也可加工非淬火零件。根据不同的精度和表面质量要求，磨削可分为粗磨、精磨、细磨和镜面磨削等。粗磨后工件表面可达IT8～9级精度，表面粗糙度值为Ra0.8～1.6μm；精磨后可达到IT6～7级精度，表面粗糙度值为Ra0.2～0.8μm；细磨（精密磨削）后精度达IT5～6级，表面粗糙度值为Ra0.1～0.2μm ；镜面磨削后表面粗糙度Ra值可达0.01μm。通过磨削加工能有效提高轴类零件尤其是淬硬件的加工质量。 1.中心磨削 在外圆磨床上以工件的两顶尖孔定位进行磨削外圆。 2.无心磨削 如图4.3所示，工件放在无心磨床的砂轮和导轮之间，用托板支承。导轮用橡胶结合剂将磨粒粘结而成的，导轮的安装倾斜一角度α，导轮速度v导分解为水平和垂直的两个分量，一个带动工件旋转，一个带动工件作轴向进给运动。砂轮高速旋转以磨削工件。无心磨削精度可达IT6～7级，表面粗糙度值可达Ra 0.2～0.8μm，但相互位置精度不高，且不能加工表面圆周不连续的工件。无心磨生产率高，配备适当的自动上料机构，可实现自动磨削，适合于大批量生产。 图4.3 外圆无心磨削加工示意图 3.砂带磨削 是用粘满砂粒的砂布作为磨削工具的一种加工方法（图4.4）。由静电植砂制作的砂带，磨粒尖端向上均匀排列。砂带与工件柔性接触，磨粒载荷小且均匀，同时具有磨削和抛光双重作用，表面粗糙度值可达Ra 0.2～0.8μm，最高可达Ra 0.02μm，表面会不烧伤。砂带磨削为弹性磨削，切削力小，特别适宜加工细长轴等刚度较差的零件。砂带磨削设备简单，成本低，较为安全，生产率高，可用于内、外表面及成形表面加工。近年来获得空前的发展和应用。 图4.4 砂带磨削示意图 4.1.2.3外圆表面的精密加工 1.高精度磨削 使工件表面粗糙度值小于Ra 0.1μm的磨削工艺，通常称为高精度磨削。它可分为精密磨削（Ra 0.1～0.05μm）、超精密磨削（Ra 0.05～0.025μm）和镜面磨削（Ra 0.01μm）。 高精度磨削的实质在于砂轮磨粒的作用。经过精细修整的砂轮的磨粒形成许多微刃（图4.5），这些微刃的等高性程度高，参加磨削的磨粒大大增加，从工件表面切下微细的切屑，形成表面粗糙度值较小的表面。随着磨削过程的进行，微刃逐渐磨损而进入半钝期。半钝化的磨粒在一定压力作用下产生摩擦抛光作用，表面粗糙度值进一步减小。最后磨粒处于钝化期，起挤压抛光作用，使工件获得更小的表面粗糙度值。 图4.5 磨粒的微刃及其变化 2.超精加工 超精加工是用细粒度的油石对工件施加很小的压力，并作往复振动和慢速纵向进给运动，工件低速回转，磨粒在工件表面上形成不重复的轨迹（见图4.6）。 图4.6 超精加工原理 超精加工过程可分为四个阶段：①强烈切削阶段，开始时工件表面粗糙，油石与凸峰接触压强大，油膜被破坏，切削作用强烈；②正常切削阶段，当表面少数凸峰磨平后,接触面积增加,压强降低,使切削作用减弱而进入正常切削阶段；③微弱切削阶段，随着接触面积增大,压强更低，磨粒磨钝，起摩擦抛光作用,使工件表面光滑；④自动停止切削阶段，油石和工件表面的接触面积大为增加,压强很小,形成油膜而不再接触，切削作用停止。整个加工过程时间为30秒左右，生产率高。 由于磨粒具有较复杂的运动轨迹,有摩擦抛光作用，工件表面形成交叉网纹,表面粗糙度值可达Ra 0.01～0.1μm。同时由于切削速度低,油石压力小,故磨削发热少,工件表面不会被烧伤。只能切除工件表面凸峰，不能纠正工件的形状和位置误差，故主要用来降低表面粗糙度值。 3.研磨 研磨是用研具在一定压力下与加工面作相对运动，附着或压嵌在研具表面上的磨粒和研磨剂,从工件表面上研去一层极薄的材料的精加工方法。研具一般采用比工件软的材料（铸铁、铜等）制作，图4.7所示为手工用研套，孔内有油槽可储存研磨剂。研磨剂是磨料、研磨液和辅助材料的混合剂。研磨过程中，大量磨粒受压力作用滚动、刮擦和挤压，切除微细材料，是机械切削作用；磨粒与工件接触点局部压力大，瞬时产生高温、挤压作用，是物理作用；研磨剂使工件表面层氧化变软，加速研磨过程，是化学作用。 图4.7 外圆手工研磨工具 a)粗研具 b）精研具 研磨时研具和工件的相对运动是较复杂的，每一个磨粒不会重复自己的运动轨迹，有利于去除工件表面上的凸峰；表面粗糙度值可达Ra 0.01～0.2μm，可提高工件的尺寸和形状精度，但不能提高表面的相互位置精度；研磨不需要复杂的设备，方法简便可靠。但生产率低，手工研磨劳动强度大。 4.滚压 滚压是利用滚轮或滚珠，对旋转工件的表面进行常温下加压（图4.8），使受压表面产生弹性和塑性变形，不仅能降低表面粗糙度值（Ra 0.05～0.4μm），还使表面的金属组织结构和性能发生变化，晶粒变细，并沿变形方向延伸呈纤维状，表面留下残余压应力，使零件的工件表面的抗疲劳强度、耐磨性和耐腐蚀性都有显著提高，但不能提高零件的形状和位置精度。滚压设备简单，生产率高，工艺范围广。适用于塑性材料，并要求材料组织均匀。 图4.8 滚压加工示意图 4.1.3 轴类零件加工工艺分析 轴类零件加工的主要工艺问题是如何保证各主要表面间的相互位置精度。 4.1.3.1车床主轴的加工工艺 图4.9为CA6140车床主轴的零件简图。该零件为多阶梯结构的空心轴。根据主轴的功用和工作条件，主要技术要求有：①支承轴颈A、B主轴在机床上的安装基准，其圆度误差和同轴度误差将直接影响机床的精度。支承轴颈A、B的圆度、径向圆跳动公差0.005mm，锥面接触率≥70%，尺寸精度IT5级，表面粗糙度值Ra0.4μm。②莫氏锥孔是用于安装顶尖或刀具的定心表面，莫氏锥孔对支承轴颈A、B的圆跳动，近端0.005mm，远端0.01mm，锥面接触率≥70%，表面粗糙度值Ra0.4μm，有淬硬要求。③短锥C和端面D是卡盘的安装基准面，对支承轴颈A、B的圆跳动0.008mm，表面粗糙度值Ra0.8μm，有淬硬要求。④配合轴颈用于安装传动齿轮等，其尺寸精度为IT5～6级，对支承轴颈A、B的圆跳动0.015mm。⑤其他表面如轴向定位轴肩与中心线的垂直度，螺纹中心与中心线为主轴加工工艺过程。材料45钢，毛坯为模锻件，大批量生产。 表4.1 CA6140车床主轴加工工艺过程 工序 工 序 内 容 定位基准 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210 220 230 锻造 热处理：正火 铣端面钻中心孔 粗车各外圆 热处理：调质220-240HBS 半精车大端各部 仿形车小端各部 钻通孔 粗车莫氏6号锥孔和短锥 精车后锥孔（工艺要求） 钻大端面各孔及攻螺纹 精车小端外圆并切槽 热处理：高频淬火支承轴颈、短锥、莫氏6号锥孔 粗磨莫氏6号锥孔 磨后锥孔（工艺要求） 粗磨φ75h6、φ90g7及φ100h6外圆及端面 铣花键 铣键槽 车三处螺纹 精磨各外圆及端面 粗精磨短锥和1：12外锥面 精磨莫氏6号锥孔 检验 外圆与端面 一头夹、一头顶 中心孔 中心孔 夹小头，托大头 夹小头，托大头 夹大头，托小头 大端莫氏6号锥孔 一头夹、一头顶 φ75h6、φ100h6外圆 φ75h6、φ100h6外圆 锥堵中心孔 锥堵中心孔 外圆表面 锥堵中心孔 锥堵中心孔 锥堵中心孔 支承轴颈A及φ75h6外圆 4.1.3.2车床主轴的加工工艺分析 1.定位基准的选择 轴类零件的定位基准，最常用的是两中心孔。因为一般轴的设计基准都是其中心线，用中心孔定位，可实现基准重合。且能最大限度地在一次安装中加工尽可能多的外圆和端面，符合基准统一的原则。在通孔加工后，非凡体育登录不能用中心孔来定位，就采用带有中心孔的锥堵或锥堵心轴（如图4.10）来定位。为保证锥堵与中心孔有较高的同轴度，锥堵安装后应尽量减少更换次数。 图4.10 锥堵与锥堵心轴 另外，主轴设计基准本质上是支承轴颈A、B的中心线，应该用支承轴颈定位，实现基准重合。以支承轴颈A、B为基准磨削莫氏锥孔，可保证两者间的很高的相互位置精度。当支承轴颈是锥面时，宜选择与其临近且与其同轴度高的轴颈作辅助定位基准面（与支承轴颈在一次安装中磨出）。 在主轴的加工中，还要贯彻中心孔和支承轴颈互为基准、反复加工的原则。在机加工开始，先以外圆定位（粗基准）加工两端面和中心孔，为后续工序准备精基准。再以中心孔定位，加工外圆。在通孔加工后，以外圆为精基准，加工莫氏锥孔和后锥孔。配上锥堵后，以锥堵中心定位精加工外表面。最后以精加工后的支承轴颈定位精磨莫氏锥孔。 在主轴加工工艺中，定位基准的正确选择、体现和转换是一个很重要的问题。在某种程度上说，工艺过程实质是定位基准的准备和转换的过程，各表面的加工也是在此基础上实现的。因此定位基准在很大程度上决定着加工顺序。 2.加工阶段的划分 从表4.1主轴加工的工艺过程中可以看出其加工过程是以主要表面（特别是支承轴颈）的加工为主线，大致分为三个阶段：调质以前的工序为粗加工阶段；调质以后到表面淬火间的工序为半精加工阶段；表面淬火以后的工序为精加工阶段。其中适当穿插其它次要表面的加工工序。 3.合理安排热处理工序 在主轴加工的过程中，应安排足够的热处理工序。毛坯锻造后安排正火处理，以消除锻造应力，改善切削性能。粗加工后安排调质处理，以提高其力学性能，并为表面淬火准备良好的金相组织。半精加工后安排表面淬火处理，以提高其耐磨性。 4.加工顺序的安排 根据先基准后其它、先粗后精、先主后次、穿行的工艺原则，主轴主要加工表面的工序安排大致如下：锻造→正火→车端面钻中心孔→粗车→调质→半精车→精车→表面淬火→粗、精磨外圆表面→磨锥孔。 外圆表面的加工顺序一般为先加工大端直径外圆，然后再加工小端直径外圆，以免一开始就降低工件的刚度。 5.次要表面的加工安排 主轴通孔的加工应安排在调质后进行，以免调质使通孔产生弯曲变形而影响棒料的通过；且应安排在外圆半精车后进行，以便有一个较准确的定位基准，保证孔和外圆同轴，使主轴壁厚均匀。 主轴上的花键、键槽等的加工，一般应在外圆精车或粗磨后、精磨前进行。若在精车前就铣出键槽，精车时断续切削会产生振动，影响加工质量，又容易损坏刀具，同时也难控制键槽的尺寸要求。若放在外圆精磨后进行，又可能破坏主要表面已有的精度。 主轴上的螺纹均有较高的要求，宜安排在主轴局部淬火后进行。否则，淬火后产生的变形，会影响螺纹和支承轴颈的同轴度误差。 6.主轴锥孔的磨削 锥孔磨削是主轴加工的最后一个关键工序，目前已普遍采用磨主轴锥孔专用夹具来保证其加工精度，如图4.11所示。在夹具中镶硬质合金的V形块固定在夹具支架上，主轴前后两支承轴颈在V 形块上定位。工件的中心高等于砂轮轴的中心高。夹具后端的浮动卡头用锥柄安装在磨床主轴的锥孔内。工件尾端插入弹性套内，用弹簧把浮动卡头外壳连同工件向左拉，通过钢球压在锥柄的端部，限制工件的轴向自由度。采用这种弹性浮动夹头驱动工件转动的联结方式，可保证工件支承轴颈的定位精度不受内圆磨床主轴回转精度的影响，也可减少机床振动对加工质量的影响。 图4.11 磨主轴锥孔专用夹具 4.2套筒类零件加工 4.2.1概述 1.套筒类零件的结构特点 套筒类零件是机械中常见的零件之一，应用广泛。如支承旋转轴的滑动轴承、引导刀具的钻套和镗套、液压油缸、内燃机汽缸套以及一般用途的套筒等（见图4.12）。由于功用不同，其结构和尺寸差别很大，但仍有共同的特点：零件的主要表面为同轴度要求较高的内外回转面；壁厚较薄易变形；长径一般大于直径等。 图4.12 套筒类零件 a）b）滑动轴承 c）钻套d）轴承衬套e） 汽缸套f）液压缸 2.套筒类零件的技术要求 内孔是套筒类零件起支承和导向作用的最主要表面，通常与旋转轴、刀具和活塞等相配合。孔的直径尺寸精度一般为IT6～7级，汽缸和液压缸由于与其相配合的活塞上有密封圈，要求较低，一般取IT9级。孔的形状精度一般控制在孔径公差以内，有些精密套筒在孔径公差的1/2～1/3，甚至更严。对于长的套筒，还应限制孔的圆柱度公差。孔的表面粗糙度值为Ra 1.6～0.2μm，甚至0.04μm。 外圆是套筒类零件的支承面，常以过盈配合或过渡配合同箱体或机架上的孔相连接。外径的尺寸精度通常为IT6～7级，形状精度控制在外径公差以内，表面粗糙度值为Ra3.2～0.8μm。 内孔与外圆的同轴度要求一般为0.01～0.05mm。还有端面与轴线. 套筒类零件的材料及毛坯 套筒类零件所用的材料取决于工作条件，一般有钢、铸铁、粉末冶金、铜及其合金、尼龙和工程塑料等。有些滑动轴承采用双金属结构，在钢或铸铁套的内壁上浇铸巴氏合金等轴承合金材料，既可节省贵重金属，又能提高轴承的寿命。 套类零件的毛坯选择与其材料、结构、尺寸及生产批量等因素有关。孔径较小的套筒，一般选择热轧或冷拉棒料，也可采用实心铸件。孔径较大时，常采用无缝钢管或带孔的空心铸件和锻件。大量生产时可采用冷挤压和粉末冶金等先进的毛坯制造工艺，既提高生产效率，又节约材料。 4.2.2套筒类零件的内孔表面加工 常用的套筒类零件的内孔表面加工方法有钻孔、扩孔、铰孔、镗孔、拉孔、磨孔、研磨孔、珩磨孔和滚压孔等。各种加工方法的经济精度见表3.6所示。 4.2.1.1套筒类零件内孔的一般加工方法 1.钻孔 钻孔是用钻头在实体材料上加工孔的方法，常用的刀具是麻花钻。钻孔的特点是钻孔时钻头易偏斜；钻孔排屑困难，切削热不易散发；钻孔轴向力大；精度低，表面粗糙度值大。工艺上常采用钻孔前先加工端面，采用工件回转等措施以防止和减少钻头的偏斜。 2.扩孔 扩孔是用扩孔钻来扩大已有的孔径进行半精加工的方法。扩孔钻刚性好，刀齿较多，切削深度小，易排屑，所以切削平稳，导向性好，可矫正钻孔轴线的偏斜。扩孔常作为铰孔等精加工前的准备工序，也可作为要求不高的孔的最终工序。 3.铰孔 铰孔是用铰刀对未淬硬的中小尺寸的孔进行精加工的一种方法。铰削余量小，切削速度较低，铰刀齿数多，刚性好且制造准确，排屑润滑条件好，故铰孔后孔的尺寸精度、形状精度得到提高。铰孔精度主要取决于铰刀精度。但铰孔时铰刀在工件孔内自定位，所以一般不能修正孔的位置误差，孔的位置误差应由铰孔前的工序来保证。铰刀在机床上常采用浮动夹头与主轴浮动联接。铰孔不宜用于台阶孔、盲孔、短孔和具有断续表面的孔。 生产中经常采用在工件一次安装下连续进行钻、扩、饺加工。既可避免工件安装误差的影响，又能因快速更换刀具，使加工更方便，生产率高。用图4.13所示的快换夹头，可达到不停车而迅速更换刀具的目的。 图4.13 快换夹头 1—柄部 2—套筒 3—外套 4—钢球 5—弹簧圈 4.镗孔 镗孔是用镗刀对工件上已有的未淬硬孔作进一步加工的方法，既可作为粗加工，也可作为精加工。镗孔可以在镗床、车床、铣床等上进行，可加工通孔、盲孔、阶梯孔和孔内凹槽等表面，适用性强，镗刀结构简单，成本低，经济性好。镗孔常用单刃刀具，纠正原有孔的位置偏差的能力强，能获得较高的位置精度。因受孔的尺寸的限制，一般刀杆刚性较差，易产生振动，镗孔质量不易控制，生产率较低，广泛应用于单件小批生产中。 5.拉孔 拉孔是在拉床上用拉刀加工孔的高效的精加工方法，加工平稳，尺寸精度高，表面粗糙度值小。拉孔时，以工件端面为支承面，工件一般不夹紧。拉刀在工件孔内自定位，故拉孔难以保证孔与其它表面间的相互位置精度。拉刀是多刃刀具，同时参加切削的刀刃多，一次拉削可完成粗、精加工，生产效率高。但拉刀结构复杂、成本较高，适应性差，一把拉刀只能加工一种尺寸的孔。故一般用于成批大量生产中，且不能拉阶梯孔、盲孔和大孔。 6.磨孔 磨孔是用高速旋转的砂轮对淬硬或未淬硬孔进行精加工的方法。磨孔与磨外圆相比，工作条件较差：砂轮受工件孔的限制，直径小，磨削速度低；砂轮轴直径较小，刚性差，容易变形；砂轮与工件接触面积大，排屑和散热困难，冷却不便，工件易烧伤；砂轮磨损快，需经常修整更换。因此，磨孔的质量和生产率都不如磨外圆。但磨孔的适用性广，被加工孔的相互位置精度高，在单件小批生产中应用很广。特别对于淬硬的孔、盲孔、大直径孔、短的精密孔以及断续表面的孔（带键槽或花键孔），磨孔是主要的加工方法。但磨孔不适用于磨削有色金属。增加内圆磨头的转速是提高磨孔生产率的主要途径。如采用100000r/min的风动磨头，可磨削1～2mm直径小孔而获得较好的加工质量和较高的生产率。 7.深孔加工 一般将孔的长径比L/D＞5的孔称为深孔。深孔加工的工艺难点为：刀具细长，刚性差，加工中容易使孔的轴线歪斜；冷却散热条件差；排屑困难，严重时引起刀具崩刀或折断。应采取的工艺措施有：采取工件旋转的方式以及改进刀具导向结构，减少刀具的引偏；采用压力输送切削液，冷却刀具和排屑；改进刀具结构，强制断屑，有利切屑顺利排出。单件小批生产的深孔加工，常在卧式车床上进行。成批生产，常在深孔加工专用机床（图4.14）上进行。 图4.14 深孔加工示意图 内排屑 b）外排屑 1—工件 2—切削液 4.2.1.2套筒类零件内孔的精密加工 1.珩磨 珩磨是对精加工过的孔进行光整加工的一种方法，是低速、大面积接触的磨削加工，与磨削原理基本相同。珩磨所用的磨具是几根粒度很细的砂条所组成的珩磨头。珩磨时，主轴与珩磨头浮动联接并驱动珩磨头作旋转运动和往复运动，砂条还有加压力的径向运动。珩磨头的旋转运动和往复运动是珩磨的主运动，这两种运动的组合，使砂条上磨粒在孔的表面上切去极薄的一层金属，其切削轨迹形成交叉而不重复的网纹如图4.15所示。径向加压运动是砂条的进给运动，压力越大，进给量就越大。 图4.15 珩磨运动及其切削轨迹 常用珩磨头在专用的珩磨机上进行。珩磨头的结构形式很多，图4.16是一种简单的利用螺纹加压的珩磨头。本体1通过浮动联轴器和机床主轴联接，砂条5和砂条座3粘结装入本体的槽中，砂条座两端由弹簧箍6箍紧。旋转螺母8使其向下时，就推动调整锥2向下移动，通过顶块4使砂条径向张开而获得工作压力。加工时因砂条磨损和孔径增大，使接触压力逐渐减弱，因此必须经常调整螺母。这种磨头结构简单，但操作不便，只用于单件小批生产。成批以上生产中常用压力恒定的气体或液体加压的珩磨头，工作时自动外胀进给，以保持稳定可靠的工作接触压力。 图4.16 利用螺纹调压的珩磨头 1—本体2—调整锥 3—砂条座 4—顶块 5—砂条 6—弹簧箍 7—弹簧 8—螺母 珩磨时砂条与孔接触面积大，参加磨削的磨粒很多，每个磨粒的磨削力很小，珩磨的速度很低，发热少，孔表面不易烧伤，且变形层极薄，孔的表面质量很高。同时，珩磨能获得很高的尺寸精度和形状精度。但由于珩磨头与机床主轴浮动联结，珩磨头在孔内自定位，故珩磨不能纠正被加工孔的相互位置精度。 虽珩磨的转速很低，但其往复速度较高，且参加切削的磨粒很多，能很快切除金属，故生产效率很高。 珩磨的应用范围很广，可加工铸铁件、淬火和不淬火钢件以及青铜件等，但不宜加工易堵塞砂轮的韧性金属工件。加工的孔径为?5～500mm，孔的深径比可达10以上。珩磨广泛用于大批量生产中，如加工内燃机的汽缸、液压装置的液压缸等。单件小批生产可在立式钻床或改装的简易设备上利用珩磨头进行珩磨。 2. 研磨 研磨孔的原理及特点与研磨外圆相同。研具用比工件软的材料（如低碳钢、铸铁、铜、巴氏合金等）制成。图4.17a为常用的铸铁粗研具，表面开槽以存研磨剂，研磨棒的直径可用螺钉调节。图4.17b为精研具，有低碳钢制成。研磨可提高工件的尺寸和形状精度，但不能提高表面的相互位置精度，孔的位置精度只能由前工序保证。研磨生产率较低。 图4.17 珩磨棒 a)粗研具 b)精研具 3.滚压 滚压孔的原理及特点与滚压外圆相同。图4.18所示为一油缸滚压头。滚压内孔表面的圆锥形滚柱3支承在锥套5上。滚压前，旋转调节螺母11使其相对心轴1沿轴向移动，当其向左移动时，推动过渡套10、止推轴承9、衬套8及套圈6经销子4使圆锥形滚柱沿锥套的表面向左移，结果使滚压头的径向尺寸缩小。当调节螺母向右移动时，由压缩弹簧7压移衬套，经止推轴承使过渡套始终紧贴调节螺母的左端面，同时衬套右移时带动套圈经盖板2使圆锥形滚柱也沿轴向右移，结果使滚压头的径向尺寸增大。当滚压结束，滚压头从孔中退出时，圆锥形滚柱受到一个向左的轴向力，传给盖板2，经套圈、衬套将压缩弹簧压缩，实现了向左移动，使滚压头直径缩小，保证其从孔中退出时不碰伤已滚压好的孔壁。滚压头完全退出后，在压缩弹簧的作用下复位，使径向尺寸又恢复到原调整值。 图4.18 油缸滚压头 心轴 2—盖板 3—圆锥形滚柱 4—销子 5—锥套 6—套圈 7—压缩弹簧 8—衬套 9—止推轴承 10—过渡套 11—调节螺母 4.2.3 套筒类零件加工工艺分析 套筒类零件由于功用、结构形状、材料以及尺寸不同，其工艺差别很大。按结构形状来分，大体为短套筒与长套筒两种。它们的加工方法及工件装夹方式有很大的差别。以下将分析这两类套筒的加工工艺。 4.2.3.1套筒类零件的加工工艺 1.短套筒类零件的加工工艺 图4.19所示为钻床主轴套筒零件图。主轴套筒是钻床的关键零件。内孔B、C为主轴的支承孔，尺寸精度为J7，圆柱度0.01mm，与外圆的同轴度要求为φ0.012mm，其内端面对外圆轴线mm。外圆安装在主轴箱的孔内，由齿轮轴带动而上下移动，实现主轴的轴向进给。外圆尺寸精度为j7，圆柱度0.003mm，表面粗糙度值Ra0.63μm。 图4.19 钻床主轴套筒零件简图 表4.2为主轴套筒的加工工艺过程。材料45钢，毛坯为棒料，成批生产。 表4.2 某钻床主轴套筒的加工工艺过程 工序 工 序 内 容 定位与夹紧 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 备料φ55mm×180mm 钻孔φ24mm 粗车外圆 调质245HBA 半精车外圆，留余量0.6mm 半精车右端面、各阶梯孔（B孔留余量1mm），孔口倒角2×60°（工艺用）； 调头车端面、各阶梯孔（C孔留余量1mm），切槽，车螺纹，孔口倒角2×60°（工艺用）； 检验 粗磨外圆，留余量0.2mm 铣齿 铣槽两处 检验 热处理：低温时效 修研两端孔口2×60°倒角 精磨外圆至要求 检验 精车内孔B，调头精车内孔C（切除工艺倒角） 检验 外圆 孔（两端顶夹） 孔（两端顶夹） 外圆 2×60°两处顶夹 外圆、端面 外圆、齿槽 外圆 2×60°两处顶夹 外圆、液塑定心夹具 分析主轴套筒的加工工艺，有如下特点： （1）选择以外圆或外圆两端的工艺倒角作为定位基准面，本质都是外圆的中心线，实现了基准重合，且基准统一，有利于保证内孔及内端面对外圆的相互位置精度要求。而工艺倒角和外圆又互为基准，经多次反复加工，两者间的相互位置精度也逐渐提高。 （2）用热处理工序将工艺路线划分为三个阶段：调质之前为粗加工阶段；调质到时效之间为半精加工阶段；时效以后为精加工阶段。 （3）主轴套筒形状结构较复杂，在外圆表面上铣齿后，会因其结构不对称而引起内应力弯曲变形。因此，除了安排调质处理以稳定其组织性能外，还在铣齿后安排低温时效处理，以消除内应力。再经精磨外圆，保证其加工精度要求。 （4）主轴套筒两端的轴承孔由于未设置砂轮越程槽等结构上的限制而不宜采用磨削加工，最终以精磨后的外圆定位，采用高精度的液塑定心夹具，精车内孔以保证加工精度要求。 2.长套筒类零件的加工工艺 图4.20所示为液压缸，属于长套类零件，结构特点是壁很薄。由于液压缸内有活塞往复运动，故加工要求较高：尺寸精度为φ70H6，圆柱度要求为0.04mm，孔轴线mm，与外圆安装基准面A、B的同轴度要求为φ0.04mm，孔与端面的垂直度要求为0.03mm，孔的表面粗糙度值为Ra0.32μm。外圆安装基准面的尺寸精度为h6，其余的不加工。 图4.20液压缸简图 表4.3为液压缸的加工工艺路线，毛坯为无缝钢管，成批生产。 表4.3 液压缸加工工艺路线 工序 工 序 内 容 定位与夹紧 10 20 30 40 50 下料切断 ①车端面、车一端外圆至φ88mm并车螺纹M88×1.5mm（工艺用）、倒角 ②调头车端面（总长1686mm）、车另一端外圆至φ85mm、倒角 ①半精镗孔至φ68mm，②精镗至φ69.85mm， ③浮动镗至φ70±0.02mm 滚压至要求 ①车端面、切去工艺螺纹、车外圆φ82至尺寸、割圆槽、镗内锥孔 ②调头车端面取总长1685mm、车外圆φ82至尺寸、割圆槽、镗内锥孔 一夹一顶（或托） 一用螺纹紧固一托 一用螺纹紧固一托 一夹一顶（或托） 分析液压缸的加工工艺，有以下特点： （1）该零件长而壁薄，为保证内孔及内端面对外圆的相互位置精度要求，选择外圆装配面A、B为定位基准，加工内孔，实现基准重合、基准统一。为避免薄壁受夹紧力而引起变形，一端车出工艺螺纹，夹紧时用螺纹旋紧工件，故改变其受力方向为轴向受力；另一端定位面也适当增加厚度，夹紧时用中心架托住外圆。这种装夹方式与一般深孔加工时的装夹方式相同。最后工序用软爪夹住一端，避免夹紧变形，另一端以内孔定位用顶尖顶住工件，精车外圆，再以外圆用中心架托住，找正内孔，镗内锥面。 （2）内孔的加工精度要求较高，非凡体育登录粗加工采用半精镗，半精加工采用精镗，精加工采用浮动镗，光整加工采用滚压的加工方法。套类零件孔的光整加工方法有珩磨、滚压、研磨等，滚压后的表面质量高，耐磨性更好。但目前对铸造液压缸尚未采用滚压工艺，原因是铸件表面的缺陷（如疏松、气孔、砂眼、硬度不均等）对滚压有很大影响，会导致滚压加工误差增大。 4.2.3.2套筒类零件的加工工艺分析 如何保证主要表面间的相互位置精度要求和防止薄壁的变形是套筒类零件加工的关键技术。 1.保证套筒表面相互位置精度的方法 从套筒类零件的技术要求已知，非凡体育登录其主要位置精度是内外圆表面之间的同轴度要求及端面对孔轴线的垂直度要求。通常采用以下方法： （1）在一次装夹中完成所有内外圆表面及端面的加工。这种方法消除了工件的装夹误差，可获得很高的相互位置精度。该方法工序比较集中，使用于小尺寸的结构简单的套类零件的加工。 （2）分多次装夹，先终加工孔，然后以孔为基准最终加工外圆。这种方法由于所用的夹具（如各种心轴）结构简单，定心精度高，可以保证较高的相互位置精度，故应用非常广泛。 （3）分多次装夹，先终加工外圆，然后以外圆为基准最终加工孔。采用这种方法时，工件装夹迅速可靠，但夹具结构较复杂。为获得较高的位置精度，必须采用高精度的定心夹具，如液性塑料定心夹具、弹性薄膜卡盘等及经过修整的三爪自定心卡盘和软爪等夹具。 2.防止套筒薄壁变形的工艺措施 套筒类零件孔壁较薄，加工中常因夹紧力、切削力、残余应力和切削热等因素的影响而产生变形，为防止变形，应采取以下的工艺措施： （1）为减少切削力和切削热的影响，粗精加工应分阶段进行，使变形可以在精加工阶段中得到纠正。 （2）为减少夹紧力的影响，应采用的措施有：①改变夹紧力的方向，即将径向夹紧改为轴向夹紧。如液压缸加工中用工艺螺纹来装夹工件。②若需径向夹紧时，应尽量采取措施使径向夹紧力均匀分布。如使用过渡套、液性塑料定心夹具、弹性薄膜卡盘等及经过修整的三爪自定心卡盘和软爪等夹具夹紧工件。③在工件上加工出辅助工艺凸边以提高其径向刚度，减少夹紧变形。如图4.21所示，工件加工完成后再将辅助工艺凸边切除。 （3）为减少热处理变形的影响，应将热处理工序安排在粗精加工阶段之间进行，使热处理变形在精加工中得以修正。 图4.21 利用薄壁套工艺凸边夹紧 4.3箱体类零件加工 4.3.1概述 1.箱体类零件的功用和结构特点 箱体类零件是机器及其部件的基础件。它将一些轴、套、轴承和齿轮等零件装配连接成一体，使其保持正确的相互位置关系，按规定的传动关系协调运动。因此，箱体类零件的加工质量对机器的工作精度、使用性能和寿命都有直接的影响。 图4.22 几种箱体的结构简图 a)组合机床主轴箱 b）车床进给箱 c）分离式减速箱 d）泵壳 图4.22为几种常见的箱体的结构形式。由图可知：箱体的结构形状一般都比较复杂，壁薄且壁厚不均匀，内部呈腔形；在箱壁上既有许多精度要求较高的轴承支承孔和平面，也有许多精度要求较低的紧固孔。一般来说，箱体不仅需要加工的表面较多，且加工的难度也较大。 2.箱体类零件的主要技术要求 箱体零件的技术要求是根据其用途、工作条件等因素制定的，其主要技术要求是对孔和平面的精度和表面粗糙度。箱体轴承支承孔的尺寸精度、形状精度、位置精度与表面粗糙度对轴承的工作质量影响很大，它们直接影响机器的回转精度、传动平稳性、噪声和寿命。支承孔的尺寸精度一般为IT6?7级，形状精度不超过其孔径尺寸公差的一半，表面粗糙度值为Ra1.6?0.4μm； 同轴线上支承孔的同轴度一般为φ0.01?0.03mm，各支承孔之间的平行度为0.03?0.06mm，中心距公差一般为±0.02?0.08mm。 箱体装配基面、定位基面的平面精度与表面粗糙度直接影响箱体安装时的位置精度及加工中的定位精度，影响机器的接触精度和有关的使用性能。其平面度一般为0.02?0.1mm，表面粗糙度值为Ra3.2?0.8μm。主要平面间的平行度、垂直度为300：（0.02?0.1）mm。 各支承孔与装配基面间的距离尺寸及相互位置精度（平行度、垂直度）也是影响机器与设备的使用性能和工作精度的重要因素。一般支承孔与装配基面间的平行度为0.03?0.1mm。 图4.23为某车床主轴箱简图，其主要技术要求如图所示。 图4.23 某车床主轴箱简图 3.箱体类零件的材料毛坯 箱体零件的材料常用铸铁，这是因为铸铁容易成形，切削性能好，价格低，且吸振性和耐磨性较好。根据需要可选用HT150?350，常用HT200。在单件小批生产情况下，为了缩短生产周期，可采用钢板焊接结构。某些大负荷的箱体有时采用铸钢件。在特定条件下，可采用铝镁合金或其它铝合金材料。 铸铁毛坯在单件小批生产时，一般采用木模手工造型，毛坯精度较低，余量大；在大批量生产时，通常采用金属模机器造型，毛坯精度较高，加工余量可适当减小。单件小批生产直径大于50mm的孔，成批生产大于30mm的孔，一般都铸出预孔，以减少加工余量。铝合金箱体常用压铸制造，毛坯精度很高，余量很小，一些表面不必经切削加工即可使用。 4.3.2箱体零件的平面加工方法 箱体平面加工常用的方法有刨削、铣削和磨削，在大批量生产中也可采用拉削；此外还有刮研、研磨等光整加工方法。各加工方案所能达到的经济精度和表面粗糙度可参考表3.7。 1.刨削 刨削是单件小批生产中平面加工最常用的加工方法，加工精度一般可达IT6～10级，表面粗糙度值为Ra12.5～1.6μm。刨削机床、刀具结构简单，调整方便，通用性好。在龙门刨床上，利用几个刀架可在一次装夹中完成若干表面的加工，能比较经济地保证表面间的相互位置精度。但刨削切削速度较低，有空行程损失，常为单刃加工，故生产率较低。 目前，采用精刨代替刮研的方法较为普遍，能收到良好的效果。采用宽刃精刨是4，切削速度萧低（2～12m/min））—砂轮 2—工件 4.刮研 刮研平面用于未淬火的工件，它可使两个平面之间达到很好的接触及紧密吻合，能获得较高的形状精度和相互位置精度，加工精度一般可达5级以上，表面粗糙度值Ra0.1～1.6μm。且刮研后的平面能形成具有润滑油膜的滑动面，因此可减少相对运动表面间的磨损和增强零件接合面间的刚度。刮研表面质量是用单位面积上接触点的数目来评定的，粗刮为1～2点/cm2，半精刮为2～3点/ cm2，精刮可达3～4点/ cm2。 刮研加工劳动强度大，生产率低；但刮研不需复杂设备，生产准备时间短，且刮研力小，发热小，变形小，加工精度和表面质量高。一般多用于单件小批生产及维修工作。 4.3.3箱体类零件加工工艺分析 箱体零件的主要加工表面是轴承支承孔和装配基准平面，这些支承孔有相互位置精度要求，称为孔系。如何保证这些表面的加工精度和表面粗糙度，孔系之间以及孔与装配基准面之间的距离尺寸精度和相互位置精度，是箱体零件加工的主要工艺问题。 4.3.3.1车床主轴箱的加工工艺 由图4.23可知，车床主轴箱结构复杂，箱壁薄，加工表面多，主要为平面和孔系。主轴箱是车床的主要部件，是用来安装主轴和传动轴的。因此它的主要技术要求即为了保证主轴的回转精度、主轴中心线与床身导轨的平行度以及主轴箱部件的正常工作条件。车床主轴箱的主要技术要求有：支承孔、装配基面的尺寸精度、形状精度和表面粗糙度；孔系之间、孔系与装配基面之间的相互位置精度。 表4.4为某车床主轴箱的机械加工工艺过程。材料HT200，中批生产。 表4.4 主轴箱的工艺过程 序号 工序内容 定位基准 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 铸造 时效 清砂，涂底漆 划各孔各面加工线，考虑II、III孔加工余量并照顾内壁及外形 按线找正、粗刨M面、斜面，精刨M面 按线找正、粗精刨G、H、N面 按线找正、粗精刨P面 粗镗纵向各孔 铣底面Q处开口沉槽 刮研G、H面达8～10点/25mm2 半精镗、精镗纵向各孔及R面主轴孔法兰面 钻镗N面上横向各孔 钻G、N面上各次要孔、螺纹底孔 攻螺纹 钻M、P、R面上各螺纹底孔 攻螺纹 检验 M面 G面、H面 G面、H面、P面 M面、P面 G面、H面、P面 G面、H面、P面 M面、P面 G面、H面、P面 4.3.3.2主轴箱的加工工艺分析 精基准的选择 箱体上的孔与孔、孔与平面及平面之间都有较高的距离尺寸精度和相互位置精度要求，这些要求的保证与精基准的选择有很大的关系。为此，箱体加工通常优先考虑“基准统一”原则，是具有相互位置精度要求的大部分加工表面的大部分工序，尽可能用同一组基准定位，以避免因基准转换而带来的累积误差，有利于保证箱体各主要表面的相互位置精度。并且，由于多道工序采用同一基准，使夹具有相似的结构形式，可减少夹具设计与制造的工作量，减少生产准备时间，降低生产成本。其次，箱体的设计基准往往也是箱体的装配基准，为保证主要表面间的相互位置精度，也必须考虑“基准重合”原则，使定位基准与设计基准、装配基准重合，避免基准不重合误差，有利于提高箱体各主要表面的相互位置精度。因此，箱体的定位基准常用以下两种方案： （1）三面定位 箱体加工常用三个相互垂直的平面作定位基准。图4.23车床主轴箱G、H面和P面为孔系和各平面的设计基准，G面、H面又是箱体的装配基准，以它们作为统一的定位基准，使定位基准与设计基准、装配基准重合，有利于保证孔系和各平面间的相互位置精度；同时，三面定位准确可靠，夹具结构简单，工件装卸方便，所以这种定位在单件和中小批生产中应用较广。缺点是三面定位有时会影响定位面上的孔或其他要素的加工。 （2）一面两孔定位 箱体加工常用底面及底面上的两个孔作定位基准，如图4.23车床主轴箱可以用底面G和G面上的两个紧固孔2-￠18为定位基准，很方便地实现六点定位。底面G是设计基准和装配基准，基准重合有利于保证孔系与底面的相互位置精度；且一面两孔定位，可作为大部分工序的定位基准，在一次安装下，可加工除底面外的其它五个面上的孔或平面，实现基准统一；同时，一面两孔定位稳定可靠，夹紧方便，易于实现自动定位和自动夹紧，在成批以上生产中，用组合机床与自动线加工箱体时，多采用这种定位方案。其缺点是两孔定位的误差，对相互位置精度的提高有所影响，为此，必须把定位孔的直径精度加工到IT6～7级以上，并提高两孔中心距离精度和夹具的制造精度。 又以上可知，两种定位方案各有优缺点，选择时应根据实际生产条件合理确定。本例采用三面定位。 应该指出，车床主轴箱箱体中间箱壁上有一些精度要求较高的孔需要加工，必须在箱体内部相应的地方设置镗杆导向支承 ，以提高镗杆刚度，保证孔的加工精度。因此，根据此工艺上的需要，可在箱体底面开一个矩形窗口，让中间导向支架伸入箱体；而装配时窗口上加密封垫片和盖板，用螺钉紧固。这样，箱体的结构工艺性更好：在箱体铸造时，底部窗口便于铸造型芯的安放，可提高浇注质量；在箱体加工时，箱口朝上，便于安装调整刀具、更换导向套、测量孔径尺寸、观察加工情况和加注切削液等；且夹具的结构简单，刚性好，工件装卸也较方便，提高了孔系的加工精度和劳动生产率。这种结构方案已被很多生产厂家所采用。 粗基准的选择 由于箱体的结构比较复杂，加工表面多，粗基准选择得恰当与否，对加工面与不加工面间的相互位置关系及各加工面的加工余量分配有很大影响，必须全面考虑。通常应满足以下几点要求：第一，在保证各加工面均与加工余量的前提下，应使重要孔的加工余量均匀；第二，装入箱体内的旋转零件（如齿轮、轴套等）应与箱体内壁有足够的间隙；第三，注意保持箱体必要的外形尺寸。此外，还应保证定位夹紧可靠。 为了满足上述要求，一般宜选箱体的重要孔的毛坯作粗基准。例如车床主轴箱就是以主轴孔III和距主轴孔较远的II轴孔作为粗基准。由于铸造箱体毛坯时，形成主轴孔、其它支承孔及箱体内壁的型芯是装成一个整体放入的，它们之间有较高的相互位置精度。因此，不仅可以较好地保证主轴孔及其它支承孔的加工余量均匀，有利于各孔的加工，而且还能较好地保证各孔的轴心线与箱体不加工的内壁的相互位置，避免装入箱体内的齿轮、轴套等旋转零件在运转时与箱体内壁相碰撞。 根据生产类型的不同，实现以主轴孔为粗基准的工件安装方式也不一样。单件及中小批生产时，由于毛坯制造精度较低，一般采用划线找正法安装工件。例如车床主轴箱，以Ⅱ、Ⅲ孔轴线为基准划线，注意作必要的修正，使各孔、各平面及各加工部位均有加工余量，并以箱体内壁为基准，注意保持旋转件与箱体内壁的间隙，且保持箱体的外形尺寸完整。加工箱体时，按所划的线找正安装工件，则体现了以重要孔作为粗基准。 大批量生产时，毛坯的制造精度较高，可直接以箱体的重要孔在专用夹具上定位，工件安装迅速，生产率高。 主要表面加工方法的选择 箱体平面的粗加工和半精加工，主要采用刨削和铣削，也可采用车削。当生产批量较大时，可采用各种专用的组合铣床对箱体各平面进行多刀、多面同时铣削；尺寸较大的箱体，也可在多轴龙门铣床上进行组合铣削（图4.27a）） 、、 、 、 、 传递运动的准确性 Ⅱ 、、、、、 传动的平稳性、噪声、振动 Ⅲ 、、 载荷分布的均匀性 对齿轮副侧隙的要求，标准以齿厚偏差为主要参数，规定了14种字母代号，用C、D、E、F、G、H、J、K、L、M、N、P、R、S表示，齿厚的上、下偏差分别用两种字母表示。 （2）圆柱齿轮的齿坯精度要求 齿轮的内孔（或轴颈）、端面（有时还有顶圆）常被用作齿轮加工定位、测量及装配的基准，所以齿坯加工精度对齿轮加工和传动的精度均有很大的影响。 齿坯主要技术要求包括基准孔（或轴）的直径公差和基准端面的端面跳动。标准规定了对应于不同精度等级的齿坯公差等级和公差值。 3.齿轮的材料、毛坯及热处理 （1）齿轮的材料及热处理 齿轮的材料按照使用时的工作条件进行选择。一般中等精度齿轮，可选用中碳钢（如45钢）、中碳合金钢（如40Cr）进行调质或表面淬火处理。低速重载、有冲击载荷的齿轮，齿面受压产生塑性变形或磨损，且轮齿易折断，应选用低碳合金钢（如20CrMnTi）进行渗碳淬火或液体碳氮共渗，其齿面硬度可达58HRC，且芯部具有良好的韧性。非传力齿轮可以用不淬火钢、铸铁、工程塑料等材料。 （2）齿轮的毛坯 齿轮的毛坯取决于齿轮的材料、结构形式与尺寸、使用条件及生产批量等因素。常用的齿轮毛坯有棒料、锻件和铸件等。棒料用于小尺寸、结构简单且对强度要求低的齿轮。锻件用于要求强度高、耐磨、耐冲击的齿轮，生产批量较小或尺寸较大的齿轮采用自由锻，生产批量大的中小齿轮可采用模锻。铸钢件用于结构复杂、尺寸大的齿轮；铸铁件用于受力小、无冲击的开式传动齿轮；铸件一般可直接铸出轮齿。 4.4.2 齿轮零件的齿形加工 按齿面形成的原理不同，齿面加工可以分为两类方法：一是成形法，用与被切齿轮齿槽形状相符的成形刀具切出齿面，如铣齿、拉齿和成形磨齿等；二是展成法，齿轮刀具与工件按齿轮副的啮合关系做展成运动，工件齿面由刀具的切削刃包络而成，如滚齿、插齿、剃齿、珩齿和磨齿等，加工精度和生产率都较高，应用十分广泛。 1.铣齿 铣齿是指用齿形铣刀在铣床上加工齿面的方法。模数m≤8mm的齿轮，一般用盘状齿形铣刀在卧式铣床上加工；m＞8mm的齿轮，用指状齿形铣刀在立式铣床上加工；铣出一个齿槽后，由分度盘分度，铣下一齿槽。铣齿精度较低，仅能达到IT9级，表面粗糙度值Ra为6.3～3.2μm，且生产率低。但铣齿不需专用的齿轮加工设备，而且齿轮铣刀结构简单，价格便宜（见图1.51）。故铣齿一般用在单件或修配生产中低精度齿轮的制造。 2.滚齿 滚齿加工是根据展成法原理来加工齿形的。滚刀加工齿轮，相当于齿轮齿条的啮合过程（图 4.30），齿轮滚刀是一个经过开槽和铲齿的蜗杆，具有切削刃和后角，其轴向剖面近似齿条；滚刀旋转时，就相当于齿条在连续地移动，被切齿轮的分度圆沿齿条节线作无滑动的纯滚动，滚刀切削刃的包络线就形成渐开线 滚齿原理 滚齿的通用性好。用一把滚刀可加工模数和压力角相同的直齿轮和任意螺旋角的斜齿轮，滚齿还可加工蜗轮。滚齿的加工精度为7～8级。精密滚齿可达到6级。齿面粗糙度值Ra为3.2～1.6μm。滚齿的生产率较高，应用较广。 滚齿加工中，由于机床、刀具、夹具和齿坯的误差，使被加工齿轮也会产生误差，影响齿轮的传动精度。影响齿轮传递运动准确性的主要原因是在加工中滚刀和被加工齿轮的相对位置和相对运动发生了变化。夹具、齿坯的误差使被加工齿轮偏心，产生齿轮的径向误差；机床传动链的误差使展成运动不准确，产生齿轮的切向误差。影响齿轮传递运动平稳性的主要原因是滚刀的制造、安装误差，产生齿轮的齿形误差。影响齿轮承受载荷均匀性的主要原因是夹具、机床导轨的误差，使滚刀进给方向与工件中心不平行，产生齿轮的齿向误差。 一般滚齿的齿轮传递运动准确性较高（切向误差较小），传递运动平稳性较差（齿形误差较大），承受载荷均匀性较好（齿向误差较小）。 采用滚刀新材料，对提高齿轮加工的精度和生产率有重大意义。用硬质合金滚刀可对硬齿面齿轮进行半精滚或精滚，精度可达7级，生产率比磨齿约高5～6倍。 3.插齿 插齿加工原理相当于一对圆柱齿轮相啮合，一个齿轮磨出前后角以形成切削刃即插齿刀，如图4.31所示，通过严格的啮合运动，其包络线 插齿原理及成形运动 插齿加工应用很广，可加工圆柱直齿轮、多联齿轮、内齿轮，扇形齿轮和齿条等。其加工精度可达7～8级，齿面粗糙度值Ra可达1.6μm。由于插齿为往复运动，有空行程，且插齿系统刚度较差，故一般插齿的生产率较滚齿低。只有对模数较小，齿圈较薄的齿轮，其生产率不低于滚齿，因此插齿多用于中小模数齿轮的加工。 插齿的运动较多，传动链复杂，故插齿的切向误差大，传递运动准确性比滚齿低。插齿刀的制造、刃磨均比齿轮滚刀方便，齿形精确；故插齿的齿形误差小，传递运动平稳性比滚齿高；插齿时往复运动频繁，导轨易磨损，且刀具刚性差，故插齿的齿向误差大，承受载荷均匀性比滚齿差；插齿时轮齿被刀刃切削的次数较多，即包络线数多，故插齿齿面粗糙度Ra值较小。 使用硬质合金插齿刀可精加工淬硬齿轮，精度可达6～7级，表面粗糙度值Ra为0.4～0.8μm，其工艺过程简单，成本低。 4.剃齿 剃齿刀实质上是一个高精度的斜齿圆柱齿轮，并在每个齿面上沿渐开线方向开出许多小沟槽，形成切削刃，如图4.32所示。剃齿时剃齿刀与工件在空间成交错啮合，剃齿刀高速正反转，带动工件作双面无侧隙的自由对滚，使两啮合面产生相对滑移，刀刃在一定压力下从工件齿面上剃下很薄的切屑（图4.33）。剃齿主要用于未经过淬火的直齿和斜齿圆柱齿轮的精加工，精度可达6～7级，齿面粗糙度值可达Ra0.8～0.2μm。 图4.32 剃齿刀刀齿 图4.33 剃齿工作原理 剃齿时刀具与工件之间没有强制性的展成运动，不能保证分齿均匀，因此剃齿对齿轮传递运动准确性提高不多或无法提高，对传动平稳性和承载均匀性都有较大提高，且齿面粗糙度值较小。因此剃前齿形的加工，以滚齿为好。剃齿生产率很高，机床结构简单，操作方便；刀具耐用度高，但刀具价格昂贵，修磨不便。故多用于成批大量生产中未淬硬齿轮的精加工。 近年来，由于含钴、钼成分较高的高性能高速钢刀具的应用，使剃齿也能进行硬齿面（45～55HRC）的齿轮精加工。加工精度可达7级，齿面粗糙度值Ra0.8～1.6μm。 5.珩齿 珩齿原理与剃齿相似，珩磨轮和工件在空间作交错齿轮副无侧隙啮合传动。珩磨轮是由磨料（金刚砂或白刚玉）与环氧树脂等材料混合后，浇铸或热压而成的斜齿轮,如图4.34所示。 当珩磨轮高速带动被珩齿轮正反转时，在相啮合齿轮的齿面上产生相对滑动，磨粒在进给压力下进行切削，为一低速磨削、研磨和抛光等的综合过程。 珩齿加工对齿轮传递运动的平稳性误差的修正能力较强，对传递运动的准确性误差修正能力较差，对承受载荷的均匀性误差有一定的修正能力，表面粗糙度值可达Ra0.8～0.2μm,且齿面不会产生烧伤，表面质量好。 珩齿设备简单，珩轮成本低，珩齿生产率高。故多用于成批大量生产中淬火后齿形的精加工，加工精度可达6～7级。 图4.34 珩齿原理 6.磨齿 磨齿是高精度齿面的加工方法。加工精度可达4～6级，最高3级，齿面粗糙度值Ra为0.8～0.2μm，可磨削淬硬的齿面。但加工成本高，生产率低。多用作齿面淬硬后的光整加工。 磨齿有展成法和成形法两种，在生产中常用展成法，它是根据齿轮齿条的啮合原理来进行加工。按砂轮形状不同，分为以下几种： 1）碟形砂轮磨齿 两片碟形砂轮倾斜安装，构成假想齿条的两个齿面，如图4.35a所示。加工精度可达3～5级，生产率低。 2) 锥形砂轮磨齿 砂轮截面修整成假想齿条的一个齿廓，如图4.35b所示。加工精度5～6级，生产率比碟形砂轮磨齿高。 3) 蜗杆砂轮磨齿 砂轮制成蜗杆状，磨齿时的运动与滚齿相同，如图4.35c所示。磨齿精度一般为4～5级，生产率较碟形和锥形砂轮磨齿都高，故多用于大批量生产的齿轮精加工。 图4.35 展成法磨齿面 a) 两个蝶形砂轮磨齿面 b) 单个锥形砂轮磨齿面 c) 蜗杆砂轮磨齿面 4.4.3 圆柱齿轮加工工艺分析 4.4.3.1圆柱齿轮加工工艺过程 圆柱齿轮加工工艺过程是根据齿轮的精度等级、技术要求、结构与尺寸的大小、材料与热处理、生产批量及车间现有设备条件而制定。图4.36和表4.6所示为一双联齿轮零件图及其成批生产的加工工艺过程。从表4.6所列工艺路线可以看出齿轮加工工艺路线大致为：毛坯制造及热处理—齿坯加工—齿形粗加工—齿圈热处理—精基准修正—齿形精加工—检验。 图4.36 双联齿轮 表4.6 双联齿轮加工工艺过程 序号 工序内容 定位基准 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 毛坯锻造 正火 粗车外圆和端面（留余量1～1.5mm），钻、镗花键底孔至尺寸φ28H12 拉花键孔 精车外圆、端面及槽至图样要求 检验 滚齿（z=39）留剃量0.06mm～0.08mm 插齿（z=34）留剃量0.03mm～0.05mm 倒角（Ⅰ、Ⅱ齿圈12°牙角） 钳工去毛刺 剃齿（z=39）公法线长度至尺寸上限 剃齿（z=34）采用螺旋角5°的剃齿刀，剃齿后公法线长度至尺寸上限 齿部高频淬火：5231，52HRC 推孔 珩齿 检验 外圆和端面 φ28H12孔和端面 花键孔和端面 花键孔和端面 花键孔和端面 花键孔和端面 花键孔和端面 花键孔和端面 花键孔和端面 花键孔和端面 4.4.3.2圆柱齿轮加工工艺过程分析 1.定位基准的选择 齿轮的加工精度要求较高，加工较为复杂，因此为保证加工质量，应尽量按基准重合原则选择齿轮的定位基准，并且尽可能在整个加工工艺过程中保持基准统一。 盘类齿轮的齿形加工，一般选择内孔和一个端面作为定位基准，符合“基准重合“原则。采用专用心轴，定位精度较高，广泛应用于成批生产中。为保证基准端面相对内孔的端面的圆跳动，应尽量在一次安装中同时加工内孔和基准端面。当生产批量较小，不采用专用心轴以内孔定位时，也可选择外圆作为定位基准，找正装夹，此时外圆相对内孔的径向圆跳动要有严格的要求。 轴类齿轮的齿形加工一般选择两顶尖孔定位，某些大模数的轴类齿轮多选择轴径和一端面定位。 2.齿坯加工 由于齿坯的内孔、端面、外圆常作为齿形加工与测量、齿轮装配时的基准，所以齿坯的加工精度对整个齿轮的加工精度有重要的影响。 齿坯加工工艺主要取决于齿轮的轮体结构、技术要求和生产类型。轴类齿轮、套类齿轮的齿坯加工工艺与一般轴、套类零件基本相同，以下主要讨论盘类齿轮的齿坯加工： （1）大批量生产的齿坯加工 大批量生产，应采用高生产率的机床和高效专用夹具，采用多刀车——拉——多刀车”的加工方案：①在多刀半自动车床上粗车外圆、端面和内孔； ②以内孔定位、端面支承，拉花键孔或圆柱孔； ③以内孔在精密心轴或可胀心轴上定位，在多刀半自动车床上精车外圆、端面等。 （2）中小批生产的齿坯加工 中小批生产尽量采用通用机床加工。对于圆柱孔齿坯，常采用“粗车——精车”的加工方案：①在卧式车床上粗车齿坯各部分；②在一次安装中精车内孔和基准端面，以保证基准端面对内孔的圆跳动要求；③以

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