《機(jī)械設(shè)備制造技術(shù)》課件第6章

第6章典型零件加工6.1軸類零件加工6.2套筒類零件加工6.3箱體零件加工6.4圓柱齒輪加工6.5連桿加工6.1軸類零件加工6.1.1概述

1.軸類零件的功用與結(jié)構(gòu)特點軸類零件是機(jī)械加工中最常見的典型零件之一。它主要起支承傳動件和傳遞轉(zhuǎn)矩的作用。軸類零件是旋轉(zhuǎn)體零件,長度大于直徑,主要由內(nèi)外圓柱面、內(nèi)外圓錐面、螺紋、花鍵、鍵槽、溝槽及橫向孔等組成。根據(jù)結(jié)構(gòu)形狀的不同可分為光軸、空心軸、半軸、階梯軸、花鍵軸、十字軸、偏心軸、曲軸及凸輪軸等,如圖6-1所示。

圖6-1軸的種類

2.軸類零件的主要技術(shù)要求

1)尺寸精度和幾何形狀精度軸頸是軸類零件的重要表面,它的直徑精度根據(jù)使用要求通常為IT6～I(xiàn)T9,有時可達(dá)IT5。軸頸的幾何形狀精度(圓度、圓柱度)應(yīng)限制在直徑公差范圍之內(nèi)。對幾何形狀精度要求較高時,則應(yīng)在零件圖上專門標(biāo)注形狀公差。

2)位置精度配合軸頸(裝配傳動件的軸頸)相對支承軸頸(裝配軸承的軸頸)的同軸度以及軸頸與支承端面的垂直度通常要求較高。普通精度的軸,配合軸頸相對支承軸頸的徑向圓跳動一般為0.01～0.03mm,高精度的軸為0.001～0.005mm。端面圓跳動為0.005～0.01mm。

3)表面粗糙度軸類零件的各加工表面均有表面粗糙度的要求。一般說來,支承軸頸的表面粗糙度要求為Ra0.63～0.16μm。配合軸頸的表面粗糙度Ra為2.5～0.63μm。圖6-2為CA6140型車床主軸簡圖,在該圖上標(biāo)明了主要技術(shù)要求。

圖6-2CA6140型車床主軸簡圖

3.軸類零件的材料、毛坯及熱處理

1)軸類零件的材料一般軸類零件材料常用45鋼;中等精度而轉(zhuǎn)速較高的軸,可選用40Cr等合金結(jié)構(gòu)鋼;精度較高的軸,可選用軸承鋼GCr15和彈簧鋼65Mn等,也可選用球墨鑄鐵;對于高轉(zhuǎn)速、重載荷條件下工作的軸,選用20CrMnTi、20Mn2B、20Cr等低碳合金鋼或38CrMoAl氮化鋼。

2)軸類零件的毛坯軸類零件最常用的毛坯是圓棒料和鍛件;只有某些大型、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的軸采用鑄件。毛坯經(jīng)過加熱鍛造后,可使金屬內(nèi)部纖維組織沿表面均勻分布,從而獲得較高的抗拉、抗彎及抗扭強(qiáng)度,故一般比較重要的軸,多采用鍛件。依據(jù)生產(chǎn)批量的大小,毛坯的鍛造方式分為自由鍛造和模鍛兩種。自由鍛造多用于中小批生產(chǎn),模鍛適用于大批大量生產(chǎn)。

3)軸類零件的熱處理軸類零件的使用性能除與所選鋼材種類有關(guān)外,還與所采用的熱處理有關(guān)。鍛造毛坯在加工前,均需安排正火或退火處理(含碳量大于ω(C)=0.7％的碳鋼和合金鋼),以使鋼材內(nèi)部晶粒細(xì)化,消除鍛造應(yīng)力,降低材料硬度,改善切削加工性能。為了獲得較好的綜合力學(xué)性能,軸類零件常要求調(diào)質(zhì)處理，一般分兩種情況：

(1)毛坯余量大時,調(diào)質(zhì)安排在粗車之后、半精車之前,以便消除粗車時產(chǎn)生的殘余應(yīng)力。

(2)毛坯余量小時,調(diào)質(zhì)可安排在粗車之前進(jìn)行。表面淬火一般安排在精加工之前,這樣可糾正因淬火引起的局部變形。對精度要求高的軸,在局部淬火后或粗磨之后,還需進(jìn)行低溫時效處理(在160℃油中進(jìn)行長時間的低溫時效),以保證尺寸的穩(wěn)定。對于氮化鋼(如38GrMoAl),需在滲氮之前進(jìn)行調(diào)質(zhì)和低溫時效處理。對調(diào)質(zhì)的質(zhì)量要求也很嚴(yán)格,不僅要求調(diào)質(zhì)后索氏體組織要均勻細(xì)化,而且要求離表面0.8～0.10mm層內(nèi)鐵素體含量不超過ω(C)＝5％,否則會造成氮化脆性而影響其質(zhì)量。6.1.2空心類機(jī)床主軸加工工藝及其分析

1.主軸的主要技術(shù)條件支承軸頸Ａ、Ｂ是主軸部件的裝配基準(zhǔn),它的制造精度直接影響主軸部件的回轉(zhuǎn)精度,故對它提出的要求很高。主軸錐孔安裝頂尖和工具錐柄,其中心線必須與支承軸頸的中心線嚴(yán)格同軸,否則會使工件產(chǎn)生圓度和同軸度誤差。主軸前端圓錐面、端面是安裝卡盤的定位表面。為保證卡盤的定心精度,主軸前端圓錐面與支承軸頸同軸,端面與主軸的回轉(zhuǎn)中心線垂直。主軸上的螺紋是固定與調(diào)節(jié)軸承間隙的。當(dāng)螺紋中徑對支承軸頸歪斜時會引起鎖緊螺母的端面跳動,軸承位置發(fā)生變動,引起主軸徑向圓跳動。因此對螺紋的要求高。

2.加工工藝過程通過對主軸的技術(shù)要求和結(jié)構(gòu)特點進(jìn)行深入分析,根據(jù)生產(chǎn)批量、設(shè)備條件、工人技術(shù)水平等因素,就可以擬定其機(jī)械加工工藝過程。表6-1為CA6140型車床主軸加工工藝過程簡表。

表6-1

CA6140型車床主軸加工工藝過程簡表

序號工序名稱工序內(nèi)容定位基準(zhǔn)加工設(shè)備1備料

2鍛造

精鍛

立式精鍛機(jī)

3熱處理

正火

4鋸頭

銑削切除毛坯兩端

專用機(jī)床5銑端面、鉆頂尖孔

外圓柱面專用機(jī)床

6粗車（荒車）粗車各外圓面

中心孔及外圓臥工車床C620B7熱處理

調(diào)質(zhì)220～240HBS

8車大端名部

臥式車床

C620B表6-1

CA6140型車床主軸加工工藝過程簡表表6-1

CA6140型車床主軸加工工藝過程簡表表6-1

CA6140型車床主軸加工工藝過程簡表表6-1

CA6140型車床主軸加工工藝過程簡表表6-1

CA6140型車床主軸加工工藝過程簡表表6-1

CA6140型車床主軸加工工藝過程簡表

3.加工工藝過程分析

1)加工階段的劃分由于主軸是多階梯帶通孔的零件,切除大量金屬后,會引起殘余應(yīng)力重新分布而變形,故安排工序時,一定要粗精分開,先粗后精。

(1)粗加工階段:切端面鉆中心孔、粗車外圓等。毛坯處理:備料,鍛造,熱處理(正火),工序1～3。粗加工:工序4～6。目的:切除大部分余量,接近最終尺寸,只留少量余量,及時發(fā)現(xiàn)缺陷。

(2)半精加工階段:半精車外圓，各輔助表面(鍵槽、花鍵、螺紋等)的加工與表面淬火。半精加工前熱處理:工序7。半精加工:工序8～13。目的:為精加工作準(zhǔn)備,次要表面達(dá)到圖紙要求。

(3)精加工階段:主要表面(外圓表面與錐孔)的精加工。精加工前熱處理:工序14。精加工前各種加工:工序15～20。精加工:工序21～23。目的:各表面都加工到圖紙要求。

2)定位基準(zhǔn)的選擇軸類零件的定位基準(zhǔn),最常用的是兩中心孔。因為軸類零件各外圓表面、錐孔、螺紋等表面的設(shè)計基準(zhǔn)都是軸的中心線,采用兩中心孔定位,既符合基準(zhǔn)重合原則又符合基準(zhǔn)統(tǒng)一原則。不能用中心孔或粗加工時,采用軸的外圓表面或外圓表面與中心孔組合作為定位基準(zhǔn)。磨、車錐孔時采用主軸的裝配基準(zhǔn)——前后支承軸頸定位,符合基準(zhǔn)重合原則。由于主軸是帶通孔的零件,作為定位基準(zhǔn)的中心孔,因鉆出通孔而消失。為了在通孔加工之后還能使用中心孔作為定位基準(zhǔn),常采用帶有中心孔的錐堵或錐套心軸,當(dāng)主軸孔的錐度較小時(如車床主軸錐孔,錐度為MorseNo.6),可使用錐堵,如圖6-3(a)所示;當(dāng)主軸孔的錐度較大(如銑床主軸)或為圓柱孔時,則用錐套心軸,如圖6－3(b)所示。

圖6-3錐堵與錐套心軸

采用錐堵應(yīng)注意以下幾點:錐堵應(yīng)具有較高的精度,其中心孔既是錐堵本身制造的定位基準(zhǔn),又是磨削主軸的精基準(zhǔn),因而必須保證錐堵的錐面與中心孔有較高的同軸度。另外,在使用錐堵時,應(yīng)盡量減少錐堵裝夾次數(shù)。這是因為工件錐孔與錐堵的錐角不可能完全一樣,重新裝夾勢必引起安裝誤差,故中、小批生產(chǎn)時,錐堵安裝后一般不中途更換。綜上所述,空心主軸零件定位基準(zhǔn)的使用與轉(zhuǎn)換,大致采用這樣的方式:開始時以外圓作粗基準(zhǔn)銑端面鉆中心孔,為粗車外圓準(zhǔn)備好定位基準(zhǔn)。粗車外圓又為深孔加工準(zhǔn)備好定位基準(zhǔn),鉆深孔時采用一夾(夾一頭外圓)一托(托一頭外圓)的裝夾方式。之后即加工好前后錐孔,以便安裝錐堵,為半精加工和精加工外圓準(zhǔn)備好定位基準(zhǔn)。終磨錐孔之前,必須磨好軸頸表面,以便用支承軸頸定位來磨錐孔,從而保證錐孔的精度。

3)工序順序的安排安排主軸加工工序的順序時應(yīng)注意以下幾點:

(1)基準(zhǔn)先行。在安排機(jī)械加工工藝時,總是先加工好定位基準(zhǔn)面,即基準(zhǔn)先行。主軸加工也總是首先安排銑端面鉆中心孔,以便為后續(xù)工序準(zhǔn)備好定位基準(zhǔn)。

(2)深孔加工的安排。為了使中心孔能夠在多道工序中使用,希望深孔加工安排在最后。但是,深孔加工屬粗加工,余量大,發(fā)熱多,變形也大,會使得加工精度難以保持,故不能放到最后。一般深孔加工安排在外圓粗車之后,以便有一個較為精確的軸頸作定位基準(zhǔn)用來搭中心架,這樣加工出的孔容易保證主軸壁厚均勻。

(3)先外后內(nèi)與先大后小。先加工外圓,再以外圓定位加工內(nèi)孔。如上述主軸錐孔安排在軸頸精磨之后再進(jìn)行精磨;加工階梯外圓時,先加工直徑較大的,后加工直徑較小的,這樣可避免過早地削弱工件的剛度。加工階梯深孔時,先加工直徑較大的,后加工直徑較小的,這樣便于使用剛度較大的孔加工工具。

(4)次要表面加工的安排。主軸上的花鍵、鍵槽、螺紋等次要表面加工,通常均安排在外圓精車或粗磨之后、精磨外圓之前進(jìn)行。如果精車前就銑出鍵槽,精車時因斷續(xù)切削而易產(chǎn)生振動,既影響加工質(zhì)量,又容易損壞刀具,也難控制鍵槽的深度。這些加工也不能放到主要表面精磨之后,否則會破壞主要表面已獲得的精度。

4)主要工序加工方法

(1)外圓表面的加工。外圓表面粗加工和半精加工應(yīng)用車削的方法。成批生產(chǎn)時采用轉(zhuǎn)塔車床、數(shù)控車床;大批量生產(chǎn)時,采用多刀半自動車床、液壓仿形半自動車床等。外圓表面的精加工應(yīng)用磨削方法,放在熱處理工序后進(jìn)行,用來糾正在熱處理中產(chǎn)生的變形,最后達(dá)到所需的精度和表面粗糙度。當(dāng)生產(chǎn)批量較大時,常采用組合磨削(如圖6－4所示)、成形砂輪磨削及無心磨削等高效磨削方法。

圖6-4組合磨削

(2)精磨錐孔。主軸錐孔對主軸支承軸頸的徑向圓跳動,是一項重要的精度指標(biāo),因此錐孔加工是關(guān)鍵工序。主軸錐孔磨削通常均采用專用夾具。如圖6-5所示,夾具由底座、支架及浮動夾頭三部分組成。支架固定在底座上,支承前后各有一個V形塊,其上鑲有硬質(zhì)合金(提高耐磨性),工件放在V形塊上,工件中心與磨頭中心必須等高,否則會出現(xiàn)雙曲線誤差,影響其接觸精度。后端的浮動夾頭錐柄裝在磨床主軸錐孔內(nèi),工件尾部插入彈性套內(nèi),用彈簧將夾頭外殼連同主軸向左拉,通過鋼球壓向帶有硬質(zhì)合金的錐柄端面,限制工件軸向竄動。這種磨削方式,可使主軸錐孔磨削精度不受內(nèi)圓磨床頭架主軸回轉(zhuǎn)誤差的影響。

圖6-5磨主軸錐孔夾具

(3)主軸中心通孔的加工。主軸的中心通孔一般都是深孔(長度與直徑之比大于5)。深孔比一般孔的加工要困難和復(fù)雜得多。針對深孔加工的不利條件,要解決好刀具引導(dǎo)、順利排屑和充分潤滑三個關(guān)鍵問題。一般采取下列措施:①采用工件旋轉(zhuǎn)、刀具送進(jìn)的加工方式,使鉆頭有自定中心能力,防止孔中心線偏斜;②采用特殊結(jié)構(gòu)的刀具——深孔鉆,以增加其導(dǎo)向的穩(wěn)定性和斷屑性能;③在工件上預(yù)先加工出一段精確的導(dǎo)向孔,保證鉆頭從一開始就不引偏;④采用壓力輸送的冷卻潤滑液,利用壓力將冷卻潤滑液送入切削區(qū)域,對鉆頭起冷卻潤滑作用,并帶著切屑排出。6.1.3其它軸類零件的加工工藝特點

1.精密機(jī)床主軸零件的加工工藝特點對于精密機(jī)床主軸,不僅一些主要表面的精度和表面質(zhì)量要求很高,而且精度也要求穩(wěn)定。這就使得精密主軸在材料選擇、工藝安排、熱處理等方面具有一些特點。下面以高精度磨床砂輪主軸的加工為例來討論精密主軸加工的工藝特點。圖6-6為某高精度磨床砂輪主軸的簡圖。

主要技術(shù)要求如下:

(1)支承軸頸60-0.025-0.035mm表面的圓度和圓柱度均為0.001mm,兩軸頸相對徑向圓跳動為0.001mm;

(2)安裝砂輪的1∶5錐面相對支承軸頸的徑向圓跳動為0.001mm;錐面涂色檢驗時,應(yīng)均勻著色,接觸面積不得小于80%;

(3)前軸肩的端面圓跳動為0.001mm;

(4)兩端螺紋應(yīng)直接磨出;

(5)材料為38CrMoAlA,滲氮處理后的硬度為HRC65。

圖6-6高精度磨床砂輪主軸簡圖

為滿足以上技術(shù)要求,采取以下加工工藝路線:

(1)鍛造毛坯;

(2)毛坯退火處理;

(3)粗車外圓(外圓徑向圓跳動應(yīng)小于0.2mm);

(4)調(diào)質(zhì)(外圓徑向圓跳動應(yīng)小于1mm);

(5)割試樣(在M36×3左端割取),并在零件端一面和試樣外圓作相同編號;

(6)在試樣任意位置鉆出￠3mm的孔;

(7)平磨試樣兩面,將試樣送淬火車間進(jìn)行金相檢查,待檢查合格后,零件方可轉(zhuǎn)下道工序加工,試樣由淬火車間保存,備滲氮檢查;

(8)精車外圓(外圓徑向圓跳動小于0.1mm),留磨削加工余量0.7～0.8mm;

(9)銑鍵槽至尺寸深度;

(10)除應(yīng)力處理;

(11)研磨頂尖孔,表面粗糙度為Ra0.63μm以下,用標(biāo)準(zhǔn)頂尖著色檢查,接觸面積為60％;

(12)粗磨外圓,留精磨加工余量0.06~0.08mm;

(13)滲氮處理硬度:HRC65,深度0.3mm,滲氮后進(jìn)行磁力探傷。各外圓徑向圓跳動不大于0.03mm。鍵槽應(yīng)加保護(hù),不使?jié)B氮;

(14)研磨頂尖孔,表面粗糙度為Ra0.32μm,接觸面積為65％;

(15)半精磨外圓,加工余量不大于0.01mm;

(16)磨螺紋;

(17)精研頂尖孔,表面粗糙度為Ra0.32μm,接觸面積為75％;

(18)精磨外圓(在恒溫室內(nèi)進(jìn)行),尺寸達(dá)公差上限;

(19)研頂尖孔,表面粗糙度為Ra0.32μm,接觸面積為80％(用磨床頂尖檢查);

(20)終磨外圓(磨削過程中允許研頂尖孔),在恒溫室內(nèi)進(jìn)行,室溫20℃±1℃,充分冷卻,表面粗糙度和精度達(dá)到圖樣要求。

從上面工藝路線可以看出精密主軸加工有以下特點:

(1)主要表面的加工工序分得很細(xì)。如支承軸頸￠60-0.025-0.035mm表面經(jīng)過粗車、精車、粗磨、精磨和終磨多道加工工序,其中還穿插一些熱處理工序,以減少由內(nèi)應(yīng)力所引起的變形。

(2)頂尖孔要多次修研。先后安排了四次修研頂尖孔工序,而且逐步使頂尖孔的表面粗糙度值減小,以提高接觸精度,最后一次以終磨外圓的磨床頂尖來檢驗頂尖孔的接觸精度。

(3)合理安排熱處理工序。為保證滲氮處理的質(zhì)量和主軸精度的穩(wěn)定,滲氮處理前需安排調(diào)質(zhì)和消除應(yīng)力兩道熱處理工序。調(diào)質(zhì)處理對滲氮主軸非常重要,因為對滲氮主軸,不僅要求調(diào)質(zhì)后獲得均勻細(xì)致的索氏體組織,而且要求離表面0.8～0.10mm的表面層內(nèi)的鐵素體含量不得超過5％。表層鐵素體的存在,會造成滲氮脆性,引起滲氮質(zhì)量下降。故滲氮主軸在調(diào)質(zhì)后,必須每件割試樣進(jìn)行金相組織的檢查,不合格者不得轉(zhuǎn)入下道工序加工。滲氮主軸由于滲氮層很薄,滲氮前如果主軸內(nèi)應(yīng)力消除不好,滲氮后會出現(xiàn)較大的彎曲變形,以至滲氮層的厚度不夠抵消磨削加工時糾正彎曲變形的余量,所以精密主軸滲氮處理前,都要安排除應(yīng)力工序。對于非滲氮精密主軸,雖然表面淬火前不必安排除應(yīng)力處理,但是在淬火及粗磨后,為了穩(wěn)定淬硬鋼中的殘余奧氏體組織。使工件尺寸穩(wěn)定和消除加工應(yīng)力,需要安排低溫人工時效。時效的次數(shù)視零件的精度和結(jié)構(gòu)特點而定。

(4)精密主軸上的螺紋在螺紋磨床上直接磨出。為了避免裝卸砂輪和帶輪時將螺紋碰傷,一般要求對螺紋部分進(jìn)行淬火處理。但若對已車好的螺紋進(jìn)行淬火,則會因應(yīng)力集中而產(chǎn)生裂紋,故精密主軸上的螺紋多不采用車削,而在淬火、粗磨外圓后用螺紋磨床直接磨出。

2.細(xì)長軸和絲杠加工

1)細(xì)長軸加工長度與直徑之比大于20(L/D>20)的軸稱為細(xì)長軸。細(xì)長軸零件由于長徑比大,剛性差,切削時間長,刀具磨損量大,不易獲得良好的加工精度和表面質(zhì)量。車削細(xì)長軸對刀具、機(jī)床精度、輔助工具的精度、切削用量的選擇,以及工藝安排、具體操作技能等都應(yīng)有較高的要求?？梢哉f細(xì)長軸加工是一項工藝性較強(qiáng)的綜合技術(shù)。為了保證加工質(zhì)量,通常在車削細(xì)長軸外圓時采取以下措施：

(1)改進(jìn)工件的裝夾方法。在車削細(xì)長軸時,一般均采用一頭夾和一頭頂?shù)难b夾方法。同時在卡盤的卡爪下面墊入直徑約4mm為的鋼絲,使工件與卡爪之間為線接觸,避免工件夾緊時被卡爪夾壞。尾座頂尖采用彈性活頂尖,使工件在受熱變形而伸長時,頂尖能作軸向伸縮,以補(bǔ)償工件的變形,減小工件的彎曲,如圖6-7所示。

圖6-7細(xì)長軸的裝夾

(2)采用跟刀架。使用三爪支承的跟刀架車削細(xì)長軸能大大提高工件剛性,防止工件彎曲變形和抵消加工時徑向切削分力的影響,減少振動和工件變形。使用跟刀架必須注意仔細(xì)調(diào)整,保證跟刀架的支承爪與工件表面保持良好的接觸,跟刀架中心高與機(jī)床頂尖中心須保持一致,若跟刀架的支承爪在加工中磨損,則應(yīng)及時調(diào)整。

(3)采用反向進(jìn)給。車削細(xì)長軸時改變進(jìn)給方向,使中滑板由車頭向尾座移動(如圖6－8所示),這樣,刀具施加于工件上的軸向力方向朝向尾座,工件已加工部位受軸向拉伸,軸向變形則可由尾座彈性頂尖來補(bǔ)償,減少了工件彎曲變形。

圖6-8反向進(jìn)給車削法

(4)合理選擇車刀的幾何形狀和角度。在不影響刀具強(qiáng)度的情況下,為減少切削力和降低切削熱,車削細(xì)長軸的車刀前角應(yīng)選擇大些,一般取γ0～15°～30°;盡量增大主偏角,一般取κr=80°～93°,車刀前刀面應(yīng)開有斷屑槽,以便斷屑;刃傾角選擇1°30′～3°為好,這樣能使切屑流向待加工表面,卷屑效果良好。切削刃表面粗糙度要求在Ra0.4μm以下,并應(yīng)保持鋒利。

2)絲杠加工

(1)絲杠結(jié)構(gòu)的工藝特點與技術(shù)要求。絲杠是細(xì)而長的柔性軸,它的長徑比為20～50,剛性很差。其結(jié)構(gòu)形狀較復(fù)雜,既有要求很高的螺紋表面,又有階梯及溝槽。在加工過程中易變形,這是影響絲杠精度的主要問題。按JB2886-81規(guī)定,絲杠及螺母的精度根據(jù)使用要求分為六級:4、5、6、7、8、9(精度依次降低)。各級精度的絲杠,除規(guī)定有螺紋大徑、中徑和小徑的公差外,還規(guī)定了螺距公差、牙形半角的極限偏差、表面粗糙度、全長中徑尺寸變動量的公差、中徑跳動公差等。

(2)絲杠的材料。為保證絲杠的質(zhì)量,其材料應(yīng)有足夠的強(qiáng)度、較高的穩(wěn)定性和良好的加工性。絲杠有淬硬絲杠和不淬硬絲杠之分,前者耐磨性較好,能較長時間保持精度。不淬硬絲杠材料有45鋼,Y40Mn易切削鋼和具有珠光體組織的優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼T10A、T12A等。淬硬絲杠常用中碳合金鋼和微變形鋼,如9Mn2V,CrWMn,GCr15(用于小于50mm的絲杠)及GCr15SiMn(用于大于￠50mm的絲杠)等。它們淬火變形小、磨削時組織比較穩(wěn)定,淬硬性好,硬度可達(dá)HRC58～62。

(3)絲杠加工工藝分析。表6-2列出了成批生產(chǎn)臥式車床母絲杠(如圖6-9所示)和小批生產(chǎn)萬能螺紋磨床母絲杠(如圖6-10所示)的工藝過程,在編制絲杠工藝規(guī)程時,要考慮如何防止彎曲、減少內(nèi)應(yīng)力和提高螺距精度等問題。

表6-2絲杠工藝過程

圖6-9臥式車床母絲杠零件簡圖

圖6-10萬能螺紋磨床母絲杠零件簡圖

從表6-2中可見,對絲杠外圓及螺紋分階段分多次加工,以逐步減少切削量。對不淬硬絲杠一般采用車削加工;對淬硬絲杠,則采用“先車后磨,或“全磨”兩種不同的工藝。后者是從淬硬后的光杠上先直接用單片或多片砂輪粗磨出螺紋,然后用單片砂輪精磨螺紋。在絲杠加工過程中,中心孔為主要定位基準(zhǔn),但因絲杠為細(xì)長軸,剛度很差,加工時需用跟刀架。為了使外圓表面與跟刀架的爪或套有良好的接觸,絲杠外圓表面的圓度及與套的配合精度均應(yīng)嚴(yán)格控制。每次時效后都修磨或重鉆中心孔,以消除時效產(chǎn)生的變形,使下道工序加工有可靠的、精確的定位基面。每次加工螺紋時,都要先加工絲杠外圓,然后以兩端中心孔和外圓作為定位基準(zhǔn)加工螺紋,逐步提高螺紋的加工精度。

為了糾正絲桿加工過程中的彎曲變形,在絲杠工藝過程中常常安排校直工序。熱校直是把絲杠毛坯加熱到正火溫度860～900℃,保溫45～60分鐘,然后放在三個滾筒之間進(jìn)行的。對于普通機(jī)床絲杠,在粗加工及半精加工階段都安排了冷校直工序。粗加工階段工件彎曲較大,采用壓高點的方法,但在螺紋半精加工以后,工件的彎曲己變小,可采用砸凹點的方法。此法是將絲杠置于兩V形鐵間,使彎曲部分凸點向下,凹點向上,下墊硬木或黃銅塊,如圖6－11所示,用錘及扁鏨敲擊絲杠凹點螺紋內(nèi)徑,使錘擊面凹下處金屬向兩邊伸展,以達(dá)到校直目的。

圖6-11砸凹點校直示意圖

絲杠工藝過程中的熱處理可以分為以下幾類:

(1)毛坯的熱處理。對45鋼材料的普通絲杠,用正火處理;對于T10A或9Mn2V材料的絲杠,采用球化退火,以獲得穩(wěn)定的球狀珠光體組織。毛坯熱處理的目的是消除鍛造或軋制時毛坯中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力,細(xì)化晶粒,改善切削性能。

(2)機(jī)械加工中的時效處理。絲杠精度的不同,時效處理次數(shù)也不同。精度要求高的絲杠,時效次數(shù)多。一般在每次加工外圓及螺紋后均安排時效處理。機(jī)械加工中安排時效處理的目的是消除內(nèi)應(yīng)力,以便絲杠精度能長期保持穩(wěn)定。

(3)淬火、回火及冰冷處理。對于要求高的絲杠經(jīng)精車外圓或粗磨外圓(未車螺紋)后進(jìn)行淬火處理,待絲杠均勻冷至180℃左右,若檢查彎曲度大于0.3mm,則應(yīng)進(jìn)行校直,并進(jìn)行中溫回火,再進(jìn)行-60℃冰冷處理2小時,自然升溫到室溫后,再中溫回火4小時,使絲杠硬度達(dá)到所需值,從而使絲杠具有良好的耐磨性、尺寸穩(wěn)定性和好的磨削性能。

絲杠螺紋的加工有車削、銑削和磨削幾種方法。

(1)車削螺紋。車削是加工不淬硬絲杠螺紋的主要方法。車削螺紋時切削穩(wěn)定,加工精度好,但生產(chǎn)率較低,適于單件小批生產(chǎn)。切削時,余量分次逐漸切除。如切削梯形螺紋時,生產(chǎn)中采用較多的有四種余量分次切除方法。圖6-12是這四種方法的切削圖形。圖(a)適用于螺距小于8mm,材料切削性能較好的工件;圖(b)適用于螺距小于8mm,材料強(qiáng)度、硬度較高,切削性能差的工件;圖(c)適用于螺距大于8mm的大多數(shù)工件;圖(d)適用于螺距大于12mm,牙槽大而深,材料硬度高的工件。圖6-12車梯形螺紋的切削圖形

車削螺紋的設(shè)備是絲杠車床。對7級以上不淬硬絲杠的精車工序,都在精密絲杠車床上進(jìn)行,該車床剛性好、精度高。加工時用導(dǎo)套式跟刀架提高工件剛度。

(2)銑削螺紋。銑削螺紋為斷續(xù)切削,振動大,但是刀具冷卻好,切削速度高,生產(chǎn)效率高。故批量較大的生產(chǎn),多采用旋風(fēng)銑削螺紋或采用螺紋銑床。銑削螺紋質(zhì)量比車削螺紋差,只適于螺紋的粗加工。

(3)磨削螺紋。對于淬硬絲杠的精加工,通常采用螺紋磨床磨螺紋。

6.1.4軸類零件的先進(jìn)加工方法

1.多刀半自動車削和仿形車削軸類零件批量較大時,多采用多刀切削和仿形加工。圖6-13為多刀切削;圖6－14為仿形加工。多刀切削是指用兩把或兩把以上刀具同時加工工件上的幾個表面。多刀切削可以把幾個工步合并起來,使機(jī)動時間重疊。要指出的是,這種加工方法調(diào)整刀具時間較多,且切削力較大,要求機(jī)床的剛性及功率要大。

圖6-13多刀車削

圖6-14仿形加工

仿形加工是指按照預(yù)制的仿形靠模順序?qū)⒐ぜ庑渭庸こ鰜淼姆椒?。它有機(jī)械靠模仿形和液壓隨動靠模仿形兩種。液壓仿形加工可在液壓半自動車床上進(jìn)行,也能在臥式車床上采用液壓仿形刀架來實現(xiàn)。液壓仿形加工不僅能大大減少零件加工的輔助時間,而且產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定,調(diào)整方便,減輕了工人的勞動強(qiáng)度,因此已成為提高軸類零件外圓車削生產(chǎn)率的重要方法。

2.高速磨削、強(qiáng)力磨削和砂帶磨削

1)高速磨削砂輪線速度高于60～80m/s的磨削,稱為高速磨削。高速磨削有以下特點:

(1)提高了生產(chǎn)率。砂輪速度提高后,單位時間進(jìn)入磨削的磨粒數(shù)成比例增加,如果還保持每顆磨粒切屑厚度與普通磨削相同,則進(jìn)給量可以成比例加大,磨削時間相應(yīng)縮短。

(2)提高砂輪耐用度。砂輪速度提高后,若進(jìn)給量仍與普通磨削相同,則每顆磨粒切去的切屑厚度減小,每顆磨粒承受的切削負(fù)荷也就小了。磨粒切削能力相對提高,每次修整砂輪后可以磨去更多的金屬。

(3)減小表面粗糙度值。因為每顆磨粒切削厚度變小,表面切痕深度淺,表面粗糙度值小,作用在工件上的法向磨削力也相應(yīng)減小,所以又可提高加工精度。但高速磨削對砂輪、機(jī)床均有一些特殊要求,應(yīng)予充分注意。

(1)必須提高砂輪的強(qiáng)度,以免砂輪因離心力而破裂,按切削速度規(guī)范選用砂輪。

(2)砂輪主軸的軸承間隙要適當(dāng)加大,冷態(tài)間隙為0.04～0.05mm,熱態(tài)間隙為0.03mm左右。

(3)砂輪防護(hù)罩應(yīng)加厚,開口角度減少,以確保安全。

(4)改善切削液供給方式。高速磨削區(qū)溫度極高,而砂輪周圍因高速回轉(zhuǎn)形成一股強(qiáng)大氣流,切削液不易進(jìn)入磨削區(qū),須采用特殊噴嘴且增加切削液流量和壓力。

2)強(qiáng)力磨削強(qiáng)力磨削采用較高的砂輪速度,較大的磨削深度,一次切深可達(dá)6mm以上。進(jìn)給量較小,直接從毛坯上磨出加工表面。它可“以磨代車”、“以磨代銑”,而且效率比車削、銑削高。強(qiáng)力磨削力及磨削熱比高速磨削顯著增加,因此除提高電動機(jī)功率外,還要加強(qiáng)砂輪防護(hù)罩的強(qiáng)度和加大切削液的供應(yīng)量,而且還需合理選擇砂輪和加強(qiáng)機(jī)床剛度等措施,以免發(fā)生危險。

3)砂帶磨削砂帶磨削是用涂滿砂料的環(huán)形帶狀布(即砂帶)作為切削工具的一種加工方法。它是多刀多刃連續(xù)切削,因而砂帶磨床加工效率超過車、銑、刨等通用機(jī)床加工效率,幾乎領(lǐng)先于所有金屬切削機(jī)床。砂帶磨削時,砂帶和工件是彈性接觸,砂帶不能修整,故其加工精度要低于砂輪磨削。圖6-15為砂帶磨削的三種方式。

圖6-15砂帶磨削的三種方式

6.2套筒類零件加工

6.2.1套筒類零件的結(jié)構(gòu)特點和技術(shù)要求

1.結(jié)構(gòu)特點套筒類零件是一種應(yīng)用范圍很廣,在機(jī)器中主要起支承、定位或?qū)蜃饔玫牧慵?。例?支承回轉(zhuǎn)軸的各種形式的軸承和定位套、液壓系統(tǒng)中的液壓缸、電液伺服閥的閥套、夾具上的鉆套和導(dǎo)向套、內(nèi)燃機(jī)上的氣缸套等都屬套筒類零件,其結(jié)構(gòu)形式如圖6-16所示。

圖6-16套筒類零件的結(jié)構(gòu)形式

各種套筒類零件雖然結(jié)構(gòu)和尺寸有很大差異,但卻具有以下共同特點:

(1)外圓直徑D一般小于其長度L,通常長徑比(L/D)小于5。

(2)內(nèi)孔與外圓直徑之差較小,即零件壁厚較小,易變形。

(3)內(nèi)外圓回轉(zhuǎn)表面的同軸度公差很小。

(4)結(jié)構(gòu)比較簡單。

2.套筒類零件的毛坯制造方式

毛坯制造方式主要取決于其結(jié)構(gòu)尺寸、材料和生產(chǎn)批量的大小?？讖捷^大(如d＞20mm)時,常采用無縫鋼管或帶孔的鑄件和鍛件。孔徑較小時,多選用熱軋或冷拉棒料,也可采用實心鑄件。大批量生產(chǎn)時,可采用冷擠壓棒料、粉末冶金棒料等。套筒類零件的材料以鋼、鑄鐵、青銅或黃銅為主,也有采用雙金屬結(jié)構(gòu)(即在鋼或鑄鐵套的內(nèi)壁上澆注一層軸承合金材料)的。套筒類零件常用的熱處理方法有滲碳、淬火、表面淬火、調(diào)質(zhì)、高溫時效及滲氮等。

3.套筒類零件的技術(shù)要求

套筒類零件的外圓表面多以過盈或過渡配合與機(jī)架或箱體孔配合,起支承作用。內(nèi)孔主要起導(dǎo)向作用或支承作用,常與傳動軸、主軸、活塞、滑閥相配合。有些套的端面或凸緣端面有定位或承受載荷作用。套筒類零件的主要技術(shù)要求為

(1)內(nèi)孔與外圓的尺寸精度一般為IT7～I(xiàn)T6。為保證內(nèi)孔的耐磨性和功能要求,其表面粗糙度要求Ra2.5～0.16μm,外圓的表面粗糙度為Ra5～0.63μm。

(2)通常將外圓與內(nèi)孔的幾何形狀精度控制在直徑公差以內(nèi)即可,較精密的可控制在直徑公差的1／2～1／3,甚至更小。較長的套筒零件除有外圓的圓柱度要求外,還有孔的圓柱度要求。

(3)內(nèi)、外圓表面之間的同軸度公差按零件的裝配要求而定。當(dāng)內(nèi)孔的最終加工是將套裝入機(jī)座或箱體之后進(jìn)行(如連桿小端襯套)時,內(nèi)、外圓表面的同軸度公差可以較大;若內(nèi)孔的最終加工是在裝配之前完成,則同軸度公差較小,通常為0.06～0.01mm。套的端面(包括凸緣端面)如在工作中承受載荷或加工中作為定位面時,端面與外圓或內(nèi)孔軸線的垂直度要求較高,一般為0.05～0.02mm。

6.2.2套筒類零件加工工藝過程套筒類零件由于功用、結(jié)構(gòu)形狀及尺寸、材料、熱處理方法的不同,其工藝過程差別較大。其中,保證內(nèi)孔與外圓的同軸度公差,以及端面與內(nèi)圓(外圓)軸線的垂直度公差,是擬定工藝規(guī)程時需要關(guān)注的主要問題。液壓缸體(如圖6-17所示)屬于長孔薄壁類零件,且精度和表面粗糙度都控制較嚴(yán)。液壓缸的毛坯多為無縫鋼管,如果為鑄件,由于其組織可能不夠緊密,會出現(xiàn)砂眼、針孔或疏松等缺陷,加工過程中應(yīng)該增加用泵定壓定時的驗漏工序。

圖6-17液壓缸簡圖

表6－3液壓缸加工工藝路線表6-3液壓缸加工工藝路線

該零件孔長而壁薄,為保證內(nèi)外圓的同軸度,加工外圓時參照空心主軸的裝夾方法,即采用雙頂尖頂孔口1°30′的錐面或一頭夾緊一頭用中心架支承。加工內(nèi)孔與一般深孔加工時的裝夾相同,多采用夾一頭,另一端用中心架托住外圓?？椎拇旨庸げ捎苗M削,半精加工多采用浮動鉸刀鉸削。鉸削后,孔徑尺寸精度一般為IT9～I(xiàn)T7,表面粗糙度達(dá)Ra2.3～0.32μm。液壓缸內(nèi)孔的表面質(zhì)量要求很高,精加工鉸孔后,還需采用鋼珠滾壓,以改善內(nèi)圓表面,使其熨平并形成殘余壓應(yīng)力,提高使用壽命。為此,較多的專業(yè)生產(chǎn)廠采用專用組合刀具來完成液壓缸內(nèi)孔的粗加工、半精加工、精加工和滾壓加工,專業(yè)組合刀具是將鏜刀、浮動鉸刀和鋼珠滾壓頭等集成在一起。內(nèi)孔經(jīng)滾壓后,尺寸誤差在0.01mm以內(nèi),表面粗糙度為Ra0.16μm或更小,

且表面經(jīng)硬化后更為耐磨。但是目前對鑄造液壓缸體尚未采用滾壓工藝,原因是鑄件表面缺陷對滾壓有很大影響,因此,常以精細(xì)鏜、珩磨、研磨等精密加工作為缸體內(nèi)孔加工的最終工序。

6.2.3套筒類零件工藝分析

1.工藝措施套筒類零件內(nèi)外表面的同軸度以及端面與孔軸線的垂直度要求較高,一般可采用以下工藝措施:

(1)在一次安裝中完成內(nèi)外表面及端面的全部加工,這樣可消除工件的安裝誤差并獲得很高的相互位置精度。但由于工序比較集中,對尺寸較大的套筒安裝不便,故多用于尺寸較小的軸套車削加工。

(2)先完成孔加工,然后以孔為精基準(zhǔn)加工外圓。由于使用的夾具(通常為心軸)結(jié)構(gòu)簡單,而且制造和安裝誤差較小,因此可保證較高的相互位置精度,在套筒類零件加工中應(yīng)用較多。

(3)先完成外圓加工,然后以外圓為精基準(zhǔn)加工內(nèi)孔。一般卡盤安裝誤差較大,使得加工后工件的相互位置精度較低。如果欲使同軸度誤差較小,則須采用定心精度較高的夾具,如彈性膜片卡盤、液性塑料夾頭、經(jīng)過修磨的三爪自定心卡盤和軟爪等。

2.減小變形套筒類零件的結(jié)構(gòu)特點是壁薄,在切削加工中常由于夾緊力、切削力、內(nèi)應(yīng)力和切削熱等因素的影響而產(chǎn)生變形。為此,應(yīng)注意將粗、精加工分開進(jìn)行,應(yīng)盡量減少加工余量,增加走刀次數(shù)。同時,應(yīng)改善夾持方式,減小夾緊力。例如,采用過渡套或彈簧套來夾持,或者夾持工藝凸臺或工藝螺紋(見表6-3工序2,工序4),加工完后再切去(工序5)。另外,應(yīng)該盡量減小熱處理變形對加工過程的影響,將熱處理放在粗加工和精加工之間進(jìn)行,讓精加工切除熱處理的殘留變形量。

6.3箱體零件加工6.3.1概述

1.箱體零件的功用與結(jié)構(gòu)特點

箱體是機(jī)器的基礎(chǔ)零件,它將機(jī)器中有關(guān)部件的軸、套、齒輪等相關(guān)零件連接成一個整體,并使之保持正確的相互位置,以傳遞轉(zhuǎn)矩或改變轉(zhuǎn)速來完成規(guī)定的運動。故箱體的加工質(zhì)量,直接影響到機(jī)器的性能、精度和壽命。箱體類零件的結(jié)構(gòu)復(fù)雜,壁薄且不均勻,加工部位多,加工難度大。據(jù)統(tǒng)計資料表明,一般中型機(jī)床制造廠花在箱體類零件的機(jī)械加工工時約占整個產(chǎn)品加工工時的l5％～20％。

2.箱體零件的主要技術(shù)要求箱體類零件中,機(jī)床主軸箱的精度要求較高,圖6-18為某車床主軸箱簡圖?，F(xiàn)以它為例介紹精度要求:

(1)孔徑精度?？讖降某叽缯`差和幾何形狀誤差會造成軸承與孔的配合不良。孔徑過大,配合過松,使主軸回轉(zhuǎn)軸線不穩(wěn)定,并降低了支承剛度,易產(chǎn)生振動和噪聲;孔徑太小,會使配合偏緊,軸承將因外環(huán)變形,不能正常運轉(zhuǎn)而縮短壽命。裝軸承的孔不圓,也會使軸承外環(huán)變形而引起主軸徑向圓跳動。因此，對孔的精度要求是較高的。主軸孔的尺寸公差等級為IT6,其余孔為IT8～I(xiàn)T7?？椎膸缀涡螤罹任醋饕?guī)定的,一般控制在尺寸公差的1／2范圍內(nèi)即可。

圖6-18某車床主軸箱簡圖

(2)孔與孔的位置精度。同一軸線上各孔的同軸度誤差和孔端面對軸線的垂直度誤差,會使軸和軸承裝配到箱體內(nèi)出現(xiàn)歪斜,從而造成主軸徑向圓跳動和軸向竄動,也加劇了軸承磨損。

孔系之間的平行度誤差,會影響齒輪的嚙合質(zhì)量。一般孔距允差為±0.025～±0.060mm,而同一中心線上的支承孔的同軸度約為最小孔尺寸公差之半。

(3)孔和平面的位置精度。主要孔對主軸箱安裝基面的平行度,決定了主軸與床身導(dǎo)軌的相互位置關(guān)系。這項精度是在總裝時通過刮研來達(dá)到的。為了減少刮研工作量,一般規(guī)定在垂直和水平兩個方向上,只允許主軸前端向上和向前偏。

(4)主要平面的精度。裝配基面的平面度影響主軸箱與床身連接時的接觸剛度,加工過程中作為定位基面則會影響主要孔的加工精度。因此規(guī)定了底面和導(dǎo)向面必須平直,為了保證箱蓋的密封性,防止工作時潤滑油泄出,還規(guī)定了頂面的平面度要求,當(dāng)大批量生產(chǎn)將其頂面用作定位基面時,對它的平面度要求還要提高。

(5)表面粗糙度。一般主軸孔的表面粗糙度為Ra0.4μm,其它各縱向孔的表面粗糙度為Ra1.6μm;孔的內(nèi)端面的表面粗糙度為Ra3.2μm,裝配基準(zhǔn)面和定位基準(zhǔn)面的表面粗糙度為Ra2.5～0.63μm,其它平面的表面粗糙度為Ra10～2.5μm。

3.箱體零件的材料及毛坯箱體零件材料常選用各種牌號的灰鑄鐵,因為灰鑄鐵具有較好的耐磨性、鑄造性和可切削性,而且吸振性好,成本又低。某些負(fù)荷較大的箱體采用鑄鋼件,某些簡易箱體為了縮短毛坯制造的周期而采用鋼板焊接結(jié)構(gòu)。毛坯鑄造時,應(yīng)防止砂眼和氣孔的產(chǎn)生。為了減少毛坯制造時產(chǎn)生殘余應(yīng)力,應(yīng)使箱體壁厚盡量均勻,箱體澆鑄后應(yīng)安排退火工序。毛坯的加工余量與生產(chǎn)批量、毛坯尺寸、結(jié)構(gòu)、精度和鑄造方法等因素有關(guān)。具體數(shù)值可從有關(guān)手冊中查到。

6.3.2擬定箱體零件機(jī)械加工工藝規(guī)程的原則

在擬定箱體零件機(jī)械加工工藝規(guī)程時,有一些基本原則應(yīng)該遵循。

(1)先面后孔。先加工平面,后加工孔是箱體加工的一般規(guī)律。平面面積大,用其定位穩(wěn)定可靠;支承孔大多分布在箱體外壁平面上,先加工外壁平面可切去鑄件表面的凹凸不平及夾砂等缺陷,這樣可減少鉆頭引偏,防止刀具崩刃等,對孔加工有利。

(2)粗精分開、先粗后精。箱體的結(jié)構(gòu)形狀復(fù)雜,主要平面及孔系加工精度高,一般應(yīng)將粗、精加工工序分階段進(jìn)行,先進(jìn)行粗加工,后進(jìn)行精加工。

(3)基準(zhǔn)的選擇。箱體零件的粗基準(zhǔn)一般都用它上面的重要孔和另一個相距較遠(yuǎn)的孔作粗基準(zhǔn),以保證孔加工時余量均勻。精基準(zhǔn)選擇一般采用基準(zhǔn)統(tǒng)一的方案,常以箱體零件的裝配基準(zhǔn)或?qū)ｉT加工的一面兩孔為定位基準(zhǔn),使整個加工工藝過程基準(zhǔn)統(tǒng)一,夾具結(jié)構(gòu)簡單,基準(zhǔn)不重合誤差降至最小甚至為零(當(dāng)基準(zhǔn)重合時)。

(4)工序集中,先主后次。箱體零件上相互位置要求較高的孔系和平面,一般盡量集中在同一工序中加工,以保證其相互位置要求和減少裝夾次數(shù)。緊固螺紋孔、油孔等次要工序的安排,一般在平面和支承孔等主要加工表面精加工之后再進(jìn)行加工。

6.3.3孔系加工箱體上若干有相互位置精度要求的孔的組合,稱為孔系。孔系可分為平行孔系、同軸孔系和交叉孔系(如圖6-19所示)?？紫导庸な窍潴w加工的關(guān)鍵,根據(jù)箱體加工批量的不同和孔系精度要求的不同,孔系加工所用的方法也是不同的,現(xiàn)分別予以討論。

圖6-19孔系分類

1.平行孔系的加工下面主要介紹如何保證平行孔系孔距精度的方法。

1)找正法找正法是在通用機(jī)床(鏜床、銑床)上利用輔助工具來找正所要加工孔的正確位置的加工方法。這種找正法加工效率低,一般只適于單件小批生產(chǎn)。找正時除根據(jù)劃線用試鏜方法外,有時借用心軸量塊或用樣板找正,以提高找正精度。

圖6-20所示為心軸和塊規(guī)找正法。鏜第一排孔時將心軸插入主軸孔內(nèi)(或直接利用鏜床主軸),然后根據(jù)孔和定位基準(zhǔn)的距離組合一定尺寸的塊規(guī)來校正主軸位置,校正時用塞尺測定塊規(guī)與心軸之間的間隙,以避免塊規(guī)與心軸直接接觸而損傷塊規(guī)(如圖6-20(a)所示)。鏜第二排孔時,分別在機(jī)床主軸和已加工孔中插入心軸,采用同樣的方法來校正主軸軸線的位置,以保證孔中心距的精度(如圖6-20(b)所示)。這種找正法其孔心距精度可達(dá)±0.03mm。

圖6-20用心軸和塊規(guī)找正

圖6-21所示為樣板找正法。用10～20mm厚的鋼板制成樣板1,裝在垂直于各孔的端面上(或固定于機(jī)床工作臺上),樣板上的孔距精度較箱體孔系的孔距精度高(一般為0.01～0.03mm),樣板上的孔徑較工件的孔徑大,以便于鏜桿通過。樣板上的孔徑要求不高,但要有較高的形狀精度和較小的表面粗糙度,當(dāng)樣板準(zhǔn)確地裝到工件上后,在機(jī)床主軸上裝一個千分表2,按樣板找正機(jī)床主軸,找正后,即換上鏜刀加工。此法加工孔系不易出差錯,找正方便,孔距精度可達(dá)0.05mm。這種樣板的成本低,僅為鏜模成本的1／7～1／9,單件小批生產(chǎn)中大型的箱體加工可用此法。

圖6-21樣板找正法

2)鏜模法在成批生產(chǎn)中,廣泛采用鏜模加工孔系,如圖6-22所示。工件5裝夾在鏜模上,鏜桿4被支承在鏜模的導(dǎo)套6里,導(dǎo)套的位置決定了鏜桿的位置,裝在鏜桿上的鏜刀3將工件上相應(yīng)的孔加工出來。當(dāng)用兩個或兩個以上的支承1來引導(dǎo)鏜桿時,鏜桿與機(jī)床主軸2必須浮動聯(lián)接。當(dāng)采用浮動聯(lián)接時,機(jī)床精度對孔系加工精度影響很小,因而可以在精度較低的機(jī)床上加工出精度較高的孔系。孔距精度主要取決于鏜模,一般可達(dá)0.05mm。能加工公差等級IT7的孔,其表面粗糙度可達(dá)Ra5～1.25μm。當(dāng)從一端加工、鏜桿兩端均有導(dǎo)向支承時,孔與孔之間的同軸度和平行度可達(dá)0.02～0.03mm;當(dāng)分別由兩端加工時,可達(dá)0.04～0.05mm。

圖6-22用鏜模加工孔系

圖6-23在組合機(jī)床上用鏜模加工孔系

3)坐標(biāo)法坐標(biāo)法鏜孔是在普通臥式鏜床、坐標(biāo)鏜床或數(shù)控鏜銑床等設(shè)備上,借助于精密測量裝置,調(diào)整機(jī)床主軸與工件間在水平和垂直方向的相對位置,來保證孔心距精度的一種鏜孔方法。采用坐標(biāo)法加工孔系時,要特別注意選擇基準(zhǔn)孔和鏜孔順序,否則,坐標(biāo)尺寸累積誤差會影響孔心距精度?；鶞?zhǔn)孔應(yīng)盡量選擇本身尺寸精度高、表面粗糙度小的孔(一般為主軸孔),這樣在加工過程中,便于校驗其坐標(biāo)尺寸?？仔木嗑纫筝^高的兩孔應(yīng)連在一起加工。

2.同軸孔系的加工成批生產(chǎn)中,箱體上同軸孔的同軸度幾乎都由鏜模來保證。單件小批生產(chǎn)中,其同軸度用下面幾種方法來保證。

1)利用已加工孔作支承導(dǎo)向如圖6-24所示,當(dāng)箱體前壁上的孔加工好后,在孔內(nèi)裝一導(dǎo)向套,以支承和引導(dǎo)鏜桿加工后壁上的孔,從而保證兩孔的同軸度要求。這種方法只適于加工箱壁較近的孔。

圖6-24利用已加工孔導(dǎo)向

2)利用鏜床后立柱上的導(dǎo)向套支承導(dǎo)向這種方法其鏜桿系兩端支承,剛性好。但此法調(diào)整麻煩,鏜桿長,較笨重,故只適于單件小批生產(chǎn)中大型箱體的加工。

3)采用調(diào)頭鏜當(dāng)箱體與箱壁相距較遠(yuǎn)時,可采用調(diào)頭鏜。工件在一次裝夾下,鏜好一端孔后,將鏜床工作臺回轉(zhuǎn)180°,再調(diào)整工作臺位置,使已加工孔與鏜床主軸同軸,然后再加工另一端孔。當(dāng)箱體上有一較長并與所鏜孔軸線有平行度要求的平面時,鏜孔前應(yīng)先用裝在鏜桿上的百分表對此平面進(jìn)行校正(如圖6-25(a)所示),使其和鏜桿軸線平行,校正后加工孔B,孔B加工后,回轉(zhuǎn)工作臺,并用鏜桿上裝的百分表沿此平面重新校正,這樣就可保證工作臺準(zhǔn)確地回轉(zhuǎn)180°,如圖6-25(b)所示。然后再加工孔A,從而保證孔A、B同軸。

圖6-25調(diào)頭鏜孔時工件的校正

6.3.4不同生產(chǎn)類型下箱體零件的加工工藝過程

1.中、小批量生產(chǎn)中箱體的傳統(tǒng)加工工藝過程表6-4為圖6-18所示某車床主軸箱中、小批生產(chǎn)時的加工工藝過程。

表6-4某主軸箱加工工藝過程

中、小批量箱體加工,大多采用通用設(shè)備、專用夾具組織生產(chǎn),必要時增添一點專用設(shè)備,其工藝過程特點如下:

(1)粗精分開。粗精分開,先粗后精這條原則對所有情況都是適用的。但中、小批量箱體零件加工如果從工序上全部安排粗、精分開,則機(jī)床、夾具數(shù)量要增加,工件轉(zhuǎn)運也費時費力,所以實際生產(chǎn)中并不都這樣做。不少情況下是將粗、精加工放在一道工序內(nèi)完成。但是從工步上講,粗、精加工還是分開的,如粗加工后將工件松開一點,然后再用較小的夾緊力夾緊工件,使工件因夾緊力而產(chǎn)生的彈性變形在精加工時得以消除。龍門刨床刨削主軸箱基準(zhǔn)面時,粗刨后將工件放松一點,然后再精刨基準(zhǔn)面就是這個道理。又如導(dǎo)軌磨床磨主軸箱基準(zhǔn)面時,粗磨后進(jìn)行充分冷卻,然后再進(jìn)行精磨。

(2)粗基準(zhǔn)的選擇。一般來說,中、小批生產(chǎn)箱體類零件仍然選擇重要孔(如主軸孔)為粗基準(zhǔn),但實現(xiàn)以主軸孔為粗基準(zhǔn)時大多采用劃線裝夾的方式。劃線過程大體上是:先劃出主軸孔,其次劃出距主軸孔較遠(yuǎn)的另一孔位置,然后劃出其它各孔、各平面。加工箱體平面時,按線找正并裝夾工件,就是以主軸孔為粗基準(zhǔn)。

(3)精基準(zhǔn)的選擇。中、小批生產(chǎn)時,箱體零件多用裝配基準(zhǔn)作精基準(zhǔn)來加工孔系。加工圖6-18所示主軸箱孔系時,選擇箱體底面B、C作為定位基準(zhǔn),面B、C既是主軸箱的裝配基準(zhǔn),又是主軸孔的設(shè)計基準(zhǔn),并與箱體的端面、側(cè)面以及各主要縱向孔在相互位置上有著直接的關(guān)系,故選擇面B、C做定位基準(zhǔn)。這樣，不僅消除了主軸孔加工時的基準(zhǔn)不重合誤差,而且,用面B、C定位穩(wěn)定可靠,裝夾誤差小。加工各孔時,由于箱口朝上,所以更換導(dǎo)向套、安裝調(diào)整刀具、測量孔徑尺寸、觀察加工情況等都很方便。

采用上述的B、C面做定位基準(zhǔn)的方式也有它的不足之處。加工箱體中間壁上的孔時,為了提高刀具系統(tǒng)的剛度,應(yīng)當(dāng)在箱體內(nèi)部相應(yīng)的部位設(shè)置刀桿的支承。由于箱體底部是封閉的,中間支承只能用如圖6-26所示的吊架從箱體頂面的開口處伸入箱體內(nèi),每加工一件需裝卸一次,吊架與鏜模之間雖有定位銷定位,但吊架剛性差,制造安裝精度較低,經(jīng)常裝卸也容易產(chǎn)生誤差,且使加工的輔助時間增加,因此這種定位方式只適用于中小批生產(chǎn)的箱體零件加工。批量大時常采用頂面及兩個銷孔作定位基準(zhǔn),如圖6-27所示。這種定位方式,中間導(dǎo)向支架可以緊固在夾具體上,提高了夾具剛度,工件裝卸方便;但這種夾具不易觀察各加工表面的情況且會出現(xiàn)基準(zhǔn)不重合誤差,同時增加了兩個定位銷孔的加工工序。

圖6-26吊架式鏜模夾具

圖6-27用箱體頂面及兩個銷孔定位的鏜模

2.中、小批量箱體生產(chǎn)中的高效自動化加工工藝數(shù)控加工中心機(jī)床(簡稱加工中心)是一種具有自動換刀裝置的復(fù)合型數(shù)控機(jī)床。由于有了自動換刀裝置,它能將銑、鏜、鉆等多種加工功能有效地轉(zhuǎn)換,從而可以集中許多工序?qū)ぜM(jìn)行連續(xù)加工,這樣可以大量節(jié)省裝夾工件的時間和大大提高加工精度,因而特別適合于中、小批量箱體零件的加工。圖6-28是臥式加工中心結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6-28臥式加工中心結(jié)構(gòu)示意圖

用加工中心加工箱體時,在加工前按照工件圖樣和工藝要求把加工的所有信息,如工件和刀具間的相對運動軌跡、加工順序、切削用量以及為了實現(xiàn)加工所必須的其它輔助動作等用代碼編制出程序,制成穿孔帶,然后輸入到數(shù)控系統(tǒng)中去,加工中心即按照穿孔帶上的指令自動地進(jìn)行加工。加工中心具有較高的坐標(biāo)位移精度和工作臺的回轉(zhuǎn)精度。如我國生產(chǎn)的JCS-013型加工中心的工作臺定位精度可達(dá)±0.01mm,回轉(zhuǎn)精度可達(dá)±5″～±10″,完全可以直接由機(jī)床保證箱體孔系及端面的加工精度要求。

3.箱體零件加工自動線大量生產(chǎn)中,廣泛采用組合機(jī)床與輸送裝置組成的自動線進(jìn)行箱體零件加工。所有的加工和工件的輸送等輔助動作,都無需工人直接操作,整個過程按照一定的生產(chǎn)節(jié)拍自動地、順序地進(jìn)行,如圖6-29所示。它不僅大大提高了勞動生產(chǎn)率,降低了成本和減輕了工人的勞動強(qiáng)度,而且能穩(wěn)定地保證工件的加工質(zhì)量,對操作工人的技術(shù)水平要求也較低。我國目前在汽車、柴油機(jī)、拖拉機(jī)等行業(yè)中,都廣泛地采用自動線來加工箱體。

圖6-29組合機(jī)床自動線加工箱體示意圖

6.4圓柱齒輪加工

6.4.1概述

1.圓柱齒輪的結(jié)構(gòu)特點齒輪盡管由于它們在機(jī)器中的功用不同而設(shè)計成不同的形狀和尺寸,但總是可以把它們劃分為齒圈和輪體兩個部分。常見的圓柱齒輪有以下幾類(如圖6-30所示):盤類齒輪、套類齒輪、內(nèi)齒輪、軸類齒輪、扇形齒輪、齒條(即齒圈半徑無限大的圓拄齒輪)等。其中盤類齒輪應(yīng)用最廣。

圖6-30圓柱齒輪的結(jié)構(gòu)形式

2.圓柱齒輪的精度要求齒輪本身的制造精度,對整個機(jī)器的工作性能、承載能力及使用壽命都有很大影響。根據(jù)齒輪的使用條件,對齒輪傳動提出以下幾方面的要求:

(1)運動精度。要求齒輪能準(zhǔn)確地傳遞運動,傳動比恒定,即要求齒輪在一轉(zhuǎn)中,轉(zhuǎn)角誤差不超過一定范圍。

(2)工作平穩(wěn)性。要求齒輪傳遞運動平穩(wěn),沖擊、振動和噪聲要小。這就要求限制齒輪轉(zhuǎn)動時瞬時速比的變化要小,也就是要限制短周期內(nèi)的轉(zhuǎn)角誤差。

(3)接觸精度。

(4)齒側(cè)間隙。要求齒輪傳動時,非工作齒面間留有一定間隙,以儲存潤滑油,補(bǔ)償因溫度、彈性變形所引起的尺寸變化和加工、裝配時的一些誤差。齒輪的制造精度和齒側(cè)間隙主要根據(jù)齒輪的用途和工作條件加以規(guī)定。對于分度傳動用齒輪,主要的要求是齒輪運動精度,使得傳遞的運動準(zhǔn)確可靠;對于高速動力傳動用的齒輪,必須要求工作平穩(wěn),沒有沖擊和噪聲;對于重載低速傳動用的齒輪,則要求齒的接觸精度要好,使嚙合齒的接觸面積大,不致引起齒面過早的磨損;對于換向傳動和讀數(shù)機(jī)構(gòu),齒側(cè)間隙應(yīng)嚴(yán)格控制,必要時還須消除間隙。

3.齒輪的材料與熱處理

1)材料的選擇齒輪應(yīng)按照使用的工作條件選用合適的材料。齒輪材料的選擇對齒輪的加工性能和使用壽命都有直接的影響。一般齒輪選用中碳鋼(如45鋼)和低、中碳合金鋼,如20Cr、40Cr、20CrMnTi等。要求較高的重要齒輪可選用38CrMoAlA氮化鋼,非傳力齒輪也可以用鑄鐵、夾布膠木或尼龍等材料。

2)齒輪的熱處理齒輪加工中根據(jù)不同的目的,安排兩種熱處理工序:

(1)毛坯熱處理。在齒坯加工前后安排預(yù)先熱處理(正火或調(diào)質(zhì)),其主要目的是消除鍛造及粗加工引起的殘余應(yīng)力、改善材料的可切削性和提高綜合力學(xué)性能。

(2)齒面熱處理。齒形加工后,為提高齒面的硬度和耐磨性,常進(jìn)行滲碳淬火、高頻感應(yīng)加熱淬火、碳氮共滲和滲氮等熱處理工序。

4.齒輪毛坯齒輪的毛坯形式主要有棒料、鍛件和鑄件。棒料用于小尺寸、結(jié)構(gòu)簡單且對強(qiáng)度要求低的齒輪。當(dāng)齒輪要求強(qiáng)度高、耐磨和耐沖擊時,多用鍛件,直徑大于400～600mm的齒輪,常用鑄造毛坯。為了減少機(jī)械加工量,對大尺寸、低精度齒輪,可以直接鑄出輪齒;對于小尺寸、形狀復(fù)雜的齒輪,可用精密鑄造、壓力鑄造、精密鍛造、粉末冶金、熱軋和冷擠等新工藝制造出具有輪齒的齒坯,以提高勞動生產(chǎn)率、節(jié)約原材料。

6.4.2圓柱齒輪齒坯的加工方法

1.齒坯精度齒坯的外圓、端面及孔經(jīng)常作為齒形加工、測量和裝配的基準(zhǔn),所以齒坯的精度對于整個齒輪的精度有著重要的影響。齒坯精度中主要是對齒輪孔的尺寸精度和形狀精度、孔和端面的位置精度有較高的要求;對齒坯外圓也有一定的要求。具體要求見表6-5和表6-6。

表6-5齒坯尺寸和形狀公差

表6-6齒坯基準(zhǔn)面徑向和端面跳動公差(μm)

2.齒坯加工方案的選擇

1)大批大量生產(chǎn)的齒坯加工

大批大量加工中等尺寸齒坯時,多采用“鉆-拉-多刀車”的工藝方案:

(1)以毛坯外圓及端面定位進(jìn)行鉆孔或擴(kuò)孔;

(2)拉孔;

(3)以孔定位在多刀半自動車床上粗精車外圓、端面、切槽及倒角等。這種工藝方案由于采用高效機(jī)床可以組成流水線或自動線,所以生產(chǎn)效率高。

2)成批生產(chǎn)的齒坯加工成批生產(chǎn)齒坯時,常采用“車-拉-車”的工藝方案:

(1)以齒坯外圓或輪轂定位,精車外圓、端面和內(nèi)孔;

(2)以端面支承拉孔(或花鍵孔);

(3)以孔定位精車外圓及端面等。這種方案可由臥式車床或轉(zhuǎn)塔車床及拉床實現(xiàn)。它的特點是加工質(zhì)量穩(wěn)定,生產(chǎn)效率較高。當(dāng)齒坯孔有臺階或端面有槽時,可以充分利用轉(zhuǎn)塔車床上的多刀來進(jìn)行多工位加工,在轉(zhuǎn)塔車床上一次完成齒坯的加工。

6.4.3圓柱齒輪齒形加工方法

1.滾齒及其質(zhì)量分析

1)滾齒特點滾齒是齒形加工中生產(chǎn)率較高,應(yīng)用最廣的一種加工方法。而且滾齒加工通用性好,可加工圓柱齒輪、蝸輪等,亦可加工漸開線齒形、圓弧齒形、擺線齒形等。滾齒既可加工小模數(shù)、小直徑齒輪,又可加工大模數(shù)、大直徑齒輪,加工斜齒也很方便。滾齒可直接加工9～8級精度齒輪,也可作為7級精度以上齒輪的粗加工和半精加工。滾齒可以獲得較高的運動精度。因滾齒時齒面是由滾刀的刀齒包絡(luò)而成,參加切削的刀齒數(shù)有限,

故齒面的表面粗糙度值較大。為提高加工精度和齒面質(zhì)量,宜將粗、精滾齒分開。

2)滾齒加工質(zhì)量分析

(1)影響傳動準(zhǔn)確性的加工誤差分析。影響傳動準(zhǔn)確性的主要原因是,在加工中滾刀和被加工齒輪的相對位置和相對運動發(fā)生了變化。相對位置的變化(幾何偏心)產(chǎn)生齒輪徑向誤差,它以齒圈徑向跳動ΔFr來評定;相對運動的變化(運動偏心)產(chǎn)生齒輪切向誤差,它以公法線長度變動ΔFW來評定?，F(xiàn)分別加以討論:圖6-31幾何偏心引起的徑向誤差

①齒輪的徑向誤差。齒輪的徑向誤差是指滾齒時,由于齒坯的回轉(zhuǎn)軸線與齒輪工作時的回轉(zhuǎn)軸線不重合(出現(xiàn)幾何偏心),使所切齒輪的輪齒發(fā)生徑向位移而引起的齒距累積誤差(如圖6-31所示)。圖6-31中,O為切齒時的齒坯回轉(zhuǎn)中心,O′為齒坯基準(zhǔn)孔的幾何中心(即齒輪工作時的回轉(zhuǎn)中心),r為滾齒時的分度圓半徑，r′為以孔軸心O′為旋轉(zhuǎn)中心時齒圓的分度圓半徑。滾齒時,齒輪的基圓中心與工作臺的回轉(zhuǎn)中心重合于O,這樣切出的各齒形相對基圓中心O分布是均勻的(如圖中實線圓上的P1＝P2),但齒輪工作時是繞基準(zhǔn)孔中心O′轉(zhuǎn)動的(假定安裝時無偏心),這時各齒形相對分度圓心O′分布不均勻了(如圖中雙點劃線圓上的P1′≠P2′)。顯然這種齒距的變化是由于幾何偏心使齒廓徑向位移引起的,故又稱為齒輪的徑向誤差。

切齒時產(chǎn)生齒輪徑向誤差的主要原因是工件出現(xiàn)幾何偏心。切齒時,工件有兩種裝夾方式:外圓定心端面支承和孔定心端面支承。前一種方式按外圓找正不需專用心軸,但要求齒坯外圓的徑向圓跳動要小,適用于單件小批生產(chǎn);后一種方式工件裝夾方便,適用于成批以上生產(chǎn)。下面以孔定心端面支承為例(如圖6-32所示)來分析出現(xiàn)幾何偏心引起徑向誤差的因素:第一,夾具心軸軸線與工作臺回轉(zhuǎn)軸線不重合;第二,工件孔與心軸之間的配合間隙大,裝夾時偏向了一邊;第三,機(jī)床工作臺面與工作臺回轉(zhuǎn)軸線不垂直,使夾緊后工件孔相對于工作臺回轉(zhuǎn)中心產(chǎn)生偏斜(如圖6-33所示);第四,工件基準(zhǔn)孔與端面不垂直;第五,夾具上、下平面不平行或各定位面未擦干凈。

圖6-32滾齒夾具

圖6-33端面定位不好引起幾何偏心

減小幾何偏心的辦法:第一,保證齒坯的加工質(zhì)量,特別注意孔徑尺寸精度和基準(zhǔn)端面的跳動;第二,保證夾具的制造精度和安裝精度。夾具制造時,要注意限位基準(zhǔn)對底面的平行度和定心軸頸軸線對底面的垂直度要求。在保證裝卸方便的前提下,定心軸頸處定位間隙要盡量小。夾具安裝時應(yīng)盡量使定心軸頸軸線與機(jī)床回轉(zhuǎn)中心相重合,夾具安裝后應(yīng)檢查圖6-34所示的A、B、C、D四處的跳動量,其數(shù)值可參考表6-7;第三,改進(jìn)夾具結(jié)構(gòu)。如設(shè)計定位與夾緊分開的夾具。這種結(jié)構(gòu)夾緊時,螺栓的彎曲不會影響齒坯的定位精度(如圖6-35所示)。

圖6-34夾具安裝精度的檢查

圖6-35定位與夾緊分開的夾具

表6-7夾具的安裝精度

②齒輪的切向誤差。齒輪的切向誤差是指滾齒時因滾齒機(jī)分齒傳動鏈誤差,引起瞬時傳動比產(chǎn)生不穩(wěn)定,使機(jī)床工作臺不等速旋轉(zhuǎn),工件回轉(zhuǎn)時快時慢,所切齒輪的輪齒沿切向發(fā)生位移所引起的齒距累積誤差,如圖6-36所示。為清楚起見,圖中只畫出了8個輪齒。設(shè)滾切齒1時齒坯的轉(zhuǎn)角誤差為0°,當(dāng)滾切齒2時,理論上齒坯應(yīng)轉(zhuǎn)過AOB角(即360°／8),實際上由于存在轉(zhuǎn)角誤差,齒坯多轉(zhuǎn)了個Δ角,轉(zhuǎn)過AOC角,即輪齒由雙點劃線所示位置轉(zhuǎn)到實線所示位置,結(jié)果輪齒沿切向發(fā)生了位移。同時,其它各齒也會發(fā)生類似的切向位移。由于機(jī)床工作臺的轉(zhuǎn)角誤差在一周內(nèi)是變化的,因而各輪齒的切向位移也就不相等,必然引起齒距累積誤差。在齒輪傳動時,就會影響傳遞運動的準(zhǔn)確性。

圖6-36齒輪的切向誤差

(2)影響齒輪工作平穩(wěn)性的加工誤差分折。影響齒輪工作平穩(wěn)性的主要誤差是齒形誤差、基節(jié)偏差等,現(xiàn)分別予以討論。①齒形誤差。滾齒后常見的齒形誤差,如圖6-37所示。其中齒面出棱、齒形不對稱和根切可直接看出來;而齒形角誤差和周期誤差需要通過儀器才能測出。應(yīng)該指出,圖6-37所示的誤差是齒形誤差的幾種單獨表現(xiàn)形式,實際齒形誤差常是上述幾種形式的疊加。

圖6-37常見的齒形誤差

·齒面出棱的主要原因。滾齒時齒面有時出棱,其主要原因是:滾刀刀齒沿圓周等分性不好和滾刀安裝后存在較大的徑向圓跳動及軸向竄動等。由圖6-38看出,刀齒存在不等分誤差時,各排刀齒相對準(zhǔn)確位置有的超前有的滯后,這種超前與滯后使刀齒上的切削刃偏離滾刀基本蝸桿的螺紋表面。因而,在滾切齒輪的過程中,就會出現(xiàn)“過切”和“空切”而產(chǎn)生齒形誤差。圖6-38(c)是從圖6-38(b)中取出三個刀齒位置加以放大的示意圖。圖中雙點劃線表示無等分誤差時刀齒的位置(和漸開線齒面相切);實線表示有等分誤差時,刀齒2因滯后而引起刃口“空切”和刀齒3因超前而引起刃口“過切”的情況。刀齒等分性誤差愈大,這種“空切”和“過切”愈嚴(yán)重,齒面出棱愈明顯。刀齒等分性誤差對不同曲率的漸開線齒形的影響是不同的,齒形曲率愈大(即齒輪基圓愈小)影響愈大,這也就是齒數(shù)少的小齒輪為何齒面易出棱的緣故。

圖6-38刀齒不等分引起的齒形誤差

·產(chǎn)生齒形角誤差的主要原因。齒輪的齒形角誤差主要決定于滾刀刀齒的齒形角誤差。滾刀刀齒的齒形角誤差,由滾刀制造時鏟磨刀齒產(chǎn)生的齒形角誤差和刃磨刀齒前刀面所產(chǎn)生的非徑向性誤差及非軸向性誤差而引起。刀齒前刀面非徑向性誤差對齒形誤差的影響,如圖6-39所示。

圖6-39刀齒前刀面非徑向性誤差對齒形誤差的影響

精加工所用滾刀的前角通常為0°(即刀齒前刀面在徑向平面內(nèi)),刃磨不好時會出現(xiàn)前角(正或負(fù))。由于刀齒側(cè)后面經(jīng)鏟磨后具有側(cè)后角,因此刀齒前角誤差必然引起齒形角變化。前角為正時,齒形角變小,切出的齒形齒頂變肥(如圖6-39(a)所示);前角為負(fù)時,齒形角變大,切出的齒形齒頂變瘦(如圖6-39(b)所示)。刀齒前刀面的非軸向性誤差,是指直槽滾刀前刀面沿軸向?qū)τ诳纵S線的平行度誤差(如圖6－40所示)。這種誤差使各刀齒偏離了正確的齒形位置,而且刀齒左右兩側(cè)刃偏離值不等,這樣既產(chǎn)生軸向齒距偏差,又引起齒形歪斜。

圖6-40刀齒前刀面非軸向性誤差對齒形誤差的影響

·產(chǎn)生齒形不對稱的主要原因。滾齒時,有時出現(xiàn)齒形不對稱誤差,除了刀齒前刀面非軸向性誤差的影響外,主要是滾齒時滾刀對中不好。滾刀對中是指滾齒時滾刀所處的軸向位置應(yīng)使其一個刀齒(或齒槽)的對稱線通過齒坯中心(如圖6-41(a)所示)。滾刀對中了,切出的齒形就對稱;反之則引起齒形不對稱。滾刀包絡(luò)齒面的刀齒數(shù)愈少,工件齒形愈大且齒面曲率愈大時,齒形不對稱愈嚴(yán)重。故對于模數(shù)較大且齒數(shù)較少的齒輪,滾齒前應(yīng)認(rèn)真使?jié)L刀對中。

圖6-41滾刀對中對齒形的影響

·產(chǎn)生齒形周期誤差的主要原因。滾刀安裝后的徑向圓跳動和軸向竄動、機(jī)床分度蝸輪副中分度蝸桿的徑向圓跳動和軸向竄動都是周期性的誤差,這些都會使得滾齒時出現(xiàn)齒面凸凹不平的周期誤差。

減少齒形誤差的措施:從以上分析可知,影響齒形誤差的主要因素是滾刀的制造誤差、安裝誤差和機(jī)床分齒傳動鏈中蝸桿的誤差。為了保證齒形精度,除了根據(jù)齒輪的精度等級正確地選擇滾刀和機(jī)床外,還要特別注意滾刀的重磨精度和安裝精度。

②基節(jié)偏差。在滾齒加工時,齒輪的基節(jié)應(yīng)等于滾刀的基節(jié)。滾刀的基節(jié):pb0=pn0cosα0=pt0cosλ0cosα0≈pt0cosα0

式中pb0—滾刀的基節(jié)；pn0一滾刀的法向齒距；pt0—滾刀的軸向齒距；α0—滾刀的法向齒形角；λ0—滾刀的分度圓螺旋升角，一般很小，故cosλ0≈1。

3）影響齒輪接觸精