轴类零件加工及工艺设计.doc

轴类零件加工及工艺设计轴类零件加工及工艺设计-轴类零件加工工艺一、轴类零件的功用、结构特点及技术要求 轴类零件是机器中经常遇到的典型零件之一。它主要用来支承传动零部件,传递扭矩和承受载荷。轴类零件是旋转体零件,其长度大于直径,一般由同心轴的外圆柱面、圆锥面、内孔和螺纹及相应的端面所组成。根据结构形状的不同,轴类零件可分为光轴、阶梯轴、空心轴和曲轴等。 轴的长径比小于5的称为短轴,大于20的称为细长轴,大多数轴介于两者之间。 轴用轴承支承,与轴承配合的轴段称为轴颈。轴颈是轴的装配基准,它们的精度和表面质量一般要求较高,其技术要求一般根据轴的主要功用和工作条件制定,一般有以下几项: (一)尺寸精度 起支承作用的轴颈为了确定轴的位置,一般对其尺寸精度要求较高(IT5IT7)。装配传动件的轴颈尺寸精度一般要求较低(IT6IT9)。 (二)几何形状精度 轴类零件的几何形状精度主要是指轴颈、外锥面、莫氏锥孔等的圆度、圆柱度等,一般应将其公差限制在尺寸公差范围内。对精度要求较高的内外圆表面,应在图纸上标注其允许偏差。 (三)相互位置精度 轴类零件的位置精度要求主要是由轴在机械中的位置和功用决定的。一般应保证装配传动件的轴颈对支承轴颈的同轴度要求,否则会影响传动件(齿轮等)的传动精度,并产生噪声。普通精度的轴,其配合轴段对支承轴颈的径向跳动一般为0.010.03mm,高精度轴(如主轴)一般为0.0010.005mm。 (四)表面粗糙度 一般与传动件相配合的轴径表面粗糙度为Ra2.50.63m,与轴承相配合的支承轴径的表面粗糙度为Ra0.630.16m。 二、轴类零件的毛坯和材料 (一)轴类零件的毛坯 轴类零件可根据使用要求、生产类型、设备条件及结构,选用棒料、锻件等毛坯形式。对于外圆直径相差不大的轴,一般以棒料为主;而对于外圆直径相差大的阶梯轴或重要的轴,常选用锻件,这样既节约材料又减少机械加工的工作量,还可改进机械性能。 根据生产规模的不同,毛坯的锻造方式有自由锻和模锻两种。中小批生产多采用自由锻,大批大量生产时采用模锻。 (二)轴类零件的材料 轴类零件应根据不同的工作条件和使用要求选用不同的材料并采用不同的热处理规范(如调质、正火、淬火等),以获得一定的强度、韧性和耐磨性。 45钢是轴类零件的常见材料,它价格便宜经过调质(或正火)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机械性能,淬火后表面硬度可达4552HRC。 40Cr等合金结构钢适用于中等精度而转速较高的轴类零件,这类钢经调质和淬火后,具有较好的综合机械性能。 轴承钢GCr15和弹簧钢65Mn,经调质和表面高频淬火后,表面硬度可达5058HRC,并具有较高的耐疲劳性能和较好的耐磨性能,可制造较高精度的轴。 精密机床的主轴(例如磨床砂轮轴、坐标镗床主轴)可选用38CrMoAIA氮化钢。这种钢经调质和表面氮化后,不但能获得很高的表面硬度,而且能保持较软的芯部,因此耐冲击韧性好。与渗碳淬火钢比较,它有热处理变形很小,硬度更高的特性。 摘自第三十讲轴类零件加工工艺传动轴机械加工工艺实例轴类零件是常见的典型零件之一。按轴类零件结构形式不同,一般可分为光轴、阶梯轴和异形轴三类;或分为实心轴、空心轴等。它们在机器中用来支承齿轮、带轮等传动零件,以传递转矩或运动。台阶轴的加工工艺较为典型,反映了轴类零件加工的大部分内容与基本规律。下面就以减速箱中的传动轴为例,介绍一般台阶轴的加工工艺。 1零件图样分析1 图A-1传动轴图A-1所示零件是减速器中的传动轴。它属于台阶轴类零件,由圆柱面、轴肩、螺纹、螺尾退刀槽、砂轮越程槽和键槽等组成。轴肩一般用来确定安装在轴上零件的轴向位置,各环槽的作用是使零件装配时有一个正确的位置,并使加工中磨削外圆或车螺纹时退刀方便;键槽用于安装键,以传递转矩;螺纹用于安装各种锁紧螺母和调整螺母。根据工作性能与条件,该传动轴图样(图A-1)规定了主要轴颈M,N,外圆P、Q以及轴肩G、H、I有较高的尺寸、位置精度和较小的表面粗糙度值,并有热处理要求。这些技术要求必须在加工中给予保证。因此,该传动轴的关键工序是轴颈M、N和外圆P、Q的加工。2确定毛坯该传动轴材料为45钢,因其属于一般传动轴,故选45钢可满足其要求。本例传动轴属于中、小传动轴,而且各外圆直径尺寸相差不大,故选择60mm的热轧圆钢作毛坯。3确定主要表面的加工方法传动轴大都是回转表面,主要采用车削与外圆磨削成形。由于该传动轴的主要表面M、N、P、Q的公差等级(IT6)较高,表面粗糙度Ra值(Ra=0.8 um)较小,故车削后还需磨削。外圆表面的加工方案(参考表A-3)可为:粗车半精车磨削。4确定定位基准合理地选择定位基准,对于保证零件的尺寸和位置精度有着决定性的作用。由于该传动轴的几个主要配合表面(Q、P、N、M)及轴肩面(H、G)对基准轴线A-B均有径向圆跳动和端面圆跳动的要求,它又是实心轴,因此应选择两端中心孔为基准,采用双顶尖装夹方法,以保证零件的技术要求。粗基准采用热轧圆钢的毛坯外圆。中心孔加工采用三爪自定心卡盘装夹热轧圆钢的毛坯外圆,车端面、钻中心孔。但必须注意,一般不能用毛坯外圆装夹两次钻两端中心孔,而应该以毛坯外圆作粗基准,先加工一个端面,钻中心孔,车出一端外圆;然后以已车过的外圆作基准,用三爪自定心卡盘装夹(有时在上工步已车外圆处搭中心架),车另一端面,钻中心孔。如此加工中心孔,才能保证两中心孔同轴。5划分阶段对精度要求较高的零件,其粗、精加工应分开,以保证零件的质量。该传动轴加工划分为三个阶段:粗车(粗车外圆、钻中心孔等),半精车(半精车各处外圆、台阶和修研中心孔及次要表面等),粗、精磨(粗、精磨各处外圆)。各阶段划分大致以热处理为界。6热处理工序安排轴的热处理要根据其材料和使用要求确定。对于传动轴,正火、调质和表面淬火用得较多。该轴要求调质处理,并安排在粗车各外圆之后,半精车各外圆之前。综合上述分析,传动轴的工艺路线如下:下料车两端面,钻中心孔粗车各外圆调质修研中心孔半精车各外圆,车槽,倒角车螺纹划键槽加工线铣键槽修研中心孔磨削检验。7加工尺寸和切削用量传动轴磨削余量可取0.5mm,半精车余量可选用1.5mm。加工尺寸可由此而定,见该轴加工工艺卡的工序内容。车削用量的选择,单件、小批量生产时,可根据加工情况由工人确定;一般可由或中选取。8拟定工艺过程定位精基准面中心孔应在粗加工之前加工,在调质之后和磨削之前各需安排一次修研中心孔的工序。调质之后修研中心孔为消除中心孔的热处理变形和氧化皮,磨削之前修研中心孔是为提高定位精基准面的精度和减小锥面的表面粗糙度值。拟定传动轴的工艺过程时,在考虑主要表面加工的同时,还要考虑次要表面的加工。在半精加工52mm、44mm及M24mm外圆时,应车到图样规定的尺寸,同时加工出各退刀槽、倒角和螺纹;三个键槽应在半精车后以及磨削之前铣削加工出来,这样可保证铣键槽时有较精确的定位基准,又可避免在精磨后铣键槽时破坏已精加工的外圆表面。在拟定工艺过程时,应考虑检验工序的安排、检查项目及检验方法的确定。综上所述,所确定的该传动轴加工工艺过程见表A-1。表A-1 传动轴机械加工工艺卡台职院机电系机械加工工艺卡产品名称 图 号 零件名称传动轴共 1页第 1 页毛坯种类圆 钢材料牌号45钢毛坯尺寸60mm265mm序号工种工步工 序 内 容设备工 具夹 具刃 具量 具1下料60mm265mm 2车 三爪自定心卡盘夹持工件毛坯外圆车床 1车端面见平C6140 2钻中心孔中心钻2mm 用尾座顶尖顶住中心孔3粗车46mm外圆至48mm,长118mm4粗车35mm外圆至37mm,长66mm 5粗车M24mm外圆至26mm,长14mm 调头,三爪自定心卡盘夹持48mm处 (44mm外圆)6车另一端面,保证总长250 mm7钻中心孔 用尾座顶尖顶住中心孔8粗车52mm外圆至54mm A粗车35mm外圆至37mm,长A3mm 10粗车30mm外圆至32mm,长36mm 11粗车M24mm外圆至26mm,长16mm 12检验3热 调质处理220240HBS4钳 修研两端中心孔车床 5车 双顶尖装夹车床 1半精车46mm外圆至46.5mm,长120mm2半精车35mm外圆至35.5mm,长68mm3半精车M24mm外圆至240.10.2 mm,长16mm4半精车23mm0.5mm环槽5半精车3mml.5mm环槽6倒外角1mm45,3处 调头,双顶尖装夹7半精车35mm外圆至35.5mm,长A5mm8半精车30mm外圆至35.5mm长38mm9半精M24mm外圆至240.10.2 mm mm,长18mm10半精车44mm至尺寸,长4mm11车23 mm0.5mm环槽12车3mml.5mm环槽13倒外角lmm45, 4处14检验6车 双顶尖装夹1车M24mml.5mm6g至尺寸车床 调头,双顶尖装夹2车M24mm1.5mm6g至尺寸3检验7钳 划两个键槽及一个止动垫圈槽加工线8铣 用V形虎钳装夹,按线找正1铣键槽12mm36mm,保证尺寸4141.25mm立铣 2铣键槽8mml6mm,保证尺寸2626.25mm3铣止动垫圈槽6mml6mm,保证20.5mm至尺寸4检验9钳 修研两端中心孔车床 10磨1磨外圆350.008mm至尺寸外圆磨床 2 磨轴肩面I3 磨外圆300.0065mm至尺寸4磨轴肩面H 调头,双顶尖装夹 5磨外圆P至尺寸 6 磨轴肩面G 7磨外圆N至尺寸8磨轴肩面F 9检验9传动轴机械加工工艺过程工序简图为了表示清楚各工序的内容及要求,其传动轴加工工艺过程的工序简图见表A-2。表A-2传动轴加工工序简图 _网站制作、维护: 台州职业技术学院.机电工程学院.HWY.欢迎多提宝贵意见联系电话:(665695)电子信箱:1.1 夹具的特点在机床上加工工件时,我们能够看到两种不同的情况:一种是用划针或指示表等量具,按工件的某一表面,或者按工件表面上所划的线进行找正,使工件在机床上处于所需要的正确位置,然后夹紧工件进行加工;另一种是把工件安装字夹具上进行加工。为了在工件的某一部位上加工出符合规定技术要求的表面,一般都按工件的结构形状,加工方法和生产批量的不同,采用各种不同的装置将工件准确,方便的而可靠地安装在机床上,然后进行加工.这种用来安装的工件以确定工件与切削刀具的相对位置并将工件夹紧的装置称为”机床夹具”。在实际的生产中,例如活塞,连杆的生产线上,几乎每道工序中都采用了夹具。十分明显,如果不采用夹具,不但工件的加工精度难以保证,而且加工生产率也会大大降低,有时甚至会造成无法加工的情况。除了机床加工时需要使用夹具外,有时在检验,装配等的工序中也要用到夹具,因之在这种场合中用到的夹具可分别称为”检验夹具”和”装配夹具”。 机床夹具一般是指装夹工件用的装置:至于装夹各种刀具用的装置,则一般称为”辅助工具”。辅助工具有时也广义地包括在机床夹具的范围内。按照机床夹具的应用范围,一般可分为通用夹具,专用夹具和可调整式夹具等。通用夹具是在普通机床上一般都附有通用夹具,如车床上的卡盘,铣床上的回转工作台,分度头,顶尖座等。它们都一标准化了,具有一定的通用性,能够用来安装一定形状尺寸范围内的各种工件而不需要进行特殊的调整。可是,在实际生产中,通用夹具常常不能够满足各种零件加工的需要;或者因为生产率低而必须把通用夹具进行适当的改进;或者由于工件的形状,加工的要求等的不同须专门设计制造一种专用夹具,以解决生产实际的需要。专用夹具是为了适应某一工件的某一工序加工的要求而专门设计制造的,其功用主要有下列几个方面:1.保证工件被加工表面的位置精度,例如与其它表面间的距离精度,平行度,同轴度等。对于外行比较复杂,位置精度要求比较高的工件,使用通用夹具进行加工往往难以达到精度要求。2.缩短了工序时间,从而提高了劳动生产率。进行某一工序所需要的时间,其中主要包括加工工件所需要的机动时间和装卸工件等所需要的辅助时间两部分。采用专用夹具后,安装工件和转换工位的工作都能够大为简化,不再需要画线和找正,缩短了工序的辅助时间而且节省了画线这个工序,从而提高了劳动生产率.在生产中由于采用了多工件平行加工的夹具,使同时加工的几个工件的机动时间将与加工一个工件的机动时间相同。采用回转式多工位连续加工夹具,能够在进行切削加工某个工件的同时,进行其它工件的装卸工作,从而使辅助时间与机动时间相重合。总之,随着专用夹具的采用和进一步改进,能够有效地缩短工序时间,满足生产不断发展的需要。3.采用专用夹具还能扩大机床的工艺范围。例如在普通车床上附加镗模夹具后,便能够代替镗床工作;装上专用夹具后能够车削成型表面等,以充分发挥通用机床的作用。4.减轻劳动强度,保障安全生产。根据生产需要,采用一些气动,液压或其它机械化,自动化程度较高的专用夹具,对于减轻工人的劳动强度,保障生产安全和产品的稳质高产都有很大作用。加工大型工件时,例如加工车床床身上,下两面上的螺孔,需要把床身工件翻转几次进行加工,劳动强度大而且不安全。采用电动回转式钻床家具后,就能够达到提高生产效率,减轻劳动强度,保障生产安全的目的。专用夹具在生产上起着很大的作用,那么是不是在任何场合都要设计和采用呢!这个问题就是具体问题具体的分析。上面说的关于专用夹具在生产中的作用,只是事物的一个方面。另一方面,由于夹具的设计,制造和所用的材料等须消耗一定的费用,增加了产品的成本。因之,在什么情况下采用什么样的夹具才是经济合算的,这是一个大问题,特别对于重大的,设计制造工作量大的专用夹具需与工人师傅等三结合共同研究解决。事物总是一分为二的,专用夹具也存在缺点,即专用夹具的专用性和产品多样性的矛盾。由于专用夹具只适用于一个工件加工的某一个工序,因而随着产品品种的不断增多,夹具数量也不断上升,造成存放和管理上的困难;而当某产品不再进行生产时,原来的夹具一般都无法重新利用,造成浪费.同时,专用夹具的设计生产时间周期长,与生产的迅速发展也有矛盾。可是在当前成批生产的机械工厂中,多数还是采用通用机床加上专用夹具进行工件的机械加工。可调整夹具是为了扩大夹具的使用范围,弥补专用夹具只适用与一个工件的某一特定工序的缺点,正在逐步推广使用可调整式的夹具。可调整式夹具一般可分为标准化夹具,成组夹具和组合夹具等。1.标准化夹具:标准化夹具就是利用本厂已规格化了的部分或全部标准零件装配成的专用夹具。专用夹具中的大件,如夹具体,以及定位元件,夹紧件和机械夹紧用的气缸部件等,经过标准化,尺寸规格化后有利于工厂成批准备配件,成批加工,这样可使夹具的设计,制造工作加快,节省费用。另外,当产品更改,夹具不再使用时能够拆开,把标准零件保存起来,备以后使用。2.成组夹具:多品种,小批量生产的机械加工车间中,往往能够采用成组加工法。采用成组加工法,是把多种产品的零件按加工所用的机床和刀具,夹具等工艺装备的共性分组,同一组的零件能在同一台机床上用共同的工艺装备和调整方法进行加工。例如分成轴类,套类,盘类,齿轮,杠杆,支架类等各种零件。成组夹具就是根据一组安装方法相类似的零件而设计的,只要稍作调整或更换夹具上的某些定位,夹紧件,就能够从加工某一工件转为加工另一工件。3.组合夹具:组合夹具是有一套专门设计制造,便于组装和拆卸的有各种不同的形状,不同尺寸规格而且有完全互换性和耐磨性的标准元件和合件所组成。利用这些元件和合件,根据加工工件的需要能够组装成车,磨,铣,刨,钻,镗等工序用的各种不同的机床夹具。夹具使用完毕,能够方便的拆开,洗净元件存放起来,留待以后组装新夹具时再用。因之组合夹具是具有高度标准化和系列化元件的新型工艺装备。关于组合夹具的问题,其设计原理基本相同。在实际生产中应用的夹具很多,分类方法也有很多种。一般还可按使用夹具的工序不同分为车床夹具,铣床夹具等;还能够根据在机床上运动的特点归并成以下几类,(1)车床类夹具:包括车床,内外圆磨床,螺纹磨床用夹具,其特点是夹具与工件一起作旋转运动。(2)铣床类夹具:包括铣床,刨床,平面磨床等机床用夹具,其特点是夹具固定字工作台上,只作纵向或横向往复运动或回转运动。(3)钻,镗床类夹具:用于在钻床上钻,扩,铰等工序或在镗孔工序,其实就是夹具固定在机床上,刀具经过夹具上的导向装置进行送进运动。上述的各种夹具都是固定在机床上的,可是在自动线加工中,有的夹具带着工件由生产线的输送装置,挨着每台机床逐步向前输送,这类夹具一般称为”随行夹具”。自动线上的随行夹具除了完成工件的定位,支承和夹紧外,还带着工件沿自动线的加工机床进行定位(相对于每台机床的刀具位置),夹紧,待加工完了再自动送至下一台机床加工,以便经过自动线的各台机床,完成工件的全部工序加工。随行夹具主要适用于采用组合机床自动线加工,但又无良好的输送基面和定位基面的工件,以便将这种畸形工件先装夹于基面完整的随行夹具上,然后在经过自动线进行加工。对一些有色金属等软件性材料的工件,虽然具有良好的输送基面,但为了保护工件的基面不受划伤,有时也采用随行夹具。通用可调夹具,若产品中有若干零件具有相似性,有选用通用可调整夹具的可能,应进一步探索,应用下面三方面分析判断(1)工件结构要素的相似性,主要是被加工表面形式和部位的相似,工序内容和技术要求基本相似;能有相似或相同的定位基准和定位方式。(2)有可能采用功能相同的定位方式和夹紧方式(包括夹紧动力源)。(3)工件尺寸要素相似,如定位基准和外廓尺寸的近似程度,看能否使用,可调夹具结构紧凑,布局协调的夹具。综上所述,机床夹具已成为机械加工中的重要装备。机床夹具的设计和使用是促进生产发展的重要工艺措施之一。随着中国机械工业生产的不断发展,机床夹具的改进和创造已成为广大机械工人和技术人员在技术革新中的一项重要任务。 -07-24 11:091.2 研究夹具的目的和意义随着中国改革开放的不断深入,市场经济体系的不断完善,中国工业逐渐向成熟化发展。在整个机械工业中,设计在其中占有的地位日益显现出来。工业设计主要包括三个方面的内容。第一是产品设计,第二是与产品有关的视觉传达设计,如产品的包装、商业广告等平面设计。第三是由产品设计扩展的环境设计如产品的展示与陈列,商品橱窗设计以及室内设计等。产品设计作为工业设计的核心,它涉及的面广,从人们的衣食住行,到社会的各行各业,产品设计无时不有,无时不在。产品设计的对象既包括一般的日用生活制品,也包括工业生产的机床,加工工具;既包括家用小电器产品,也包括专业的仪器,仪表;既包括私有的自行车,摩托车,也包括大型的汽车,飞机等交通工具;”从口红到宇宙飞船”都是属于产品的设计的范畴,本论文主要针对加工工具设计,在一定范围内又称”加工辅助设计”,即机床夹具体的设计。机床夹具设计是工艺装备设计中的一个重要组成部分,是保证产品质量和提高劳动生产率的一项重要技术措施。在设计过程中应深人实际,进行调查研究,吸取国内外的先进技术,制定出合理的设计方案,再进行具体的设计。而深入生产实际调查研究中,应当掌握下面的一些资料:(1)工件图纸;详细阅读工件的图纸,了解工件被加工表面是技术要求,该件在机器中的位置和作用,以及装置中的特殊要求。(2)工艺文件:了解工件的工艺过程,本工序的加工要求,工件被加工表面及待加工面状况,基准面选择的情况,可用机床设备的主要规格,与夹具连接部分的尺寸及切削用量等。(3)生产纲领:夹具的结构形式应与工件的批量大小相适应,做到经济合理。(4)制造与使用夹具的情况,有无通用零部件可供选用。工厂有无压缩空气站;制造和使用夹具的工人的技术状况等。夹具的出现可靠地保证加工精度,提高整体工作效率,减轻劳动强度,充分发挥和扩大机床的工艺性能。