机械制造9轴齿轮套筒零件的加工工艺

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1、9.1 轴类零件的加工概述 9.2 案例2变速箱轴的加工 9.3 齿轮的加工概述 9.4 案例3典型齿轮的加工 9.5 套筒类零件的加工概述 9.5 案例3 轴承套的加工,第9章 轴齿轮套筒零件的加工工艺,9.1轴类零件的加工概述,轴类零件是机器中用来支承齿轮、皮带轮等传动零件并传递扭矩的零件，是最常见的典型零件之一。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，如图所示。,（1）合理选择材料，降低材料费用；,（2）保证良好的工艺性，减少制造费用；,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。加工表面通常除了内外圆表面、

2、圆锥面、螺纹、端面外，还有花键、键槽、横向孔、沟槽等。上图是某阶梯轴的零件。,9.1轴类零件的加工概述,9.1.1轴类零件的技术要求分析：,1.加工精度 尺寸精度 轴类零件的尺寸精度主要指轴的直径尺寸精度和轴长尺寸精度。 几何精度 指支撑轴颈的圆度、圆柱度等几何精度提出要求。 2.表面粗糙度 根据机械的精密程度，运转速度的高低，轴类零件表面粗糙度要求也不相同。,9.1轴类零件的加工概述,9.1.2轴类零件的材料和毛坯：,轴类零件材料的选取，主要根据轴的强度、刚度、耐磨性以及制造工艺性而决定，力求经济合理。 常用的轴类零件材料有 35、45、50优质碳素钢，以45钢应用最为广泛。 球墨铸铁、高强

3、度铸铁由于铸造性能好，且具有减振性能，常在制造外形结构复杂的轴中采用。 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。 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。,9.1轴类零件的加工概述,9.1.3轴类零件的热处理,锻造毛坯在加工前，均需安排正火或退火处理，减少材料变形，使钢材内部晶粒细化，消除锻造应力，降低材料硬度，改善切削加工性能。 调质一般安排在粗车之后、半精车之前，以获得良好的物理力学性能。 表面淬火一般安排在精加工之前，这样可以纠正因淬火引起的局部变形。 精度要求高的轴，为减少变形，在局部淬火

4、或粗磨之后，还需进行低温时效处理。,9.1轴类零件的加工概述,1车削 轴类零件的主要加工方法是车削加工。它的主要的加工形式有： 荒车 粗车 半精车 精车 精细车 磨削 适用于轴类零件精加工和硬表面的加工 滚压 4研磨 5超精加工,9.1.4轴类零件常用的加工方法,9.1轴类零件的加工概述,9.1 轴类零件的加工概述,企业的工艺人员，最终应该设计出符合企业生产实际的、切实可行的工艺文件。其工作的程序如下： 首先，根据生产纲领确定生产类型，以便设计相应的工艺过程； 其次，进行轴的工艺性分析； 再次，轴的工艺文件的设计； 最后，设计必要的工艺装备。 9.2.1 确定生产类型 9.2.2 轴的工艺性分

5、析,3.表面失效,9.2 案例2 变速箱轴的加工,1尺寸精度:外圆轴表面有尺寸精度要求，因此要分粗加工、半精加工和精加工阶段；粗加工和半精加工在普通外圆车床上加工，精加工选择磨床。 2表面粗糙度： 、的外圆轴表面及相应的轴肩的表面粗糙度为0.8，这些表面的表面粗糙度值很小，经济加工方法是磨削加工；在外圆磨床上进行。 3形位精度：圆跳动公差、键槽的对程度公差。 4基准分析： 5热处理要求：图纸要求调质处理，安排在粗车之后、半精车之前，以获得良好的物理力学性能。 6毛坯的选择：轴类一般有两种毛坯：棒料和锻件。该案例的各轴径相差不大，直接选择圆钢棒料。,9.2 案例2 变速箱轴的加工,9.2.3 工

6、艺路线： 下料车端面钻中心孔粗车调质处理钳半精车车螺纹铣键槽磨外圆检验入库。 9.2.4工艺文件编制： 9.2.5关键工艺过程的程序分析： 下料：通常情况下每端留大约2mm左右。 车端面钻中心孔。 粗车。 钳：修研两端中心孔。 半精车，可以使后面的磨外圆工序的切削余量沿直径方向均匀分布，有利于保证加工精度。 铣键槽：键槽的深度尺寸，可以通过计算工艺尺寸链的方式确定。 磨外圆：该工序主要涉及砂轮型号和磨削用量的选择。 检验：检验每一个尺寸，尤其要重点检验有尺寸精度和形位公差要的项目，均满足图纸要求时，合格。,9.2 案例2 变速箱轴的加工,9.2 案例2 变速箱轴的加工,9.2 案例2 变速箱轴

7、的加工,9.2 案例2 变速箱轴的加工,9.3.1 齿轮的功用和结构特点 齿轮传动是传递机器动力和运动的一种主要形式，是机械传动中应用最为广泛的传动型式之一。 齿轮是由齿圈和轮体组成。齿圈上均布者直齿、斜齿等轮齿，而轮体上有轮辐、轮毂、孔、键槽等。 按齿圈上轮齿的分布形式，轮齿可分为直齿轮、斜齿轮、人字齿轮等，按轮体的结构形式，齿轮又分为盘类、齿轮轴、齿条等。 齿轮传动具有如下特点： 效率高 在常用的机械传动中，以齿轮传动效率为最高，这对大功率传动有很大的经济意义。 结构紧凑 比带、链传动所需的空间尺寸小。 传动比稳定 传动比稳定往往是对传动性能的基本要求。 工作可靠、寿命长。 速度范围大。

8、但是齿轮传动的制造及安装精度要求高，价格较贵，且不宜用于传动距离过大的场合。,9.3 齿轮的加工概述,9.3.2 齿轮的技术要求 齿轮制造精度的高低直接影响到机器的工作性能、承载能力、噪声和使用寿命，因此根据齿轮的使用要求，对齿轮传动提出四个方面的精度要求。 传递运动的准确性 即要求齿轮在一转中的转角误差不超过一定范围。 传递运动的平稳性 即要求齿轮在一齿转角内的最大转角误差在规定范围内。 载荷分布的均匀性 要求齿轮工作时齿面接触良好，并保证有一定的接触面积和符合要求的接触位置，以保证载荷分布均匀。 传动侧隙的合理性 要求啮合轮齿的非工作齿面间留有一定的侧隙，方便于存储润滑油，补偿弹性变形和热

9、变形及齿轮的制造安装误差。 国家标准 GB1009588渐开线圆柱齿轮精度对齿轮、齿轮副规定了12个精度等级，其中第一级最高，第 12级最低。,9.3 齿轮的加工概述,9.3.3 齿轮的材料、热处理和毛坯 齿轮应按照使用时的工作条件选用合适的材料。齿轮材料的选择对齿轮的加工性能和使用寿命都有直接的影响。 速度较高的齿轮传动，齿面容易产生疲劳点蚀，应选择齿面硬度较高而硬层较厚的材料；有冲击载荷的齿轮传动，轮齿容易折断，应选择韧性较好的材料；低速重载的齿轮传动，轮齿容易折断，齿面易磨损，应选择机械强度大，齿面硬度高的材料。 45钢热处理后有较好的综合机械性能。经过正火或调质可改善金相组织和材料的可

10、切削性，适合于机床行业，7级精度以下的齿轮。 40Cr是中碳合金钢，和45钢相比，少量铬合金的加入可以使金属晶粒细化，提高强度、改善淬透性，减少了淬火时的变形。 使齿轮获得高的齿面硬度而心部又有足够韧性和教高的抗弯曲疲劳强度的方法是渗碳淬火，一般选用低碳合金钢 ， 38CrMoAlA氮化钢经氮化处理后，比渗碳淬火的齿轮具有更高的耐磨性与耐腐蚀性，变形很小，可以不磨齿，所以综合成本低，多用来作为高速传动中需要耐磨的齿轮材料。 铸铁容易铸成复杂的形状，容易切削，成本低，但其抗弯强度、耐冲击和耐磨性能差。故常用于受力不大、无冲击、低速的齿轮。,9.3 齿轮的加工概述,有色金属作为齿轮材料的有黄铜、青

11、铜和铝合金 非金属材料中的夹布胶木、尼龙、塑料也常用于制造齿轮。这些材料具有易加工、传动噪声小、耐磨、减振性好等优点，使用于轻载、需减振、低噪声、润滑条件差的场合。 钢料齿坯最常用的热处理为正火或调质。正火安排在铸造或锻造之后，切削加工之前。 对于棒料齿坯，正火或调质一般安排在粗车之后，这样可以消除粗车形成的内应力。 轮齿常用的热处理为高频淬火、渗碳、氮化、真空淬火等。 高频淬火可以形成比普通淬火稍高硬度的表层，并保持了心部的强度与韧性。 渗碳可以使齿轮在淬火后表面具有高硬度且耐磨，心部依然保持一定的强度和较高的韧性。 氮化是将齿轮置于氨气中并加热到520-560，使活性氮原子渗入轮齿表面层，

12、形成硬度很高的氮化物薄层。 在齿轮生产中，热处理质量对齿轮加工精度和表面粗糙度以及使用寿命影响很大。,9.3 齿轮的加工概述,9.3.4 齿轮毛坯的制造 齿轮毛坯的选择取决于齿轮的材料、结构形式与尺寸、使用条件和生产批量等因素，毛坯形式主要有下料件、锻件、铸件。下料件用于小尺寸、结构简单而且对强度要求低的齿轮。锻件多用于齿轮要求强度高、耐冲击和耐磨。当齿轮较大时，常用铸造方法铸造齿坯。为了减少机械加工量，对大尺寸、低精度齿轮，可以直接铸出轮齿；压力铸造，精密铸造、粉末冶金、热扎和冷挤等新工艺，可制造出具有轮齿的齿坯等新工艺，可制造出具有轮齿的齿坯，以提高劳动生产率，节约原材料。 齿坯加工，在齿

13、轮的整个加工过程中占有重要的位置。齿轮的孔、端面或外圆常作为齿形加工的定位、测量和装配的基准，其加工精度对整个齿轮的精度有着重要的影响。另外，齿坯加工在齿轮加工总工时中占有较大的比例，因此齿坯加工在整个齿轮加工中占有重要的地位。,9.3 齿轮的加工概述,9.3.5 齿轮的加工方法 齿轮齿形的加工原理 齿圈上的齿形加工是整个齿轮加工的核心。 齿形加工方法可分为无屑加工和切削加工两类。齿形切削加工加工精度高，应用广，按照加工原理，可分为成形法和展成法。 （1）成形法 成形法采用与被加工齿轮断面齿槽形状相同的刀刃的成形刀具，在齿坯上加工成齿形的方法来进行加工，成形铣削一般在普通铣床上进行， （2）展

14、成法 展成法加工齿轮是利用齿轮啮合原理进行的，即把齿轮副（齿条-齿轮或齿轮-齿轮）中的一个制作为刀具，另一个则为工件，并强制刀具和工件作严格的啮合运动而展成切出齿廓。利用展成法，同一模数和齿形角而齿数不同的齿轮可以用同一把刀具加工，这是展成法的突出特点，并且展成法加工的精度和效率都较高。,9.3 齿轮的加工概述,2. 齿形加工方法 （1）滚齿加工 它是应用一对螺旋圆柱齿轮的啮合原理进行加工的。所用刀具称为齿轮滚刀。常用的滚刀为渐开线滚刀，即滚刀的基本蜗杆的螺纹表面是渐开线螺旋面。这种滚刀可以切出理论上完全理想的渐开线齿形。但这种滚刀制造及检查很困难， 生产中很少采用。通常采用近似造形方法，如采

15、用阿基米得基本蜗杆滚刀和法向直廓基本蜗杆滚刀。 滚齿是齿形加工中生产率较高、应用最广的一种加工方法。滚齿加工通用性好，既可加工圆柱齿轮，又可加工蜗轮；既可加工渐开线齿形又可加工圆弧、摆线等齿形；既可加工小模数、小直径齿轮，又可加工大模数、大直径齿轮。 （2）插齿加工 加工原理是展成法原理。它用来加工内、外啮合的圆柱齿轮，尤其适合于加工内齿轮和多联齿轮，这是滚齿机无法加工的。装上附件，插齿机还能加工齿条,9.3 齿轮的加工概述,9.3.6齿轮的加工工艺分析 齿坯加工方案 齿坯加工工艺方案主要取决于齿轮的轮体结构，技术要求和生产类型。齿坯加工的主要内容有：齿坯的孔、端面、顶尖孔（轴类齿轮）以及齿圈

16、外圆和端面的加工。对于轴类齿轮和套筒齿轮的齿坯，其加工过程和一般轴、套类基本相同，以下主要讨论盘类齿轮齿坯的加工工艺方案。 单件小批生产的齿坯加工 一般齿坯的孔、端面及外圆的粗、精加工都在通用车床上经两次装夹完成，但必须注意将孔和基准端面的精加工在一次装夹内完成，以保证位置精度，这一点一定要注意。 成批生产的齿坯加工 成批生产齿坯时，经常采用“车拉车”的工艺方案。 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加工。在加工中等尺寸齿轮齿坯时，均多采用“钻拉多刀车”的工艺方案 。,9.3 齿轮的加工概述, 齿形加工方案 主要取决于齿轮的精度等级，结构形状、生产类型和齿轮的热处理方法及生产工厂的现有条件，对于不同精度等级的齿轮，常用的齿形加工方案如下： 8级或8级精度以下的齿轮加工方案： 对于不淬硬的齿轮