轴类零件加工工艺分析与设计.ppt
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- 零件 加工 工艺 分析 设计
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1、机械制造技术工作项目之一:机械制造技术工作项目之一:轴类零件的加工工艺分析与设计轴类零件的加工工艺分析与设计机械制造技术工作项目之一:机械制造技术工作项目之一:轴类零件的加工工艺分析与设计轴类零件的加工工艺分析与设计1.2 轴类零件的技术要求轴类零件的技术要求以平面为基准的平行度公差带以平面为基准的平行度公差带以轴线为基准的以轴线为基准的 垂直度公差带垂直度公差带同轴度公差带同轴度公差带(1)一般形状公差应比位置公差小:一般形状公差应比位置公差小:同一要素上给定的形状公差值应小于位置公差值。同一要素上给定的形状公差值应小于位置公差值。如同一平面上,平面度公差值应小于该平面对基准的如同一平面上,
2、平面度公差值应小于该平面对基准的平行度公差值。平行度公差值。(2)表面粗糙度与形状公差的大概的比例关系:表面粗糙度与形状公差的大概的比例关系:通常,表面粗糙度的通常,表面粗糙度的Ra值可取为形状公差值的值可取为形状公差值的(20%25%)。1.2 轴类零件的技术要求轴类零件的技术要求v(1)加工精度加工精度 v1)尺寸精度尺寸精度 轴类零件的尺寸精度主要指轴的直径尺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寸精度和轴长尺寸精 度。度。v按使用要求,主要轴颈直径尺寸精度通常为按使用要求,主要轴颈直径尺寸精度通常为IT6-IT9级,精密的轴颈也可达级,精密的轴颈也可达IT5级。级。v2)
3、几何精度几何精度 v轴类零件一般是用两个轴颈支撑在轴承上,轴类零件一般是用两个轴颈支撑在轴承上,这两个轴颈称为支撑轴颈,也是轴的装配基这两个轴颈称为支撑轴颈,也是轴的装配基准。准。v对于一般精度的轴颈,几何形状误差应限制对于一般精度的轴颈,几何形状误差应限制在直径公差范围内,要求高时,应在零件图在直径公差范围内,要求高时,应在零件图样上另行规定其允许的公差值。样上另行规定其允许的公差值。v3)相互位置精度相互位置精度 v轴类零件中的配合轴颈(装配传动件的轴颈)相对轴类零件中的配合轴颈(装配传动件的轴颈)相对于支撑轴颈间的同轴度是其相互位置精度的普遍要于支撑轴颈间的同轴度是其相互位置精度的普遍要
4、求。求。v通常普通精度的轴,配合精度对支撑轴颈的径向圆通常普通精度的轴,配合精度对支撑轴颈的径向圆跳动一般为跳动一般为0.01-0.03mm,高精度轴为,高精度轴为0.001-0.005mm。v(2)表面粗糙度表面粗糙度 v 根据机械的精密程度,运转速度的高低,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。轴类零件表面粗糙度要求也不相同。v一般情况下,支撑轴颈的表面粗糙度一般情况下,支撑轴颈的表面粗糙度 Ra值为值为0.63-0.16 m;配合轴颈的表面粗糙度;配合轴颈的表面粗糙度Ra值值为为2.5-0.63 m 任务任务2:分析零件图,确定支撑轴颈的公差尺寸。:分析零件
5、图,确定支撑轴颈的公差尺寸。选择加工、测量所用的刀具和量具。选择加工、测量所用的刀具和量具。零件机械加工时,哪些要素应着重保障?零件机械加工时,哪些要素应着重保障?1.3 轴类零件的材料和毛坯轴类零件的材料和毛坯v常用的轴类零件材料有常用的轴类零件材料有 35、45、50优质碳素钢优质碳素钢v对于受载荷较小或不太重要的轴也可用对于受载荷较小或不太重要的轴也可用Q235、Q255v轴向尺寸、重量受限制或者某些有特殊要求的可采用合金钢轴向尺寸、重量受限制或者某些有特殊要求的可采用合金钢v40Cr经调质处理后具有较好的综合力学性能经调质处理后具有较好的综合力学性能v若是在高速、重载条件下工作的轴类零
6、件,选用若是在高速、重载条件下工作的轴类零件,选用20Cr、20CrMnTi、20Mn2B等低碳钢或等低碳钢或38CrMoA1A渗碳钢渗碳钢(2)轴类零件的毛坯轴类零件的毛坯v轴类零件的毛坯常见的有型材(圆棒料)和轴类零件的毛坯常见的有型材(圆棒料)和锻件。锻件。v大型的,外形结构复杂的轴也可采用铸件。大型的,外形结构复杂的轴也可采用铸件。v内燃机中的曲轴一般均采用铸件毛坯。内燃机中的曲轴一般均采用铸件毛坯。工件材料的切削加工性分级切削加工性分级高锰钢、不锈钢是常用的难加工材料高锰钢、不锈钢是常用的难加工材料。改善改善工件工件材料切削加工性的途径材料切削加工性的途径v1.进行适当的热处理进行适
7、当的热处理v将工件材料进行适当的热处理是改善材料切削加工性的主要措施。将工件材料进行适当的热处理是改善材料切削加工性的主要措施。v对于性质很软、塑性很高的低碳钢对于性质很软、塑性很高的低碳钢,加工时不易断屑、容易硬化。加工时不易断屑、容易硬化。v往往采用正火的办法往往采用正火的办法,提高其强度和硬度、降低韧性提高其强度和硬度、降低韧性,从而改善其切削加从而改善其切削加工性。工性。v对于硬度很高的高碳工具钢对于硬度很高的高碳工具钢,加工时刀具极易磨损。可以采用球化退火的加工时刀具极易磨损。可以采用球化退火的办法办法,降低其硬度降低其硬度,从而改善其切削加工性。从而改善其切削加工性。v 2.改变加
8、工条件改变加工条件v 合理选择刀具材料、刀具几何参数、切削用量也是改善材料切削加合理选择刀具材料、刀具几何参数、切削用量也是改善材料切削加工性的有效措施。工性的有效措施。v1.4 外圆表面的加工方法和加工方案外圆表面的加工方法和加工方案v1、外圆表面的加工方法及加工精度外圆表面的加工方法及加工精度 v外圆表面常用的机械加工方法有车削、磨削和各种光整加工方法。外圆表面常用的机械加工方法有车削、磨削和各种光整加工方法。v车削加工是外圆表面最经济有效的加工方法,但就其经济精度来说,一车削加工是外圆表面最经济有效的加工方法,但就其经济精度来说,一般适于作为外圆表面粗加工和半精加工方法;般适于作为外圆表
9、面粗加工和半精加工方法;v磨削加工是外圆表面主要精加工方法,特别适用于各种高硬度和淬火后磨削加工是外圆表面主要精加工方法,特别适用于各种高硬度和淬火后的零件精加工;的零件精加工;v光整加工是精加工后进行的超精密加工方法(如滚压、抛光、研磨等),光整加工是精加工后进行的超精密加工方法(如滚压、抛光、研磨等),适用于某些精度和表面质量要求很高的零件。适用于某些精度和表面质量要求很高的零件。第二节第二节 外圆表面加工外圆表面加工一、外圆表面的车削加工一、外圆表面的车削加工1、加工方法、加工方法1)粗车粗车主要任务主要任务:以去除余量为目的,以提高生产率为目:以去除余量为目的,以提高生产率为目标。标。
10、切削用量切削用量:背吃刀量和进给量较大,切削速度较低;背吃刀量和进给量较大,切削速度较低;刀具参数刀具参数:主偏角较大,前、后角较小,刃倾角为主偏角较大,前、后角较小,刃倾角为负值负值加工精度加工精度:IT12-11,Ra50-12.52)精车精车主要任务主要任务:保证加工精度和表面质量。:保证加工精度和表面质量。切削用量切削用量:背吃刀量和进给量较小,背吃刀量和进给量较小,切削速度切削速度较高;较高;刀具参数刀具参数:前、后角较大,刃倾角为前、后角较大,刃倾角为正值;正值;加工精度加工精度:IT8-7(6),Ra1.6-0.83)精细车精细车 主要任务主要任务:以提高加工精度和表面质量为主:
11、以提高加工精度和表面质量为主要任务。要任务。切削用量切削用量:背吃刀量和进给量极小,切削速背吃刀量和进给量极小,切削速度很高;度很高;刀具参数刀具参数:一般采用立方氮化硼、金刚石等一般采用立方氮化硼、金刚石等超硬材料刀具进行加工。超硬材料刀具进行加工。加工精度加工精度:IT6级以上,级以上,Ra0.4-0.05用途用途:多用于有色金属工件的精密加工。多用于有色金属工件的精密加工。二、外圆表面的磨削加工二、外圆表面的磨削加工1、加工方法、加工方法1)工件有中心支承的外圆磨削工件有中心支承的外圆磨削纵向进给磨削纵向进给磨削特点特点:磨削精度较高,表面粗糙度较小,生产率较低磨削精度较高,表面粗糙度较
12、小,生产率较低适用适用:单件小批量生产中磨削较长的外圆表面:单件小批量生产中磨削较长的外圆表面横向进给磨削横向进给磨削(切入磨法切入磨法)特点特点:加工精度低,表面粗糙度较大,生产率较高:加工精度低,表面粗糙度较大,生产率较高适用适用:大批大量生产中加工刚性较好的工件外圆表面成形:大批大量生产中加工刚性较好的工件外圆表面成形表面。表面。2)工件无中心支承的外圆磨削(无心磨削)工件无中心支承的外圆磨削(无心磨削)2、外圆磨削的尺寸控制、外圆磨削的尺寸控制:加工过程中主动测量。加工过程中主动测量。3、外圆磨削加工的工艺特点及应用范围、外圆磨削加工的工艺特点及应用范围 工艺特点:工艺特点:磨粒硬度高
13、,能加工一般金属切削刀具所不能加工的工件磨粒硬度高,能加工一般金属切削刀具所不能加工的工件表面;表面;能切除极薄极细的切屑,修正误差的能力强,加工精度高,能切除极薄极细的切屑,修正误差的能力强,加工精度高,表面粗糙度较小。表面粗糙度较小。应用范围应用范围:广泛用于精加工,但不适于加工塑性较大的材料。广泛用于精加工,但不适于加工塑性较大的材料。新形高速磨削和高效磨削得到发展。新形高速磨削和高效磨削得到发展。三、外圆表面的精整、光整加工三、外圆表面的精整、光整加工定义定义:精加工后,从工件表面上不切除或切除极精加工后,从工件表面上不切除或切除极薄金属层,用以提高加工表面的尺寸和形状精度、薄金属层,
14、用以提高加工表面的尺寸和形状精度、减小表面粗糙度或用以强化表面的加工方法。减小表面粗糙度或用以强化表面的加工方法。目的目的:减小表面粗糙度。(提高尺寸精度和形状:减小表面粗糙度。(提高尺寸精度和形状精度)精度)分类分类:研磨、超精加工、滚压、抛光:研磨、超精加工、滚压、抛光1、研磨、研磨1)原理原理2)研具研具:比工件材料软,常用硬度为:比工件材料软,常用硬度为120-160HBS的铸铁的铸铁 3)研磨剂研磨剂:磨料、研磨液、表面活性物质磨料、研磨液、表面活性物质 磨料磨料:刚玉、碳化硅、碳化硼等。:刚玉、碳化硅、碳化硼等。研磨液研磨液:煤油、汽油、机油、工业甘油等;:煤油、汽油、机油、工业甘
15、油等;表面活性物质表面活性物质:油酸、硬脂酸:油酸、硬脂酸 4)分类分类:手工研磨、机械研磨:手工研磨、机械研磨5)工艺特点工艺特点:设备和研具简单、成本低、容易保证质量。具有较设备和研具简单、成本低、容易保证质量。具有较强的对强的对误差与缺陷的修正能力,能提高加工表面的尺误差与缺陷的修正能力,能提高加工表面的尺寸精度、形状精度和寸精度、形状精度和减小表面粗糙度。但不能提高位置减小表面粗糙度。但不能提高位置精度,生产率较低。精度,生产率较低。6)应用应用:可加工钢、铸铁、硬质合金、光学玻璃、陶瓷:可加工钢、铸铁、硬质合金、光学玻璃、陶瓷等多种材料。等多种材料。2、超精加工、超精加工 1)原理原
16、理:2)工艺特点工艺特点:设备简单、自动化程度高、操作简便、设备简单、自动化程度高、操作简便、生产效率高。生产效率高。能减小表面粗糙度,但不能提高工件能减小表面粗糙度,但不能提高工件的加工精度。的加工精度。分析确定下列轴零件的加工方案分析确定下列轴零件的加工方案外圆表面加工方案外圆表面加工方案 车削加工方案的确定车削加工方案的确定v一般根据零件的一般根据零件的加工精度、表面粗糙度加工精度、表面粗糙度、材料、结构形状、尺寸及生产、材料、结构形状、尺寸及生产类型确定零件表面的车削加工方法及加工方案。类型确定零件表面的车削加工方法及加工方案。v(1)加工精度为加工精度为IT7IT8级、级、Ra0.8
17、1.6m的除淬火钢以外的常用金属,的除淬火钢以外的常用金属,可采用普通型数控可采用普通型数控车床,按粗车、半精车、精车的方案加工。车床,按粗车、半精车、精车的方案加工。v(2)加工精度为加工精度为IT5IT6级、级、Ra0.20.63m的除淬火钢以外的常用金属,的除淬火钢以外的常用金属,按粗车、半精车、精车、细车的方案加工。按粗车、半精车、精车、细车的方案加工。v(3)加工精度高于加工精度高于IT5级、级、Ra60m/min)c60m/min)切削时,切削温度较高,切削时,切削温度较高,这两种情况的摩擦系数均较小,故不易形成积屑瘤。这两种情况的摩擦系数均较小,故不易形成积屑瘤。中速中速(v v
18、c20m/min)c20m/min)时,积屑瘤的高度达到最大值。时,积屑瘤的高度达到最大值。5 5 切屑的类型与控制切屑的类型与控制形成条件影响名称名称简图形态变形带状带状,底面光滑,底面光滑,背面呈毛茸状,背面呈毛茸状节状节状,底面光滑有裂,底面光滑有裂纹,背面呈锯齿状纹,背面呈锯齿状粒状粒状不规则不规则块状块状颗粒颗粒剪切滑移尚未达剪切滑移尚未达到断裂程度到断裂程度局部剪切应力达到断局部剪切应力达到断裂强度裂强度剪切应力完全达剪切应力完全达到断裂强度到断裂强度未经塑性变形即未经塑性变形即被挤裂被挤裂切削塑性材料,切削塑性材料,速度高,切削厚速度高,切削厚度小度小 前角大前角大加工塑性材料,
19、加工塑性材料,切削速度较低,切削速度较低,进给量较大,进给量较大,刀具前角较小刀具前角较小工件材料硬度较工件材料硬度较高,韧性较低,高,韧性较低,切削速度较低切削速度较低加工硬脆材料,加工硬脆材料,刀具前角较小刀具前角较小切削过程平稳,切削过程平稳,表面粗糙度小,表面粗糙度小,妨碍切削工作,妨碍切削工作,应设法断屑应设法断屑切削过程欠平稳,切削过程欠平稳,表面粗糙度欠佳表面粗糙度欠佳切削力波动较大,切削力波动较大,切削过程不平稳,切削过程不平稳,表面粗糙度不佳表面粗糙度不佳切削力波动大,有切削力波动大,有冲击,表面粗糙度冲击,表面粗糙度恶劣,易崩刀恶劣,易崩刀带状切屑带状切屑挤裂切屑挤裂切屑单
20、元切屑单元切屑崩碎切屑崩碎切屑切屑类型及形成条件切屑类型及形成条件切屑的类型与控制切屑的类型与控制带状切屑节状切屑粒状切屑崩碎切屑图3-6 切屑形态照片切屑的类型与控制切屑的类型与控制v 为使切削过程正常进行和保证已加工表面质量,应使切为使切削过程正常进行和保证已加工表面质量,应使切屑卷曲和折断。屑卷曲和折断。v 切屑的卷曲是切屑基本变形或经过卷屑槽使之产生附加切屑的卷曲是切屑基本变形或经过卷屑槽使之产生附加变形的结果(图变形的结果(图3-7)图3-7 切屑的卷曲图3-8 断屑的产生v断屑是对已变形的切屑再附加一次变形(常需有断屑装置,断屑是对已变形的切屑再附加一次变形(常需有断屑装置,图图3
21、-8)切削用量的合理选择切削用量的合理选择 切削深度切削深度a ap p 尽可能一次切除全部余量,余量过大时可分尽可能一次切除全部余量,余量过大时可分2 2次走刀次走刀,第一次取,第一次取2/32/33/4 3/4 进给量进给量f f粗切时根据工艺系统强度和刚度确定粗切时根据工艺系统强度和刚度确定(计算或查表计算或查表)精切时根据加工表面粗糙度要求确定精切时根据加工表面粗糙度要求确定(计算或查计算或查表表)切削速度切削速度v v 根据规定的刀具耐用度确定根据规定的刀具耐用度确定(计算或查表计算或查表)切削用量的合理选择切削用量的合理选择切削液的合理选择切削液的合理选择切削液的作用切削液的作用
22、冷却,降低切削温度;冷却,降低切削温度;冷却快慢:水、乳化液、油冷却快慢:水、乳化液、油 润滑,减少摩擦,提高刀具寿命,提高加工质润滑,减少摩擦,提高刀具寿命,提高加工质量;量;切削液在切屑、工件与刀具界面之间形成边界切削液在切屑、工件与刀具界面之间形成边界润滑润滑1.清洗与防锈。清洗与防锈。切削液的合理选择切削液的合理选择切削液的选用切削液的选用 水溶液,主要起冷却作用。水溶液,主要起冷却作用。切削油,主要起润滑作用。切削油,主要起润滑作用。乳化液乳化液,使用较广,由乳化剂加水配制而成。含,使用较广,由乳化剂加水配制而成。含水多的主要起冷却作用,用于粗加工和磨削,浓水多的主要起冷却作用,用于
23、粗加工和磨削,浓度高的主要起润滑作用,适于精加工。度高的主要起润滑作用,适于精加工。1.极压切削油和极压乳化液。极压切削油和极压乳化液。车削刀具车削刀具车刀的种类和用途车刀的种类和用途刀具的种类刀具的种类2、刀具类型刀具类型:(1)按进刀方向:左、右、中间进刀;)按进刀方向:左、右、中间进刀;(2)按加工位置:内孔、外圆、端面;)按加工位置:内孔、外圆、端面;(3)按加工形状:槽、螺纹、仿形。)按加工形状:槽、螺纹、仿形。车刀内孔用车刀内孔用项目任务项目任务5:金属切削机床基本知识金属切削机床基本知识每个组又分10个系,组别、系别代号用09表示。前一位表示组别,后一位表示系别。表2-1 机床的
24、类别代号表2-3 通用特性代号机床的分类与型号机床的分类与型号用主参数或第二主参数值的1/10或1/100表示按A、B、C的顺序选用例如例如CA6140型卧式车床的代号意义为:型卧式车床的代号意义为:C A 6 1 40主参数(最大车削直径主参数(最大车削直径400mm)系别代号(卧式车床系)系别代号(卧式车床系)组别代号(落地及卧式车床组)组别代号(落地及卧式车床组)结构特性代号(结构不同)结构特性代号(结构不同)类别代号类别代号机床的分类与型号机床的分类与型号主参数基本参数尺寸参数运动参数动力参数主要技术参数尺寸参数尺寸参数指机床的主要结构尺寸,表示机床的加工范围,指机床的主要结构尺寸,表
25、示机床的加工范围,包括主参数、第二主参数和其他参数。包括主参数、第二主参数和其他参数。运动参数运动参数 指机床执行件运动速度。指机床执行件运动速度。回转运动机床,为主轴的回转运动机床,为主轴的最高、最低转速最高、最低转速n(r/min);直线运动机床,为工作台或滑枕直线运动机床,为工作台或滑枕每分钟往返次数每分钟往返次数;进给运动的进给运动的最大、最小进给量。最大、最小进给量。动力参数动力参数 指驱动机床运动的电动机功率指驱动机床运动的电动机功率。应根据切削用量和传动系统的效率来确定。应根据切削用量和传动系统的效率来确定。精度参数精度参数 如主轴回转精度、工作台定位精度等。如主轴回转精度、工作
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