蜗杆轴零件的加工工艺.doc
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1、蜗杆轴的加工工艺一、概述1 蜗杆轴类零件的功用与构造蜗杆轴是组成机械的重要零件,也是机械加工中常见的典型零件之一。它支撑着其它转动件回转并传递扭矩,同时又通过轴承与机器的机架连接。蜗杆轴类零件是旋转零件,其长度大于直径,由外圆柱面、圆锥面、内孔、螺纹及相应端面所组成。加工外表通常除了内外圆外表、圆锥面、螺纹、端面外,还有花键、键槽、横向孔、沟槽等。依据功用和构造外形,蜗杆轴类有多种形式,如光轴、空心轴、半轴、阶梯轴、花键轴、偏心轴、曲轴、凸轮轴等。如图1图 1蜗杆轴2 蜗杆轴类零件的技术要求2.1 加工精度1) 尺寸精度蜗杆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。按使用要求,主
2、要轴颈直径尺寸精度通常为IT6-IT9 级,周密的轴颈也可达IT5 级。轴长尺寸通常规定为公称尺寸,对于阶梯轴的各台阶长度按使用要求可相应给定公差。2) 几何精度蜗杆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,也是轴的装配基准。除了尺寸精度外,一般还对支撑轴颈的几 何精度圆度、圆柱度提出要求。对于一般精度的轴颈,几何外形误差应限制在直径公差范围内,要求高时,应在零件图样上另行规定 其允许的公差值。3) 相互位置精度 蜗杆轴类零件中的协作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求。通常一般精度的轴,协作精度对支撑轴颈的径向圆跳动一般为 0.01-0
3、.03mm, 高精度轴为10.001-0.005mm。此外,相互位置精度还有内外圆柱面的同轴度,轴向定位端面与轴心线的垂直度要求等。2.2 外表粗糙度依据机械的周密程度,运转速度的凹凸,轴类零件外表粗糙度要求也不一样。一般状况下,支撑轴颈的外表粗糙度 Ra 值为 0.63-0.16 m ;协作轴颈的外表粗糙度Ra 值为 2.5-0.63m3 蜗杆轴类零件的材料和毛坯3.1 蜗杆轴类零件的材料蜗杆轴类零件材料的选取,主要依据轴的强度、刚度、耐磨性以及制造工艺性而打算, 力求经济合理。常用的蜗杆轴类零件材料有 35、45、50 优质碳素钢,以 45 钢应用最为广泛。对于受载荷较小或不太重要的轴也可
4、用Q235、Q255 等一般碳素钢。对于受力较大,轴向尺寸、重量受限制或者某些有特别要求的可承受合金钢。如 40Cr 合金钢可用于中等精度,转速较高的工作场合,该材料经调质处理后具有较好的综合力学 性能;选用Cr15、65Mn 等合金钢可用于精度较高,工作条件较差的状况,这些材料经调质和外表淬火后其耐磨性、耐疲乏强度性能都较好;假设是在高速、重载条件下工作的蜗杆轴类零件,选用20Cr、20CrMnTi、20Mn2B 等低碳钢或 38CrMoA1A 渗碳钢,这些港经渗碳淬火或渗氮处理后,不仅有很高的外表硬度,而且其心部强度也大大提高,因此具有良好的耐磨性、抗冲击韧性和耐疲乏强度的性能。球墨铸铁、
5、高强度铸铁由于铸造性能好,且具有减振性能,常在制造外形构造简单的 轴中承受。特别是我国研制的稀土镁球墨铸铁,抗冲击韧性好,同时还具有减摩、吸 振,对应力集中敏感性小等优点,已被应用于制造汽车、拖拉机、机床上的重要轴类零件。3.2 蜗杆轴类零件的毛坯蜗杆轴类零件的毛坯常见的有型材圆棒料和锻件。大型的,外形构造简单的轴也可承受铸件。内燃机中的曲轴一般均承受铸件毛坯。型材毛坯分热轧或冷拉棒料,均适合于光滑轴或直径相差不大的阶梯轴。锻件毛坯经加热锻打后,金属内部纤维组织沿外表分布,因而有较高的抗拉、抗弯及抗扭转强度,一般用于重要的轴。二、蜗杆轴加工的工艺分析实例,图 2 所示为一蜗杆轴,材料选用 40
6、Cr 钢。产品属于小批量生产。2图 2 蜗杆轴该蜗杆轴 20j6, 17k5 两外圆外表为支撑轴颈;锥体局部是装配离合器的外表;M18 1 处装配圆螺母来固定轴承的轴向位置。依据外形构造其毛坯选用 50mm 的圆钢棒料,在锯床上按 240mm 长度下料。1、蜗杆轴加工的工艺路线1.1 根本加工路线外圆加工的方法很多,根本加工路线可归纳为四条。 粗车半精车精车对于一般常用材料,这是外圆外表加工承受的最主要的工艺路线。 粗车半精车粗磨精磨对于黑色金属材料,精度要求高和外表粗糙度值要求较小、零件需要淬硬时, 其后续工序只能用磨削而承受的加工路线。 粗车半精车精车金刚石车对于有色金属,用磨削加工通常不
7、易得到所要求的外表粗糙度,由于有色金属一般比较软,简洁堵塞沙粒间的空隙,因此其最终工序多用精车和金刚石车。 粗车半精粗磨精磨光整加工对于黑色金属材料的淬硬零件,精度要求高和外表粗糙度值要求很小,常用此加工路线。1.2 典型加工工艺路线蜗杆轴的主要加工外表是外圆外表,也还有常见的特特形外表,因此针对各种精度等级和外表粗糙度要求,按经济精度选择加工方法。对一般精度的蜗杆轴加工,其典型的工艺路线如下:毛坯及其热处理预加工车削外圆铣键槽花键槽、沟槽热处理磨削 终检。1) 蜗杆轴的预加工轴类零件的预加工是指加工的预备工序,即车削外圆之前的工艺。校直 毛坯在制造、运输和保管过程中,常会发生弯曲变形,为保证
8、加工余量均匀及装夹牢靠,一般冷态下在各种压力机或校值机上进展校直。2) 蜗杆轴加工的定位基准和装夹3 以工件的中心孔定位 在轴的加工中,零件各外圆外表,锥孔、螺纹外表的同轴度,端面对旋转轴线的垂直度是其相互位置精度的主要工程,这些外表的 设计基准一般都是轴的中心线,假设用两中心孔定位,符合基准重合的原则。 中心孔不仅是车削时的定为基准,也是其它加工工序的定位基准和检验基准, 又符合基准统一原则。当承受两中心孔定位时,还能够最大限度地在一次装 夹中加工出多个外圆和端面。 以外圆和中心孔作为定位基准一夹一顶用两中心孔定位虽然定心精度高, 但刚性差,尤其是加工较重的工件时不够稳固,切削用量也不能太大
9、。粗加 工时,为了提高零件的刚度,可承受轴的外圆外表和一中心孔作为定位基准 来加工。这种定位方法能承受较大的切削力矩,是轴类零件最常见的一种定 位方法。 以两外圆外表作为定位基准 在加工空心轴的内孔时,例如:机床上莫氏锥度的内孔加工,不能承受中心孔作为定位基准,可用轴的两外圆外表作为定位基准。当工件是机床主轴时,常以两支撑轴颈装配基准为定位基准, 可保证锥孔相对支撑轴颈的同轴度要求,消退基准不重合而引起的误差。 以带有中心孔的锥堵作为定位基准 在加工空心轴的外圆外表时,往往还承受代中心孔的锥堵或锥套心轴作为定位基准。2、蜗杆轴的加工工艺过程2.1 外圆外表的加工方法和加工精度轴类、套类和盘类零
10、件是具有外圆外表的典型零件。外圆外表常用的机械加工方法有车削、磨削和各种光整加工方法。车削加工是外圆外表最经济有效的加工方法,但就其经济 精度来说,一般适于作为外圆外表粗加工和半精加工方法;磨削加工是外圆外表主要精加工方法,特别适用于各种高硬度和淬火后的零件精加工;光整加工是精加工后进展的超周密加工方法如滚压、抛光、研磨等,适用于某些精度和外表质量要求很高的零件。由于各种加工方法所能到达的经济加工精度、外表粗糙度、生产率和生产本钱各不一样,因 此必需依据具体状况,选用合理的加工方法,从而加工出满足零件图纸上要求的合格零件。表 1 为外圆外表各种加工方案和经济加工精度。序号加工方法经济精度公差等
11、级经济粗糙度Ra值 /m适用范围1粗车IT13-IT1150-12.5适用于淬火钢以2粗车 -半精车IT10-IT86.3-3.2外的各种金属3粗车 -半精车-精车IT8-IT71.6-0.84粗车 -半精车-精车-滚压IT8-IT70.2-0.0255粗车 -半精车-磨削IT8-IT70.8-0.4主要用于淬火钢,也可用于未6粗车 -半精车-粗磨-精磨IT7-IT60.4-0.1淬火钢7粗车 -半精车-粗磨-精磨-超IT50.1-0.0128精加工或轮式超精磨粗车 -半精车-精车-精细车IT7-IT60.4-0.025主要用于要求较10金刚车高的有色金属9粗车 -半精车-粗磨-精磨-超精磨或
12、镜面磨IT5 以上0.025-0.006极高精度的外圆加工10粗车 -半精车-粗磨-精磨-研磨IT5 以上Rz0.1表 12.2 外圆外表的车削加工(1) 外圆车削的形式轴类零件外圆外表的主要加工方法是车削加工。主要的加工形式有:1) 荒车 自由锻件和大型铸件的毛坯,加工余量很大,为了削减毛坯外圆外形误差和位置偏差,使后续工序加工余量均匀,以去除外外表的氧化皮为主的外圆加工,一般切除余量为单面 1-3mm。2) 粗车中小型锻、铸件毛坯一般直接进展粗车。粗车主要切去毛坯大局部余量一般车 出阶梯轮廓,在工艺系统刚度容许的状况下,应选用较大的切削用量以提高生产效率。 3半精车 一般作为中等精度外表的
13、最终加工工序,也可作为磨削和其它加工工序的预加工。对于精度较高的毛坯,可不经粗车,直接半精车。4) 精车外圆外表加工的最终加工工序和光整加工前的预加工。5) 精细车 高精度、细粗糙度外表的最终加工工序。适用于有色金属零件的外圆外表加工, 但由于有色金属不宜磨削,所以可承受精细车代替磨削加工。但是,精细车要求机床精度高,刚性好,传动平稳,能微量进给,无爬行现象。车削中承受金刚石或硬质合金刀具,刀具主偏角选大些 45 o -90 o,刀具的刀尖圆弧半径小于0.1-1.0mm,以削减工艺系统中弹性变形及振动。(2) 车削方法的应用1一般车削 适用于各种批量的轴类零件外圆加工,应用格外广泛。单件小批量
14、常承受卧房车床完成车削加工;中批、大批生产则承受自动、半自动车床和专用车床完成车削加工。2)数控车削 适用于单件小批和中批生产。近年来应用愈来愈普遍,其主要优点为柔性好,更换加工零件时设备调整和预备时间短;加工时关心时间少,可通过优化切削参数和适 应把握等提高效率;加工质量好,专用工夹具少,相应生产预备本钱低;机床操作技术要求 低,不受操作工人的技能、视觉、精神、体力等因素的影响。对于轴类零件,具有以下特征适宜选用数控车削。构造或外形简单,一般加工操作难度大,工时长,加工效率低的零件。加工精度全都性要求较高的零件。切削条件多变的零件,如零件由于外形特点需要切槽,车孔,车螺纹等,加工中要屡次转变
15、切削用量。批量不大,但每批品种多变并有肯定简单程度的零件。对带有键槽,径向孔含螺钉孔、端面有分布的孔含螺钉孔系的蜗杆轴类零件,如带 法兰的轴,带键槽或方头的轴,还可以在车削加工中心上加工,除了能进展一般数控车削外, 零件上的各种槽、孔含螺钉孔、面等加工外表也可一并能加工完毕。工序高度集中,其 加工效率较一般数控车削更高,加工精度也更为稳定牢靠。2.3 外圆外表的磨削加工(1) 外圆外表磨削的工艺范围用磨具以较高的线速度对工件外表进展加工的方法称为磨削。磨削加工是一种多刀多刃的高速切削方法,它使用于零件精加工和硬外表的加工。磨削的工艺范围很广,可以划分为粗磨、精磨、细磨及镜面磨。磨削加工承受的磨
16、具或磨料具有颗粒小,硬度高,耐热性好等特点,因此可以加 工较硬的金属材料和非金属材料,如淬硬钢、硬质合金道具、陶瓷等;加工过程中同时参与切削运动的颗粒多,能切除极薄极细的切屑,因而加工精度高,外表粗糙度值小。磨削加工 作为一种精加工方法,在生产中得到广泛的应用。目前,由于强力磨削的进展,也可直接将毛坯磨削到所需要的尺寸和精度,从而获得了较高的生产率。(2) 外圆外表磨削的常用方法1)纵磨法砂轮高速旋转起切削作用,工件旋转作圆周进给运动,并和工作台一起作纵向往复直 线进给运动。工作台每往复一次,砂轮沿磨削深度方向完成一次横向进给,每次进给吃刀 深度都很小,全部磨削余量是在屡次往复行程中完成的。当
17、工件磨削接近最终尺寸时尚 有余量 0.005-0.01mm,应无横向进给光磨几次,直到火花消逝为止。纵磨法加工精度和外表质量较高,适应性强,用同一砂轮可磨削直径和长度不同的工件,但生产率低。在单件、小批量生产及精磨中应用广泛,特别适用于磨削瘦长轴等刚性差的工件。2) 横磨法切入法工件不作纵向往复运动,砂轮以缓慢的速度连续或连续地向工件作横向进给运动,直到 磨去全部余量。横磨时,工件与砂轮的接触面积大,磨削力大,发热量大而集中,所以易发生工件变形、烧刀和退火。横磨法生产效率高,适用于成批或大量生产中,磨削长度短、刚性好、精度低的外圆外表及两侧都有台肩的轴径。假设将砂轮修整成型,也可直接磨削成型面
18、。3) 综合磨法先用横磨法将工件分段进展粗磨,相邻之间有 5-15mm 搭接,每段上留有 0.01-0.03mm 的精磨余量,精磨时承受纵磨法。这种磨削方法综合了纵磨和横磨的优点,适用于磨削余量较大余量 0.7-0.6mm的工件。4) 深磨法磨削时承受较小的纵向进给量 1-2mm/r和较大的吃刀深度0.2-0.6mm在一次走刀中磨去全部余量。为避开切削负荷集中和砂轮外圆棱角快速磨钝,应将砂轮修整成锥形或 台阶形,外径小的台阶起粗磨作用,可修粗些;外径大的起精磨作用,修细些。深磨法可获得较高的精度和生产率,外表粗糙度值较小,适用于大批量生产中,加工刚性好的短轴。(3) 外圆外表的无心磨削在无心磨
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- 蜗杆 零件 加工 工艺
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