减速箱输出轴的切削加工工艺.docx
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减速箱输出轴的切削加工工艺
减速箱输出轴的切削加工工艺
一、学习目标
知识目标：
·了解铣削、刨削、拉削和磨削的加工特点及应用；
·掌握在刨床、铣床上加工水平面、垂直面及沟槽的操作；
·掌握在平面磨床及外圆磨床上进行磨削的基本操作；
·熟悉在钻削和镗削孔的基本操作。
能力目标：
·能正确选择简单零件的加工工艺流程；
·能独立完成简单零件的切削加工。
二、任务引入
图7-25输出轴
减速箱中的输出轴如图7-25所示，属于阶梯轴。
阶梯轴是轴类零件中用得最多的一种，它一般由外圆、轴肩、螺纹、螺纹退刀槽、砂轮越程槽和键槽等组成。
车削和磨削是加工阶梯轴零件的主要加工方法，其一般的加工工序安排为：
准备毛坯→正火→切端面打中心孔→粗车→调质→半精车→精车→表面淬火→粗、精磨外圆表面→终检。
轴上的花键、键槽、螺纹、齿轮等表面的加工，一般都放在外圆半精加工以后，精磨之前进行。
三、相关知识
（一）铣削
铣削是平面的主要加工方法之一。
铣削时，铣刀的旋转是主运动，零件随工作台的运动是进给运动。
铣床的种类很多，常用的是升降台卧式铣床和立式铣床。
铣削大型零件的平面则用龙门铣床，生产率较高，多用于批量生产。
1．铣削的工艺特点和应用
（1）铣刀是典型的多齿刀具，有几个刀齿同时参加工作，并且参与切削的切削刃较长，切削速度也较高，且无空回行程，故生产率较高。
但加工狭长平面或长直槽时，刨削比铣削生产率高。
（a）圆柱铣刀铣平面（b）立铣刀铣台阶面（c）套式端面铣刀铣平面（d）端铣刀铣大平面
（e）三面刃铣刀铣直槽（f）T形铣刀铣T形槽（g）角度铣刀铣V形槽（h）键槽铣刀铣键槽
（i）燕尾槽铣刀铣燕尾槽（j）成形铣刀铣凸圆弧（k）齿轮铣刀铣齿轮（l）螺旋槽铣刀铣螺旋槽
图7-26铣削加工的主要应用范围
（2）铣削力变动较大，切削过程不平稳，容易产生振动，这就限制了铣削加工质量和生产率的进一步提高。
（3）铣刀刀齿在切离零件的一段时间内，可以得到一定的冷却，散热条件较好。
但是，切入和切出时热和力的冲击将加速刀具的磨损，甚至可能引起硬质合金刀片的碎裂。
铣削的形式很多，铣刀的类型和形状更是多种多样，再配上附件（分度头、圆形工作台等）的应用，致使铣削加工范围较广，如图7-26所示。
加工精度一般可达IT8~IT7，表面粗糙度Ra值为3.2μm~1.6μm。
铣削适用于单件小批量生产，也适用于大批量生产。
2．铣削工艺
铣削主要用于加工平面、沟槽和成形面，另外，还能进行孔加工（钻、扩、铰、镗孔）和分度工作。
（1）铣平面
平面的铣削可在卧式或立式铣床上进行，分别使用圆柱铣刀和端铣刀，铣削方式如下：
①端铣的铣削方式：
用端铣刀加工平面时，依据铣刀与工件加工面相对位置的不同可分为三种铣削方式，如图7-27所示。
（a）对称铣（b）不对称逆铣（c）不对称顺铣
图7-27端铣的三种铣削方式
②圆周铣的铣削方式：
根据铣削时切削层参数变化规律的不同，圆周铣削有逆铣和顺铣两种形式，如图7-28所示。
（a）逆铣（b）顺铣
图7-28圆周铣的两种方式
（a）在卧铣上用（b）在立铣上用（c）在立铣上用（d）在卧铣上用
圆盘铣刀铣直槽立铣刀铣直槽键槽铣刀铣键槽角度铣刀铣V形槽
图7-29铣沟槽
由于端铣法具有切削平稳、表面质量好和可采用高速铣削等优点，故在平面的铣削中，目前大都采用端铣法。
但是，周铣法的适应性较广，可以利用多种形式的铣刀，除加工平面外还可较方便地进行沟槽、齿形和成形面等的加工，生产中仍常采用。
（2）铣沟槽
在卧式升降台铣床和立式升降台铣床上，铣削工件上的沟槽如图7-29所示。
（二）刨削和拉削
1.刨削
刨削是平面加工的主要方法之一，在单件、小批生产和修配工作中得到广泛应用。
常见的刨床类机床有牛头刨床、龙门刨床和插床，常用的是牛头刨床。
牛头刨床最大的刨削长度一般不超过1000mm，适合于加工中小型零件。
龙门刨床主要用于加工大型零件或同时加工多个中、小型零件。
刨削加工的尺寸精度一般为IT9~IT8，表面粗糙度Ra值为6.3μm~1.6μm。
（1）刨削加工的特点及应用
刨削加工生产率一般较低，但通用性好、适应性强，主要用于单件小批量生产、维修车间和模具车间，用于加工各种平面（水平面、垂直面和斜面）、各种沟槽（直槽、T形槽、燕尾槽等）和成形面等，如图7-30所示。
（a）平面刨刀刨平面（b）偏刀刨垂直面（c）角度偏刀刨燕尾槽（d）偏刀刨斜面
（e）切刀切断（f）偏刀刨V形槽（g）弯切刀刨T形槽（h）成形刨刀刨成形面
图7-30刨削加工的主要应用
（a）尖头刨刀（b）圆头刨刀（c）宽头刨刀
图7-31平面刨刀
（2）刨削工艺
刨削主要用于加工平面、沟槽和成形面。
刨刀的几何形状与车刀相似，刨刀由于要承受较大的冲击力，所以一般刀杆的截面比车刀大。
粗刨平面一般采用尖头刨刀（图7-31（a）），精刨时常采用圆头刨刀或宽头平刨刀（图7-31（b）、（c））。
①刨平面：
在牛头刨床上刨平面时，小型工件可夹在虎钳内，较大的工件可直接用压板、螺钉固定在工作台上。
龙门刨床刨削平面，大都采用螺钉和一般压板把工件直接夹在工作台上。
当工件质量要求较高时，粗刨后再进行精刨。
刨垂直面时，必须采用偏刀，偏刀有左偏刀和右偏刀两种。
刨斜面与刨垂直面基本相同，只是刀架转盘必须按零件所需加工的斜面扳转一定角度，以使刨刀沿斜面方向移动。
②刨沟槽：
刨直槽时用切刀以垂直进给完成，如图7-32所示。
图7-32刨直槽
刨V形槽时，先按刨平面的方法把V形槽粗刨出大致形状，然后用切刀刨V形槽底的直角槽，再按刨斜面的方法用偏刀刨V形槽的两斜面，最后用样板刀精刨至图样要求的尺寸精度和表面粗糙度。
刨T形槽和燕尾槽时，应先在零件端面和上平面划出加工线，但刨燕尾槽的侧面时须用角度偏刀，刀架转盘要扳转一定角度。
③刨成形面：
在刨床上刨削成形面，通常是先在零件的侧面划线，然后根据划线分别移动刨刀作垂直进给和移动工作台作水平进给，从而加工出成形面。
也可用成形刨刀加工，使刨刀刃口形状与零件表面一致，一次成形。
2．拉削
拉削利用只有主运动、没有进给运动的拉床，依靠拉刀的结构变化，可以加工各种形状的通孔、通槽和各种形状的内、外表面。
拉刀是一种加工精度和切削效率都比较高的多齿刀具。
拉削时拉刀作等速直线运动，由于拉刀的后一个（或一组）刀齿高出前一个（或一组）刀齿，从而能够一层层地从工件上切下多余的金属，如图7-33、7-34所示。
由于拉削速度较低，切削厚度很小，可以获得较高的精度和较好的表面质量。
图7-33拉削平面图7-34拉孔方法
1-零件；2-拉刀1-球面垫板；2-零件；3-拉刀
拉削加工与其他切削加工方法相比较，具有拉床结构简单、操作方便，加工精度与表面质量高（精度可达IT7、表面粗糙度Ra值为0.8μm~2.5μm），生产率高（一次行程能完成粗、半精及精加工），拉刀耐用度高，使用寿命长等特点。
拉削加工主要适用于成批和大量生产，尤其适于在大量生产中加工比较大的复合型面，如发动机的汽缸体等。
在单件、小批生产中，对于某些精度要求较高、形状特殊的内外成形表面，用其他方法加工很困难时，也有采用拉削加工的。
（三）磨削
磨削是用磨具以较高的线速度对零件表面进行加工的方法，是机械零件精密加工的主要方法之一。
1．磨削加工的特点及应用
（1）磨削用的砂轮是由许多细小坚硬的磨粒用结合剂粘结在一起经焙烧而成的疏松多孔体，这些锋利的磨粒就像铣刀的切削刃，在砂轮高速旋转的条件下，切入零件表面，故磨削是一种多刃、微刃切削过程。
（2）磨削的切削厚度极薄，每个磨粒的切削厚度可小到微米，故磨削的尺寸精度可达IT6~IT5，表面粗糙度Ra值达0.8μm~0.1μm。
高精度磨削时，尺寸精度可超过IT5，表面粗糙度Ra值不大于0.012μm。
（3）由于磨料硬度极高，故磨削不仅可加工一般金属材料，如碳钢、铸铁等，还可加工一般刀具难以加工的高硬度材料，如淬火钢、各种切削刀具材料及硬质合金等。
（4）磨粒破碎可形成新的锋利棱角进行磨削同时钝化的磨粒就会自行脱落，使砂轮表面露出一层新鲜锋利的磨粒，从而使磨削加工能够继续进行。
砂轮这种自锐性可使其连续进行加工，这是其他刀具没有的特性。
（5）磨削温度高，为减少摩擦和迅速散热，降低磨削温度，及时冲走屑末，以保证零件表面质量，磨削时需使用大量切削液。
常用的外圆磨床分为普通外圆磨床和万能外圆磨床。
在普通外圆磨床上可磨削零件的外圆柱面和外圆锥面。
在万能外圆磨床上由于砂轮架、头架和工作台上都装有转盘，能回转一定的角度，且增加了内圆磨具附件，所以万能外圆磨床除可磨削外圆柱面和外圆锥面外，还可磨削内圆柱面、内圆锥面及端平面，故万能外圆磨床较普通外圆磨床应用更广。
常用的磨具有固结磨具（如砂轮、油石等）和涂附磨具（如砂带、砂布等）。
磨削可以加工的零件材料范围很广，既可以加工铸铁、碳钢、合金钢等一般结构材料，也能够加工高硬度的淬硬钢、硬质合金、陶瓷和玻璃等难切削的材料。
但是，磨削不宜精加工塑性较大的有色金属零件。
磨削可以加工外圆面、内孔、平面、成形面、螺纹和齿轮齿形等各种各样的表面，还常用于各种刀具的刃磨。
2.磨削工艺
（1）外圆磨削
外圆磨削是一种基本的磨削方法，它适于轴类及外圆锥零件的外表面磨削。
在外圆磨床上磨削外圆常用的方法有纵磨法、横磨法和综合磨法三种。
①纵磨法：
如图7-35所示，磨削时砂轮高速旋转为主运动，零件旋转为圆周进给运动，零件随磨床工作台的往复直线运动为纵向进给运动。
每一次往复行程终了时，砂轮作周期性的横向进给（磨削深度）。
由于磨削深度很小，所以加工精度和表面质量较高。
此外，纵磨法具有较大的适应性，可以用一个砂轮加工不同长度的零件。
但是，它的生产效率较低，广泛用于单件、小批量生产及精磨，特别适用于细长轴的磨削。
②横磨法：
如图7-36所示，横磨削时，采用砂轮的宽度大于零件表面的长度，零件无纵向进给运动，而砂轮以很慢的速度连续地或断续地向零件作横向进给，直至余量被全部磨掉为止。
横磨的特点是生产率高，但精度及表面质量较低。
该法适于磨削长度较短、刚性较好的零件。
③综合磨法：
如图7-37所示，先用横磨分段粗磨，相邻两段间有5mm~15mm重叠量，然后将留下的0.01mm~0.03mm余量用纵磨法磨去。
当加工表面的长度为砂轮宽度的2~3倍以上时，可采用综合磨法。
综合磨法兼具纵磨、横磨法的优点，生产效率和磨削质量高。
图7-35纵磨法图7-36横磨法图7-37综合磨法
在无心外圆磨床上磨外圆，如图7-38所示。
磨削时，零件置于磨轮和导轮之间，下方靠托板支承，由于不用顶尖支承，所以称为无心磨削。
无心外圆磨削主要适用于大批大量生产销轴类零件，特别适合于磨削细长的光轴。
图7-38无心外圆磨床上磨外圆
（2）内圆磨削
内圆磨削可以在内圆磨床上进行，也可以在万能外圆磨床上进行，其磨削运动如图7-39所示。
与外圆磨削类似，内圆磨削也可以分为纵磨法和横磨法。
横磨法仅适用于磨削短孔及内成形面，多数情况下是采用纵磨法。
（a）磨通孔（b）磨不通孔（c）磨孔内端面
图7-39内圆磨削示意图
（3）平面磨削
平面磨削是在铣、刨基础上的精加工。
平面磨削的机床，常用的有卧轴、立轴矩台平面磨床和卧轴、立轴圆台平面磨床，其磨削运动如图7-40所示。
平面磨削分为周磨和端磨两种方式，周磨常用于各种批量生产中对中、小型零件的精加工，端磨常用于大批量生产中代替铣削和刨削进行粗加工。
（a）卧式矩台（b）圆台平面磨床（c）立式矩台（d）圆台平面磨床
图7-40平面磨床及其磨削运动
（四）钻削、镗削
孔是组成零件的基本表面之一，钻孔是一种最基本的孔加工方法。
钻孔经常在钻床和车床上进行，也可以在镗床和铣床上进行。
常用的钻床有台式钻床、立式钻床和摇臂钻床。
1.钻削
钻孔时最常用的刀具是麻花钻，如图7-41所示。
麻花钻按其制造材料不同可分为高速钢麻花钻和硬质合金麻花钻，钻削特别适合于直径小于30mm的孔的粗加工，直径大一点的也可用于扩孔。
图7-41锥柄麻花钻结构
在各类机器零件上经常需要进行钻孔，因此钻削的应用还是很广泛的。
但是，由于钻削的精度较低，表面较粗糙，一般只能达到IT10，表面粗糙度值Ra一般为12.5μm。
同时，钻孔不易采用较大的切削用量，生产效率也比较低。
因此，钻孔主要用于粗加工，例如精度和粗糙度要求不高的螺钉孔、油孔和螺纹底孔等。
单件、小批量生产中，中小型零件上的小孔（一般D＜13mm）常用台式钻床加工，中小型零件上直径较大的孔（一般D＜50mm）常用立式钻床加工，大中型零件上的孔应采用摇臂钻床加工，回转体零件上的孔多在车床上加工。
在成批和大量生产中，为了保证加工精度，提高工作效率和降低加工成本，广泛使用钻模（图7-42）、多轴钻（图7-43）或组合机床（图7-44）进行孔的加工。
对要求较高的孔，如轴承孔和定位孔等，钻削之后还需要采用扩孔和铰孔进行半精加工和精加工，才能达到要求的精度和表面粗糙度。
图7-42用钻模为钻头导向图7-43多轴钻图7-44组合机床
钻削时，将选定的钻头装夹在夹头上，夹头再与主轴相连接（大钻头也可直接装在主轴上）。
工件装在工作台上，当钻头找正后可进行切削。
小孔径的孔可一次加工完成，大孔径（d＞30mm）的孔应分两次完成，第一次用（0.4~0.6）d的钻头加工，第二次再加工到所需尺寸。
2.扩孔
扩孔是用扩孔钻对零件上已有的孔（铸出、锻出或钻出）进行扩大加工的方法（图7-45）。
扩孔钻通常用于铰或磨前的预加工或毛坯孔的扩大，其外形与麻花钻相类似。
扩孔时可采用较大的切削用量，而其加工质量却比麻花钻好，一般加工精度可达IT10～IT11，表面粗糙度Ra可达6.3μm~3.2μm。
常见的结构形式有高速钢整体式、镶齿套式和硬质合金可转位式，如图7-46所示。
图7-45扩孔
图7-46扩孔钻
扩孔的加工质量比钻孔高，表面粗糙度值小，在一定程度上可校正原有孔的轴线偏斜。
扩孔常作为铰孔前的预加工，对于要求不太高的孔，扩孔也可作最终加工工序。
由于扩孔比钻孔优越，在钻直径较大的孔（一般D≥30mm）时，可先用小钻头（直径为孔径的50%~70%）预钻孔，然后再用所要求尺寸的大钻头扩孔。
3.铰孔
铰孔是在扩孔或半精镗孔的基础上进行的，是应用较普遍的孔的精加工方法之一。
铰孔的公差等级为IT8~IT6，表面粗糙度Ra为1.6μm~0.4μm。
铰孔采用铰刀进行加工，铰刀可分为手铰刀和机铰刀，如图7-47所示。
铰孔余量小，切削速度低，适应性差，需施加切削液，但铰孔精度和效率高，适用于孔的精加工和半精加工，也可用于磨孔或研孔前的预加工。
（a）手绞刀（b）机铰刀
图7-47铰刀
4.镗孔
镗孔是用镗刀对已有的孔进行扩大加工的方法，是常用的孔加工方法之一。
对于直径较大的孔（D＞80mm）、内成形面或孔内环槽等，镗削是唯一适宜的加工方法。
一般镗孔的尺寸公差等级为IT8~IT6，表面粗糙度Ra为1.6μm~0.8μm，精细镗时，尺寸公差等级可达IT7~IT5，表面粗糙度Ra为0.8μm~0.1μm。
镗孔可以在镗床上或车床上进行。
回转体零件上的轴心孔多在车床上加工，如图7-48所示，箱体类零件上的孔或孔系（相互有平行度或垂直度要求的若干个孔）则常用镗床加工，如图7-49所示。
根据结构和用途不同，镗床分为卧式镗床、坐标镗床、立式镗床、精密镗床等，应用最广的是卧式镗床。
镗刀有单刃镗刀和多刃镗刀之分，由于它们的结构和工作条件不同，它们的工艺特点和应用也有所不同。
（a）镗通孔（b）镗不通孔（c）镗环槽
图7-48在车床上镗孔
图7-49在镗床上镗孔
四、任务实施
减速箱输出轴加工工艺过程见表7-3。
表7-3输出轴加工工艺过程
工序号
工序名称
工序内容
设备
1
下料
下料φ90×400
锯床
2
热处理
调质处理28HRC~32HRC
3
车
夹左端，车右端面见平。
钻B2.5中心孔，粗车右端各外圆，除φ88外圆车至尺寸外，其余均留精加工余量3
调头装夹零件，车左端面保证总长380，钻B2.5中心孔，粗车左端各外圆，留精加工余量3
CA6140
4
精车
夹左端，顶右端，精车右端各部，其中
×35、
×78处分别留磨削余量0.8
调头，一夹一顶精车左端各外圆，其中
×85、
×77处分别留磨削余量0.8
CA6140
5
车
修整顶尖孔
CA6140
6
磨
用两顶尖装夹零件，磨削
，
至尺寸
调头，用两顶尖装夹零件，磨削
×85至尺寸
M1432
7
划线
划键槽线
8
铣
铣键槽
至尺寸
X5032、组合夹具
9
检验
按图样要求检验
在加工工艺流程中，也可以采用粗车加工后进行调质处理。
图样中键槽未标注对称度要求，但在实际加工中应保证±0.025mm的对称度，这样便于与齿轮装配。
键槽对称度的检查，可采用偏摆仪及量块配合完成，也可采用专用对称度检具检查。
输出轴各部分同轴度的检查，可采用偏摆仪和百分表结合进行检查。
五、能力训练
轴承套的加工工艺
图7-50所示为轴承套，材料为ZQSn6-6-3，每批数量为400只。
加工时，应根据工件的毛坯材料、结构形状、加工余量、尺寸精度、形状精度和生产纲领，正确选择加工工艺过程，以保证达到图样要求。
该零件的内孔和外圆的尺寸精度和位置精度要求均较高，其机械加工工艺过程如下表7-4所示。
图7-50轴承套
表7-4轴承套机械加工工艺过程
工序号
工序名称
工序内容
定位基准
1
备料
棒料，按6件合一下料
2
钻中心孔
车端面，钻中心孔
掉头，车另一端面，钻中心孔
外圆
3
粗车
车外圆φ42，长度6.5，车外圆φ34js7至φ35，车退刀槽2×0.5，总长40.5，车分割槽φ20×3，两端倒角C1.5；6件同时加工，尺寸均相同。
中心孔
4
钻
钻φ22H7孔至φ20成单件
φ42外圆
车、铰
车端面，总长40至尺寸
车内孔φ22H7，留0.04～0.06铰削余量
车内槽φ24×16至尺寸
铰孔φ22H7至尺寸
φ42外圆
精车
精车φ34js7至尺寸
φ22H7孔心轴
钻
钻径向φ4油孔
φ34js7外圆及端面
检验
检验入库
该轴承套属于短套，其直径尺寸和轴向尺寸均不大，粗加工可以单件加工，也可以多件加工。
由于单件加工时，每件都要留出工件备装夹的长度，因此原材料浪费较多，所以这里采用多件加工的方法。
该轴承套的材料为ZQSn6-6-3，其外圆为IT7级精度，采用精车可以满足要求；内孔的精度也是IT7级，铰孔可以满足要求。
内孔的加工顺序为钻—车孔—铰孔。
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