畢業(yè)論文蝸桿零件的加工工藝綜合及專業(yè)夾具設(shè)計(jì)(編輯修改稿)

　

【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 用磨具以較高的線速度對(duì)工件表面進(jìn)行加工的方法稱為磨削。磨削加工是一種多刀多刃的高速切削方法，它使用于零件精加工和硬表面的加工。磨削的工藝范圍很廣，可以劃分為粗磨、精磨、細(xì)磨及鏡面磨。磨削加工采用的磨具（或磨料）具有顆粒小，硬度高，耐熱性好等特點(diǎn)，因此可以加工較硬的金屬材料和非金屬材料，如淬硬鋼、硬質(zhì)合金道具、陶瓷等；加工過(guò)程中同時(shí)參與切削運(yùn)動(dòng)的顆粒多，能切除極薄極細(xì)的切屑，因而加工精度高，表面粗糙度值小。磨削加工作為一種精加工方法，在生產(chǎn)中得到廣泛的應(yīng)用。目前，由于強(qiáng)力磨削的發(fā)展，也可直接將毛坯磨削到所需要的尺寸和精度，從而獲得了較高的生產(chǎn)率。(2)外圓表面磨削的常用方法 1)縱磨法 砂輪高速旋轉(zhuǎn)起切削作用，工件旋轉(zhuǎn)作圓周進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，并和工作臺(tái)一起作縱向往復(fù)直線進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。工作臺(tái)每往復(fù)一次，砂輪沿磨削深度方向完成一次橫向進(jìn)給，每次進(jìn)給（吃刀深度）都很小，全部磨削余量是在多次往復(fù)行程中完成的。當(dāng)工件磨削接近最終尺寸時(shí)（尚有余量 ） ，應(yīng)無(wú)橫向進(jìn)給光磨幾次，直到火花消失為止?？v磨法加工精度和表面質(zhì)量較高，適應(yīng)性強(qiáng)，用同一砂輪可磨削直徑和長(zhǎng)度不同的工件，但生產(chǎn)率低。在單件、小批量生產(chǎn)及精磨中應(yīng)用廣泛，特別適用于磨削細(xì)長(zhǎng)軸等剛性差的工件。2)橫磨法（切入法） 工件不作縱向往復(fù)運(yùn)動(dòng)，砂輪以緩慢的速度連續(xù)或間斷地向工件作橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，直到磨去全部余量。橫磨時(shí)，工件與砂輪的接觸面積大，磨削力大，發(fā)熱量大而集中，所以易發(fā)生工件變形、燒刀和退火。橫磨法生產(chǎn)效率高，適用于成批或大量生產(chǎn)中，磨削長(zhǎng)度短、剛性好、精度低的外圓表面及兩側(cè)都有臺(tái)肩的軸徑。若將砂輪修整成型，也可直接磨削成型面。3)綜合磨法 先用橫磨法將工件分段進(jìn)行粗磨，相鄰之間有 515mm 搭接，每段上留有 的精磨余量，精磨時(shí)采用縱磨法。這種磨削方法綜合了縱磨和橫磨的優(yōu)點(diǎn)，適用于磨削余量較大（余量 ）的工件。4)深磨法 磨削時(shí)采用較小的縱向進(jìn)給量（ 12mm/r）和較大的吃刀深度（）在一次走刀中磨去全部余量。為避免切削負(fù)荷集中和砂輪外圓棱角迅速磨鈍，應(yīng)將砂輪修整成錐形或臺(tái)階形，外徑小的臺(tái)階起粗磨作用，可修粗些；外徑大的起精磨作用，修細(xì)些。深磨法可獲得較高的精度和生產(chǎn)率，表面粗糙度值較小，適用于大批量生產(chǎn)中，加工剛性好的短軸。(3)外圓表面的無(wú)心磨削 在無(wú)心磨床磨削工件外圓時(shí)，工件不用頂尖來(lái)定心和支撐，而是直接將工件放在砂輪和導(dǎo)輪（用橡膠結(jié)合劑作的粒度較粗的砂輪）之間，由托板支撐，工件被磨削的外圓面作定位面。無(wú)心外圓磨床有兩種磨削方式。1)貫穿磨削法（縱磨法） 磨削時(shí)將工件從機(jī)床前面放到托板上，推入磨削區(qū)，由于導(dǎo)輪軸線在垂直平面內(nèi)傾斜 α 角（α=1 0 60）,導(dǎo)輪與工件接觸處的線速度 v 導(dǎo) 可以分解成水平和垂直兩個(gè)方向得分速度 v 導(dǎo)水平 和 v 導(dǎo)垂直 ，v 導(dǎo)垂直 控制工件的圓周進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，v 導(dǎo)水平 使工件作縱向進(jìn)給。所以工件進(jìn)入磨削區(qū)后，便既作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，又作軸向移動(dòng)，穿過(guò)磨削區(qū)，工件就磨削完畢。α 角增大，生產(chǎn)率高，但表面粗糙度隨之增大；反之，情況相反。為保證導(dǎo)輪與工件呈線接觸狀態(tài)，需將導(dǎo)論形狀修整成回轉(zhuǎn)雙面曲形。這種磨削方法不適用帶臺(tái)階的圓柱形工件。 2)切入磨削法（橫磨法）先將工件放在托板和導(dǎo)輪之間，然后由工件（連同導(dǎo)輪）或磨削砂輪橫向切入進(jìn)給，磨削工件表面。這時(shí)導(dǎo)輪的中心線僅傾斜很小角度（約 3039。）,以便對(duì)工件產(chǎn)生一微小的軸向推力，使它靠住擋板，得到可靠的軸向定位。切如磨法適用于磨削有階梯或成形回轉(zhuǎn)表面的工件，但磨削表面長(zhǎng)度不能大于磨削砂輪寬度。在磨床上磨削外圓表面時(shí)，應(yīng)采用充足的切削液，一般磨鋼件多用蘇打水或乳化液；鋁件采用加少量礦物油的煤油；鑄鐵、青銅件一般不用切削液，而用吸塵器清除塵屑。 外圓表面的光整加工對(duì)于超精密零件的加工表面往往需要采用特殊的加工方法，在特定的環(huán)境下加工才能達(dá)到要求，外圓表面的光整加工就是提高零件加工質(zhì)量的特殊加工方法。(1)研磨 研磨是一種古老、簡(jiǎn)便可靠的表面光整加工方法，屬自由磨粒加工。在加工過(guò)程中那些直接參與切除工件材料的磨粒不像砂輪、油石和沙帶、砂紙那樣總是固結(jié)或涂附在磨具上，而是處于自由游離狀態(tài)。經(jīng)研磨表面，尺寸和幾何形狀精度可達(dá) 13μm ，表面粗糙度 Ra 值為 。若研具精度足夠高，其尺寸和幾何形狀精度可達(dá) ，表面粗糙度值 Ra 值小于 。 1)研磨原理 研磨是通過(guò)研具在一定壓力下與加工面作復(fù)雜的相對(duì)運(yùn)動(dòng)而完成的。研具和工件之間的磨粒與研磨劑在相對(duì)運(yùn)動(dòng)中，分別起機(jī)械切削作用和物理、化學(xué)作用，使磨粒能從工件表面上切去極薄的一層材料，從而得到極高的尺寸精度和極細(xì)的表面粗糙度。研磨時(shí)，有大量磨粒在工件表面浮動(dòng)著，它們?cè)谝欢ǖ膲毫ο聺L動(dòng)、刮擦和擠壓，起著切除細(xì)微材料層的作用，磨粒在研磨塑性材料時(shí)，受到壓力的作用，首先使工件加工面產(chǎn)生裂紋，隨著磨粒的運(yùn)動(dòng)，裂紋的擴(kuò)大、交錯(cuò)，以致形成了碎片（即切削）最后脫離工件。研具與工件相對(duì)運(yùn)動(dòng)復(fù)雜，磨粒在工件表面上的運(yùn)動(dòng)不重復(fù)，可以除去“高點(diǎn)” 。這就是機(jī)械切削的作用。研磨時(shí)磨粒與工件接觸點(diǎn)局部壓力非常大，因而瞬時(shí)產(chǎn)生高溫，產(chǎn)生擠壓作用，以致使工件表面平滑，表面粗糙度 Ra 值下降，這是研磨時(shí)產(chǎn)生的物理作用。由于研磨時(shí)研磨液中加入硬脂酸或油酸，與覆蓋在工件表面的氧化物薄膜間還會(huì)產(chǎn)生化學(xué)作用，使被研表面軟化，加速研磨效果。 2) 研磨方法：① 手工研磨 研磨外圓時(shí)，工件夾持在車(chē)窗卡盤(pán)上或用頂尖支撐，作低速回轉(zhuǎn)，研具套在工件上，在研具與工件之間加入研磨劑，然后用手推動(dòng)研具作往復(fù)運(yùn)動(dòng)。往復(fù)運(yùn)動(dòng)速度常選用 2070m/min 為宜；② 機(jī)器研磨 機(jī)器研磨效率高，可以單面研磨，也可以雙面研磨。此外，機(jī)器研磨不僅可以研磨外圓柱面、內(nèi)圓柱面，還適用于平面、球面、半球面的表面研磨；③ 嵌砂與無(wú)嵌砂研磨 根據(jù)磨料是否嵌入研具，研磨又可分為嵌砂和無(wú)嵌砂兩種：A. 嵌砂研磨 研具材料比工件軟，組織均勻，具有一定彈性，變形小，表面無(wú)斑點(diǎn)等特點(diǎn)。常用材料委會(huì)朱鐵、銅、鉛、軟鋼等。在加工中，磨料直接加入工作區(qū)域內(nèi)，磨粒受擠壓而自動(dòng)嵌入研具稱自由嵌砂法。若是在加工前，事先將磨料直接擠壓到研具表面中去的則稱強(qiáng)迫嵌砂。此方法主要用于精密量具的研磨；B. 無(wú)嵌砂的研磨 研具材料較硬，而磨料較軟（如氧化鉻等） 。在研磨過(guò)程中，磨粒處于自由狀態(tài)，不嵌入研具表面。研具材料常選用淬硬過(guò)的鋼、鏡面玻璃等。3) 研磨具和研劑：① 研磨劑 研磨劑包含磨料、研磨液和輔助材料。磨料 應(yīng)具有高硬度，高耐磨性；磨粒要有適當(dāng)?shù)匿J利性，在加工中破碎后仍能保持一定的鋒刃；磨粒的尺寸要大致相近，使加工中盡可能有均一的工作磨粒。常見(jiàn)的研磨磨料見(jiàn)表 2 所示。表 2 研磨常用磨料種類 主要成分 顯微硬度 /HV適用材料剛玉 AL 2 O 3 20222300 各種碳鋼、合金鋼、不銹鋼碳化硅 SiC 28003400 鑄鐵、其他非鐵金屬及其合金（青銅、鋁合金） 、玻璃陶瓷、石材碳化硼 B 4 C 44005400 高硬鋼、鍍鉻表面、硬質(zhì)合金碳硅硼 SiC 57006200 硬質(zhì)合金、半導(dǎo)體材料、寶石、陶瓷金剛石 C 10000 硬質(zhì)合金、陶瓷、玻璃、水晶、半導(dǎo)體材料、寶石氧化鉻 Cr 2 O 3 淬硬鋼及一般金屬的精細(xì)研磨和拋光研磨液 研磨液使磨粒在研具表面上均勻散布，承受一部分研磨壓力，以減少磨粒破碎，并兼有冷卻、潤(rùn)滑作用。常用的研磨液是煤油、汽油、機(jī)油、動(dòng)物油脂等。輔助材料 輔助材料能使工件表面氧化物薄膜破壞，增加研磨效率。 ② 研具 研磨工具簡(jiǎn)稱研具，其作用是使研磨劑賴以暫時(shí)固著或獲得一定的研磨運(yùn)動(dòng)，并將自身的幾何形狀按一定的方式傳遞到工件上。因此，制造研具的材料對(duì)磨料要有適當(dāng)?shù)那度胄裕芯咦陨韼缀涡螤顟?yīng)有長(zhǎng)久的保持性。 4) 研磨特點(diǎn) 研磨能獲得其他機(jī)械加工較難達(dá)到的穩(wěn)定的高精度表面，研磨過(guò)的表面其表面粗糙度細(xì)；耐磨性、耐蝕性能良好；操作技術(shù)、使用設(shè)備、工具簡(jiǎn)單；被加工材料適應(yīng)范圍廣，無(wú)論鋼、鑄鐵、還是有色金屬均可用研磨方法精加工，尤其對(duì)脆性材料更顯特色。適用于多品種小批量的產(chǎn)品零件加工，因?yàn)橹灰淖冄芯咝螤罹湍芊奖愕丶庸こ龈鞣N形狀的表面。但必須注意的事，研磨質(zhì)量很大程度取決于前道工序的加工質(zhì)量。 (2) 超精加工 超精加工實(shí)際上是摩擦拋光過(guò)程，是降低表面粗糙度的一種有效的光整加工方法。它具有設(shè)備簡(jiǎn)單、操作方便、效果顯著、經(jīng)濟(jì)性好等優(yōu)點(diǎn)。 1) 超精加工的工作原理超精加工使用細(xì)粒度磨條（油石）以較低的壓力和切削速度對(duì)工件表面進(jìn)精密加工的方法。加工中有三種運(yùn)動(dòng)，即工件的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) 1；磨頭軸向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)2；磨條高速往復(fù)振動(dòng) 3。這三種運(yùn)動(dòng)使磨粒在工件表面形成的軌跡是正弦曲線。超精加工的切削過(guò)程與磨削、研磨不同，只能切去工件表面的凸峰，當(dāng)工件表面磨平后，切削作用能自動(dòng)停止。超精加工大致可分為四個(gè)階段： A 強(qiáng)力切削階段 油石磨粒細(xì)，壓力小，工件與磨條之間的油膜易形成，單位面積上的壓力大，故切削作用強(qiáng)烈；B 正常切削階段 當(dāng)少數(shù)凸峰磨平后，接觸面積上的壓力降低，切削磨條自銳性作用減弱，進(jìn)入正常切削階段；C 微弱切削階段 隨著切削面積的增大，單位面積上的壓力更低，切削作用微弱，且細(xì)小的切屑形成氧化物而嵌入油石空隙中，使油石產(chǎn)生光滑表面，具有摩擦拋光作用而降低工件表面的粗糙度；D 自動(dòng)停止階段 工件磨平，單位面積上壓力極低，工件與磨條之間又形成了油膜，不再竊笑，切削作用自動(dòng)停止。2) 超精加工的特點(diǎn)：① 超精加工磨粒運(yùn)動(dòng)軌跡復(fù)雜，能由切削過(guò)程過(guò)渡到拋光過(guò)程，表面粗糙度 Ra 值達(dá) μ m；② 超精加工磨條的粒度極細(xì)，只能切削工件凸峰，所以加工余量很小，一般為 ；③ 磨條高速往復(fù)振動(dòng)，磨條的微刃兩面切削，磨屑易于清楚。不會(huì)在工件表面形成劃痕；④ 切削速度低，磨條壓力小，工件表面不易發(fā)熱，不會(huì)燒傷表面，也不易使工件表面變形；⑤ 超精加工的表面耐磨性好。(3) 雙輪珩磨雙輪珩磨也是一種高效的光整加工方法。珩磨時(shí)工件在兩頂尖上以轉(zhuǎn)速 n ω 旋轉(zhuǎn)，兩個(gè)修整成雙曲線的磨輪軸線反向傾斜，與工件軸線成 α 角，安裝在工件兩邊，用彈簧 3 壓向工件。工件靠摩擦力帶動(dòng)珩輪旋轉(zhuǎn)，同時(shí)沿工件軸向作往復(fù)運(yùn)動(dòng)。磨輪和工件的相對(duì)滑動(dòng)速度 v 使其產(chǎn)生切削力。雙輪珩磨出來(lái)的工件表面呈黑色鏡面，其表面粗糙度 Ra 值達(dá) μm。此外，由于磨輪本身回轉(zhuǎn)，磨損均勻，因此耐用度較高。采用這種加工方法的最大特點(diǎn)是對(duì)前道工序的表面粗糙度要求不高，即使是車(chē)削表面，也可直接進(jìn)行珩磨。但采用這種方法，不能糾正前道工序的圓度誤差。(4) 滾壓 滾壓是冷壓加工方法之一，屬無(wú)屑加工。滾壓加工是利用金屬產(chǎn)生塑性變形從而達(dá)到改變工件的表面性能、獲得工件尺寸形狀的目的。 外圓表面的滾壓加工一般可用各種相應(yīng)的滾壓工具，在普通臥室車(chē)床上對(duì)加工表面在常溫下進(jìn)行強(qiáng)行滾壓，使工件金屬表面產(chǎn)生塑性變形，修正金屬表面的微觀幾何形狀，減小加工表面粗糙度值，提高工件的耐磨性、耐蝕性和疲勞強(qiáng)度。例如經(jīng)滾壓后的外圓表面粗糙度可達(dá) ，硬化層深度 μ m，硬度提高 5%20%。 滾壓加工特點(diǎn)如下：1）前道工序的表面粗糙度 Ra 不大于 5μm，壓前表面要潔凈，直徑方向的余量為 。 2）滾壓后工件的形狀精度及相互位置精度主要取決于前道工序的形狀位置精度。前工序表面圓柱度、圓度較差則還會(huì)出現(xiàn)表面粗糙度不均勻的現(xiàn)象。 3）滾壓的對(duì)象一般只適宜塑性材料，并要求材料組織均勻。經(jīng)滾壓后的工件表面耐磨性、耐蝕性提高明顯。 4）滾壓加工生產(chǎn)率高，工藝范圍廣，不僅可以用來(lái)加工外圓表面，對(duì)于內(nèi)孔、端面的加工均可采用。 蝸桿軸