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1、第四章典型零件加工,10:51,一、轴类零件加工 二、箱体零件加工 三、圆柱齿轮加工 四、连杆加工,第四章 典型零件加工,10:51,轴类零件的加工,10:51,轴类零件的分类及技术要求,轴类零件的功用,支撑传动零件,承受载荷,传递扭矩,轴类零件的分类,光滑轴；阶梯轴；空心轴；异形轴（曲轴、齿轮轴、偏心轴、十字轴、凸轮轴、花键轴）,10:51,常见轴的类型,10:51,轴类零件的特点,长度大于直径,加工表面为内外圆柱面、圆锥面、螺纹、花键、沟槽等,有一定的回转精度,轴类零件的技术要求,尺寸精度,几何形状精度,相互位置精度,表面粗糙度,其他,10:51,轴类零件的材料、毛坯及热处理,轴类零件的材
2、料,45钢、40Cr、GCr15、65Mn、球墨铸铁、20CrMnTi、20Mn2B、20Cr,轴类毛坯,圆棒料,锻件,铸件,10:51,轴类零件的热处理,正火或退火处理,锻造毛坯加工前细化晶粒，消除锻造应力，降低硬度，改善切削性能,调质,粗车后半精车前改善物理力学性能,表面淬火,精加工前提高硬度,低温时效,局部淬火或粗磨后,10:51,轴类零件的装夹方式,采用两中心孔定位装夹,以重要外圆表面为粗基准定位加工出中心孔，再以轴两端的中心孔为定位精基准,可实现基准重合、基准统一、互为基准,采用外圆表面定位装夹,采用三爪自定心卡盘、四爪单动卡盘,采用各种堵头或拉杆心轴定位装夹,加工空心轴用带中心孔的
3、堵头或拉杆心轴,10:51,堵头与拉杆心轴,10:51,轴类零件工艺过程示例,10:51,CA6140车床主轴的结构特点,既是阶梯轴，又是空心轴；是长径比小于12的刚性轴,不但传递旋转运动和扭矩，而且是工件或刀具回转精度的基础,主要加工表面有内外圆柱面、圆锥面，次要表面有螺纹、花键、沟槽、端面结合孔等,机械加工工艺主要是车削、磨削，其次是铣削和钻削,10:51,CA6140车床主轴各主要部分的功用及技术要求,支承轴颈,支承轴颈是主轴的装配基准，其精度直接影响主轴的回转精度；主轴上各重要表面又以支承轴颈为设计基准，有严格的位置要求,支承轴颈为安装轴承的支承结构，且跨度大,支承轴颈采用锥面 (1：
4、12) 结构，接触率70%，可用来调整轴承间隙；圆度误差为0.005mm，径向跳动为0.005mm,10:51,锥 孔,用来安装顶尖或刀具锥柄的；是定心表面,对锥面的尺寸精度、形状精度、粗糙度、接触精度都要求高,轴心线应与支承轴颈同轴,锥孔对轴颈的径向圆跳动近轴端为0.005，离轴端300处为0.01，锥面接触率70%，粗糙度值Ra为0.4m ，硬度为HRC4850,10:51,短锥和端面,用来安装卡盘或花盘的；也是定心表面,对锥面的尺寸精度、形状精度、粗糙度、接触精度都要求高,轴心线应与支承轴颈同轴,对支承轴颈的径向圆跳动为0.008；端面圆跳动为0.008,粗糙度Ra为0.8m ，硬度为H
5、RC4550,10:51,空套齿轮轴颈,与齿轮孔相配合的表面；影响传动的平稳性；可能导致噪声,有同轴度要求，对支承轴颈的径向圆跳动为0.010.015,尺寸精度要求为IT5IT6,对支承轴颈的径向圆跳动为0.008；端面圆跳动为0.008,10:51,螺 纹,用来固定零件或调整轴承间隙,螺母的端面圆跳动（应0.05）会影响轴承的内环轴线倾斜,螺母与轴颈的同轴度误差0.025,螺纹精度为6h,各表面的表层要求,要有较高的耐磨性,要有适当的硬度（HRC45以上），以改善其装配工艺性和装配精度,表面粗糙度值Ra为0.80.2m,10:51,10:51,CA6140主轴加工艺,加工工艺过程,生产类型：
6、大批生产；材料牌号：45钢；毛坯种类：模锻件,工艺过程：分为三个阶段（参见表9-1）： 粗加工：工序 16 半精加工：工序 713（7为预备） 精加工：工序 1426（14为预备）,10:51,10:51,10:51,10:51,10:51,10:51,10:51,10:51,工艺问题分析,主轴的热处理,毛坯的热处理：去锻造应力，细化晶粒,切削前正火（预备热处理）：改善切削加工性能和机械-物理性能；去锻造应力,半精加工前调质：去应力，改善切削加工性能，提高综合机械性能,精加工前局部高频淬火：提高运动表面耐磨性,精加工后定性处理：低温时效和冰冷处理,10:51,定位基准的选择与转换,为了保证各主
7、要表面的相互位置精度，选择定位基准时，应遵循基准重合、基准统一和互为基准的原则,一次装夹中应尽可能多加工几个表面,定位基准通用两中心孔；但加工过程中，作为定位基准的中心孔因钻通孔而消失，为须采用带有中心孔的锥堵或锥套心轴,主要精度指标：同轴度、圆度、径向跳动,10:51,主要加工表面加工工序安排,CA6140车床主轴主要加工表面是75h5、80h5、90g5、105h5轴颈，两支承轴颈及大头锥孔,主要加工表面的尺寸精度在IT5IT6之间，表面粗糙度值Ra为0.40.8m,加工工艺过程可划分为三个加工阶段，即粗加工阶段、半精加工阶段、精加工阶段,机械加工工序中间尚需插入必要的热处理工序,10:5
8、1,鉴于主轴的技术要求高，毛坯为模锻件，加工余量大，精度高，故应分阶段加工,粗、精加工分开有利于去应力并可加入热处理,多次切削有利于消除复映误差,粗、精加工二阶段应间隔一定时间,粗、精加工二阶段应分粗、精加工机床进行，合理利用设备，保护机床,10:51,主轴加工各主要表面总是循着以下顺序进行，即粗车调质（预备热处理）半精车精车淬火-回火（最终热处理）粗磨精磨,主轴主要表面的加工顺序安排如下：外圆表面粗加工（以顶尖孔定位）外圆表面半精加工（以顶尖孔定位）钻通孔（以半精加工过的外圆表面定位）锥孔粗加工（以半精加工过的外圆表面定位，加工后配锥堵）外圆表面精加工（以锥堵顶尖孔定位）锥孔精加工（以精加工
9、外圆面定位）,主要表面加工顺序确定后，再合理地插入次要表面加工工序,10:51,保证加工精度的几项措施,主轴的加工质量主要体现在主轴支承轴颈的尺寸、形状、位置精度和表面粗糙度，主轴前端内、外锥面的形状精度、表面粗糙度以及它们对支承轴颈的位置精度,支承轴颈的尺寸精度、形状精度以及表面粗糙度要求，可以采用精密磨削方法保证。磨削前应提高精基准的精度。,主轴前端内、外锥面的形状精度、表面粗糙度同样应采用精密磨削的方法,10:51,磨主轴锥孔夹具,主轴锥孔相对于支承轴颈的位置精度靠采用支承轴颈作为定位基准来保证。主轴锥孔的磨削一般采用专用夹具,10:51,轴类零件的检验,检验项目,表面粗糙度,表面硬度,
10、尺寸精度,相互位置精度,表面几何形状精度,检验分类,加工中的检验,加工后的检验,10:51,检验顺序,几何精度尺寸精度位置精度,检验方法,硬度：硬度计,表面粗糙度：触针式表面粗糙度轮廓仪或样板比较法,锥孔：着色法,尺寸精度：常规检验仪器（万能量具）,位置精度：专用检验装置,10:51,轴类零件的检验,10:51,2.轴类零件的主要技术要求1)尺寸精度和几何形状精度轴颈是轴类零件的重要表面,它的直径精度根据使用要求通常为IT6IT9,有时可达IT5。轴颈的几何形状精度(圆度、圆柱度)应限制在直径公差范围之内。对几何形状精度要求较高时,则应在零件图上专门标注形状公差。2)位置精度配合轴颈(装配传动
11、件的轴颈)相对支承轴颈(装配轴承的轴颈)的同轴度以及轴颈与支承端面的垂直度通常要求较高。普通精度的轴,配合轴颈相对支承轴颈的径向圆跳动一般为0.010.03mm,高精度的轴为0.0010.005mm。端面圆跳动为0.0050.01mm。,10:51,3)表面粗糙度轴类零件的各加工表面均有表面粗糙度的要求。一般说来,支承轴颈的表面粗糙度要求为Ra0.630.16m。配合轴颈的表面粗糙度Ra为2.50.63m。下图为CA6140型车床主轴简图,在该图上标明了主要技术要求。,10:51,CA6140型车床主轴简图,10:51,3.轴类零件的材料、毛坯及热处理1)轴类零件的材料一般轴类零件材料常用45
12、钢;中等精度而转速较高的轴,可选用40Cr等合金结构钢;精度较高的轴,可选用轴承钢GCr15和弹簧钢65Mn等,也可选用球墨铸铁;对于高转速、重载荷条件下工作的轴,选用20CrMnTi、20Mn2B、20Cr等低碳合金钢或38CrMoAl氮化钢。,10:51,轴类零件的热处理轴类零件的使用性能除与所选钢材种类有关外,还与所采用的热处理有关。锻造毛坯在加工前,均需安排正火或退火处理(含碳量大于(C)=0.7的碳钢和合金钢),以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。为了获得较好的综合力学性能,轴类零件常要求调质处理，一般分两种情况：(1)毛坯余量大时,调质安排在粗车之后
13、、半精车之前,以便消除粗车时产生的残余应力。,10:51,(2)毛坯余量小时,调质可安排在粗车之前进行。表面淬火一般安排在精加工之前,这样可纠正因淬火引起的局部变形。对精度要求高的轴,在局部淬火后或粗磨之后,还需进行低温时效处理(在160油中进行长时间的低温时效),以保证尺寸的稳定。对于氮化钢(如38GrMoAl),需在渗氮之前进行调质和低温时效处理。对调质的质量要求也很严格,不仅要求调质后索氏体组织要均匀细化,而且要求离表面0.80.10mm层内铁素体含量不超过(C)5,否则会造成氮化脆性而影响其质量。,10:51,特别值得注意的工艺问题有：1) 定位基准的选择；2) 加工顺序的安排；3)
14、深孔加工；4) 热处理变形。车床主轴的功用承受扭转力矩；承受弯曲力矩；保证回转运动精度。,10:51,车床主轴的设计要求扭转和弯曲刚度高；回转精度高（径向圆跳动、端面圆跳动、回转轴线稳定）；制造精度高：1) 结构尺寸及动态特性要好；2) 主轴本身及其轴承精度高；3) 轴承的结构和润滑；4) 齿轮的布置；5) 固定件的平衡等。,10:51,主轴结构的设计要求：1) 合理的结构设计；2) 足够的刚度；3) 有具有一定的尺寸、形状、位置精度和表面质量；4) 足够的耐磨性、抗振性及尺寸稳定性5) 足够的抗疲劳强度,10:51,支承轴颈采用锥面 (1：12) 结构，接触率70%，可用来调整轴承间隙；中间
15、支承为IT5IT6，粗糙度 ；支承轴颈圆度误差为0.005mm，径向跳动为0.005mm；其他外圆的圆度要求，误差小于50%尺寸公差，高精度者为510%；轴颈与有关表面的同轴度误差应很小。,10:51,主轴工作表面（锥孔）的技术要求用来安装顶尖或刀具锥柄的；是定心表面；对锥面的尺寸精度、形状精度、粗糙度、接触精度都要求高；轴心线应与支承轴颈同轴；锥孔对轴颈的径向圆跳动近轴端为0.005，离轴端300处为0.01，锥面接触率70%，粗糙度 ，硬度为HRC4850。,10:51,主轴轴端外锥（短锥）的技术要求用来安装卡盘或花盘的；也是定心表面；对锥面的尺寸精度、形状精度、粗糙度、接触精度都要求高；轴心线应与支承轴颈同轴；对支承轴颈的径向圆跳动为0.008；端面圆跳动为0.008；粗糙度 ，硬度为HRC4550,10:51,空套齿轮轴颈的技术要求影响传动的平稳性；可能导致噪声；有同轴度要求，对支承轴颈的径向圆跳动为0.010.015；尺寸精度要求为IT5IT6；,10:51,螺纹的技术要求用来固定零件或调整轴承间隙；螺母的端面圆跳动（应0.05）会影响轴承的内环轴线倾斜；螺母与轴颈的同轴度误差0.025；螺纹精度为6h。,
