典型轴类零件加工工艺分析-修订编选

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1、阶梯轴加工工艺过程分析阶梯轴加工工艺过程分析 图 634 为减速箱传动轴工作图样。表 613 为该轴加工工艺过程。生产批 量为小批生产。材料为 45 热轧圆钢。零件需调质。 （一）结构及技术条件分析（一）结构及技术条件分析 该轴为没有中心通孔的多阶梯轴。 根据该零件工作图， 其轴颈 M、 N， 外圆 P, Q 及轴肩 G、H、I 有较高的尺寸精度和形状位置精度，并有较小的表面粗糙度值， 该轴有调质热处理要求。 （二）加工工艺过程分析 1确定主要表面加工方法和加工方案。 传动轴大多是回转表面，主要是采用车削和外圆磨削。由于该轴主要表面 M,N,P,Q 的公差等级较高（IT6），表面粗糙度值较小（

2、Ra0.8m），最终加工应 采用磨削。其加工方案可参考表 3-14。 2划分加工阶段 该轴加工划分为三个加工阶段， 即粗车 （粗车外圆、 钻中心孔）， 半精车 （半 精车各处外圆、台肩和修研中心孔等），粗精磨各处外圆。各加工阶段大致以热 处理为界。 3选择定位基准 轴类零件的定位基面，最常用的是两中心孔。因为轴类零件各外圆表面、螺 纹表面的同轴度及端面对轴线的垂直度是相互位置精度的主要项目， 而这些表面 的设计基准一般都是轴的中心线，采用两中心孔定位就能符合基准重合原则。而 且由于多数工序都采用中心孔作为定位基面， 能最大限度地加工出多个外圆和端 面，这也符合基准统一原则。 但下列情况不能用两

3、中心孔作为定位基面： （1）粗加工外圆时，为提高工件刚度，则采用轴外圆表面为定位基面，或 以外圆和中心孔同作定位基面，即一夹一顶。 （2）当轴为通孔零件时，在加工过程中，作为定位基面的中心孔因钻出通 孔而消失。为了在通孔加工后还能用中心孔作为定位基面，工艺上常采用三种方 法。 当中心通孔直径较小时，可直接在孔口倒出宽度不大于 2mm 的 60o 内锥 面来代替中心孔； 当轴有圆柱孔时，可采用图 635a 所示的锥堵，取 1500 锥度； 当轴孔锥度较小时，取锥堵锥度与工件 两端定位孔锥度相同； 当轴通孔的锥度较大时，可采 用带锥堵的心轴，简称锥堵心轴，如图 635b 所示。 使用锥堵或锥堵心轴

4、时应注意，一 般中途不得更换或拆卸，直到精加工完 各处加工面，不再使 用中心孔时方能 拆卸。 4热处理工序的安排 该轴需进行调质处理。它应放在粗 加工后，半精加工前进行。如采用锻件 毛坯，必须首先安排退火或正火处理。 该轴毛坯为热轧钢，可不必进行正火处 理。 5加工顺序安排 除了应遵循加工顺序安排的一般原 则， 如先粗后精、 先主后次等， 还应注意 ： （1） 外圆表面加工顺序应为， 先加工大直径外圆 ， 然后再加工小直径外圆， 以免一开始就降低了工件的刚度。 （2）轴上的花键、键槽等表面的加工应在外圆精车或粗磨之后，精磨外圆 之前。 轴上矩形花键的加工，通常采用铣削和磨削加工，产量大时常用花

5、键滚刀在 花键铣床上加工。以外径定心的花键轴，通常只磨削外径，而内径铣出后不必进 行磨削，但如经过淬火而使花键扭曲变形过大时，也要对侧面进行磨削加工。以 内径定心的花键，其内径和键侧均需进行磨削加工。 （3）轴上的螺纹一般有较高的精度，如安排在局部淬火之前进行加工，则 淬火后产生的变形会影响螺纹的精度。 因此螺纹加工宜安排在工件局部淬火之后 进行。 二、带轮轴加工工艺过程分析二、带轮轴加工工艺过程分析 图 6 36 为带轮轴工作图样。带轮轴中的主要技术条件有两项：一为渗碳 层深度，应控制在 1.2 1.5 mm 范围内；二为外圆 22 f 7 需经渗碳淬火，其 硬度为 HRC58 63 。可以

6、看出只有 22 f 7 处需渗碳处理，其余部分均不 可渗碳。零件上不需渗碳的部分，可用加大余量待渗碳后车去渗碳层或在不需渗 碳处涂防渗材料。加工余量应单面略大于渗碳深度，故右端直径取 25 mm ，单面去碳余量为 2.5 mm ，总长两端也应放去渗碳余量各 3 mm 。在磨 外圆前由于已经过淬火工序，两端中心孔在淬火时易产生氧化皮及变形，故增加 一道研磨中心孔的工序。 表 6 14 为带轮轴的加工工艺过程。 三、细长轴加工工艺特点三、细长轴加工工艺特点 （一）细长轴车削的工艺特点（一）细长轴车削的工艺特点 1 细长轴刚性很差，车削时装夹不当，很容易因切削力及重力的作用而发 生弯曲变形，产生振动

7、，从而影响加工精度和表面粗糙度。 2 细长轴的热扩散性能差，在切削热作用下，会产生相当大的线膨胀。如 果轴的两端为固定支承，则工件会因伸长而顶弯。 3 由于轴较长，一次走刀时间长，刀具磨损大，从而影响零件的几何形状 精度。 4 车细长轴时由于使用跟刀架，若支承工件的两个支承块对零件压力不适 当，会影响加工精度。若压力过小或不接触，就不起作用，不能提高零件的刚度 ； 若压力过大，零件被压向车刀，切削深度增加，车出的直径就小，当跟刀架继续 移动后，支承块支承在小直径外圆处，支承块与工件脱离，切削力使工件向外让 开，切削深度减小，车出的直径变大，以后跟刀架又跟到大直径圆上，又把工件 压向车刀， 使车

8、出的直径变小， 这样连续有规律的变化， 就会把细长的工件车成 “竹 节”形，如图 6 37 所示。 （二）细长轴的先进车削法（二）细长轴的先进车削法 反向走刀车削法反向走刀车削法 图 638 为反向走刀车削法示意图，这种方法的特点是： 1 细长轴左端缠有一圈钢丝，利用三爪自定心卡盘夹紧，减小接触面积， 使工件在卡盘内能自由地调节其位置，避免夹紧时形成弯曲力矩，在切削过程中 发生的变形也不会因卡盘夹死而产生内应力。 2 尾座顶尖改成弹性顶尖，当工件因切削热发生线膨胀伸长时，顶尖能自 动后退，可避免热膨胀引起的弯曲变形。 3 采用三个支承块跟刀架，以提高工件刚性和轴线的稳定性，避免“竹节” 形。

9、4 改变走刀方向，使床鞍由主轴箱向尾座移动，使工件受拉，不易产生弹 性弯曲变形。 轴类零件加工工艺轴类零件加工工艺 传动轴机械加工工艺实例传动轴机械加工工艺实例 轴类零件是常见的典型零件之一。按轴类零件结构形式不同，一般 可分为光轴、阶梯轴和异形轴三类；或分为实心轴、空心轴等。它们在 机器中用来支承齿轮、带轮等传动零件，以传递转矩或运动。 台阶轴的加工工艺较为典型，反映了轴类零件加工的大部分内容与 基本规律。下面就以减速箱中的传动轴为例，介绍一般台阶轴的加工工 艺。 1零件图样分析 图 A-1 传动轴 图 A-1 所示零件是减速器中的传动轴。 它属于台阶轴类零件， 由圆柱面、 轴肩、螺纹、螺尾

10、退刀槽、砂轮越程槽和键槽等组成。轴肩一般用来确 定安装在轴上零件的轴向位置， 各环槽的作用是使零件装配时有一个正 确的位置， 并使加工中磨削外圆或车螺纹时退刀方便 ； 键槽用于安装键， 以传递转矩；螺纹用于安装各种锁紧螺母和调整螺母。 根据工作性能与条件， 该传动轴图样(图 A-1)规定了主要轴颈 M， N， 外圆 P、Q 以及轴肩 G、H、I 有较高的尺寸、位置精度和较小的表面粗 糙度值， 并有热处理要求。 这些技术要求必须在加工中给予保证。 因此， 该传动轴的关键工序是轴颈 M、N 和外圆 P、Q 的加工。 2确定毛坯 该传动轴材料为 45 钢，因其属于一般传动轴，故选 45 钢可满足其

11、要求。 本例传动轴属于中、小传动轴，并且各外圆直径尺寸相差不大，故 选择60mm 的热轧圆钢作毛坯。 3确定主要表面的加工方法 传动轴大都是回转表面，主要采用车削与外圆磨削成形。由于该传 动轴的主要表面M、 N、 P、 Q的公差等级(IT6)较高， 表面粗糙度Ra值(Ra=0. 8 um)较小，故车削后还需磨削。外圆表面的加工方案(参考表 A-3)可为： 粗车半精车磨削粗车半精车磨削。 4确定定位基准 合理地选择定位基准， 对于保证零件的尺寸和位置精度有着决定性 的作用。 由于该传动轴的几个主要配合表面(Q、 P、 N、 M)及轴肩面(H、 G) 对基准轴线 A-B 均有径向圆跳动和端面圆跳动

12、的要求，它又是实心轴， 所以应选择两端中心孔为基准，采用双顶尖装夹方法，以保证零件的技 术要求。 粗基准采用热轧圆钢的毛坯外圆。 中心孔加工采用三爪自定心卡盘 装夹热轧圆钢的毛坯外圆，车端面、钻中心孔。但必须注意，一般不能 用毛坯外圆装夹两次钻两端中心孔，而应该以毛坯外圆作粗基准，先加 工一个端面，钻中心孔，车出一端外圆；然后以已车过的外圆作基准， 用三爪自定心卡盘装夹(有时在上工步已车外圆处搭中心架)， 车另一端 面，钻中心孔。如此加工中心孔，才能保证两中心孔同轴。 5划分阶段 对精度要求较高的零件， 其粗、 精加工应分开， 以保证零件的质量。 该传动轴加工划分为三个阶段 ： 粗车(粗车外圆

13、、 钻中心孔等)， 半精车 (半精车各处外圆、台阶和修研中心孔及次要表面等)，粗、精磨(粗、 精磨各处外圆)。各阶段划分大致以热处理为界。 6热处理工序安排 轴的热处理要根据其材料和使用要求确定。对于传动轴，正火、调 质和表面淬火用得较多。 该轴要求调质处理， 并安排在粗车各外圆之后， 半精车各外圆之前。 综合上述分析，传动轴的工艺路线如下： 下料车两端面， 钻中心孔粗车各外圆调质修研中心孔半 精车各外圆，车槽，倒角车螺纹划键槽加工线铣键槽修研中心 孔磨削检验。 下料车两端面， 钻中心孔粗车各外圆调质修研中心孔半 精车各外圆，车槽，倒角车螺纹划键槽加工线铣键槽修研中心 孔磨削检验。 7加工尺寸

14、和切削用量 传动轴磨削余量可取 0.5mm， 半精车余量可选用 1.5mm。 加工尺寸可 由此而定，见该轴加工工艺卡的工序内容。 车削用量的选择， 单件、 小批量生产时， 可根据加工情况由工人确定 ； 一般可由机械加工工艺手册或切削用量手册中选取。 8拟定工艺过程 定位精基准面中心孔应在粗加工之前加工， 在调质之后和磨削之前各需 安排一次修研中心孔的工序。 调质之后修研中心孔为消除中心孔的热处 理变形和氧化皮， 磨削之前修研中心孔是为提高定位精基准面的精度和 减小锥面的表面粗糙度值。拟定传动轴的工艺过程时，在考虑主要表面 加工的同时，还要考虑次要表面的加工。在半精加工52mm、44mm 及 M

15、24mm 外圆时，应车到图样规定的尺寸，同时加工出各退刀槽、倒角 和螺纹；三个键槽应在半精车后以及磨削之前铣削加工出来，这样可保 证铣键槽时有较精确的定位基准， 又可避免在精磨后铣键槽时破坏已精 加工的外圆表面。 在拟定工艺过程时，应考虑检验工序的安排、检查项目及检验方法 的确定。 综上所述，所确定的该传动轴加工工艺过程见表 A-1。 产品名称 图 号 机械加工工艺卡 零件名称传动轴传动轴共 1 1页第 1 1 页 毛坯种类圆 钢圆 钢 材料牌 号 45 钢45 钢 毛坯尺 寸 60mm 265mm 60mm 265mm 工 具 序号 工种 工步工 序 内 容设备 夹 具 刃 具 量 具 1

16、下 料 60mm265mm 2车 三爪自定心卡盘夹持工件毛坯外圆 车床 1车端面见平 C6140 2钻中心孔 用尾座顶尖顶住中心孔 3粗车46mm 外圆至48mm，长 118mm 中心 钻 2mm 4粗车35mm 外圆至37mm，长 66mm 5粗车 M24mm 外圆至26mm，长 14mm 调头，三爪自定心卡盘夹持48mm 处 (44mm外圆) 6车另一端面，保证总长 250 mm 7钻中心孔 用尾座顶尖顶住中心孔 8粗车52mm 外圆至54mm A粗车35mm 外圆至37mm，长 A3mm 10粗车30mm 外圆至32mm，长 36mm 11粗车 M24mm 外圆至26mm，长 16mm 12 检验 3热 调质处理 220240HBS 4钳 修