轴类零件加工工艺_机械制造工艺

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1、9.1 轴类零件工艺机械制造工艺学 2版 常同立等 清华大学出版社9.1 轴类零件加工工艺设计常同立、佟志忠，机械制造工艺学（第2版）清华大学出版社9.1 轴类零件工艺机械制造工艺学 2版 常同立等 清华大学出版社9.1.1 工程案例分析工程案例分析1. 读图与主要加工表面识别 阅读图9.4所示主动锥齿轮零件图。主动锥齿轮轴较一般轴类零件稍显复 杂，不仅具有典型的轴类零件加工工艺过程，也有螺旋锥齿轮加工工艺内容， 分析其机械加工工艺有较大的示范效果。 主动锥齿轮轴上两处外圆面的尺寸精度要求高，表面粗糙度要求也高。这 两处外圆表面均有圆跳动要求（相对于两个中心孔确定的轴线基准）。它们附 近的端面

2、也有圆跳动要求（相对于两个中心孔确定的轴线基准）。分析后桥部 件装配图可以看出这两处外圆表面都是配合表面，是装配基准，也是设计基 准。轴颈端面是确定齿轮位置的轴向基准，是装配基准，也是设计基准。 齿形表面也是主要加工表面，它是零件的工作表面。 花键的尺寸精度要求高，也有圆跳动要求。花键是装配基准。9.1 轴类零件工艺机械制造工艺学 2版 常同立等 清华大学出版社零件图主动锥齿轮轴零件如图9.4所示。生产类型是大批大量，规模化生产。其机 械加工工艺成熟，且具有代表性。9.1 轴类零件工艺机械制造工艺学 2版 常同立等 清华大学出版社2. 材料、毛坯与热处理2. 材料、毛坯与热处理 主动锥齿轮轴材

3、料一般选用20CrMnTi。最终热处理采用渗碳淬火，表面硬 度5863HRC，心部硬度3348HRC。 毛坯采用模锻工艺制造。预备热处理为正火处理，硬度为157207HV。9.1 轴类零件工艺机械制造工艺学 2版 常同立等 清华大学出版社3. 加工方法与定位基准3. 加工方法与定位基准 主动锥齿轮轴是汽车主减速器上的零件，生产类型是大批量生产，主动锥齿轮轴采用 精密锻造毛坯。毛坯尺寸精度高，机械加工余量小。采用粗车半精车磨削的加工方 案进行淬硬轴颈表面的加工。齿坯轴的车削和磨削轴颈外圆都可以采用双顶尖安装工 件。双中心孔确定的轴线作为设计基准，是齿坯轴加工的精基准，符合基准重合的原 则。 精基

4、准加工采用多工位组合机床，铣削毛坯的两个端面，并钻中心孔。加工基准采用 零件主要加工表面对应的毛坯外圆面和端面，它们是粗基准。 主动锥齿轮齿形加工的定位基准需要使用齿坯轴的精加工表面。因此，齿形表面加工 需要在齿坯轴表面（包括渐开线花键表面）加工完毕后进行。 主动锥齿轮轴的加工工艺过程可以看作两个阶段：齿坯轴加工阶段，齿形表面加工阶 段。在它们之间安排中间检查工序，控制产品质量。 齿坯轴加工是典型轴类零件加工工艺，齿形加工是典型的螺旋伞齿轮加工工艺。 在齿形表面加工阶段，加工方法为粗铣轮齿精铣轮齿凸面精铣轮齿凹面。 为了提高齿轮的强度，在齿轮加工完毕后，进行了渗碳热处理。热处理后工件变形较 大

5、，需要磨削装配基准。 采用一次装夹加工完成有圆跳动公差表面，以保证加工表面之间的相互关系。 需要说明的是，齿坯轴加工阶段采用中心孔定位工件，而齿形加工阶段换作轴颈与端 面定位，定位基准发生转换，特别设计自定心夹具保障定位精度，如图9.5所示。9.1 轴类零件工艺机械制造工艺学 2版 常同立等 清华大学出版社夹具9.1 轴类零件工艺机械制造工艺学 2版 常同立等 清华大学出版社4. 典型工艺案例工序尺寸设计分两步进行。首先进行轴向工序尺寸设计，然后进行径向工序尺寸设计。 1. 轴向工序尺寸设计 绘制轴向工序尺寸跟踪图，见图9.20。9.1 轴类零件工艺机械制造工艺学 2版 常同立等 清华大学出版

6、社1铣端面钻中心孔铣钻组合机床9.1 轴类零件工艺机械制造工艺学 2版 常同立等 清华大学出版社2车轴颈及背锥液压仿形车床9.1 轴类零件工艺机械制造工艺学 2版 常同立等 清华大学出版社3车槽及锥端面液压仿形车床9.1 轴类零件工艺机械制造工艺学 2版 常同立等 清华大学出版社4铣渐开线花键铣钻组合机床9.1 轴类零件工艺机械制造工艺学 2版 常同立等 清华大学出版社5磨轴颈及端面端面外圆磨床9.1 轴类零件工艺机械制造工艺学 2版 常同立等 清华大学出版社6加工螺纹套丝机9.1 轴类零件工艺机械制造工艺学 2版 常同立等 清华大学出版社7钻孔多工位钻床9.1 轴类零件工艺机械制造工艺学 2

7、版 常同立等 清华大学出版社8中期检查9.1 轴类零件工艺机械制造工艺学 2版 常同立等 清华大学出版社9粗铣轮齿铣齿机床9.1 轴类零件工艺机械制造工艺学 2版 常同立等 清华大学出版社10精铣齿轮凸面铣齿机床9.1 轴类零件工艺机械制造工艺学 2版 常同立等 清华大学出版社11精铣齿轮凹面铣齿机床9.1 轴类零件工艺机械制造工艺学 2版 常同立等 清华大学出版社12中间检查、13热处理9.1 轴类零件工艺机械制造工艺学 2版 常同立等 清华大学出版社14磨轴颈及端面端面外圆磨床9.1 轴类零件工艺机械制造工艺学 2版 常同立等 清华大学出版社15最终检验9.1 轴类零件工艺机械制造工艺学

8、2版 常同立等 清华大学出版社9.1.2 轴类零件加工工艺轴类零件加工工艺9.1 轴类零件工艺机械制造工艺学 2版 常同立等 清华大学出版社1零件结构特征与工件安装方式常见轴类零件包括光轴、阶梯轴、锥轴、半轴、花键轴、螺杆、空心 轴、圆柱齿轮轴、圆锥齿轮轴、凸轮轴、曲轴和十字轴等。 依据成组技术思想，它们的机械加工工艺具有较多相似内容。 依据加工过程的定位基准与夹紧方式的不同，轴类零件可以区分为实心 轴、空心轴，也可区分为长轴、短轴。 (1) 实心轴用外圆定位安装或双顶尖定位安装均方便，工件夹紧容易实 现。 (2) 空心轴若空心轴需要采用双顶尖定位方式，则需要用堵头或心轴填 充轴的空心孔。在工

9、件加工过程中往往不拆卸心轴或堵头，或尽量少拆卸， 避免重新安装误差。若条件允许，空心轴也可考虑在轴孔处加工倒角锥用于 工件定位安装。 (3) 长轴长轴往往采用双顶尖作为外圆加工定位安装方式。粗加工常常 首先加工轴的两个端面，然后钻中心孔，作为精基准。 (4) 短轴短轴多采用三爪卡盘作为加工安装夹具，定位面为工件外圆和 端面。粗加工多数先加工定位外圆表面和轴向定位端面，作为精基准。 齿轮轴、螺杆、花键轴和曲轴等零件加工工艺除了具有轴类零件加工的 共性特点，又具有一些特殊性。9.1 轴类零件工艺机械制造工艺学 2版 常同立等 清华大学出版社心轴或堵头9.1 轴类零件工艺机械制造工艺学 2版 常同立

10、等 清华大学出版社2材料、毛坯与热处理轴类零件应根据零件的工作条件和使用要求等，选择恰当的材料和热处理 方法，以期获得所需强度、韧性和耐磨性。 轴类零件常用材料包括30钢、40钢、45钢、40Cr、40CrNi、GCr15、 65Mn、20CrMo、20CrMnTi、20Mn2B、38CrMoAl等。 45钢轴的预备热处理为调质，调质后45钢具有良好的切削性能，兼具较高 强度、韧性等综合力学性能。最终热处理采用局部淬火后回火，表面硬度可达 4552HRC，满足一般轴对材料力学性能的需求。 40Cr、40CrNi轴采用调质和表面淬火处理后具备较高的综合力学性能，满 足中等精度高速轴需求。 GCr

11、15和65Mn采用调质、表面淬火和回火处理后，表面硬度可达 5058HRC，具有较高疲劳强度和耐磨性。 20CrMnTi、20Mn2B、20CrMo等低碳合金钢轴采用正火和渗碳淬火处理 可以获得较低的心部硬度和较高的表面硬度，处理后的轴具有较大的耐冲击性 能。因渗碳淬火处理变形较大，热处理后需要磨削加工修整热处理变形。 38CrMoAl等中碳合金钢可以采用调质和渗氮处理，获取较高表面硬度，具 有良好耐磨型和疲劳强度，较小的热处理变形。 轴类零件的常用毛坯是圆钢和锻件。挡形状特别复杂时，如曲轴，若强度 满足要求也用铸件。9.1 轴类零件工艺机械制造工艺学 2版 常同立等 清华大学出版社3主要加工

12、表面与次要加工表面通常，轴类零件的技术要求如下： （1）尺寸精度 主要轴颈(指配合，支承轴颈)的尺寸精度，一般为IT9IT6。 （2）几何形状精度 主要有圆度、圆柱度的要求，一般控制在尺寸公差以 内。 （3）位置精度支承轴颈之间有同轴度要求，工作表面、配合表面对支承轴 颈有跳动要求。 （4）表面粗糙度一般为Ra=0.80.16 mm。 轴类零件的主要加工表面往往是轴颈，它们通常是定位基准、装配基准和工 作表面等。它们用作装配基准和进一步加工的定位基准，如齿坯轴的一些主要加 工表面是齿形加工的安装定位基准。装配基准则是机器装配时轴上安装零件的装 配基准。零件主要加工表面也包括机器运动副的构成表面

13、。 轴类零件的次要加工表面则是除了主要加工表面以外的各种加工表面，如各 种凹槽、倒角、螺纹以及不重要的外圆及端面。9.1 轴类零件工艺机械制造工艺学 2版 常同立等 清华大学出版社4加工方法与定位基准轴类零件多为回转体，其加工表面多为外圆面。粗加工和半精加工方法以车 削为主。对于非淬硬钢轴的精加工也可采用车削方法，对于淬硬钢轴的精加工则 需要采用磨削方法。 车床和外圆磨床加工外圆表面均可采用双顶尖安装工件。工件中心孔作为精 基准，符合基准统一原则。 采用零件主要加工轴颈和端面对应的毛坯轴颈和端面作为粗基准。 短轴的定位精基准往往是外圆面和端面。 若轴类零件上还有其他加工表面，如轮齿、螺纹、花键

14、等，则需要相应加工 方法。9.1 轴类零件工艺机械制造工艺学 2版 常同立等 清华大学出版社5典型机械加工工艺过程若轴类零件比较短，多采用外圆安装工件；若轴类零件比较长，则多采用 中心孔安装工件。采用中心孔作为精基准的轴类零件加工工艺过程的特点之一 就是加工制造过程中尽量早加工工件的中心孔。 若轴类零件采用中心孔作为精基准，其典型加工工艺过程为：毛坯制造 预备热处理铣端面钻中心孔粗车主要外圆及端面中间检验车次要表面 半精车（精车）主要外圆及端面最终热处理磨削热处理后的外圆及端面 最终检验。如工件需要掉头车削，则在上述加工工艺过程的粗加工、半精加 工和精加工中增加相应工序。 若轴类零件采用外圆面

15、和端面作为精基准，其典型加工工艺过程为：毛坯 制造预备热处理半精车基准外圆面和端面粗车其他外圆及端面掉头半 精车另一端基准外圆面和端面粗车其他外圆及端面中间检验精车基准外 圆面和端面半精车（或精车）其他主要外圆及端面车削次要表面掉头精 车另一端基准外圆面和端面半精车（或精车）其他主要外圆及端面车削次 要表面最终热处理无心磨削热处理的外圆最终检验。 若轴类零件极其精密，尺寸稳定性要求高，则考虑增加低温时效或冷处理 工序。9.1 轴类零件工艺机械制造工艺学 2版 常同立等 清华大学出版社6特殊轴类零件的加工工艺除了锥齿轮轴，常见的特殊轴还包括圆柱齿轮轴、丝杆、花键轴、曲轴等。 它们的加工工艺除了具

16、备轴类零件的共性，也有自己的特殊性。下面扼要阐 述。9.1 轴类零件工艺机械制造工艺学 2版 常同立等 清华大学出版社1）圆柱齿轮轴齿轮轴材料选择以齿形加工和寿命为依据，通常选用机械强度、硬度等综合力 学性能优良的材料。如选用20CrMnTi，经过渗碳淬火处理，心部具有良好韧性，齿 面硬度可达5662HRC。选用38CrMoAlA，经过渗氮淬火处理，齿面可生成硬度很 高的硬化层，抗疲劳点蚀能力强，且热处理变形小。 齿轮轴毛坯多采用锻件。 齿轮轴加工工艺过程分为两个阶段，即齿坯轴加工和齿形加工。第一个阶段完 成齿坯轴加工，制造出齿形加工定位基准。第二个阶段为齿形加工阶段，完成齿形 加工。若有变形较大的热处理过程，则齿形加工完成后进行装配基准修整加工和齿 面精加工。 小直径齿轮轴的齿形加工定位基准尽可能采用齿坯轴加工的中心孔，符合基准 统一原则。大直径齿轮轴通常采用轴颈与一个较大的端面定位，符合基准重合的原 则。 依据性能需要，齿轮轴加工可安排两次热处理过程：预备热处理和最终热处 理。预备热处理安排在齿坯轴