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1、1轴类零件机加工工艺轴类零件机加工工艺2n 轴类零件的功用与结构特点n 功用支承传动件、传递扭矩或运动、承受载荷，一定的回转精度u 结构回转体零件，长度大于直径 组成：圆柱面、圆锥面、端面、沟槽、圆弧、螺纹、键槽、花键、其他表面（如横向孔等) 分类：光轴、阶梯轴、空心轴、异形轴（曲轴、凸轮轴、偏心轴和花键轴等）。 刚性轴（L/d12） 挠性轴（L/d12）轴类零件的机加工工艺3轴的种类 4n 轴类零件的主要技术要求轴类零件的重要表面是轴颈和轴肩，包括配合轴颈(装配传动件)和支承轴颈(装配轴承)。根据零件的使用性能要求，其主要技术要求有：u 尺寸精度和几何形状精度u 直径精度通常为IT6IT9,
2、有时可达IT5。 几何形状精度(圆度、圆柱度)应限制在直径公差范围之内。 要求较高时,则应在零件图上专门标注形状公差，取直径公差的1/2，1/4 。5u 位置精度 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。u 表面粗糙度 一般说来,轴类零件的各加工表面均有表面粗糙度的要求。 支承轴颈的表面粗糙度要求为Ra0.160.8m。 配合轴颈的表面粗糙度Ra为0.633.2m。u 其他技术要求u热处理（表面淬火、渗碳淬火等）、过渡圆角。6n 轴类零件的材料、毛坯及热处理u 轴类零件的材料 不重
3、要的轴：普通碳素钢Q235、Q255、Q275等，不经热处理； 一般轴类零件：35、40、45、50钢等，正火、调质、淬火 中等精度而转速较高的轴：40Cr等合金结构钢，调质和表面淬火 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，调质和表面淬火 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，渗碳淬火或氮化 。 结构复杂（曲轴）HT400、QT600、QT450、QT400 7u 轴类零件的毛坯轴类零件最常用的毛坯是圆棒料和锻件 光轴、直径相差不大的阶梯轴，采用圆钢作为毛坯； 直径相差较大的阶梯轴
4、比较重要的轴，应采用锻件; 只有某些大型、结构复杂的异形轴，可采用球墨铸铁铸件； 毛坯经过加热锻造后,可使金属内部纤维组织沿表面均匀分布,从而获得较高的抗拉、抗弯及抗扭强度,故一般比较重要的轴,多采用锻件。 自由锻造多用于中小批生产,模锻适用于大批大量生产。 8u 轴类零件的热处理 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)=0.5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，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、半精车之前,以便消除粗车时产生的残余应力。 2)毛坯余量小时
5、，调质可安排在粗车之前进行。9 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。10111213如图为减速箱传动轴工作图样。技术要求 ：公差都是以轴颈M和N的公共轴线为基准。外圆Q和P径向圆跳动公差为0.02，轴肩H、G和I端面圆跳动公差为
6、0.02。 14151传动轴工艺分析1) 传动轴的主要表面及其技术要求 轴颈M、N、P、Q：IT6; Ra0.8 m ；P,Q对M,N轴线径向圆跳动公差为0.02mm。 轴肩G、H、I： Ra0.8 m ；均对M,N轴线端面圆跳动公差为0.02mm。 螺纹M241-6g：6级精度。 键槽8和12：IT9；侧面 Ra3.2 m ； 材料40Cr，调质220240HBS。162) 工艺方案 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（Ra0.8m），最终加工应采用磨削。其加工方案： 轴颈M、N、P、Q和轴肩G、H、I等主
7、要表面应先车后磨，主要工艺路线为：粗车调质半精车磨削。 车、磨均以两端中心孔为定位精基准。两端中心孔可在粗车之前加工出。 两段螺纹在半精车阶段车出。 两个键槽在磨削之前铣出。 毛坯选用60热轧圆钢料。下料粗车调质修研中心孔铣键槽修研中心孔磨削检验3) 工艺过程171819202 2、划分加工阶段、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、台阶和修研中心孔等中心孔），半精车（半精车各处外圆、台阶和修研中心孔等），粗精磨各处外圆。各加工阶段大致以热处理为界。），粗精磨各处外圆。各加工阶段大致以热处
8、理为界。3 3、选择定位基准、选择定位基准 轴类零件的定位基面，最常用的是两中心孔。轴类零件的定位基面，最常用的是两中心孔。因为轴类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是轴的中心线，采用两中心孔定位就能符合基准重合原则符合基准重合原则。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，这地加工出多个外圆和端
9、面，这也符合基准统一原则也符合基准统一原则。 u 但下列情况不能用两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60内锥面来代替中心孔；当轴有圆柱孔时，可采用图右所示的锥堵，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，如右图b所示。使用锥堵
10、或锥堵心轴时应注意，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。 224 4、热处理工序的安排、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。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 5、加工顺序安排、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：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 1）外圆
11、表面加工顺序应为，先加工大直径外圆）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，然后再加工小直径外圆，以免一开始就降低了工件的刚度。就降低了工件的刚度。（2 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，产量大时常用花键滚刀在花键铣床上加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，通常只磨削外径键侧，而内径铣出后不必进行磨削，但如工。以外径定心的花键轴，通常只磨削外径键侧
12、，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，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。其内径和键侧均需进行磨削加工。（3 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）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。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。231.主轴的主要技术条件 支承轴颈、是主轴部件的装配基准,它的制造精度直接
13、影响主轴部件的回转精度,故对它提出的要求很高。 主轴锥孔安装顶尖和工具锥柄,其中心线必须与支承轴颈的中心线严格同轴,否则会使工件产生圆度和同轴度误差。主轴前端圆锥面、端面是安装卡盘的定位表面。为保证卡盘的定心精度,主轴前端圆锥面与支承轴颈同轴,端面与主轴的回转中心线垂直。主轴上的螺纹是固定与调节轴承间隙的。当螺纹中径对支承轴颈歪斜时会引起锁紧螺母的端面跳动,轴承位置发生变动,引起主轴径向圆跳动。因此对螺纹的要求高。 24图4-2CA6140型车床主轴简图 252.加工工艺过程通过对主轴的技术要求和结构特点进行深入分析,根据生产批量、设备条件、工人技术水平等因素,就可以拟定其机械加工工艺过程。2
14、6CA6140型车床主轴加工工艺过程简表27CA6140型车床主轴加工工艺过程简表2829CA6140型车床主轴加工工艺过程简表30CA6140型车床主轴加工工艺过程简表3132CA6140型车床主轴加工工艺过程简表333.加工工艺过程分析1)加工阶段的划分由于主轴是多阶梯带通孔的零件,切除大量金属后,会引起残余应力重新分布而变形,故安排工序时,一定要粗精分开,先粗后精。(1)粗加工阶段:切端面钻中心孔、粗车外圆等。毛坯处理:备料,锻造,热处理(正火),工序13。粗加工:工序46。目的:切除大部分余量,接近最终尺寸,只留少量余量,及时发现缺陷。 34(2)半精加工阶段:半精车外圆，各辅助表面(
15、键槽、花键、螺纹等)的加工与表面淬火。半精加工前热处理:工序7。 半精加工:工序813。目的:为精加工作准备,次要表面达到图纸要求。(3)精加工阶段:主要表面(外圆表面与锥孔)的精加工。精加工前热处理:工序14。精加工前各种加工:工序1520。精加工:工序2123。目的:各表面都加工到图纸要求。 352)定位基准的选择 轴类零件的定位基准,最常用的是两中心孔。因为轴类零件各外圆表面、锥孔、螺纹等表面的设计基准都是轴的中心线,采用两中心孔定位,既符合基准重合原则又符合基准统一原则。 不能用中心孔或粗加工时,采用轴的外圆表面或外圆表面与中心孔组合作为定位基准。磨、车锥孔时采用主轴的装配基准前后支承
16、轴颈定位,符合基准重合原则。由于主轴是带通孔的零件,作为定位基准的中心孔,因钻出通孔而消失。为了在通孔加工之后还能使用中心孔作为定位基准,常采用带有中心孔的锥堵或锥套心轴,当主轴孔的锥度较小时(如车床主轴锥孔,锥度为MorseNo.6),可使用锥堵,如图4-3 (a)所示;当主轴孔的锥度较大(如铣床主轴)或为圆柱孔时,则用锥套心轴。 36锥堵与锥套心轴 37采用锥堵应注意以下几点:锥堵应具有较高的精度,其中心孔既是锥堵本身制造的定位基准,又是磨削主轴的精基准,因而必须保证锥堵的锥面与中心孔有较高的同轴度。另外,在使用锥堵时,应尽量减少锥堵装夹次数。这是因为工件锥孔与锥堵的锥角不可能完全一样,重新装夹势必引起安装误差,故中、小批生产时,锥堵安装后一般不中途更换。综上所述,空心主轴零件定位基准的使用与转换,大致采用这样的方式:开始时以外圆作粗基准铣端面钻中心孔,为粗车外圆准备好定位基准。粗车外圆又为深孔加工准备好定位基准,钻深孔时采用一夹(夹一头外圆)一托(托一头外圆)的装夹方式。之后即加工好前后锥孔,以便安装锥堵,为半精加工和精加工外圆准备好定位基准。终磨锥孔之前,必须磨好轴颈表面,以便
