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1、机械制造工艺学机械制造工艺学第四章第四章 典型零件加工典型零件加工4.1 轴类零件的加工轴类零件的加工如图为减速箱传动轴工作图样。4.1.1 4.1.1 轴类零件加工轴类零件加工概述概述n 轴类零件的功用与结构特点轴类零件的功用与结构特点u 功用功用支承传动件、传递扭矩或运动、承受载荷，一支承传动件、传递扭矩或运动、承受载荷，一定的回转精度定的回转精度u 结构结构回转体零件，长度大于直径回转体零件，长度大于直径 组成：组成：圆柱面、圆锥面、端面、沟槽、圆弧、螺纹、键圆柱面、圆锥面、端面、沟槽、圆弧、螺纹、键槽、花键、其他表面（槽、花键、其他表面（如横向孔等如横向孔等) ) 分类：光轴、阶梯轴、
2、空心轴、异形轴（曲轴、凸轮轴、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）偏心轴和花键轴等）刚性轴（刚性轴（L/d12L/d12） 挠性轴（挠性轴（L/dL/d1212）n 轴类零件的主要技术要求轴类零件的主要技术要求轴轴类类零零件件的的重重要要表表面面是是轴轴颈颈和和轴轴肩肩，包包括括配配合合轴轴颈颈( (装装配配传传动动件件) )和和支支承承轴轴颈颈( (装装配配轴轴承承) )。根据零件的使用性能要求，其主要技术要求有：主要技术要求有：u 尺寸精度和几何形状精度尺寸精度和几何形状精度 直径精度通常为IT6IT9,有时可达IT5。 几何形状精度(圆度、圆柱度)应限制在
3、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，取公公差的差的1/2，1/4 。4.1.1 4.1.1 轴类零件加工轴类零件加工概述概述u 位置精度位置精度 普通精度的轴普通精度的轴,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, 高精度的轴为高精度的轴为0.0010.005mm。 端面圆跳动为端面圆跳动为0.0050.01mm。u 表面粗糙度表面粗糙度 一般说来一般说来, ,轴类零件的各加工表面均有表面粗糙度的要求。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支承轴颈的表面粗糙度要求为R Ra a
4、0.160.160.8m0.8m。 配合轴颈的表面粗糙度配合轴颈的表面粗糙度R Ra a为为0.630.633.2m3.2m。u 其他技术要求其他技术要求 热热处处理理（表表面面淬淬火火、渗渗碳碳淬淬火火等等），动动平平衡衡，探探伤伤，过过渡渡圆角等。圆角等。4.1.1 4.1.1 轴类零件加工轴类零件加工概述概述n 轴类零件的材料、毛坯及热处理u 轴类零件的材料轴类零件的材料不重要的轴：普通碳素钢不重要的轴：普通碳素钢Q235、Q255、Q275等，不经热处理；等，不经热处理； 一般轴类零件：一般轴类零件：35、40、45、50钢钢等等，正火、调质、淬火正火、调质、淬火 中等精度而转速较高的
5、轴：中等精度而转速较高的轴：40Cr40Cr等合金结构钢，等合金结构钢，调质和表面淬火调质和表面淬火 精精度度较较高高的的轴轴：可可选选用用轴轴承承钢钢GCr15GCr15和和弹弹簧簧钢钢65Mn65Mn等等，也也可可选选用用球球墨墨铸铸铁铁，调质和表面淬火调质和表面淬火 对对于于高高转转速速、重重载载荷荷条条件件下下工工作作的的轴轴,选选用用20CrMnTi、20Mn2B、20Cr等低碳合金钢或等低碳合金钢或38CrMoAl氮化钢，氮化钢，渗碳淬火或氮化渗碳淬火或氮化 。 结构复杂（曲轴）结构复杂（曲轴）HT400、QT600、QT450、QT400 4.1.1 4.1.1 轴类零件加工轴类
6、零件加工概述概述u 轴类零件的毛坯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；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比较重要的轴，应采用锻件直径相差较大的阶梯轴比较重要的轴，应采用锻件; ; 只只有有某某些些大大型型、结结构构复复杂杂的的异异形形轴轴，可可采采用用球球墨墨铸铸铁铁铸铸件；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,故一一般般比比较较重要的轴重要的轴, ,多采用锻件。多采用锻件。 自由锻造多用于中小批生产自由锻造多用于中小批生产,模锻适用于大批大
7、量生产。模锻适用于大批大量生产。 4.1.1 4.1.1 轴类零件加工轴类零件加工概述概述u 轴类零件的热处理 锻造毛坯在加工前,均需安排正正火火或或退退火火处处理理(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，常要求调调质质处处理理，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，调质可安排在粗车之前进行。 4.1.1 4.1.1 轴类零件加工轴类零件加工概述概述 表表面面淬淬火火一般安排在精加工之前，这样可纠正因淬火引起的
8、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)，需在渗渗氮氮之之前前进进行行调调质质和和低低温温时时效效处处理理。对对调调质质的的质质量量要要求求也也很很严严格格，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。 4.1.1 4.1.1 轴类零件加工轴类零件加工概述概述4.1.2 4.1.2 传动轴加工工艺及其分析传动轴加工工艺及其分析如图为减速箱传动轴工作图样。 左图的技术要求 ：公差都是以轴颈M
9、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0.02。 4.1.2 4.1.2 传动轴加工工艺及其分析传动轴加工工艺及其分析1传动轴工艺分析传动轴工艺分析1) 传动轴的主要表面及其技术要求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。4.1.2 4.1.2 传动轴加工工
10、艺及其分析传动轴加工工艺及其分析2) 工艺方案分析工艺方案分析 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等主要表面应先车后磨， 主要工艺路线为：粗车主要工艺路线为：粗车调质调质半精车半精车磨削。磨削。 车、磨均以两端中心孔为定位精基准定位精基准。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) 工艺过程工艺过程4
11、.1.2 4.1.2 传动轴加工工艺及其分析传动轴加工工艺及其分析4.1.2 4.1.2 传动轴加工工艺及其分析传动轴加工工艺及其分析表4-24.1.2 4.1.2 传动轴加工工艺及其分析传动轴加工工艺及其分析4.1.2 4.1.2 传动轴加工工艺及其分析传动轴加工工艺及其分析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。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
12、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也符合基准统一原则。 4.1.2 4.1.2 传动轴加工工艺及其分析传动轴加工工艺及其分析 u 但下列情况不能用两中心孔作为定位基面：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
13、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。 4.1.2 4.1.2 传动轴加工工艺及其分析传动轴加工工艺及其分析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
14、轧钢，可不必进行正火处理。4.1.2 4.1.2 传动轴加工工艺及其分析传动轴加工工艺及其分析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。4.1.2 4.1.2 传动轴加工工艺及其分析传动轴加工工艺及其分析（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，但如经过淬火而使花键扭曲变形过大
15、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。4.1.2 4.1.2 传动轴加工工艺及其分析传动轴加工工艺及其分析（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。 该轴的加工工艺过程见表4-24.1.2 4.1.2 传动轴加工工艺及其分析传动轴加工工艺及其分析人有了知识，就会具备各种分析能力，明辨是非的能力。所以我们要勤恳读书，广泛阅读，古人说“书中自有黄金屋。”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，培养逻辑思维能力；通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，培养文学情趣；通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。有许多书籍还能培养我们的道德情操，给我们巨大的精神力量，鼓舞我们前进。
