軸類零件加工

軸類零件加工第一頁，共50頁。機(jī)械制造工藝學(xué)第四章典型零件加工4.1軸類零件的加工第二頁，共50頁。如圖為減速箱傳動軸工作圖樣。第三頁，共50頁。4.1.1軸類零件加工概述

軸類零件的功用與結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

功用——支承傳動件、傳遞扭矩或運(yùn)動、承受載荷，一定的回轉(zhuǎn)精度

結(jié)構(gòu)——回轉(zhuǎn)體零件，長度大于直徑組成：圓柱面、圓錐面、端面、溝槽、圓弧、螺紋、鍵槽、花鍵、其他表面（如橫向孔等)

分類：光軸、階梯軸、空心軸、異形軸（曲軸、凸輪軸、偏心軸和花鍵軸等）圖4-1所示。剛性軸（L/d≤12）撓性軸（L/d＞12）

第四頁，共50頁。圖4-1軸的種類

4.1.1軸類零件加工概述第五頁，共50頁。

軸類零件的主要技術(shù)要求

軸類零件的重要表面是軸頸和軸肩，包括配合軸頸(裝配傳動件)和支承軸頸(裝配軸承)。根據(jù)零件的使用性能要求，其主要技術(shù)要求有：尺寸精度和幾何形狀精度直徑精度通常為IT6～I(xiàn)T9,有時可達(dá)IT5。幾何形狀精度(圓度、圓柱度)應(yīng)限制在直徑公差范圍之內(nèi)。要求較高時,則應(yīng)在零件圖上專門標(biāo)注形狀公差，取公差的1/2，1/4

。4.1.1軸類零件加工概述第六頁，共50頁。

位置精度

普通精度的軸,配合軸頸相對支承軸頸的徑向圓跳動一般為0.01～0.03mm,

高精度的軸為0.001～0.005mm。端面圓跳動為0.005～0.01mm。表面粗糙度一般說來,軸類零件的各加工表面均有表面粗糙度的要求。支承軸頸的表面粗糙度要求為Ra0.16～0.8μm。配合軸頸的表面粗糙度Ra為0.63～3.2μm。

其他技術(shù)要求熱處理（表面淬火、滲碳淬火等），動平衡，探傷，過渡圓角等。4.1.1軸類零件加工概述第七頁，共50頁。

軸類零件的材料、毛坯及熱處理

軸類零件的材料不重要的軸：普通碳素鋼Q235Ａ、Q255Ａ、Q275Ａ等，不經(jīng)熱處理；一般軸類零件：35、40、45、50鋼等，正火、調(diào)質(zhì)、淬火中等精度而轉(zhuǎn)速較高的軸：40Cr等合金結(jié)構(gòu)鋼，調(diào)質(zhì)和表面淬火精度較高的軸：可選用軸承鋼GCr15和彈簧鋼65Mn等，也可選用球墨鑄鐵，調(diào)質(zhì)和表面淬火對于高轉(zhuǎn)速、重載荷條件下工作的軸,選用20CrMnTi、20Mn2B、20Cr等低碳合金鋼或38CrMoAl氮化鋼，滲碳淬火或氮化。結(jié)構(gòu)復(fù)雜（曲軸）——HT400、QT600、QT450、QT4004.1.1軸類零件加工概述第八頁，共50頁。

軸類零件的毛坯軸類零件最常用的毛坯是圓棒料和鍛件光軸、直徑相差不大的階梯軸，采用圓鋼作為毛坯；直徑相差較大的階梯軸．比較重要的軸，應(yīng)采用鍛件;

只有某些大型、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的異形軸，可采用球墨鑄鐵鑄件；毛坯經(jīng)過加熱鍛造后,可使金屬內(nèi)部纖維組織沿表面均勻分布,從而獲得較高的抗拉、抗彎及抗扭強(qiáng)度,故一般比較重要的軸,多采用鍛件。自由鍛造多用于中小批生產(chǎn),模鍛適用于大批大量生產(chǎn)。

4.1.1軸類零件加工概述第九頁，共50頁。

軸類零件的熱處理鍛造毛坯在加工前,均需安排正火或退火處理(含碳量大于ω(C)=0.5％的碳鋼和合金鋼),以使鋼材內(nèi)部晶粒細(xì)化,消除鍛造應(yīng)力,降低材料硬度,改善切削加工性能。為了獲得較好的綜合力學(xué)性能，常要求調(diào)質(zhì)處理，一般分兩種情況：

(1)毛坯余量大時，調(diào)質(zhì)安排在粗車之后、半精車之前,以便消除粗車時產(chǎn)生的殘余應(yīng)力。

(2)毛坯余量小時，調(diào)質(zhì)可安排在粗車之前進(jìn)行。4.1.1軸類零件加工概述第十頁，共50頁。

表面淬火一般安排在精加工之前，這樣可糾正因淬火引起的局部變形。對精度要求高的軸，在局部淬火后或粗磨之后,還需進(jìn)行低溫時效處理(在160℃油中進(jìn)行長時間的低溫時效)，以保證尺寸的穩(wěn)定。對于氮化鋼(如38GrMoAl)，需在滲氮之前進(jìn)行調(diào)質(zhì)和低溫時效處理。對調(diào)質(zhì)的質(zhì)量要求也很嚴(yán)格，不僅要求調(diào)質(zhì)后索氏體組織要均勻細(xì)化，而且要求離表面0.8～0.10mm層內(nèi)鐵素體含量不超過ω(C)＝5％，否則會造成氮化脆性而影響其質(zhì)量。4.1.1軸類零件加工概述第十一頁，共50頁。4.1.2傳動軸加工工藝及其分析第十二頁，共50頁。4.1.2傳動軸加工工藝及其分析第十三頁，共50頁。4.1.2傳動軸加工工藝及其分析如圖為減速箱傳動軸工作圖樣。左圖的技術(shù)要求：公差都是以軸頸M和N的公共軸線為基準(zhǔn)。外圓Q和P徑向圓跳動公差為0.02，軸肩H、G和I端面圓跳動公差為0.02。

第十四頁，共50頁。4.1.2傳動軸加工工藝及其分析第十五頁，共50頁。1．傳動軸工藝分析1)傳動軸的主要表面及其技術(shù)要求①軸頸M、N、P、Q：IT6;Ra0.8m

；P,Q對M,N軸線徑

向圓跳動公差為0.02mm。②軸肩G、H、I：Ra0.8m

；均對M,N軸線端面圓跳動

公差為0.02mm。③螺紋M24×1-6g：6級精度。④鍵槽8和12：IT9；側(cè)面Ra3.2m

；⑤材料40Cr，調(diào)質(zhì)220～240HBS。4.1.2傳動軸加工工藝及其分析第十六頁，共50頁。2)工藝方案分析

傳動軸大多是回轉(zhuǎn)表面，主要是采用車削和外圓磨削。由于該軸主要表面M,N,P,Q的公差等級較高（IT6），表面粗糙度值較?。≧a0.8μm），最終加工應(yīng)采用磨削。其加工方案：①軸頸M、N、P、Q和軸肩G、H、I等主要表面應(yīng)先車后磨，

主要工藝路線為：粗車—調(diào)質(zhì)—半精車—磨削。②車、磨均以兩端中心孔為定位精基準(zhǔn)。兩端中心孔可在粗

車之前加工出。③兩段螺紋在半精車階段車出。④兩個鍵槽在磨削之前銑出。⑤毛坯選用?60熱軋圓鋼料。

下料—粗車—調(diào)質(zhì)—修研中心孔

—銑鍵槽—修研中心孔—磨削

—檢驗(yàn)3)工藝過程4.1.2傳動軸加工工藝及其分析第十七頁，共50頁。4.1.2傳動軸加工工藝及其分析表4-2第十八頁，共50頁。4.1.2傳動軸加工工藝及其分析第十九頁，共50頁。4.1.2傳動軸加工工藝及其分析第二十頁，共50頁。2、劃分加工階段該軸加工劃分為三個加工階段，即粗車（粗車外圓、鉆中心孔），半精車（半精車各處外圓、臺肩和修研中心孔等），粗精磨各處外圓。各加工階段大致以熱處理為界。3、選擇定位基準(zhǔn)軸類零件的定位基面，最常用的是兩中心孔。因?yàn)檩S類零件各外圓表面、螺紋表面的同軸度及端面對軸線的垂直度是相互位置精度的主要項(xiàng)目，而這些表面的設(shè)計基準(zhǔn)一般都是軸的中心線，采用兩中心孔定位就能符合基準(zhǔn)重合原則。而且由于多數(shù)工序都采用中心孔作為定位基面，能最大限度地加工出多個外圓和端面，這也符合基準(zhǔn)統(tǒng)一原則。4.1.2傳動軸加工工藝及其分析第二十一頁，共50頁。4.1.2傳動軸加工工藝及其分析第二十二頁，共50頁。

但下列情況不能用兩中心孔作為定位基面：（1）粗加工外圓時，為提高工件剛度，則采用軸外圓表面為定位基面，或以外圓和中心孔同作定位基面，即一夾一頂。（2）當(dāng)軸為通孔零件時，在加工過程中，作為定位基面的中心孔因鉆出通孔而消失。為了在通孔加工后還能用中心孔作為定位基面，工藝上常采用三種方法。①當(dāng)中心通孔直徑較小時，可直接在孔口倒出寬度不大于2mm的60o內(nèi)錐面來代替中心孔；②當(dāng)軸有圓柱孔時，可采用圖右所示的錐堵，取1∶500錐度；當(dāng)軸孔錐度較小時，取錐堵錐度與工件兩端定位孔錐度相同；③當(dāng)軸通孔的錐度較大時，可采用帶錐堵的心軸，簡稱錐堵心軸，如右圖b所示。使用錐堵或錐堵心軸時應(yīng)注意，一般中途不得更換或拆卸，直到精加工完各處加工面，不再使用中心孔時方能拆卸。4.1.2傳動軸加工工藝及其分析第二十三頁，共50頁。4、熱處理工序的安排該軸需進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理。它應(yīng)放在粗加工后，半精加工前進(jìn)行。如采用鍛件毛坯，必須首先安排退火或正火處理。該軸毛坯為熱軋鋼，可不必進(jìn)行正火處理。4.1.2傳動軸加工工藝及其分析第二十四頁，共50頁。5、加工順序安排除了應(yīng)遵循加工順序安排的一般原則，如先粗后精、先主后次等，還應(yīng)注意：（1）外圓表面加工順序應(yīng)為，先加工大直徑外圓，然后再加工小直徑外圓，以免一開始就降低了工件的剛度。4.1.2傳動軸加工工藝及其分析第二十五頁，共50頁。（2）軸上的花鍵、鍵槽等表面的加工應(yīng)在外圓精車或粗磨之后，精磨外圓之前。軸上矩形花鍵的加工，通常采用銑削和磨削加工，產(chǎn)量大時常用花鍵滾刀在花鍵銑床上加工。以外徑定心的花鍵軸，通常只磨削外徑鍵側(cè)，而內(nèi)徑銑出后不必進(jìn)行磨削，但如經(jīng)過淬火而使花鍵扭曲變形過大時，也要對側(cè)面進(jìn)行磨削加工。以內(nèi)徑定心的花鍵，其內(nèi)徑和鍵側(cè)均需進(jìn)行磨削加工。4.1.2傳動軸加工工藝及其分析第二十六頁，共50頁。（3）軸上的螺紋一般有較高的精度，如安排在局部淬火之前進(jìn)行加工，則淬火后產(chǎn)生的變形會影響螺紋的精度。因此螺紋加工宜安排在工件局部淬火之后進(jìn)行。該軸的加工工藝過程見表4-24.1.2傳動軸加工工藝及其分析第二十七頁，共50頁。

1.主軸的主要技術(shù)條件支承軸頸Ａ、Ｂ是主軸部件的裝配基準(zhǔn),它的制造精度直接影響主軸部件的回轉(zhuǎn)精度,故對它提出的要求很高。主軸錐孔安裝頂尖和工具錐柄,其中心線必須與支承軸頸的中心線嚴(yán)格同軸,否則會使工件產(chǎn)生圓度和同軸度誤差。主軸前端圓錐面、端面是安裝卡盤的定位表面。為保證卡盤的定心精度,主軸前端圓錐面與支承軸頸同軸,端面與主軸的回轉(zhuǎn)中心線垂直。主軸上的螺紋是固定與調(diào)節(jié)軸承間隙的。當(dāng)螺紋中徑對支承軸頸歪斜時會引起鎖緊螺母的端面跳動,軸承位置發(fā)生變動,引起主軸徑向圓跳動。因此對螺紋的要求高。

4.1.3機(jī)床主軸加工工藝及其分析第二十八頁，共50頁。圖4-2CA6140型車床主軸簡圖

4.1.3機(jī)床主軸加工工藝及其分析第二十九頁，共50頁。

3.加工工藝過程分析

1)加工階段的劃分由于主軸是多階梯帶通孔的零件,切除大量金屬后,會引起殘余應(yīng)力重新分布而變形,故安排工序時,一定要粗精分開,先粗后精。

(1)粗加工階段:切端面鉆中心孔、粗車外圓等。毛坯處理:備料,鍛造,熱處理(正火),工序1～3。粗加工:工序4～6。目的:切除大部分余量,接近最終尺寸,只留少量余量,及時發(fā)現(xiàn)缺陷。

4.1.3機(jī)床主軸加工工藝及其分析第三十頁，共50頁。

(2)半精加工階段:半精車外圓，各輔助表面(鍵槽、花鍵、螺紋等)的加工與表面淬火。半精加工前熱處理:工序7。半精加工:工序8～13。目的:為精加工作準(zhǔn)備,次要表面達(dá)到圖紙要求。

(3)精加工階段:主要表面(外圓表面與錐孔)的精加工。精加工前熱處理:工序14。精加工前各種加工:工序15～20。精加工:工序21～23。目的:各表面都加工到圖紙要求。

4.1.3機(jī)床主軸加工工藝及其分析第三十一頁，共50頁。

2)定位基準(zhǔn)的選擇軸類零件的定位基準(zhǔn),最常用的是兩中心孔。因?yàn)檩S類零件各外圓表面、錐孔、螺紋等表面的設(shè)計基準(zhǔn)都是軸的中心線,采用兩中心孔定位,既符合基準(zhǔn)重合原則又符合基準(zhǔn)統(tǒng)一原則。不能用中心孔或粗加工時,采用軸的外圓表面或外圓表面與中心孔組合作為定位基準(zhǔn)。磨、車錐孔時采用主軸的裝配基準(zhǔn)——前后支承軸頸定位,符合基準(zhǔn)重合原則。由于主軸是帶通孔的零件,作為定位基準(zhǔn)的中心孔,因鉆出通孔而消失。為了在通孔加工之后還能使用中心孔作為定位基準(zhǔn),常采用帶有中心孔的錐堵或錐套心軸,當(dāng)主軸孔的錐度較小時(如車床主軸錐孔,錐度為MorseNo.6),可使用錐堵,如圖4-3(a)所示;當(dāng)主軸孔的錐度較大(如銑床主軸)或?yàn)閳A柱孔時,則用錐套心軸,如圖4-3(b)所示。

4.1.3機(jī)床主軸加工工藝及其分析第三十二頁，共50頁。圖4-3錐堵與錐套心軸

4.1.3機(jī)床主軸加工工藝及其分析第三十三頁，共50頁。采用錐堵應(yīng)注意以下幾點(diǎn):錐堵應(yīng)具有較高的精度,其中心孔既是錐堵本身制造的定位基準(zhǔn),又是磨削主軸的精基準(zhǔn),因而必須保證錐堵的錐面與中心孔有較高的同軸度。另外,在使用錐堵時,應(yīng)盡量減少錐堵裝夾次數(shù)。這是因?yàn)楣ぜF孔與錐堵的錐角不可能完全一樣,重新裝夾勢必引起安裝誤差,故中、小批生產(chǎn)時,錐堵安裝后一般不中途更換。綜上所述,空心主軸零件定位基準(zhǔn)的使用與轉(zhuǎn)換,大致采用這樣的方式:開始時以外圓作粗基準(zhǔn)銑端面鉆中心孔,為粗車外圓準(zhǔn)備好定位基準(zhǔn)。粗車外圓又為深孔加工準(zhǔn)備好定位基準(zhǔn),鉆深孔時采用一夾(夾一頭外圓)一托(托一頭外圓)的裝夾方式。之后即加工好前后錐孔,以便安裝錐堵,為半精加工和精加工外圓準(zhǔn)備好定位基準(zhǔn)。終磨錐孔之前,必須磨好軸頸表面,以便用支承軸頸定位來磨錐孔,從而保證錐孔的精度。

4.1.3機(jī)床主軸加工工藝及其分析第三十四頁，共50頁。

3)工序順序的安排安排主軸加工工序的順序時應(yīng)注意以下幾點(diǎn):

(1)基準(zhǔn)先行。在安排機(jī)械加工工藝時,總是先加工好定位基準(zhǔn)面,即基準(zhǔn)先行。主軸加工也總是首先安排銑端面鉆中心孔,以便為后續(xù)工序準(zhǔn)備好定位基準(zhǔn)。

(2)深孔加工的安排。為了使中心孔能夠在多道工序中使用,希望深孔加工安排在最后。但是,深孔加工屬粗加工,余量大,發(fā)熱多,變形也大,會使得加工精度難以保持,故不能放到最后。一般深孔加工安排在外圓粗車之后,以便有一個較為精確的軸頸作定位基準(zhǔn)用來搭中心架,這樣加工出的孔容易保證主軸壁厚均勻。

4.1.3機(jī)床主軸加工工藝及其分析第三十五頁，共50頁。

(3)先外后內(nèi)與先大后小。先加工外圓,再以外圓定位加工內(nèi)孔。如上述主軸錐孔安排在軸頸精磨之后再進(jìn)行精磨;加工階梯外圓時,先加工直徑較大的,后加工直徑較小的,這樣可避免過早地削弱工件的剛度。加工階梯深孔時,先加工直徑較大的,后加工直徑較小的,這樣便于使用剛度較大的孔加工工具。

(4)次要表面加工的安排。主軸上的花鍵、鍵槽、螺紋等次要表面加工,通常均安排在外圓精車或粗磨之后、精磨外圓之前進(jìn)行。如果精車前就銑出鍵槽,精車時因斷續(xù)切削而易產(chǎn)生振動,既影響加工質(zhì)量,又容易損壞刀具,也難控制鍵槽的深度。這些加工也不能放到主要表面精磨之后,否則會破壞主要表面已獲得的精度。

4.1.3機(jī)床主軸加工工藝及其分析第三十六頁，共50頁。

4)主要工序加工方法

(1)外圓表面的加工。外圓表面粗加工和半精加工應(yīng)用車削的方法。成批生產(chǎn)時采用轉(zhuǎn)塔車床、數(shù)控車床;大批量生產(chǎn)時,采用多刀半自動車床、液壓仿形半自動車床等。外圓表面的精加工應(yīng)用磨削方法,放在熱處理工序后進(jìn)行,用來糾正在熱處理中產(chǎn)生的變形,最后達(dá)到所需的精度和表面粗糙度。當(dāng)生產(chǎn)批量較大時,常采用組合磨削(如圖4-4所示)、成形砂輪磨削及無心磨削等高效磨削方法。

4.1.3機(jī)床主軸加工工藝及其分析第三十七頁，共50頁。圖4-4組合磨削

第三十八頁，共50頁。

(2)精磨錐孔。主軸錐孔對主軸支承軸頸的徑向圓跳動,是一項(xiàng)重要的精度指標(biāo),因此錐孔加工是關(guān)鍵工序。主軸錐孔磨削通常均采用專用夾具。如圖4-5所示,夾具由底座、支架及浮動夾頭三部分組成。支架固定在底座上,支承前后各有一個V形塊,其上鑲有硬質(zhì)合金(提高耐磨性),工件放在V形塊上,工件中心與磨頭中心必須等高,否則會出現(xiàn)雙曲線誤差,影響其接觸精度。后端的浮動夾頭錐柄裝在磨床主軸錐孔內(nèi),工件尾部插入彈性套內(nèi),用彈簧將夾頭外殼連同主軸向左拉,通過鋼球壓向帶有硬質(zhì)合金的錐柄端面,限制工件軸向竄動。這種磨削方式,可使主軸錐孔磨削精度不受內(nèi)圓磨床頭架主軸回轉(zhuǎn)誤差的影響。

第三十九頁，共50頁。圖4-5磨主軸錐孔夾具

第四十頁，共50頁。

(3)主軸中心通孔的加工。主軸的中心通孔一般都是深孔