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1、軸類零件加工,一. 概述,功用 支承傳動件、傳遞扭矩或運動、承受載荷。,（一）軸類零件的功用與結構特點,特點 回轉體零件，長度大于直徑 加工表面為圓柱面、圓錐面、端面、溝槽、圓弧、螺紋、鍵槽、花鍵、其他表面 有一定的回轉精度。,軸類零件的分類 光滑軸； 階梯軸； 空心軸； 異形軸（曲軸、齒輪軸、偏心軸、十字軸、凸輪軸、花鍵軸）。,（二）軸類零件的技術要求按功用和工作條件,1、尺寸精度和幾何形狀精度 軸頸是軸類零件的重要表面. 軸頸直徑精度根據使用要求通常為IT6IT9,有時可達IT5。 軸頸的幾何形狀精度(圓度、圓柱度)應限制在直徑公差范圍之內。對幾何形狀精度要求較高時,則
2、應在零件圖上專門標注形狀公差。,2、位置精度 配合軸頸(裝配傳動件的軸頸)相對支承軸頸(裝配軸承的軸頸)的同軸度以及軸頸與支承端面的垂直度通常要求較高。 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0.010.03mm,高精度的軸為0.0010.005mm。端面圓跳動為0.0050.01mm。,3、表面粗糙度 軸類零件的各加工表面均有表面粗糙度的要求。一般說來,支承軸頸的表面粗糙度要求為Ra0.630.16m。配合軸頸的表面粗糙度Ra為2.50.63m。下圖為CA6140型車床主軸簡圖,在該圖上標明了主要技術要求。,（三） 軸類零件的材料及毛坯,一般軸類45鋼，正火、調質、淬火。 中
3、等精度和轉速較高40Cr等合金結構鋼，調質和表面淬火。 高精度軸軸承鋼GCr15、彈簧鋼65Mn，調質和表面淬火。 高轉速和重載荷20CrMnTi、20Cr，38CrMoAl，滲碳淬火或氮化。 結構復雜（曲軸）HT400、QT600、QT450、QT400。,1、 軸類零件的材料,2、 軸類零件的毛坯,一般軸棒料 重要軸鍛件 大型、結構復雜軸鑄件 單件小批生產自由鍛； 成批大量生產模鍛,軸類零件在機械中起著突出的作用，工作中受彎曲、扭轉和交變載荷，有時還得承受一定沖擊性載荷。支承軸頸處還要承受磨擦，產生摩擦熱。為了保證軸件的正常工作，軸件的加工質量至關重要。這就需要解決好軸件加工的工藝問題。,
4、二、軸類零件機械加工的主要工藝問題,工藝的關鍵問題在于防止彎曲變形、殘余內應力和微觀裂紋的產生。為了保證軸件的質量，機械加工中必須解決好一下主要工藝問題：, 軸類零件的定位基準,最常用的是兩中心孔。 因為軸類零件各外圓表面、錐孔、螺紋等表面的設計基準都是軸的中心線,采用兩中心孔定位,既符合基準重合原則又符合基準統(tǒng)一原則。能保證工件在多次調頭裝夾中獲得較高的位置精度。 粗加工時常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。,1.定位基準的選擇, （1）粗加工時，為了提高生產率，切除較多的加工余量，?？刹捎谩耙粖A一頂”方式裝夾工件。此時以外圓和中心孔共同作定位基準。 （2）兩頂尖支承定位
5、時，不宜用大的切削量加工，用于精加工。 （3）當軸的長徑比較小，軸上個圓柱面的位置精度要求不高，批量小時，精加工亦可采用“一夾一頂”的定位方式。,（4）若軸為空心軸時，在軸兩端無法加工出中心孔。此時必須在內圓柱面上倒出錐面(如有錐孔可直接使用)，用帶有中心孔的錐堵或錐套心軸做定位基準。 孔徑較小時，直接加工出長2mm，角度為60o的內錐面代替中心孔。,錐堵與錐套心軸,采用錐堵應注意以下幾點:錐堵應具有較高的精度,其中心孔既是錐堵本身制造的定位基準,又是磨削空心軸的精基準,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,應盡量減少錐堵裝夾次數。這是因為工件錐孔與錐堵的錐角
6、不可能完全一樣,重新裝夾勢必引起裝夾誤差,故中、小批生產時,錐堵安裝后一般不中途更換。,由于軸是多階梯（機床主軸還帶通孔）的零件,切除大量金屬后,會引起殘余應力重新分布而變形,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。 目的：切除大部分余量,提高生產率,留足夠余量,及時發(fā)現缺陷。 粗加工之后安排調質處理：提高綜合機械性能，為后續(xù)熱處理做準備；去除內應力。,2.加工階段的劃分,2)半精加工階段: 半精車外圓 各次要表面的加工(銑鍵槽、銑花鍵、車螺紋等) 表面淬火 目的:主要表面的精度進一步提高，為精加工留有小而均勻的余量；次要表面達到圖紙要求。
7、 3)精加工階段: 主要表面(指支承面、裝配定位面等)的精加工。 磨削、精密磨削或光整加工各主要表面。 目的:各表面都加工到圖紙要求。,原則：先粗后精、粗精分開；基準先行、防止變形 1)基準先行 在安排機械加工工藝時,總是先加工好定位基準面,即基準先行。軸件加工也總是首先安排銑端面鉆中心孔,以便為后續(xù)工序準備好定位基準。,3.工序順序的安排,2)軸中心深孔加工的安排 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（軸端小孔可放在最后加工）。 一般深孔加工安排在外圓粗車之后,以便有一個較為精
8、確的軸頸作定位基準用來搭中心架,這樣加工出的孔容易保證壁厚均勻。,3)先外后內與先大后小 先加工外圓,再以外圓定位加工內孔。 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。 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、精磨外圓之前進行。 如果精車前就銑出鍵槽,精車時因斷續(xù)切削而易產生振動,既影響加工質量,又容易損壞刀具,也難控制鍵槽的深度。 次要表面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
9、。,5)主要表面精加工的安排。 主要配合表面的精加工應放在最后，防止因加工其他表面對其已加工面造成損傷。 6)防止加工過程中的變形，應注意： 使用中心架、跟刀架或反向切削等 7)熱處理工序的安排。 熱處理工序應根據其目的的不同，穿插于粗加工、半精加工、精加工各加工階段之間。,軸類零件的使用性能除與所選鋼材種類有關外,還與所采用的熱處理關系密切。 作用：改善切削性能、去除內應力、提高機械性能。 （1）鍛造毛坯在機加工前,均需安排正火或退火處理(含碳量大于(C)=0.7的碳鋼和合金鋼),以使鋼材內部晶粒細化,消除鍛造應力,降低材料硬度,改善切削加工性能。 （2）為了獲得較好的綜合力學性能,軸
10、類零件常要求調質處理，一般分兩種情況：,4.軸類零件的熱處理及其安排,毛坯余量大時,調質安排在粗車之后、半精車之前,以 便消除粗車時產生的殘余應力。 毛坯余量小時,調質可安排在粗車之前進行。 調質處理可獲得均勻細致的回火索氏體組織，以全面提高軸件的綜合機械性能；并為表面淬火做準備，使表面淬火得到均勻致密的硬化層，并且使硬化層的硬度由表面向中心逐漸降低，同時，索氏體組織精加工后表面粗糙度較小。,（3）表面淬火一般安排在精加工階段之前,半精加工階段之后，使工作表面獲得一定的硬化層，提高零件的耐磨性能。 （4）對精度要求高的軸,在局部淬火后或粗磨之后,還需進行低溫時效處理(在160油中進行長時間
11、的低溫時效),以保證尺寸的穩(wěn)定。,（5）滲氮處理。常用材料為氮化鋼38GrMoAl。需在滲氮之前進行調質和低溫時效處理。對調質的質量要求也很嚴格,不僅要求調質后索氏體組織要均勻細化,而且要求離表面0.80.10mm層內鐵素體含量不超過(C)5,否則會造成氮化脆性而影響其質量。,尺寸檢驗 形狀檢驗 位置檢驗,5.軸類零件的檢驗,1.多刀半自動車削和仿形車削 軸類零件批量較大時,多采用多刀切削和仿形加工。下圖為多刀切削; 多刀切削是指用兩把或兩把以上刀具同時加工工件上的幾個表面。多刀切削可以把幾個工步合并起來,使機動時間重疊。要指出的是,這種加工方法調整刀具時間較多,且切削力較大,要求機床的剛性及
12、功率要大。,三、軸類零件的先進加工方法,多刀車削,仿形加工是指按照預制的仿形靠模順序將工件外形加工出來的方法。它有機械靠模仿形和液壓隨動靠模仿形兩種。 液壓仿形加工可在液壓半自動車床上進行,也能在臥式車床上采用液壓仿形刀架來實現。液壓仿形加工不僅能大大減少零件加工的輔助時間,而且產品質量穩(wěn)定,調整方便,減輕了工人的勞動強度,因此已成為提高軸類零件外圓車削生產率的重要方法。,仿形加工,1)高速磨削 砂輪線速度高于6080m/s的磨削,稱為高速磨削。高速磨削有以下特點: (1)提高了生產率。砂輪速度提高后,單位時間進入磨削的磨粒數成比例增加,如果還保持每顆磨粒切屑厚度與普通磨削相同,則進給量可以成
13、比例加大,磨削時間相應縮短。,2.高速磨削、強力磨削和砂帶磨削,(2)提高砂輪耐用度。 砂輪速度提高后,若進給量仍與普通磨削相同,則每顆磨粒切去的切屑厚度減小,每顆磨粒承受的切削負荷也就小了。磨粒切削能力相對提高,每次修整砂輪后可以磨去更多的金屬。 (3)減小表面粗糙度值。 因為每顆磨粒切削厚度變小,表面切痕深度淺,表面粗糙度值小,作用在工件上的法向磨削力也相應減小,所以又可提高加工精度。,2)強力磨削 強力磨削采用較高的砂輪速度,較大的磨削深度,一次切深可達6mm以上。進給量較小,直接從毛坯上磨出加工表面。它可“以磨代車”、“以磨代銑”,而且效率比車削、銑削高。強力磨削力及磨削熱比高速
14、磨削顯著增加,因此除提高電動機功率外,還要加強砂輪防護罩的強度和加大磨削液的供應量,而且還需合理選擇砂輪和加強機床剛度等措施,以免發(fā)生危險。,3)砂帶磨削 砂帶磨削是用涂滿磨料的環(huán)形砂帶作為切削工具的一種加工方法。它是多刀多刃連續(xù)切削,因而砂帶磨床加工效率超過車、銑、刨等通用機床加工效率,幾乎領先于所有金屬切削機床。砂帶磨削時,砂帶和工件是彈性接觸,砂帶不能修整, 故其加工精度要低于砂輪精密磨削。砂帶磨削的三種方式如下圖所示。,砂帶磨削的三種方式,油石加壓力振動縱向進給，工件低速回轉不重復軌跡。 強烈切削階段壓強大，油膜被破壞，切削作用強烈 正常切削階段壓強降低,切削作用減弱 微弱切削階段壓強
15、更低，摩擦拋光作用,3、超精加工,自動停止切削階段壓強很小,形成油膜，切削作用停止 磨粒摩擦拋光，交叉網紋Ra 0.010.1m， 速度低,壓力小,發(fā)熱少,表面不燒傷， 不能糾正形狀和位置誤差,研具與加工面相對運動，磨粒、研磨劑研去材料 機械切削作用磨粒受壓刮擦和擠壓切除微細材料 物理作用磨粒局部壓力大高溫、擠壓作用 化學作用研磨劑表面氧化變軟，加速研磨 運動較復雜軌跡不重復，Ra 0.010.2m,4、研磨,能提高尺寸形狀精度 不提高位置精度設備簡便 生產率低，手研勞動強度大,滾輪或滾珠加壓彈性和塑性變形 降低表面粗糙度值（Ra 0.050.4m），不提高形狀和位置精度 金屬晶粒變細
16、，纖維狀殘余壓應力抗疲勞強度、耐磨性和耐腐蝕性高 設備簡單，生產率高，工藝范圍廣。適用于塑性材料。,,5、滾壓,2. CA6140型車床主軸加工工藝過程,四、軸類零件加工實例,1. 半軸加工工藝過程,1.半軸加工工藝過程,工序號 工序名稱 設備 夾具 10 銑兩端面鉆中心孔 專用組合機床 V形鉗口 20 粗車大頭 仿形車床 卡盤.頂尖 30 粗車小頭 仿形車床 卡盤.頂尖 40 調質處理.研中心孔 專用設備 50 精車大頭 仿形車床 卡盤.頂尖 精車小頭
17、仿形車床 卡盤.頂尖 70 車槽 車床 頂尖,工序號 工序名稱 設備 夾具 80 銑大頭花鍵 花鍵銑床 頂尖 90 銑小頭花鍵 花鍵銑床 頂尖 100 銑鍵槽 立銑床 虎鉗 110 去鍵槽毛刺 銼刀 高頻淬火 130 磨兩端花鍵外圓及端面 磨床 頂尖 140 磨外圓（32） 磨床 頂尖 磨外圓（38） 磨床 頂尖 160 鉆孔.攻螺紋 車床
18、 三爪卡盤,工序10 銑端面鉆中心孔,工序 20， 30 粗車,工序 50， 60 精車,工序 80，90 銑花鍵,工序 100 銑平鍵,工序 110 去毛刺,工序130 磨花鍵外圓及端面,,R3,,R3,,,300-0.13,工序 140，150 磨外圓,工序 160 鉆孔攻絲,2，車床主軸的加工工藝,主要技術要求有： 支承軸頸A、B：圓度、圓跳動0.005，接觸率70%，IT5級，Ra0.4 莫氏錐孔：圓跳動，近0.005，遠0.01，接觸率70%，Ra0.4，淬硬,短錐C和端面D：圓跳動0.008，Ra0.8，淬硬 配合軸頸：尺寸IT56級，圓跳動0.015 其他表面：定位軸肩與中心線的垂直度，螺紋與中心線的同軸度等 材料45鋼，毛坯為模鍛件，大批量生產 主軸加工工藝過程略,CA6140型車床主軸加工工藝過程簡表,CA6140型車床主軸加工工藝過程簡表,CA6140型車床主軸加工工藝過程簡表,CA6140型車床主軸加工工藝過程簡表,CA6140型車床主軸加工工藝過程簡表,CA6140型車床主軸加工工藝過程簡表,CA6140型車床主軸加工工藝過程簡表,專用夾具保證加工精度,6、主軸錐孔的磨削,磨主軸錐孔夾具,3、半軸的加工工藝,
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