工艺技术-轴类零件加工工艺及常用工艺装备培训教材(ppt 91页)

模块四 轴类零件加工工艺及常用工艺装备 项目一 轴类零件加工概述 任务一 外圆加工的方法 v 课题二任务v 课题二任务五 提出方案4 解决检查6 知识能力目标1 提出问题2 分析比较5 找出切入点3 知识、能力目标 重点 轴类零件的结构特点、几何形状及其加 工方法。 难点 根据主要技术要求，确定传动轴的加工 关键表面。 轴类零件？ 两张照片有什么区别？ 任务 1 轴类零件的作用及结构特点 轴类零件 是机器中最 常见的一种 零件，主要 用于： 1）支撑传动 零件 2）承受载荷 3）传递转矩 轴类零件的分类 轴类零件的局部结构特点 内外圆柱面 内外圆锥面 螺纹 花键 键槽、沟槽 轴类零件的局部结构特点 轴的长径比小于 5的称为短轴，大于 20的称 为细长轴，大多数轴介于两者之间。 问题：直径大于长度是什么情况？ 回顾一下 X Z n 普通车床普通车床 1 主轴箱 2 夹盘 3 刀架 4 后顶尖 5 尾座 6 床身 7 光杠 8 丝杠 9 溜板箱 10 底座 11 进给箱 机床的组成机床的组成 机床的组成机床的组成 轴类零件的主要技术要求 1）尺寸精度：直径 IT6 IT9 ；长度 2）形状精度： 圆度、圆柱度 尺寸误差 3）位置精度： 同轴度 、 垂直度 、 跳动 4）表面粗糙度： Ra 0.2 6.3 形状误差位置误差尺寸误差 1）一般轴类零件材料常用 45钢； 2）中等精度而转速较高的轴，可选用 40Cr等合金 结构钢 ； 3）精度较高的轴，可选用轴承钢 GCrl5和弹簧钢 65Mn等，也可选用球墨铸铁 ； 4）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。 二、轴类零件的材料 常用毛坯：圆棒料和锻件； 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。 毛坯的锻造方式分为 :自由锻造和模锻两种。 只 有大型轴或结构复杂的轴：铸件。 二、轴类零件的毛坯 锻造毛坯在加工前，均需安排正火或退火处理（含碳量 大于 0.7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。 一般轴类零件常用 45钢，通常调质处理。 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 160c油中进行长时间的低温时效） ，以保证尺寸的稳定。 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。 附：轴类零件的热处理 大家讨论 传动轴零件图 看懂传动轴的结构形状，说出轴在产品中的作用，找 出其主要技术要求，确定传动轴的加工关键表面。 产品（传动轴部分）装配示意图 任务实施 1.1.1 看懂传动轴的结构形状 零件图采用了主视图和移出断面图表达其形状结构。从主视图 可以看出，主体由四段不同直径的回转体组成，有轴颈、轴肩、键 槽、挡圈槽、倒角、圆角等结构，由此可以想象出传动轴的结构形 状。 1.1.2 明确传动轴的装配位置和作用 由产品（传动轴部分）装配图可知，传动轴起支承齿轮、传 递扭矩的作用。两 30js6 外圆（轴颈）用于安装轴承 ,37 轴肩起 轴承轴向定位作用。 24g6 外圆及轴肩用于安装齿轮及齿轮轴向定 位，采用普通平键联接，左轴端有挡圈槽，用于安装档圈，以轴向 固定齿轮。 1 30js6 、 24g6 轴颈都具有较高的尺寸精度（ IT6）和位置 精度（圆跳动分别为 0.01、 0.02）要求，表面粗糙度（ Ra值分别为 0.8m 、 1.6m ）要求也较高； 37 轴肩两端面虽然尺寸精度要求 不高，但表面粗糙度要求较高（ Ra值分别为 1.6m 、 3.2m ）；圆 角 R1精度要求并不高，但需与轴颈及轴肩端面一起加工，所以 30js6 、 24g6 轴颈、 37 轴肩端面、圆角 R1均为加工的关键表面 。 1.1.3 确定传动轴的加工关键表面 2键槽侧面（宽度）尺寸精度（ IT9）要求中等，位置精度（ 对称度 0.025约为 8级）要求比较高，表面粗糙度（ Ra值为 3.2m ） 要求中等，键槽底面（深度）尺寸精度（ 20）和表面粗糙度（ Ra值 为 6.3m ）要求都较低，所以键槽是次要加工表面。 1.1.3 确定传动轴的加工关键表面 3挡圈槽、左、右端面、倒角等其余表面，尺寸及表面精度 要求都比较低，均为次要加工表面。 1.1.3 确定传动轴的加工关键表面 任务结果 名 称 结 果 关 键 加工表面 30js6 、 24g6 轴颈 及 轴 肩两端面 次要加工表面 其余表面 传动轴的加工关键表面 1毛坯的种类和制造方法主要与零件使用要求和生产类型有关。 2轴类零件最常用的毛坯是锻件与圆棒料，只有结构复杂的大型轴类 零件（如曲轴）才采用铸件。 3锻造后的毛坯，能改善金属的内部组织，提高其抗拉、抗弯等机械 性能。同时，因锻件的形状和尺寸与零件相近，可以节约材料，减少 切削加工的劳动量，降低生产成本。所以比较重要的轴或直径相差较 大的阶梯轴，大都采用锻件。 4对不重要的光轴或直径相差不大的阶梯轴，一般以圆棒料为主。 5锻件的制造方法有自由锻、模锻等。不同的毛坯制造方法，其生产 率和成本都不相同。在选择锻件的制造方法时，并非是制造精度越高 就越好，需要综合考虑机械加工成本和毛坯制造成本，以达到零件制 造总成本最低的目的。 6当生产批量较小、毛坯精度要求较低时，锻件一般采用自由锻造法 生产。由于不用制造锻造模型，使用工具简单、通用性较大，生产准 备周期短，灵活性大，所以应用较为广泛，特别适用于单件和小批生 产。 7当生产批量较大、毛坯精度要求较高时，锻件一般采用模锻法生产 。模锻锻件尺寸准确，加工余量小，生产率高。因需配备锻模和相应 的模锻设备，一次性投入费用较高，所以适用于较大批量的生产，而 且生产批量越大，成本就越低。 轴毛坯相关知识 根据传动轴的制造材料（ 45钢），查附表 5可确定 ，毛坯类型可采用型材或锻件，现选用锻件；毛坯采用 自由锻造法。 任务实施 1.3.1 选择传动轴毛坯类型及其制造方法 1.3.2 绘制传动轴毛坯简图 1确定传动轴毛坯的余量 查表阶梯轴的自由锻造机械加工余量计算公式（ D65mm时 ，按 65mm计算 ,L300mm时，按 300mm计算），传动轴锻件余 量计算如下： A 0.26 L0.2 D05 0.263000.2650.5 6.56mm 取整数 7mm。 2绘制传动轴毛坯简图 步 骤 图 例 （ 1）用双点划 线 画 出 传动轴 的主 视图 。只画主要 结 构，次 要 细节简 化不画， 非毛坯制造的孔不画 。 （ 2）将加工 总 余量 按尺寸用粗 实线 画在 加工表面上。 （ 3） 标 注毛坯的主 要尺寸。 任务结果 名 称 结 果 毛坯的 类 型及 其制造方法 （ 1）毛坯 类 型 为锻 件 （ 2）制造方法采用自由 锻 造 毛坯的机械加 工余量及毛坯 的尺寸偏差、 毛坯 简图 传动轴的毛坯类型及其制造方法 传动轴零件图 1确定传动轴的粗基准和夹紧方案， 2确定传动轴的精基准和夹紧方案。 车削工件时的安装（装夹） 车削工件时的安装（装夹） 车削工件时的安装（装夹） 车削工件时的安装（装夹） 车削工件时的安装（装夹） 车削工件时的安装（装夹） 车削工件时的安装（装夹） 1以毛坯表面作为定位基准，称为粗基准。 2粗基准选择要考虑下列原则： （ 1）选用的粗基准必须便于加工精基准，以尽快获得精基准。 （ 2）粗基准应选用面积较大，平整光洁，无浇口、冒口、飞边等 缺陷的表面，这样工件定位才稳定可靠。 （ 3）当有多个不加工表面时，应选择与加工表面位置精度要求较 高的表面作为粗基准。 （ 4）当工件的加工表面与某不加工表面之间有相互位置精度要求 时，应选择该不加工表面作为粗基准。 （ 5）当工件的某重要表面要求加工余量均匀时，应选择该表面作 为粗基准。 （ 6）粗基准在同一尺寸方向上应只使用一次。 3轴类零件的粗加工，可选择外圆表面作为定位粗基准，以此定 位加工两端面和中心孔，为后续工序准备精基准。 相关知识 1零件已加工的表面作为定位基准，这种基准称为精基准。合理选择定位 精基准是保证零件加工精度的关键。 2选择精基准首先根据零件关键表面的加工精度（尤其是有位置精度要求 的表面），同时还要考虑所选基准的装夹是否稳定可靠、操作方便。 3选定精基准所需用的夹具结构是否简单。 4精基准的选择原则： （ 1）基准重合原则 尽量选择设计基准作为精基准，避免基准不重合而引起的定位误差 。 （ 2）基准统一原则 尽量选择多个加工表面共享的定位基准面作为精基准，以保证各加 工面的相互位置精度，避免误差，简化夹具的设计和制造。 （ 3）自为基准原则 精加工或光整加工工序应尽量选择加工表面本身作为精基准，该表 面与其它表面的位置精度则由先行工序保证。 （ 4）互为基准原则 当两个表面相互位置精度以各自的形状和尺寸精度都要求很高时， 可以采取互为基准原则，反复多次进行加工。 相关知识 5在选择基准时不能同时遵循各选择原则（甚至相 互矛盾）时。应根据具体情况具体分析，以保证关键 表面为主，兼顾次要表面的加工精度。 6轴类零件的精基准 （ 1）轴类零件的加工，多以轴两端的中心孔作为定 位精基准。因为轴的设计基准是中心线，这样既符合 基准重合原则，又符合基准统一原则，还能在一次装 夹中最大限度地完成多个外圆及端面的加工，易于保 证各轴颈间的同轴度以及端面的垂直度。 （ 2）当不能用两端中心孔定位（如带内孔的轴）时 ，可采用外圆表面或外圆表面和一端孔口作精基准。 相关知 识 根据基准重合原则，考虑选择传动轴的 轴线作为定位精基准是最理想的，即采用两端 中心孔作为精基准，如图所示。 任务实施 1.4.1 选择传动轴的精基准和夹紧方案 选择毛坯 51 外圆作为粗基准，能方便 地加工两端面和中心孔，可以尽快获得精基准 ，如图所示。 任务实施 1.4.2 选择传动轴的粗基准和夹紧方案 根据传动轴的工艺特性，加工设备采用通 用机床，即普通车床、立式铣床、万能磨床。 根据传动轴的工艺特性，工艺装备采用通 用夹具（三爪卡盘及顶尖。 根据传动轴的工艺特性，刀具采用通用刀 具（标准车刀、键槽铣刀、砂轮等）。 根据传动轴的工艺特性，量具采用通用量 具（游标卡尺、外径千分尺等）。 轴类零件的结构特点，加工设备、夹具、刀具、量具采用哪些呢？ 拟定传动轴机械加工工艺路线 1选择各表面的加工方法； 2初步拟定传动轴机械加工工艺 路线。 任务目标 车外圆 钻中心孔 钻孔 扩孔 铰孔 镗孔 磨床主轴的加工 任务实施 1.5.1 确定各表面的加工方法 加工表面 精度要求 表面粗糙 度 Ra/m 加工方案 30js6 外 圆 轴 肩及 圆 角 IT6 IT11以上 0.8 1.6 粗 车 半精 车 精 车 粗磨 精磨 24g6 外 圆 轴 肩及 圆 角 IT6 IT11以上 1.6 3.2 粗 车 半精 车 精 车 键 槽 侧 面 8N9 底面 IT9 IT11以上 3.2 6.3 粗 铣 精 铣 挡 圈槽 22.91.3 IT11以上 12.5 粗 车 各倒角 IT11以上 12.5 粗 车 轴类零件键槽加工方法 键槽是轴类零件上常见的结构，其中以 普通平键应用最广泛，通常在普通立式铣床上 用键槽铣刀加工。 键槽一般都放在外圆精车或粗磨之后、 精加工之前进行。如果安排在精车之前铣键槽 ，在精车时由于断续切削而产生振动，既影响 加工质量，又容易损坏刀具。另一方面，键槽 的尺寸也较控制，如果安排在主要表面的精加 工之后，则以会破坏主要表面的已有的精度。 相关知识 1轴类零件外圆加工方法 （ 1）车削加工 车削加工是轴类零件外圆的主要加工方法。根据生产批量不同，可在卧式车 床、多刀半自动车床或仿形车床上进行。 对于中小型铸铁和锻件，可直接进行粗车，经过粗车后工件的精度可达到 IT10 IT12，表面粗糙度 Ra值可 12.5m 25m ，粗车可切除毛坯的大部分 余量。 对经过粗车的工件，采用半精车可达到 IT9 IT10级精度，表面粗糙度 Ra值 可 6.3m 12.5m 。对于中等精度的工件表面，半精车可作为终加工工序 ，也可作为磨削或精加工的预加工工序。 精车可作为最终加工工序或光整工序的预加工，精车后工件表面可达 IT7 IT8级精度，表面粗糙度 Ra值可 3.2m 1.6m 。 （ 2）磨削加工 磨削加工是轴类零件外圆精加工的主要方法。它既能加工淬火零件，也能加 工非淬火零件。通过磨削加工能有效地提高轴类零件尤其是淬硬件的加工质 量。 磨削加工可以达到的经济精度为 IT6级，表面粗糙度 Ra值可 1.25m 0.32m 。根据不同的精度和表面质量要示，磨削可分为粗磨、精磨、细磨 和镜面磨削等。 粗磨后工件表面可达到 IT8 IT9级，表面粗糙度 Ra值可 1.0m 1.25m ； 精磨后可达到 IT6 IT8级，表面粗糙度 Ra值可 1.25m 0.63m 。 相关知识 传动轴机械加工工艺路线方案一 工序 号 工序名 称 工 序 内 容 定位基准 加工 设 备 1 锻 造 锻 造毛坯 2 热处 理 正火 处 理 3 车钻 分 别车 两端面、 钻 两端中心孔， 总长车 至 140 毛坯 51 外 圆 CA6140 4 粗 车 分 别 粗 车 左、右端各外 圆 及 轴 肩端面， 30 、 24 外 圆 和 轴 肩端面均留余量， 37 车 至尺 寸 两中心孔 CA6140 5 热处 理 调质处 理 6 研修 研修中心孔 两中心孔 CA6140 7 半精、 精 车 半精 车 右端 30 外 圆 及 轴 肩端面，留磨削余量； 调头 半精 车 左端 30 外 圆 及 轴 肩端面，留 磨削余量；半精 车 、精 车 24g6 外 圆 及 轴 肩 端面、 圆 角至尺寸， 车 左端槽 22.31.3 至 尺寸 两中心孔 CA6140 8 磨削 粗、精磨左、右端 30js6 外 圆 及 轴 肩端面、 圆 角至尺寸 两中心孔 M131W 9 铣 削 铣键 槽 8N9至尺寸，去毛刺 两中心孔 X5032 10 终检 按 图样 技 术 要求全部 检验 优 点：与方案二相比，工序少，只精 车 24g6 外 圆 （不磨削），加工成本低。 缺点： 24g6 外 圆 的位置精度 难 保 证 。 传动轴机械加工工艺路线方案二 工序号 工序名 称 工 序 内 容 定位基 准 加工 设 备 1 锻 造 锻 造毛坯 2 热处 理 正火 处 理 3 车钻 分 别车 两端面、 钻 两端 A6.3中心孔， 总 长车 至 140 毛坯 51 外 圆 CA6140 4 粗 车 分 别 粗 车 左、右端各外 圆 及 轴 肩端面 ,37 车 至尺寸 ,30 、 24 外 圆 和 轴 肩 端面均留余量 两中心 孔 CA6140 5 热处 理 调质处 理 6 研修 研修中心孔 CA6140 7 半精 车 分 别 半精 车 左、右端各外 圆 及 轴 肩端 面，均留磨削余量 两中心 孔 CA6140 8 磨削 粗、精磨左、右端 30js6 、 24g6 外 圆 及 轴 肩端面、 圆 角至尺寸 两中心 孔 M131W 9 铣 削 ，去毛刺 两中心 孔 X5032 10 车 削 车 左端槽 22.31.3 至尺寸，去毛刺 两中心 孔 11 终检 按 图样 技 术 要求全部 检验 优 点： 24g6 外 圆 的尺寸和位置精度容易保 证 。 缺点：比方案一多一道工序，又磨削 24g6 外 圆 ，加工成本比方案一稍高。 传动轴机械加工工艺过程卡片 1中心孔 的应用与加 工 两端中心孔 （或两端孔 口 60 倒角 ）作为工件 车削和磨削 加工的定位 基准，其误 差会直接影 响工件的加 工精度。 相关知识 a）中心孔为椭圆 b）中心孔过深 c）中心孔太浅 d）中心孔钻偏 e）两端不同轴 f）、 g）锥角有偏差 中心孔在使用过程中的磨损及热处理后产生的 变形都会影响加工精度。因此，在热处理之后、精 加工之前，应安排研修中心孔工序，以削除误差。 相关知识 小组讨论：拟定方头小轴零件的工艺路线 如下图所示为方头小轴，中批生产，材料为 20Cr， 要求 12h7 mm段渗碳（深 0.8mm1.1mm） ， 淬火硬度为 50 HRC 55 HRC， 试拟定其工艺路线 。 表 2-10 方 头 小 轴 制造工 艺 路 线 下料： 20Cr钢 棒 22mm470mm若干段 粗 加 工 1 车 车 右端面及右端外 圆 ，留磨余量每面 0.2mm(7mm不 车 )，按 长 度 切断，每段切留余量 (23)mm。 2 车 夹 右端柱段， 车 左端面，留余量 2mm； 车 左端外 圆 至 20mm。 3 检验 4 渗碳 半 精 加 工 5 车 夹 左端 20mm段， 车 右端面，留余量 1mm， 打中心孔； 车 7mm 、 12mm圆 柱段。 6 车 夹 12部分， 车 左端面至尺寸，打中心孔。 7 铣 铣 削 17mm17mm方 头 。 8 检验 9 淬火 HRC=5060 。 精 加 工 10 研中心孔 粗糙度 Ra0.4m 11 磨 磨 12h7 mm外 圆 ，达到 图纸 要求。 12 检验 13 清洗、油封、包装 这些是什么刀具 常用材料：工具钢、硬质合金、陶瓷、超硬合金 车刀相关知识 刀具材料 图 2-55 刀具材料的发展与切削加工高速化的关系 切削速度（ m/min ） 2000 1000 500 200 100 50 20 10 1800 1850 1900 1950 2000 年代 碳 素工具钢 合金工具钢 WC系硬质合金 高速钢 WC-TiC系硬质合金 涂层硬质合金 TiAlN涂层 硬质合金 DLC涂层 硬质合金 TiC-TiN金属陶瓷 聚晶立方 氮化硼 （ PCBN）陶瓷 聚晶金刚石 （ PCD） 刀具材料的发展刀具材料的发展 车刀的结构车刀的结构 a） 焊接式车刀 b） 整体式车刀 c） 机夹式车刀 车刀由刀头