轴类零件加工工艺及常用工艺装备培训教材

1、轴类零件加工工艺及常用工艺装备培训教材v 课题二任务课题二任务v 课题二任务五课题二任务五提出方案提出方案4解决检查解决检查6知识能力目标知识能力目标1提出问题提出问题2分析比较分析比较5 找出切入点找出切入点3知识、能力目标重点重点 轴类零件的结构特点、几何形状及其加轴类零件的结构特点、几何形状及其加工方法。工方法。难点难点 根据主要技术要求，确定传动轴的加工根据主要技术要求，确定传动轴的加工关键表面。关键表面。 轴类零件？两张照片有什么区别？任务任务1 1 轴类零件的作用及结构特点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）支撑传动零件零件2）承受载

2、荷）承受载荷3）传递转矩）传递转矩 轴类零件的分类轴类零件的分类 轴类零件的局部结构特点轴类零件的局部结构特点内外圆柱面内外圆柱面内外圆锥面内外圆锥面螺纹螺纹花键花键键槽、沟槽键槽、沟槽 轴类零件的局部结构特点轴类零件的局部结构特点轴的长径比小于轴的长径比小于5 5的称为短轴，大于的称为短轴，大于2020的称的称为细长轴，大多数轴介于两者之间。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？问题：直径大于长度是什么情况？回顾一下XZn1主轴箱主轴箱2夹盘夹盘3刀架刀架4后顶尖后顶尖 5尾座尾座6床身床身7光杠光杠8丝杠丝杠9溜板箱溜板箱10底座底座11进给箱进给箱 轴类零件的主要

3、技术要求轴类零件的主要技术要求1）尺寸精度：直径）尺寸精度：直径IT6 6IT9 9 ；长度；长度2）形状精度：）形状精度：圆度、圆柱度圆度、圆柱度 尺寸误差尺寸误差3）位置精度：）位置精度：同轴度同轴度 、垂直度垂直度 、跳动跳动 4）表面粗糙度：）表面粗糙度：Ra 0.2 6.3 形状误差位置误差尺寸误差形状误差位置误差尺寸误差1 1）一般轴类零件材料常用）一般轴类零件材料常用4545钢；钢； 2 2）中等精度而转速较高的轴，可选用）中等精度而转速较高的轴，可选用40Cr40Cr等合金等合金结构钢结构钢 ；3 3）精度较高的轴，可选用轴承钢）精度较高的轴，可选用轴承钢GCrl5GCrl5和

4、弹簧钢和弹簧钢65Mn65Mn等，也可选用球墨铸铁等，也可选用球墨铸铁 ；4 4）对于高转速、重载荷条件下工作的轴，选用）对于高转速、重载荷条件下工作的轴，选用20CrMnTi20CrMnTi、20Mn2B20Mn2B、20Cr20Cr等低碳合金钢或等低碳合金钢或38CrMoAl38CrMoAl氮化钢。氮化钢。 二、轴类零件的材料二、轴类零件的材料 常用毛坯：圆棒料和锻件；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

5、用锻件。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毛坯的锻造方式分为: :自由锻造和模锻两种。自由锻造和模锻两种。 只有大型轴或结构复杂的轴：铸件。只有大型轴或结构复杂的轴：铸件。 二、轴类零件的毛坯二、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（含碳量大锻造毛坯在加工前，均需安排正火或退火处理（含碳量大于于0.70.7的碳钢和合金钢），以使钢材内部晶粒细化，消的碳钢和合金钢），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。除锻造应力，降低材料硬度，改善切削加工性能。 一般轴类零件常用一般轴类零件常用4545钢，通常调质处理。钢，通常调质

6、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（在低温时效处理（在160c160c油中进行长时间的低温时效），油中进行长时间的低温时效），以保证尺寸的稳定。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。的局部变形。附：轴类零件的热处理附：轴类零件的热处理大家讨论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。出其主要技术要求，确

7、定传动轴的加工关键表面。产品（传动轴部分）装配示意图 任务实施任务实施1.1.1 1.1.1 看懂传动轴的结构形状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 1.1.2 明确传动轴的装配位置和作用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，

8、用于安装档圈，以轴向固定齿轮。 130js6、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 1.1.3 确定传动轴的加工关键表面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

9、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 1.1.3 确定传动轴的加工关键表面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 1.1.3 确定传动轴的加工关键表面确定传动轴的加工关键表面湖南工业职业技术学院任务结果任务结果名称名称结果结果关键加工表面 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

10、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

11、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。任务实施任务实施1.3.1 1.3.1 选择传动轴毛坯类型及其制造方法选择传动轴毛坯类型及其制造方法1.3.2 1.3.2 绘制传动轴毛坯简图绘制传动轴

12、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： A0.26 L0.2 D0.50.263000.2650.5 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。任务结果任务结果名称名称结果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

13、型及其制造方法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，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。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

14、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

15、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

16、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。任务实施任务实施1.4.1 1.4.1 选择传动轴的精基准和夹紧方案选择传动轴的精基准和夹紧方案 选择毛坯51外

17、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。任务实施任务实施1.4.2 1.4.2 选择传动轴的粗基准和夹紧方案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？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

18、各表面的加工方法；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初步拟定传动轴机械加工工艺路线。线。任务目标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任务实施1.5.1 1.5.1 确定各表面的加工方法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IT6IT11以上0.81.6粗车半精车精车粗磨精磨24g6外圆轴肩及圆角IT6IT11以上1.63.2粗车半精车精车键槽侧面8N9底面IT9IT11以上3.26.3粗铣精铣挡圈槽22.91.3IT11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

19、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IT10IT12，表面粗糙度Ra值可12.5m25m，粗车可切除毛坯

20、的大部分余量。对经过粗车的工件，采用半精车可达到IT9IT10级精度，表面粗糙度Ra值可6.3m12.5m。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IT7IT8级精度，表面粗糙度Ra值可3.2m1.6m。（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1.25m0.32m。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

21、等。粗磨后工件表面可达到IT8IT9级，表面粗糙度Ra值可1.0m1.25m；精磨后可达到IT6IT8级，表面粗糙度Ra值可1.25m0.63m。相关知识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CA61404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CA61405热处理调质处理6研修研修中心孔 两中心孔CA61407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

22、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CA61408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M131W9铣削铣键槽8N9至尺寸，去毛刺两中心孔X503210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CA61404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

23、肩端面均留余量两中心孔CA61405热处理调质处理6研修研修中心孔CA61407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CA61408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M131W9铣削，去毛刺两中心孔X5032两中心孔 机械加工工艺过程卡片机械加工工艺过程卡片 传动轴机械加工工艺过程卡片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）

24、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。相关知识相关知识小组讨论：拟定方头小轴零件的工艺路线小组讨论：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，材料为如下图所示为方头小轴，中批生产，材料为20Cr，要求要求 12h7 mm段渗碳（深段渗碳（深0.8mm1.1mm），淬火硬），淬火硬度为度为50 HRC 55 HRC，试拟定其工艺路线。，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0.2m

25、m(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Ra0.4m11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这些是什么刀具 常用材料：工具钢、硬质合金、陶瓷、超硬合金常用材料：工具钢、硬质合金、陶瓷、超硬合金车刀相关知识车刀相关知识刀具材料 图2-

26、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）200010005002001005020101800 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）a）焊接式车刀b）整体式车刀c）机夹式车刀车刀由刀头和刀杆组成。车刀由刀头和刀杆组成。刀杆用于装夹，刀头用于切削。结构形式有：刀杆用于装夹，刀头用于切削。结构形式有： 车刀的角度车刀的角度1.前角：前刀面和基面之间的夹角。增大前角，则主切削刃前角：前刀面和基面之间的夹角。增大前角，则主切