轴类零件加工2012

1、2022-3-281轴类零件加工轴类零件加工 2022-3-282一、概述一、概述1.1.轴类零件的功用与结构特点轴类零件的功用与结构特点功用：功用：轴类零件是机械加工中最常见的典型零件之一。轴类零件是机械加工中最常见的典型零件之一。它主要起支承传动件和传递转矩的作用。它主要起支承传动件和传递转矩的作用。结构特点：结构特点：轴类零件是旋转体零件轴类零件是旋转体零件, ,长度大于直径长度大于直径, ,主主要由内外圆柱面、内外圆锥面、螺纹、花键、键槽、沟槽要由内外圆柱面、内外圆锥面、螺纹、花键、键槽、沟槽及横向孔等组成。根据结构形状的不同可分为光轴、空心及横向孔等组成。根据结构形状的不同可分为光轴

2、、空心轴、半轴、阶梯轴、花键轴、十字轴、偏心轴、曲轴及凸轴、半轴、阶梯轴、花键轴、十字轴、偏心轴、曲轴及凸轮轴等轮轴等,如下图所示。如下图所示。 2022-3-283轴的种类2022-3-2842.2.轴类零件的主要技术要求轴类零件的主要技术要求1)1)尺寸精度尺寸精度轴颈是轴类零件的重要表面轴颈是轴类零件的重要表面, ,它的直径精度根它的直径精度根据使用要求通常为据使用要求通常为IT6IT6IT9,IT9,有时可达有时可达IT5IT5。 2) 形状精度形状精度 轴颈的几何形状精度轴颈的几何形状精度( (圆度、圆柱度圆度、圆柱度) )应限制应限制在直径公差范围之内。对几何形状精度要求较高在直径

3、公差范围之内。对几何形状精度要求较高时时, ,则应在零件图上专门标注形状公差。则应在零件图上专门标注形状公差。2022-3-2853)3)位置精度位置精度配合轴颈配合轴颈( (装配传动件的轴颈装配传动件的轴颈) )相对相对支承轴颈支承轴颈( (装装配轴承的轴颈配轴承的轴颈) )的同轴度以及支承端面对的同轴度以及支承端面对支承轴颈支承轴颈的的垂直度通常要求较高。普通精度的轴垂直度通常要求较高。普通精度的轴, ,配合轴颈相对配合轴颈相对支承轴颈的径向圆跳动一般为支承轴颈的径向圆跳动一般为0.010.03mm,高精度高精度的轴为的轴为0.0010.005mm。端面圆跳动为。端面圆跳动为0.0050.

4、01mm。 2022-3-2864)4)表面粗糙度表面粗糙度轴类零件的各加工表面均有表面粗糙度的轴类零件的各加工表面均有表面粗糙度的要求。一般说来要求。一般说来, ,支承轴颈的表面粗糙度要求支承轴颈的表面粗糙度要求为为R Ra a0.630.630.16m0.16m。配合轴颈的表面粗糙度。配合轴颈的表面粗糙度R Ra a2.52.50.63m0.63m。2022-3-287CA6140型车床主轴简图 2022-3-2882022-3-2893.3.轴类零件的材料与毛坯轴类零件的材料与毛坯1)1)轴类零件的材料轴类零件的材料一般轴类零件材料常用一般轴类零件材料常用4545钢钢; ;中等精度而转速

5、较高的轴中等精度而转速较高的轴, ,可选用可选用40Cr40Cr、40M40Mn nB B、35S35Si iM Mn n等合金结构钢等合金结构钢; ;精度较高的轴精度较高的轴, ,可选用轴承钢可选用轴承钢GCr15GCr15和弹簧钢和弹簧钢65Mn65Mn等等, ,也可选用球墨铸铁也可选用球墨铸铁; ;对对于高转速、重载荷条件下工作的轴于高转速、重载荷条件下工作的轴,选用选用20CrMnTi、20Mn2B、20Cr等低碳合金钢或等低碳合金钢或38CrMoAlA氮化钢。氮化钢。 2022-3-28102)2)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轴类零件最常用的毛坯是圆棒料和圆棒料

6、和锻件锻件; ;只有某些只有某些大型、结构复杂的轴采用铸件大型、结构复杂的轴采用铸件。 毛坯经过加热锻造后毛坯经过加热锻造后, ,可使金属内部纤维组织沿表可使金属内部纤维组织沿表面均匀分布面均匀分布, ,从而获得较高的抗拉、抗弯及抗扭强度从而获得较高的抗拉、抗弯及抗扭强度, ,故故一般比较重要的轴一般比较重要的轴, ,多采用锻件。多采用锻件。依据生产批量的大小依据生产批量的大小, ,毛坯的锻造方式分为自由锻毛坯的锻造方式分为自由锻造和模锻两种。自由锻造多用于中小批生产造和模锻两种。自由锻造多用于中小批生产,模锻适用于模锻适用于大批大量生产。大批大量生产。 2022-3-2811 轴类零件在机械

7、中起着突出的作用，工作中受弯曲、轴类零件在机械中起着突出的作用，工作中受弯曲、扭转和交变载荷，有时还得承受一定冲击性载荷。支承轴扭转和交变载荷，有时还得承受一定冲击性载荷。支承轴颈处还要承受磨擦，产生摩擦热。为了保证轴件的正常工颈处还要承受磨擦，产生摩擦热。为了保证轴件的正常工作，轴件的加工质量至关重要。这就需要解决好轴件加工作，轴件的加工质量至关重要。这就需要解决好轴件加工的工艺问题。的工艺问题。 工艺的关键问题在于防止弯曲变形、残余内应力和微工艺的关键问题在于防止弯曲变形、残余内应力和微观裂纹的产生。为了保证轴件的质量，机械加工中必须解观裂纹的产生。为了保证轴件的质量，机械加工中必须解决好

8、以下主要工艺问题：决好以下主要工艺问题：2022-3-28122022-3-28131.1.定位基准的选择定位基准的选择轴类零件的定位基准轴类零件的定位基准, ,最常用的是两中心孔最常用的是两中心孔。因为轴类。因为轴类零件各外圆表面、锥孔、螺纹等表面的设计基准都是轴的中零件各外圆表面、锥孔、螺纹等表面的设计基准都是轴的中心线心线, ,采用两中心孔定位采用两中心孔定位, ,既符合基准重合原则又符合基准统既符合基准重合原则又符合基准统一原则。一原则。能保证工件在多次调头装夹中获得较高的位置精度能保证工件在多次调头装夹中获得较高的位置精度。 粗加工时常粗加工时常采用轴的外圆表面、内孔表面或外圆表面与

9、采用轴的外圆表面、内孔表面或外圆表面与中心孔组合作为定位基准。中心孔组合作为定位基准。 （1 1）粗加工时，为了提高生产率，切除较多的加工余量，）粗加工时，为了提高生产率，切除较多的加工余量，常可采用常可采用“一夹一顶一夹一顶”方式装夹工件。方式装夹工件。此时以外圆和中心孔此时以外圆和中心孔共同作定位基准。共同作定位基准。2022-3-2814（2 2）两顶尖支承定位时，不宜用大的切削量加工。）两顶尖支承定位时，不宜用大的切削量加工。（3 3）当轴的长径比较小，轴上各圆柱面的位置精度要求不）当轴的长径比较小，轴上各圆柱面的位置精度要求不高，批量小时，精加工亦可采用高，批量小时，精加工亦可采用“

10、一夹一顶一夹一顶”的定位方式。的定位方式。（4 4）若轴为空心轴时，在轴两端无法加工出中心孔。）若轴为空心轴时，在轴两端无法加工出中心孔。此时此时必须在内圆柱面上倒出锥面必须在内圆柱面上倒出锥面( (如有锥孔可直接使用如有锥孔可直接使用) )，用带，用带有中心孔的锥堵或锥套心轴做定位基准。有中心孔的锥堵或锥套心轴做定位基准。 2022-3-2815锥堵与锥套心轴 2022-3-2816采用锥堵应注意以下几点采用锥堵应注意以下几点: :锥堵应具有较高的精锥堵应具有较高的精度度, ,其中心孔既是锥堵本身制造的定位基准其中心孔既是锥堵本身制造的定位基准, ,又是磨削又是磨削空心轴的精基准空心轴的精基

11、准, ,因而必须保证锥堵的锥面与中心孔因而必须保证锥堵的锥面与中心孔有较高的同轴度。有较高的同轴度。 另外另外, ,在使用锥堵时在使用锥堵时, ,应尽量减少锥堵装夹次数。应尽量减少锥堵装夹次数。这是因为工件锥孔与锥堵的锥角不可能完全一样这是因为工件锥孔与锥堵的锥角不可能完全一样, ,重重新装夹势必引起装夹误差新装夹势必引起装夹误差, ,故中、小批生产时故中、小批生产时, ,锥堵安锥堵安装后一般不中途更换。装后一般不中途更换。2022-3-2817 由于轴是多阶梯（机床主轴还带通孔）的零件由于轴是多阶梯（机床主轴还带通孔）的零件, ,切除大切除大量金属后量金属后, ,会引起残余应力重新分布而变形

12、会引起残余应力重新分布而变形, ,故安排工序时故安排工序时, ,一定要粗精分开一定要粗精分开, ,先粗后精。先粗后精。(1)(1)粗加工阶段粗加工阶段: :切端面钻中心孔、粗车外圆等。切端面钻中心孔、粗车外圆等。目的目的: :切除大部分余量切除大部分余量, ,提高生产率提高生产率, ,留足够余量留足够余量, ,及时发及时发现缺陷。现缺陷。 2022-3-2818(2)(2)半精加工阶段半精加工阶段: : 精车外圆精车外圆 各次要表面的加工各次要表面的加工( (铣键槽、铣花键、车螺纹等铣键槽、铣花键、车螺纹等) ) 表面淬火表面淬火目的目的: :主要表面的精度进一步提高，为精加工留有小而主要表面

13、的精度进一步提高，为精加工留有小而均匀的余量；次要表面达到图纸要求。均匀的余量；次要表面达到图纸要求。(3)(3)精加工阶段精加工阶段: :主要表面主要表面( (指支承面、装配定位面等指支承面、装配定位面等) )的精加工。的精加工。磨削、精密磨削或光整加工各主要表面。磨削、精密磨削或光整加工各主要表面。目的目的:各表面都加工到图纸要求。各表面都加工到图纸要求。 2022-3-2819先粗后精、粗精分开；基准先行、防止变形先粗后精、粗精分开；基准先行、防止变形(1)(1)基准先行。在安排机械加工工艺时基准先行。在安排机械加工工艺时, ,总是先加工好定位总是先加工好定位基准面基准面, ,即基准先行

14、。轴件加工也总是首先安排铣端面钻中心即基准先行。轴件加工也总是首先安排铣端面钻中心孔孔, ,以便为后续工序准备好定位基准。以便为后续工序准备好定位基准。(2)(2)轴轴中心深孔中心深孔加工的安排。为了使中心孔能够在多道工加工的安排。为了使中心孔能够在多道工序中使用序中使用, ,希望深孔加工安排在最后。但是希望深孔加工安排在最后。但是, ,深孔加工属粗加工深孔加工属粗加工, ,余量大余量大, ,发热多发热多, ,变形也大变形也大, ,会使得加工精度难以保持会使得加工精度难以保持, ,故不能放故不能放到最后（轴端小孔可放在最后加工）。到最后（轴端小孔可放在最后加工）。一般深孔加工安排在外一般深孔加

15、工安排在外圆粗车之后圆粗车之后, ,以便有一个较为精确的轴径作定位基准用来搭中以便有一个较为精确的轴径作定位基准用来搭中心架心架,这样加工出的孔容易保证壁厚均匀。这样加工出的孔容易保证壁厚均匀。 2022-3-2820(3)(3) 先加工外圆先加工外圆, ,再以外圆定位加工内孔。再以外圆定位加工内孔。 加工阶梯外圆时加工阶梯外圆时, ,先加工直径较大的先加工直径较大的, ,后加工直径较小的后加工直径较小的, ,这样可避免过早地削弱工件的刚度。这样可避免过早地削弱工件的刚度。 加工阶梯深孔时加工阶梯深孔时, ,先加工直径较大的先加工直径较大的, ,后加工直径较小的后加工直径较小的, ,这样便于使

16、用刚度较大的孔加工工具。这样便于使用刚度较大的孔加工工具。2022-3-2821(4)(4)轴上的花键、键槽、螺纹等次要表面加工轴上的花键、键槽、螺纹等次要表面加工, ,通常均安排通常均安排在外圆精车或粗磨之后、精磨外圆之前进行。在外圆精车或粗磨之后、精磨外圆之前进行。 如果精车前就铣出键槽如果精车前就铣出键槽, ,精车时因断续切削而易产生振动精车时因断续切削而易产生振动, ,既影响加工质量既影响加工质量, ,又容易损坏刀具又容易损坏刀具, ,也难控制键槽的深度。也难控制键槽的深度。 次要表面加工也不能放到主要表面精磨之后次要表面加工也不能放到主要表面精磨之后,否则会破坏否则会破坏主要表面已获

17、得的精度。主要表面已获得的精度。 2022-3-2822(5)(5) (6)防止加工过程中的变形，防止加工过程中的变形， (7) 2022-3-2823轴类零件的使用性能除与所选钢材种类有关外轴类零件的使用性能除与所选钢材种类有关外, ,还与所还与所采用的热处理关系密切。采用的热处理关系密切。 作用：作用：改善切削性能改善切削性能 去除内应力去除内应力 提高机械性能提高机械性能（1 1）锻造毛坯在机加工前）锻造毛坯在机加工前, ,均需安排均需安排正火或退火正火或退火处理处理( (含碳含碳量大于量大于( (C C)=0.7)=0.7的碳钢和合金钢的碳钢和合金钢),),以使钢材内部晶粒细以使钢材内

18、部晶粒细化化, ,消除锻造应力消除锻造应力, ,降低材料硬度降低材料硬度, ,改善切削加工性能。改善切削加工性能。（2 2）为了获得较好的综合力学性能）为了获得较好的综合力学性能, ,轴类零件常要求轴类零件常要求调质处调质处理理，一般分两种情况：，一般分两种情况：2022-3-2824毛坯余量大时毛坯余量大时, ,调质安排在粗车之后、半精车之前调质安排在粗车之后、半精车之前,以以 便消除粗车时产生的残余应力。便消除粗车时产生的残余应力。毛坯余量小时毛坯余量小时,调质可安排在粗车之前进行。调质可安排在粗车之前进行。调质处理可获得均匀细致的回火索氏体组织，以调质处理可获得均匀细致的回火索氏体组织，

19、以全面提高轴件的综合机械性能；并为表面淬火做准备，全面提高轴件的综合机械性能；并为表面淬火做准备，使表面淬火得到均匀致密的硬化层，并且使硬化层的使表面淬火得到均匀致密的硬化层，并且使硬化层的硬度由表面向中心逐渐降低，同时，索氏体组织精加硬度由表面向中心逐渐降低，同时，索氏体组织精加工后表面粗糙度较小。工后表面粗糙度较小。2022-3-2825（3）表面淬火）表面淬火一般安排在精加工阶段之前一般安排在精加工阶段之前,半精半精加工阶段之后，使工作表面获得一定的硬化层，提高加工阶段之后，使工作表面获得一定的硬化层，提高零件的耐磨性能。零件的耐磨性能。 （4）对精度要求高的轴）对精度要求高的轴,在局部

20、淬火后或粗磨之在局部淬火后或粗磨之后后,还需进行还需进行低温时效低温时效处理处理(在在160油中进行长时间的油中进行长时间的低温时效低温时效),以保证尺寸的稳定。以保证尺寸的稳定。 2022-3-2826（5）渗氮处理渗氮处理。常用材料为氮化钢。常用材料为氮化钢38GrMoAlA。需在渗氮之前进行调质和低温时效处理需在渗氮之前进行调质和低温时效处理。对调质的质量。对调质的质量要求也很严格要求也很严格,不仅要求调质后索氏体组织要均匀细化不仅要求调质后索氏体组织要均匀细化,而且要求离表面而且要求离表面0.80.10mm层内铁素体含量不超过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

21、。否则会造成氮化脆性而影响其质量。 2022-3-28275.5.轴类零件的检验轴类零件的检验 尺寸检验尺寸检验 形状检验形状检验 位置检验位置检验 锻造毛坯锻造毛坯 正火（退火）正火（退火） 粗车粗车 调质处理调质处理 精车精车 各次要表面加工各次要表面加工 表面淬火表面淬火 磨削、精密磨削磨削、精密磨削2022-3-28281.1.多刀半自动车削和仿形车削多刀半自动车削和仿形车削轴类零件批量较大时轴类零件批量较大时, ,多采用多刀切削和仿形加工。多采用多刀切削和仿形加工。（图示为多刀切削，仿形加工）（图示为多刀切削，仿形加工）多刀切削是指用两把或两把以上刀具同时加工工件上多刀切削是指用两把

22、或两把以上刀具同时加工工件上的几个表面。多刀切削可以把几个工步合并起来的几个表面。多刀切削可以把几个工步合并起来, ,使机动时使机动时间重叠。间重叠。要指出的是要指出的是, ,这种加工方法调整刀具时间较长这种加工方法调整刀具时间较长, ,且且切削力较大切削力较大,要求机床的刚性及功率要大。要求机床的刚性及功率要大。 2022-3-2829多刀车削 2022-3-2830仿形加工 2022-3-2831仿形加工是指按照预制的仿形靠模顺序将工件外形加仿形加工是指按照预制的仿形靠模顺序将工件外形加工出来的方法。它有机械靠模仿形和液压随动靠模仿形两工出来的方法。它有机械靠模仿形和液压随动靠模仿形两种。

23、种。液压仿形加工可在液压半自动车床上进行液压仿形加工可在液压半自动车床上进行, ,也能在卧也能在卧式车床上采用液压仿形刀架来实现。液压仿形加工不仅能式车床上采用液压仿形刀架来实现。液压仿形加工不仅能大大减少零件加工的辅助时间大大减少零件加工的辅助时间, ,而且产品质量稳定而且产品质量稳定, ,调整方调整方便便, ,减轻了工人的劳动强度减轻了工人的劳动强度, ,因此已成为提高轴类零件外圆因此已成为提高轴类零件外圆车削生产率的重要方法。车削生产率的重要方法。 2022-3-28321)1)高速磨削高速磨削砂轮线速度高于砂轮线速度高于606080m/s80m/s的磨削的磨削, ,称为高速磨削。高称为

24、高速磨削。高速磨削有以下特点速磨削有以下特点: :(1)(1)提高了生产率。砂轮速度提高后提高了生产率。砂轮速度提高后, ,单位时间进入磨单位时间进入磨削的磨粒数成比例增加削的磨粒数成比例增加, ,如果还保持每颗磨粒切屑厚度与普如果还保持每颗磨粒切屑厚度与普通磨削相同通磨削相同, ,则进给量可以成比例加大则进给量可以成比例加大, ,磨削时间相应缩短。磨削时间相应缩短。(2)(2)提高砂轮耐用度。砂轮速度提高后提高砂轮耐用度。砂轮速度提高后, ,若进给量仍与若进给量仍与普通磨削相同普通磨削相同, ,则每颗磨粒切去的切屑厚度减小则每颗磨粒切去的切屑厚度减小, ,每颗磨粒每颗磨粒承受的切削负荷也就小

25、了。磨粒切削能力相对提高承受的切削负荷也就小了。磨粒切削能力相对提高, ,每次修每次修整砂轮后可以磨去更多的金属。整砂轮后可以磨去更多的金属。 2022-3-2833(3)减小表面粗糙度值。因为每颗磨粒切削厚度变小,表面切痕深度浅,表面粗糙度值小,作用在工件上的法向磨削力也相应减小,所以又可提高加工精度。但高速磨削对砂轮、机床均有一些特殊要求,应予充分注意。必须提高砂轮的强度,以免砂轮因离心力而破裂,按切削速度规范选用砂轮。砂轮主轴的轴承间隙要适当加大,冷态间隙为0.040.05mm,热态间隙为0.03mm左右。砂轮防护罩应加厚,开口角度减少,以确保安全。改善磨削液供给方式。高速磨削区温度极高

26、,而砂轮周围因高速回转形成一股强大气流,磨削液不易进入磨削区,须采用特殊喷嘴且增加磨削液流量和压力。 2022-3-2834强力磨削采用较高的砂轮速度,较大的磨削深度,一次切深可达6mm以上。进给量较小,直接从毛坯上磨出加工表面。它可“以磨代车”、“以磨代铣”,而且效率比车削、铣削高。强力磨削力及磨削热比高速磨削显著增加,因此除提高电动机功率外,还要加强砂轮防护罩的强度和加大磨削液的供应量,而且还需合理选择砂轮和加强机床刚度等措施,以免发生危险。 2022-3-2835砂带磨削是用涂满磨料的环形砂带作为切削工具的一种加工方法。它是多刀多刃连续切削,因而砂带磨床加工效率超过车、铣、刨等通用机床加

27、工效率,几乎领先于所有金属切削机床。砂带磨削时,砂带和工件是弹性接触,砂带不能修整, 故其加工精度要低于砂轮精密磨削。砂带磨削的三种方式如下图所示。 2022-3-2836砂带磨削的三种方式 2022-3-28372. CA61402. CA6140型车床主轴加工工艺过程型车床主轴加工工艺过程 1. 1. 半轴加工工艺过程半轴加工工艺过程 2022-3-28382022-3-28391.半轴加工工艺过程半轴加工工艺过程工序号工序号 工序名称工序名称 设备设备 夹具夹具10 铣两端面钻中心孔 专用组合机床 V形钳口 20 粗车大头 仿形车床 卡盘.顶尖30 粗车小头 仿形车床 卡盘.顶尖 40

28、调质处理.研中心孔 专用设备50 精车大头 仿形车床 卡盘.顶尖 精车小头 仿形车床 卡盘.顶尖70 车槽 车床 顶尖 2022-3-2840工序号工序号 工序名称工序名称 设备设备 夹具夹具80 铣大头花键 花键铣床 顶尖90 铣小头花键 花键铣床 顶尖100 铣键槽 立铣床 虎钳110 去键槽毛刺 锉刀 高频淬火130 磨两端花键外圆及端面 磨床 顶尖 140 磨外圆（32） 磨床 顶尖 磨外圆（38） 磨床 顶尖160 钻孔.攻螺纹 车床 三爪卡盘2022-3-2841工序工序10 铣端面钻中心孔铣端面钻中心孔2022-3-2842工序工序 20， 30 粗车粗车3240.52022-3

29、-2843工序工序 50， 60 精车精车38.40+0.1530-0.140-0.140-0.140-0.1402022-3-2844工序工序 70 车槽车槽0-0.342022-3-2845工序工序 80，90 铣花键铣花键562022-3-2846工序工序 100 铣平键铣平键+-0.0.20082022-3-2847工序 110 去毛刺2022-3-2848工序130 磨花键外圆及端面 R3R3300-0.132022-3-2849工序工序 140，150 磨外圆磨外圆380-0.160-0.162022-3-2850工序工序 160 钻孔攻丝钻孔攻丝M8-7H16232022-3-2

30、851CA6140型车床主轴简图 2. CA61402. CA6140型车床主轴加工工艺路线型车床主轴加工工艺路线 2022-3-2852CA6140CA6140型车床主轴加工工艺过程简表型车床主轴加工工艺过程简表序号 工序名称 工序内容 定位 基准 加工设备 1 备料 2 锻造 精锻 立式精锻机 3 热处理 正火 4 锯头 铣削切除毛坯两端 专用机床 5 铣端面、钻顶尖孔 外圆柱面 专用机床 6 粗车（荒车） 粗车各外圆面 中心孔及外圆 卧工车床C620B 7 热处理 调质 220240HBS 8 车大端名部 卧式车床 C620B 2022-3-2853CA6140CA6140型车床主轴加工

31、工艺过程简表型车床主轴加工工艺过程简表9 仿形车小端各部 中心孔、短 锥 外圆 仿形车床 CE7120 10 钻深孔 夹小端、架大端 专用深孔钻床 11 车 小 端 内 锥 孔（配 1：20 锥堵）；用涂色法检查 1： 20 锥孔，接触率50 夹大端、架小端 卧式车床C620B 2022-3-2854CA6140CA6140型车床主轴加工工艺过程简表型车床主轴加工工艺过程简表12 车大端锥面（配Morse No.6 号锥堵）；车前端锥面及端面；用涂色法检查 Morse No.6 锥孔，接触率30 夹小端、架大端 卧式车床C620B 13 钻大端端面各孔 大 端 锥孔 Z55 钻床 14 热处理 高频淬火前后支撑轴颈， 前锥孔、590g外圆、 短锥及 Morse No.6 锥孔，4550HRC 高频淬火设备 20