机械制造工艺学

第二章轴类零件加工第一节概述一、轴类零件的功用及结构特点

轴类零件是典型的机器零件。用来支承传动件，传递运动和扭矩。机械制造工艺学结构类型如下图所示:轴长与直径比≤12为刚性轴；轴长与直径比＞12为挠性轴。轴的加工表面：内外圆柱面、圆锥面、螺纹、花键、键槽、

横向孔、沟槽等。机械制造工艺学机械制造工艺学二、轴类零件的技术要求1、尺寸精度主要轴颈(指配合,支承轴颈)的尺寸精度,一般为IT6-IT9，机床主轴支承轴颈的尺寸精度为IT5，甚至更高。2、几何形状精度主要有圆度、圆柱度的要求，一般控制在尺寸公差以内或另行标注。3、位置精度支承轴颈之间有同轴度要求,工作表面、配合表面对支承轴颈有径向跳动要求。机械制造工艺学4、表面粗糙度:

一般为Ra0.63-0.16µm。5、热处理为获得具有一定强度、硬度和耐磨性及其它特殊要求的零件，通常要安排热处理及表面处理。采用的热处理方法有：正火、调质、高频淬火等，为表面美观和防腐，还安排电镀、发蓝等表面处理方法。6、其它要求对高速廻转的轴零件应有静、动平衡的要求；对有安全要求的轴件，应安排探伤检查。机械制造工艺学三、轴类零件的材料1、轴类零件的材料常用材料为45#钢；中等精度，速度较高的轴件如专用机床主轴则采用40Cr；精度较高的轴采用GCr15和65Mn等；强度高、尺寸大的轴采用38CrMnTi、40CrMnTi等合金调质钢；高速重载工作条件下的轴，则采用20Mn2B、20Cr、20CrMnTi等低碳合金钢或38CrMoAlA氮化钢，经热处理后，获得较高的抗弯曲疲劳强度和较高的表面硬度、抗冲击韧性和心部硬度。机械制造工艺学2、轴类零件的毛坯常用毛坯为棒料和锻件。形状复杂的轴如曲轴,毛坯一般为铸件。四、零件的预加工1）校正2）切断3）切端面、钻中心孔，必要时进行荒车。机械制造工艺学轴颈是主要的加工表面

外圆车削

外圆磨削机械制造工艺学第二节轴类零件外圆表面的车削加工机械制造工艺学

一、车削加工的各加工阶段

轴类零件外圆表面的车削加工可划分为荒车、粗车、半精车、精车和细车等各加工阶段。

粗车：目的是尽快切去多余的金属层，使工件接

近于最后的形状和尺寸。小型轴的棒料、铸件、锻件可直接粗车。

半精车：中等精度表面的最终加工，精加工表面

的预加工。

精车：精车是切去余下少量的金属层以获得零件

所要求的精度和表面粗糙度。机械制造工艺学

二、提高外圆表面车削生产率的措施1、刀具直头车刀(尖刀)的形状简单，主要用于粗车外圆；弯头车刀不但可以车外圆，还可以车端面；偏刀则常用于加工台阶轴和细长轴。新型刀片材料：钨钛钽钴类、立方氮化硼刀片等。机械夹固车刀、转位车刀、强力切削车刀、多刀加工等。机械制造工艺学2、机床机械靠模仿形车床、随动靠模仿形车床、液压仿形车床等。机械制造工艺学三、细长轴外圆表面的车削

当工件长度与直径比大于12倍(挠性轴)时刚性较差，若加工精度要求较高，车削过程会有困难。（一）工艺特点1）工件刚性差，受切削力、自重和旋转离心力的作用，会产生弯曲、震动，影响其精度和表面粗糙度。2）切削中，工件受热伸长产生弯曲变形。顶尖顶得紧，车削后发生弯曲；顶得松会产生振动；高速时弯曲变形加剧，严重时会使工件在顶尖卡住。3）一次走刀时间较长，刀具磨损，增加了几何形状误差。机械制造工艺学4）使用顶尖和跟刀架。

跟刀架支承块与工件接触要适当，调得太紧，会把工件顶向车刀一边，车出的直径变小，形成“竹节”形；调得太松，会使工件产生振动。应用跟刀架产生缺陷的原因有很多，各个因素并不是单一的，往往是相互影响，发现问题应全面检查，采取措施，给以消除。

因此，车削细长轴是一种难度较大的加工工艺。机械制造工艺学（二）细长轴的先进切削法

反向走刀切削法

虽然车削细长轴的难度大，但它也有一定的规律性，主要抓住中心架和跟刀架的正确使用，解决热变形伸长及合理选择车刀角度等关键问题来预防。机械制造工艺学

1、轴的左端缠有一圈钢丝，用三爪自定心卡盘夹紧。2、尾座顶尖改为弹簧顶尖，避免热膨胀引起的弯曲变形。机械制造工艺学

3）使用三支承的跟刀架，使工件上下左右不能移动，提高工件刚性和轴心线稳定性，车削时不易产生振动。

4、改变走刀方向，工件受拉；轴的左端固定,右端由弹簧顶尖支承，可自由伸缩，不易产生弹性弯曲。机械制造工艺学

5、改进刀具的几何角度车刀的角度对工件的振动有明显的影响，为了减少细长轴的弯曲，要求径向切削力越小越好，应增大车刀的主偏角，减小径向切削力。

增大前角或副刃倾角，保持刀具锋利，减少切削热。选用较好的刀具材料和切削液，延长刀具的使用寿命。

机械制造工艺学机械制造工艺学第三节轴类零件外圆表面的磨削加工按采用的磨具区分：

砂轮磨削、砂带磨削按零件定位方式区分：

中心磨削、无心磨削

一、磨削方式及其工艺特点机械制造工艺学（1）砂轮中心磨削的工艺特点

1）精度高、表面粗糙度小(外圆IT7~IT5、

表面粗糙度Ra0.8~0.2μm)

2）磨削速度高(30~50m/s)，故生产率高。（2）砂轮中心磨削外圆的质量分析

1）多角性：砂轮与工件径向周期性振动。

（一）砂轮中心磨削的工艺特点及质量分析机械制造工艺学

2）螺旋形：砂轮微刃等高性破坏或砂轮与工件局部接触。

3）拉毛：磨粒自锐性强，切削液不洁。

4）烧伤：进给量过大，磨刃变钝，散热不良。

机械制造工艺学1）中心孔应有足够大的尺寸和准确的锥角

（GB145—85）2）轴两端中心孔应在同一轴线上3）中心孔应有圆度要求4）中心孔的位置应使工件的加工余量均匀，同批工件中尺寸A和L应一致。

（3）中心孔的加工及修磨机械制造工艺学

中心孔的修研

作为轴零件在加工过程中的主要定位精基准，对保证加工精度起着重要的作用。但是，在加工过程中力的作用，及热处理的影响，都会使中心孔定位面产生变形,将直接影响定位精度。为此，须对中心孔进行修研，其方法有:1、硬质合金顶尖修研2、铸铁顶尖修研3、用油石或橡胶砂轮顶尖修研4、环氧树脂顶尖修研机械制造工艺学1、硬质合金顶尖修研

一般在卧式车床上进行，一端硬质合金顶尖,另一端普通顶尖，工件安装在两顶尖之间，工人手持工件不动，硬质合金顶尖在车床主轴带动下回转,由硬质合金顶尖上的棱边切除掉一层微薄的金属,从而校正了中心孔的定位精度。

此种修研方法，生产率较高，一般2-5秒即完成修研，加工质量高，圆度达0.001mm,粗糙度Ra0.63–0.32µm,适用于一般精度轴类零件中心孔的修研。机械制造工艺学2、铸铁顶尖修研

修研精度高,但效率低，适用于大型，精度要求特别高的轴类零件中心孔的修研。3、用油石或橡胶砂轮顶尖修研如图所示:修研时间约1-2分钟。

锥面圆度误差2-1µm，Ra0.16-0.08µm，适用于精密工具、量具的中心孔的修研，但磨具磨耗快。4、环氧树脂顶尖修研机械制造工艺学（二）砂轮无心磨削及其工艺特点砂轮无心磨削的工作原理纵向进给磨削法（贯穿法）

工件放在砂轮与导轮之间，下边由托板托住。砂轮高速回转为切削运动，导轮低速回转。

砂轮轴线与导轮轴线有一夹角，导轮圆周上任一点的线速度向相互垂直两个方向分解，水平分速度为工件的纵向进给速度，垂直分速度为工件的圆周进给速度。无心磨床纵磨法主要用于磨削细长轴及小套零件的外圆。机械制造工艺学横向进给磨削法（切入法）工件不作纵向进给，砂轮作连续的径向切入，至所需尺寸。如图所示：砂轮无心磨削的特点加工精度可达IT6、表面粗糙度达Ra0.8～0.2μm磨削效率高。轴上若有轴向沟槽和平面，则会产生较大的圆度误差，工件的相互位置精度难以保证。无心磨床调整费时，多用于大批大量生产。机械制造工艺学（三）砂带磨削分为中心磨、无心磨、自由磨砂带磨削设备简单，加工成本低，生产效率特高，而且安全，功率利用好。机械制造工艺学（1）缩短辅助时间（2）缩短机动时间

1）高速磨削：

高强度砂轮，速度高达45m/s（普通35m/s以下）,可提高磨削

效率30~50%。

二、提高外圆磨削生产率的措施机械制造工艺学2）强力磨削：强力磨削的磨削力、磨削热均很大。要求磨床功率大、刚度好，加强砂轮防护和强制冷却。较高的砂轮速度，较大的磨削深度，磨削深度可达6mm以上。较小的纵向进给量,直接从毛坯磨出加工表面，Ra0.8~0.4µm。机械制造工艺学3）增大磨削面：

宽砂轮磨削多砂轮磨削采用多个砂轮组合对

多个轴颈同时磨削以

提高磨削效率。机械制造工艺学

一、细车一种光整加工方法：切削深度小(0.05～0.03mm)、进给量小（0.02～0.12mm/r）、切削速度高(120～600m/min)，有较高加工精度和较小的表面粗糙度。

二、高精度磨削表面粗糙度在Ra0.16μm以下的磨削工艺。包括：精密磨削（Ra0.16～0.06μm）超精密磨削（Ra0.04～0.02μm）镜面磨削（Ra＜0.01μm）机械制造工艺学第四节外圆表面的精密加工机械制造工艺学

采用高精度磨床，提高工件定位基准精度，合理选用砂轮磨粒粒度并对砂轮进行精细修整，使砂轮表面的磨粒形成许多微小切削刃，称等高微刃。使磨痕更细小。以获得更低的表面粗糙度。

砂轮微粒的作用机械制造工艺学三、超精加工

用细磨条进行精密磨削的光整加工方法。主要降低表面

粗糙度。Ra0.08～0.01µm。磨头以恒定压力（15N/cm2）轻压在工件表面上，工件低速回转（１５～１５０m/min）。磨头作纵向进给(0.1～0.15mm/r)，同时作往复振动，频

率1000～1400str/min，振幅3～8mm，磨粒在工件表面的

运动轨迹形成正弦波。如图所示：（1）强烈切削阶段（2）正常切削阶段（3）微弱切削阶段（4）自动停止阶段机械制造工艺学四、研磨

采用磨具和磨料从工件表面上去除一层极微薄的金属，从

而达到高精度、低粗糙度的光整加工方法。加工余量一般为0.01-0.02mm。能提高工件表面几何形状精度，但不能

提高表面间的位置精度。

1）手工研磨在车床上进行，双顶尖装夹，工件回转，工人手持工件往

复移动，使得磨痕形成近45º的网纹。不需复杂设备，方法简单，易保证加工质量，生产率较低。可研磨淬火钢、

不淬火钢、

铸铁、

铜及其合金。机械制造工艺学2）机械研磨在研磨机上进行，生产率较高，多用于大批大量生产。3)研具材料与研磨剂1）研具材料：硬度低于工件，以便磨料嵌入研具表面，发挥切削作用。研具材料组织要均匀有一定的耐磨性，常用铸铁、铜、巴氏合金、硬木等。2）研磨剂：磨料：极细的磨粒或微粉。

粗研粒度号２４０－Ｗ１４，

精研粒度号Ｗ１４－Ｗ５。研磨液：植物或矿物油，加入油酸、硬脂

酸、工业甘油等化学活性物质，

以冷却、润滑、冲排屑末，使表

面的微观凸峰易于切除。机械制造工艺学圆柱滚子的研磨图五、滚压加工

利用金属的塑性变形，从而达到改变工件表面性能、形状和尺寸的一种无屑加工。(一)滚压加工原理

在常温下，用滚压轮或滚珠，对工件表面进行挤压，使之产生塑性变形，从而提高工件表面质量。

由于挤压的冷作硬化作用，工件的表面硬度、耐磨性、耐腐蚀性及疲劳强度均有一定程度的提高。机械制造工艺学(二)滚压加工特点1）滚压前加工表面的粗糙度不大于Ra5µm。直径加工余量0.02～0.03mm，滚压后的粗糙度可达

Ra0.63～0.16µm。2）滚压使加工表面粗糙度变小，但形状精度和相互位置精度取决于前道工序。3）滚压工件的材料一般是塑性金属，且材料组织均匀。4）滚压加工的生产率比研磨和桁磨高。机械制造工艺学第五节花键及螺纹的加工机械制造工艺学一、花键的加工

齿形：矩形、三角形、渐开线形、梯形等

定心方式：大径、小径和键侧(一)花键的铣削加工1)单件小批生产,在普通铣床上用分度头加工。2)

大批大量生产,在花键铣床上,采用展成法加工,加工质量好,生产效率高。机械制造工艺学盘铣刀铣花键铣削步骤:先用两个三面刃铣刀铣花键的两个侧

面,再铣空键槽,最后用成形铣刀铣出

花键的其它部份。加工精度和生产率都较低,多用于单件小批生产。机械制造工艺学飞刀铣花键铣削步骤:先用成形刀具铣出花键槽，再用两把偏刀铣花键的两个侧面。该方法生产率和加工质量都有所提高。因刀头镶有硬质合金，铣削速度较高，故称为“飞刀高速铣花键”。机械制造工艺学（二）花键的磨削加工对加工质量要求高、淬硬的花键，还需要安排磨削加工。单件小批生产在普通磨床上磨削,大批大量生产在专用花键磨床上磨削。磨床上磨花键图机械制造工艺学二、螺纹加工

螺纹在联接、紧固、传动和调节等方面应用广泛。按牙型的不同,分为:三角螺纹(普通螺纹、英制螺纹)、梯形螺纹、方牙螺纹和模数螺纹等。

名称普通螺纹管螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹矩形螺纹特征代码MGTrB无

图样机械制造工艺学(一)车削螺纹1）螺纹车削是最常用，最简单的加工方法。各种

牙型的螺纹均可车削。2）达到较高的尺寸精度7-6级,Ra3.2-1.6µm。3）生产率较低。4）工人的技术要求高。机械制造工艺学加工外螺纹加工内螺纹机械制造工艺学车削螺纹应注意的问题1）为获得正确的牙型，需正确刃磨和安装车刀，螺纹车

刀两侧刃夹角必须等于牙型角，车刀安装时，中心线应与工件相互垂直。