轴类零件加工

关于轴类零件加工特点——

回转体零件，长度大于直径加工表面为圆柱面、圆锥面、端面、沟槽、圆弧、螺纹、键槽、花键、其他表面有一定的回转精度。第2页,共76页，2024年2月25日，星期天轴类零件的分类——

光滑轴；阶梯轴；空心轴；异形轴（曲轴、齿轮轴、偏心轴、十字轴、凸轮轴、花键轴）。第3页,共76页，2024年2月25日，星期天第4页,共76页，2024年2月25日，星期天（二）轴类零件的技术要求——按功用和工作条件1、尺寸精度和几何形状精度

轴颈是轴类零件的重要表面.

轴颈直径精度根据使用要求通常为IT6～IT9,有时可达IT5。轴颈的几何形状精度(圆度、圆柱度)应限制在直径公差范围之内。对几何形状精度要求较高时,则应在零件图上专门标注形状公差。第5页,共76页，2024年2月25日，星期天2、位置精度

配合轴颈(装配传动件的轴颈)相对支承轴颈(装配轴承的轴颈)的同轴度以及轴颈与支承端面的垂直度通常要求较高。普通精度的轴，配合轴颈相对支承轴颈的径向圆跳动一般为0.01～0.03mm,高精度的轴为0.001～0.005mm。端面圆跳动为0.005～0.01mm。第6页,共76页，2024年2月25日，星期天3、表面粗糙度

轴类零件的各加工表面均有表面粗糙度的要求。一般说来,支承轴颈的表面粗糙度要求为Ra0.63～0.16μm。配合轴颈的表面粗糙度Ra为2.5～0.63μm。下图为CA6140型车床主轴简图,在该图上标明了主要技术要求。第7页,共76页，2024年2月25日，星期天第8页,共76页，2024年2月25日，星期天第9页,共76页，2024年2月25日，星期天第10页,共76页，2024年2月25日，星期天（三）轴类零件的材料及毛坯一般轴类——45钢，正火、调质、淬火。中等精度和转速较高——40Cr等合金结构钢，调质和表面淬火。高精度轴——轴承钢GCr15、弹簧钢65Mn，调质和表面淬火。高转速和重载荷——20CrMnTi、20Cr，38CrMoAl，渗碳淬火或氮化。结构复杂（曲轴）——HT400、QT600、QT450、QT400。1、轴类零件的材料第11页,共76页，2024年2月25日，星期天2、轴类零件的毛坯一般轴——棒料重要轴——锻件大型、结构复杂轴——铸件单件小批生产——自由锻；成批大量生产——模锻第12页,共76页，2024年2月25日，星期天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的工艺问题。二、轴类零件机械加工的主要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一下主要工艺问题：第13页,共76页，2024年2月25日，星期天

轴类零件的定位基准,最常用的是两中心孔。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心线,采用两中心孔定位,既符合基准重合原则又符合基准统一原则。能保证工件在多次调头装夹中获得较高的位置精度。粗加工时常采用轴的外圆表面或外圆表面与中心孔组合作为定位基准。

1.定位基准的选择第14页,共76页，2024年2月25日，星期天

（1）粗加工时，为了提高生产率，切除较多的加工余量，常可采用“一夹一顶”方式装夹工件。此时以外圆和中心孔共同作定位基准。（2）两顶尖支承定位时，不宜用大的切削量加工，用于精加工。（3）当轴的长径比较小，轴上个圆柱面的位置精度要求不高，批量小时，精加工亦可采用“一夹一顶”的定位方式。第15页,共76页，2024年2月25日，星期天a1）YXZa2）YXZa3）YXZ第16页,共76页，2024年2月25日，星期天（4）若轴为空心轴时，在轴两端无法加工出中心孔。此时必须在内圆柱面上倒出锥面(如有锥孔可直接使用)，用带有中心孔的锥堵或锥套心轴做定位基准。

孔径较小时，直接加工出长2mm，角度为60o的内锥面代替中心孔。第17页,共76页，2024年2月25日，星期天锥堵与锥套心轴

第18页,共76页，2024年2月25日，星期天采用锥堵应注意以下几点:锥堵应具有较高的精度,其中心孔既是锥堵本身制造的定位基准,又是磨削空心轴的精基准,因而必须保证锥堵的锥面与中心孔有较高的同轴度。

另外,在使用锥堵时,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,重新装夹势必引起装夹误差,故中、小批生产时,锥堵安装后一般不中途更换。第19页,共76页，2024年2月25日，星期天由于轴是多阶梯（机床主轴还带通孔）的零件,切除大量金属后,会引起残余应力重新分布而变形,故安排工序时,一定要粗精分开,先粗后精。

1)粗加工阶段:

切端面钻中心孔、粗车外圆等。目的：切除大部分余量,提高生产率,留足够余量,及时发现缺陷。

粗加工之后安排调质处理：提高综合机械性能，为后续热处理做准备；去除内应力。

2.加工阶段的划分第20页,共76页，2024年2月25日，星期天2)半精加工阶段:

半精车外圆各次要表面的加工(铣键槽、铣花键、车螺纹等)

表面淬火

目的:主要表面的精度进一步提高，为精加工留有小而均匀的余量；次要表面达到图纸要求。3)精加工阶段:

主要表面(指支承面、装配定位面等)的精加工。磨削、精密磨削或光整加工各主要表面。

目的:各表面都加工到图纸要求。第21页,共76页，2024年2月25日，星期天原则：先粗后精、粗精分开；基准先行、防止变形

1)基准先行在安排机械加工工艺时,总是先加工好定位基准面,即基准先行。轴件加工也总是首先安排铣端面钻中心孔,以便为后续工序准备好定位基准。

3.工序顺序的安排

第22页,共76页，2024年2月25日，星期天

2)轴中心深孔加工的安排为了使中心孔能够在多道工序中使用,希望深孔加工安排在最后。但是,深孔加工属粗加工,余量大,发热多,变形也大,会使得加工精度难以保持,故不能放到最后（轴端小孔可放在最后加工）。

一般深孔加工安排在外圆粗车之后,以便有一个较为精确的轴颈作定位基准用来搭中心架,这样加工出的孔容易保证壁厚均匀。

第23页,共76页，2024年2月25日，星期天

3)先外后内与先大后小先加工外圆,再以外圆定位加工内孔。加工阶梯外圆时,先加工直径较大的,后加工直径较小的,这样可避免过早地削弱工件的刚度。加工阶梯深孔时,先加工直径较大的,后加工直径较小的,这样便于使用刚度较大的孔加工工具。第24页,共76页，2024年2月25日，星期天

4)次要表面加工的安排。

轴上的花键、键槽、螺纹等次要表面加工,通常均安排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,精车时因断续切削而易产生振动,既影响加工质量,又容易损坏刀具,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,否则会破坏主要表面已获得的精度。

第25页,共76页，2024年2月25日，星期天5)主要表面精加工的安排。

主要配合表面的精加工应放在最后，防止因加工其他表面对其已加工面造成损伤。

6)热处理工序的安排。

热处理工序应根据其目的的不同，穿插于粗加工、半精加工、精加工各加工阶段之间。

7)防止加工过程中的变形，应注意：使用中心架、跟刀架或反向切削等第26页,共76页，2024年2月25日，星期天第27页,共76页，2024年2月25日，星期天

轴类零件的使用性能除与所选钢材种类有关外,还与所采用的热处理关系密切。作用：改善切削性能、去除内应力、提高机械性能。（1）锻造毛坯在机加工前,均需安排正火或退火处理(含碳量大于ω(C)=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。（2）为了获得较好的综合力学性能,轴类零件常要求调质处理，一般分两种情况：4.轴类零件的热处理及其安排

第28页,共76页，2024年2月25日，星期天毛坯余量大时,调质安排在粗车之后、半精车之前,以便消除粗车时产生的残余应力。毛坯余量小时,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。第29页,共76页，2024年2月25日，星期天

（3）表面淬火一般安排在精加工阶段之前,半精加工阶段之后，使工作表面获得一定的硬化层，提高零件的耐磨性能。

（4）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160℃油中进行长时间的低温时效),以保证尺寸的稳定。第30页,共76页，2024年2月25日，星期天

（5）渗氮处理。常用材料为氮化钢38GrMoAl。需在渗氮之前进行调质和低温时效处理。对调质的质量要求也很严格,不仅要求调质后索氏体组织要均匀细化,而且要求离表面0.8～0.10mm层内铁素体含量不超过ω(C)＝5％,否则会造成氮化脆性而影响其质量。第31页,共76页，2024年2月25日，星期天

尺寸检验形状检验位置检验

锻造毛坯正火（退火）粗车调质处理精车各次要表面加工表面淬火磨削、精密磨削轴件的加工路线：

5.轴类零件的检验第32页,共76页，2024年2月25日，星期天1.多刀半自动车削和仿形车削

轴类零件批量较大时,多采用多刀切削和仿形加工。下图为多刀切削;

多刀切削是指用两把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,使机动时间重叠。要指出的是,这种加工方法调整刀具时间较多,且切削力较大,要求机床的刚性及功率要大。

三、轴类零件的先进加工方法第33页,共76页，2024年2月25日，星期天多刀车削

第34页,共76页，2024年2月25日，星期天

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种。液压仿形加工可在液压半自动车床上进行,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大大减少零件加工的辅助时间,而且产品质量稳定,调整方便,减轻了工人的劳动强度,因此已成为提高轴类零件外圆车削生产率的重要方法。

第35页,共76页，2024年2月25日，星期天仿形加工

第36页,共76页，2024年2月25日，星期天1)高速磨削

砂轮线速度高于60～80m/s的磨削,称为高速磨削。高速磨削有以下特点:

(1)提高了生产率。砂轮速度提高后,单位时间进入磨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通磨削相同,则进给量可以成比例加大,磨削时间相应缩短。

2.高速磨削、强力磨削和砂带磨削

第37页,共76页，2024年2月25日，星期天(2)提高砂轮耐用度。砂轮速度提高后,若进给量仍与普通磨削相同,则每颗磨粒切去的切屑厚度减小,每颗磨粒承受的切削负荷也就小了。磨粒切削能力相对提高,每次修整砂轮后可以磨去更多的金属。(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。第38页,共76页，2024年2月25日，星期天2)强力磨削

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。第39页,共76页，2024年2月25日，星期天3)砂带磨削

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。第40页,共76页，2024年2月25日，星期天砂带磨削的三种方式

第41页,共76页，2024年2月25日，星期天油石—加压力—振动—纵向进给，工件低速回转——不重复轨迹。①强烈切削阶段——压强大，油膜被破坏，切削作用强烈.②正常切削阶段——压强降低,切削作用减弱.③微弱切削阶段——压强更低，摩擦抛光作用.3、超精加工

利用装在振动头上的细粒度油石对精加工表面进行的精整加工适于加工曲轴、轧辊、轴承环和各种精密零件的外圆、内圆、平面、沟道表面和球面等。第42页,共76页，2024年2月25日，星期天④自动停止切削阶段——压强很小,形成油膜，切削作用停止磨粒摩擦抛光，交叉网纹——Ra0.01～0.1μm，速度低,压力小,发热少,表面不烧伤，不能纠正形状和位置误差第43页,共76页，2024年2月25日，星期天

研具—与加工面相对运动，磨粒、研磨剂—研去材料机械切削作用——磨粒—受压—刮擦和挤压—切除微细材料物理作用——磨粒局部压力大—高温、挤压作用化学作用——研磨剂—表面氧化变软，加速研磨运动较复杂—轨迹不重复，Ra0.01～0.2μm4、研磨第44页,共76页，2024年2月25日，星期天能提高尺寸形状精度不提高位置精度设备简便生产率低，手研劳动强度大第45页,共76页，2024年2月25日，星期天滚轮或滚珠——加压—弹性和塑性变形降低表面粗糙度值（Ra0.05～0.4μm），不提高形状和位置精度金属晶粒变细，纤维状—残余压应力—抗疲劳强度、耐磨性和耐腐蚀性高设备简单，生产率高，工艺范围广。适用于塑性材料。5、滚压第46页,共76页，2024年2月25日，星期天第47页,共76页，2024年2月25日，星期天

2.CA6140型车床主轴加工工艺过程四、轴类零件加工实例

1.半轴加工工艺过程锻造毛坯正火（退火）粗车调质处理精车各次要表面加工表面淬火磨削、精密磨削轴件的加工路线：第48页,共76页，2024年2月25日，星期天第49页,共76页，2024年2月25日，星期天1.半轴加工工艺过程工序号工序名称设备夹具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

第50页,共76页，2024年2月25日，星期天工序号工序名称设备夹具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（φ32）磨床顶尖磨外圆（φ38）磨床顶尖160钻孔.攻螺纹车床三爪卡盘第51页,共76页，2024年2月25日，星期天工序10铣端面钻中心孔第52页,共76页，2024年2月25日，星期天工序20，30粗车φ32Φ40.5第53页,共76页，2024年2月25日，星期天工序50，60精车Φ38.40+0.15Φ30-0.140-0.140-0.140-0.140第54页,共76页，2024年2月25日，星期天工序70车槽0-0.34第55页,共76页，2024年2月25日，星期天工序80，90铣花键56第56页,共76页，2024年2月25日，星期天工序100铣平键+-0.0.2008第57页,共76页，2024年2月25日，星期天工序110去毛刺第58页,共76页，2024年2月25日，星期天工序130磨花键外圆及端面

R3R3Φ300-0.13第59页,共76页，2024年2月25日，星期天工序140，150磨外圆Φ380-0.160-0.16第60页,共76页，2024年2月25日，星期天工序160钻孔攻丝M8-7H1623第61页,共76页，2024