机械制造技术：轴类零件加工

机械制造技术：轴类零件加工一.概述1.轴类零件的功用与结构特点功用——支承传动件、传递扭矩或运动、承受载荷，一定的回转精度结构——回转体零件，长度大于直径光轴、阶梯轴、空心轴、异形轴（曲轴、凸轮轴、偏心轴和花键轴等）刚性轴（L/d≤12）挠性轴（L/d＞12）圆柱面、圆锥面、端面、沟槽、圆弧、螺纹、键槽、花键、其他表面2.轴类零件的技术要求——按功用和工作条件直径精度——IT6～9级，可达IT5级。几何形状精度（圆度、圆柱度等）——公差的1/2，1/4相互位置精度（同轴度）——0.01～0.03mm，0.001～0.005mm表面粗糙度——Ra0.2～0.8μm，Ra0.8～3.2μm热处理（表面淬火、渗碳淬火等），动平衡，探伤，过渡圆角3.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——模锻二.轴类零件的外圆表面加工1.外圆表面的车削加工（1）车削外圆各个加工阶段——粗车、半精车、精车、精细车（2）细长轴外圆表面的车削——长径比（L/D＞20）1）车削特点①刚性差，易弯曲变形和振动②热膨胀，弯曲变形③刀具磨损大2）先进方法①一夹一顶，用φ4钢丝，避免弯曲力矩②弹性顶尖，避免受热弯曲变形③跟刀架，提高刚度，仔细调整则④大主偏角车刀，κr=75°～93°⑤反向进给切削，减少弯曲变形2.外圆表面的磨削加工粗磨——IT8～9级，Ra0.8～1.6μm精磨——IT6～7级，Ra0.2～0.8μm细磨（精密磨削）——IT5～6级，Ra0.1～0.2μm镜面磨——Ra0.01μm（1）中心磨削外圆磨床——两顶尖定位（2）无心磨削无心磨床——自定位精度IT6～7级，Ra0.2～0.8μm，位置精度不高，不能加工圆周不连续工件生产率高，可实现自动磨削，适合于大批量生产。（3）砂带磨削砂带磨粒——磨削、抛光Ra0.2～0.8μm，最高Ra0.02μm，表面不烧伤。弹性磨削，切削力小，适宜加工细长轴等零件。设备简单，成本低，安全，生产率高3.外圆表面的精密加工（1）高精度磨削——小于Ra0.1μm精密磨削——Ra0.1～0.05μm超精密磨削——Ra0.05～0.025μm镜面磨削——Ra0.01μm实质——磨粒微刃——等高性——参加磨削的磨粒多，微细切屑半钝化磨粒——摩擦抛光钝化期——挤压抛光（2）超精加工油石—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（3）研磨研具—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，Ra0.01～0.2μm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（4）滚压滚轮或滚珠——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。适用于塑性材料三．轴类零件加工工艺分析1.车床主轴的加工工艺主要技术要求有：①支承轴颈A、B：圆度、圆跳动0.005，接触率≥70%，IT5级，Ra0.4②莫氏锥孔：圆跳动，近0.005，远0.01，接触率≥70%，Ra0.4，淬硬③短锥C和端面D：圆跳动0.008，Ra0.8，淬硬④配合轴颈：尺寸IT5～6级，圆跳动0.015⑤其他表面：定位轴肩与中心线的垂直度，螺纹与中心线的同轴度等材料45钢，毛坯为模锻件，大批量生产主轴加工工艺过程略2.车床主轴的加工工艺分析（1）定位基准的选择最常用两中心孔——设计基准——基准重合一次安装中能多加工——基准统一（锥堵或锥堵心轴）——尽量减少更换次数支承轴颈定位——基准重合—磨锥孔——保证相互位置精度中心孔和支承轴颈——互为基准、反复加工的原则工艺过程实质——定位基准的准备和转换的过程（2）加工阶段的划分以主要表面（特别是支承轴颈）的加工为主，分：粗加工阶段——调质前的工序半精加工阶段——调质后到表面淬火间的工序精加工阶段——表面淬火后的工序，其它次要表面适当穿插其中（3）合理安排热处理工序毛坯锻造——正火——消除应力，改善切削性能粗加工——调质—提高力学性能，为表面淬火准备半精加工——表面淬火——提高耐磨性（4）加工顺序的安排先基准后其它、先粗后精、先主后次、穿插进行的原则：锻造→正火→车端面钻中心孔→粗车→调质→半精车→精车→表面淬火→粗、精磨外圆表面→磨锥孔（5）次要