軸類零件加工

關(guān)于軸類零件加工特點——

回轉(zhuǎn)體零件，長度大于直徑加工表面為圓柱面、圓錐面、端面、溝槽、圓弧、螺紋、鍵槽、花鍵、其他表面有一定的回轉(zhuǎn)精度。第2頁,共76頁，星期六，2024年，5月軸類零件的分類——

光滑軸；階梯軸；空心軸；異形軸（曲軸、齒輪軸、偏心軸、十字軸、凸輪軸、花鍵軸）。第3頁,共76頁，星期六，2024年，5月第4頁,共76頁，星期六，2024年，5月（二）軸類零件的技術(shù)要求——按功用和工作條件1、尺寸精度和幾何形狀精度

軸頸是軸類零件的重要表面.

軸頸直徑精度根據(jù)使用要求通常為IT6～I(xiàn)T9,有時可達(dá)IT5。軸頸的幾何形狀精度(圓度、圓柱度)應(yīng)限制在直徑公差范圍之內(nèi)。對幾何形狀精度要求較高時,則應(yīng)在零件圖上專門標(biāo)注形狀公差。第5頁,共76頁，星期六，2024年，5月2、位置精度

配合軸頸(裝配傳動件的軸頸)相對支承軸頸(裝配軸承的軸頸)的同軸度以及軸頸與支承端面的垂直度通常要求較高。普通精度的軸，配合軸頸相對支承軸頸的徑向圓跳動一般為0.01～0.03mm,高精度的軸為0.001～0.005mm。端面圓跳動為0.005～0.01mm。第6頁,共76頁，星期六，2024年，5月3、表面粗糙度

軸類零件的各加工表面均有表面粗糙度的要求。一般說來,支承軸頸的表面粗糙度要求為Ra0.63～0.16μm。配合軸頸的表面粗糙度Ra為2.5～0.63μm。下圖為CA6140型車床主軸簡圖,在該圖上標(biāo)明了主要技術(shù)要求。第7頁,共76頁，星期六，2024年，5月第8頁,共76頁，星期六，2024年，5月第9頁,共76頁，星期六，2024年，5月第10頁,共76頁，星期六，2024年，5月（三）軸類零件的材料及毛坯一般軸類——45鋼，正火、調(diào)質(zhì)、淬火。中等精度和轉(zhuǎn)速較高——40Cr等合金結(jié)構(gòu)鋼，調(diào)質(zhì)和表面淬火。高精度軸——軸承鋼GCr15、彈簧鋼65Mn，調(diào)質(zhì)和表面淬火。高轉(zhuǎn)速和重載荷——20CrMnTi、20Cr，38CrMoAl，滲碳淬火或氮化。結(jié)構(gòu)復(fù)雜（曲軸）——HT400、QT600、QT450、QT400。1、軸類零件的材料第11頁,共76頁，星期六，2024年，5月2、軸類零件的毛坯一般軸——棒料重要軸——鍛件大型、結(jié)構(gòu)復(fù)雜軸——鑄件單件小批生產(chǎn)——自由鍛；成批大量生產(chǎn)——模鍛第12頁,共76頁，星期六，2024年，5月軸類零件在機械中起著突出的作用，工作中受彎曲、扭轉(zhuǎn)和交變載荷，有時還得承受一定沖擊性載荷。支承軸頸處還要承受磨擦，產(chǎn)生摩擦熱。為了保證軸件的正常工作，軸件的加工質(zhì)量至關(guān)重要。這就需要解決好軸件加工的工藝問題。二、軸類零件機械加工的主要工藝問題工藝的關(guān)鍵問題在于防止彎曲變形、殘余內(nèi)應(yīng)力和微觀裂紋的產(chǎn)生。為了保證軸件的質(zhì)量，機械加工中必須解決好一下主要工藝問題：第13頁,共76頁，星期六，2024年，5月

軸類零件的定位基準(zhǔn),最常用的是兩中心孔。因為軸類零件各外圓表面、錐孔、螺紋等表面的設(shè)計基準(zhǔn)都是軸的中心線,采用兩中心孔定位,既符合基準(zhǔn)重合原則又符合基準(zhǔn)統(tǒng)一原則。能保證工件在多次調(diào)頭裝夾中獲得較高的位置精度。粗加工時常采用軸的外圓表面或外圓表面與中心孔組合作為定位基準(zhǔn)。

1.定位基準(zhǔn)的選擇第14頁,共76頁，星期六，2024年，5月

（1）粗加工時，為了提高生產(chǎn)率，切除較多的加工余量，常可采用“一夾一頂”方式裝夾工件。此時以外圓和中心孔共同作定位基準(zhǔn)。（2）兩頂尖支承定位時，不宜用大的切削量加工，用于精加工。（3）當(dāng)軸的長徑比較小，軸上個圓柱面的位置精度要求不高，批量小時，精加工亦可采用“一夾一頂”的定位方式。第15頁,共76頁，星期六，2024年，5月a1）YXZa2）YXZa3）YXZ第16頁,共76頁，星期六，2024年，5月（4）若軸為空心軸時，在軸兩端無法加工出中心孔。此時必須在內(nèi)圓柱面上倒出錐面(如有錐孔可直接使用)，用帶有中心孔的錐堵或錐套心軸做定位基準(zhǔn)。

孔徑較小時，直接加工出長2mm，角度為60o的內(nèi)錐面代替中心孔。第17頁,共76頁，星期六，2024年，5月錐堵與錐套心軸

第18頁,共76頁，星期六，2024年，5月采用錐堵應(yīng)注意以下幾點:錐堵應(yīng)具有較高的精度,其中心孔既是錐堵本身制造的定位基準(zhǔn),又是磨削空心軸的精基準(zhǔn),因而必須保證錐堵的錐面與中心孔有較高的同軸度。

另外,在使用錐堵時,應(yīng)盡量減少錐堵裝夾次數(shù)。這是因為工件錐孔與錐堵的錐角不可能完全一樣,重新裝夾勢必引起裝夾誤差,故中、小批生產(chǎn)時,錐堵安裝后一般不中途更換。第19頁,共76頁，星期六，2024年，5月由于軸是多階梯（機床主軸還帶通孔）的零件,切除大量金屬后,會引起殘余應(yīng)力重新分布而變形,故安排工序時,一定要粗精分開,先粗后精。

1)粗加工階段:

切端面鉆中心孔、粗車外圓等。目的：切除大部分余量,提高生產(chǎn)率,留足夠余量,及時發(fā)現(xiàn)缺陷。

粗加工之后安排調(diào)質(zhì)處理：提高綜合機械性能，為后續(xù)熱處理做準(zhǔn)備；去除內(nèi)應(yīng)力。

2.加工階段的劃分第20頁,共76頁，星期六，2024年，5月2)半精加工階段:

半精車外圓各次要表面的加工(銑鍵槽、銑花鍵、車螺紋等)

表面淬火

目的:主要表面的精度進一步提高，為精加工留有小而均勻的余量；次要表面達(dá)到圖紙要求。3)精加工階段:

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

目的:各表面都加工到圖紙要求。第21頁,共76頁，星期六，2024年，5月原則：先粗后精、粗精分開；基準(zhǔn)先行、防止變形

1)基準(zhǔn)先行在安排機械加工工藝時,總是先加工好定位基準(zhǔn)面,即基準(zhǔn)先行。軸件加工也總是首先安排銑端面鉆中心孔,以便為后續(xù)工序準(zhǔn)備好定位基準(zhǔn)。

3.工序順序的安排

第22頁,共76頁，星期六，2024年，5月

2)軸中心深孔加工的安排為了使中心孔能夠在多道工序中使用,希望深孔加工安排在最后。但是,深孔加工屬粗加工,余量大,發(fā)熱多,變形也大,會使得加工精度難以保持,故不能放到最后（軸端小孔可放在最后加工）。

一般深孔加工安排在外圓粗車之后,以便有一個較為精確的軸頸作定位基準(zhǔn)用來搭中心架,這樣加工出的孔容易保證壁厚均勻。

第23頁,共76頁，星期六，2024年，5月

3)先外后內(nèi)與先大后小先加工外圓,再以外圓定位加工內(nèi)孔。加工階梯外圓時,先加工直徑較大的,后加工直徑較小的,這樣可避免過早地削弱工件的剛度。加工階梯深孔時,先加工直徑較大的,后加工直徑較小的,這樣便于使用剛度較大的孔加工工具。第24頁,共76頁，星期六，2024年，5月

4)次要表面加工的安排。

軸上的花鍵、鍵槽、螺紋等次要表面加工,通常均安排在外圓精車或粗磨之后、精磨外圓之前進行。如果精車前就銑出鍵槽,精車時因斷續(xù)切削而易產(chǎn)生振動,既影響加工質(zhì)量,又容易損壞刀具,也難控制鍵槽的深度。次要表面加工也不能放到主要表面精磨之后,否則會破壞主要表面已獲得的精度。

第25頁,共76頁，星期六，2024年，5月5)主要表面精加工的安排。

主要配合表面的精加工應(yīng)放在最后，防止因加工其他表面對其已加工面造成損傷。

6)熱處理工序的安排。

熱處理工序應(yīng)根據(jù)其目的的不同，穿插于粗加工、半精加工、精加工各加工階段之間。

7)防止加工過程中的變形，應(yīng)注意：使用中心架、跟刀架或反向切削等第26頁,共76頁，星期六，2024年，5月第27頁,共76頁，星期六，2024年，5月

軸類零件的使用性能除與所選鋼材種類有關(guān)外,還與所采用的熱處理關(guān)系密切。作用：改善切削性能、去除內(nèi)應(yīng)力、提高機械性能。（1）鍛造毛坯在機加工前,均需安排正火或退火處理(含碳量大于ω(C)=0.7％的碳鋼和合金鋼),以使鋼材內(nèi)部晶粒細(xì)化,消除鍛造應(yīng)力,降低材料硬度,改善切削加工性能。（2）為了獲得較好的綜合力學(xué)性能,軸類零件常要求調(diào)質(zhì)處理，一般分兩種情況：4.軸類零件的熱處理及其安排

第28頁,共76頁，星期六，2024年，5月毛坯余量大時,調(diào)質(zhì)安排在粗車之后、半精車之前,以便消除粗車時產(chǎn)生的殘余應(yīng)力。毛坯余量小時,調(diào)質(zhì)可安排在粗車之前進行。

調(diào)質(zhì)處理可獲得均勻細(xì)致的回火索氏體組織，以全面提高軸件的綜合機械性能；并為表面淬火做準(zhǔn)備，使表面淬火得到均勻致密的硬化層，并且使硬化層的硬度由表面向中心逐漸降低，同時，索氏體組織精加工后表面粗糙度較小。第29頁,共76頁，星期六，2024年，5月

（3）表面淬火一般安排在精加工階段之前,半精加工階段之后，使工作表面獲得一定的硬化層，提高零件的耐磨性能。

（4）對精度要求高的軸,在局部淬火后或粗磨之后,還需進行低溫時效處理(在160℃油中進行長時間的低溫時效),以保證尺寸的穩(wěn)定。第30頁,共76頁，星期六，2024年，5月

（5）滲氮處理。常用材料為氮化鋼38GrMoAl。需在滲氮之前進行調(diào)質(zhì)和低溫時效處理。對調(diào)質(zhì)的質(zhì)量要求也很嚴(yán)格,不僅要求調(diào)質(zhì)后索氏體組織要均勻細(xì)化,而且要求離表面0.8～0.10mm層內(nèi)鐵素體含量不超過ω(C)＝5％,否則會造成氮化脆性而影響其質(zhì)量。第31頁,共76頁，星期六，2024年，5月

尺寸檢驗形狀檢驗位置檢驗

鍛造毛坯正火（退火）粗車調(diào)質(zhì)處理精車各次要表面加工表面淬火磨削、精密磨削軸件的加工路線：

5.軸類零件的檢驗第32頁,共76頁，星期六，2024年，5月1.多刀半自動車削和仿形車削

軸類零件批量較大時,多采用多刀切削和仿形加工。下圖為多刀切削;

多刀切削是指用兩把或兩把以上刀具同時加工工件上的幾個表面。多刀切削可以把幾個工步合并起來,使機動時間重疊。要指出的是,這種加工方法調(diào)整刀具時間較多,且切削力較大,要求機床的剛性及功率要大。

三、軸類零件的先進加工方法第33頁,共76頁，星期六，2024年，5月多刀車削

第34頁,共76頁，星期六，2024年，5月

仿形加工是指按照預(yù)制的仿形靠模順序?qū)⒐ぜ庑渭庸こ鰜淼姆椒?。它有機械靠模仿形和液壓隨動靠模仿形兩種。液壓仿形加工可在液壓半自動車床上進行,也能在臥式車床上采用液壓仿形刀架來實現(xiàn)。液壓仿形加工不僅能大大減少零件加工的輔助時間,而且產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定,調(diào)整方便,減輕了工人的勞動強度,因此已成為提高軸類零件外圓車削生產(chǎn)率的重要方法。

第35頁,共76頁，星期六，2024年，5月仿形加工

第36頁,共76頁，星期六，2024年，5月1)高速磨削

砂輪線速度高于60～80m/s的磨削,稱為高速磨削。高速磨削有以下特點:

(1)提高了生產(chǎn)率。砂輪速度提高后,單位時間進入磨削的磨粒數(shù)成比例增加,如果還保持每顆磨粒切屑厚度與普通磨削相同,則進給量可以成比例加大,磨削時間相應(yīng)縮短。

2.高速磨削、強力磨削和砂帶磨削

第37頁,共76頁，星期六，2024年，5月(2)提高砂輪耐用度。砂輪速度提高后,若進給量仍與普通磨削相同,則每顆磨粒切去的切屑厚度減小,每顆磨粒承受的切削負(fù)荷也就小了。磨粒切削能力相對提高,每次修整砂輪后可以磨去更多的金屬。(3)減小表面粗糙度值。因為每顆磨粒切削厚度變小,表面切痕深度淺,表面粗糙度值小,作用在工件上的法向磨削力也相應(yīng)減小,所以又可提高加工精度。第38頁,共76頁，星期六，2024年，5月2)強力磨削

強力磨削采用較高的砂輪速度,較大的磨削深度,一次切深可達(dá)6mm以上。進給量較小,直接從毛坯上磨出加工表面。它可“以磨代車”、“以磨代銑”,而且效率比車削、銑削高。強力磨削力及磨削熱比高速磨削顯著增加,因此除提高電動機功率外,還要加強砂輪防護罩的強度和加大磨削液的供應(yīng)量,而且還需合理選擇砂輪和加強機床剛度等措施,以免發(fā)生危險。第39頁,共76頁，星期六，2024年，5月3)砂帶磨削

砂帶磨削是用涂滿磨料的環(huán)形砂帶作為切削工具的一種加工方法。它是多刀多刃連續(xù)切削,因而砂帶磨床加工效率超過車、銑、刨等通用機床加工效率,幾乎領(lǐng)先于所有金屬切削機床。砂帶磨削時,砂帶和工件是彈性接觸,砂帶不能修整,故其加工精度要低于砂輪精密磨削。砂帶磨削的三種方式如下圖所示。第40頁,共76頁，星期六，2024年，5月砂帶磨削的三種方式

第41頁,共76頁，星期六，2024年，5月油石—加壓力—振動—縱向進給，工件低速回轉(zhuǎn)——不重復(fù)軌跡。①強烈切削階段——壓強大，油膜被破壞，切削作用強烈.②正常切削階段——壓強降低,切削作用減弱.③微弱切削階段——壓強更低，摩擦拋光作用.3、超精加工

利用裝在振動頭上的細(xì)粒度油石對精加工表面進行的精整加工適于加工曲軸、軋輥、軸承環(huán)和各種精密零件的外圓、內(nèi)圓、平面、溝道表面和球面等。第42頁,共76頁，星期六，2024年，5月④自動停止切削階段——壓強很小,形成油膜，切削作用停止磨粒摩擦拋光，交叉網(wǎng)紋——Ra0.01～0.1μm，速度低,壓力小,發(fā)熱少,表面不燒傷，不能糾正形狀和位置誤差第43頁,共76頁，星期六，2024年，5月

研具—與加工面相對運動，磨粒、研磨劑—研去材料機械切削作用——磨?！軌骸尾梁蛿D壓—切除微細(xì)材料物理作用——磨粒局部壓力大—高溫、擠壓作用化學(xué)作用——研磨劑—表面氧化變軟，加速研磨運動較復(fù)雜—軌跡不重復(fù)，Ra0.01～0.2μm4、研磨第44頁,共76頁，星期六，2024年，5月能提高尺寸形狀精度不提高位置精度設(shè)備簡便生產(chǎn)率低，手研勞動強度大第45頁,共76頁，星期六，2024年，5月滾輪或滾珠——加壓—彈性和塑性變形降低表面粗糙度值（Ra0.05～0.4μm），不提高形狀和位置精度金屬晶粒變細(xì)，纖維狀—殘余壓應(yīng)力—抗疲勞強度、耐磨性和耐腐蝕性高設(shè)備簡單，生產(chǎn)率高，工藝范圍廣。適用于塑性材料。5、滾壓第46頁,共76頁，星期六，2024年，5月第47頁,共76頁，星期六，2024年，5月

2.CA6140型車床主軸加工工藝過程四、軸類零件加工實例

1.半軸加工工藝過程鍛造毛坯正火（退火）粗車調(diào)質(zhì)處理精車各次要表面加工表面淬火磨削、精密磨削軸件的加工路線：第48頁,共76頁，星期六，2024年，5月第49頁,共76頁，星期六，2024年，5月1.半軸加工工藝過程工序號工序名稱設(shè)備夾具10銑兩端面鉆中心孔專用組合機床V形鉗口20粗車大頭仿形車床卡盤.頂尖30粗車小頭仿形車床卡盤.頂尖40調(diào)質(zhì)處理.研中心孔專用設(shè)備50精車大頭仿形車床卡盤.頂尖精車小頭仿形車床卡盤.頂尖70車槽車床頂尖

第50頁,共76頁，星期六，2024年，5月工序號工序名稱設(shè)備夾具80銑大頭花鍵花鍵銑床頂尖90銑小頭花鍵花鍵銑床頂尖100銑鍵槽立銑床虎鉗110去鍵槽毛刺銼刀高頻淬火130磨兩端花鍵外圓及端面磨床頂尖140磨外圓（φ32）磨床頂尖磨外圓（φ38）磨床頂尖160鉆孔.攻螺紋車床三爪卡盤第51頁,共76頁，星期六，2024年，5月工序10銑端面鉆中心孔第52頁,共76頁，星期六，2024年，5月工序20，30粗車φ32Φ40.5第53頁,共76頁，星期六，2024年，5月工序50，60精車Φ38.40+0.15Φ30-0.140-0.140-0.140-0.140第54頁,共76頁，星期六，2024年，5月工序70車槽0-0.34第55頁,共76頁，星期六，2024年，5月工序80，90銑花鍵56第56頁,共76頁，星期六，2024年，5月工序100銑平鍵+-0.0.2008第57頁,共76頁，星期六，2024年，5月工序110去毛刺第58頁,共76頁，星期六，2024年，5月工序130磨花鍵外圓及端面

R3R3Φ300-0.13第59頁,共76頁，星期六，2024年，5月工序140，150磨外圓Φ380-0.160-0.16第60頁,共76頁，星期六，2024年，5月工序160鉆孔攻絲