《機械加工技術》課件第3章

第3章軸類零件的加工3.1概述

3.2軸類零件外圓表面的加工3.3外圓表面加工常用工藝裝備

3.4典型軸類零件加工工藝分析思考題與習題

3.1概

述

3.1.1軸類零件的功用和結構特點軸類零件是一種常用的典型零件，主要用于支承齒輪、帶輪等傳動零件，并用于傳遞運動和扭矩，故其結構組成中具有許多外圓、軸肩、螺紋、螺尾退刀槽、砂輪越程槽和鍵槽等表面。外圓用于安裝軸承、齒輪、帶輪等；軸肩用于軸上零件和軸本身的軸向定位；螺紋用于安裝各種鎖緊螺母和高速螺母；螺尾退刀槽供加工螺紋時退刀用；砂輪越程槽則是為了能完整地磨削出外圓和端面；鍵槽用來安裝鍵，以傳遞扭矩。軸類零件按其結構特點可分為簡單軸（見圖3－1(a)、(e)）、

階梯軸（見圖3－1(c)）、空心軸（見圖3－1(d)）和異形軸(見圖3－1(b)、（f）、（g）、（h）、（i）)四大類。

圖3-1軸類零件

3.1.2軸類零件的技術要求軸通常是由其軸頸支承在機器的機架或箱體上，實現運動和動力的傳遞。根據其功用及工作條件，軸類零件的技術要求通常包括以下幾方面：

(1)尺寸精度和形狀精度。軸類零件的尺寸精度主要指軸的直徑尺寸精度。軸上支承軸頸和配合軸頸（裝配傳動件的軸頸）的尺寸精度和形狀精度是軸的主要技術要求之一，它將影響軸的回轉精度和配合精度。

(2)位置精度。為保證軸上傳動件的傳動精度，必須規(guī)定支承軸頸與配合軸頸的位置精度。通常以配合軸頸相對于支承軸頸的徑向圓跳動或同軸度來保證。

(3)表面粗糙度。軸上的表面以支承軸頸的表面質量要求最高，其次是配合軸頸或工作表面。這是保證軸與軸承以及軸與軸上傳動件正確可靠配合的重要因素。在生產實際中，軸頸的尺寸精度通常為IT6～IT9，精密的軸頸可達IT5；一般軸的形狀精度應控制在直徑公差之內；精密軸頸的形狀精度應控制在直徑公差的1/2～1/5之內。表面粗糙度Ra值，支承軸頸一般為0.63～0.16μm，配合軸頸一般為2.5～0.63μm；配合軸頸對支承軸頸的徑向圓跳動一般為0.01～0.03mm，

高精度軸為0.001～0.005mm。

3.1.3軸類零件的材料、毛坯及熱處理

一般軸類零件的材料常用價格較便宜的45鋼，這種材料經調質或正火后，能得到較好的切削性能及較高的強度和一定的韌性，具有較好的綜合力學性能。對于中等精度而轉速較高的軸類零件，可選用40Cr等合金結構鋼，經調質和表面淬火處理后同樣具有較好的綜合力學性能。對于較高精度的軸，可選用軸承鋼GCr15和彈簧鋼65Mn等材料，經調質和表面高頻感應加熱淬火后再回火，表面硬度可達50～58HRC，并具有較高的耐疲勞性能和較好的耐磨性。對于高轉速和重載荷軸，可選用20CrMnTi、20Cr等滲碳鋼或38CrMoAl滲氮鋼，經過淬火或氮化處理后獲得更高的表面硬度、

耐磨性和心部強度。

毛坯制造方法主要與零件的使用要求和生產類型有關。光軸或直徑相差不大的階梯軸，一般常用熱軋圓棒料毛坯。當成品零件尺寸精度與冷拉圓棒料相符合時，其外圓可不進行車削，這時可采用冷拉圓棒料毛坯。比較重要的軸，多采用鍛件毛坯。由于毛坯加熱鍛打后，能使金屬內部纖維組織沿表面均勻分布，從而能得到較高的機械強度。對于某些大型、結構復雜的軸（如曲軸等），可采用鑄件毛坯。

3.2軸類零件外圓表面的加工

3.2.1車削的特點及應用車削是零件回轉表面的主要加工方法之一。其主要特征是零件回轉表面的定位基準必須與車床主軸回轉中心同軸，因此無論何種工件上的回轉表面加工，都可以用車削的方法經過一定的調整而完成。車削既可加工有色金屬，又可加工黑色金屬，尤其適用于有色金屬的加工；車削既可進行粗加工，又可進行精加工。一般情況下，軸類零件回轉表面由于結構原因（L>>D），絕大部分在臥式車床加工，因此車削是一種最為廣泛的回轉表面加工方法之一，其特點如下：(1)工藝范圍廣。車削可完成加工內、外圓柱面、圓錐表面、車端面、切槽、切斷、車螺紋、鉆中心孔、鉆孔、擴孔、鉸孔、盤繞彈簧等工作；在車床上如果裝上一些附件及夾具，還可以進行鏜削、磨削、研磨、拋光等。車削的基本加工內容見圖3-2。

圖3-2車削加工基本內容

(2)生產率高。車削加工時，由于加工過程為連續(xù)切削，基本上無沖擊現象，刀桿的懸伸長度很短，剛性高，因此可采用很高的切削用量，故車削的生產率很高。

(3)精度范圍大。在臥式車床上，粗車鑄件、鍛件時可達到經濟加工精度IT11～IT13，Ra可達到12.5～50μm；精車時可達到經濟加工精度IT7～IT8，Ra可達到0.8～1.6μm。在高精度車床上，采用鎢鈦鈷類硬質合金、立方氮化硼刀片，同時采用高切削速度（160m/min或更高），小的吃刀深度（0.03～0.05mm）和小的進給量（0.02～0.2mm/r）進行精細車，可以獲得很高的精度和很小的表面粗糙度，大型精確外圓表面常用精細車代替磨削。

在數控車床上加工時，能夠完成很多臥式車床上難以完成或者根本不能加工的復雜表面零件的加工。利用數控車床加工，可以獲得很高的加工精度，而且產品質量穩(wěn)定，與臥式車床相比，可提高生產率2～3倍，尤其對某些復雜零件的加工，生產率可提高十幾倍甚至幾十倍，大大減輕了工人的勞動強度。

（4)有色金屬的高速精細車削。在高精度車床上，用金剛石刀具進行切削，可以獲得的尺寸公差等級為IT6～IT5，表面粗糙度Ra可達1.0～0.1μm，甚至還能達到鏡面的效果。

(5)生產成本低。車刀結構簡單，刃磨和安裝都很方便，許多車床夾具都已經作為附件進行標準化生產，它可以滿足一定的加工精度要求，

生產準備時間短，

加工成本較低。

3.2.2磨削加工

1.磨削的工藝特征

(1)精度高，表面粗糙度小。磨削時，砂輪表面有極多的切削刃，并且刃口圓弧半徑ρ≈0.006～0.012mm，而一般車刀和銑刀的ρ≈0.012～0.032mm。磨粒上較鋒利的切削刃，能夠切下一層很薄的金屬，切削厚度可以小到數微米，這是精密加工必須具備的條件之一。一般切削刀具的刃口圓弧半徑雖也可磨得小些，但不耐用，不能或難以進行經濟的、

穩(wěn)定的精密加工。

磨削所用的磨床比一般切削加工機床精度高，其剛性好，穩(wěn)定性較好，并且具有控制小切削深度的微量進給機構，可以進行微量切削，從而保證了精密加工的實現。磨削時，切削速度很高，如普通外圓磨削速度vc≈30～35m/s，高速磨削速度vc>50m/s。當磨粒以很高的切削速度從工件表面切過時，同時有很多切削刃進行切削，每個磨刃僅從工件上切下極少量的金屬，殘留面很薄，有利于形成光潔的表面。因此，磨削可以達到高的精度和小的粗糙度。一般磨削精度可達IT7～IT6。粗糙度Ra為0.2~0.8μm，當采用小粗糙度磨削時，粗糙度Ra可達0.008~0.1μm。

(2)砂輪有自銳作用。

(3)可以磨削硬度很高的材料。

(4)磨削溫度高。

2.磨削工藝的發(fā)展

(1)高精度、小粗糙度磨削。包括精密磨削（Ra0.1～0.05μm），超精密磨削（Ra0.025～0.012μm）和鏡面磨削（Ra0.006μm），它們可以代替研磨加工，以減輕勞動強度和提高生產率。小粗糙度磨削時，除對磨床有要求外，砂輪需經精細修整，保證砂輪表面磨粒具有微刃性和微刃等高性。磨削時，磨粒的微刃在工件表面上切下微細的切屑，同時在適當的磨削壓力下，

借助半鈍態(tài)的微刃與工件表面間產生的摩擦拋光作用獲得高的精度和小的表面粗糙度。

(2)高效磨削。高效磨削包括高速磨削和強力磨削，主要目的是提高生產率。高速磨削是采用高的磨削速度（vc>50m/s）和相應提高進給量來提高生產率的磨削方法，高速磨削還可提高工件的加工精度和降低表面粗糙度，砂輪使用壽命亦可提高。強力磨削是經大的切深（可達十幾毫米）和緩慢的軸向進給（0.01～0.3m/min）進行磨削的方法。它可以在鑄、鍛毛坯上直接磨出零件所要求的表面形狀和尺寸，從而大大提高生產效率。

3.在無心外圓磨床上磨削外圓表面的方法

無心外圓磨削的工作原理如圖3-3所示，其工作方法與上述萬能外圓磨床不同，工件不是支承在頂尖上或夾持在卡盤上，而是放在砂輪和導輪之間，由托板支承，以工件自身外圓為定位基準。砂輪和導輪的旋轉方向相同，導輪是用摩擦系數較大的樹脂或橡膠作粘結劑制成的剛玉砂輪，當砂輪以轉速n旋轉時，工件就有與砂輪相同的線速度回轉的趨勢，但是由于受到導輪摩擦力對工件的制約作用，結果使工件以接近于導輪線速度（導輪線速度遠低于砂輪）回轉，從而在砂輪和工件之間形成很大的速度差，由此而產生磨削作用。改變導輪的轉速，便可以調整工件的圓周進給速度。圖3-3無心外圓磨削的加工示意圖

無心磨削時，工件的中心必須高于導輪和砂輪的中心連線，使工件與砂輪、導輪間的接觸點不在工件同一直徑上，從而使工件上某些凸起表面在多次轉動中能逐次磨圓，避免磨出棱圓形工件（見圖3-4）。實踐證明：工件中心越高，越易獲得較高圓度，磨圓過程也越快。但工件中心高出的距離也不能太大，否則導輪對工件的向上垂直分力有可能引起工件跳動，從而影響加工表面質量。一般取h=（0.15～0.25）d，d為工件直徑。圖3-4無心外圓磨削加工原理圖

無心外圓磨床有兩種磨削方法（見圖3-5）：縱磨法和橫磨法?？v磨法適用于磨削不帶凸臺的圓柱形工件，磨削表面長度可大于或小于砂輪寬度，磨削加工時，一件接一件地連續(xù)對工件進行磨削，生產率高。橫磨法適用于磨削有階梯的工件或成形回轉體表面，但磨削表面長度不能大于砂輪寬度。

圖3-5無心外圓磨削加工方法示意圖（a）縱磨法；（b）橫磨法1—磨削砂輪

2—導輪

3—托板

4—擋塊

5—工件

在無心外圓磨床上磨削外圓表面時，工件不需鉆中心孔，裝夾工件省時省力，可連續(xù)磨削；由于有導輪和托板沿全長支承工件，因而剛度差的工件也可用較大的切削用量進行磨削。所以無心外圓磨削生產率較高。

由于工件定位基準是被磨削的工件表面自身，而不是中心孔，所以就消除了中心孔誤差、外圓磨床工作臺運動方向與前后頂尖連線的不平行引起的誤差以及頂尖的徑向圓跳動誤差等的影響。無心外圓磨削磨出來的工件尺寸精度為IT7～IT6，圓度誤差為0.005mm，圓柱度誤差為0.004mm/100mm長度，表面粗糙度Ra值不高于1.6μm。如果配備適當的自動裝卸料機構，則無心外圓磨削易于實現自動化。但由于無心磨床調整費時，故只適于大批量生產；又因工件的支承與傳動特點，所以只能用來加工尺寸較小，形狀比較簡單的工件。此外，當工件外圓表面不連續(xù)（如有長的鍵槽）或內外圓表面同軸度要求較高時，也不適宜采用無心外圓磨床加工。

4.外圓磨削的質量分析

(1)多角形。在零件表面沿母線方向存在一條條等距的直線痕跡，其深度小于0.5μm，如圖3-6所示。這主要是由于砂輪與工件沿徑向產生周期性振動所致，如砂輪或電動機不平衡，軸承剛性差或間隙太大，工件中心孔與頂尖接觸不良，砂輪磨損不均勻等。消除振動的措施是多方面的，如仔細地平衡砂輪和電動機，改善中心孔和頂尖的接觸情況，及時修整砂輪，調整軸承間隙等。

圖3-6多角形缺陷

圖3-7幾種螺旋形缺陷

(2)螺旋形。磨削后的工件表面呈現一條很深的螺旋痕跡，痕跡的間距等于工件每轉的縱向進給量，如圖3-7所示。產生原因主要是砂輪微刃的等高性破壞或砂輪與工件局部接觸，如砂輪母線與工件母線不平行，頭架、尾座剛性不等，砂輪主軸剛性差等。消除及預防的措施是多方面的，如修正砂輪，保持微刃等高性；調整軸承間隙；保持主軸的位置精度；砂輪兩邊修磨成臺肩形或倒圓角，使砂輪兩端不參加切削；工作臺潤滑油要合適，同時應有卸載裝置；使導軌潤滑為低壓供油等。

(3)拉毛(劃傷或劃痕)。常見的工件表面拉毛現象如圖3-8所示。產生的原因主要是磨粒自銳性過強，切削液不清潔，砂輪罩上磨屑落在砂輪與工件之間等。消除拉毛的措施包括：選擇硬度稍高一些的砂輪，砂輪修整后用切削液和毛刷清洗，對切削液進行過濾，清理砂輪罩上的磨屑等。

圖3-8拉毛(劃傷或劃痕)缺陷

(4)燒傷?？煞譃槁菪螣齻忘c燒傷，如圖3-9所示。燒傷的原因主要是由于磨削高溫的作用，使工件表層金相組織發(fā)生變化，因而使工件表面硬度發(fā)生明顯變化。消除燒傷的措施有降低砂輪硬度，減小磨削深度，適當提高工件轉速，減少砂輪與工件接觸面積，及時修正砂輪，

進行充分冷卻等。

圖3-9燒傷缺陷

3.2.3外圓表面的精密加工

1.研磨研磨是利用研磨工具和研磨劑，從工件上研去一層極薄表面層的精密加工方法。研磨有平面研磨、外圓研磨、內圓研磨、螺紋研磨等。研磨精度可達IT5左右，表面粗糙度Ra值可小到0.1~0.01μm，研磨余量約為0.005~0.02mm。研磨是最常用的光整加工方法。

（1）研磨原理。研磨時，在研具與工件被研表面間加研磨劑，研具是用比工件軟的材料制成的。在一定壓力下，研具與工件作復雜的相對運動。研磨劑中的磨料會嵌入研具表面，在相對運動中對已經精細加工過的工件表面進行微量切削，切除的金屬層極薄，約為0.01～0.1μm。此外，研磨過程中還伴隨有化學作用，即研磨劑可使工件表面形成很薄的氧化膜，凸起的氧化膜被磨粒刮掉，再生成氧化膜，再被刮去，…不斷重復這一過程，加之研磨運動復雜，運動軌跡不重復，

工件表面得到均勻的加工，不平的凸起一次次被切除，表面粗糙度便逐漸減小。

（2）研磨方法。研磨有手工研磨和機械研磨兩種方法。①手工研磨：研磨外圓時，工件夾持在車床卡盤上或用頂尖支承，作低速回轉，研具套在工件上，在研具和工件之間加入研磨劑，然后用手推動研具作往返運動。外圓研具如圖3-10所示。圖3-10（a）粗研套孔內有油槽，可儲存研磨劑，圖3-10（b）精研套無油槽。研具往復運動速度常選20~70m/min為宜。

圖3-10外圓研具（a）

粗研具；

（b）

精研具

②機械研磨：研磨設備專用于某種工件，生產效率高，適用于大批量生產。如圖3-11所示為一種行星傳動式的雙面研磨機。

圖3-11行星齒輪研磨機

（3）嵌砂與無嵌砂研磨。根據磨料是否嵌入研具，研磨又可分為嵌砂與無嵌砂研磨兩種。①嵌砂研磨。研具材料比工件軟，組織均勻，具有一定彈性，變形小，表面無斑點，常用材料為灰鑄鐵、銅、鋁、軟鋼等。在加工中，磨料直接加入工作區(qū)域內，磨粒受擠壓而自動嵌入研具的稱自動嵌砂；在加工前事先將磨料直接擠壓到研具表面中去的則稱強迫嵌砂，此方法主要用于精密量具的研磨。

②無嵌砂研磨。研具材料較硬，而磨粒較軟（如氧化鉻）。在研磨過程中，磨粒處于自由狀態(tài)，不嵌入研具表面。

研具材料常選用淬硬過的鋼、

鏡面玻璃等。

（4）研具材料與研磨劑。研具一般是采用比工件材料硬度低的材料制作，常用的有鑄鐵、青銅、低碳鋼等。研磨劑的成分是磨料與研磨液。常用的磨料為剛玉Al2O3和碳化硅。磨料粒度粗研時為240?！玏14，精研時為W14～W5，常用的研磨液有煤油、機油、植物油等，為使工件表面研磨時能生產氧化膜而縮短研磨過程，還要適量地加入油酸或研脂酸起活化作用。

2.超精加工超精加工是用極細磨料的油石，以恒定壓力（5～20MPa）和復雜相對運動對工件進行微量切削，以降低表面粗糙度為主要目的的精密加工方法。

超精加工外圓如圖3-12所示，工件以較低的速度作旋轉運動3，油石一方面以12～25Hz的頻率、1～3mm的振幅作往復振動1，一方面以0.1～0.15mm/r的進給量作縱向進給運動2。油石對工件表面的壓力靠調節(jié)上面的壓力彈簧來實現。在油石與工件之間注入具有一定粘度的切削液，以清除屑末和形成油膜。加工時，油石上每一磨粒均在工件上刻劃出極細微且縱橫交錯不重復的痕跡，切除工件表面上的微觀凸峰。隨著凸峰逐漸降低，油石與工件的接觸面積逐漸加大，壓強隨之減小，切削作用相應減弱。當壓力小于油膜表面張力時，油石與工件即被油膜分開，

切削作用自行停止。

超精加工只能切除微觀凸峰，一般不留加工余量或只留很小的加工余量，一般為0.003～0.01mm。超精加工后Ra值可達0.1～0.01μm，可使零件配合表面間的實際接觸面積大為增加。但超精加工一般不能提高尺寸精度、形狀精度和位置精度，工件這方面的要求應由前工序保證。超精加工生產率很高，常用于大批量生產中加工曲軸、凸輪軸的軸頸外圓，飛輪、

離合器的端平面以及滾動軸承的滾道等。

3.拋光拋光工作是在高速旋轉的拋光輪上進行的，只能減小表面粗糙度，不能提高尺寸和形位精度，也不能保持拋光前的加工精度。拋光的主要作用有消除表面的加工痕跡，提高零件的疲勞強度；作為表面裝飾加工；需要電鍍的零件，為了保證質量，鍍前拋光等。其目的都不是為了提高加工精度。拋光輪一般是用毛氈、橡膠、皮革、布等材料制成的，具有彈性，能對各種型面進行拋光。拋光液（磨膏）是用氧化鋁、氧化鐵等加入磨料和油酸、軟脂等配制而成的，拋光時涂于拋光輪上。將工件手持壓于輪上，在磨膏的作用下，工件表層金屬因化學作用形成一層極薄軟膜，可被軟于工件材料的磨料切除而不留痕跡。此外，由于拋光速度很高，磨擦使工件表面溫度很高，致使工件表層出現塑性流動，填補表面凹坑之處，從而使表面粗糙度變小。

4.滾壓加工

滾壓加工是用滾壓工具對金屬材質的工件施加壓力，使其產生塑性變形，從而降低工件表面粗糙度，強化表面性能的加工方法。它是一種無切屑加工。圖3-13所示為滾壓加工示意圖。

圖3-13滾壓加工示意圖(a)滾輪滾壓;(b)滾珠滾壓

滾壓加工有如下特點：（1）滾壓前，工件加工表面粗糙度Ra

值不大于5μm，表面要求清潔，直徑余量為0.02~0.03mm。

(2)滾壓后的形狀精度和位置精度主要取決于前道工序。

(3)滾壓的工件材料一般是塑性材料，并且材料組織要均勻。鑄鐵件一般不適合滾壓加工。

(4)滾壓加工生產率高。3.3外圓表面加工常用工藝裝備3.3.1焊接式車刀和可轉位車刀

1.硬質合金焊接式車刀硬質合金焊接式車刀是由硬質合金刀片和普通結構鋼刀桿通過焊接而成的。其優(yōu)點是結構簡單、制造方便、刀具剛性好、使用靈活，故應用較為廣泛。圖3-14所示為焊接式車刀。圖3-14焊接式車刀（1）刀片型號及其選擇。硬質合金刀片除正確選用材料和牌號外，還應合理選擇其型號。表3-1為硬質合金焊接刀片示例。焊接式車刀刀片分為A，B，C，D，E五類。刀片型號由一個字母和一個或兩個數字組成。字母表示刀片形狀，數字代表刀片的主要尺寸。表3-1硬質合金焊接刀片示例（GB5244—1985）刀片尺寸中的l要根據背吃刀量和主偏角確定。外圓車刀一般應使參加工作的切削刃長度不超過刀片長度的60％～70％。對于切斷刀、車槽刀用的刀片，其l應該根據槽寬或切斷刀的寬度選取，切斷刀可按l=0.6d0.5估計(式中d為工件直徑)。刀片尺寸中t的大小要考慮重磨次數和刀頭結構尺寸的大小。刀片尺寸中的s要根據切削力的大小等因素確定。

(2)刀槽的形狀和尺寸。圖3-15所示為常用的刀槽形式。開口式刀槽制造簡單，焊接面積小，適用于C型和D型刀片。半封閉式刀槽焊接后刀片較牢固，但刀槽加工不便，適用于A型和B型刀片。封閉式刀槽能增加焊接面積，但制造困難，適用于E型刀片。切口式刀槽用于車槽刀和切斷刀，可使刀片焊接牢固，但制造復雜，適用于E型刀片。圖3-15刀槽形式(a)開口式；(b)半封閉式；(c)封閉式；(d)切口式刀槽尺寸應與刀片尺寸相適應。為便于刃磨，一般要使刀片露出刀槽0.5～1mm，刀槽后角αog要比刀具后角αo大2°～4°，如圖3-16所示。圖3-16刀槽的尺寸（3）刀桿及刀頭的形狀和尺寸。刀桿的截面尺寸一般可按機床中心高度確定。刀桿上支承部分高度H1與刀片厚度S應有一定的比例，如圖3-17所示，H1/S>3時焊接后刀片表面引起的拉應力不顯著，不易產生裂紋；H1/S<3時，刀片表面層的拉應力較大，易出現裂紋。

刀桿長度可按刀桿高度H的6倍估計，并選用標準尺寸系列，如100，125，150，175等。圖3-17刀片厚度與刀桿支承部分高度的比例刀頭形狀一般有直頭和彎頭兩種。直頭制造容易，彎頭通用性好。刀頭尺寸主要有刀頭有效長度L及刀尖偏距m，如圖3-18所示。可按下式計算：直頭車刀 m>lcosκr或(B-m)>tcosκr′

45°彎頭車刀m>tcos45°

90°外圓車刀m≈B／4；L=1.2l

切斷刀m≈L／3；L>R(工件半徑)圖3-18常用車刀刀頭的形狀尺寸(a)直頭車刀；(b)90°外圓刀；(c)45°彎頭刀;(d)切斷刀

2.可轉位車刀

(1)可轉位車刀的特點?？赊D位車刀是用機械夾固的方式將可轉位刀片固定在刀槽中而組成的，當刀片上一條切削刃磨鈍后，松開夾緊機構，將刀片轉過一個角度，調換一個新的刀刃，夾緊后即可繼續(xù)進行切削。和焊接式車刀相比，它有如下特點：①刀片未經焊接，無熱應力，可充分發(fā)揮刀具材料性能，耐用度高；②刀片更換迅速、方便，可節(jié)省輔助時間，提高生產率；③刀桿多次使用，可降低刀具費用；④能使用涂層刀片、陶瓷刀片、立方氮化硼和金剛石復合刀片；⑤結構復雜，加工要求高，一次性投資費用較大；⑥不能由使用者隨意刃磨，使用不靈活。

(2)可轉位刀片。圖3-19所示為可轉位刀片標注示例。它有10個代號，任何一個型號必須用前7位代號。不管是否有第8或第9位代號，第10位代號必須用短劃線“—”與前面代號隔開，如TNUM160408—A2

號位1表示刀片形狀。其中正三角形刀片(T)和正方形刀片(S)最常用，棱形刀片(V和D)適用于仿形和數控加工。號位2表示刀片后角。0°后角(N)使用最廣。號位3表示刀片精度。刀片精度共分11級，其中U為普通級，M為中等級，使用較多。號位4表示刀片結構。常見的有帶孔和不帶孔的，主要與采用的夾緊機構有關。號位5～號位7分別表示切削刃長度、刀片厚度和刀尖圓弧半徑。號位8表示刃口形式。如F表示銳刃，無特殊要求可省略。號位9表示切削方向。R表示右切刀片，L表示左切刀片，N表示左、右均可。號位10表示斷屑槽槽型與槽寬。表3-2列出了各常用可轉位車刀刀片斷屑槽槽型特點及適用場合。圖3-19可轉位車刀刀片標注示例表3-2常用可轉位車刀刀片斷屑槽槽型特點及適用場合

(3)可轉位車刀的定位夾緊機構?？赊D位車刀的定位夾緊機構應滿足定位正確、夾緊可靠、裝卸轉位方便、結構簡單等要求。①杠桿式夾緊機構：如圖3-20所示。擰緊壓緊螺釘5，杠桿1擺動，刀片壓緊在兩個定位面上，將刀片夾緊。刀墊2通過彈簧套8定位，調節(jié)螺釘7調整彈簧6的彈力。杠桿式夾緊機構定位精度高，夾緊可靠，使用方便，但結構復雜。圖3-20杠桿式夾緊機構1—杠桿2—刀墊3—刀片4—刀柄5—壓緊螺釘6—彈簧7—調節(jié)螺釘8—彈簧套②楔塊式夾緊機構：如圖3-21所示。擰緊螺釘4，楔塊5推動刀片3緊靠在圓柱銷2上，將刀片夾緊。楔塊式夾緊機構結構簡單，更換刀片方便，但定位精度不高，夾緊力與切削力的方向相反。圖3-21楔塊式夾緊機構1—刀墊2—圓柱銷3—刀片4—擰緊螺釘5—楔塊6—彈簧墊圈7—刀柄③螺紋偏心式夾緊機構：如圖3-22所示。利用螺紋偏心銷1上部的偏心軸將刀片夾緊。螺紋偏心式夾緊機構結構簡單，但定位精度不高，要求刀片精度不高。圖3-22螺紋偏心式夾緊機構1—偏心銷2—刀片3—刀墊4—刀柄④壓孔式夾緊機構：如圖3-23所示。擰緊沉頭螺釘2，利用螺釘斜面將刀片夾緊。壓孔式夾緊機構結構簡單，刀頭部分小，用于小型刀具。圖3-23壓孔式夾緊機構1—刀片2—沉頭螺釘3—刀墊4—刀柄[⑤上壓式夾緊機構：如圖3-24所示。擰緊螺釘5，壓板6將刀片夾緊。上壓式夾緊機構夾緊可靠，但切屑容易擦傷夾緊元件。圖3-24上壓式夾緊機構1—刀柄2—刀墊3、5—螺釘4—刀片6—壓板⑥拉墊式夾緊機構：如圖3-25所示。擰緊螺釘3，使拉墊1移動，拉墊1上的圓銷將刀片夾緊。拉墊式夾緊機構夾緊可靠，但刀頭部分剛性較差。圖3-25拉墊式夾緊機構1—拉墊2—刀片3—螺釘4—刀柄刀桿材料用強度較高的鋼材制造，經熱處理后其硬度小于等于50HRC。刀桿與刀片之間最好加裝刀墊，以提高刀桿壽命，刀桿尺寸因制造廠不同而略有差異，不重磨硬質合金刀片尺寸見表3-3。3.3.2砂輪

1.砂輪的組織要素（1）磨料。磨料分為天然和人造兩大類。一般天然磨料含雜質多，質地不均。天然金剛石雖好，但價格昂貴，故目前主要使用的是人造磨料，其性能和適用范圍見表3-4。表3-4砂輪組織要素、代號、性能和適用范圍（2）粒度。粒度是指磨料顆粒的大小。粒度有兩種表示方法：對于用篩選法來區(qū)分的較大的磨粒（制砂輪用），以每寸篩網長度上篩孔的數目來表示。如46#粒度表示磨粒剛能通過46格/英寸（1英寸≈2.54厘米）的篩網。對于用顯微鏡測量來區(qū)分的微細磨粒（稱微粉，供研磨用），以其最大尺寸（單位μm）前加W來表示。常用砂輪粒度號及其使用范圍見表3-5。表3-5砂輪粒度號及使用范圍（3）結合劑。結合劑的性能決定了砂輪的強度、耐沖擊性、耐腐蝕性和耐熱性。此外，它對磨削溫度、磨削表面質量也有一定的影響。結合劑的種類、代號、性能與使用范圍見表3-6。表3-6常用結合劑的性能及其使用范圍（4）硬度。砂輪的硬度是指結合劑粘結磨粒的牢固程度，也是指磨粒在磨削力作用下從砂輪表面脫落的難易程度。砂輪硬，就是指磨粒粘得牢，不容易脫落；砂輪軟，就是指磨粒粘得不牢，容易脫落。砂輪的硬度對磨削生產率和磨削表面質量都有很大的影響。如果砂輪太硬，則磨粒磨鈍后仍然不能脫落，磨削效率很低，工作表面很粗糙并可能被燒傷。如果砂輪太軟，則磨粒磨鈍后易從砂輪上脫落，砂輪損耗大，形狀不易保持，影響工件質量。砂輪的硬度合適，磨粒磨鈍后因磨削力增加而自行脫落，使新的鋒利的磨粒露出，砂輪具有自銳性，則磨削效率高，工件表面質量好，砂輪的損耗也小。砂輪的硬度分級見表3-7。表3-7砂輪的硬度分級（5）組織。組織表示砂輪中磨料、結合劑和氣孔間的體積比例。根據磨粒在砂輪中占有的體積百分數（即磨粒率），砂輪可分為0~14的組織號，見表3-8。組織號從小到大，磨粒率由大到小，氣孔率由小到大。砂輪組織號大，組織松，砂輪不容易被磨屑堵塞，切削液和空氣能帶入磨削區(qū)域，可降低磨削區(qū)域的溫度，減少工件因發(fā)熱而引起的變形和燒傷，也可以提高磨削效率。但組織號大，不容易保持砂輪的輪廓形狀，會降低成形磨削的精度，磨出的表面也比較粗糙。表3-8砂輪的組織號

2.砂輪的形狀、尺寸和標志為了適應在不同類型的磨床上磨削各種形狀和尺寸工件的需要，砂輪有許多種形狀和尺寸。常用砂輪的形狀、代號及用途見表3-9。砂輪的標志印在砂輪的端面上。其順序是：形狀、尺寸、磨料、粒度號、硬度、組織號、結合劑、最高線速度。如形狀為平形，外徑600mm，厚度75mm，孔徑203mm，白剛玉，粒度號為54，硬度為超硬，8號組織，樹脂結合劑，最高工作線速度為60m/s的砂輪標記為砂輪1-600×75×203-WA54Y8B-60。3.3.3車床夾具

1.車床夾具的分類及其結構形式車床類夾具大致可分為心軸式、角鐵式和花盤式等。（1）心軸式車床夾具。這種夾具一般利用車床或圓磨床的主軸錐孔或頂尖安裝在機床主軸上。按照工件的定位面具體情況，夾具定位工作面可做成圓柱面、小錐度面、花鍵以及可脹圓柱面等形狀。（2）角鐵式車床夾具。圖3-26所示是一種典型的角鐵式車床夾具，工件7以兩孔在圓柱定位銷2和削邊定位銷1上定位；底面直接在支承板4上定位。二螺旋壓板分別在兩定位銷孔旁把工件夾緊。導向套8用來引導加工軸孔的刀桿。9是平衡塊，以消除夾具在回轉時的不平衡現象。夾具上還設置有軸向定位基面3，它與圓柱定位銷保持確定的軸向距離，可以利用它來控制刀具的軸向行程。圖3-26角鐵式車床夾具1—削邊定位銷2—圓柱定位銷3—定位基面4—支承板5—夾具體6—壓板7—工件8—導向套9—平衡塊（3）花盤式車床夾具。前兩類車床夾具一般用于加工外形較規(guī)則的零件，但相當多的零件外形較復雜，或加工工序中加工表面與其它表面有相互位置要求，此時常用花盤類夾具進行加工。對小批量生產，一般可在車床花盤附件上用螺釘壓板裝夾，而大批量生產則采用專用花盤類車床夾具。圖3-27所示杠桿零件車孔車床夾具，工件以彈性筒夾和活動V形塊定心夾緊。圖3-27杠桿零件車孔車床夾具

2.車床夾具設計要點

(1)連接元件的設計。車床和圓磨床夾具的連接元件形式主要取決于所采用機床的主軸端部結構。由于這兩種夾具與各自機床主軸的連接方式很相似，因此以車床夾具為代表來敘述其連接元件的形式。常見的連接方式有下列幾種形式：①夾具以前后頂尖孔與機床主軸前頂尖和尾架后頂尖相連接，由撥盤帶動。較長的定位心軸常采用這種連接方式。②夾具以莫氏錐柄與機床主軸的莫氏錐孔相連接，需要時可用長螺桿從主軸尾部穿過主軸孔將夾具拉緊以增大連接面的摩擦力矩。這種連接方式定心精度好，而且裝卸迅速方便，但剛性較差，適用于短定位心軸和小型夾具。③夾具與車床主軸端部直接連接，如圖3-28所示。圖3-28（a）是夾具體以短錐孔K和端面T與車床主軸端的短錐體和端面相連接并用螺釘緊固。這種連接方式定心精度較高，剛性也較好，但制造時除要保證錐孔錐度和嚴格控制錐孔直徑尺寸外，還要保證錐孔對端面的垂直度，以達到錐體與端面同時接觸的良好效果，因而夾具體加工較為復雜，要達到夾具能與各臺同型號規(guī)格車床的主軸端互換連接則更為困難。但這種主軸端部結構是國家標準規(guī)定的形式，因而應用將日趨廣泛。圖3-28（b）是夾具體以端面T和圓柱孔D與機床主軸的軸頸和端面連接，用螺紋M緊固，并用兩個保險塊2防止夾具在反向旋轉時螺紋連接發(fā)生松動。采用這種連接方式，零件制造簡單，但用圓柱體配合存在間隙，定心精度較低。夾具與C620，C620-1，C630等車床主軸端部的連接采用的就是這種方式。圖3-28（c）是夾具體以1∶4錐孔與主軸錐體連接，依靠主軸上的拉緊螺母3把夾具拉緊，并用鍵4來傳遞扭矩。由于沒有端面連接，這種方式的剛性較差，因此常用于輕型夾具。夾具與C616等車床主軸端部的連接采用的就是這種方式。圖3-28夾具與車床主軸端部直接連接的形式1—夾具體2—保險塊3—拉緊螺母4—鍵④夾具通過過渡盤與車床主軸端部連接，如圖3-29所示。過渡盤2與機床主軸端部的連接形式視車床主軸端部結構的不同可以有圖3-29所示的各種方式，例如圖3-29（a）是過渡盤以短錐孔和端面與機床主軸端部短錐體和端面連接。過渡盤另一端則與夾具相連。采用過渡盤的連接方式不但能使夾具適用于各種不同主軸端部結構的機床，而且可使機床安裝各種不同夾具，增加了通用性。圖3-29（a）中過渡盤與夾具的連接一般采用端面和圓柱面連接方式，其直徑尺寸d，通常采用K7/h6，M7／h6等配合。但有了過渡盤的中間環(huán)節(jié)，會影響夾具的定心精度。為了提高夾具的定心精度，可采用如圖3-29（b）所示的找正基面連接方式。圖中A是找正基面，找正時，先將夾具安裝在過渡盤2上預緊，用指示表按找正基面A找正，并調整夾具回轉軸線使之與機床主軸回轉軸線同軸，然后用螺栓緊固。安裝套3起預定心作用，便于找正，它與過渡盤之間應有較大的配合間隙，以保證找正時調整夾具的需要。安裝套還可以在找正夾具前起支承夾具的作用。為了保護找正基面不被碰傷，應將A面做成凹槽形。圖3-29采用過渡盤的連接方式1—夾具2—過渡盤3—安裝套A—找正基面

(2)車床夾具的其它設計要點。除了連接元件設計的重要問題之外，設計車床和圓磨床夾具時還需考慮下列問題：①設計卡盤類和花盤類車床夾具時，外形尺寸要盡可能緊湊些，重心要與回轉軸線重合，以減小離心力和回轉力矩的影響。②縮短夾具的懸伸長度，使重心靠近主軸，以減少主軸的彎曲載荷，保證加工精度。③若夾具(連同工件)重心偏離機床主軸回轉軸線，特別是夾具的結構相對回轉軸線不對稱，則必須有平衡措施，如加平衡塊，平衡塊上開有圓弧槽(或徑向槽)，便于調整其位置。對高速回轉的重要夾具，則應專門進行動平衡試驗，以確保運轉安全和加工質量。④夾具和工件的整體回轉外徑不應大于機床允許的回轉尺寸。夾具的零部件和其上裝夾的工件的外形一般不允許伸出夾具體以外。同時對回轉部分應盡可能做得外形光整，避免尖角，并設置防護罩殼。⑤對于高速回轉的夾具，要特別注意裝夾牢靠，以防止工件飛出的危險。⑥圓磨床夾具與車床夾具結構上相似，但圓磨床加工的工藝精度要求較高，所以對夾具的制造精度和回轉平衡應有更高的要求。3.4典型軸類零件加工工藝分析3.4.1CA6140型臥式車床主軸加工工藝主運動為回轉運動的各種金屬切削機床的主軸，是軸類零件中最有代表性的零件。主軸上通常有內、外圓柱面和圓錐面，以及螺紋、鍵槽、花鍵、橫向孔、溝槽、凸緣等不同形式的幾何表面。主軸的精度要求高，加工難度大，如果對主軸加工中的一些重要問題（如基準的選擇、工藝路線的擬定等）能作出正確的分析和解決，則其它軸類零件的加工就能迎刃而解。本節(jié)以CA6140型臥式車床主軸為例，分析軸類零件的加工工藝。圖3-30所示為CA6140車床主軸簡圖，其材料為45鋼。圖3-30CA6140型臥式車床主軸簡圖

1.主軸的功用及技術要求分析

(1)支承軸頸。主軸的兩支承軸頸A、B與相應軸承的內孔配合，是主軸組件的裝配基準，其制造精度將直接影響到主軸組件的旋轉精度。當支承軸頸不同軸時，主軸產生徑向圓跳動，影響以后車床使用時工件的加工質量，所以對支承軸頸提出了很高要求。尺寸精度按IT5級制造，兩支承軸頸的圓度公差為0.005mm，徑向跳動公差為0.005mm，表面粗糙度Ra值為0.4μm。

(2)裝夾表面。主軸前端錐孔是用于安裝頂尖或心軸的莫氏錐孔，其中心線必須與支承軸頸中心線嚴格同軸，否則會使工件產生圓度、同軸度誤差，主軸錐孔錐面的接觸率要大于75%；錐孔對支承軸頸A、B的圓跳動允差：近軸端為0.005mm，距軸端300mm處為0.01mm，表面粗糙度Ra值為0.4μm。主軸前端短圓錐面是安裝卡盤的定心表面。為了保證卡盤的定心精度，短圓錐面必須與支承軸頸同軸，端面必須與主軸回轉中心垂直。短圓錐面對支承軸頸A、B的圓跳動允差為0.008mm，端面對支承軸頸中心的端面跳動允差為0.008mm，表面粗糙度Ra值為0.8μm。

(3)螺紋表面。主軸的螺紋表面用于鎖緊螺母的配合。當螺紋表面中心線與支承軸頸中心線歪斜時，會引起主軸組件上鎖緊螺母的端面跳動，導致滾動軸承內圈中心線傾斜，引起主軸徑向跳動，所以加工主軸上的螺紋表面時，必須控制其中心線與支承軸頸中心線的同軸度。

(4)軸向定位面。主軸軸向定位面與主軸回轉軸線要保證垂直，否則會使主軸周期性軸向竄動，影響被加工工件的端面平面度，加工螺紋時則會造成螺距誤差。

(5)其它技術要求。為了提高零件的綜合力學性能，除以上對各表面的加工要求外，還制定了有關的材料選用、熱處理等要求。

2.主軸的機械加工工藝過程經上述對主軸結構特點和技術要求進行分析后，接下來根據生產批量、設備條件，結合軸類零件的加工特點，考慮主軸的加工工藝過程。表3-10所示為單件小批生產時主軸的加工工藝過程。表3-10CA6140型臥式車床主軸加工工藝過程表3-10CA6140型臥式車床主軸加工工藝過程表3-10CA6140型臥式車床主軸加工工藝過程

3.主軸加工工藝分析

(1)定位基準的選擇。主軸主要表面的加工順序，在很大程度上取決于定位基準的選擇。軸類零件本身的結構特征和主軸上各主要表面的位置精度要求都決定了以軸線為定位基準是最理想的。這樣既基準統(tǒng)一，又使定位基準與設計基準重合。一般多以外圓為粗基準，以軸兩端的頂尖孔為精基準。具體選擇時還要注意：①當各加工表面間相互位置精度要求較高時，最好在一次裝夾中完成各個表面的加工。②粗加工或不能用兩端頂尖孔定位（如加工主軸錐孔）時，為提高工件加工時工藝系統(tǒng)的剛度，可只用外圓表面定位或用外圓表面和一端中心孔作定位基準。在加工過程中，應交替使用軸的外圓和一端中心孔作定位基準，以滿足相互位置精度要求。③主軸是帶通孔的零件，在通孔鉆出后將使原來的頂尖孔消失。為了仍能用頂尖孔定位，一般均采用帶有頂尖孔的錐堵或錐套心軸，如圖3-31所示。當主軸孔的錐度較大（如銑床主軸）時，可用錐套心軸，當主軸錐孔的錐度較小（如CA6140機床主軸）時，可采用錐堵。必須注意，使用的錐套心軸和錐堵應具有較高的精度并盡量減少其安裝次數。錐堵和錐套心軸上的中心孔既是其本身制造的定位基準，又是主軸外圓精加工的基準，因此必須保證錐堵或錐套心軸上的錐面與中心孔有較高的同軸度。若為中小批生產，則工件在錐堵上安裝后一般中途不更換。若外圓和錐孔需反復多次互為基準進行加工，則在重裝錐堵或心軸時，必須按外圓找正，或重新修磨中心孔。圖3-31錐堵與錐套心軸（a）錐堵；（b）錐套心軸從以上分析來看，表3-10所示的主軸加工工藝過程中選擇定位基準正是這樣考慮安排的。工藝過程一開始就以外圓作粗基準銑端面鉆中心孔，為粗車準備了定位基準，而粗車外圓則為鉆深孔準備了定位基準；此后，為了給半精加工、精加工外圓準備定位基準，又先加工好前后錐孔，以便安裝錐堵，即可用錐堵上的兩中心孔作定位基準；最后，在磨錐孔前磨好軸頸表面，為的是將支承軸頸作定位基準。上述定位基準選擇各工序兼顧，也體現了互為基準原則。

(2)加工階段的劃分。由表3-10所示的主軸加工工藝過程可知，根據粗、精加工分開原則來劃分階段極為重要。這是由于主軸毛坯余量較大且不均勻，當切除大量金屬后，會引起內應力重新分布而變形。因此，主軸加工通常以主要表面加工為主線，劃分為三個階段：粗加工階段，包括粗車各檔外圓、鉆中心通孔等；半精加工階段，包括半精車各檔外圓及兩端錐孔、精車中心通孔等；精加工階段，包括粗、精磨各檔外圓或錐孔。其它次要表面適當穿插在各個階段進行。各階段的劃分大致以熱處理為界，將整個加工過程按粗、精加工劃分為不同的階段，這是制訂工藝規(guī)程的一個原則，目的是為了保證加工質量和降低生產費用。一般精度的主軸，精磨為最終工序。對于精密主軸，還應有光整加工階段。

(3)熱處理工序的安排。在主軸加工的整個工藝過程中，應安排足夠的熱處理工序，以保證主軸力學性能及加工精度要求，并改善工件加工性能。一般在主軸毛坯鍛造后，首先安排正火處理，以消除鍛造內應力，細化晶粒，改善機加工時的切削性能。在粗加工階段，經過粗車、鉆孔等工序，主軸的大部分加工余量被切除。粗加工過程中切削力和發(fā)熱都很大，在力和熱的作用下，主軸產生很大內應力，通過調質處理可消除內應力，代替時效處理，同時可以得到所要求的韌性，所以粗加工后應安排調質處理。半精加工后，除重要表面外，其他表面均已達到設計尺寸。重要表面僅剩精加工余量，這時對支承軸頸、配合軸頸、錐孔等安排淬火處理，使之達到設計的硬度要求，保證這些表面的耐磨性。而后續(xù)的精加工工序可以消除淬火的變形。

(4)加工順序的安排。機加工順序的安排依據“基面先行，先粗后精，先主后次”的原則進行。對主軸零件一般是準備好中心孔后，先加工外圓，再加工內孔，并注意粗精加工分開進行。在CA6140型臥式車床主軸加工工藝中，以熱處理為標志，調質處理前為粗加工，淬火處理前為半精加工，淬火后為精加工。這樣把各階段分開后，保證了主要表面的精加工最后進行，不致因其它表面加工時的應力影響主要表面的精度。在安排主軸工序的次序時，還應注意幾點：①深孔加工應安排在調質以后進行。因為調質處理變形較大，所以深孔產生彎曲變形將難以糾正，不僅影響以后機床使用時棒料的通過，而且會引起主軸高速旋轉的不平衡。此外，深孔加工還應安排在外圓粗車或半精車之后，以便有一個較精確的軸頸作定位基準，保證孔與外圓同心，使主軸壁厚均勻。若僅從定位基準考慮，希望始終用中心孔定位，避免使用錐堵，那么深孔加工安排到最后為好，但深孔加工是粗加工，發(fā)熱量大，破壞外圓加工精度，所以深孔加工只能在半精加工階段進行。②外圓表面加工時應先加工大直徑