軸類零件加工工藝ppt課件

.,軸類零件加工工藝規(guī)程設計,.,一、軸類零件的分類、特點和技術要求,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）,.,作用：起支承傳動件和傳遞轉矩。形狀：長度大于直徑；加工表面為內外圓柱面、圓錐面、螺紋、花鍵、溝槽等；主要技術要求：1）尺寸精度軸徑及內孔等配合有一定的尺寸精度要求.一般為IT6-IT9軸向精度較低。2）幾何形狀精度軸徑、基準內孔等重要表面有圓度或圓柱度要求。3）位置精度重要圓柱表面有同軸度、徑向圓跳動、軸心線與基準面的垂直度、端面全跳動度要求。4）表面粗糙度重要表面粗糙度值為Ra0.10.6。,.,二、軸類零件的材料、毛坯及熱處理,1材料一般采用45鋼。中等精度而轉速較高的軸可采用40Cr等合金結構結構鋼。精度較高的軸可采用GCr15和65Mn等材料。高速、重載的軸選用20CrMnTi，20Mn2B，20Cr等。2毛坯一般采用圓棒料和鍛件。某些大型結構復雜的用鑄件。3熱處理鍛造毛坯在機械加工前，需正火或退火熱處理。需局部表面淬火提高耐磨的軸，在淬火前安排調質處理，調質處理安排在粗車后，半精車前。表面淬火安排在精加工前。對精度較高的的軸，在局部淬火后或粗磨后，為控制尺寸穩(wěn)定，需低溫時效處理。對氮化鋼，需在氮化前進行調質和低溫時效處理?？傊?，軸的精度越高，對材料及熱處理要求越高，熱處理次數越多。機床主軸，尤其緊密機床主軸，要求嚴格。,.,三、軸類零件的加工工藝過程,軸類零件的形狀各種各樣，其工藝過程也有所不同。1.長軸類零件2.短軸類零件3.套筒類零件4.盤類零件5.異形軸類,.,1、長軸類零件,(1)定位基準的選擇一般長軸以中心孔為精基準，易實現基準統一，這也滿足基準重合原則。粗加工時，為傳遞較大的扭矩和提高工件的剛性，一端用外圓，一端用中心孔定位。對中心通孔的長軸，在內孔半精加工后，利用工件的內錐孔或內孔的兩端加工出帶錐度的工藝孔，加上錐形堵塞或錐套心軸加工。內孔精加工前不要將錐堵或錐套拆下，以避免因重新安裝帶耒的同軸度誤差。,.,（2）加工路線的安排1)劃分加工階段精度及表面粗糙度要求較高的重要表面(軸頸、基準內孔等)為粗加工-半精加工-精加工三個階段，對要求更高的表面還應有光整加工階段；其余表面加工分為粗加工一半精加工兩個階段進行或一次加工完畢。2)熱處理工序的安排熱處理工序一般安排在各個加工階段之間。毛坯在鍛造或鑄造后，一般須安排正火或退火處理，以便消除應力，細化晶粒，改善切削性能。淬火，表面淬火，滲碳和氮化等熱處理，安排在半精加工之后，精磨前。對精度很高的長軸，在淬火后精磨前，安排低溫實效處理。3）確定加工順序基準先行先外后內先大后小斷面宜后（指鍵槽、花鍵、橫向孔）。,.,（3）長軸類零件的軸徑表面常見工藝路線,滲碳軸類零件：備料鍛造正火鉆中心孔粗車半精車、精車滲碳（或碳氮共滲）淬火、低溫回火粗磨次要表面加工精磨。一般精密調質鋼軸類零件：備料鍛造正火（退火）鉆中心孔粗車調質半精車、精車表面淬火、回火粗磨次要表面加工精磨。精密氮化鋼軸類零件：備料鍛造正火（退火）鉆中心孔粗車調質半精車、精車低溫時效粗磨氮化處理次要表面加工精磨光磨。整體淬火軸類零件：備料鍛造正火（退火）鉆中心孔粗車調質半精車、精車次要表面加工整體淬火粗磨低溫時效精磨。,.,2、短軸類零件,（1）定位基準的選擇短軸剛性大，一般以外圓柱面定位，用三爪卡盤夾緊后呈懸伸狀切削。徑向力大時，用一端是工件外圓，一端中心孔定位。（2）加工路線的擬定特點是工序集中，在一次安裝中加工多個表面，粗加工、半精加工連續(xù)進行。以下為六角車床/轉塔車床加工短軸的典型工藝：1）送料，夾緊；2）粗車外圓；3）精車外圓，倒角；4）鉆中心孔；5）鉆孔；6）鉸孔；7）切槽，倒角；8）套外螺紋；9）滾花；10）切斷；11）車端面。,.,3、套筒類零件,（1）定位基準的選擇對尺寸較小的套類零件，一般以外圓為定位基準，用三爪卡盤夾緊后呈懸伸狀切削.對內孔尺寸較大的套類零件，一般以外圓/內孔互為定位基準。對長套筒類零件，加工外圓時，用雙頂尖：加工內孔時，采用夾一頭，另一頭用中心架托外圓。（2）加工路線的擬定一般套筒主要表面加工分在幾次裝夾中進行。劃分出粗、半精、精加工階段?？上燃庸た祝缓笠钥诪榫鶞首罱K加工外圓，這種方法所用夾具結構簡單，定心精度高，能保證較高的位置精度，應用較廣泛。也可先加工外圓，然后以外圓為精基準最終加工孔，用此法工件裝夾可靠，但加工精度低，為得到較高的同軸度，采用定心精度高的夾具，如彈性膜片卡盤、液性塑料夾具等。,.,（3）防止加工中套筒變形套筒零件屬薄壁件，加工中常因夾緊力、切削力、殘余應力和切削熱等因素的影響而產生變形。故應采取如下防止變形措施：粗、精加工分階段舉行，并將熱處理工序安排在粗、精加工階段之間，使粗加工產生的變形及熱處理變形在精加工中得到糾正。對于精度要求較高精密套筒(孔圓度.0015mm)：任何微小徑向變形，都有可能引起失敗，故應將徑向夾緊改為軸向夾緊；對于普通精度的套筒，如需徑向夾緊時：也應盡可能使徑向夾緊力均勻，使用過渡套或彈簧套夾緊工件或作出工藝凸邊及工藝螺紋。,.,4、盤類零件,對于毛坯為棒料或無縫鋼管的盤類零件，都選用外圓表面作粗定位基準。對于毛坯為鍛件或鑄件的盤類零件，其粗基準選擇是：如果有不加工表面，則以該表面為粗基準.如無這樣的表面，則優(yōu)先選擇內孔作為粗基準.或設劃線工序，使零件加工余量合理分配。在選擇精基準時，通常采用互為基準的原則，視具體情況選擇圓或內孔，外圓與端面的組合或內孔與端面的組合等定位方式。精加工，若要保證圓柱表面軸線與端面的垂直度,應以端面為基準；若要保證外圓和內孔間的同軸度,則以外圓為基準；齒輪淬火后修磨內孔，應以齒輪分度圓為基準。,.,5、異形類零件,.,例1、主軸加工工藝,.,1、各種機床主軸的結構,應保證夾具或刀具安裝可靠、定位準確、連接剛度高、裝卸方便和能傳遞足夠的轉矩。由于夾具和刀具已標準化，因此通用機床主軸端部的形狀和尺寸也已標準化。主軸結構取決于1）機床類型2）主軸上所安裝的傳動件3）軸承和密封件等零件的類型、數目、位置和安裝定位方法等4）主軸加工和裝配的工藝性5）為了便于裝配和滿足軸承、傳動件等軸向定位的需要，主軸一般是階梯形的軸6）直徑從前端向后或者是從中間向兩端部逐段縮小7）各階梯之間應有退刀槽8）為了與齒輪等傳動件周向連接以傳遞轉矩，主軸上經常帶有鍵槽或花鍵。,.,（1）普通車床主軸軸端的結構,圓柱面x和端面y為卡盤的定位面，用螺紋鎖緊卡盤，莫氏錐孔用來安裝頂尖或芯軸等。優(yōu)點:制造簡單，裝卸卡盤方便；缺點:圓柱面定位的精度和連接剛度均較低，主軸懸伸量大。當主軸在高速運轉下迅速制動時，卡盤有自動松脫的危險。,.,是上面的另一結構變型，定心軸頸面x移到緊固螺紋的前面，增加了徑向定位精度?？ūP徑向定位精度高。,.,改進的短錐法蘭式結構,卡盤用短錐面x(7730)和法蘭端面y定位,撥銷傳遞扭矩優(yōu)點：卡盤定位精度和連接剛度高，主軸懸伸量小，主軸制動時卡盤不會松脫。應用：普通車床，六角車床，多刀車床、內圓磨床。缺點：制造精度要求高。,.,（2）銑床主軸軸端,銑刀或銑刀桿由前端錐度為7:24的錐孔定位，然后用拉桿從主軸孔的后端拉緊。傳遞扭矩:橫鍵。,.,（3）外圓磨床砂輪主軸的軸端結構,砂輪通過法蘭盤安裝在軸端錐度為1:5的外錐體上，并用螺母拼緊位于圓錐面上的半圓鍵用以傳遞轉矩。錐度：保證對中精度。,.,（4）內圓磨床砂輪主軸軸端結構,砂輪通過接長軸安裝到主軸上，莫氏錐孔定位并傳遞扭矩，錐孔底部的螺紋緊固長軸。,.,（5）鉆鏜類圖主軸軸端結構,鉆鏜類等軸向力為主的機床主軸軸端結構，刀桿或刀具用莫氏錐孔定位，錐孔或右端第一個扁孔傳遞扭矩，第二個扁孔用以拆卸刀具。,.,（6）組合機床主軸軸端的結構,主軸內孔為圓柱孔,前端帶有莫氏錐孔的刀具接桿可安裝在主軸孔中，平鍵傳遞扭矩，右端的圓螺母用來調整刀具的軸向位置。,.,2、車床主軸的設計要求和結構特點,.,（1）車床主軸的設計要求,車床主軸的功用：1）承受扭轉力矩；2）承受彎曲力矩；3）保證回轉運動精度。車床主軸的設計要求：1）扭轉和彎曲剛度高；2）回轉精度高（徑向圓跳動、端面圓跳動、回轉軸線穩(wěn)定）；3）制造精度高：結構尺寸及動態(tài)特性要好；主軸本身及其軸承精度高；軸承的結構和潤滑；齒輪的布置；固定件的平衡等。主軸結構的設計要求：1）合理的結構設計；2）足夠的剛度；3）有具有一定的尺寸、形狀、位置精度和表面質量；4)）足夠的耐磨性、抗振性及尺寸穩(wěn)定性；5)）足夠的抗疲勞強度。,.,（2）車床主軸的結構特點,既是階梯軸，又是空心軸；是長徑比小于12的剛性軸。不但傳遞旋轉運動和扭矩，而且是工件或刀具回轉精度的基礎。主要加工表面有內外圓柱面、圓錐面，次要表面有螺紋、花鍵、溝槽、端面結合孔等。機械加工工藝主要是車削、磨削，其次是銑削和鉆削。特別值得注意的工藝問題有：1)定位基準的選擇；2)加工順序的安排；3)深孔加工；4)熱處理變形。,.,3、車床主軸技術條件的分析,.,（1）主軸支承軸頸的技術要求,支承軸頸是主軸的裝配基準，其精度直接影響主軸的回轉精度；主軸上各重要表面又以支承軸頸為設計基準，有嚴格的位置要求。支承軸頸為三支承結構，并且跨度大；支承軸頸采用錐面(1：12)結構，接觸率70%，可用來調整軸承間隙；中間支承為IT5IT6，粗糙度；支承軸頸圓度誤差為0.005mm，徑向跳動為0.005mm；其他外圓的圓度要求，誤差小于50%尺寸公差，高精度者為510%；軸頸有關表面的同軸度誤差應很小。,.,（2）主軸工作表面（錐孔）的技術要求,用來安裝頂尖或刀具錐柄的，是定心表面；對錐面的尺寸精度、形狀精度、粗糙度、接觸精度都要求高；軸心線應與支承軸頸同軸；錐孔對軸頸的徑向圓跳動近軸端為0.005，離軸端300處為0.01，錐面接觸率70%，粗糙度，硬度為HRC4850。,.,（3）主軸軸端外錐（短錐）的技術要求,用來安裝卡盤或花盤的；也是定心表面；對錐面的尺寸精度、形狀精度、粗糙度、接觸精度都要求高；軸心線應與支承軸頸同軸；對支承軸頸的徑向圓跳動為0.008；端面圓跳動為0.008；粗糙度，硬度為HRC4550。,.,（4）其它技術要求,空套齒輪軸頸的技術要求影響傳動的平穩(wěn)性；可能導致噪聲；有同軸度要求，對支承軸頸的徑向圓跳動為0.010.015；尺寸精度要求為IT5IT6；螺紋的技術要求用來固定零件或調整軸承間隙；螺母的端面圓跳動（應0.05）會影響軸承的內環(huán)軸線傾斜；螺母與軸頸的同軸度誤差0.025；螺紋精度為6h。主軸各表面的表面層要求要有較高的耐磨性；要有適當的硬度（HRC45以上），以改善其裝配工藝性和裝配精度；表面粗糙度。,.,4、車床主軸的機械加工工藝過程,主軸加工工藝過程制訂的依據主軸的結構；技術要求；生產批量；設備條件。主軸加工工藝過程材料：45鋼；毛坯：模鍛件工藝過程：分為三個階段：粗加工：工序16半精加工：工序713（7為預備）精加工：工序1426（14為預備）,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,5、車床主軸加工工藝過程分析,（1）主軸毛坯的制造方法自由鍛件：小批量或單件生產；模鍛件：大批量生產。（2）熱處理工序的安排毛坯熱處理：去鍛造應力，細化晶粒；切削前正火（預備熱處理）：改善切削加工性能和機械-物理性能；去鍛造應力；半精加工前調質：去應力，改善切削加工性能，提高綜合機械性能；精加工前局部高頻淬火：提高運動表面耐磨性；精加工后的定性處理：低溫時效和水冷處理。,.,（3）加工階段的劃分,如前所述，分為三個階段。鑒于主軸的技術要求高，毛坯為模鍛件，加工余量大，精度高，故應分階段加工；分粗、精加工階段有利于去應力并可加入熱處理；多次切削有利于消除復映誤差；粗、精加工二階段應間隔一定時間；粗、精加工二階段應分粗、精加工機床進行，合理利用設備，保護機床。,.,（4）定位基準的選擇,應使定位基準與裝配基準重合；一次安裝應多加工幾個面；注意零件的主要精度指標：同軸度、圓度、徑向跳動；主軸的定位過程較復雜：有頂尖、錐堵、支承表面等作為定位基準。,.,（5）加工順序的安排和工序的確定,三種方案1)粗加工外圓鉆深孔精加工外圓粗加工錐孔精加工錐孔2)粗加工外圓鉆深孔粗加工錐孔精加工錐孔精加工外圓3)粗加工外圓鉆深孔精加工外圓精加工外圓精加工錐孔工序確定的兩個原則1)工序中所用的基準應在該工序前加工；2)各表面要粗、精基準分開，先粗后精，多次加工，逐步提高精度。淬硬表面的鍵槽、螺紋等應在淬火前加工；非淬硬表面的鍵槽、螺紋等應在精車后、精磨前加工；檢驗工序應安排在適當工序之后，必要還應探傷。,.,6、主軸加工中的幾個工藝問題,1）錐堵和錐堵心軸的使用錐堵和錐堵心軸的功用：空心軸加工通孔后，定位基準頂尖孔被破壞。通孔直徑小時，可直接在孔口倒出一60錐面，代替中心孔；當通孔直徑較大時，則要采用錐堵或錐堵心軸。一般不中途更換或拆裝，以免增加安裝誤差。錐堵和錐堵心軸要求兩個錐面同軸。,.,2）頂尖孔的研磨,研磨的必要性1)頂尖孔是定位基準，對精度和質量有直接影響2)頂尖孔的深度：影響定位軸向位置，因而影響余量分布(批量生產時)3)兩頂尖孔同軸度：影響同軸度、影響位置精度4)頂尖孔錐角和圓度誤差：直接反映到工件的圓度上5)熱處理、切削力、重力等的影響，會損壞頂尖孔的精度6)熱處理后和磨削加工前，需要消除誤差,.,研磨方法1)用鑄鐵頂尖研磨；2)用油石或橡膠砂輪夾在車床的卡盤上，用金剛鉆研磨；3)用硬質合金頂尖刮研。,.,3）外圓表面的車削加工,車削加工的工藝作用1)粗加工：切除大部分余量；2)半精加工：修整預備熱處理后的變形；3)精加工：使磨削前各表面具有一定的同軸度和合理的磨削余量；精加工螺紋及各端面等。車削加工值得考慮的問題1)生產效率；2)工序精度（復映誤差）；3)勞動強度。車削加工的設備1)單件、小批：普通車床2)成批生產：液壓仿形車床3)大批量生產：液壓仿形、多刀半自動車床,.,4）主軸深孔的加工,深孔加工的難點1)刀具細長，剛性差，易振動，易引偏；2)排屑困難；3)鉆頭散熱條件差，冷卻困難，易失去切削能力。采取措施1)采用工件旋轉、刀具進給的加工方法，使鉆頭自定中心；2)采用特殊結構的深孔鉆；3)預先加工一導向孔，防止引偏；4)采用壓力輸送切削潤滑液，既使冷卻充分，又使切屑排出。,.,5）主軸錐孔的加工,主軸錐孔的作用及要求1)主軸錐孔是安裝頂尖的定位面；2)主軸支承軸頸及主軸前端短錐的同軸度要求較高。磨削主軸錐孔一般以支承軸頸作為定位基準，有三種安裝方式：1）前支承裝于中心架，后支承用卡盤裝夾2）前、后支承裝于兩個中心架，用萬向節(jié)與主軸相聯；3）采用專用夾具。,.,剖分軸承、V型夾具、浮動卡頭等，使磨頭誤差及機床振動不影響工件。該夾具由底座、支承架及浮動卡頭三部分組成；前、后兩支架與底座連成一體；作為工件定位的V形架鑲有硬質合金，以提高耐磨性；工件的中心高應與磨頭砂輪軸中心等高；后端的浮動卡頭裝在磨床主軸的錐孔內；工件尾部插入彈性套內；通過彈簧將彈性套（浮動卡頭外殼）連同工件向后拉；鋼球1壓向鑲有硬質合金的錐柄3端面，依靠彈簧2的漲力限制工件的軸向竄動；該聯接方式只傳遞扭矩，排除磨頭和機床誤差對加工精度的干擾。,.,6）主軸各外圓表面的精加工和光整加工,主軸的精加工1）主要采用磨削加工；2）應在熱處理之后進行，糾正熱處理后的變形；3）磨削加工能達到的精度為IT6，表面粗糙度為。光整加工的作用及特點1）用于精密主軸上尺寸公差等級為IT5以上或表面粗糙度的加工表面；2)采用很小的切削用量和單位切削力，變形??；3)對上道工序要求高，一般要求，表面無較深的加工痕跡；4)采用浮動的加工方法（自定心）；5)加工余量很小，一般不超過0.02mm。,.,7、軸類零件的檢驗,檢驗項目1)表面粗糙度；2)表面硬度；3)尺寸精度；4)相互位置精度；5)表面幾何形狀精度。檢驗順序：幾何精度尺寸精度位置精度檢驗方法1）硬度：硬度計；2)表面粗糙度：觸針式表面粗糙度輪廓儀或樣板比較法；3)錐孔：著色法4)尺寸精度：常規(guī)檢驗儀器（萬能量具）；5)位置精度：專用檢驗裝置。,.,例2、套類零件加工工藝,.,1、套筒類零件的功用、結構,套筒類零件是指在回轉體零件中的空心薄壁件，是機械加工中常見的一種零件，在各類機器中應用很廣，主要起支承或導向作用。由于功用不同，其形狀結構和尺寸有很大的差異，常見的有支承回轉軸的各種形式的軸承圈、軸套；夾具上的鉆套和導向套；內燃機上的氣缸套和液壓系統中的液壓缸、電液伺服閥的閥套等都屬于套類零件。其大致的結構形式如圖所示。,.,.,2、套類零件的材料與毛坯,套類零件一般用鋼、鑄鐵、青銅制成。有些滑動軸承采用雙金屬結構，以離心鑄造法在鑄鐵或鋼內壁上澆注巴氏合金等軸承合金材料，既可節(jié)省貴金屬，又能提高軸承壽命。套類的毛坯選擇與材料、結構、尺寸及生產批量有關?？讖叫〉奶淄惨话氵x擇熱軋或冷拉棒料，也可采用實心鑄件；孔徑較大的套筒，常選擇無縫鋼管或帶孔的鑄件和鍛件。大量生產時。采用冷擠壓和粉末冶金等先進毛坯制造工藝，既節(jié)約用材，又提高生產率。套筒類零件的功能要求和結構特點決定了套筒類零件的熱處理方法有滲碳淬火、表面淬火、調質、高溫時效及滲氮。,.,3、套類零件的加工工藝過程,套筒類零件由于功用、結構形狀、材料、熱處理以及尺寸不同，其工藝差別很大。按結構形狀來分，大體上分為短套類與長套類兩類。它們在機械加工中，工件的裝夾及加工方法有很大差別。,.,（1）短套零件工藝,圖所示為一軸承套，材料為ZQSn。主要技術要求為：34js7外圓對22H7孔的徑向圓跳動公差為0.01mm；左端面對22H7孔的軸線垂直度公差為0.01mm。內孔和外圓的尺寸精度和位置精度要求均較高，機械加工工藝過程下表所示。屬于短套，其直徑尺寸和軸向尺寸均不大，粗加工可以單件加工，也可以多件加工，這里采用多件加工的方法。,.,表軸承套機械加工工藝過程,.,（2）長套筒零件加工工藝,圖示某液壓缸零件圖，成批生產，與前述短套類零件在加工方法及工件安裝方式上都有較大差別。該液壓缸內孔與活塞相配，因此表面粗糙度、形狀及位置精度要求都較高。毛坯可選用無縫鋼管，如為鑄件，其組織應緊密，無砂眼、針孔及疏松缺陷。,.,零件長而壁薄，為保證內外圓的同軸度，采用頂尖孔定位或一頭夾緊一頭用中心架支承。加工內孔與一般深孔加工時的裝夾方法相同，多采用夾一頭，另一端用中心架托住外圓?？椎拇旨庸げ捎苗M削，半精加工多采用浮動鉸孔。液壓缸內孔的表面質量要求很高，內孔精加工后需滾壓。也有不少套筒類零件以精細鏜、珩磨、研磨等精密加工作為最終工序。內孔經滾壓后，尺寸誤差在0.01mm以內，表面粗糙度為Ra0.16m或更小，且表面經硬化后更為耐磨。但目前對鑄造液壓缸尚未采用滾壓工藝，原因是鑄件表面的缺陷(如疏松、氣孔、砂眼、硬度不均勻等)對滾壓有很大影響，會導致滾壓加工產生不好效果。工藝過程下表所示。,.,表液壓缸機械加工工藝過程,.,4、套類零件的加工工藝分析,（1）保證表面相互位置精度的方法套類零件內外表面的同軸度以及端面與孔軸線的垂直度要求一般都較高，一般可用以下方法來滿足：1）在一次安裝中完成內外表面及端面的全部加工，這樣可消除工件的安裝誤差并獲得很高的相互位置精度。但由于工序比較集中，對尺寸較大的套筒安裝不便，故多用于尺寸較小的軸