軸類零件加工工藝

1、 軸類零件加工工藝 軸類零件加工工藝 軸類零件加工工藝 1 軸類零件的功用、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及技術(shù)要求 軸類零件是機(jī)器中經(jīng)常遇到的典型零件之一。它在機(jī)械中主要用于支承齒輪、帶輪、凸輪以及連桿等傳動(dòng)件，以傳遞扭矩。按結(jié)構(gòu)形式不同，軸可以分為階梯軸、錐度心軸、光軸、空心軸、曲軸、凸輪軸、偏心軸、各種絲杠等 軸的長(zhǎng)徑比小于5的稱為短軸，大于20的稱為細(xì)長(zhǎng)軸，大多數(shù)軸介于兩者之間。 軸用軸承支承，與軸承配合的軸段稱為軸頸。軸頸是軸的裝配基準(zhǔn)，它們的精度和表面質(zhì)量一般要求較高，其技術(shù)要求一般根據(jù)軸的主要功用和工作條件制定，通常有以下幾項(xiàng)： 1.1 尺寸精度 起支承作用的軸頸為了確定軸的位置，通常對(duì)其尺寸精度要求

2、較高（IT5IT7）。裝配傳動(dòng)件的軸頸尺寸精度一般要求較低（IT6IT9）。 1.2 幾何形狀精度 軸類零件的幾何形狀精度主要是指軸頸、外錐 面、莫氏錐孔等的圓度、圓柱度等，一般應(yīng)將其公差限制在尺寸公差范圍內(nèi)。對(duì)精度要求較高的內(nèi)外圓表面，應(yīng)在圖紙上標(biāo)注其允許偏差。 1.3 相互位置精度 軸類零件的位置精度要求主要是由軸在機(jī)械中的位置和功用決定的。通常應(yīng)保證裝配傳動(dòng)件的軸頸對(duì)支承軸頸的同軸度要求，否則會(huì)影響傳動(dòng)件（齒輪等）的傳動(dòng)精度，并產(chǎn)生噪聲。普通精度的軸，其配合軸段對(duì)支承軸頸的徑向跳動(dòng)一般為0.01 0.03mm ，高精度軸（如主軸）通常為0.001 0.005mm 。 1.4 表面粗糙度

3、一般與傳動(dòng)件相配合的軸徑表面粗糙度為Ra2.50.63m，與軸承相配合的支承軸徑的表面粗糙度為Ra0.630.16m。 2 軸類零件的毛坯和材料 2.1 軸類零件的毛坯 軸類零件可根據(jù)使用要求、生產(chǎn)類型、設(shè)備條件及結(jié)構(gòu)，選用棒料、鍛件等毛坯形式。對(duì)于外圓直徑相差不大的軸，一般以棒料為主；而對(duì)于外圓直徑相差大的階梯軸或重要的軸，常選用鍛件，這樣既節(jié)約材料又減少機(jī)械加工的工作量， 還可改善機(jī)械性能。 根據(jù)生產(chǎn)規(guī)模的不同，毛坯的鍛造方式有自由鍛和模鍛兩種。中小批生產(chǎn)多采用自由鍛，大批大 量生產(chǎn)時(shí)采用模鍛。 2.2 軸類零件的材料 軸類零件應(yīng)根據(jù)不同的工作條件和使用要求選用不同的材料并采用不同的熱處理

4、規(guī)范（如調(diào)質(zhì)、正火、淬火等），以獲得一定的強(qiáng)度、韌性和耐磨性。 45鋼是軸類零件的常用材料，它價(jià)格便宜經(jīng)過(guò)調(diào)質(zhì)（或正火）后，可得到較好的切削性能，而且能獲得較高的強(qiáng)度和韌性等綜合機(jī)械性能，淬火后表面硬度可達(dá)4552HRC。 40Cr等合金結(jié)構(gòu)鋼適用于中等精度而轉(zhuǎn)速較高的軸類零件，這類鋼經(jīng)調(diào)質(zhì)和淬火后，具有較好的綜合機(jī)械性能。 軸承鋼GCr15和彈簧鋼65Mn，經(jīng)調(diào)質(zhì)和表面高頻淬火后，表面硬度可達(dá)5058HRC，并具有較高的耐疲勞性能和較好的耐磨性能，可制造較高精度的軸。 精密機(jī)床的主軸（例如磨床砂輪軸、坐標(biāo)鏜床主氮化鋼。這種鋼經(jīng)調(diào)質(zhì)38CrMoAIA可選用軸） 和表面氮化后，不僅能獲得很高的表

5、面硬度，而且能保持較軟的芯部，因此耐沖擊韌性好。與滲碳淬火鋼比較，它有熱處理變形很小，硬度更高 的特性。 3 軸類零件一般加工要求及方法 3.1 軸類零件加工工藝規(guī)程注意點(diǎn) 在學(xué)校機(jī)械加工實(shí)習(xí)課中，軸類零件的加工是學(xué)生練習(xí)車削技能的最基本也最重要的項(xiàng)目，但學(xué)生最后完工工件的質(zhì)量總是很不理想，經(jīng)過(guò)分析主要是學(xué)生對(duì)軸類零件的工藝分析工藝規(guī)程制訂不夠合理。 軸類零件中工藝規(guī)程的制訂，直接關(guān)系到工件質(zhì)量、勞動(dòng)生產(chǎn)率和經(jīng)濟(jì)效益。一零件可以有幾種不同的加工方法，但只有某一種較合理，在制訂機(jī)械加工工藝規(guī)程中，須注意以下幾點(diǎn)。 1）零件圖工藝分析中，需理解零件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、精度、材質(zhì)、熱處理等技術(shù)要求，且要研究產(chǎn)

6、品裝配圖，部件裝配圖及驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。 2）滲碳件加工工藝路線一般為：下料鍛造正火粗加工半精加工滲碳去碳加工（對(duì)不需提高硬度部分）淬火車螺紋、鉆孔或銑精低溫時(shí)效半精磨低溫時(shí)效粗磨槽 磨。 3）粗基準(zhǔn)選擇：有非加工表面，應(yīng)選非加工表面作為粗基準(zhǔn)。對(duì)所有表面都需加工的鑄件軸， 根據(jù)加工余量最小表面找正。且選擇平整光滑表面，讓開(kāi)澆口處。選牢固可靠表面為粗基準(zhǔn)，同時(shí)，粗基準(zhǔn)不可重復(fù)使用。 4）精基準(zhǔn)選擇：要符合基準(zhǔn)重合原則，盡可能選設(shè)計(jì)基準(zhǔn)或裝配基準(zhǔn)作為定位基準(zhǔn)。符合基準(zhǔn)統(tǒng)一原則。盡可能在多數(shù)工序中用同一個(gè)定位基準(zhǔn)。盡可能使定位基準(zhǔn)與測(cè)量基準(zhǔn)重合。選擇精度高、安裝穩(wěn)定可靠表面為精基準(zhǔn)。 3.2 軸類零件加工

7、的技術(shù)要求 1）尺寸精度軸類零件的主要表面常為兩類，一類是與軸承的內(nèi)圈配合的外圓軸頸，即支承軸頸，用于確定軸的位置并支承軸，尺寸精度要求較高，通常為IT5IT7；另一類為與各類傳動(dòng)件配合的軸頸，即配合軸頸，其精度稍低，通常為IT6IT9。 2）幾何形狀精度主要指軸頸表面、外圓錐面、錐孔等重要表面的圓度、圓柱度。其誤差一般應(yīng)限制在尺寸公差范圍內(nèi)，對(duì)于精密軸，需在零件 圖上另行規(guī)定其幾何形狀精度。 3）相互位置精度包括內(nèi)、外表面，重要軸面的同軸度、圓的徑向跳動(dòng)、重要端面對(duì)軸心線的垂直度、端面間的平行度等。 4）表面粗糙度軸的加工表面都有粗糙度的要求，一般根據(jù)加工的可能性和經(jīng)濟(jì)性來(lái)確定。 3.3 軸

8、類零件的熱處理 1）鍛造毛坯在加工前，均需安排正火或退火處理，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）調(diào)質(zhì)一般安排在粗車之后、半精車之前，以獲得良好的物理力學(xué)性能。 3）表面淬火一般安排在精加工之前，這樣可以糾正因淬火引起的局部變形。 4）精度要求高的軸，在局部淬火或粗磨之后，還需進(jìn)行低溫時(shí)效處理。 4 軸類零件典型工藝路線 軸類零件是常見(jiàn)的典型零件之一。按軸類零件結(jié)構(gòu)形式不同，一般可分為光軸、階梯軸和異形軸三類；或分為實(shí)心軸、空心軸等。它們?cè)跈C(jī)器中用來(lái)支承齒輪、帶輪等傳動(dòng)零件，以傳遞轉(zhuǎn)矩或運(yùn)動(dòng)。 的一0.4mRa0.8級(jí)精度、表面粗糙度7對(duì)于 般傳動(dòng)軸，其典型

9、工藝路線是：正火車端面鉆中心孔粗車各表面精車各表面銑花鍵、鍵槽熱處理修研中心孔粗磨外圓精磨外 圓檢驗(yàn)。 軸類零件一般采用中心孔作為定位基準(zhǔn)，以實(shí)現(xiàn)基準(zhǔn)統(tǒng)一的方案。在單件小批生產(chǎn)中鉆中心孔工序常在普通車床上進(jìn)行。在大批量生產(chǎn)中常在銑端面鉆中心孔專用機(jī)床上進(jìn)行。 中心孔是軸類零件加工全過(guò)程中使用的定位基準(zhǔn)，其質(zhì)量對(duì)加工精度有著重大影響。所以必須安排修研中心孔工序。修研中心孔一般在車床上用金剛石或硬質(zhì)合金頂尖加壓進(jìn)行。 對(duì)于空心軸（如機(jī)床主軸），為了能使用頂尖孔定位，一般均采用帶頂尖孔的錐套心軸或錐堵。若外圓和錐孔需反復(fù)多次、互為基準(zhǔn)進(jìn)行加工，則在重裝錐堵或心軸時(shí)，必須按外圓找正或重新修磨中心孔。

10、軸上的花鍵、鍵槽等次要表面的加工，一般安排在外圓精車之后，磨削之前進(jìn)行。因?yàn)槿绻诰囍熬豌姵鲦I槽，在精車時(shí)由于斷續(xù)切削而易產(chǎn)生振動(dòng)，影響加工質(zhì)量，又容易損壞刀具，也但也不應(yīng)安排在外圓精磨難以控制鍵槽的尺寸。 之后進(jìn)行，以免破壞外圓表面的加工精度和表面質(zhì)量。 在軸類零件的加工過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)安排必要的熱處 理工序，以保證其機(jī)械性能和加工精度，并改善工件的切削加工性。一般毛坯鍛造后安排正火工序，而調(diào)質(zhì)則安排在粗加工后進(jìn)行，以便消除粗加工后產(chǎn)生的應(yīng)力及獲得良好的綜合機(jī)械性能。淬火工序則安排在磨削工序之前。 臺(tái)階軸的加工工藝較為典型，反映了軸類零件加工的大部分內(nèi)容與基本規(guī)律。下面就以減速箱中的傳動(dòng)軸為

11、例，介紹一般臺(tái)階軸的加工工藝。 4.1 零件圖樣分析 圖4.1 傳動(dòng)軸 圖4.1所示零件是減速器中的傳動(dòng)軸。它屬于臺(tái)階軸類零件，由圓柱面、軸肩、螺紋、螺尾退刀槽、砂輪越程槽和鍵槽等組成。軸肩一般用來(lái)確定安裝在軸上零件的軸向位置，各環(huán)槽的作用是使零件裝配時(shí)有一個(gè)正確的位置，并使加工中磨削外圓或車螺紋時(shí)退刀方便；鍵槽用于安裝鍵，以傳遞轉(zhuǎn)矩；螺紋用于安裝各種鎖緊螺母和調(diào)整螺母。 規(guī)定4.1)圖(該傳動(dòng)軸圖樣根據(jù)工作性能與條件， 了主要軸頸M，N，外圓P、Q以及軸肩G、H、I有較高的尺寸、位置精度和較小的表面粗糙度值，并有熱處理要求。這些技術(shù)要求必須在加工 中給予保證。因此，該傳動(dòng)軸的關(guān)鍵工序是軸頸M

12、、N和外圓P、Q的加工。 4.2 確定毛坯 該傳動(dòng)軸材料為45鋼，因其屬于一般傳動(dòng)軸，故選45鋼可滿足其要求。 本例傳動(dòng)軸屬于中、小傳動(dòng)軸，并且各外圓直徑尺寸相差不大，故選擇60mm的熱軋圓鋼作毛坯。 4.3 確定主要表面的加工方法 傳動(dòng)軸大都是回轉(zhuǎn)表面，主要采用車削與外圓磨削成形。由于該傳動(dòng)軸的主要表面M、N、P、Q的公差等級(jí)(IT6)較高，表面粗糙度Ra值(Ra=0.8 um)較小，故車削后還需磨削。外圓表面的加工方案可為： 粗車半精車磨削。 4.4 確定定位基準(zhǔn) 合理地選擇定位基準(zhǔn)，對(duì)于保證零件的尺寸和位置精度有著決定性的作用。由于該傳動(dòng)軸的幾個(gè)G)、(H及軸肩面M)、N、P、(Q主要配

13、合表面 對(duì)基準(zhǔn)軸線A-B均有徑向圓跳動(dòng)和端面圓跳動(dòng)的要求，它又是實(shí)心軸，所以應(yīng)選擇兩端中心孔為基準(zhǔn)，采用雙頂尖裝夾方法，以保證零件的技 術(shù)要求。 粗基準(zhǔn)采用熱軋圓鋼的毛坯外圓。中心孔加工采用三爪自定心卡盤裝夾熱軋圓鋼的毛坯外圓，車端面、鉆中心孔。但必須注意，一般不能用毛坯外圓裝夾兩次鉆兩端中心孔，而應(yīng)該以毛坯外圓作粗基準(zhǔn)，先加工一個(gè)端面，鉆中心孔，車出一端外圓；然后以已車過(guò)的外圓作基準(zhǔn)，用三爪自定心卡盤裝夾(有時(shí)在上工步已車外圓處搭中心架)，車另一端面，鉆中心孔。如此加工中心孔，才能保證兩中心孔同軸。 4.5 劃分階段 對(duì)精度要求較高的零件，其粗、精加工應(yīng)分開(kāi)，以保證零件的質(zhì)量。 該傳動(dòng)軸加工

14、劃分為三個(gè)階段：粗車(粗車外圓、鉆中心孔等)，半精車(半精車各處外圓、臺(tái)階和修研中心孔及次要表面等)，粗、精磨(粗、精磨各處外圓)。各階段劃分大致以熱處理為界。 4.6 熱處理工序安排 對(duì)于軸的熱處理要根據(jù)其材料和使用要求確定。 傳動(dòng)軸，正火、調(diào)質(zhì)和表面淬火用得較多。該軸要求調(diào)質(zhì)處理，并安排在粗車各外圓之后，半精車各外圓之前。 綜合上述分析，傳動(dòng)軸的工藝路線如下： 下料車兩端面，鉆中心孔粗車各外圓調(diào)質(zhì)修研中心孔半精車各外圓，車槽，倒角車螺紋劃鍵槽加工線銑鍵槽修研中心孔磨削檢驗(yàn)。 4.7 加工尺寸和切削用量 傳動(dòng)軸磨削余量可取0.5mm，半精車余量可選用1.5mm。加工尺寸可由此而定，見(jiàn)該軸加工

15、工藝卡的工序內(nèi)容。 車削用量的選擇，單件、小批量生產(chǎn)時(shí)，可根據(jù)加工情況由工人確定；一般可由機(jī)械加工工藝手冊(cè)或切削用量手冊(cè)中選取。 4.8 擬定工藝過(guò)程 定位精基準(zhǔn)面中心孔應(yīng)在粗加工之前加工，在調(diào)質(zhì)之后和磨削之前各需安排一次修研中心孔的工序。調(diào)質(zhì)之后修研中心孔為消除中心孔的熱處理變形和氧化皮，磨削之前修研中心孔是為提高定位精基準(zhǔn)面的精度和減小錐面的表面粗糙度在考慮主要表面擬定傳動(dòng)軸的工藝過(guò)程時(shí)，值。 加工的同時(shí)，還要考慮次要表面的加工。在半精加工52mm、44mm及M24mm外圓時(shí)，應(yīng)車到圖樣規(guī)定的尺寸，同時(shí)加工出各退刀槽、倒 角和螺紋；三個(gè)鍵槽應(yīng)在半精車后以及磨削之前銑削加工出來(lái)，這樣可保證銑

16、鍵槽時(shí)有較精確的定位基準(zhǔn)，又可避免在精磨后銑鍵槽時(shí)破壞已精加工的外圓表面。 在擬定工藝過(guò)程時(shí)，應(yīng)考慮檢驗(yàn)工序的安排、檢查項(xiàng)目及檢驗(yàn)方法的確定。 綜上所述，所確定的該傳動(dòng)軸加工工藝過(guò)程見(jiàn)表4.1。 5 細(xì)長(zhǎng)軸加工工藝特點(diǎn) 由于細(xì)長(zhǎng)軸剛性很差，在加工中極易變形，對(duì)加工精度和加工質(zhì)量影響很大。為此，生產(chǎn)中常采用下列措施予以解決。 1) 改進(jìn)工件的裝夾方法 粗加工時(shí)，由于切削余量大，工件受的切削力也大，一般采用卡頂法，尾座頂尖采用彈性頂尖，可以使工件在軸向自由伸長(zhǎng)。但是，由于頂尖彈性的限制，軸向伸長(zhǎng)量也受到限制，因而頂緊力不是很大。在高速、大用量切削時(shí)，有使工件脫采用卡拉法可避免這種現(xiàn)象的產(chǎn)離頂尖的危

17、險(xiǎn)。 生。 精車時(shí)，采用雙頂尖法（此時(shí)尾座應(yīng)采用彈性頂尖）有利于提高精度，其關(guān)鍵是提高中心孔精度。 2)采用跟刀架 跟刀架是車削細(xì)長(zhǎng)軸極其重要的附件。采用跟刀架能抵消加工時(shí)徑向切削分力的影響，從而減少切削振動(dòng)和工件變形，但必須注意仔細(xì)調(diào)整，使跟刀架的中心與機(jī)床頂尖中心保持一致。 3)采用反向進(jìn)給 車削細(xì)長(zhǎng)軸時(shí)，常使車刀向尾座方向作進(jìn)給運(yùn)動(dòng)（此時(shí)應(yīng)安裝卡拉工具），這樣刀具施加于工件上的進(jìn)給力方向朝向尾座，因而有使工件產(chǎn)生軸向伸長(zhǎng)的趨勢(shì)，而卡拉工具大大減少了由于工件伸長(zhǎng)造成的彎曲變形。 4)采用車削細(xì)長(zhǎng)軸的車刀 車削細(xì)長(zhǎng)軸的車刀一般前角和主偏角較大，以使切削輕快，減小徑向振動(dòng)和彎曲變形。粗加工用車

18、刀在前刀面上開(kāi)有斷屑槽，使斷屑容易。精車用刀常有一定的負(fù)刃傾角，使切屑流向待加工面。 機(jī)床主軸 機(jī)床主軸是典型的受扭轉(zhuǎn)彎曲復(fù)合作用的軸件，它受的應(yīng)力不大（中等載荷），承受的沖擊載荷也不大，如果使用滑動(dòng)軸承，軸頸處要求耐磨。因此大多采用45鋼制造，并進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，軸頸處由表面淬火來(lái)強(qiáng)化。載荷較大時(shí)則用40Cr等低合金結(jié)構(gòu)鋼來(lái)制造。 車床主軸的選材結(jié)果如下： 材料：45鋼。 熱處理：整體調(diào)質(zhì)，軸頸及錐孔表面淬火。 性能要求：整體硬度NB220HB240；軸頸及錐孔處硬度HRC52。 工藝路線：鍛造正火粗加工調(diào)質(zhì)精加工表面淬火及低溫回火磨削。 該軸工作應(yīng)力很低，沖擊載荷不大，45鋼處理后屈服極限可達(dá)

19、400MPa以上，完全可滿足要求?，F(xiàn)在有部分機(jī)床主軸已經(jīng)可以用球墨鑄鐵制造。 拖拉機(jī)半軸 汽車半軸是典型的受扭矩的軸件，但工作應(yīng)力較大，且受相當(dāng)大的沖擊載荷，其結(jié)構(gòu)如圖5所示。最大直徑達(dá)50mm左右，用45鋼制造時(shí)，即使水淬也只能使表面淬透深度為10%半徑。為了提高淬透性，并在油中淬火防止變形和開(kāi)裂，中、小型汽車的半軸一般用40Cr制造，重型車用40CrMnMo等淬透性很高的鋼制造。 例：鐵牛45半軸 材料：40Cr。 熱處理：整體調(diào)質(zhì)。 性能要求：桿部HRC37HRC44；盤部外圓HRC24HRC34。 工藝路線：下料鍛造正火機(jī)械加工調(diào)質(zhì)盤部鉆孔磨花鍵。 機(jī)床齒輪 機(jī)床齒輪工作條件較好，工作中受力不大，轉(zhuǎn)速中等，工作平穩(wěn)無(wú)強(qiáng)烈沖擊，因此其齒面 強(qiáng)度、心部強(qiáng)度和韌性的要求均不太高，一般用45鋼制造，采用高頻淬火表面強(qiáng)化，齒面硬度可達(dá)HRC52左右，這對(duì)彎曲疲勞或表面疲勞是足夠了。齒輪調(diào)質(zhì)后，心部可保證有HB220左右的硬度及大于4kg?m/cm2的沖擊韌性，能滿足工作要求。對(duì)于一部分要求較高的齒輪，可用合金調(diào)質(zhì)鋼（如40Cr等）制造。這時(shí)心部強(qiáng)度及韌性都有所提高，彎曲疲勞及表面疲勞抗力也都增大。 例：普通車床床頭箱傳動(dòng)齒輪。 材料：45鋼。 熱處理：正火或調(diào)質(zhì)，齒部高頻淬火和低溫回火。 性能要求：齒輪心部硬度為H