機(jī)械制造及工藝——軸類零件加工工藝

1、軸類零件加工工藝第一節(jié) 概述、軸類件的功用和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)軸類零件主要用于支承傳動零件(齒輪、帶輪等) ，承 受載荷、傳遞轉(zhuǎn)矩以及保證裝在軸上零件的回轉(zhuǎn)精度根據(jù) 結(jié)構(gòu)形狀，軸的分類如圖 61 所示。根據(jù)軸的長度 L 與 直徑 d 之比，又可分為剛性軸( L / d 12 )和撓性軸 ( L / d 12 )兩種。(可分為 光滑軸、臺階軸、空心軸 和 曲軸 等)軸類零件通常由內(nèi)外圓柱面、內(nèi)外圓錐面、端面、臺階面、螺紋、鍵槽、花鍵、橫向孔及溝槽等組成。二、軸類零件的技術(shù)要求、材料和毛坯裝軸承的軸頸和裝傳動零件的軸頭處表面，一般是軸 類零件的重要表面，其尺寸精度、形狀精度（圓度、圓柱 度等）、位置精度（同

2、軸度、與端面的垂直度等）及表面粗 糙度要求均較高， 是在制訂軸類零件機(jī)械加工工藝規(guī)程時， 應(yīng)著重考慮的因素。一般軸類零件常選用45 鋼；對于中等精度而轉(zhuǎn)速較高的軸可用 40cr ；對于高速、重載荷 等條件下工作的軸可選用 20Cr 和 20CrMnTi 等低碳合 金鋼進(jìn)行滲碳淬火，或用 3sCrMoAIA 氮化鋼進(jìn)行氮化處 理。軸類零件的毛坯最常用的是圓棒料和鍛件，只有某些 大型的、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的軸才采用鑄件（鑄鋼或球墨鑄鐵） 。第二節(jié) 外圓表面的加工方法和加工方案 外圓表面是軸類零件的主要表面因此要合理地制訂軸 類零件的機(jī)械加工工藝規(guī)程，首先應(yīng)了解外圓表面的各種 加工方法和加工方案。本章主要介紹

3、常用的幾種外圓加工 方法和常用的外圓加工方案。一、外圓表面的車削加工 根據(jù)毛坯的制造精度和工件最終加工要求，外圓車削般可分為粗車、半精車、精車、精細(xì)車。粗車的目的是 切去毛坯硬皮和大部分余量。加工后工件尺寸精度 IT11 IT13 ，表面粗糙度 Ra5012.5 m 。半精車的尺寸精 度可達(dá) IT8 IT11 ，表面粗糙度角 Ra6.33.2 m 。半 精車可作為中等精度表面的終加工，也可作為磨削或精加 工的預(yù)加工。精車后的尺寸精度可達(dá) IT7 IT8 ，表面 粗糙度 Ra1.6 0.8m 。精細(xì)車后的尺寸精度可達(dá) IT6 一 IT7 ，表面粗糙度 Ra0.40.025 m 。精細(xì)車尤其適合

4、于有色金屬加工，有色金屬一般不宜采用磨削，所以常用 精細(xì)車代替磨削。二、外圓表面的磨削加工 磨削是外圓表面精加工的主要方法之一。它既可加工 淬硬后的表面，又可加工未經(jīng)淬火的表面。根據(jù)磨削時工 件定位方式的不同，外圓磨削可分為：中心磨削和無心磨 削兩大類。1中心磨削 中心磨削即普通的外圓磨削，被磨削的工件由中心孔 定位，在外圓磨床或萬能外圓磨床上加工。磨削后工件尺 寸精度可達(dá)工 IT6 IT8 ，表面粗糙度 Ra0.80.1 m。按 進(jìn)給方式不同分為縱向進(jìn)給磨削法和橫向進(jìn)給磨削法。(1) 縱向進(jìn)給磨削法(縱向磨法)如圖 6 2 所示砂輪高速 旋轉(zhuǎn)，工件裝在前后頂尖上， 工件旋轉(zhuǎn)并和工作臺一起縱

5、向往復(fù)運(yùn)動。(2) 橫向進(jìn)給磨削法 (切人磨法)如圖 63 所示，此種磨削法沒有縱向進(jìn)給運(yùn)動當(dāng)工件 旋轉(zhuǎn)時，砂輪以慢速作連續(xù)的橫向進(jìn)給運(yùn)動。其生產(chǎn)率高 適用于大批量生產(chǎn)，也能進(jìn)行成形磨削。但橫向磨削力較 大，磨削溫度高，要求機(jī)床、工件有足夠的剛度，故適合 磨削短而粗，剛性好的工件。加工精度低于縱向磨法。2無心磨削無心磨削是一種高生產(chǎn)率的精加工方法，以被磨削的外圓本身作為定位基準(zhǔn)。目前無心磨削的方式主要有貫穿 法和切入法。圖 64 所示為外圓貫穿磨法的原理。工件處于磨輪和 導(dǎo)輪之間，下面用支 承板支承。磨輪軸線 水平放置，導(dǎo)輪軸線 傾斜一個不大的 角 這樣導(dǎo)輪的圓周速度 導(dǎo) 可以分解為帶動 工

6、件 旋 轉(zhuǎn) 的 分 量 I 和使工件軸向進(jìn)給的 分量 u 縱。圖 6 5 所示為切人磨削法的 原理。 導(dǎo)輪 3 帶動工件 2 旋轉(zhuǎn)并 壓向磨輪 1 。加工時，工件和導(dǎo) 輪及支承板一起向磨輪作橫向進(jìn) 給。磨削結(jié)束后導(dǎo)輪后退，取下工 件。導(dǎo)輪的軸線與磨輪的軸線平行或交錯成很小的角度 （ 05o1o ）， 此角度大小能使工件與擋鐵 4 （限 制工件軸向位置）很好地貼住即 可。無心磨削時，必須滿足下列條件： 由于導(dǎo)輪傾斜了一個 角 度，為了保證切削平穩(wěn)，導(dǎo)輪與工 件必須保持線接觸，為此導(dǎo)輪表面應(yīng)修整成雙曲線回轉(zhuǎn)體 形狀。 導(dǎo)輪材料的摩擦因數(shù)應(yīng)大于磨輪材料的摩擦因數(shù) 磨輪與導(dǎo)輪同向旋轉(zhuǎn)，且磨輪的速度應(yīng)大

7、于導(dǎo)輪的速度； 支承板的傾斜方向應(yīng)有助于工件緊貼在導(dǎo)輪上 . 為了保證工件的圓度要求， 工件中心應(yīng)高出磨輪和 導(dǎo)輪中心連線。高出數(shù)值 H 與工件直徑有關(guān)。當(dāng)工件直 徑 d 工 8 30 時， H d 工 / 3 ；當(dāng) d 工 30 7Omm 時， H d 工 4 。 導(dǎo)輪傾斜一個 角度。如圖 64 所示，當(dāng)導(dǎo)輪以 速度 導(dǎo)旋轉(zhuǎn)時，可分解為：粗磨時， 取 3o 6o 。精磨時， 取 1o 一 3o 。無心磨削時，工件精尺寸度可達(dá) IT6 IT7 ，表面粗糙 度 Ra0.8 0.2 m3 外圓磨削的質(zhì)量分析 在磨削過程中，由于多種因素的影響，零件表面容易 產(chǎn)生各種缺陷。常見的缺陷及解決措施分析如下

8、。(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 0.5m 。產(chǎn)生原因主要是由于砂 輪與工件沿徑向產(chǎn)生周期性振動所致。如砂輪或電動機(jī)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，如仔細(xì)地平衡 砂輪和電動機(jī)；改善中心孔和頂尖的接觸情況；及時修整 砂輪；調(diào)整軸承間隙等。(2)螺旋形。磨削后的工件表面呈現(xiàn)一條很深的螺旋 痕跡，痕跡的間距等于工件每轉(zhuǎn)的縱向進(jìn)給量。產(chǎn)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。消除的措施，如修正砂輪，保待微刃等高性；

9、調(diào)整軸承間隙；保待主軸的位置梢度；砂輪兩邊修磨成臺 肩形或倒圓角，使砂輪兩端不參加切削。工件臺潤滑油要 合適，同時應(yīng)有卸載裝置；使導(dǎo)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(xiàn)象。 產(chǎn)生原因主要是磨粒自銳性過強(qiáng)；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，如選擇 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(jìn)行過濾；清理砂輪罩上的磨屑等。（4）燒傷。可分為螺旋形燒傷和點(diǎn)燒傷。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， 降低砂輪硬度；減小磨削深度；適當(dāng)提高工件

10、轉(zhuǎn)速；減少 砂輪與工件接觸面積；及時修正砂輪；進(jìn)行充分冷卻等。三、外圓表面的精密加工 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對工件加工精度和表面質(zhì)量的 要求也越來越高。因此在外圓表面精加工后，往往還要進(jìn) 行精密加工。外圓表面的精密加工方法常用的有高精度磨 削、超精加工、研磨和滾壓加工等。1高精度磨削使軸的表面粗糙度 Ra 值在 0.16m 以下的磨削工 藝稱為高精度磨削，它包括精密磨削（Ra0.6 0.06m）、超精密磨削 （ Ra0.04 0.02m）和鏡面磨削 （ Ra 0.01 m）高精度磨削的實(shí)質(zhì)在于砂輪磨粒的作用。經(jīng)過精細(xì)修 整后的砂輪的磨粒形成了同時能參加磨削的許多微刃，這 些微刃等高程度好，參加磨

11、削的切削刃數(shù)大大增加，能從 工件上切下微細(xì)的切屑，形成粗糙度值較小的表面。隨著 磨削過程的繼續(xù)，銳利的微刃逐漸鈍化，鈍化的磨粒又可 起拋光作用，使粗糙度進(jìn)一步降低。2超精加工超精加工是用細(xì)粒度磨具油石對工件施加很小的壓 力，油石作往復(fù)振動和慢速沿工件軸向運(yùn)動，以實(shí)現(xiàn)微量 磨削的一種光整加工方法。圖 6 11 所示為其加工原理。加工中有三種運(yùn)動：工 件低速回轉(zhuǎn)運(yùn)動 1 ；磨頭軸向進(jìn)給運(yùn)動 2 ；磨頭高速往 復(fù)振動 3 。如果暫不考慮磨頭軸向進(jìn)給運(yùn)動， 磨粒在工件表面上走過的軌跡是正弦曲線，如圖611（ b）所示。超精加工大致有四個階段 強(qiáng)烈切削階段。開始時，由于工件表面粗糙，少數(shù) 凸峰與油石接觸

12、，單位面積壓力很大，破壞了油膜，故切 削作用強(qiáng)烈。 正常切削階段。 當(dāng)少數(shù)凸峰磨平后， 接觸面積增加， 單位面積壓力降低，致使切削作用減弱，進(jìn)人正常切削階 段。 微弱切削階段。 隨著接觸面積進(jìn)一步增大， 單位面 積壓力更小，切削作用微弱，且細(xì)小的切屑形成氧化物而 嵌人油石的空隙中因而油石產(chǎn)生光滑表面，具有摩擦拋光 作用。 自動停止切削階段。 工件磨平， 單位面積上的壓力 很小，工件與油石之間形成液體摩擦油膜，不再接觸，切 削作用停止。 經(jīng)超精加工后的工件表面粗糙度 Ra值 0.08 0.01 m。然而由于加工余量較?。ㄐ∮?0.01 m），因而只 能去除工件表面的凸峰，對加工精度的提高不顯著。

13、3研磨用研磨工具和研磨劑，從工件表面上研去一層極薄的 表層的精密加工方法稱為研磨。研磨用的研具采用比工件材料軟的材料 （如鑄鐵、 銅、 巴氏合金及硬木等）制成。研磨時，部分磨粒懸浮在工件 和研具之間，部分磨枚嵌入研具表面，利用工件與研具的 相對運(yùn)動，磨粒切掉一層很薄的金屬，主要切除上工序留 下來的粗糙度凸峰。一般研磨的余量為0.01 0.02mm 。研磨除可獲得高的尺寸精度和小的表面粗糙度值外，也可 提高工件表面形狀精度，但不能改善相互位置精度。當(dāng)兩個工件要求良好配合時， 利用工件的相互研磨 （對 研）是一種有效的方法。如內(nèi)燃機(jī)中的氣閥與閥座、油泵 油嘴中的偶件等。4滾壓加工滾壓加工是用滾壓工

14、具對金屬材質(zhì)的工件施加壓力，使其產(chǎn)生塑性變形從而降低工件表面粗糙度，強(qiáng)化表面性 能的加工方法。它是一種無切屑加工。圖612 所示為滾壓加工示意。滾壓加工有如下特點(diǎn)。 滾壓前工件加工表面粗糙度 Ra 值不大于 5 m， 表面要求清潔，直徑余量為 0.020.03 mm 。 滾壓后的形狀精度和位置精度主要取決于前道工 序。 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。 滾壓加工生產(chǎn)率高。四、外圓表面加工方案的選擇上面介紹了外圓表面常用的幾種加工方法及其特點(diǎn)。 零件上一些精度要求較高的面，僅用一種加工方法往往是 達(dá)不到其規(guī)定的技術(shù)要求的。這些表面必須順序地進(jìn)行粗 加工、半精加工和精加工等加工方法以逐步提高其表面精 度。不同加工方法有序的組合即為加工方案。表3 14 即為外圓柱面的加工方案。確定某個表面的加工方案時，先由加工表面的技術(shù)要 求（加工精度、表面粗糙度等）確定最終加工方法，然后 根據(jù)此種加工方法的特點(diǎn)，確定前道工序的加工方法，如 此類推。但由于獲得同一精度及表面粗糙度的加工方法可 有若干種，實(shí)際選擇時還應(yīng)結(jié)合零件的結(jié)構(gòu)、形狀、尺寸 大小及材料和熱處理的要求全面考慮。表 314 中序號 3 （粗車半精車精車） 與序號 5 （粗車半精車磨）兩種加工方案能達(dá)到同樣的精度等 級。但當(dāng)加工表面需淬硬時， 最終加工方法只能采用磨削。 如加工表面未