機(jī)械制造工藝學(xué)

第二章軸類零件加工第一節(jié)概述一、軸類零件的功用及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

軸類零件是典型的機(jī)器零件。用來(lái)支承傳動(dòng)件，傳遞運(yùn)動(dòng)和扭矩。機(jī)械制造工藝學(xué)結(jié)構(gòu)類型如下圖所示:軸長(zhǎng)與直徑比≤12為剛性軸；軸長(zhǎng)與直徑比＞12為撓性軸。軸的加工表面：內(nèi)外圓柱面、圓錐面、螺紋、花鍵、鍵槽、

橫向孔、溝槽等。機(jī)械制造工藝學(xué)機(jī)械制造工藝學(xué)二、軸類零件的技術(shù)要求1、尺寸精度主要軸頸(指配合,支承軸頸)的尺寸精度,一般為IT6-IT9，機(jī)床主軸支承軸頸的尺寸精度為IT5，甚至更高。2、幾何形狀精度主要有圓度、圓柱度的要求，一般控制在尺寸公差以內(nèi)或另行標(biāo)注。3、位置精度支承軸頸之間有同軸度要求,工作表面、配合表面對(duì)支承軸頸有徑向跳動(dòng)要求。機(jī)械制造工藝學(xué)4、表面粗糙度:

一般為Ra0.63-0.16μm。5、熱處理為獲得具有一定強(qiáng)度、硬度和耐磨性及其它特殊要求的零件，通常要安排熱處理及表面處理。采用的熱處理方法有：正火、調(diào)質(zhì)、高頻淬火等，為表面美觀和防腐，還安排電鍍、發(fā)藍(lán)等表面處理方法。6、其它要求對(duì)高速?gòu)h轉(zhuǎn)的軸零件應(yīng)有靜、動(dòng)平衡的要求；對(duì)有安全要求的軸件，應(yīng)安排探傷檢查。機(jī)械制造工藝學(xué)三、軸類零件的材料1、軸類零件的材料常用材料為45#鋼；中等精度，速度較高的軸件如專用機(jī)床主軸則采用40Cr；精度較高的軸采用GCr15和65Mn等；強(qiáng)度高、尺寸大的軸采用38CrMnTi、40CrMnTi等合金調(diào)質(zhì)鋼；高速重載工作條件下的軸，則采用20Mn2B、20Cr、20CrMnTi等低碳合金鋼或38CrMoAlA氮化鋼，經(jīng)熱處理后，獲得較高的抗彎曲疲勞強(qiáng)度和較高的表面硬度、抗沖擊韌性和心部硬度。機(jī)械制造工藝學(xué)2、軸類零件的毛坯常用毛坯為棒料和鍛件。形狀復(fù)雜的軸如曲軸,毛坯一般為鑄件。四、零件的預(yù)加工1）校正2）切斷3）切端面、鉆中心孔，必要時(shí)進(jìn)行荒車。機(jī)械制造工藝學(xué)軸頸是主要的加工表面

外圓車削

外圓磨削機(jī)械制造工藝學(xué)第二節(jié)軸類零件外圓表面的車削加工機(jī)械制造工藝學(xué)

一、車削加工的各加工階段

軸類零件外圓表面的車削加工可劃分為荒車、粗車、半精車、精車和細(xì)車等各加工階段。

粗車：目的是盡快切去多余的金屬層，使工件接

近于最后的形狀和尺寸。小型軸的棒料、鑄件、鍛件可直接粗車。

半精車：中等精度表面的最終加工，精加工表面

的預(yù)加工。

精車：精車是切去余下少量的金屬層以獲得零件

所要求的精度和表面粗糙度。機(jī)械制造工藝學(xué)

二、提高外圓表面車削生產(chǎn)率的措施1、刀具直頭車刀(尖刀)的形狀簡(jiǎn)單，主要用于粗車外圓；彎頭車刀不但可以車外圓，還可以車端面；偏刀則常用于加工臺(tái)階軸和細(xì)長(zhǎng)軸。新型刀片材料：鎢鈦鉭鈷類、立方氮化硼刀片等。機(jī)械夾固車刀、轉(zhuǎn)位車刀、強(qiáng)力切削車刀、多刀加工等。機(jī)械制造工藝學(xué)2、機(jī)床機(jī)械靠模仿形車床、隨動(dòng)靠模仿形車床、液壓仿形車床等。機(jī)械制造工藝學(xué)三、細(xì)長(zhǎng)軸外圓表面的車削

當(dāng)工件長(zhǎng)度與直徑比大于12倍(撓性軸)時(shí)剛性較差，若加工精度要求較高，車削過(guò)程會(huì)有困難。（一）工藝特點(diǎn)1）工件剛性差，受切削力、自重和旋轉(zhuǎn)離心力的作用，會(huì)產(chǎn)生彎曲、震動(dòng)，影響其精度和表面粗糙度。2）切削中，工件受熱伸長(zhǎng)產(chǎn)生彎曲變形。頂尖頂?shù)镁o，車削后發(fā)生彎曲；頂?shù)盟蓵?huì)產(chǎn)生振動(dòng)；高速時(shí)彎曲變形加劇，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使工件在頂尖卡住。3）一次走刀時(shí)間較長(zhǎng)，刀具磨損，增加了幾何形狀誤差。機(jī)械制造工藝學(xué)4）使用頂尖和跟刀架。

跟刀架支承塊與工件接觸要適當(dāng)，調(diào)得太緊，會(huì)把工件頂向車刀一邊，車出的直徑變小，形成“竹節(jié)”形；調(diào)得太松，會(huì)使工件產(chǎn)生振動(dòng)。應(yīng)用跟刀架產(chǎn)生缺陷的原因有很多，各個(gè)因素并不是單一的，往往是相互影響，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題應(yīng)全面檢查，采取措施，給以消除。

因此，車削細(xì)長(zhǎng)軸是一種難度較大的加工工藝。機(jī)械制造工藝學(xué)（二）細(xì)長(zhǎng)軸的先進(jìn)切削法

反向走刀切削法

雖然車削細(xì)長(zhǎng)軸的難度大，但它也有一定的規(guī)律性，主要抓住中心架和跟刀架的正確使用，解決熱變形伸長(zhǎng)及合理選擇車刀角度等關(guān)鍵問(wèn)題來(lái)預(yù)防。機(jī)械制造工藝學(xué)

1、軸的左端纏有一圈鋼絲，用三爪自定心卡盤夾緊。2、尾座頂尖改為彈簧頂尖，避免熱膨脹引起的彎曲變形。機(jī)械制造工藝學(xué)

3）使用三支承的跟刀架，使工件上下左右不能移動(dòng)，提高工件剛性和軸心線穩(wěn)定性，車削時(shí)不易產(chǎn)生振動(dòng)。

4、改變走刀方向，工件受拉；軸的左端固定,右端由彈簧頂尖支承，可自由伸縮，不易產(chǎn)生彈性彎曲。機(jī)械制造工藝學(xué)

5、改進(jìn)刀具的幾何角度車刀的角度對(duì)工件的振動(dòng)有明顯的影響，為了減少細(xì)長(zhǎng)軸的彎曲，要求徑向切削力越小越好，應(yīng)增大車刀的主偏角，減小徑向切削力。

增大前角或副刃傾角，保持刀具鋒利，減少切削熱。選用較好的刀具材料和切削液，延長(zhǎng)刀具的使用壽命。

機(jī)械制造工藝學(xué)機(jī)械制造工藝學(xué)第三節(jié)軸類零件外圓表面的磨削加工按采用的磨具區(qū)分：

砂輪磨削、砂帶磨削按零件定位方式區(qū)分：

中心磨削、無(wú)心磨削

一、磨削方式及其工藝特點(diǎn)機(jī)械制造工藝學(xué)（1）砂輪中心磨削的工藝特點(diǎn)

1）精度高、表面粗糙度小(外圓IT7~IT5、

表面粗糙度Ra0.8~0.2μm)

2）磨削速度高(30~50m/s)，故生產(chǎn)率高。（2）砂輪中心磨削外圓的質(zhì)量分析

1）多角性：砂輪與工件徑向周期性振動(dòng)。

（一）砂輪中心磨削的工藝特點(diǎn)及質(zhì)量分析機(jī)械制造工藝學(xué)

2）螺旋形：砂輪微刃等高性破壞或砂輪與工件局部接觸。

3）拉毛：磨粒自銳性強(qiáng)，切削液不潔。

4）燒傷：進(jìn)給量過(guò)大，磨刃變鈍，散熱不良。

機(jī)械制造工藝學(xué)1）中心孔應(yīng)有足夠大的尺寸和準(zhǔn)確的錐角

（GB145—85）2）軸兩端中心孔應(yīng)在同一軸線上3）中心孔應(yīng)有圓度要求4）中心孔的位置應(yīng)使工件的加工余量均勻，同批工件中尺寸A和L應(yīng)一致。

（3）中心孔的加工及修磨機(jī)械制造工藝學(xué)

中心孔的修研

作為軸零件在加工過(guò)程中的主要定位精基準(zhǔn)，對(duì)保證加工精度起著重要的作用。但是，在加工過(guò)程中力的作用，及熱處理的影響，都會(huì)使中心孔定位面產(chǎn)生變形,將直接影響定位精度。為此，須對(duì)中心孔進(jìn)行修研，其方法有:1、硬質(zhì)合金頂尖修研2、鑄鐵頂尖修研3、用油石或橡膠砂輪頂尖修研4、環(huán)氧樹(shù)脂頂尖修研機(jī)械制造工藝學(xué)1、硬質(zhì)合金頂尖修研

一般在臥式車床上進(jìn)行，一端硬質(zhì)合金頂尖,另一端普通頂尖，工件安裝在兩頂尖之間，工人手持工件不動(dòng)，硬質(zhì)合金頂尖在車床主軸帶動(dòng)下回轉(zhuǎn),由硬質(zhì)合金頂尖上的棱邊切除掉一層微薄的金屬,從而校正了中心孔的定位精度。

此種修研方法，生產(chǎn)率較高，一般2-5秒即完成修研，加工質(zhì)量高，圓度達(dá)0.001mm,粗糙度Ra0.63–0.32μm,適用于一般精度軸類零件中心孔的修研。機(jī)械制造工藝學(xué)2、鑄鐵頂尖修研

修研精度高,但效率低，適用于大型，精度要求特別高的軸類零件中心孔的修研。3、用油石或橡膠砂輪頂尖修研如圖所示:修研時(shí)間約1-2分鐘。

錐面圓度誤差2-1μm，Ra0.16-0.08μm，適用于精密工具、量具的中心孔的修研，但磨具磨耗快。4、環(huán)氧樹(shù)脂頂尖修研機(jī)械制造工藝學(xué)（二）砂輪無(wú)心磨削及其工藝特點(diǎn)砂輪無(wú)心磨削的工作原理縱向進(jìn)給磨削法（貫穿法）

工件放在砂輪與導(dǎo)輪之間，下邊由托板托住。砂輪高速回轉(zhuǎn)為切削運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)輪低速回轉(zhuǎn)。

砂輪軸線與導(dǎo)輪軸線有一夾角，導(dǎo)輪圓周上任一點(diǎn)的線速度向相互垂直兩個(gè)方向分解，水平分速度為工件的縱向進(jìn)給速度，垂直分速度為工件的圓周進(jìn)給速度。無(wú)心磨床縱磨法主要用于磨削細(xì)長(zhǎng)軸及小套零件的外圓。機(jī)械制造工藝學(xué)橫向進(jìn)給磨削法（切入法）工件不作縱向進(jìn)給，砂輪作連續(xù)的徑向切入，至所需尺寸。如圖所示：砂輪無(wú)心磨削的特點(diǎn)加工精度可達(dá)IT6、表面粗糙度達(dá)Ra0.8～0.2μm磨削效率高。軸上若有軸向溝槽和平面，則會(huì)產(chǎn)生較大的圓度誤差，工件的相互位置精度難以保證。無(wú)心磨床調(diào)整費(fèi)時(shí)，多用于大批大量生產(chǎn)。機(jī)械制造工藝學(xué)（三）砂帶磨削分為中心磨、無(wú)心磨、自由磨砂帶磨削設(shè)備簡(jiǎn)單，加工成本低，生產(chǎn)效率特高，而且安全，功率利用好。機(jī)械制造工藝學(xué)（1）縮短輔助時(shí)間（2）縮短機(jī)動(dòng)時(shí)間

1）高速磨削：

高強(qiáng)度砂輪，速度高達(dá)45m/s（普通35m/s以下）,可提高磨削

效率30~50%。

二、提高外圓磨削生產(chǎn)率的措施機(jī)械制造工藝學(xué)2）強(qiáng)力磨削：強(qiáng)力磨削的磨削力、磨削熱均很大。要求磨床功率大、剛度好，加強(qiáng)砂輪防護(hù)和強(qiáng)制冷卻。較高的砂輪速度，較大的磨削深度，磨削深度可達(dá)6mm以上。較小的縱向進(jìn)給量,直接從毛坯磨出加工表面，Ra0.8~0.4μm。機(jī)械制造工藝學(xué)3）增大磨削面：

寬砂輪磨削多砂輪磨削采用多個(gè)砂輪組合對(duì)

多個(gè)軸頸同時(shí)磨削以

提高磨削效率。機(jī)械制造工藝學(xué)

一、細(xì)車一種光整加工方法：切削深度小(0.05～0.03mm)、進(jìn)給量?。?.02～0.12mm/r）、切削速度高(120～600m/min)，有較高加工精度和較小的表面粗糙度。

二、高精度磨削表面粗糙度在Ra0.16μm以下的磨削工藝。包括：精密磨削（Ra0.16～0.06μm）超精密磨削（Ra0.04～0.02μm）鏡面磨削（Ra＜0.01μm）機(jī)械制造工藝學(xué)第四節(jié)外圓表面的精密加工機(jī)械制造工藝學(xué)

采用高精度磨床，提高工件定位基準(zhǔn)精度，合理選用砂輪磨粒粒度并對(duì)砂輪進(jìn)行精細(xì)修整，使砂輪表面的磨粒形成許多微小切削刃，稱等高微刃。使磨痕更細(xì)小。以獲得更低的表面粗糙度。

砂輪微粒的作用機(jī)械制造工藝學(xué)三、超精加工

用細(xì)磨條進(jìn)行精密磨削的光整加工方法。主要降低表面

粗糙度。Ra0.08～0.01μm。磨頭以恒定壓力（15N/cm2）輕壓在工件表面上，工件低速回轉(zhuǎn)（１５～１５０m/min）。磨頭作縱向進(jìn)給(0.1～0.15mm/r)，同時(shí)作往復(fù)振動(dòng)，頻

率1000～1400str/min，振幅3～8mm，磨粒在工件表面的

運(yùn)動(dòng)軌跡形成正弦波。如圖所示：（1）強(qiáng)烈切削階段（2）正常切削階段（3）微弱切削階段（4）自動(dòng)停止階段機(jī)械制造工藝學(xué)四、研磨

采用磨具和磨料從工件表面上去除一層極微薄的金屬，從

而達(dá)到高精度、低粗糙度的光整加工方法。加工余量一般為0.01-0.02mm。能提高工件表面幾何形狀精度，但不能

提高表面間的位置精度。

1）手工研磨在車床上進(jìn)行，雙頂尖裝夾，工件回轉(zhuǎn)，工人手持工件往

復(fù)移動(dòng)，使得磨痕形成近45o的網(wǎng)紋。不需復(fù)雜設(shè)備，方法簡(jiǎn)單，易保證加工質(zhì)量，生產(chǎn)率較低?？裳心ゴ慊痄?、

不淬火鋼、

鑄鐵、

銅及其合金。機(jī)械制造工藝學(xué)2）機(jī)械研磨在研磨機(jī)上進(jìn)行，生產(chǎn)率較高，多用于大批大量生產(chǎn)。3)研具材料與研磨劑1）研具材料：硬度低于工件，以便磨料嵌入研具表面，發(fā)揮切削作用。研具材料組織要均勻有一定的耐磨性，常用鑄鐵、銅、巴氏合金、硬木等。2）研磨劑：磨料：極細(xì)的磨?；蛭⒎?。

粗研粒度號(hào)２４０－Ｗ１４，

精研粒度號(hào)Ｗ１４－Ｗ５。研磨液：植物或礦物油，加入油酸、硬脂

酸、工業(yè)甘油等化學(xué)活性物質(zhì)，

以冷卻、潤(rùn)滑、沖排屑末，使表

面的微觀凸峰易于切除。機(jī)械制造工藝學(xué)圓柱滾子的研磨圖五、滾壓加工

利用金屬的塑性變形，從而達(dá)到改變工件表面性能、形狀和尺寸的一種無(wú)屑加工。(一)滾壓加工原理

在常溫下，用滾壓輪或滾珠，對(duì)工件表面進(jìn)行擠壓，使之產(chǎn)生塑性變形，從而提高工件表面質(zhì)量。

由于擠壓的冷作硬化作用，工件的表面硬度、耐磨性、耐腐蝕性及疲勞強(qiáng)度均有一定程度的提高。機(jī)械制造工藝學(xué)(二)滾壓加工特點(diǎn)1）滾壓前加工表面的粗糙度不大于Ra5μm。直徑加工余量0.02～0.03mm，滾壓后的粗糙度可達(dá)

Ra0.63～0.16μm。2）滾壓使加工表面粗糙度變小，但形狀精度和相互位置精度取決于前道工序。3）滾壓工件的材料一般是塑性金屬，且材料組織均勻。4）滾壓加工的生產(chǎn)率比研磨和桁磨高。機(jī)械制造工藝學(xué)第五節(jié)花鍵及螺紋的加工機(jī)械制造工藝學(xué)一、花鍵的加工

齒形：矩形、三角形、漸開(kāi)線形、梯形等

定心方式：大徑、小徑和鍵側(cè)(一)花鍵的銑削加工1)單件小批生產(chǎn),在普通銑床上用分度頭加工。2)

大批大量生產(chǎn),在花鍵銑床上,采用展成法加工,加工質(zhì)量好,生產(chǎn)效率高。機(jī)械制造工藝學(xué)盤銑刀銑花鍵銑削步驟:先用兩個(gè)三面刃銑刀銑花鍵的兩個(gè)側(cè)

面,再銑空鍵槽,最后用成形銑刀銑出

花鍵的其它部份。加工精度和生產(chǎn)率都較低,多用于單件小批生產(chǎn)。機(jī)械制造工藝學(xué)飛刀銑花鍵銑削步驟:先用成形刀具銑出花鍵槽，再用兩把偏刀銑花鍵的兩個(gè)側(cè)面。該方法生產(chǎn)率和加工質(zhì)量都有所提高。因刀頭鑲有硬質(zhì)合金，銑削速度較高，故稱為“飛刀高速銑花鍵”。機(jī)械制造工藝學(xué)（二）花鍵的磨削加工對(duì)加工質(zhì)量要求高、淬硬的花鍵，還需要安排磨削加工。單件小批生產(chǎn)在普通磨床上磨削,大批大量生產(chǎn)在專用花鍵磨床上磨削。磨床上磨花鍵圖機(jī)械制造工藝學(xué)二、螺紋加工

螺紋在聯(lián)接、緊固、傳動(dòng)和調(diào)節(jié)等方面應(yīng)用廣泛。按牙型的不同,分為:三角螺紋(普通螺紋、英制螺紋)、梯形螺紋、方牙螺紋和模數(shù)螺紋等。

名稱普通螺紋管螺紋梯形螺紋鋸齒形螺紋矩形螺紋特征代碼MGTrB無(wú)

圖樣機(jī)械制造工藝學(xué)(一)車削螺紋1）螺紋車削是最常用，最簡(jiǎn)單的加工方法。各種

牙型的螺紋均可車削。2）達(dá)到較高的尺寸精度7-6級(jí),Ra3.2-1.6μm。3）生產(chǎn)率較低。4）工人的技術(shù)要求高。機(jī)械制造工藝學(xué)加工外螺紋加工內(nèi)螺紋機(jī)械制造工藝學(xué)車削螺紋應(yīng)注意的問(wèn)題1）為獲得正確的牙型，需正確刃磨和安裝車刀，螺紋車

刀兩側(cè)刃夾角必須等于牙型角，車刀安裝時(shí)，中心線應(yīng)與工件相互垂直。