軸類零件的加工工藝

軸類零件的加工工藝一、概述1.軸類零件的功用、結(jié)構(gòu)特點=1\*GB2⑴功用軸類零件是機械加工中經(jīng)常遇到的零件之一，在機器中，主要用來支承傳動零件如齒輪、帶輪，傳遞運動與扭矩，如機床主軸；有的用來裝卡工件，如心軸。圖5－1軸的種類(a)光軸(b)空心軸(c)圖5－1軸的種類(a)光軸(b)空心軸(c)半軸(d)階梯軸(e)花鍵軸(f)十字軸(g)偏心軸(h)曲軸(i)凸輪軸2.軸類零件的主要技術(shù)要求=1\*GB2⑴加工精度=1\*GB3①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IT5~IT7；另一類為與各類傳動件配合的軸頸，即配合軸頸，其精度稍低，常為IT6~IT9。=2\*GB3②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。其誤差一般應限制在尺寸公差范圍內(nèi)，對于精密軸，需在零件圖上另行規(guī)定其幾何形狀精度。=3\*GB3③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、重要端面對軸心線的垂直度、端面間的平行度等。=2\*GB2⑵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)濟性來確定。支承軸頸常為0.2~1.6μm，傳動件配合軸頸為0.4~3.2μm。3.軸類零件的材料、毛坯及熱處理=1\*GB2⑴軸類零件材料常用45鋼，精度較高的軸可選用40Cr、軸承鋼GCr15、彈簧鋼65Mn，也可選用球墨鑄鐵；對高速、重載的軸，選用20CrMnTi、20Mn2B、20Cr等低碳合金鋼或38CrMoAl氮化鋼。=2\*GB2⑵軸類毛坯常用圓棒料和鍛件；大型軸或結(jié)構(gòu)復雜的軸采用鑄件。毛坯經(jīng)過加熱鍛造后，可使金屬內(nèi)部纖維組織沿表面均勻分布，獲得較高的抗拉、抗彎及抗扭強度。(3)軸類零件的熱處理鍛造毛坯在加工前，均需安排正火或退火處理，使鋼材內(nèi)部晶粒細化，消除鍛造應力，降低材料硬度，改善切削加工性能。圖5圖5－2CA6140車床的主軸簡圖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。精度要求高的軸，在局部淬火或粗磨之后，還需進行低溫時效處理。二、車床主軸的加工工藝1．CA6140車床主軸技術(shù)要求及功用圖5-2為CA6140車床主軸零件簡圖。由零件簡圖可知，該主軸呈階梯狀，其上有安裝支承軸承、傳動件的圓柱、圓錐面，安裝滑動齒輪的花鍵，安裝卡盤及頂尖的內(nèi)外圓錐面，聯(lián)接緊固螺母的螺旋面，通過棒料的深孔等。下面分別介紹主軸各主要部分的作用及技術(shù)要求：=1\*GB2⑴支承軸頸主軸二個支承軸頸A、B圓度公差為0.005mm，徑向跳動公差為0.005mm；而支承軸頸1∶12錐面的接觸率≥70%；表面粗糙度Ra為0.4m；支承軸頸尺寸精度為IT5。因為主軸支承軸頸是用來安裝支承軸承，是主軸部件的裝配基準面，所以它的制造精度直接影響到主軸部件的回轉(zhuǎn)精度。=2\*GB2⑵端部錐孔主軸端部內(nèi)錐孔（莫氏6號）對支承軸頸A、B的跳動在軸端面處公差為0.005mm，離軸端面300mm處公差為0.01mm；錐面接觸率≥70%；表面粗糙度Ra為0.4m；硬度要求45~50HRC。該錐孔是用來安裝頂尖或工具錐柄的，其軸心線必須與兩個支承軸頸的軸心線嚴格同軸，否則會使工件（或工具）產(chǎn)生同軸度誤差。=3\*GB2⑶端部短錐和端面頭部短錐C和端面D對主軸二個支承軸頸A、B的徑向圓跳動公差為0.008mm；表面粗糙度Ra為0.8m。它是安裝卡盤的定位面。為保證卡盤的定心精度，該圓錐面必須與支承軸頸同軸，而端面必須與主軸的回轉(zhuǎn)中心垂直。=4\*GB2⑷空套齒輪軸頸空套齒輪軸頸對支承軸頸A、B的徑向圓跳動公差為0.015mm。由于該軸頸是與齒輪孔相配合的表面，對支承軸頸應有一定的同軸度要求，否則引起主軸傳動嚙合不良，當主軸轉(zhuǎn)速很高時，還會影響齒輪傳動平穩(wěn)性并產(chǎn)生噪聲。=5\*GB2⑸螺紋主軸上螺旋面的誤差是造成壓緊螺母端面跳動的原因之一，所以應控制螺紋的加工精度。當主軸上壓緊螺母的端面跳動過大時，會使被壓緊的滾動軸承內(nèi)環(huán)的軸心線產(chǎn)生傾斜，從而引起主軸的徑向圓跳動。2．主軸加工的要點與措施圖5-3組合磨削主軸加工的主要問題是如何保證主軸支承軸頸的尺寸、形狀、位置精度和表面粗糙度，主軸前端內(nèi)、外錐面的形狀精度、表面粗糙度以及它們對支承軸頸的位置精度。圖5-3組合磨削主軸支承軸頸的尺寸精度、形狀精度以及表面粗糙度要求，可以采用精密磨削方法保證。磨削前應提高精基準的精度。保證主軸前端內(nèi)、外錐面的形狀精度、表面粗糙度同樣應采用精密磨削的方法。為了保證外錐面相對支承軸頸的位置精度，以及支承軸頸之間的位置精度，通常采用組合磨削法，在一次裝夾中加工這些表面，如圖5-3所示。機床上有兩個獨立的砂輪架，精磨在兩個工位上進行，工位Ⅰ精磨前、后軸頸錐面，工位Ⅱ用角度成形砂輪，磨削主軸前端支承面和短錐面。主軸錐孔相對于支承軸頸的位置精度是靠采用支承軸頸A、B作為定位基準，而讓被加工主軸裝夾在磨床工作臺上加工來保證。以支承軸頸作為定位基準加工內(nèi)錐面，符合基準重合原則。在精磨前端錐孔之前，應使作為定位基準的支承軸頸A、B達到一定的精度。主軸錐孔的磨削一般采用專用夾具，如圖5-4所示。夾具由底座1、支架2及浮動夾頭3三部分組成，兩個支架固定在底座上，作為工件定位基準面的兩段軸頸放在支架的兩個V形塊上，V形塊鑲有硬質(zhì)合金，以提高耐磨性，并減少對工件軸頸的劃痕，工件的中心高應正好等于磨頭砂輪軸的中心高，否則將會使錐孔母線呈雙曲線，影響內(nèi)錐孔的接觸精度。后端的浮動卡頭用錐柄裝在磨床主軸的錐孔內(nèi)，工件尾端插于彈性套內(nèi)，用彈簧將浮動卡頭外殼連同工件向左拉，通過鋼球壓向鑲有硬質(zhì)合金的錐柄端面，限制工件的軸向竄動。采用這種聯(lián)接方式，可以保證工件支承軸頸的定位精度不受內(nèi)圓磨床主軸回轉(zhuǎn)誤差的影響，也可減少機床本身振動對加工質(zhì)量的影響。主軸外圓表面的加工，應該以頂尖孔作為統(tǒng)一的定位基準。但在主軸的加工過程中，隨著通孔的加工，作為定位基準面的中心孔消失，工藝上常采用帶有中心孔的錐堵塞到主軸兩端孔中，如圖5-4所示，讓錐堵的頂尖孔起附加定位基準的作用。圖5圖5－4錐堵與錐套心軸a)錐堵b)錐套心軸主軸加工中，為了保證各主要表面的相互位置精度，選擇定位基準時，應遵循基準重合、基準統(tǒng)一和互為基準等重要原則，并能在一次裝夾中盡可能加工出較多的表面。由于主軸外圓表面的設計基準是主軸軸心線，根據(jù)基準重合的原則考慮應選擇主軸兩端的頂尖孔作為精基準面。用頂尖孔定位，還能在一次裝夾中將許多外圓表面及其端面加工出來，有利于保證加工面間的位置精度。所以主軸在粗車之前應先加工頂尖孔。為了保證支承軸頸與主軸內(nèi)錐面的同軸度要求，宜按互為基準的原則選擇基準面。如車小端1∶20錐孔和大端莫氏6號內(nèi)錐孔時，以與前支承軸頸相鄰而它們又是用同一基準加工出來的外圓柱面為定位基準面（因支承軸頸系外錐面不便裝夾）；在精車各外圓（包括兩個支承軸頸）時，以前、后錐孔內(nèi)所配錐堵的頂尖孔為定位基面；在粗磨莫氏6號內(nèi)錐孔時，又以兩圓柱面為定位基準面；粗、精磨兩個支承軸頸的1∶12錐面時，再次用錐堵頂尖孔定位；最后精磨莫氏6號錐孔時，直接以精磨后的前支承軸頸和另一圓柱面定位。定位基準每轉(zhuǎn)換一次，都使主軸的加工精度提高一步。4．CA6140車床主軸主要加工表面加工工序安排CA6140車床主軸主要加工表面是75h5、80h5、90g5、105h5軸頸，兩支承軸頸及大頭錐孔。它們加工的尺寸精度在IT5~IT6之間，表面粗糙度Ra為0.4~0.8主軸加工工藝過程可劃分為三個加工階段，即粗加工階段（包括銑端面、加工頂尖孔、粗車外圓等）；半精加工階段（半精車外圓，鉆通孔，車錐面、錐孔，鉆大頭端面各孔，精車外圓等）；精加工階段（包括精銑鍵槽，粗、精磨外圓、錐面、錐孔等）。在機械加工工序中間尚需插入必要的熱處理工序，這就決定了主軸加工各主要表面總是循著以下順序的進行，即粗車→調(diào)質(zhì)（預備熱處理）→半精車→精車→淬火-回火（最終熱處理）→粗磨→精磨。綜上所述，主軸主要表面的加工順序安排如下：外圓表面粗加工（以頂尖孔定位）→外圓表面半精加工（以頂尖孔定位）→鉆通孔（以半精加工過的外圓表面定位）→錐孔粗加工（以半精加工過的外圓表面定位，加工后配錐堵）→外圓表面精加工（以錐堵頂尖孔定位）→錐孔精加工（以精加工外圓面定位）。圖5圖5－5磨主軸錐孔夾具1—彈簧2—鋼球3—浮動夾頭4—彈性套內(nèi)5—支架6—底座對凡是需要在淬硬表面上加工的螺孔、鍵槽等，都應安排在淬火前加工。非淬硬表面上螺孔、鍵槽等一般在外圓精車之后，精磨之前進行加工。主軸螺紋，因它與主軸支承軸頸之間有一定的同軸度要求，所以螺紋安排在以非淬火-回火為最終熱處理工序之后的精加工階段進行，這樣半精加工后殘余應力所引起的變形和熱處理后的變形，就不會影響螺紋的加工精度。5．CA6140車床主軸加工工藝過程表5-1列出了CA6140車床主軸的加工工藝過程。生產(chǎn)類型：大批生產(chǎn)；材料牌號：45號鋼；毛坯種類：模鍛件表5-1大批生產(chǎn)CA6140車床主軸工藝過程序號工序名稱工序內(nèi)容定位基準設備1備料2鍛造模鍛立式精鍛機3熱處理正火4鋸頭5銑端面鉆中心孔毛坯外圓中心孔機床6粗車外圓頂尖孔多刀半自動車床7熱處理調(diào)質(zhì)8車大端各部車大端外圓、短錐、端面及臺階頂尖孔臥式車床9車小端各部仿形車小端各部外圓頂尖孔仿形車床10鉆深孔鉆48mm兩端支承軸頸深孔鉆床11車小端錐孔車小端錐孔（配1∶20錐堵，涂色法檢查接觸率≥50%）兩端支承軸頸臥式車床12車大端錐孔車大端錐孔（配莫氏6號錐堵，涂色法檢查接觸率≥30%）、外短錐及端面兩端支承軸頸臥式車床13鉆孔鉆大頭端面各孔大端內(nèi)錐孔搖臂鉆床14熱處理局部高頻淬火（90g5、短錐及莫氏6號錐孔）高頻淬火設備15精車外圓精車各外圓并切槽、倒角錐堵頂尖孔數(shù)控車床16粗磨外圓粗磨75h5、90g5、105h5外圓錐堵頂尖孔組合外圓磨床17粗磨大端錐孔粗磨大端內(nèi)錐孔（重配莫氏6號錐堵，涂色法檢查接觸率≥40%）前支承軸頸及75h5外圓內(nèi)圓磨床18銑花鍵銑89f6花鍵錐堵頂尖孔花鍵銑床19銑鍵槽銑12f9鍵槽80h5及M115mm立式銑床20車螺紋車三處螺紋（與螺母配車）錐堵頂尖孔臥式車床21精磨外圓精磨各外圓及E、F兩端面錐堵頂尖孔外圓磨床22粗磨外錐面粗磨兩處1∶12外錐面錐堵頂尖孔專用組合磨床23精磨外錐面精磨兩處兩處1∶12外錐面、D端面及短錐面錐堵頂尖孔專用組合磨床24精磨大端錐孔精磨大端莫氏6號內(nèi)錐孔（卸堵，涂色法檢查接觸率≥70%）前支承軸頸及75h5外圓專用主軸錐孔磨床25鉗工端面孔去銳邊倒角，去毛刺26檢驗按圖樣要求全部檢驗前支承軸頸及75h5外圓專用檢具三、絲杠加工工藝絲杠是一種精度很高的零件，它能精確地確定工作臺坐標位置，將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換成直線運動，面且還要傳遞一定的動力，所以在精度、強度及耐磨性等方面都有很高的要求。所以，絲杠的加工從毛坯到成品的每道工序都要周密考慮，以提高其加工精度。1、絲杠的分類機床絲杠按其摩擦特性可分為三類:即滑動絲杠、滾動絲杠及靜壓絲杠。由于滑動絲杠結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，所以在機床上應用比較廣泛。滑動絲杠的牙型多為梯形。這種牙型比三角形牙酬具有效果高，傳動性能好，精度高，加工方便等優(yōu)點。滾動絲杠義分為滾珠絲杠和滾柱絲杠兩大類。滾珠絲杠與滾柱絲杠相比而言，摩擦力小，傳動效率高，精度也高，因而比較常用，但是其制造工藝比較復雜。靜壓絲杠有許多的優(yōu)點，常被用于精密機床和數(shù)控機床的進給機構(gòu)中。其螺紋牙形與標準梯形螺紋牙形相同。但牙形高于同規(guī)格標準螺紋1.5～2倍，目的在于獲得良好油封及提高承載能力。但是調(diào)整比較麻煩，而且需要一套液壓系統(tǒng)，工藝復雜，成本較高。2、絲杠的結(jié)構(gòu)特點及技術(shù)要求（1）絲杠結(jié)構(gòu)的工藝特點絲杠是細長柔性軸，它的長度L與直徑d的比值很大，一般為20～50，剛性較差。結(jié)構(gòu)形狀復雜，有很高的螺紋表面要求，還有階梯、溝槽等，所以，在加工過程中易出現(xiàn)變形。（2）精度等級在國家標準GB785－65中，對普通梯形螺紋精度是按中徑公差劃分的。共有五項基本參數(shù)：即外徑d、內(nèi)徑d1、中徑d2、螺距t及牙形半角α/2。由于絲杠要傳遞準確運動，因此，按JB2886－81規(guī)定，絲杠及螺距的精度，根據(jù)使用要求分為6個等級：4、5、6、7、8、9（精度依次降低)。各級精度絲杠應用范圍如下：4級為目前最高級，一般很少應用；5級用于精密儀器及機密機床，如坐標鏜床、螺紋磨床等；6級用于精密儀器、精密機床和數(shù)控機床；7級用于精密螺紋車床、齒輪加工機床及數(shù)控機床；8級用于一般機床，如臥式車床、銑床；9級用于刨床、鉆床及一般機床的進給機構(gòu)。一般所說的精密絲杠是指5、6、7級絲杠。精密絲杠有淬硬絲杠和不淬硬絲杠兩種。前者的耐磨性較好，能較長時間保持加工精度，但加工工藝復雜，必須有高精度的螺紋磨床和專門的熱處理設備，而后者只需要精密絲杠車床。滾珠絲杠副和滾珠絲杠的精度等級也分為六個等級。（3）技術(shù)要求對于絲杠的技術(shù)要求可分為如下幾項：=1\*GB3①精度等級；=2\*GB3②表面粗糙度；=3\*GB3③單個螺距允差和定長上的累積允差；=4\*GB3④中徑圓度允差；=5\*GB3⑤外徑相等性允差；=6\*GB3⑥外徑圓跳動允差；=7\*GB3⑦牙形半角允差；=8\*GB3⑧中、外、內(nèi)徑允差等項。3、材料的選擇絲杠材料的選擇是保證絲杠質(zhì)量的關(guān)鍵，一般要求是：(1)具有優(yōu)良的加工性能，磨削時不易產(chǎn)生裂紋，能得到良好的表面光潔度和較小的殘余內(nèi)應力，對刀具磨損作用較小。(2)抗拉極限強度一般不低于588MPa。圖5圖5－6SM8625絲杠車床的絲杠(4)材料硬度均勻，金相組織符合標準。常用的材料有：不淬硬絲杠常用T10A,T12A及45等；淬硬絲杠常選用9Mn2V，CrWMn等。其中9Mn2V有較好的工藝性和穩(wěn)定性，但淬透性差，常用于直徑≤50mm的精密絲杠；CrWMn鋼的優(yōu)點是熱處理后變形小，適用于制作高精度零件，但其容易開裂，磨削工藝性差。絲杠的硬度越高越耐磨，但制造時不易磨削。4、絲杠的加工工藝過程不淬硬絲杠加工藝過程圖5－7所示為SM8625絲杠車床的絲杠。材料為T10A，精度為5級，其加工工藝過程見表5－2。圖5圖5－7萬能螺紋磨床的絲杠表5－2精密絲杠的工藝過程零件名稱SM8625絲杠車床絲杠（不淬硬）萬能螺紋磨床絲杠（淬硬）材料T10A9Mn2V精度等級6級6級工藝過程工序內(nèi)容定位基準工序內(nèi)容定位基準1.鍛造(彎曲度≤5mm)1.鍛造2.球化退火2.球化退火3.車端面打中心孔外圓表面3.車端面打中心孔外圓表面4.粗車外圓雙頂尖孔4.粗車外圓雙頂尖孔5.高溫時效(t=500~550℃)5.高溫時效6.車外圓打中心孔外圓表面5.牢外圓打中心孔外圓表面7.車外圓雙頂尖孔7.半精車外圓雙頂尖孔8.粗車階梯型螺紋槽雙頂尖孔8.粗磨外圓雙頂尖孔9.高溫時效(t=500~550℃)9.淬火(t=800℃)，中溫回火(t=260℃)10.車端面打中心孔外圓表面14.研磨兩頂尖孔11.半精車外圓雙頂尖孔11.粗磨外圓雙頂尖孔12.粗磨外圓雙頂尖孔12.粗磨出螺紋槽雙頂尖孔13.車梯形螺紋雙頂尖孔13.人工時效(t=260℃)14.自然時效(吊一周以上，敲打)14.研磨兩頂尖孔15.車端面打中心孔外圓表面15.半精磨外圓雙頂尖孔16.半精磨外圓雙頂尖孔16.半精磨螺紋雙頂尖孔17.半精車螺紋雙頂尖孔17.人工時效(t=160℃)18.自然時效(吊二周以上)18研磨兩頂尖孔19.研磨中心孔19.精磨外圓，檢查雙頂尖孔20.終磨外圓雙頂尖孔20.精磨螺紋(磨出小徑)雙頂尖孔21.輔車螺紋至尺寸雙頂尖孔21.研磨兩頂尖孔22.終磨螺紋，檢查雙頂尖孔23.終磨外圓，檢查雙頂尖孔24.研磨止推端面F,檢查雙頂尖孔5、絲杠加工的典型工藝過程在絲杠的加工為了獲得較高的精度，加.下工藝過程應考慮以下幾點：(1)對外圓和螺紋可分多次加工，逐步減少切削量，從而逐步減少切削力和內(nèi)應力，減少加工誤差，提高加工精度。(2)每次粗加工外圓及粗加工螺紋后都要進行時效處理，以便消除內(nèi)應力。絲杠的精度要求越高，時效處理的次數(shù)也越多。(3)每次時效處理后都要重新打中心孔或修磨中心孔，以修止時效處理時產(chǎn)生的變形；并除去氧化皮等，使加工有可靠而精確的定位基面。(4)每次加工螺紋前，先加二L絲杠外圓(切削量很小)，然后以絲杠外圓和兩端中心孔作為定位基面加丁:螺紋，逐步提高螺紋加工精度。絲杠加工過程中校直和熱處理工序，是保證絲杠精度，防止彎曲變形的關(guān)鍵工序。但是校直本身會產(chǎn)生內(nèi)應力，這對精度要求較高的絲杠來說是不利的。因為內(nèi)應力有逐漸消失的傾向，由于內(nèi)應力的消失會引起絲杠的變形，這就影響了絲杠精度的保持。所以，對精度要求高、直徑較大的精密絲杠，在加工過程中不較直，而是采用加大徑向總余量和工序間余量的方法逐次切去彎曲變形，經(jīng)多次時效處理和把工序劃分的更細的方法來解決變形問題。為避絲杠因自重引起彎曲變形，存放對應垂直放置，熱處理時要在井式爐中進行。一般不淬硬絲杠的螺紋經(jīng)車削而成，而淬硬絲杠的螺紋在螺紋磨床上磨出螺紋。但對牙形半角大和大螺距、絲杠、螺紋的粗加工還是在淬硬前車削為好。6、絲杠的熱處理首先要求對毛坯進行熱處理，由于精密級和一普通級兩類絲杠用料不同，它們的熱處理方式也就不同。毛坯的熱處理要求:(1)消除毛坯制造產(chǎn)生的內(nèi)應力;(})控制硬度以適應機械加.工的切削性能，一般切削硬度控制在HBS140~248之間為宜。通常含碳量在0.25%~0.5%的