階梯軸加工工藝

階梯軸加工工藝任務(wù)1階梯軸類零件加工1、教學(xué)目標(biāo)最終目標(biāo)：會階梯軸類零件加工。促成目標(biāo)：（1）能分析階梯軸類零件的工藝與技術(shù)要求；（2）會擬定階梯軸加工工藝；（3）會正確使用游標(biāo)卡尺、千分尺；（4）牢記安全文明生產(chǎn)規(guī)范要求。2、工作任務(wù)按工藝完成圖1-1所示階梯軸加工。運動和動力的重要零件之一，其加工質(zhì)量直接影響到機械的使用性能和運動精度。軸類零件的主要表面是外圓，車削是外圓加工的主要方法。3.1選擇車刀、車床和工件安裝方式3.1.1車刀類型與選用（1）車刀的類型；車刀是金屬切削加工中應(yīng)用最廣的一種刀具，它可在各種類型的車床上加工外圓、內(nèi)孔、倒角、切槽與切斷、車螺紋以及其它成形面車刀的類型很多，既可按用途可分，也可按刀具材料，還可按結(jié)構(gòu)分。按用途可大致分：偏刀——以90°偏刀居多，如圖1-2a，用來車削外圓、臺階、端面。由于主偏角大，，切削時產(chǎn)生的背向切削力小，故很適宜車細(xì)長的軸類工件彎頭刀一一以45°彎頭刀最為常見，如圖l-2b，用來車削外圓、端面、倒角。完成上述技術(shù)要求調(diào)質(zhì)處理HBS217?255。零件名稱：傳動軸材料45生產(chǎn)類型：小批加工表面不需轉(zhuǎn)刀架，也不用換刀，可減少輔助時間，提高生產(chǎn)效率。切斷刀(切槽刀)一如圖l-2c，用來切斷工件或在工件上加工溝槽。錘刀一一如圖l-2d，用來加工內(nèi)孔。圓頭刀一一如圖l-2e，用來車削工件臺階處的圓角和圓弧槽。螺紋車刀——如圖l-2f，用來車削螺紋。除此之外，還有端面車刀、直頭外圓車刀和成形車刀等等。fa：. fhi (?)HJfkTJmist車R圖1-2車刀種類按材料分：整體式高速鋼車刀一一如圖l-3，這種車刀刃磨方便，刀具磨損后可以多次重磨。但刀桿也為高速鋼材料，造成刀具材料的浪費。刀桿強度低，當(dāng)切削力較大時，會造成破壞。一般用于較復(fù)雜成形表面的低速精車。硬質(zhì)合金焊接式車刀一一如圖l-4所示，這種車刀是將一定形狀的硬質(zhì)合金刀片釬焊在刀桿的刀槽內(nèi)制成的。其結(jié)構(gòu)簡單，制造刃磨方便，刀具材料利用充分，應(yīng)用十分廣泛。但其切削性能受工人的刃磨技術(shù)水平和焊接質(zhì)量影響，且刀桿不能重復(fù)使用，材料浪費?？赊D(zhuǎn)位車刀——用機械夾固的方式將可轉(zhuǎn)位刀片固定在刀槽中而組成的車刀，如圖1-5所示。其優(yōu)點是耐用度高、刀片更換方便、迅速，并可使用多種材料刀片，其缺點是結(jié)構(gòu)復(fù)雜、刃磨較難、使用不靈活、一次性投入較大。該傳動軸在加工時，采用90°偏刀或45°偏頭硬質(zhì)合金焊接式車刀；在加工止動墊圈槽和螺紋加工時，可采用切斷刀和螺紋車刀。（2）車刀標(biāo)注角度和工作角度車刀標(biāo)注角度指刀具在靜止參考系中表示的一套角度，主要包括主偏角Kr、副偏角Kr'、前角y。、后角aO、刃傾角入s、副后角a0'六個。如圖1-6所示主偏角Kr。它是基面內(nèi)主切削平面與假定工作平面之間的夾角。副偏角Kr'，它是基面內(nèi)副切削平面與假定工作平面之間的夾角。圖1a:機械夾固式車刀b:刀片固定式車刀圖1-4焊接式車刀圖1-5可轉(zhuǎn)位車刀前角Y0。它是正交平面內(nèi)前面與基面之間的夾角。后角aO。它是正交平面內(nèi)后面與切削平面之間的夾角。刃傾角入s。它是主切削平面內(nèi)主切削刃與基面之間的夾角。副后角a0‘。它是副切削刃的正交平面（即副剖面）內(nèi)副后面與副切削平面之間的夾角。圖1-6外圓車刀的的基本幾何角度刀具的工作角度是刀具在工作時的實際切削角度，它受到切削運動和刀具的安裝影響。因此，車刀的工作角度不等于其標(biāo)注角度。（3）車刀的安裝要求車刀的安裝要求；1）1）車刀刀尖應(yīng)與工件中心等高，如圖1-7所示為刀尖不對準(zhǔn)工件中心的后果。1-7a為刀具安裝高低對工作角度的影響。車刀的刀尖高于工件中心，工作前角Yoe增大，而工作后角aoe減小。當(dāng)?shù)都獾陀诠ぜ行臅r，角度的變化情況下好相反。如圖1-7b為車端面的情況。實際生產(chǎn)中要求車端面、圓錐面、螺紋、成形車削等等高安裝，粗車孔、切斷空心工件時，刀尖應(yīng)等高機床主軸線；粗車一般外圓、精車孔、安裝時刀尖應(yīng)等高或稍高工件中心線。b、不對準(zhǔn)中心對車端面貌一新后果圖1-8車刀的裝夾主偏角增大，工作副偏角減小。3）車刀裝夾在刀架上伸出部分應(yīng)盡量短以增強其剛性，如圖1-8所示。一般車刀伸出長度約為刀桿寬度的1?1.5倍，下面的墊片數(shù)量要盡量少，并與刀架邊緣對齊。（4）車刀的材料及選用高速鋼：高速鋼是含有W、Mo、Cr、V等合金元素較多的合金工具鋼，熱處理后硬度為62?66HRC，抗彎強度約為33GPa，耐熱性為600弋左右。高速鋼又可分為普通高速鋼、高性能高速鋼、粉末冶金高速鋼及涂層高速鋼。硬質(zhì)合金：由硬度和熔點很高的碳化物（硬質(zhì)相，如WC、TiC、TaC、NbC等）和金屬（粘結(jié)相，如Co、Ni、Mo等）通過粉末冶金工藝制成的。硬質(zhì)合金按加工對象和切削時排出切悄形狀可分為三類，其中YG主要用于脆性材料，YT用于碳鋼類塑性材料,YW用于不銹鋼等難加工材料。陶瓷：是以氧化鋁或以氧化硅為基體再添加少量金屬，在高溫下燒結(jié)而成。陶瓷刀具有很高的耐磨性和耐熱性，良好的抗粘結(jié)性和較低的摩擦系數(shù)，化學(xué)性能穩(wěn)定。陶瓷刀具在切削時不易粘刀、不易產(chǎn)生切削瘤，但其強度和和抗熱沖擊性較差，一般用于在高速下精加工硬材料，如氧化鋁復(fù)合陶瓷適合于中速下切削冷硬鑄鐵、淬硬鋼等；氮化硅基陶瓷宜能進行高速切削，故適宜精加工和半精加工，也可加工51?54HRC硬度的鎳基合金、高錳鋼等難加工材料。金剛石：金剛石的硬度的耐磨性很好，可用于切削硬度高的一些材料，但由于金剛石的耐熱度較低，只有700~800弋，故工作溫度不能過高。另外，因其易與碳親合，因此不宜用于加工含碳的黑色金屬。立方氮化硼：其硬度與耐磨性僅次于金剛石，有較強的抗粘結(jié)能力，與鋼的摩擦系數(shù)小，適用于高速切削鋼材及耐熱合金。因其價格高，一般用于加工高硬度材料或超精加工。（5）刀桿截面形狀和尺寸的選用。車刀刀桿截面形狀有矩形、方形和圓形三種。一般用矩形，切削力較大時采用方形，圓形多用于內(nèi)孔車刀。刀桿高度H可按車床中心

高選擇。3.1.2車床車床按照用途和功能不同，可分為許多類型，如臥式車床、立式車床、落地車床和轉(zhuǎn)塔車床等，如圖1-9所示。本節(jié)內(nèi)容主要介紹最常用的CA6140車床。b、立式車床a、a、臥式車床1、主軸箱；2、刀架；3、尾座；4、 床身；5、 床腳；6、 絲杠；7、光杠；8、操縱桿；9、溜板箱；10、床腳；11、進給箱；12、交換齒輪箱c、 落地車床d、 轉(zhuǎn)塔車床圖1-9車床類型（1）車床的功能與型號車床的功能車床適用于加工各種軸類、套筒類和盤類零件上的回轉(zhuǎn)表面，如內(nèi)外圓柱面、圓錐面及成形回轉(zhuǎn)表面、車削端面及各種常用的公制、英制、模數(shù)制和徑節(jié)制螺紋，還可以鉆孔、擴孔、鉸孔、滾花等工作。車床的型號通用機床的型號表示方法如下：(△)□(□)△△(△)(□)(/△)分類代號類代號通用特性及結(jié)構(gòu)性代號(可有一個或幾個)組、系代號主參數(shù)或設(shè)計順序號第二主參數(shù)重大改進順序號同一型號機床的變型代號注：△:阿拉伯?dāng)?shù)字□:大寫漢語拼音字母()：無內(nèi)容不寫，有內(nèi)容無括號如本軸加工的主要設(shè)備CA6140車床中，C為類代號，表示車床；A為結(jié)構(gòu)性代號，以區(qū)別與C6140和CY6140的區(qū)別；61說明該機床屬于車床類6組1系；40為該車床的主參數(shù)，表示最大加工直徑是400mm。無第二主參數(shù)、重大改進順序號及變型代號。(2)CA6140車床的組成與技術(shù)性能如圖1-7a為CA6140車床，主要組成部件有：主軸箱：支承并傳動主軸，使主軸帶動工件按照規(guī)定的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)主運動。床鞍與刀架：裝夾車刀，并使車刀縱向橫向或斜向運動。尾架：用后頂尖支承工件，并可在其上安裝鉆頭等孔加工工具，以進行孔加工。床身：車床的基本支承件，在其上安裝車床的主要部件，以保持它們的相對位置。溜板箱：把進給箱傳來的運動傳遞給刀架，使刀架實現(xiàn)縱向進給、橫向進給、快速移動或車螺紋。其上有各種操作手柄和操作按鈕，方便工人操作。進給箱：改變被譽為加工螺紋時的螺距或機動進給的進給量。CA6140主要技術(shù)性能參數(shù)如下：床身上最大工件回轉(zhuǎn)直徑400mm最大工件長度（4種規(guī)格）750mm;1000mm;1500mm;2000mm最大車削長度直650mm;900mm;1400mm;1900mm刀架上最大工件回轉(zhuǎn)直徑210mm主軸轉(zhuǎn)速正轉(zhuǎn)24級10~1400r/min反轉(zhuǎn)12級14~1580r/min進給量縱向進給量64級0.028~6.33mm/r橫向進給量64級0.014~3.16mm/r床鞍與刀架快速移動速度4m/min車削螺紋范圍米制螺紋44種T=1~192mm英制螺紋20種a=2~24牙/in模數(shù)螺紋39種m=0.25~48mm徑節(jié)螺紋37種DP=1~96牙/in主電動機7.5KW,1450r/min3.1.3工件的安裝（1） 三爪卡盤上找正安裝工件三爪卡盤裝夾能自動定心，但其定心準(zhǔn)確度不高。裝夾時，把工件直接夾持在三爪卡盤上，根據(jù)工件的一個或幾個表面用劃針或指示表找正工件準(zhǔn)確位置后再進行夾緊。（2） 一夾一頂安裝工件一夾一頂即軸的一端外圓用卡盤夾緊，一端用尾座頂尖頂住中心孔的工件安裝方式。這種安裝方式可提高軸的裝夾剛度，此時軸的外圓和中心孔同作為定位基面，常用于長軸加工及粗車加工中。（3） 在雙頂尖間安裝工件在實心軸兩端鉆中心孔，在空心軸兩端安裝帶中心孔的錐堵或錐套心軸，用車床主軸和尾座頂尖頂兩端中心孔的工件安裝方式。此時定位基準(zhǔn)與設(shè)計基準(zhǔn)統(tǒng)一，能在一次裝夾中加工多處外圓和端面，并可保證各外圓軸線的同軸度以及端面與軸線的垂直度要求，是車銷、磨銷加工中常用的工件安裝方法。3.2擬定加工工藝（2課時）如圖1-1為某傳動軸，從結(jié)構(gòu)上看，是一個典型的階梯軸，工件材料為45,生產(chǎn)綱領(lǐng)為小批或中批生產(chǎn)，調(diào)質(zhì)處理220?350HBS。3.2.1分析階梯軸的結(jié)構(gòu)和技術(shù)要求該軸為普通的實心階梯軸，軸類零件一般只有一個主要視圖，主要標(biāo)注相應(yīng)的尺寸和技術(shù)要求，而其它要素如退刀槽、鍵槽等尺寸和技術(shù)要求標(biāo)注在相應(yīng)的剖視圖。軸頸和裝傳動零件的配合軸頸表面，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（同軸度、與端面的垂直度等）及表面粗糙度要求均較高，是軸類零件機械加工時，應(yīng)著重保障的要素。如圖1-1所示的傳動軸，軸頸M和N處是裝軸承的，各項精度要求均較高，其尺寸為①35js6（±0.008）,且是其它表面的基準(zhǔn)，因此是主要表面。配合軸頸Q和P處是安裝傳動零件的，與基準(zhǔn)軸頸的徑向圓跳動公差為0.02（實際上是與M、N的同軸度），公差等級為IT6,軸肩H、G和I端面為軸向定位面，其要求較高，與基準(zhǔn)軸頸的圓跳動公差為0.02（實際上是與M、N的軸線的垂直度），也是較重要的表面，同時還有鍵槽、螺紋等結(jié)構(gòu)要素。3.2.2明確毛坯狀況一般階梯軸類零件材料常選用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、20CrMnTi等低碳含金鋼進行滲碳淬火，或用38CrMoAIA氮化鋼進行氮化處理。階梯軸類零件的毛坯最常用的是圓棒料和鍛件。3.2.3擬定工藝路線;1）確定加工方案軸類在進行外圓加工時，會因切除大量金屬后引起殘余應(yīng)力重新分布而變形。應(yīng)將粗精加工分開，先粗加工，再進行半精加工和精加工，主要表面精加工放在最后進行。傳動軸大多是回轉(zhuǎn)面，主要是采用車削和外圓磨削。由于該軸的Q、M、P、N段公差等級較高，表面粗糙度值較小，應(yīng)采用磨削加工。其它外圓面采用粗車、半精車、精車加工的加工方案。2） 劃分加工階段該軸加工劃分為三個加工階段，即粗車（粗車外圓、鉆中心孔）、半精車（半精車各處外圓、臺肩和修研中心孔等），粗精磨Q、M、P、N段外圓。各加工階段大致以熱處理為界。3） 選擇定位基準(zhǔn)軸類零件各表面的設(shè)計基準(zhǔn)一般是軸的中心線，其加工的定位基準(zhǔn)，最常用的是兩中心孔。采用兩中心孔作為定位基準(zhǔn)不但能在一次裝夾中加工出多處外圓和端面，而且可保證各外圓軸線的同軸度以及端面與軸線的垂直度要求，符合基準(zhǔn)統(tǒng)一的原則。在粗加工外圓和加工長軸類零件時，為了提高工件剛度，常采用一夾一頂?shù)姆绞?，即軸的一端外圓用卡盤夾緊，一端用尾座頂尖頂住中心孔，此時是以外圓和中心孔同作為定位基面。4） 熱處理工序安排該軸需進行調(diào)質(zhì)處理。它應(yīng)放在粗加工后，半精加工前進行。如采用鍛件毛坯，必須首先安排退火或正火處理。該軸毛坯為熱軋鋼，可不必進行正火處理。5） 加工工序安排應(yīng)遵循加工順序安排的一般原則，如先粗后精、先主后次等。另外還應(yīng)注意：外圓表面加工順序應(yīng)為：先加工大直徑外圓，然后再加工小直徑外圓，以免一開始就降低了工件的剛度。軸上的花鍵、鍵槽等表面的加工應(yīng)在外圓精車或粗磨之后、外圓精磨之前。這樣既可保證花鍵、鍵槽的加工質(zhì)量，也可保證精加工表面的精度。軸上的螺紋一般有較高的精度，其加工應(yīng)安排在工件局部淬火之前進行，避免因淬火后產(chǎn)生的變形而影響螺紋的精度。該軸的加工工藝路線為：毛坯及其熱處理j預(yù)加工j車削外圓j銑鍵槽等f熱處理f磨削。確定工序尺寸毛坯下料尺寸：O65x265;粗車時，各外圓及各段尺寸按圖紙加工尺寸均留余量2mm;半精車時，螺紋大徑車到1.02.024-甲，①44及062臺階車到圖紙規(guī)定尺寸，其余臺階均留0.5mm余量。銑加工：止動墊圈槽加工到圖紙規(guī)定尺寸，鍵槽銑到比圖紙尺寸多0.25mm,作為磨銷的余量。精加工：螺紋加工到圖紙規(guī)定尺寸M24x1.5-6g，各外圓車到圖紙規(guī)定尺寸。選擇設(shè)備工裝外圓加工設(shè)備：普通車床CA6140磨削加工設(shè)備：萬能外圓磨床M1432A銑削加工設(shè)備：銑床X52填寫工藝卡片表1-1階梯軸加工工藝

工種工序內(nèi)容 '"設(shè)備1下料^65x2652車三爪卡盤:夾持工件*車端面見平*鉆中心孔*用尾架頂尖頂住，粗車P、N及螺紋段三個臺階，直徑、長度均留余12nimCA6140調(diào)頭，三爪卡盤夾持工件另一執(zhí)車端面保證259,鉆中心孔，用尾架頂尖頂住，粗車另外四個臺階，直徑、長度均留信余M2mmCA61403、調(diào)質(zhì)處理24^381IRC斗修研兩端中補孔CA61405■<取頂尖裝夾-半精車三個臺階，螺紋人徑車到屏“誥戸N兩個臺階直徑上留余S0.5mm,車1@三/!\倒角二個CA61斗0調(diào)頭.取頂尖裝夾，半精車余下的五個臺階*抽4及眇2臺階年到圖紙規(guī)還的尺譏螺紅人輕車到爐24黑也余兩牛臺階宜徑上留余址05mm,車植三個.例曲四個CA61406車雙頂尖裝夾+車一端^^M24xl.5-6g+調(diào)頭’雙頂尖裝取，車另一端螺紋M24xl.5-CgCA61407鉗劃鍵槽及一牛止動墊圈憎加工踐8毓兩個璉檀及一牛止動墊圈槽，鍵槽深度比圖紙規(guī)罡尺寸多鐵0.25mm,作沏磨削的翕量X529鉗修研兩媼中心孔CA61斗010癖外鬪Q和M*昇用砂輪端而靠虧臺H利1關(guān)頭，険穌圜N和P,靠庭臺肩仇MM32A11檢檢驗d師按表1-1工藝示范后，學(xué)生分組完成加工任務(wù)。4、相關(guān)理論知識問題1、工件表而是如何成形的？問題浜什么是請削運動？問題3.什么是切削用矍？問題軌為什么要制迫機械加工工藝規(guī)程？4.1車削基本知識（1課時）工件表面是工件與刀具在機床上通過相對運動而形成的車削運動與工件上的加工表面（1）車削運動車削運動包括主運動與進給運動，如圖1-10所示為外圓的車削運動和表面形成。主運動：由機床或人力提供的主要運動，它促使刀具和工件之間產(chǎn)生相對運動，從而使刀具前刀面接近工件，從工件上直接切除金屬。它具有切削速度高，消耗功率大的特點。工件的旋轉(zhuǎn)就是車削時的主運動。進給運動：由機床或人力提供的運動，它使刀