轴类零件加工.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,轴类零件加工,一,、,概述,二、轴类零件加工的,主要工艺,问题,三、轴类零件的先进,加工方法,四、轴类零件,加工实例,一、概述,1.,轴类零件的功用与结构特点,功用：,轴类零件是机械加工中最常见的典型零件之一。,它主要起支承传动件和传递转矩的作用。,结构特点：,轴类零件是旋转体零件,长度大于直径,主要由内外圆柱面、内外圆锥面、螺纹、花键、键槽、沟槽及横向孔等组成。根据结构形状的不同可分为光轴、空心轴、半轴、阶梯轴,、花键轴、十字轴、偏心轴、曲轴及凸轮轴等,如下图所示。,轴类零件加工,轴的种类,2.,轴类零件的主要技术要求,1),尺寸精度,轴颈是轴类零件的重要表面,它的直径精度根据使用要求通常为,IT6,IT9,有时可达,IT5,。,2),形状精度,轴颈的几何形状精度,(,圆度、圆柱度,),应限制在直径公差范围之内。对几何形状精度要求较高时,则应在零件图上专门标注形状公差。,3),位置精度,配合轴颈,(,装配传动件的轴颈,),相对,支承轴颈,(,装配轴承的轴颈,),的同轴度以及支承端面对,支承轴颈,的垂直度通常要求较高。普通精度的轴,配合轴颈相对支承轴颈的径向圆跳动一般为,0.01,0.03,mm,高精度的轴为,0.001,0.005,mm,。,端面圆跳动为,0.005,0.01,mm,。,4),表面粗糙度,轴类零件的各加工表面均有表面粗糙度的要求。一般说来,支承轴颈的表面粗糙度要求为,R,a,0.63,0.16m,。,配合轴颈的表面粗糙度,R,a,2.5,0.63m,。,CA6140,型车床主轴简图,3.,轴类零件的材料与毛坯,1),轴类零件的材料,一般轴类零件材料常用,45,钢,;,中等精度而转速较高的轴,可选用,40Cr,、,40M,n,B,、,35S,i,M,n,等合金结构钢,;,精度较高的轴,可选用轴承钢,GCr15,和弹簧钢,65,Mn,等,也可选用球墨铸铁,;,对于高转速、重载荷条,件下工作的轴,选用,20,CrMnTi,、,20Mn2B,、,20Cr,等低碳合金钢或,38CrMoAlA,氮化钢。,2),轴类零件的毛坯,轴类零件最常用的毛坯是,圆棒料和,锻件,;,只有某些,大型、结构复杂的轴采用铸件,。,毛坯经过加热锻造后,可使金属内部纤维组织沿表面均匀分布,从而获得较高的抗拉、抗弯及抗扭强度,故一般比较重要的轴,多采用锻件。,依据生产批量的大小,毛坯的锻造方式分为自由锻造和模锻两种。自由锻造多用于中小批,生产,模锻适用于大批大量生产。,轴类零件在机械中起着突出的作用，工作中受弯曲、扭转和交变载荷，有时还得承受一定冲击性载荷。支承轴颈处还要承受磨擦，产生摩擦热。为了保证轴件的正常工作，轴件的加工质量至关重要。这就需要解决好轴件加工的工艺问题。,二、轴类零件机械加工的主要工艺问题,工艺的关键问题在于防止弯曲变形、残余内应力和微观裂纹的产生。为了保证轴件的质量，机械加工中必须解决好以下主要工艺问题：,1.,定位基准的选择,2.,加工阶段的划分,3.,工序顺序的安排,4.,轴类零件的热处理及其安排,5.,轴类零件的检验,1.,定位基准的选择,轴类零件的定位基准,最常用的是两中心孔,。因为轴类零件各外圆表面、锥孔、螺纹等表面的设计基准都是轴的中心线,采用两中心孔定位,既符合基准重合原则又符合基准统一原则。,能保证工件在多次调头装夹中获得较高的位置精度,。,粗加工时常,采用轴的外圆表面或外圆表面与中心孔组合作为定位基准。,（,1,）粗加工时，为了提高生产率，切除较多的加工余量，常可采用,“,一夹一顶,”,方式装夹工件。,此时以外圆和中心孔共同作定位基准。,防止过定位,（,2,）两顶尖支承定位时，不宜用大的切削量加工。,（,3,）当轴的长径比较小，轴上各圆柱面的位置精度要求不高，批量小时，精加工亦可采用,“,一夹一顶,”,的定位方式。,（,4,）若轴为空心轴时，在轴两端无法加工出中心孔。,此时必须在内圆柱面上倒出锥面,(,如有锥孔可直接使用,),，用带有中心孔的锥堵或锥套心轴做定位基准。,孔径较小时，直接加工出长,2mm,，角度为,60,o,的内锥面代替中心孔。,锥堵与锥套心轴,采用锥堵应注意以下几点,:,锥堵应具有较高的精度,其中心孔既是锥堵本身制造的定位基准,又是磨削空心轴的精基准,因而必须保证锥堵的锥面与中心孔有较高的同轴度。,另外,在使用锥堵时,应尽量减少锥堵装夹次数。这是因为工件锥孔与锥堵的锥角不可能完全一样,重新装夹势必引起装夹误差,故中、小批生产时,锥堵安装后一般不中途更换。,由于轴是多阶梯（机床主轴还带通孔）的零件,切除大量金属后,会引起残余应力重新分布而变形,故安排工序时,一定要粗精分开,先粗后精。,(1),粗加工阶段,:,切端面钻中心孔、粗车外圆等。,目的,:,切除大部分余量,提高生产率,留足够余量,及时发现缺陷。,粗加工之后安排调质处理：提高综合机械性能，为后续热处理做准备；去除内应力。,2.,加工阶段的划分,(2),半精加工阶段,:,精车外圆,各次要表面的加工,(,铣键槽、铣花键、车螺纹等,),表面淬火,目的,:,主要表面的精度进一步提高，为精加工留有小而均匀的余量；次要表面达到图纸要求。,(3),精加工阶段,:,主要表面,(,指支承面、装配定位面等,),的精加工。,磨削、精密磨削或光整加工各主要表面。,目的,:,各表面都加工到图纸要求。,3.,工序顺序的安排,原则：,先粗后精、粗精分开；基准先行、防止变形,(1),基准先行。在安排机械加工工艺时,总是先加工好定位基准面,即基准先行。轴件加工也总是首先安排铣端面钻中心孔,以便为后续工序准备好定位基准。,(2),轴中心深孔加工的安排。为了使中心孔能够在多道工序中使用,希望深孔加工安排在最后。但是,深孔加工属粗加工,余量大,发热多,变形也大,会使得加工精度难以保持,故不能放到最后（轴端小孔可放在最后加工）。,一般深孔加工安排在外圆粗车之后,以便有一个较为精确的轴径作定位基准,用来搭中心架,这样加工出的孔容易保证壁厚均匀。,(3),先外后内与先大后小。,先加工外圆,再以外圆定位加工内孔。,加工阶梯外圆时,先加工直径较大的,后加工直径较小的,这样可避免过早地削弱工件的刚度。,加工阶梯深孔时,先加工直径较大的,后加工直径较小的,这样便于使用刚度较大的孔加工工具。,(4),次要表面加工的安排。,轴上的花键、键槽、螺纹等次要表面加工,通常均安排在外圆精车或粗磨之后、精磨外圆之前进行。,如果精车前就铣出键槽,精车时因断续切削而易产生振动,既影响加工质量,又容易损坏刀具,也难控制键槽的深度。,次要表面加工也不能放到,主要表面精磨之后,否则会破坏主要表面已获得的精度。,(5),主要表面精加工的安排。,主要配合表面的精加工应放在最后，防止因加工其他表面对其已加工面造成损伤。,(6),防止加工过程中的变形，,应注意：,切削用量和刀具角度的选择,砂轮选择与充分冷却,防止过定位,消除内应力,使用中心架、跟刀架或反向切削等,(7),热处理工序的安排。,热处理工序应根据其目的的不同，穿插于粗加工、半精加工、精加工各加工阶段之间。,4.,轴类零件的热处理及其安排,轴类零件的使用性能除与所选钢材种类有关外,还与所采用的热处理关系密切。,作用：,改善切削性能 去除内应力 提高机械性能,（,1,）锻造毛坯在机加工前,均需安排,正火或退火,处理,(,含碳量大于,(,C,)=0.7,的碳钢和合金钢,),以使钢材内部晶粒细化,消除锻造应力,降低材料硬度,改善切削加工性能。,（,2,）为了获得较好的综合力学性能,轴类零件常要求,调质处理,，一般分两种情况：,毛坯余量大时,调质安排在,粗车之后、半精车之前,以 便消除粗车时产生的残余应力。,毛坯余量小时,调质可安排在粗车之前进行。,调质处理可获得均匀细致的回火索氏体组织，以全面提高轴件的综合机械性能；并为表面淬火做准备，使表面淬火得到均匀致密的硬化层，并且使硬化层的硬度由表面向中心逐渐降低，同时，索氏体组织精加工后表面粗糙度较小。,（,3,）表面淬火,一般安排在精加工阶段之前,半精加工阶段之后，使工作表面获得一定的硬化层，提高零件的耐磨性能。,（,4,）对精度要求高的轴,在局部淬火后或粗磨之后,还需进行,低温时效,处理,(,在,160,油中进行长时间的低温时效,),以保证尺寸的稳定。,（,5,）,渗氮处理,。常用材料为氮化钢,38GrMoAlA,。,需在渗氮之前进行调质和低温时效处理,。对调质的质量要求也很严格,不仅要求调质后索氏体组织要均匀细化,而且要求离表面,0.8,0.10,mm,层内铁素体含量不超过,(,C,),5,否则会造成氮化脆性而影响其质量。,5.,轴类零件的检验,尺寸检验,形状检验,位置检验,锻造毛坯 正火（退火）粗车 调质处理,精车 各次要表面加工 表面淬火 磨削、精密磨削,轴件的加工路线：,1.,多刀半自动车削和仿形车削,轴类零件批量较大时,多采用多刀切削和仿形加工。（图示为多刀切削，仿形加工）,多刀切削是指用两把或两把以上刀具同时加工工件上的几个表面。多刀切削可以把几个工步合并起来,使机动时间重叠。,要指出的是,这种加工方法调整刀具时间较长,且切削力较,大,要求机床的刚性及功率要大。,三、轴类零件的先进加工方法,多刀车削,仿形加工,仿形加工是指按照预制的仿形靠模顺序将工件外形加工出来的方法。它有机械靠模仿形和液压随动靠模仿形两种。,液压仿形加工可在液压半自动车床上进行,也能在卧式车床上采用液压仿形刀架来实现。液压仿形加工不仅能大大减少零件加工的辅助时间,而且产品质量稳定,调整方便,减轻了工人的劳动强度,因此已成为提高轴类零件外圆车削生产率的,重要方法。,2.,高速磨削、强力磨削和砂带磨削,1),高速磨削,砂轮线速度高于,60,80m/s,的磨削,称为高速磨削。高速磨削有以下特点,:,(1),提高了生产率。砂轮速度提高后,单位时间进入磨削的磨粒数成比例增加,如果还保持每颗磨粒切屑厚度与普通磨削相同,则进给量可以成比例加大,磨削时间相应缩短。,(2),提高砂轮耐用度。砂轮速度提高后,若进给量仍与普通磨削相同,则每颗磨粒切去的切屑厚度减小,每颗磨粒承受的切削负荷也就小了。磨粒切削能力相对提高,每次修整砂,轮后可以磨去更多的金属。,(3),减小表面粗糙度值。因为每颗磨粒切削厚度变小,表面切痕深度浅,表面粗糙度值小,作用在工件上的法向磨削力也相应减小,所以又可提高加工精度。,但高速磨削对砂轮、机床均有一些特殊要求,应予充分注意。,必须提高砂轮的强度,以免砂轮因离心力而破裂,按切削速度规范选用砂轮。,砂轮主轴的轴承间隙要适当加大,冷态间隙为,0.04,0.05mm,热态间隙为,0.03,mm,左右。,砂轮防护罩应加厚,开口角度减少,以确保安全。,改善磨削液供给方式。高速磨削区温度极高,而砂轮周围因高速回转形成一股强大气,流,磨削液不易进入磨削区,须采用特殊喷嘴且增加磨削液流量和压力。,2),强力磨削,强力磨削采用较高的砂轮速度,较大的磨削深度,一次切深可达,6,mm,以上。,进给量较小,直接从毛坯上磨出加工表面。它可,“,以磨代车,”,、,“,以磨代铣,”,而且效率比车削、铣削高。强力磨削力及磨削热比高速磨削显著增加,因此除提高电动机功率外,还要加强砂轮防护罩的强度和加大磨削液的供应量,而且还需合理选择砂轮和加强机床刚度等措施,以免发生危险,。,3),砂带磨削,砂带磨削是用涂满磨料的环形砂带作为切削工具的一种加工方法。,它是多刀多刃连续切削,因而砂带磨床加工效率超过车、铣、刨等通用机床加工效率,几乎领先于所有金属切削机床。砂带磨削时,砂带和工件是弹性接触,砂带不能修整,故其加工精度要低于砂轮精密磨削。,砂带磨削的三种方式如下图所示。,砂带磨削的三种方式,2.CA6140,型车床,主轴加工,工艺过程,四、轴类零件加工实例,1.,半轴,加工工艺过程,1.,半轴加工工艺过程,工序号 工序名称 设备 夹具,10,铣两端面钻中心孔 专用组合机床,V,形钳口,20,粗车大头 仿形车床 卡盘,.,顶尖,30,粗车小头 仿形车床 卡盘,.,顶尖,40,调质处理,.,研中心孔 专用设备,50,精车大头 仿形车床 卡盘,.,顶尖,精车小头 仿形车床 卡盘,.,顶尖,70,车槽 车床 顶尖,工序号 工序名称 设备 夹具,80,铣大头花键 花键铣床 顶尖,90,铣小头花键 花键铣床 顶尖,100,铣键槽 立铣床 虎钳,110,去键槽毛刺 锉刀,高频淬火,130,磨两端花键外圆及端面 磨床 顶尖,140,磨外圆（,32,）磨床 顶尖,磨外圆（,38,）磨床 顶尖,160,钻孔,.,攻螺纹 车床 三爪卡盘,工序,10,铣端面钻中心孔,工序,20,，,30,粗车,32,40.5,工序,50,，,60,精车,38.4,0,+0.15,30,-0.14,0,-0.14,0,-0.14,0,-0.14,0,工序,70,车槽,0,-0.34,工序,80,，,90,铣花键,56,工序,100,铣平键,+,-,0.,0.,2,0,0,8,工序,110,去毛刺,工序,130,磨花键外圆及端面,R3,R3,30,0,-0.13,工序,140,，,150,磨外圆,38,0,-0.16,0,-0.16,工序,160,钻孔攻丝,M8-7H,16,23,CA6140,型车床主轴简图,2.CA6140,型车床主轴加工工艺路线,CA6140,型车床主轴加工工艺,过程简表,序号,工序名称,工序内容,定位,基准,加工设备,1,备料,2,锻造,精锻,立式精锻机,3,热处理,正火,4,锯头,铣削切除毛坯两端,专用机床,5,铣端面、钻顶尖孔,外圆柱面,专用机床,6,粗车（荒车）,粗车各外圆面,中心孔及外圆,卧工车床,C620B,7,热处理,调质,220,240,HBS,8,车大端名部,卧式车床,C620B,CA6140,型车床主轴加工工艺,过程简表,CA6140,型车床主轴加工工艺,过程简表,CA6140,型车床主轴加工工艺,过程简表,CA6140,型车床主轴加工工艺,过程简表,CA6140,型车床主轴加工工艺,过程简表,CA6140,型车床主轴加工工艺,过程简表,主轴的前后支承处各装有一个,双列短圆柱滚子,轴承,(,图中未画出,),用于承受径向力。由于双列短圆柱滚子轴承的刚度和承载能力大、旋转精度高、且内圈较薄,内孔是,C=112,的锥孔,可通过相对主轴轴颈的轴向移动来调整轴承间隙,因而可保证主轴有较高的回转精度和刚度。,