轴类零件的加工工艺和常用工艺设备概述模板.doc

轴类零件加工工艺和常见工艺设备概述.1 轴类零件功用和结构 轴是组成机械关键零件，也是机械加工中常见经典零件之一。它支撑着其它转动件回转并传输扭矩，同时又经过轴承和机器机架连接。 轴类零件是旋转零件，其长度大于直径，由外圆柱面、圆锥面、内孔、螺纹及对应端面所组成。加工表面通常除了内外圆表面、圆锥面、螺纹、端面外，还有花键、键槽、横向孔、沟槽等。 依据功用和结构形状，轴类有多个形式，如光轴、空心轴、半轴、阶梯轴、花键轴、偏心轴、曲轴、凸轮轴等。1.2 轴类零件技术要求 (1)加工精度 1)尺寸精度 轴类零件尺寸精度关键指轴直径尺寸精度和轴长尺寸精度。按使用要求，关键轴颈直径尺寸精度通常为IT6-IT9级，精密轴颈也可达IT5级。轴长尺寸通常要求为公称尺寸，对于阶梯轴各台阶长度按使用要求可对应给定公差。 2)几何精度 轴类零件通常是用两个轴颈支撑在轴承上，这两个轴颈称为支撑轴颈，也是轴装配基准。除了尺寸精度外，通常还对支撑轴颈几何精度（圆度、圆柱度）提出要求。对于通常精度轴颈，几何形状误差应限制在直径公差范围内，要求高时，应在零件图样上另行要求其许可公差值。 3)相互位置精度 轴类零件中配合轴颈（装配传动件轴颈）相对于支撑轴颈间同轴度是其相互位置精度普遍要求。通常一般精度轴，配合精度对支撑轴颈径向圆跳动通常为0.01-0.03mm，高精度轴为0.001-0.005mm。 另外，相互位置精度还有内外圆柱面同轴度，轴向定位端面和轴心线垂直度要求等。 (2)表面粗糙度 依据机械精密程度，运转速度高低，轴类零件表面粗糙度要求也不相同。通常情况下，支撑轴颈表面粗糙度 Ra值为0.63-0.16 m ；配合轴颈表面粗糙度Ra值为2.5-0.63 m 6.1.3 轴类零件材料和毛坯 (1)轴类零件材料 轴类零件材料选择，关键依据轴强度、刚度、耐磨性和制造工艺性而决定，努力争取经济合理。 常见轴类零件材料有 35、45、50优质碳素钢，以45钢应用最为广泛。对于受载荷较小或不太关键轴也可用Q235、Q255等一般碳素钢。对于受力较大，轴向尺寸、重量受限制或一些有特殊要求可采取合金钢。如40Cr合金钢可用于中等精度，转速较高工作场所，该材料经调质处理后含有很好综协力学性能；选择Cr15、65Mn等合金钢可用于精度较高，工作条件较差情况，这些材料经调质和表面淬火后其耐磨性、耐疲惫强度性能全部很好；若是在高速、重载条件下工作轴类零件，选择20Cr、20CrMnTi、20Mn2B等低碳钢或38CrMoA1A渗碳钢，这些港经渗碳淬火或渗氮处理后，不仅有很高表面硬度，而且其心部强度也大大提升，所以含有良好耐磨性、抗冲击韧性和耐疲惫强度性能。 球墨铸铁、高强度铸铁因为铸造性能好，且含有减振性能，常在制造外形结构复杂轴中采取。尤其是中国研制稀土镁球墨铸铁，抗冲击韧性好，同时还含有减摩、吸振，对应力集中敏感性小等优点，已被应用于制造汽车、拖拉机、机床上关键轴类零件。 (2)轴类零件毛坯 轴类零件毛坯常见有型材（圆棒料）和锻件。大型，外形结构复杂轴也可采取铸件。内燃机中曲轴通常均采取铸件毛坯。 型材毛坯分热轧或冷拉棒料，均适合于光滑轴或直径相差不大阶梯轴。 锻件毛坯经加热锻打后，金属内部纤维组织沿表面分布，所以有较高抗拉、抗弯及抗扭转强度，通常见于关键轴。2外圆表面加工方法和加工方案 2.1外圆表面加工方法及加工精度 轴类、套类和盘类零件是含有外圆表面经典零件。外圆表面常见机械加工方法有车削、磨削和多种光整加工方法。车削加工是外圆表面最经济有效加工方法，但就其经济精度来说，通常适于作为外圆表面粗加工和半精加工方法；磨削加工是外圆表面关键精加工方法，尤其适适用于多种高硬度和淬火后零件精加工；光整加工是精加工后进行超精密加工方法（如滚压、抛光、研磨等），适适用于一些精度和表面质量要求很高零件。 因为多种加工方法所能达成经济加工精度、表面粗糙度、生产率和生产成本各不相同，所以必需依据具体情况，选择合理加工方法，从而加工出满足零件图纸上要求合格零件。 表1 为外圆表面多种加工方案和经济加工精度。表 1外圆表面加工方案 序号 加工方法 经济精度 （公差等级） 经济粗糙度 Ra值/ m 适用范围 1 粗车 IT13-IT11 50-12.5 适适用于淬火钢以外多种金属 2 粗车 -半精车 IT10-IT8 6.3-3.2 3 粗车 -半精车-精车 IT8-IT7 1.6-0.8 4 粗车 -半精车-精车-滚压 IT8-IT7 0.2-0.025 5 粗车 -半精车-磨削 IT8-IT7 0.8-0.4 关键用于淬火钢，也可用于未淬火钢，但不适适用于有色金属 6 粗车 -半精车-粗磨-精磨 IT7-IT6 0.4-0.1 7 粗车 -半精车-粗磨-精磨-超精加工（或轮式超精磨） IT5 0.1-0.012 （或 Rz 0.1） 8 粗车 -半精车-精车-精细车（金刚车） IT7-IT6 0.4-0.025 关键用于要求较高有色金属 9 粗车 -半精车-粗磨-精磨-超精磨（或镜面磨） IT5以上 0.025-0.006 （或 Rz 0.1） 极高精度外圆加工 10 粗车 -半精车-粗磨-精磨-研磨 IT5以上 012 （或 Rz 0.1） 2.2外圆表面车削加工 (1)外圆车削形式 轴类零件外圆表面关键加工方法是车削加工。关键加工形式有： 荒车 自由锻件和大型铸件毛坯，加工余量很大，为了降低毛坯外圆形状误差和位置偏差，使后续工序加工余量均匀，以去除外表面氧化皮为主外圆加工，通常切除余量为单面1-3mm。 粗车 中小型锻、铸件毛坯通常直接进行粗车。粗车关键切去毛坯大部分余量（通常车出阶梯轮廓），在工艺系统刚度许可情况下，应选择较大切削用量以提升生产效率。 半精车 通常作为中等精度表面最终加工工序，也可作为磨削和其它加工工序预加工。对于精度较高毛坯，可不经粗车，直接半精车。 精车 外圆表面加工最终加工工序和光整加工前预加工。 精细车 高精度、细粗糙度表面最终加工工序。适适用于有色金属零件外圆表面加工，但因为有色金属不宜磨削，所以可采取精细车替换磨削加工。 不过，精细车要求机床精度高，刚性好，传动平稳，能微量进给，无爬行现象。车削中采取金刚石或硬质合金刀具，刀具主偏角选大些（ 45 o -90 o ）,刀具刀尖圆弧半径小于0.1-1.0mm，以降低工艺系统中弹性变形及振动。 (2)车削方法应用 1）一般车削 适适用于多种批量轴类零件外圆加工，应用十分广泛。单件小批量常采取卧室车床完成车削加工；中批、大批生产则采取自动、半自动车床和专用车床完成车削加工。 2)数控车削 适适用于单件小批和中批生产。多年来应用愈来愈普遍，其关键优点为柔性好，更换加工零件时设备调整和准备时间短；加工时辅助时间少，可经过优化切削参数和适应控制等提升效率；加工质量好，专用工夹具少，对应生产准备成本低；机床操作技术要求低，不受操作工人技能、视觉、精神、体力等原因影响。对于轴类零件，含有以下特征适宜选择数控车削。 结构或形状复杂，一般加工操作难度大，工时长，加工效率低零件。 加工精度一致性要求较高零件。 切削条件多变零件，如零件因为形状特点需要切槽，车孔，车螺纹等，加工中要数次改变切削用量。 批量不大，但每批品种多变并有一定复杂程度零件。 对带有键槽，径向孔（含螺钉孔）、端面有分布孔（含螺钉孔）系轴类零件，如带法兰轴，带键槽或方头轴，还能够在车削加工中心上加工，除了能进行一般数控车削外，零件上多种槽、孔（含螺钉孔）、面等加工表面也可一并能加工完成。工序高度集中，其加工效率较一般数控车削更高，加工精度也更为稳定可靠。2.3 外圆表面磨削加工 (1)外圆表面磨削工艺范围 用磨具以较高线速度对工件表面进行加工方法称为磨削。磨削加工是一个多刀多刃高速切削方法，它使用于零件精加工和硬表面加工。 磨削工艺范围很广，能够划分为粗磨、精磨、细磨及镜面磨。多种磨削方案所能达成经济加工精度和表面粗糙度值见表 1.1。 磨削加工采取磨具（或磨料）含有颗粒小，硬度高，耐热性好等特点，所以能够加工较硬金属材料和非金属材料，如淬硬钢、硬质合金道具、陶瓷等；加工过程中同时参与切削运动颗粒多，能切除极薄极细切屑，所以加工精度高，表面粗糙度值小。磨削加工作为一个精加工方法，在生产中得到广泛应用。现在，因为强力磨削发展，也可直接将毛坯磨削到所需要尺寸和精度，从而取得了较高生产率。 (2)外圆表面磨削常见方法 1)纵磨法 图 1a，砂轮高速旋转起切削作用，工件旋转作圆周进给运动，并和工作台一起作纵向往复直线进给运动。工作台每往复一次，砂轮沿磨削深度方向完成一次横向进给，每次进给（吃刀深度）全部很小，全部磨削余量是在数次往复行程中完成。当工件磨削靠近最终尺寸时（还有余量0.005-0.01mm），应无横向进给光磨几次，直到火花消失为止。纵磨法加工精度和表面质量较高，适应性强，用同一砂轮可磨削直径和长度不一样工件，但生产率低。在单件、小批量生产及精磨中应用广泛，尤其适适用于磨削细长轴等刚性差工件。 图 1外圆磨床磨削方法 2)横磨法（切入法） 图 1b，磨削时，工件不作纵向往复运动，砂轮以缓慢速度连续或间断地向工件作横向进给运动，直到磨去全部余量。横磨时，工件和砂轮接触面积大，磨削力大，发烧量大而集中，所以易发生工件变形、烧刀和退火。横磨法生产效率高，适适用于成批或大量生产中，磨削长度短、刚性好、精度低外圆表面及两侧全部有台肩轴径。若将砂轮修整成型，也可直接磨削成型面。 3)综合磨法 图 1c，先用横磨法将工件分段进行粗磨，相邻之间有5-15mm搭接，每段上留有0.01-0.03mm精磨余量，精磨时采取纵磨法。这种磨削方法综合了纵磨和横磨优点，适适用于磨削余量较大（余量0.7-0.6mm）工件。 4)深磨法 磨削时采取较小纵向进给量（ 1-2mm/r）和较大吃刀深度（0.2-0.6mm）在一次走刀中磨去全部余量。为避免切削负荷集中和砂轮外圆棱角快速磨钝，应将砂轮修整成锥形或台阶形，外径小台阶起粗磨作用，可修粗些；外径大起精磨作用，修细些。深磨法可取得较高精度和生产率，表面粗糙度值较小，适适用于大批量生产中，加工刚性好短轴。 (3)外圆表面无心磨削 在无心磨床磨削工件外圆时，工件不用顶尖来定心和支撑，而是直接将工件放在砂轮和导轮（用橡胶结合剂作粒度较粗砂轮）之间，由托板支撑，工件被磨削外圆面作定位面，见图 2a。无心外圆磨床有两种磨削方法。 1)贯穿磨削法（纵磨法） 图 2b，磨削时将工件从机床前面放到托板上，推入磨削区，因为导轮轴线在垂直平面内倾斜角（=1 o -6 o ）,导轮和工件接触处线速度v 导 能够分解成水平和垂直两个方向得分速度v 导水平 和v 导垂直 ，v 导垂直 控制工件圆周进给运动，v 导水平 使工件作纵向进给。所以工件进入磨削区后，便既作旋转运动，又作轴向移动，穿过磨削区，工件就磨削完成。角增大，生产率高，但表面粗糙度随之增大；反之，情况相反。为确保导轮和工件呈线接触状态，需将导论形状修整成回转双面曲形。这种磨削方法不适用带台阶圆柱形工件。 2)切入磨削法（横磨法） 先将工件放在托板和导轮之间，然后由工件（连同导轮）或磨削砂轮横向切入进给，磨削工件表面。这时导轮中心线仅倾斜很小角度（约 30）,方便对工件产生一微小轴向推力，使它靠住挡板，得到可靠轴向定位，见图2c。切如磨法适适用于磨削有阶梯或成形回转表面工件，但磨削表面长度不能大于磨削砂轮宽度。 图 2 无心外圆磨削加工示意图 在磨床上磨削外圆表面时，应采取充足切削液，通常磨钢件多用苏打水或乳化液；铝件采取加少许矿物油煤油；铸铁、青铜件通常不用切削液，而用吸尘器清除尘屑。 2.4 外圆表面光整加工 对于超精密零件加工表面往往需要采取特殊加工方法，在特定环境下加工才能达成要求，外圆表面光整加工就是提升零件加工质量特殊加工方法。 (1)研磨 研磨是一个古老、简便可靠表面光整加工方法，属自由磨粒加工。在加工过程中那些直接参与切除工件材料磨粒不像砂轮、油石和沙带、砂纸那样总是固结或涂附在磨具上，而是处于自由游离状态。经研磨表面，尺寸和几何形状精度可达 1-3 m ， 表面粗糙度 Ra值为0.16-0.01 m。若研具精度足够高，其尺寸和几何形状精度可达0.3-0.1 m，表面粗糙度值Ra值小于0.04-0.01 m。 1)研磨原理 研磨是经过研具在一定压力下和加工面作复杂相对运动而完成。研具和工件之间磨粒和研磨剂在相对运动中，分别起机械切削作用和物理、化学作用，使磨粒能从工件表面上切去极薄一层材料，从而得到极高尺寸精度和极细表面粗糙度。 研磨时，有大量磨粒在工件表面浮动着，它们在一定压力下滚动、刮擦和挤压，起着切除细微材料层作用，见图 3所表示，磨粒在研磨塑性材料时，受到压力作用，首先使工件加工面产生裂纹，伴随磨粒运动，裂纹扩大、交错，以致形成了碎片（即切削）最终脱离工件。研具和工件相对运动复杂，磨粒在工件表面上运动不反复，能够除去“高点”。这就是机械切削作用。 研磨时磨粒和工件接触点局部压力很大，所以瞬时产生高温，产生挤压作用，以致使工件表面平滑，表面粗糙度 Ra值下降，这是研磨时产生物理作用。 因为研磨时研磨液中加入硬脂酸或油酸，和覆盖在工件表面氧化物薄膜间还会产生化学作用，使被研表面软化，加速研磨效果。 图 3 研磨时磨粒切削作用 2) 研磨方法 手工研磨 研磨外圆时，工件夹持在车窗卡盘上或用顶尖支撑，作低速回转，研具套在工件上，在研具和工件之间加入研磨剂，然后用手推进研具作往复运动。往复运动速度常选择 20-70m/min为宜。常见研具见图4。图4a为粗研套，孔内有油槽，可储存研磨剂；图6.4b为精研套，无油槽。 机器研磨 机器研磨效率高，能够单面研磨，也能够双面研磨。图 5所表示为一个行星传动式双面研磨机。 图 4外圆研具 图5行星齿轮研磨机 1 -上研磨盘 1-下研磨盘 2-工件 3-工件夹盘 4-内齿圈 5-中心传动齿轮 n 1 -研磨盘转速 n 2 -工件转速 n 3 -工件夹盘转速 n 4 -内齿圈转速 n 5 -中心传动齿轮转速 图中中心齿轮 5带动六个工件2，装夹盘3，该装夹盘本身在传动中就是一个行星齿轮。这六个行星齿轮外圆又同时和一个中心内齿轮4啮合。行星齿轮除了以n 3 转速作自转外，还作公转。研磨盘以n 1 转速旋转，工件则置于行星齿轮（即工件夹盘）槽中，并随行星齿轮和研磨盘作相对运动。 另外，机器研磨不仅能够研磨外圆柱面、内圆柱面，还适适用于平面、球面、半球面表面研磨。 嵌砂和无嵌砂研磨 依据磨料是否嵌入研具，研磨又可分为嵌砂和无嵌砂两种。 A. 嵌砂研磨 研具材料比工件软，组织均匀，含有一定弹性，变形小，表面无斑点等特点。常见材料委会朱铁、铜、铅、软钢等。 在加工中，磨料直接加入工作区域内，磨粒受挤压而自动嵌入研具称自由嵌砂法。若是在加工前，事先将磨料直接挤压到研具表面中去则称强迫嵌砂。此方法关键用于精密量具研磨。 B. 无嵌砂研磨 研具材料较硬，而磨料较软（如氧化铬等）。在研磨过程中，磨粒处于自由状态，不嵌入研具表面。研具材料常选择淬硬过钢、镜面玻璃等。 3) 研磨具和研剂 研磨剂 研磨剂包含磨料、研磨液和辅助材料。 磨料 应含有高硬度，高耐磨性；磨粒要有合适锐利性，在加工中破碎后仍能保持一定锋刃；磨粒尺寸要大致相近，使加工中尽可能有均一工作磨粒。常见研磨磨料见表2所表示。 研磨液 研磨液使磨粒在研具表面上均匀散布，承受一部分研磨压力，以降低磨粒破碎，并兼有冷却、润滑作用。常见研磨液是煤油、汽油、机油、动物油脂等。 辅助材料 辅助材料能使工件表面氧化物薄膜破坏，增加研磨效率。 研具 研磨工具简称研具，其作用是使研磨剂赖以临时固着或取得一定研磨运动，并将本身几何形状按一定方法传输到工件上。所以，制造研具材料对磨料要有合适嵌入性，研具本身几何形状应有长久保持性。 表 2 研磨常见磨料 种类 关键成份 显微硬度 /HV 适用材料 刚玉 AL 2 O 3 -2300 多种碳钢、合金钢、不锈钢 碳化硅 SiC 2800-3400 铸铁、其它非铁金属及其合金（青铜、铝合金）、玻璃陶瓷、石材 碳化硼 B 4 C 4400-5400 高硬钢、镀铬表面、硬质合金 碳硅硼 5700-6200 硬质合金、半导体材料、宝石、陶瓷 金刚石 C 10000 硬质合金、陶瓷、玻璃、水晶、半导体材料、宝石 氧化铬 Cr 2 O 3 淬硬钢及通常金属精细研磨和抛光 4) 研磨特点 研磨能取得其它机械加工较难达成稳定高精度表面，研磨过表面其表面粗糙度细；耐磨性、耐蚀性能良好；操作技术、使用设备、工具简单；被加工材料适应范围广，不管钢、铸铁、还是有色金属均可用研磨方法精加工，尤其对脆性材料更显特色。适适用于多品种小批量产品零件加工，因为只要改变研具形状就能方便地加工出多种形状表面。但必需注意事，研磨质量很大程度取决于前道工序加工质量。 (2) 超精加工 超精加工实际上是摩擦抛光过程，是降低表面粗糙度一个有效光整加工方法。它含有设备简单、操作方便、效果显著、经济性好等优点。 1)超精加工工作原理 超精加工使用细粒度磨条（油石）以较低压力和切削速度对工件表面进行精密加工方法，图 6所表示。 图 6 超精加工运动 加工中有三种运动，即工件回转运动 1；磨头轴向进给运动2；磨条高速往复振动3。这三种运动使磨粒在工件表面形成轨迹是正弦曲线。 超精加工切削过程和磨削、研磨不一样，只能切去工件表面凸峰，当工件表面磨平后，切削作用能自动停止。超精加工大致可分为四个阶段： 强力切削阶段 油石磨粒细，压力小，工件和磨条之间油膜易形成，单位面积上压力大，故切削作用强烈。 正常切削阶段 当少数凸峰磨平后，接触面积上压力降低，切削磨条自锐性作用减弱，进入正常切削阶段。 微弱切削阶段 伴随切削面积增大，单位面积上压力更低，切削作用微弱，且细小切屑形成氧化物而嵌入油石空隙中，使油石产生光滑表面，含有摩擦抛光作用而降低工件表面粗糙度。 自动停止阶段 工件磨平，单位面积上压力极低，工件和磨条之间又形成了油膜，不再窃笑，切削作用自动停止。 2) 超精加工特点 超精加工磨粒运动轨迹复杂，能由切削过程过渡到抛光过程，表面粗糙度Ra值达0.01-0.04 m。 超精加工磨条粒度极细，只能切削工件凸峰，所以加工余量很小，通常为0.005-0.00025mm。 磨条高速往复振动，磨条微刃两面切削，磨屑易于清楚。不会在工件表面形成划痕。 切削速度低，磨条压力小，工件表面不易发烧，不会烧伤表面，也不易使工件表面变形。 超精加工表面耐磨性好。 (3) 双轮珩磨 双轮珩磨也是一个高效光整加工方法。珩磨时工件在两顶尖上以转速 n 旋转（图 7a），两个修整成双曲线磨轮轴线反向倾斜，和工件轴线成 角（图 7b），安装在工件两边，用弹簧3压向工件1。工件靠摩擦力带动珩轮2旋转，同时沿工件轴向作往复运动。磨轮和工件相对滑动速度v使其产生切削力。 双轮珩磨出来工件表面呈黑色镜面，其表面粗糙度 Ra值达0.0012-0.025 m。另外，因为磨轮本身回转，磨损均匀，所以耐用度较高。采取这种加工方法最大特点是对前道工序表面粗糙度要求不高，即使是车削表面，也可直接进行珩磨。但采取这种方法，不能纠正前道工序圆度误差。 图 7 双轮珩磨 (4) 滚压 滚压是冷压加工方法之一，属无屑加工。滚压加工是利用金属产生塑性变形从而达成改变工件表面性能、取得工件尺寸形状目标。 外圆表面滚压加工通常可用多种对应滚压工具，比如滚压轮（图8a）、滚珠（图8b）等在一般卧室车床上对加工表面在常温下进行强行滚压，使工件金属表面产生塑性变形，修正金属表面微观几何形状，减小加工表面粗糙度值，提升工件耐磨性、耐蚀性和疲惫强度。比如经滚压后外圆表面粗糙度可达Ra0.4-0.25 m，硬化层深度0.2-0.05 m，硬度提升5%-20%。 图 8 滚压加工示意图 a)滚轮式 b)滚珠式 滚压加工特点以下： 1）前道工序表面粗糙度Ra小于5 m，压前表面要洁净，直径方向余量为0.02-0.03mm。 2）滚压后工件形状精度及相互位置精度关键取决于前道工序形状位置精度。前工序表面圆柱度、圆度较差则还会出现表面粗糙度不均匀现象。 3）滚压对象通常只适宜塑性材料，并要求材料组织均匀。经滚压后工件表面耐磨性、耐蚀性提升显著。 4）滚压加工生产率高，工艺范围广，不仅能够用来加工外圆表面，对于内孔、端面加工均可采取。 3外圆表面加工常见工艺装备 3.1 常见车刀类型、特点及应用 车刀类型选择决定于生产批量、机床形式、工件形状、加工方法、加工精度及表面粗糙度、工件材料等。现在生产中常见车刀结构形式有焊接式和可转位式两大类。可转位式车刀通常采取机械加固式，用于外圆和端面加工。常见焊接式车刀类型及加工范围见表 3、可转位式车刀见表4。 表 3 焊接式车刀类型和应用 表 4 可转位车刀分类 分类 头部结构 刀 具 几 何 角 度 外圆车刀 直头 90 o 75 o 45 o 60 o 63 o 50 o 72.5 o 偏头 90 o 93 o 95 o 75 o 45 o 60 o 端面车刀 直头 90 o 偏头 90 o 75 o 95 o 93 o 60 o 85 o 3.2 外圆车削工件夹装方法 外圆车削加工时，最常见工件夹装方法见表 5。 表 5最常见车削装夹方法 3.3 砂轮特征和选择 砂轮是磨削加工中最关键一类磨具。砂轮是在磨料中加入结合剂，经压坯、干燥和焙烧而制成多孔体。因为磨料、结合剂及制造工艺不一样，砂轮特征差异很大，所以对磨削加工质量、生产率和经济性有着关键影响。砂轮特征关键是由磨料、力度、结合剂、硬度、组织、形状和尺寸等原因决定。 （1）磨料 磨料是砂轮关键组成部分，它含有很高硬度、耐磨性、耐热性和一定韧性，以承受磨削时切削热和切削力，同时还应含有锋利尖角，以利磨削金属。常见磨料代号、特点及应用范围简表 6 表 6 常见磨料代号、特征及适用范围 系别 名称 代号 关键 成份 显微硬度 （ HV） 颜色 特征 适用范围 氧化物系 棕刚玉 A AL 2 O 3 91-96% 2200-2288 棕褐色 硬度高，韧性好，价格廉价 磨削碳钢、合金钢、可锻铸铁、硬青铜 白钢玉 WA AL 2 O 3 97-99% 2200-2300 白色 硬度高于棕刚玉，磨粒锋利，韧性差 磨削淬硬碳钢、高速钢 碳化物系 黑碳化硅 C SiC 95% 2840-3320 黑色带光泽 硬度高于钢玉，性脆而锋利，有良好导热性和导电性 磨削铸铁、黄铜、铝及非金属 绿碳化硅 GC SiC 99% 3280-3400 绿色带光泽 硬度和脆性高于黑碳化硅，有良好导电性和导热性 磨削硬质合金、宝石、陶瓷、光学玻璃、不锈钢 高硬磨料 立方 氮化硼 CBN 立方 氮化硼 8000-9000 黑色 硬度仅次于金刚石，耐磨性和导电性好，发烧量小 磨削硬质合金、不锈钢、高合金钢等难加工材料 人造 金刚石 MBD 碳结 晶体 10000 乳白色 硬度极高，韧性很差，价格昂贵 磨削硬质合金、宝石、陶瓷等高硬度材料 （2）粒度 粒度是指磨料颗粒尺寸大小。粒度分为磨粒和微粉两类。对于颗粒尺寸大于 40 m磨料，称为磨粒。用筛选法分级，粒度号以磨粒经过筛网上每英寸长度内孔眼数来表示。如60 # 磨粒表示其大小刚好能经过每英寸长度上有60孔眼筛网。对于颗粒尺寸小于40 m磨料，称为微粉。用显微测量法分级，用W和后面数字表示粒度号，其W后数值代表微粉实际尺寸。如W20表示微粉实际尺寸为20 m。 砂轮力度对磨削表面粗糙度和磨削效率影响很大。磨粒粗，磨削深度大，生产率高，但表面粗糙度值大。反之，则磨削深度均匀，表面粗糙度值小。所以粗磨时，通常选粗粒度，精磨时选细粒度。磨软金属时，多选择粗磨粒，磨削脆而硬材料时，则选择较细磨粒。粒度选择见表 7。 表 7 磨料粒度选择 粒度号 颗粒尺寸范围 / m 适用范围 粒度号 颗粒尺寸范围 / m 适用范围 12-36 -1600 500-400 粗磨、荒磨、切断钢坯、打磨毛刺 W40-W20 40-28 20-14 精磨、超精磨、螺纹磨、珩磨 46-80 400-315 200-160 粗磨、半精磨、精磨 W14-W10 14-10 10-7 精磨、精细磨、超精磨、镜面磨 100-280 165-125 50-40 精磨、成型磨、刀具刃磨、珩磨 W7-W3.5 7-5 3.5-2.5 超精磨、镜面磨、制作研磨剂等 （3）结合剂 结合剂是把磨粒粘结在一起组成磨具材料。砂轮强度、抗冲击性、耐热性极耐腐蚀性，关键取决于结合剂种类和性质。常见结合剂种类、性能及适用范围见表 8。 表 8常见结合剂种类、性能及适用范围 种类 代号 性能 用途 陶瓷 V 耐热性、耐腐蚀性好、气孔率大、易保持轮廓、弹性差 应用广泛，适适用于 v50m/s高速磨削，可制成薄片砂轮，用于磨槽、切割等 橡胶 R 强度和弹性更高、气孔率小、耐热性差、磨粒易脱落 适适用于无心磨砂轮和导轮、开槽和切割薄片砂轮、抛光砂轮等 金属 M 韧性和成形性好、强度大、但自锐性差 可制造多种金刚石磨具 （4）硬度 砂轮硬度是指砂轮工作时，磨粒在外力作用下脱落难易程度。砂轮硬，表示磨粒难以脱落；砂轮软，表示砂轮轻易脱落。砂轮硬度等级见表 9。 表 9 砂轮硬度等级及代号 硬度等级 大级 超软 软 中软 中 中硬 硬 超硬 小级 超软 软 1 软 2 软 3 中软 1 中软 2 中 1 中 2 中硬 1 中硬 2 中硬 3 硬 1 硬 2 超硬 代号 D E F G H J K L M N P Q R S T Y 砂轮硬度和磨料硬度是完全不一样两个概念。硬度相同磨料能够制成硬度不一样砂轮，砂轮硬度关键决定于结合剂性质、数量和砂轮制造工艺。比如，结合剂和磨粒粘固程度越高，砂轮硬度越高。 砂轮硬度选择标准是：工件材料硬，砂轮硬度应选择软部分，方便砂轮磨钝磨粒立即脱落，露出锋利新磨粒继续正常磨削；工件材料软，因易于磨削，磨粒不易磨钝，砂轮应选硬部分。但对于有色金属、橡胶、树脂等软材料磨削时，因为切屑轻易堵塞砂轮，应选择较软砂轮。粗磨时，应选择较软砂轮；而精磨、成型磨削时，应选择硬部分砂轮，以保持砂轮必需形状精度。机械加工中常见砂轮硬度等级为 H至N（软2-中2）。 （5）组织 砂轮组织是指组成砂轮磨粒、结合剂、气孔三部分体积百分比关系。通常以磨粒所占砂轮体积百分比来分级。砂轮有三种组织状态：紧密、中等、疏松；细分成 0-14号间，共15级。组织号越小，磨粒所占百分比越大，砂轮越紧密；反之，组织号越大，磨粒百分比越小，砂轮越疏松，见表10。 表 10 砂轮组织分类 组织号 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 磨粒率 % 62 60 58 56 54 52 50 48 46 44 42 40 38 36 34 类别 紧密 中等 疏松 应用 精磨、成型磨 淬火工件、刀具 韧性大和硬度低金属 (6）形状和尺寸 砂轮形状和尺寸是依据磨床类型、加工方法及工件加工要求来确定。常见砂轮名称、形状简图、代号和关键用途见表 11。 表 11 常见砂轮形状、代号和用途 砂轮特征均标识在砂轮侧面上，其次序是：形状代号、尺寸、磨料、粒度号、硬度、组织号、结合剂、线速度。比如：外径 300mm，厚度50mm，孔径75mm，棕刚玉，粒度60，硬度L，5号组织，陶瓷结合剂，最高工作线速度35m/s平行砂轮，其标识为：砂轮1-300 50 75-A60L5V-35m/s。 4经典轴类零件加工工艺分析 4.1 轴类零件加工工艺分析 (1)轴类零件加工工艺路线 1)基础加工路线 外圆加工方法很多，基础加工路线可归纳为四条。 粗车半精车精车 对于通常常见材料，这是外圆表面加工采取最关键工艺路线。 粗车半精车粗磨精磨 对于黑色金属材料，精度要求高和表面粗糙度值要求较小、零件需要淬硬时，其后续工序只能用磨削而采取加工路线。 粗车半精车精车金刚石车 对于有色金属，用磨削加工通常不易得到所要求表面粗糙度，因为有色金属通常比较软，轻易堵塞沙粒间空隙，所以其最终工序多用精车和金刚石车。 粗车半精粗磨精磨光整加工 对于黑色金属材料淬硬零件，精度要求高和表面粗糙度值要求很小，常见此加工路线。 2)经典加工工艺路线 轴类零件关键加工表面是外圆表面，也还有常见特特形表面，所以针对多种精度等级和表面粗糙度要求，按经济精度选择加工方法。 对一般精度轴类零件加工，其经典工艺路线以下： 毛坯及其热处理预加工车削外圆铣键槽（花键槽、沟槽）热处理磨削终检。 (1)轴类零件预加工 轴类零件预加工是指加工准备工序，即车削外圆之前工艺。 校直 毛坯在制造、运输和保管过程中，常会发生弯曲变形，为确保加工余量均匀及装夹可靠，通常冷态下在多种压力机或校值机上进行校值， (2) 轴类零件加工定位基准和装夹 1）以工件中心孔定位 在轴加工中，零件各外圆表面，锥孔、螺纹表面同轴度，端面对旋转轴线垂直度是其相互位置精度关键项目，这些表面设计基准通常全部是轴中心线，若用两中心孔定位，符合基准重合标准。中心孔不仅是车削时定为基准，也是其它加工工序定位基准和检验基准，又符合基准统一标准。当采取两中心孔定位时，还能够最大程度地在一次装夹中加工出多个外圆和端面。 2）以外圆和中心孔作为定位基准（一夹一顶） 用两中心孔定位即使定心精度高，但刚性差，尤其是加工较重工件时不够稳固，切削用量也不能太大。粗加工时，为了提升零件刚度，可采取轴外圆表面和一中心孔作为定位基准来加工。这种定位方法能承受较大切削力矩，是轴类零件最常见一个定位方法。 3）以两外圆表面作为定位基准 在加工空心轴内孔时，（比如：机床上莫氏锥度内孔加工），不能采取中心孔作为定位基准，可用轴两外圆表面作为定位基准。当工件是机床主轴时，常以两支撑轴颈（装配基准）为定位基准，可确保锥孔相对支撑轴颈同轴度要求，消除基准不重合而引发误差。 4）以带有中心孔锥堵作为定位基准 在加工空心轴外圆表面时，往往还采取代中心孔锥堵或锥套心轴作为定位基准，见图9所表示。 锥堵或锥套心轴应含有较高精度，锥堵和锥套心轴上中心孔即是其本身制造定位基准，又是空心轴外圆精加工基准。所以必需确保锥堵或锥套心轴上锥面和中心孔有较高同轴度。在装夹中应尽可能降低锥堵安装此书，降低反复安装误差。实际生产中，锥堵安装后，中途加工通常不得拆下和更换，直至加工完成。 图 9 锥堵和锥套心轴 a)锥堵 b）锥套心轴 4.2 阶梯轴加工工艺过程实例 图 10 所表示为一蜗杆轴，材料选择