轴类零件加工.pptx

轴类零件加工轴类零件加工 一一.概述概述功用功用 支承传动件、传递扭矩或运动、承受载荷。（一）轴类零件的功用与结构特点（一）轴类零件的功用与结构特点 特点特点 回转体零件，长度大于直径 加工表面为圆柱面、圆锥面、端面、沟槽、圆弧、螺纹、键槽、花键、其他表面 有一定的回转精度。轴类零件的分类 光滑轴；阶梯轴；空心轴；异形轴（曲轴、齿轮轴、偏心轴、十字轴、凸轮轴、花键轴）。（二）轴类零件的技术要求（二）轴类零件的技术要求按功用和工作条件按功用和工作条件1、尺寸精度和几何形状精度、尺寸精度和几何形状精度轴颈是轴类零件的重要表面.轴颈直径精度根据使用要求通常为IT6IT9,有时可达IT5。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。2、位置精度、位置精度配合轴颈配合轴颈(装配传动件的轴颈)相对支承轴颈支承轴颈(装配轴承的轴颈)的同轴度以及轴颈与支承端面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0.010.03mm,高精度的轴为0.0010.005mm。端面圆跳动为0.0050.01mm。3 3、表面粗糙度、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Ra0.630.16m。配合轴颈的表面粗糙度Ra为2.50.63m。下图为CA6140型车床主轴简图,在该图上标明了主要技术要求。（三）（三）轴类零件的材料及毛坯轴类零件的材料及毛坯一般轴类45钢，正火、调质、淬火。中等精度和转速较高40Cr等合金结构钢，调质和表面淬火。高精度轴轴承钢GCr15、弹簧钢65Mn，调质和表面淬火。高转速和重载荷20CrMnTi、20Cr，38CrMoAl，渗碳淬火或氮化。结构复杂（曲轴）HT400、QT600、QT450、QT400。1、轴类零件的材料轴类零件的材料2、轴类零件的毛坯轴类零件的毛坯一般轴棒料重要轴锻件大型、结构复杂轴铸件 单件小批生产自由锻；成批大量生产模锻 轴轴类类零零件件在在机机械械中中起起着着突突出出的的作作用用，工工作作中中受受弯弯曲曲、扭扭转转和和交交变变载载荷荷，有有时时还还得得承承受受一一定定冲冲击击性性载载荷荷。支支承承轴轴颈颈处处还还要要承承受受磨磨擦擦，产产生生摩摩擦擦热热。为为了了保保证证轴轴件件的的正正常常工工作作，轴轴件件的的加加工工质质量量至关重要。这就需要解决好轴件加工的工艺问题。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二、轴类零件机械加工的主要工艺问题 工工艺艺的的关关键键问问题题在在于于防防止止弯弯曲曲变变形形、残残余余内内应应力力和和微微观观裂裂纹纹的的产产生生。为为了了保保证证轴轴件件的的质质量量，机械加工中必须解决好一下主要工艺问题：机械加工中必须解决好一下主要工艺问题：轴类零件的定位基准轴类零件的定位基准,最常用的是两中心孔最常用的是两中心孔。因因为为轴轴类类零零件件各各外外圆圆表表面面、锥锥孔孔、螺螺纹纹等等表表面面的的设设计计基基准准都都是是轴轴的的中中心心线线,采采用用两两中中心心孔孔定定位位,既既符符合合基基准准重重合合原原则则又又符符合合基基准准统统一一原原则则。能能保保证证工工件在多次调头装夹中获得较高的位置精度件在多次调头装夹中获得较高的位置精度。粗粗加加工工时时常常采采用用轴轴的的外外圆圆表表面面或或外外圆圆表表面面与与中中心孔组合作为定位基准。心孔组合作为定位基准。1.定位基准的选择定位基准的选择（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。（2）两顶尖支承定位时，不宜用大的切削量加工，用于精加工。（3）当轴的长径比较小，轴上个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。孔孔径径较较小小时时，直直接接加加工工出出长长2mm2mm，角角度度为为6060o o的的内锥面代替中心孔。内锥面代替中心孔。锥堵与锥套心轴 采采用用锥锥堵堵应应注注意意以以下下几几点点:锥锥堵堵应应具具有有较较高高的的精精度度,其其中中心心孔孔既既是是锥锥堵堵本本身身制制造造的的定定位位基基准准,又又是是磨磨削削空空心心轴轴的的精精基基准准,因因而而必必须须保保证证锥锥堵堵的的锥锥面面与与中中心心孔有较高的同轴度。孔有较高的同轴度。另另外外,在在使使用用锥锥堵堵时时,应应尽尽量量减减少少锥锥堵堵装装夹夹次次数数。这这是是因因为为工工件件锥锥孔孔与与锥锥堵堵的的锥锥角角不不可可能能完完全全一一样样,重重新新装装夹夹势势必必引引起起装装夹夹误误差差,故故中中、小小批批生生产产时时,锥锥堵堵安装后一般不中途更换。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。性能，为后续热处理做准备；去除内应力。2.加工阶段的划分加工阶段的划分2)半精加工阶段:半精车外圆 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。原原原原则则则则：先先粗粗后后精精、粗粗精精分分开开；基基准准先先行行、防防止止变变形形 1)1)基准先行基准先行 在在安安排排机机械械加加工工工工艺艺时时,总总是是先先加加工工好好定定位位基基准准面面,即即基基准准先先行行。轴轴件件加加工工也也总总是是首首先先安安排排铣铣端端面面钻钻中心孔中心孔,以便为后续工序准备好定位基准。以便为后续工序准备好定位基准。3.工序顺序的安排工序顺序的安排2)2)轴中心深孔加工的安排轴中心深孔加工的安排 为为了了使使中中心心孔孔能能够够在在多多道道工工序序中中使使用用,希希望望深深孔孔加加工工安安排排在在最最后后。但但是是,深深孔孔加加工工属属粗粗加加工工,余余量量大大,发发热热多多,变变形形也也大大,会会使使得得加加工工精精度度难难以以保保持持,故故不不能能放到最后放到最后（轴端小孔可放在最后加工）。（轴端小孔可放在最后加工）。一一般般深深孔孔加加工工安安排排在在外外圆圆粗粗车车之之后后,以以便便有有一一个个较较为为精精确确的的轴轴颈颈作作定定位位基基准准用用来来搭搭中中心心架架,这这样样加加工工出出的孔容易保证壁厚均匀。的孔容易保证壁厚均匀。3)3)先外后内与先大后小先外后内与先大后小先外后内与先大后小先外后内与先大后小 先加工外圆先加工外圆,再以外圆定位加工内孔。再以外圆定位加工内孔。加加工工阶阶梯梯外外圆圆时时,先先加加工工直直径径较较大大的的,后后加加工工直直径较小的径较小的,这样可避免过早地削弱工件的刚度。这样可避免过早地削弱工件的刚度。加加工工阶阶梯梯深深孔孔时时,先先加加工工直直径径较较大大的的,后后加加工工直直径较小的径较小的,这样便于使用刚度较大的孔加工工具。这样便于使用刚度较大的孔加工工具。4)4)次要表面加工的安排。次要表面加工的安排。次要表面加工的安排。次要表面加工的安排。轴轴上上的的花花键键、键键槽槽、螺螺纹纹等等次次要要表表面面加加工工,通通常常均均安安排排在在外外圆圆精精车车或或粗粗磨磨之之后后、精精磨磨外外圆圆之之前前进进行。行。如如果果精精车车前前就就铣铣出出键键槽槽,精精车车时时因因断断续续切切削削而而易易产产生生振振动动,既既影影响响加加工工质质量量,又又容容易易损损坏坏刀刀具具,也也难难控制键槽的深度。控制键槽的深度。次次要要表表面面加加工工也也不不能能放放到到主主要要表表面面精精磨磨之之后后,否否则会破坏主要表面已获得的精度。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。主要表面精加工的安排。主主要要配配合合表表面面的的精精加加工工应应放放在在最最后后，防防止止因因加加工其他表面对其已加工面造成损伤。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：应注意：使用中心架、跟刀架或反向切削等使用中心架、跟刀架或反向切削等 7)热处理工序的安排。热处理工序的安排。热热处处理理工工序序应应根根据据其其目目的的的的不不同同，穿穿插插于于粗粗加加工、半精加工、精加工各加工阶段之间。工、半精加工、精加工各加工阶段之间。轴轴类类零零件件的的使使用用性性能能除除与与所所选选钢钢材材种种类类有有关关外外,还还与所采用的热处理关系密切。与所采用的热处理关系密切。作用：作用：改善切削性能、去除内应力、提高机械性能。改善切削性能、去除内应力、提高机械性能。（1 1）锻锻造造毛毛坯坯在在机机加加工工前前,均均需需安安排排正正火火或或退退火火处处理理(含含碳碳量量大大于于(C C)=0.7)=0.7的的碳碳钢钢和和合合金金钢钢),),以以使使钢钢材材内内部部晶晶粒粒细细化化,消消除除锻锻造造应应力力,降降低低材材料料硬硬度度,改改善善切切削削加工性能。加工性能。（2 2）为为了了获获得得较较好好的的综综合合力力学学性性能能,轴轴类类零零件件常常要要求求调质处理调质处理，一般分两种情况：，一般分两种情况：4.轴类零件的热处理及其安排轴类零件的热处理及其安排毛毛坯坯余余量量大大时时,调调质质安安排排在在粗粗车车之之后后、半半精精车车之之前前,以以 便消除粗车时产生的残余应力。便消除粗车时产生的残余应力。毛坯余量小时毛坯余量小时,调质可安排在粗车之前进行。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，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。体组织精加工后表面粗糙度较小。（3）表表面面淬淬火火一一般般安安排排在在精精加加工工阶阶段段之之前前,半半精精加加工工阶阶段段之之后后，使使工工作作表表面面获获得得一一定定的的硬硬化化层层，提高零件的耐磨性能。提高零件的耐磨性能。（4）对对精精度度要要求求高高的的轴轴,在在局局部部淬淬火火后后或或粗粗磨磨之之后后,还还需需进进行行低低温温时时效效处处理理(在在160油油中中进进行行长长时间的低温时效时间的低温时效),以保证尺寸的稳定。以保证尺寸的稳定。（5）渗渗 氮氮 处处 理理。常常 用用 材材 料料 为为 氮氮 化化 钢钢38GrMoAl。需需在在渗渗氮氮之之前前进进行行调调质质和和低低温温时时效效处处理理。对对调调质质的的质质量量要要求求也也很很严严格格,不不仅仅要要求求调调质质后后索索氏氏体体组组织织要要均均匀匀细细化化,而而且且要要求求离离表表面面0.80.10mm层层内内铁铁素素体体含含量量不不超超过过(C)5,否否则会造成氮化脆性而影响其质量。则会造成氮化脆性而影响其质量。尺寸检验 形状检验 位置检验 5.轴类零件的检验轴类零件的检验1.1.多刀半自动车削和仿形车削多刀半自动车削和仿形车削轴轴类类零零件件批批量量较较大大时时,多多采采用用多多刀刀切切削削和和仿仿形形加加工工。下图为多刀切削下图为多刀切削;多多刀刀切切削削是是指指用用两两把把或或两两把把以以上上刀刀具具同同时时加加工工工工件件上上的的几几个个表表面面。多多刀刀切切削削可可以以把把几几个个工工步步合合并并起起来来,使使机机动动时时间间重重叠叠。要要指指出出的的是是,这这种种加加工工方方法法调调整整刀刀具具时间较多时间较多,且切削力较大且切削力较大,要求机床的刚性及功率要大。要求机床的刚性及功率要大。三、轴类零件的先进加工方法三、轴类零件的先进加工方法多刀车削 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。仿形加工仿形加工 1)1)高速磨削高速磨削砂砂轮轮线线速速度度高高于于606080m/s80m/s的的磨磨削削,称称为为高高速速磨削。高速磨削有以下特点磨削。高速磨削有以下特点:(1)(1)提提高高了了生生产产率率。砂砂轮轮速速度度提提高高后后,单单位位时时间间进进入入磨磨削削的的磨磨粒粒数数成成比比例例增增加加,如如果果还还保保持持每每颗颗磨磨粒粒切切屑屑厚厚度度与与普普通通磨磨削削相相同同,则则进进给给量量可可以以成成比比例加大例加大,磨削时间相应缩短。磨削时间相应缩短。2.高速磨削、强力磨削和砂带磨削高速磨削、强力磨削和砂带磨削(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。2)2)2)2)强力磨削强力磨削强力磨削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6mm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)3)3)3)砂带磨削砂带磨削砂带磨削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 油石加压力振动纵向进给，工件低速回转不重复轨迹。强烈切削阶段压强大，油膜被破坏，切削作用强烈 正常切削阶段压强降低,切削作用减弱 微弱切削阶段压强更低，摩擦抛光作用3、超精加工自动停止切削阶段压强很小,形成油膜，切削作用停止 磨粒摩擦抛光，交叉网纹Ra 0.010.1m，速度低,压力小,发热少,表面不烧伤，不能纠正形状和位置误差 研具与加工面相对运动，磨粒、研磨剂研去材料 机械切削作用磨粒受压刮擦和挤压切除微细材料 物理作用磨粒局部压力大高温、挤压作用 化学作用研磨剂表面氧化变软，加速研磨 运动较复杂轨迹不重复，Ra 0.010.2m4、研磨能提高尺寸形状精度不提高位置精度设备简便 生产率低，手研劳动强度大滚轮或滚珠滚轮或滚珠加压加压弹性和塑性变形弹性和塑性变形 降低表面粗糙度值（降低表面粗糙度值（Ra 0.05a 0.050.4m0.4m），），不提不提高形状和位置精度高形状和位置精度 金属晶粒变细，纤维状金属晶粒变细，纤维状残余压应力残余压应力抗疲劳抗疲劳强度、耐磨性和耐腐蚀性高强度、耐磨性和耐腐蚀性高 设备简单，生产率高，工艺范围广。适用于塑设备简单，生产率高，工艺范围广。适用于塑性材料。性材料。5、滚压、滚压2.CA61402.CA6140型车床型车床主轴加工主轴加工工艺过程工艺过程 四、轴类零件加工实例四、轴类零件加工实例1.1.半轴半轴加工工艺过程加工工艺过程 锻造毛坯锻造毛坯 正火（退火）正火（退火）粗车粗车 调质处理调质处理 精车精车 各次要表面加工各次要表面加工 表面淬火表面淬火 磨削、精密磨削磨削、精密磨削p轴件的加工路线：轴件的加工路线：轴件的加工路线：轴件的加工路线：1.半轴加工工艺过程半轴加工工艺过程工序号工序号 工序名称工序名称 设备设备 夹具夹具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60 精车小头 仿形车床 卡盘.顶尖70 车槽 车床 顶尖 工序号工序号 工序名称工序名称 设备设备 夹具夹具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120 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150 磨外圆（38）磨床 顶尖160 钻孔.攻螺纹 车床 三爪卡盘工序工序10 铣端面钻中心孔铣端面钻中心孔工序工序 20，30 粗车粗车3240.5工序工序 50，60 精车精车38.40+0.1530-0.140-0.140-0.140-0.140工序工序 70 车槽车槽0-0.34工序工序 80，90 铣花键铣花键56工序工序 100 铣平键铣平键+-0.0.2008工序 110 去毛刺工序130 磨花键外圆及端面 R3R3300-0.13工序工序 140，150 磨外圆磨外圆380-0.160-0.16工序工序 160 钻孔攻丝钻孔攻丝M8-7H16232，车床主轴的加工工艺，车床主轴的加工工艺主要技术要求有：支承轴颈A、B：圆度、圆跳动0.005，接触率70%，IT5级，Ra0.4 莫氏锥孔：圆跳动，近0.005，远0.01，接触率70%，Ra0.4，淬硬 短锥C和端面D：圆跳动0.008，Ra0.8，淬硬 配合轴颈：尺寸IT56级，圆跳动0.015 其他表面：定位轴肩与中心线的垂直度，螺纹与中心线的同轴度等 材料45钢，毛坯为模锻件，大批量生产 主轴加工工艺过程略CA6140CA6140型车床主轴加工工艺过程简表型车床主轴加工工艺过程简表CA6140CA6140型车床主轴加工工艺过程简表型车床主轴加工工艺过程简表CA6140CA6140型车床主轴加工工艺过程简表型车床主轴加工工艺过程简表CA6140CA6140型车床主轴加工工艺过程简表型车床主轴加工工艺过程简表CA6140CA6140型车床主轴加工工艺过程简表型车床主轴加工工艺过程简表CA6140CA6140型车床主轴加工工艺过程简表型车床主轴加工工艺过程简表CA6140CA6140型车床主轴加工工艺过程简表型车床主轴加工工艺过程简表专用夹具保证加工精度6、主轴锥孔的磨削磨主轴锥孔夹具 3、半轴的加工工艺、半轴的加工工艺