轴类零件的作用特点及分类车床主轴的功用和结构特点及设计要.pptx

1第一节 轴类零件加工一、概述1轴类零件的作用、特点及分类轴类零件的作用l支撑传动零件；l承受载荷；l传递扭矩。第五章 典型零件加工工艺过程2轴类零件的特点l长度大于直径；l加工表面为内外圆柱面、圆锥面、螺纹、花键、沟槽等；l有一定的回转精度。轴类零件的分类l光滑轴；l阶梯轴；l空心轴；l异形轴（曲轴、齿轮轴、偏心轴、十字轴、凸轮轴、花键轴）。第五章 典型零件加工工艺过程3 图图5-1 轴的种类轴的种类(a)光轴光轴 (b)空心轴空心轴 (c)半轴半轴 (d)阶梯轴阶梯轴 (e)花键轴花键轴(f)十字轴十字轴 (g)偏心轴偏心轴 (h)曲轴曲轴 (i)凸轮轴凸轮轴 第五章 典型零件加工工艺过程42.轴类零件的主要技术要求轴类零件的主要技术要求 加工精度加工精度 尺寸精度尺寸精度：一是支承轴颈，用于确定轴的位置：一是支承轴颈，用于确定轴的位置并支承轴，通常为并支承轴，通常为IT 5IT7；二是配合轴颈，常为；二是配合轴颈，常为IT6IT9。形状精度形状精度：主要指轴颈表面、外圆锥面、锥孔：主要指轴颈表面、外圆锥面、锥孔等重要表面的圆度、圆柱度。一般应限制在尺寸公等重要表面的圆度、圆柱度。一般应限制在尺寸公差范围内，精密轴，另行规定其几何形状精度。差范围内，精密轴，另行规定其几何形状精度。位置精度位置精度：包括内、外表面、重要轴面的同轴：包括内、外表面、重要轴面的同轴度、圆的径向跳动、重要端面对轴心线的垂直度、度、圆的径向跳动、重要端面对轴心线的垂直度、端面间的平行度等。端面间的平行度等。第五章 典型零件加工工艺过程53.3.轴类零件的材料、毛坯及热处理轴类零件的材料、毛坯及热处理 (1)(1)轴类零件的轴类零件的材料及毛坯材料及毛坯 材料材料 常用常用4545钢，钢，精度较高：精度较高：40Cr40Cr、GCr15GCr15、65Mn65Mn，球墨铸铁；，球墨铸铁；高速、重载轴：高速、重载轴：20CrMnTi20CrMnTi、20Mn2B20Mn2B、20Cr20Cr或或38CrMoAl38CrMoAl等。等。毛坯毛坯 常用圆棒料；常用圆棒料；锻件：毛坯经过加热锻造后，可使金属内部锻件：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，获得较高的抗拉、抗纤维组织沿表面均匀分布，获得较高的抗拉、抗弯及抗扭强度。弯及抗扭强度。铸件：大型或结构复杂的轴。铸件：大型或结构复杂的轴。第五章 典型零件加工工艺过程6 轴类零件的热处理轴类零件的热处理 正火正火或或退火：退火：锻造毛坯，可以细化晶粒，消锻造毛坯，可以细化晶粒，消除应力，降低硬度，改善切削加工性能。除应力，降低硬度，改善切削加工性能。调质调质：安排在粗车之后、半精车之前，以获：安排在粗车之后、半精车之前，以获得良好的物理力学性能。得良好的物理力学性能。表面淬火表面淬火：安排在精加工之前，这样可以纠：安排在精加工之前，这样可以纠正因淬火引起的局部变形。正因淬火引起的局部变形。低温时效处理：低温时效处理：精度要求高的轴，在局部淬精度要求高的轴，在局部淬火或粗磨之后进行。火或粗磨之后进行。第五章 典型零件加工工艺过程7 图 5-2 CA6140车床主轴简图 第五章 典型零件加工工艺过程8车床主轴的结构特点l既是阶梯轴，又是空心轴；是长径比小于12的刚性轴；l不但传递旋转运动和扭矩，而且是工件或刀具回转精度的基础；l主要加工表面有内外圆柱面、圆锥面，次要表面有螺纹、花键、沟槽、端面结合孔等l机械加工工艺主要是车削、磨削，其次是铣削和钻削。第五章 典型零件加工工艺过程9 特别值得注意的工艺问题有：特别值得注意的工艺问题有：1)定位基准的选择；2)加工顺序的安排；3)深孔加工；4)热处理变形。车床主轴的功用l承受扭转力矩；l承受弯曲力矩；l保证回转运动精度。第五章 典型零件加工工艺过程10车床主轴的设计要求l扭转和弯曲刚度高；l回转精度高（径向圆跳动、端面圆跳动、回转轴线稳定）；l制造精度高：1)结构尺寸及动态特性要好；2)主轴本身及其轴承精度高；3)轴承的结构和润滑；4)齿轮的布置；5)固定件的平衡等。第五章 典型零件加工工艺过程11主轴结构的设计要求：l1)合理的结构设计；l2)足够的刚度；l3)有具有一定的尺寸、形状、位置精度和表面质量；l4)足够的耐磨性、抗振性及尺寸稳定性l5)足够的抗疲劳强度第五章 典型零件加工工艺过程12 3车床主轴技术条件的分析主轴支承轴颈的技术要求l支承轴颈是主轴的装配基准，其精度直接影响主轴的回转精度；主轴上各重要表面又以支承轴颈为设计基准，有严格的位置要求；l支承轴颈为三支承结构，并且跨度大；第五章 典型零件加工工艺过程13l支承轴颈采用锥面(1：12)结构，接触率70%，可用来调整轴承间隙；l中间支承为IT5IT6，粗糙度为：l支承轴颈圆度误差为0.005mm，径向跳动为0.005mm；l其他外圆的圆度要求，误差小于50%尺寸公差，高精度者为510%；l轴颈与有关表面的同轴度误差应很小。第五章 典型零件加工工艺过程14主轴工作表面（锥孔）的技术要求l用来安装顶尖或刀具锥柄的；是定心表面；l对锥面的尺寸精度、形状精度、粗糙度、接触精度都要求高；l轴心线应与支承轴颈同轴；l锥孔对轴颈的径向圆跳动近轴端为0.005，离轴端300处为0.01，锥面接触率70%，粗糙度 ，硬度HRC4850。第五章 典型零件加工工艺过程15主轴轴端外锥（短锥）的技术要求l用来安装卡盘或花盘的；也是定心表面；l对锥面的尺寸精度、形状精度、粗糙度、接触精度都要求高；l轴心线应与支承轴颈同轴；l对支承轴颈的径向圆跳动为0.008；端面圆跳动为0.008；l粗糙度 ，硬度为HRC4550。第五章 典型零件加工工艺过程16空套齿轮轴颈的技术要求l影响传动的平稳性；可能导致噪声；l有同轴度要求，对支承轴颈的径向圆跳动为0.010.015；l尺寸精度要求为IT5IT6；第五章 典型零件加工工艺过程17螺纹的技术要求l用来固定零件或调整轴承间隙；l螺母的端面圆跳动（应0.05）会影响轴承的内环轴线倾斜；l螺母与轴颈的同轴度误差0.025；l螺纹精度为6h。第五章 典型零件加工工艺过程18主轴各表面的表面层要求l要有较高的耐磨性；l要有适当的硬度（HRC45以上），以改善其装配工艺性和装配精度；l表面粗糙度 。第五章 典型零件加工工艺过程194.主轴的机械加工工艺过程主轴加工工艺过程制订的依据l主轴的结构；技术要求；生产批量；设备条件。主轴加工工艺过程l批量：大批；材料：45钢；毛坯：模锻件第五章 典型零件加工工艺过程20工艺过程：分为三个阶段：l粗加工：工序16l半精加工：工序713（7为预备）l精加工：工序1426（14为预备）第五章 典型零件加工工艺过程21第五章 典型零件加工工艺过程22第五章 典型零件加工工艺过程23第五章 典型零件加工工艺过程24第五章 典型零件加工工艺过程25第五章 典型零件加工工艺过程26第五章 典型零件加工工艺过程27第五章 典型零件加工工艺过程28第五章 典型零件加工工艺过程29第五章 典型零件加工工艺过程30 5.主轴加工工艺过程分析主轴毛坯的制造方法l自由锻件：小批量或单件生产；l模锻件：大批量生产。第五章 典型零件加工工艺过程31主轴的材料和热处理 热处理工序的安排l毛坯热处理：去锻造应力，细化晶粒；l切削前正火（预备热处理）：改善切削加工性能和机械-物理性能；去锻造应力；l半精加工前调质：去应力，改善切削加工性能，提高综合机械性能；l精加工前局部高频淬火：提高运动表面耐磨性；l精加工后的定性处理：低温时效和冰冷处理。第五章 典型零件加工工艺过程32加工阶段的划分 如前所述，分为三个阶段。l鉴于主轴的技术要求高，毛坯为模锻件，加工余量大，精度高，故应分阶段加工；l分粗、精加工阶段有利于去应力并可加入热处理；l多次切削有利于消除复映误差；l粗、精加工二阶段应间隔一定时间；l粗、精加工二阶段应分粗、精加工机床进行，合理利用设备，保护机床。第五章 典型零件加工工艺过程33定位基准的选择l应使定位基准与装配基准重合；l一次安装应多加工几个面；l注意零件的主要精度指标：同轴度、圆度、径向跳动；l主轴的定位过程较复杂：有顶尖、锥堵、支承表面等作为定位基准。第五章 典型零件加工工艺过程34加工顺序的安排和工序的确定 三种方案：l1)粗加工外圆钻深孔精加工外圆粗加工锥孔精加工锥孔l2)粗加工外圆钻深孔粗加工锥孔精加工锥孔精加工外圆l3)粗加工外圆钻深孔精加工外圆精加工外圆精加工锥孔第五章 典型零件加工工艺过程35l工序确定的两个原则1)工序中所用的基准应在该工序前加工；2)各表面要粗、精基准分开，先粗后精，多次加工，逐步提高精度。l淬硬表面的键槽、螺纹等应在淬火前加工；l非淬硬表面的键槽、螺纹等应在精车后、精磨前加工；l检验工序安排在适当工序之后，必要还应探伤。第五章 典型零件加工工艺过程366.主轴加工中的几个工艺问题锥堵和锥堵心轴的使用l锥堵和锥堵心轴的功用：空心轴加工通孔后，定位基准顶尖孔被破坏。通孔直径小时，可直接在孔口倒出一60锥面代替中心孔；当通孔直径较大时，要采用锥堵或锥堵心轴。l设计锥堵和锥堵心轴时应注意的问题 1)不中途更换或拆装，以免增加安装误差 2)锥堵和锥堵心轴要求两个锥面同轴第五章 典型零件加工工艺过程37第五章 典型零件加工工艺过程38顶尖孔的研磨 研磨的必要性l1)顶尖孔是定位基准，对精度和质量有直接影响l2)顶尖孔的深度：影响定位轴向位置，因而影响余量分布(批量生产时)l3)两顶尖孔同轴度：影响同轴度、影响位置精度第五章 典型零件加工工艺过程39l4)顶尖孔锥角和圆度误差：直接反映到工件的圆度上l5)热处理、切削力、重力等的影响，会损坏顶尖孔的精度l6)热处理后和磨削加工前需要消除误差 研磨方法l1)用铸铁顶尖研磨；l2)用油石或橡胶砂轮夹在车床的卡盘上，用金刚钻研磨；l3)用硬质合金顶尖刮研。第五章 典型零件加工工艺过程40第五章 典型零件加工工艺过程41外圆表面的车削加工 车削加工的工艺作用l1)粗加工：切除大部分余量；l2)半精加工：修整预备热处理后的变形；l3)精加工：使磨削前各表面具有一定的同轴度和合理的磨削余量；精加工螺纹及各端面等。第五章 典型零件加工工艺过程42车削加工值得考虑的问题l1)生产效率；l2)工序精度（复映误差）；l3)劳动强度。车削加工的设备l1)单件、小批：普通车床l2)成批生产：液压仿形车床l3)大批量生产：液压仿形、多刀半自动车床第五章 典型零件加工工艺过程43主轴深孔的加工 深孔加工的难点l刀具细长，刚性差，易振动，易引偏；l排屑困难；l钻头散热条件差，冷却困难，易失去切削能力。第五章 典型零件加工工艺过程44 采取措施l采用工件旋转、刀具进给的加工方法，使钻头自定中心；l采用特殊结构的深孔钻；l预先加工一导向孔，防止引偏；l采用压力输送切削润滑液，既使冷却充分，又使切屑排出。第五章 典型零件加工工艺过程45主轴锥孔的加工 主轴锥孔的作用及要求l主轴锥孔是安装顶尖的定位面；l主轴支承轴颈及主轴前端短锥的同轴度要求较高。第五章 典型零件加工工艺过程46 磨削主轴锥孔一般以支承轴颈作为定位基准，有三种安装方式：l前支承装于中心架，后支承用卡盘装夹l前、后支承装于两个中心架，用万向节与主轴相联；l采用专用夹具。第五章 典型零件加工工艺过程47第五章 典型零件加工工艺过程48 剖分轴承、V型夹具、浮动卡头等，使磨头误差及机床振动不影响工件。l由底座、支承架及浮动卡头三部分组成；前、后两支架与底座连成一体l作为工件定位的V形架镶有硬质合金，以提高耐磨性l工件的中心高应与磨头砂轮轴中心等高l后端的浮动卡头装在磨床主轴的锥孔内第五章 典型零件加工工艺过程49l工件尾部插入弹性套内l通过弹簧将弹性套（浮动卡头外壳）连同工件向后拉l钢球1压向镶有硬质合金的锥柄3端面，依靠弹簧2的涨力限制工件的轴向窜动l该联接方式只传递扭矩，排除磨头和机床误差对加工精度的干扰第五章 典型零件加工工艺过程50主轴各外圆表面的精加工和光整加工 主轴的精加工l主要采用磨削加工；l应在热处理之后进行，纠正热处理后的变形；l磨削加工能达到的精度为IT6，表面粗糙度为 。第五章 典型零件加工工艺过程51 光整加工的作用及特点l用于精密主轴上尺寸公差等级为IT5以上或表面粗糙度的加工表面；l采用很小的切削用量和单位切削力，变形小；l对上道工序要求高，一般要求，表面无较深的加工痕迹；l采用浮动的加工方法（自定心）；l加工余量很小，一般不超过0.02mm。第五章 典型零件加工工艺过程52轴类零件的检验 检验项目l表面粗糙度；l表面硬度；l尺寸精度；l相互位置精度；l表面几何形状精度。检验顺序l几何精度尺寸精度位置精度第五章 典型零件加工工艺过程53 检验方法l硬度：硬度计l表面粗糙度：触针式表面粗糙度轮廓仪或样板比较法l锥孔：着色法l尺寸精度：常规检验仪器（万能量具）l位置精度：专用检验装置。第五章 典型零件加工工艺过程54第五章 典型零件加工工艺过程