第11讲 典型零件加工-轴.ppt

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1、机械制第11讲 典型零件加工-轴造工艺机械制造与自动化团队机械制造与自动化团队 史琼艳史琼艳机械制造工艺概述概述轴类零件机械加工的主要工艺问题轴类零件机械加工的主要工艺问题轴类零件的加工实例轴类零件的加工实例车床主轴的功用和结构特点及设计要求车床主轴的功用和结构特点及设计要求车床主轴的加工工艺过程及分析车床主轴的加工工艺过程及分析目 录机械制造工艺 一、概述 1轴类零件的功用及结构特征 功用功用支撑传动零件；传递扭矩。轴类零件的特点轴类零件的特点长度大于直径；加工表面为内外圆柱面、圆锥面、螺纹、花键、沟槽等；有一定的回转精度。机械制造工艺 轴类零件的分类轴类零件的分类光滑轴；阶梯轴；空心轴；异

2、形轴（曲轴、齿轮轴、偏心轴、十字轴、凸轮轴、花键轴）。机械制造工艺阶梯轴阶梯轴花键轴花键轴曲轴曲轴机械制造工艺2.轴类零件的材料、毛坯及热处理 轴类零件的材料轴类零件的材料 常用45钢；精度较高的轴可选用40Cr、轴承钢GCr15、弹簧钢65Mn，也可选用球墨铸铁；对高速、重载的轴，选用20CrMnTi、20Mn2B、20Cr等低碳合金钢或38CrMoAl氮化钢。机械制造工艺 轴类零件的毛坯轴类零件的毛坯 常用圆棒料和锻件；大型轴或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，获得较高的抗拉、抗弯及抗扭强度。机械制造工艺 轴类零件的热处理轴类零件的热处理 锻造毛

3、坯在加工前，均需安排正火或退火处理，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。调质一般安排在粗车之后、半精车之前，以获得良好的物理力学性能。表面淬火一般安排在精加工之前，这样可以纠正因淬火引起的局部变形。精度要求高的轴，在局部淬火或粗磨之后，还需进行低温时效处理。机械制造工艺3.轴类零件的技术要求 尺寸精度尺寸精度 轴类零件的主要表面常为两类：一类是与轴承的内圈配合的外圆轴颈，即支承轴颈，用于确定轴的位置并支承轴，尺寸精度要求较高，通常为IT 5-IT7；另一类为与各类传动件配合的轴颈，即配合轴颈，其精度稍低，常为IT6-IT9。几何形状精度几何形状精度 主要指轴颈表面

4、、外圆锥面、锥孔等重要表面的圆度、圆柱度。其误差一般应限制在尺寸公差范围内，对于精密轴，需在零件图上另行规定其几何形状精度。机械制造工艺相互位置精度相互位置精度 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、端面间的平行度等。表面粗糙度表面粗糙度 轴的加工表面都有粗糙度的要求，一般根据加工的可能性和经济性来确定。支承轴颈常为0.2-1.6m，传动件配合轴颈为0.4-3.2m。其他其他 热处理、倒角、倒棱及外观修饰等要求。机械制造工艺二、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，残余应力和微观裂纹的产生。定位基准定位基准主要有外圆和中心孔两种。粗加

5、工：毛坯的外表面为定位基准，一般采用卡盘称为“一夹”；（工件伸出较短）毛坯的外表面和轴线为定位基准，采用“一夹一顶”。（工件伸出较长）精加工：因要求精度高采用“两顶”；机械制造工艺 轴类零件的加工工序一般为：轴类零件的加工工序一般为：预备加工：校直、车断、车端面和钻中心孔等。粗车工序：粗车时先加工直径较大的外圆表面，后加工直径较小的外圆表面。端面加工顺序与外圆加工顺序相同。半精车工序：半精车加工外圆表面和端面的顺序与粗加工相同，然后进行车槽、倒角、车螺纹等。精车工序：精车加工外圆表面和端面的顺序与粗加工相同。其他工序：铣键槽、铣花键、钻孔等。热处理工序：按工艺需要可在粗车或半精车工序后安排热处

6、理工序。磨削工序：当外圆表面精度较高，粗糙度较小，及淬火后工件，可用磨削加工。机械制造工艺三、轴类零件加工实例传动轴（图2）的工艺分析与过程如下：基准选择 为保证各主要外圆表面和端面的相互位置精度，选用两端的中心孔作为粗精基准定位基准。这样，符合基准统一和基准重合原则，也可提高生产率。材料选用 生产类型为单件小批生产，选用45圆钢料作毛坯。机械制造工艺工艺分析 该零件各加工面均有一定的尺寸精度、位置精度和粗糙度要求。轴上的键槽，可在立式铣床上使用键槽铣刀铣出。其余各加工表面，根据技术要求，采用粗车-半精车-粗磨-精磨的加工顺序。机械制造工艺机械制造工艺机械制造工艺 工艺过程 序号序号工序名称工

7、序名称第一工序第一工序 下料下料1 1车一端面，钻中心孔，车断长度为车一端面，钻中心孔，车断长度为157mm157mm，车另一端面，车另一端面155mm155mm，钻中心孔，钻中心孔第二工序第二工序 车削车削2 2粗车一端外圆至粗车一端外圆至242430 30（图图3）3 3半精车一端外圆至半精车一端外圆至30309494（图图4 ）4 4半精车一端外圆至半精车一端外圆至22.422.43131（图图5 ）5 5车退刀槽车退刀槽21213 3（图图6 ）6 6倒角倒角1.21.245450 0（图图7 ）机械制造工艺图3机械制造工艺图4机械制造工艺图5机械制造工艺图6机械制造工艺图7机械制造工

8、艺7 7粗车另一端外圆至粗车另一端外圆至262664 64（图图8 8）8 8粗车一端外圆至粗车一端外圆至222227 27（图图9 9）9 9半精车该端外圆至半精车该端外圆至22.422.465 65（图图1010）1010半精车该端外圆至半精车该端外圆至20.420.428 28（图图1111）1111车退刀槽车退刀槽22223 3，19193 3（图图1212）1212倒角倒角1.21.2450 450（图图1313）第三工序第三工序 钳钳1313划键槽线（划键槽线（图图1414）第四工序第四工序 铣铣1414粗、精铣键槽至粗、精铣键槽至8 820.220.228 28（图图1515）机

9、械制造工艺图8机械制造工艺图9机械制造工艺图10机械制造工艺图11机械制造工艺图12机械制造工艺图13机械制造工艺图14机械制造工艺图15机械制造工艺第五工序第五工序 热处理热处理1515两端轴颈高频淬火，回火两端轴颈高频淬火，回火40-50HRC40-50HRC第六工序第六工序 钳钳1616修研两端面中心孔修研两端面中心孔第七工序第七工序 磨磨1717a)a)一端外圆至一端外圆至22.122.1b)b)精磨该端外圆至精磨该端外圆至2222c)c)粗磨另一端外圆分别至粗磨另一端外圆分别至24.120.124.120.1d)d)精磨该端外圆分别至精磨该端外圆分别至24202420e)e)精磨该端

10、外圆分别至精磨该端外圆分别至2424第八工序第八工序 按图纸要求检验按图纸要求检验机械制造工艺1.车床主轴的功用及结构特点车床主轴的功用：车床主轴的功用：承受扭转力矩；承受弯曲力矩；保证回转运动精度。四、车床主轴的功用和结构特点及设计要求机械制造工艺 车床主轴的结构特点车床主轴的结构特点 机械加工工艺主要是车削、磨削，其次是铣削和钻削。既是阶梯轴，又是空心轴；是长径比小于12的刚性轴。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。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。机械制造工艺机械制造工艺 支撑轴颈 端部锥孔 空套齿轮轴颈 螺纹 主轴各表面的表

11、面层要求2.CA6140车床主轴技术要求 机械制造工艺 主轴支承轴颈的技术要求：主轴支承轴颈的技术要求：支承轴颈圆度误差为0.005mm，径向跳动为0.005mm；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；表面粗糙度Ra为0.4m；其他外圆的圆度要求，误差小于50%尺寸公差，高精度者为510%；机械制造工艺轴颈与有关表面的同轴度误差应很小；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。机械制造工艺 主轴工作表面（锥孔）的技术要求：主轴工作表面（锥孔）的技术要求：主轴端部内锥孔（莫氏6号）对支承轴颈A、

12、B的跳动在轴端面处公差为0.005mm，离轴端面300mm处公差为0.1 mm；锥面接触率70%；表面粗糙度Ra为0.4m；硬度要求4852HRC；该锥孔是用来安装顶尖或工具锥柄的，其轴心线必须与两个支承轴颈的轴心线严格同轴，否则会使工件（或工具）产生同轴度误差。机械制造工艺 轴头的技术要求：轴头的技术要求：空套齿轮轴颈对支承轴颈A、B的径向圆跳动公差为0.015 mm；尺寸精度要求为IT5IT6；由于该轴颈是与齿轮孔相配合的表面，对支承轴颈应有一定的同轴度要求，否则引起主轴传动啮合不良，当主轴转速很高时，还会影响齿轮传动平稳性并产生噪声。机械制造工艺 螺纹的技术要求：螺纹的技术要求：用来固定

13、零件或调整轴承间隙；螺母的端面圆跳动（应0.05）会影响轴承的内环轴线倾斜；螺母与轴颈的同轴度误差0.025；螺纹精度为6h。机械制造工艺 主轴各表面的表面层要求：主轴各表面的表面层要求：要有较高的耐磨性；要有适当的硬度（HRC45以上），以改善其装配工艺性和装配精度；表面粗糙度 。机械制造工艺五、车床主轴的加工工艺过程及分析1.主轴的机械加工工艺过程 主轴加工工艺过程制订的依据：主轴加工工艺过程制订的依据：主轴的结构；技术要求；生产批量；设备条件。车床主轴加工工艺过程：车床主轴加工工艺过程：批量：大批；材料：45钢；毛坯：模锻件机械制造工艺 工艺过程：工艺过程：分为三个阶段：粗加工：工序16

14、半精加工：工序713（7为预备）精加工：工序1426（14为预备）机械制造工艺立式精锻机立式精锻机 锯头锯头 毛坯外圆定位毛坯外圆定位 顶尖孔定位顶尖孔定位 顶尖孔定位顶尖孔定位 机械制造工艺顶尖孔定位顶尖孔定位 两端支承轴颈两端支承轴颈 定定位位两端支承轴颈两端支承轴颈 定位定位More to More to learnlearnMore to More to learnlearn机械制造工艺两端支承轴颈两端支承轴颈 定位定位大端内锥孔定位大端内锥孔定位 机械制造工艺锥堵顶尖孔定位锥堵顶尖孔定位机械制造工艺前支承轴颈及前支承轴颈及75h5外圆外圆 锥堵顶尖孔定位锥堵顶尖孔定位机械制造工艺80

15、h5及及M115mm外圆定位外圆定位 锥堵顶尖孔定位锥堵顶尖孔定位机械制造工艺锥堵顶尖孔定位机械制造工艺锥堵顶尖孔定位锥堵顶尖孔定位机械制造工艺前支承轴颈及前支承轴颈及75h5外圆定位外圆定位 机械制造工艺2.主轴加工工艺过程分析 主轴毛坯的制造方法主轴毛坯的制造方法自由锻件：小批量或单件生产；模锻件：大批量生产。机械制造工艺 主轴加工工艺过程可划分为三个加工阶段：主轴加工工艺过程可划分为三个加工阶段：粗加工阶段：包括铣端面、加工顶尖孔、粗车外圆等。包括铣端面、加工顶尖孔、粗车外圆等。半精加工阶段：半精车外圆，钻通孔，车锥面、锥孔，半精车外圆，钻通孔，车锥面、锥孔，钻大头端面各孔，精车外圆等。

16、钻大头端面各孔，精车外圆等。精加工阶段：包括精铣键槽，粗、精磨外圆、锥面、锥包括精铣键槽，粗、精磨外圆、锥面、锥孔等。孔等。在机械加工工序中间尚需插入必要的热处理工序，这就在机械加工工序中间尚需插入必要的热处理工序，这就决定了主轴加工各主要表面总是循着以下顺序的进行，决定了主轴加工各主要表面总是循着以下顺序的进行，即粗车即粗车调质（预备热处理）调质（预备热处理）半精车半精车精车精车淬火淬火-回火（最终热处理）回火（最终热处理）粗磨粗磨精磨。精磨。机械制造工艺 主轴非主要表面的加工工序主轴非主要表面的加工工序 ：对主轴来说非主要表面指的是螺孔、键槽、螺纹等。这些表面加工一般不易出现废品，所以尽量

17、安排在后面工序进行。但这些表面也不能放在主要表面精加工后。对凡是需要在淬硬表面上加工的螺孔、键槽等，都应安排在淬火前加工。非淬硬表面上螺孔、键槽等一般在外圆精车之后，精磨之前进行加工。机械制造工艺 主轴螺纹，因它与主轴支承轴颈之间有一定的同轴度要求，所以螺纹安排在以非淬火-回火为最终热处理工序之后的精加工阶段进行，这样半精加工后残余应力所引起的变形和热处理后的变形，就不会影响螺纹的加工精度。机械制造工艺 定位基准的选择：定位基准的选择：应使定位基准与装配基准重合；一次安装应多加工几个面；注意零件的主要精度指标：同轴度、圆度、径向跳动；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。

18、机械制造工艺 主轴加工中，为了保证各主要表面的相互位置精度，选择定位基准时，应遵循基准重合、基准统一和互为基准等重要原则，并能在一次装夹中尽可能加工出较多的表面。由于主轴外圆表面的设计基准是主轴轴心线，根据基准重合的原则考虑应选择主轴两端的顶尖孔作为精基准面。为了保证支承轴颈与主轴内锥面的同轴度要求，宜按互为基准的原则选择基准面。CA6140车床主轴加工定位基准的选择车床主轴加工定位基准的选择 机械制造工艺机械制造工艺 加工顺序的安排和工序的确定加工顺序的安排和工序的确定 由表6-1可见，主轴的工艺路线安排大体如下：毛坯制造正火车端面钻中心孔粗车调质半精车表面淬火粗、精磨外圆粗、精磨圆锥面磨锥

19、孔。机械制造工艺工序确定时应注意以下几点：工序中所用的基准应在该工序前加工；各表面要粗、精基准分开，先粗后精，多次加工，逐步提高精度；淬硬表面的键槽、螺纹等应在淬火前加工；非淬硬表面的键槽、螺纹等应在精车后、精磨前加工；检验工序应安排在适当工序之后，必要还应探伤。机械制造工艺3.主轴加工中的几个工艺问题 锥堵和锥堵心轴的使用锥堵和锥堵心轴的使用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，则要采用锥堵或锥堵心轴。机械制造工艺设计锥堵和锥堵心轴时应注意的问题一般不中途更换或拆装，以免增加安装误差；锥堵和锥堵心

20、轴要求两个锥面同轴。机械制造工艺机械制造工艺 顶尖孔的研磨顶尖孔的研磨 研磨的必要性：顶尖孔是定位基准，对精度和质量有直接影响。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)。两顶尖孔同轴度：影响同轴度、影响位置精度。顶尖孔锥角和圆度误差：直接反映到工件的圆度上。热处理、切削力、重力等的影响，会损坏顶尖孔的精度。热处理后和磨削加工前，需要消除误差。机械制造工艺 外圆表面的车削加工外圆表面的车削加工 车削加工的工艺作用粗加工：切除大部分余量；半精加工：修整预备热处理后的变形；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。车削加工的设备 单件、小批：

21、普通车床 成批生产：液压仿形车床 大批量生产：液压仿形、多刀半自动车床机械制造工艺 主轴深孔的加工主轴深孔的加工工件不转刀具边转边移动 工件旋转刀具反向旋转 工件不旋转，刀具边旋转边作进给运动。工件不旋转，刀具边旋转边作进给运动。工件旋转，刀具边反向旋转边作进给运动。工件旋转，刀具边反向旋转边作进给运动。机械制造工艺 主轴锥孔的加工主轴锥孔的加工 主轴锥孔的作用主轴锥孔是安装顶尖的定位面；主轴支承轴颈及主轴前端短锥的同轴度要求较高。主轴各外圆表面的精加工和光整加工主轴各外圆表面的精加工和光整加工主轴的精加工主要采用磨削加工；应在热处理之后进行，纠正热处理后的变形；磨削加工能达到的精度为IT6，

22、表面粗糙度为 。机械制造工艺 光整加工的作用及特点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；采用很小的切削用量和单位切削力，变形小；对上道工序要求高，一般要求，表面无较深的加工痕迹；采用浮动的加工方法（自定心）；加工余量很小，一般不超过0.02mm。机械制造工艺 轴类零件的检验轴类零件的检验检验项目表面粗糙度；表面硬度；尺寸精度；相互位置精度；表面几何形状精度。检验顺序几何精度尺寸精度位置精度机械制造工艺 检验方法 硬度：硬度计 表面粗糙度：触针式表面粗糙度轮廓仪或样板比较法 锥孔：着色法 尺寸精度：单件小批生产中，一般用外径千分尺检验；大批大量生产时，常采用光滑极限量规检验，长度大而精度高的工件可用比较仪检验。位置精度：专用检验装置。机械制造工艺