轴类零件加工工艺过程课件.ppt

1、2022年6月2日星期四轴类零件加工工艺过程轴类零件加工工艺过程第一节 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 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

2、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2. 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：

3、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3. 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38CrMo

4、Al38CrMoAl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 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

5、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 图 5-2 CA6140车床主轴简图 第五章 典型零件加工工艺过程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

6、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 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主轴结构的设计要求：l1) 合理的结构

7、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 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l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

8、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

9、.008；l粗糙度 ，硬度为HRC4550。第五章 典型零件加工工艺过程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4. 主轴的机械加

10、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第五章 典型零件加工工艺过程第五章 典型零件加工工艺过程第五章 典型零件加工工艺过程第五章 典型零件加工工艺过程第五章 典型零件加工工艺过程第五章 典型零件加工工艺过程第五章 典型零件加工工艺过程第五章 典型零件加工工艺过程第五章 典型零件加工工艺过程 5. 主轴加工工艺过程分析主轴毛坯的制

11、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

12、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l工序确定的两个原则1) 工序中所用

13、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6. 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

14、程第五章 典型零件加工工艺过程顶尖孔的研磨 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l4) 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第五章 典型零件加工工艺过程外圆表面的车削加工 车削加

15、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 采取措施l采用

16、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 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第五章 典型零件加工工艺过程 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

17、。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l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 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