轴类零件加工工艺

5、异形类零件
例1、主轴加工工艺
1、各种机床主轴的结构
应保证夹具或刀具安装可靠、定位准确、连接刚度高、装卸方便 和能传递足够的转矩。由于夹具和刀具已标准化，因此通用机床主轴 端部的形状和尺寸也已标准化。主轴结构取决于 1）机床类型 2）主轴上所安装的传动件 3）轴承和密封件等零件的类型、数目、位置和安装定位方法等 4）主轴加工和装配的工艺性 5）为了便于装配和满足轴承、传动件等轴向定位的需要，主轴一般是阶 梯形的轴 6）直径从前端向后或者是从中间向两端部逐段缩小 7）各阶梯之间应有退刀槽 8）为了与齿轮等传动件周向连接以传递转矩，主轴上经常带有键槽或花 键。
（2）主轴工作表面（锥孔）的技术要求
用来安装顶尖或刀具锥柄的，是定心表面；对锥 面的尺寸精度、形状精度、粗糙度、接触精度都要求 高；轴心线应与支承轴颈同轴；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 Ra 0.63m ，硬度为HRC48~50。
（3）主轴轴端外锥（短锥）的技术要求
用来安装卡盘或花盘的；也是定心表面；对锥 面的尺寸精度、形状精度、粗糙度、接触精度都要 求高；轴心线应与支承轴颈同轴；对支承轴颈的径 向圆跳动为0.008；端面圆跳动为0.008；粗糙 度 Ra 1.25m ，硬度为HRC45~50。
（4）其它技术要求
空套齿轮轴颈的技术要求 影响传动的平稳性；可能导致噪声； 有同轴度要求，对支承轴颈的径向圆跳动为0.01~0.015； 尺寸精度要求为IT5~IT6； 螺纹的技术要求 用来固定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。 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
精加工前局部高频淬火：提高运动表面耐磨性；
精加工后的定性处理：低温时效和水冷处理。
（2）加工路线的安排
1)划分加工阶段 精度及表面粗糙度要求较高的重要表面(轴颈、基准内孔等)为粗加 工---半精加工---精加工三个阶段，对要求更高的表面还应有光整加工阶段； 其余表面加工分为粗加工一半精加工两个阶段进行或一次加工完毕。 2)热处理工序的安排 热处理工序一般安排在各个加工阶段之间。 毛坯在锻造或铸造后，一般须安排正火或退火处理，以便消除应力，细化 晶粒，改善切削性能。淬火，表面淬火，渗碳和氮化等热处理，安排在半精 加工之后，精磨前。
轴类零件加工工艺规程设计
一、轴类零件的分类、特点和技术要求 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）
作用：起支承传动件和传递转矩。 形状：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； 主要技术要求： 1）尺寸精度—轴径及内孔等配合有一定的尺寸精度要求.一般 为IT6-IT9轴向精度较低。 2）几何形状精度—轴径、基准内孔等重要表面有圆度或圆柱 度要求。 3）位置精度—重要圆柱表面有同轴度、径向圆跳动、轴心线 与基准面的垂直度、端面全跳动度要求。 4）表面粗糙度—重要表面粗糙度值为Ra0.1—0.6。
三、轴类零件的加工工艺过程
轴类零件的形状各种各样，其工艺过程也有所不同。 1.长轴类零件 2.短轴类零件
3.套筒类零件
4ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ盘类零件 5.异形轴类
1、长轴类零件
(1)定位基准的选择 一般长轴以中心孔为精基准，易实现基准统一，这也满足基准 重合原则。 粗加工时，为传递较大的扭矩和提高工件的刚性，一端用外圆， 一端用中心孔定位。 对中心通孔的长轴，在内孔半精加工后，利用工件的内锥孔或内 孔的两端加工出带锥度的工艺孔，加上锥形堵塞或锥套心轴加工。内 孔精加工前不要将锥堵或锥套拆下，以避免因重新安装带耒的同轴度 误差。
2、短轴类零件
（1）定位基准的选择
短轴刚性大，一般以外圆柱面定位，用三爪卡盘夹紧后呈悬伸状切削。 径向力大时，用一端是工件外圆，一端中心孔定位。
（2）加工路线的拟定
特点是工序集中，在一次安装中加工多个表面，粗加工、半精加工连 续进行。 以下为六角车床/转塔车床加工短轴的典型工艺： 1）送料，夹紧；2）粗车外圆；3）精车外圆，倒角；4）钻中心孔； 5）钻孔；6）铰孔；7）切槽，倒角；8）套外螺纹；9）滚花；10） 切断；11）车端面。
（2）车床主轴的结构特点
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。机械加 工工艺主要是车削、磨削，其次是铣削和钻削。 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；
（6）组合机床主轴轴端的结构
主轴内孔为圆柱孔,前端带有莫氏锥孔的刀具接杆可 安装在主轴孔中，平键传递扭矩，右端的圆螺母用来调整 刀具的轴向位置。
2、车床主轴的设计要求和结构特点
（1）车床主轴的设计要求
车床主轴的功用：1）承受扭转力矩；2）承受弯曲力矩；3） 保证回转运动精度。 车床主轴的设计要求：1）扭转和弯曲刚度高；2）回转精度 高（径向圆跳动、端面圆跳动、回转轴线稳定）；3）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。 主轴结构的设计要求：1）合理的结构设计；2） 足够的刚 度；3）有具有一定的尺寸、形状、位置精度和表面质量； 4)）足够的耐磨性、抗振性及尺寸稳定性；5)）足够的抗疲 劳强度。
（3）防止加工中套筒变形 套筒零件属薄壁件，加工中常因夹紧力、切削力、残余 应力和切削热等因素的影响而产生变形。故应采取如下防 止变形措施： 粗、精加工分阶段举行，并将热处理工序安排在粗、精 加工阶段之间，使粗加工产生的变形及热处理变形在精加 工中得到纠正。 对于精度要求较高精密套筒(孔圆度０.0015mm)：任何 微小径向变形，都有可能引起失败，故应将径向夹紧改为 轴向夹紧；对于普通精度的套筒，如需径向夹紧时：也应 尽可能使径向夹紧力均匀，使用过渡套或弹簧套夹紧工件 或作出工艺凸边及工艺螺纹。
5、车床主轴加工工艺过程分析
（1）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。 （2）热处理工序的安排 毛坯热处理：去锻造应力，细化晶粒； 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； 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；
4、盘类零件
对于毛坯为棒料或无缝钢管的盘类零件，都选用外圆表面作粗定 位基准。对于毛坯为锻件或铸件的盘类零件，其粗基准选择是：如果有 不加工表面，则以该表面为粗基准.如无这样的表面，则优先选择内孔 作为粗基准.或设划线工序，使零件加工余量合理分配。
在选择精基准时，通常采用互为基准的原则，视具体情况选择圆 或内孔，外圆与端面的组合或内孔与端面的组合等定位方式。精加工， 若要保证圆柱表面轴线与端面的垂直度,应以端面为基准；若要保证外 圆和内孔间的同轴度,则以外圆为基准；齿轮淬火后修磨内孔，应以齿 轮分度圆为基准。
改进的短锥法兰式结构,卡盘用短锥面x(7730)和法兰端面y定位,拨销传递扭矩 优点：卡盘定位精度和连接刚度高，主轴悬伸量小，主轴制动时卡盘不会松脱。
应用：普通车床，六角车床，多刀车床、内圆磨床。
缺点：制造精度要求高。
（2）铣床主轴轴端
铣刀或铣刀杆由前端锥度为 7:24 的锥孔定位，然后用拉杆从主轴 孔的后端拉紧。 传递扭矩: 横键。
4) 热处理变形。
3、车床主轴技术条件的分析
（1）主轴支承轴颈的技术要求
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。 支承轴颈为三支承结构，并且跨度大； 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； 中间支承为IT5~IT6，粗糙度 Ra 0.63m ； 支承轴颈圆度误差为0.005mm，径向跳动为0.005mm； 其他外圆的圆度要求，误差小于50%尺寸公差，高精度者为5~10%；轴颈 有关表面的同轴度误差应很小。
（1）普通车床主轴轴端的结构
圆柱面x和端面y为卡盘的定位面，用螺纹锁紧卡盘，莫氏锥孔 用来安装顶尖或芯轴等。优点 : 制造简单，装卸卡盘方便；缺点 : 圆柱面定位的精度和连接刚度均较低，主轴悬伸量大。当主轴在高 速运转下迅速制动时，卡盘有自动松脱的危险。
是上面的另一结构变型，定心轴颈面x移到紧固螺纹 的前面，增加了径向定位精度。卡盘径向定位精度高。
3、套筒类零件
（1）定位基准的选择 对尺寸较小的套类零件，一般以外圆为定位基准，用三爪卡盘夹紧后呈 悬伸状切削.对内孔尺寸较大的套类零件，一般以外圆/内孔互为定位基准。
对长套筒类零件，加工外圆时，用双顶尖：加工内孔时，采用夹一头， 另一头用中心架托外圆。
（2）加工路线的拟定 一般套筒主要表面加工分在几次装夹中进行。划分出粗、半精、精加工 阶段。可先加工孔，然后以孔为精基准最终加工外圆，这种方法所用夹 具结构简单，定心精度高，能保证较高的位置精度，应用较广泛。也可 先加工外圆，然后以外圆为精基准最终加工孔，用此法工件装夹可靠， 但加工精度低，为得到较高的同轴度，采用定心精度高的夹具，如弹性 膜片卡盘、液性塑料夹具等。
Ra 0.8 ~ 0.2m
。
4、车床主轴的机械加工工艺过程
主轴加工工艺过程制订的依据 • 主轴的结构；技术要求；生产批量；设备条件。 主轴加工工艺过程 • 材料：45钢；毛坯：模锻件
工艺过程：
分为三个阶段： • 粗加工：工序1~6
• 半精加工：工序7~13（7为预备）
• 精加工：工序14~26（14为预备）
二、轴类零件的材料、毛坯及热处理
1 材料 一般采用45钢。中等精度而转速较高的轴可采用40Cr等合金结构结构钢。精度较 高的轴可采用GCr15和65Mn等材料。高速、重载的轴选用20CrMnTi，20Mn2B，20Cr 等。 2 毛坯 一般采用圆棒料和锻件。某些大型结构复杂的用铸件。 3 热处理 锻造毛坯在机械加工前，需正火或退火热处理。 需局部表面淬火提高耐磨的轴，在淬火前安排调质处理，调质处理安排在粗车后， 半精车前。表面淬火安排在精加工前。 对精度较高的的轴，在局部淬火后或粗磨后，为控制尺寸稳定，需低温时效处理。 对氮化钢，需在氮化前进行调质和低温时效处理。 总之，轴的精度越高，对材料及热处理要求越高，热处理次数越多。机床主 轴，尤其紧密机床主轴，要求严格。