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1、軸類零件加工,一. 概述,功用 支承傳動(dòng)件、傳遞扭矩或運(yùn)動(dòng)、承受載荷。,（一）軸類零件的功用與結(jié)構(gòu)特點(diǎn),特點(diǎn) 回轉(zhuǎn)體零件，長(zhǎng)度大于直徑 加工表面為圓柱面、圓錐面、端面、溝槽、圓弧、螺紋、鍵槽、花鍵、其他表面 有一定的回轉(zhuǎn)精度。,軸類零件的分類 光滑軸； 階梯軸； 空心軸； 異形軸（曲軸、齒輪軸、偏心軸、十字軸、凸輪軸、花鍵軸）。,（二）軸類零件的技術(shù)要求按功用和工作條件,1、尺寸精度和幾何形狀精度 軸頸是軸類零件的重要表面. 軸頸直徑精度根據(jù)使用要求通常為IT6IT9,有時(shí)可達(dá)IT5。 軸頸的幾何形狀精度(圓度、圓柱度)應(yīng)限制在直徑公差范圍之內(nèi)。對(duì)幾何形狀精度要求較高時(shí),則
2、應(yīng)在零件圖上專門標(biāo)注形狀公差。,2、位置精度 配合軸頸(裝配傳動(dòng)件的軸頸)相對(duì)支承軸頸(裝配軸承的軸頸)的同軸度以及軸頸與支承端面的垂直度通常要求較高。 普通精度的軸,配合軸頸相對(duì)支承軸頸的徑向圓跳動(dòng)一般為0.010.03mm,高精度的軸為0.0010.005mm。端面圓跳動(dòng)為0.0050.01mm。,3、表面粗糙度 軸類零件的各加工表面均有表面粗糙度的要求。一般說(shuō)來(lái),支承軸頸的表面粗糙度要求為Ra0.630.16m。配合軸頸的表面粗糙度Ra為2.50.63m。下圖為CA6140型車床主軸簡(jiǎn)圖,在該圖上標(biāo)明了主要技術(shù)要求。,（三） 軸類零件的材料及毛坯,一般軸類45鋼，正火、調(diào)質(zhì)、淬火。 中
3、等精度和轉(zhuǎn)速較高40Cr等合金結(jié)構(gòu)鋼，調(diào)質(zhì)和表面淬火。 高精度軸軸承鋼GCr15、彈簧鋼65Mn，調(diào)質(zhì)和表面淬火。 高轉(zhuǎn)速和重載荷20CrMnTi、20Cr，38CrMoAl，滲碳淬火或氮化。 結(jié)構(gòu)復(fù)雜（曲軸）HT400、QT600、QT450、QT400。,1、 軸類零件的材料,2、 軸類零件的毛坯,一般軸棒料 重要軸鍛件 大型、結(jié)構(gòu)復(fù)雜軸鑄件 單件小批生產(chǎn)自由鍛； 成批大量生產(chǎn)模鍛,軸類零件在機(jī)械中起著突出的作用，工作中受彎曲、扭轉(zhuǎn)和交變載荷，有時(shí)還得承受一定沖擊性載荷。支承軸頸處還要承受磨擦，產(chǎn)生摩擦熱。為了保證軸件的正常工作，軸件的加工質(zhì)量至關(guān)重要。這就需要解決好軸件加工的工藝問(wèn)題。,
4、二、軸類零件機(jī)械加工的主要工藝問(wèn)題,工藝的關(guān)鍵問(wèn)題在于防止彎曲變形、殘余內(nèi)應(yīng)力和微觀裂紋的產(chǎn)生。為了保證軸件的質(zhì)量，機(jī)械加工中必須解決好一下主要工藝問(wèn)題：, 軸類零件的定位基準(zhǔn),最常用的是兩中心孔。 因?yàn)檩S類零件各外圓表面、錐孔、螺紋等表面的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)都是軸的中心線,采用兩中心孔定位,既符合基準(zhǔn)重合原則又符合基準(zhǔn)統(tǒng)一原則。能保證工件在多次調(diào)頭裝夾中獲得較高的位置精度。 粗加工時(shí)常采用軸的外圓表面或外圓表面與中心孔組合作為定位基準(zhǔn)。,1.定位基準(zhǔn)的選擇, （1）粗加工時(shí)，為了提高生產(chǎn)率，切除較多的加工余量，?？刹捎谩耙粖A一頂”方式裝夾工件。此時(shí)以外圓和中心孔共同作定位基準(zhǔn)。 （2）兩頂尖支承定位
5、時(shí)，不宜用大的切削量加工，用于精加工。 （3）當(dāng)軸的長(zhǎng)徑比較小，軸上個(gè)圓柱面的位置精度要求不高，批量小時(shí)，精加工亦可采用“一夾一頂”的定位方式。,（4）若軸為空心軸時(shí)，在軸兩端無(wú)法加工出中心孔。此時(shí)必須在內(nèi)圓柱面上倒出錐面(如有錐孔可直接使用)，用帶有中心孔的錐堵或錐套心軸做定位基準(zhǔn)。 孔徑較小時(shí)，直接加工出長(zhǎng)2mm，角度為60o的內(nèi)錐面代替中心孔。,錐堵與錐套心軸,采用錐堵應(yīng)注意以下幾點(diǎn):錐堵應(yīng)具有較高的精度,其中心孔既是錐堵本身制造的定位基準(zhǔn),又是磨削空心軸的精基準(zhǔn),因而必須保證錐堵的錐面與中心孔有較高的同軸度。 另外,在使用錐堵時(shí),應(yīng)盡量減少錐堵裝夾次數(shù)。這是因?yàn)楣ぜF孔與錐堵的錐角
6、不可能完全一樣,重新裝夾勢(shì)必引起裝夾誤差,故中、小批生產(chǎn)時(shí),錐堵安裝后一般不中途更換。,由于軸是多階梯（機(jī)床主軸還帶通孔）的零件,切除大量金屬后,會(huì)引起殘余應(yīng)力重新分布而變形,故安排工序時(shí),一定要粗精分開,先粗后精。 1)粗加工階段: 切端面鉆中心孔、粗車外圓等。 目的：切除大部分余量,提高生產(chǎn)率,留足夠余量,及時(shí)發(fā)現(xiàn)缺陷。 粗加工之后安排調(diào)質(zhì)處理：提高綜合機(jī)械性能，為后續(xù)熱處理做準(zhǔn)備；去除內(nèi)應(yīng)力。,2.加工階段的劃分,2)半精加工階段: 半精車外圓 各次要表面的加工(銑鍵槽、銑花鍵、車螺紋等) 表面淬火 目的:主要表面的精度進(jìn)一步提高，為精加工留有小而均勻的余量；次要表面達(dá)到圖紙要求。
7、 3)精加工階段: 主要表面(指支承面、裝配定位面等)的精加工。 磨削、精密磨削或光整加工各主要表面。 目的:各表面都加工到圖紙要求。,原則：先粗后精、粗精分開；基準(zhǔn)先行、防止變形 1)基準(zhǔn)先行 在安排機(jī)械加工工藝時(shí),總是先加工好定位基準(zhǔn)面,即基準(zhǔn)先行。軸件加工也總是首先安排銑端面鉆中心孔,以便為后續(xù)工序準(zhǔn)備好定位基準(zhǔn)。,3.工序順序的安排,2)軸中心深孔加工的安排 為了使中心孔能夠在多道工序中使用,希望深孔加工安排在最后。但是,深孔加工屬粗加工,余量大,發(fā)熱多,變形也大,會(huì)使得加工精度難以保持,故不能放到最后（軸端小孔可放在最后加工）。 一般深孔加工安排在外圓粗車之后,以便有一個(gè)較為精
8、確的軸頸作定位基準(zhǔn)用來(lái)搭中心架,這樣加工出的孔容易保證壁厚均勻。,3)先外后內(nèi)與先大后小 先加工外圓,再以外圓定位加工內(nèi)孔。 加工階梯外圓時(shí),先加工直徑較大的,后加工直徑較小的,這樣可避免過(guò)早地削弱工件的剛度。 加工階梯深孔時(shí),先加工直徑較大的,后加工直徑較小的,這樣便于使用剛度較大的孔加工工具。,4)次要表面加工的安排。 軸上的花鍵、鍵槽、螺紋等次要表面加工,通常均安排在外圓精車或粗磨之后、精磨外圓之前進(jìn)行。 如果精車前就銑出鍵槽,精車時(shí)因斷續(xù)切削而易產(chǎn)生振動(dòng),既影響加工質(zhì)量,又容易損壞刀具,也難控制鍵槽的深度。 次要表面加工也不能放到主要表面精磨之后,否則會(huì)破壞主要表面已獲得的精度
9、。,5)主要表面精加工的安排。 主要配合表面的精加工應(yīng)放在最后，防止因加工其他表面對(duì)其已加工面造成損傷。 6)防止加工過(guò)程中的變形，應(yīng)注意： 使用中心架、跟刀架或反向切削等 7)熱處理工序的安排。 熱處理工序應(yīng)根據(jù)其目的的不同，穿插于粗加工、半精加工、精加工各加工階段之間。,軸類零件的使用性能除與所選鋼材種類有關(guān)外,還與所采用的熱處理關(guān)系密切。 作用：改善切削性能、去除內(nèi)應(yīng)力、提高機(jī)械性能。 （1）鍛造毛坯在機(jī)加工前,均需安排正火或退火處理(含碳量大于(C)=0.7的碳鋼和合金鋼),以使鋼材內(nèi)部晶粒細(xì)化,消除鍛造應(yīng)力,降低材料硬度,改善切削加工性能。 （2）為了獲得較好的綜合力學(xué)性能,軸
10、類零件常要求調(diào)質(zhì)處理，一般分兩種情況：,4.軸類零件的熱處理及其安排,毛坯余量大時(shí),調(diào)質(zhì)安排在粗車之后、半精車之前,以 便消除粗車時(shí)產(chǎn)生的殘余應(yīng)力。 毛坯余量小時(shí),調(diào)質(zhì)可安排在粗車之前進(jìn)行。 調(diào)質(zhì)處理可獲得均勻細(xì)致的回火索氏體組織，以全面提高軸件的綜合機(jī)械性能；并為表面淬火做準(zhǔn)備，使表面淬火得到均勻致密的硬化層，并且使硬化層的硬度由表面向中心逐漸降低，同時(shí)，索氏體組織精加工后表面粗糙度較小。,（3）表面淬火一般安排在精加工階段之前,半精加工階段之后，使工作表面獲得一定的硬化層，提高零件的耐磨性能。 （4）對(duì)精度要求高的軸,在局部淬火后或粗磨之后,還需進(jìn)行低溫時(shí)效處理(在160油中進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間
11、的低溫時(shí)效),以保證尺寸的穩(wěn)定。,（5）滲氮處理。常用材料為氮化鋼38GrMoAl。需在滲氮之前進(jìn)行調(diào)質(zhì)和低溫時(shí)效處理。對(duì)調(diào)質(zhì)的質(zhì)量要求也很嚴(yán)格,不僅要求調(diào)質(zhì)后索氏體組織要均勻細(xì)化,而且要求離表面0.80.10mm層內(nèi)鐵素體含量不超過(guò)(C)5,否則會(huì)造成氮化脆性而影響其質(zhì)量。,尺寸檢驗(yàn) 形狀檢驗(yàn) 位置檢驗(yàn),5.軸類零件的檢驗(yàn),1.多刀半自動(dòng)車削和仿形車削 軸類零件批量較大時(shí),多采用多刀切削和仿形加工。下圖為多刀切削; 多刀切削是指用兩把或兩把以上刀具同時(shí)加工工件上的幾個(gè)表面。多刀切削可以把幾個(gè)工步合并起來(lái),使機(jī)動(dòng)時(shí)間重疊。要指出的是,這種加工方法調(diào)整刀具時(shí)間較多,且切削力較大,要求機(jī)床的剛性及
12、功率要大。,三、軸類零件的先進(jìn)加工方法,多刀車削,仿形加工是指按照預(yù)制的仿形靠模順序?qū)⒐ぜ庑渭庸こ鰜?lái)的方法。它有機(jī)械靠模仿形和液壓隨動(dòng)靠模仿形兩種。 液壓仿形加工可在液壓半自動(dòng)車床上進(jìn)行,也能在臥式車床上采用液壓仿形刀架來(lái)實(shí)現(xiàn)。液壓仿形加工不僅能大大減少零件加工的輔助時(shí)間,而且產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定,調(diào)整方便,減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度,因此已成為提高軸類零件外圓車削生產(chǎn)率的重要方法。,仿形加工,1)高速磨削 砂輪線速度高于6080m/s的磨削,稱為高速磨削。高速磨削有以下特點(diǎn): (1)提高了生產(chǎn)率。砂輪速度提高后,單位時(shí)間進(jìn)入磨削的磨粒數(shù)成比例增加,如果還保持每顆磨粒切屑厚度與普通磨削相同,則進(jìn)給量可以成
13、比例加大,磨削時(shí)間相應(yīng)縮短。,2.高速磨削、強(qiáng)力磨削和砂帶磨削,(2)提高砂輪耐用度。 砂輪速度提高后,若進(jìn)給量仍與普通磨削相同,則每顆磨粒切去的切屑厚度減小,每顆磨粒承受的切削負(fù)荷也就小了。磨粒切削能力相對(duì)提高,每次修整砂輪后可以磨去更多的金屬。 (3)減小表面粗糙度值。 因?yàn)槊款w磨粒切削厚度變小,表面切痕深度淺,表面粗糙度值小,作用在工件上的法向磨削力也相應(yīng)減小,所以又可提高加工精度。,2)強(qiáng)力磨削 強(qiáng)力磨削采用較高的砂輪速度,較大的磨削深度,一次切深可達(dá)6mm以上。進(jìn)給量較小,直接從毛坯上磨出加工表面。它可“以磨代車”、“以磨代銑”,而且效率比車削、銑削高。強(qiáng)力磨削力及磨削熱比高速
14、磨削顯著增加,因此除提高電動(dòng)機(jī)功率外,還要加強(qiáng)砂輪防護(hù)罩的強(qiáng)度和加大磨削液的供應(yīng)量,而且還需合理選擇砂輪和加強(qiáng)機(jī)床剛度等措施,以免發(fā)生危險(xiǎn)。,3)砂帶磨削 砂帶磨削是用涂滿磨料的環(huán)形砂帶作為切削工具的一種加工方法。它是多刀多刃連續(xù)切削,因而砂帶磨床加工效率超過(guò)車、銑、刨等通用機(jī)床加工效率,幾乎領(lǐng)先于所有金屬切削機(jī)床。砂帶磨削時(shí),砂帶和工件是彈性接觸,砂帶不能修整, 故其加工精度要低于砂輪精密磨削。砂帶磨削的三種方式如下圖所示。,砂帶磨削的三種方式,油石加壓力振動(dòng)縱向進(jìn)給，工件低速回轉(zhuǎn)不重復(fù)軌跡。 強(qiáng)烈切削階段壓強(qiáng)大，油膜被破壞，切削作用強(qiáng)烈 正常切削階段壓強(qiáng)降低,切削作用減弱 微弱切削階段壓強(qiáng)
15、更低，摩擦拋光作用,3、超精加工,自動(dòng)停止切削階段壓強(qiáng)很小,形成油膜，切削作用停止 磨粒摩擦拋光，交叉網(wǎng)紋Ra 0.010.1m， 速度低,壓力小,發(fā)熱少,表面不燒傷， 不能糾正形狀和位置誤差,研具與加工面相對(duì)運(yùn)動(dòng)，磨粒、研磨劑研去材料 機(jī)械切削作用磨粒受壓刮擦和擠壓切除微細(xì)材料 物理作用磨粒局部壓力大高溫、擠壓作用 化學(xué)作用研磨劑表面氧化變軟，加速研磨 運(yùn)動(dòng)較復(fù)雜軌跡不重復(fù)，Ra 0.010.2m,4、研磨,能提高尺寸形狀精度 不提高位置精度設(shè)備簡(jiǎn)便 生產(chǎn)率低，手研勞動(dòng)強(qiáng)度大,滾輪或滾珠加壓彈性和塑性變形 降低表面粗糙度值（Ra 0.050.4m），不提高形狀和位置精度 金屬晶粒變細(xì)
16、，纖維狀殘余壓應(yīng)力抗疲勞強(qiáng)度、耐磨性和耐腐蝕性高 設(shè)備簡(jiǎn)單，生產(chǎn)率高，工藝范圍廣。適用于塑性材料。,,5、滾壓,2. CA6140型車床主軸加工工藝過(guò)程,四、軸類零件加工實(shí)例,1. 半軸加工工藝過(guò)程,1.半軸加工工藝過(guò)程,工序號(hào) 工序名稱 設(shè)備 夾具 10 銑兩端面鉆中心孔 專用組合機(jī)床 V形鉗口 20 粗車大頭 仿形車床 卡盤.頂尖 30 粗車小頭 仿形車床 卡盤.頂尖 40 調(diào)質(zhì)處理.研中心孔 專用設(shè)備 50 精車大頭 仿形車床 卡盤.頂尖 精車小頭
17、仿形車床 卡盤.頂尖 70 車槽 車床 頂尖,工序號(hào) 工序名稱 設(shè)備 夾具 80 銑大頭花鍵 花鍵銑床 頂尖 90 銑小頭花鍵 花鍵銑床 頂尖 100 銑鍵槽 立銑床 虎鉗 110 去鍵槽毛刺 銼刀 高頻淬火 130 磨兩端花鍵外圓及端面 磨床 頂尖 140 磨外圓（32） 磨床 頂尖 磨外圓（38） 磨床 頂尖 160 鉆孔.攻螺紋 車床
18、 三爪卡盤,工序10 銑端面鉆中心孔,工序 20， 30 粗車,工序 50， 60 精車,工序 80，90 銑花鍵,工序 100 銑平鍵,工序 110 去毛刺,工序130 磨花鍵外圓及端面,,R3,,R3,,,300-0.13,工序 140，150 磨外圓,工序 160 鉆孔攻絲,2，車床主軸的加工工藝,主要技術(shù)要求有： 支承軸頸A、B：圓度、圓跳動(dòng)0.005，接觸率70%，IT5級(jí)，Ra0.4 莫氏錐孔：圓跳動(dòng)，近0.005，遠(yuǎn)0.01，接觸率70%，Ra0.4，淬硬,短錐C和端面D：圓跳動(dòng)0.008，Ra0.8，淬硬 配合軸頸：尺寸IT56級(jí)，圓跳動(dòng)0.015 其他表面：定位軸肩與中心線的垂直度，螺紋與中心線的同軸度等 材料45鋼，毛坯為模鍛件，大批量生產(chǎn) 主軸加工工藝過(guò)程略,CA6140型車床主軸加工工藝過(guò)程簡(jiǎn)表,CA6140型車床主軸加工工藝過(guò)程簡(jiǎn)表,CA6140型車床主軸加工工藝過(guò)程簡(jiǎn)表,CA6140型車床主軸加工工藝過(guò)程簡(jiǎn)表,CA6140型車床主軸加工工藝過(guò)程簡(jiǎn)表,CA6140型車床主軸加工工藝過(guò)程簡(jiǎn)表,CA6140型車床主軸加工工藝過(guò)程簡(jiǎn)表,專用夾具保證加工精度,6、主軸錐孔的磨削,磨主軸錐孔夾具,3、半軸的加工工藝,
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