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单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,第一节轴类零件加工,一、概述,(,一,),轴类零件的功用与结构特点,轴类零件是机械加工中经常遇到的典型零件之一。在机器中,它主要用来支承传动零件、传递运动和转矩。,轴类零件是长度大于直径的回转体零件,其加工表面通常有内外圆柱面、圆锥面以及螺纹、花键、键槽、横向孔、沟槽等。,根据结构形状特点,可将轴分为光滑轴、阶梯轴、空心轴和异形轴,(,包括曲轴、凸轮轴、偏心轴和十字轴等,);,若按轴的长度和直径的比例来分,又可分为刚性轴,(L/d15),图,6-1,所示为轴类零件的常见种类。,图,6-1,轴的种类,a),光轴,b)c),半轴,d),阶梯轴,e)f),十字轴,g),偏心轴,h),曲轴,i),凸轮轴,视频,(,二,),轴类零件的主要技术要求,1.,加工精度,(1),尺寸精度,轴类零件的尺寸精度主要是指直径和长度的精度。其支承轴颈一般与轴承配合,是主要表面,因此规定有严格的公差,公差等级为,IT5IT7,。装配传动件的轴颈精度要求可稍低,通常为,IT6IT9,。至于长度方向的尺寸要求则不那么严格,通常只规定其基本尺寸。,(2),形状精度,轴颈的形状精度是指圆度、圆柱度。这些误差将影响其与配合件的接触质量。一般轴颈的形状精度应限制在直径公差范围之内,对形状精度要求较高时,要在零件图上规定形状公差。,(3),位置精度,保证配合轴颈,(,装配传动件的轴颈,),对于支承轴颈,(,装配轴承的轴颈,),的同轴度或圆跳动量,是轴类零件位置精度的普遍要求。其次对于定位端面与轴线的垂直度也有一定要求。这些要求都是根据轴的工作性能制定的,在零件图上注出位置公差。,普通精度的轴,配合轴颈对支承轴颈的径向圆跳动一般为,0.010.03mm,高精度轴,配合轴颈对支承轴颈的径向圆跳动一般为,0.0010.005mm,。,2.,表面粗糙度,随着机器运转速度的增快和精密等级的提高,要求轴类零件的表面粗糙度值也越来越小。一般支承轴颈的表面粗糙度,R,a,值为,0.630.16,m,配合轴颈的表面粗糙度,R,a,值为,2.50.63,m,。,(,三,),轴类零件的材料和毛坯,1.,轴类零件的材料,一般轴类零件常用,45,钢,并根据工作条件不同采用不同的热处理工艺,(,如正火、调质、淬火等,),以获得一定的强度、韧性和耐磨性。,对于中等精度、转速较高的轴类零件,可选用,40Cr,等合金结构钢。,这类钢经调质和表面淬火处理后,具有较高的综合力学性能。精度较高的轴,有时还用轴承钢,GCr15,和弹簧钢,65Mn,等材料,它们通过调质和表面淬火处理后,具有更高的耐磨性和耐疲劳性能。,对于在高转速、重载荷等条件下工作的轴,可选用,20CrMnTi,、,20Mn2B,、,20Cr,等低碳合金钢或,38CrMoAlA,等渗氮钢。,低碳合金钢经渗碳淬火处理后,具有很高的表面硬度、耐冲击韧性和心部强度,但热处理变形大。而渗氮钢经调质和表面渗氮后,有很高的心部强度、优良的耐磨性和耐疲劳性能,热处理变形却很小。,2.,轴类零件的毛坯,轴类零件最常用的毛坯是圆棒料和锻件。,只有某些大型或结构复杂的轴才采用铸件。锻件具有较高的抗拉、抗弯及抗扭强度,故除了光轴、直径相差不大的阶梯轴可使用热轧和冷拉棒料外,一般比较重要的轴,大都采用锻件。,(,四,),轴类零件的一般加工工艺路线,轴类零件的主要表面是各个轴颈的外圆表面,空心轴的内孔精度一般要求不高,而精密主轴上的螺纹、花键、键槽等次要表面的精度要求则比较高。,因此,轴类零件的加工工艺路线主要是考虑外圆的加工顺序,并将次要表面的加工合理地穿插其中。下面是生产中常用的不同精度、不同材料的轴类零件加工工艺路线,:,1.,一般渗碳钢的轴类零件加工工艺路线,备料锻造正火钻中心孔粗车半精车、精车渗碳,(,或碳氮共渗,),局部淬火、低温回火粗磨次要表面加工精磨。,2.,一般精度调质钢的轴类零件加工工艺路线,备料锻造正火,(,退火,),钻中心孔粗车调质半精车、精车局部表面淬火、回火粗磨次要表面加工精磨。,3.,精密渗氮钢轴类零件的加工工艺路线,备料锻造正火,(,退火,),钻中心孔粗车调质半精车、精车低温时效粗磨渗氮处理次要表面加工精磨光整。,4.,整体淬火轴类零件的加工工艺路线,备料锻造正火,(,退火,),打顶尖孔粗车调质半精车、精车次要表面加工整体淬火粗磨低温时效精磨。,由此可见一般精度轴类零件,最终工序采用精磨就足以保证加工质量。而对于精密轴类零件,除了精加工外,还应安排光整加工。对于除整体淬火之外的轴类零件,其精车工序可根据具体情况不同,安排在淬火热处理之前进行,或安排在淬火热处理之后、次要表面加工之前进行。,应该注意的是,经淬火后的部位,不能用普通刀具切削,所以一些沟、槽、小孔等须在淬火之前加工完。,二、轴类零件加工工艺过程及其分析,轴类零件的加工工艺因其用途、结构形状、技术要求、生产类型的不同而有所不同。在生产中经常会遇到轴类零件加工工艺的编制。现以比较常见的阶梯轴为例对轴类零件的加工工艺的编制进行介绍。,1.,阶梯轴的技术要求,由于使用条件的不同,轴类零件的技术要求不完全相同。图,6-2,所示剖分式减速箱传动轴的主要技术要求为,:,(1),尺寸精度传动轴的支承轴颈,E,、,F,是传动轴的装配基准,它的制造精度直接影响到传动轴部件的旋转精度,故对它提出很高的技术要求,该轴的支承轴颈尺寸精度为,IT6,配合轴颈,M,、,N,的尺寸精度也为,IT6,。,(2),形状精度轴颈的形状精度应限制在直径公差范围之内,要求较高的应在工作图上标明,该轴形状公差均未注出。,(3),位置精度配合轴颈对支承轴颈一般有径向圆跳动或同轴度要求,装配定位用的轴肩对支承轴颈一般有端面圆跳动或垂直度要求。该轴的径向圆跳动和端面圆跳动公差均为,0.02mm,。,(4),表面粗糙度轴颈的表面粗糙度值,R,a,应与尺寸公差等级相适应。该轴的轴颈和定位轴肩,R,a,值均为,0.8,m,键槽两侧面为,3.2,m,其余表面为,6.3,m,。,(5),热处理轴的热处理根据其材料和使用要求确定。对于传动轴,正火、调质和表面淬火用得较多。该轴要求调质处理。,由以上分析可知,传动轴的支承轴颈、配合轴颈的尺寸精度、几何形状精度、与其他表面的相互位置精度要求较高,这是传动轴加工中的关键。,2.,阶梯轴加工工艺过程,下面以剖分式减速箱传动轴,(,见图,6-2),的加工工艺过程为例,介绍阶梯轴的典型工艺过程。,图,6-2,剖分式减速箱传动轴,该传动轴的材料为,45,钢,由于各外圆直径相差不大,且为小批量生产,其毛坯可选择热轧圆棒料。,该传动轴应首先车削成形,对于精度较高,表面粗糙度值,R,a,较小的外圆,E,、,F,、,M,、,N,和轴肩,P,、,Q,在车削之后还应磨削。车削和磨削时以两端的中心孔作为精基准定位,中心孔可在粗车之前加工。因此,该传动轴的工艺过程主要有加工中心孔,粗车,半精车和磨削四个阶段。,要求不高的外圆在半精车时加工到规定尺寸。,退刀槽,越程槽,倒角和螺纹在半精车时加工。键槽在半精车之后进行划线和铣削。调质处理安排在粗车和半精车之间,调质后要修研一次中心孔,以消除热处理变形和氧化皮。在磨削之前还应修研中心孔,进一步提高定位精基准的精度。,综合上述分析,传动轴的工艺过程如下,:,下料车两端面、钻中心孔粗车各外圆调质修研中心孔半精车各外圆、切槽、倒角车螺纹划键槽加工线铣键槽修研中心孔磨削检验。传动轴工艺过程卡见表,6-1,。,表,6-1,传动轴工艺过程卡,工序号,工种,工序内容,加工简图,设备,1,下料,45220,锯床,2,车,车端面见平,钻中心孔,;,调头,车另一端面,保证总长,215mm,钻中心孔,车床,3,车,粗车三个台阶,直径上均留余量,3mm;,调头,粗车另一端三个台阶直径上均留余量,3mm,车床,4,热,调质,220240HBW,工序号,工种,工序内容,加工简图,设备,5,(,钳,),修研两端中心孔,车床,6,车,车床,7,车,车螺纹,M201.5,车床,8,钳,划两个键槽加工线,9,铣,铣两个键槽,平口钳装夹,立铣,10,(,钳,),修研两端中心孔,车床,11,磨,磨外圆,E,、,M,到图样规定尺寸,靠磨轴肩,P;,调头,磨外圆,F,、,N,到图样规定尺寸,靠磨轴肩,Q,外圆,磨床,12,检,检验,按图样技术要求项目检验,3.,轴类零件加工工艺过程分析,从以上工艺过程可以看出,制订轴类零件工艺过程需要考虑以下问题,:,(1),合理选择定位基准,轴类零件加工时的定位基准,最常用的是中心孔。因为轴类零件各外圆表面、锥孔、螺纹表面的同轴度,以及端面对轴线的垂直度是其相互位置精度的主要项目,而这些表面的设计基准一般都是轴的轴线,如果用两中心孔定位,定位基准的选择就能符合基准重合原则。而且用中心孔作为定位基准,能够最大限度地在一次装夹中加工出多个外圆和端面,这也符合基准统一原则。所以,只要可能就应尽量采用中心孔作为轴类零件加工的定位基准。,当不能用中心孔定位时,或是粗加工时为了提高零件的刚度,可采用轴的外圆表面作为定位基准,或是以外圆表面和中心孔作为轴类零件加工的定位基准。,如果是空心轴,为了能在通孔加工后继续使用顶尖作为定位基准,一般都采用带有中心孔的锥堵或锥堵心轴定位。,(2),合理安排热处理工序,轴类零件的热处理要根据轴类零件的材料和要求确定。在轴类零件加工过程中,应合理安排足够的热处理工序,以保证轴类零件的力学性能及加工精度要求,并改善材料的切削加工性能。,(3),划分加工阶段,由于轴类零件常常是多阶梯且带有孔的零件,在加工过程中要切除大量的余量,会引起残余应力重新分布而产生变形,应将轴类零件的加工过程按粗、精加工分开的原则划分阶段,并在加工阶段之间安排相应的热处理工序,使得粗加工和半精加工中产生的变形和误差在下阶段中予以消除和纠正。最好粗、精加工阶段之间间隔一些时间,让上道工序产生的内应力逐步消失。,(4),合理安排工序顺序,在安排工序顺序时,首先要与定位基准的选择相适应。也就是说,轴类零件各表面的加工顺序,在很大程度上与定位基准的转换有关。当粗、精基准选定后,加工顺序就大致确定了。因为各阶段加工开始时总是先加工基准面,后加工其他面,这样有利于加工时有比较精确的定位基准面,以减小定位误差,保证加工质量。其次,安排加工顺序时,先粗后精,主要表面的精加工安排在最后。第三,热处理工序安排要适当。为改善金属组织和加工性能而安排的热处理,如退火、正火等,一般应安排在机械加工之前,;,为提高零件的力学性能而安排的热处理,如调质,一般应安排在粗加工之后,精加工之前。为提高表面硬度而安排的淬火应安排在粗磨之前,渗氮安排在粗磨之后,精磨之前。第四,淬硬表面上的孔、槽等表面的加工等应在淬火之前完成,淬火后要安排修正工序,;,对非淬硬表面上的孔、槽加工尽可能往后安排,一般应放在外圆精车,(,或粗磨,),之后,精磨前进行。这样可以保证精车的连续切削,不产生振动和不易损坏刀具,;,在轴类零件刚性较好时,先车小直径外圆表面并按顺序向大直径处加工,然后掉头车大端外圆,这样比较方便,生产效率较高,;,对于刚性较差的轴类零件,则应先车大直径外圆后车小直径外圆,以避免轴类零件刚性过早地降低。,三、轴类零件加工中的关键工艺问题,1.,锥堵和锥堵心轴的使用,对于空心轴类零件,在深孔加工完后,为了尽可能使各工序的定位基准统一,一般采用锥堵或锥堵心轴的中心孔作为定位基准。,当轴类零件锥孔锥度小时,适于采用锥堵,;,当锥孔锥度较大时,应采用锥堵心轴。图,6-3,和图,6-4,所示分别为锥堵和锥堵心轴的简图。,使用锥堵或锥堵心轴时应,注意,:,1),一般不中途更换或重新安装,以避免多次更换或安装引起的误差。,2),用锥堵心轴时,两个锥堵的锥面要求同轴,否则螺母拧紧后会使工件变形,图,6-4,所示的结构比较合理。,3),安装锥堵或者锥
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