轴类零件加工及工艺设计

轴类零件加工及工艺设计轴类零件加工工艺一、轴类零件的功用、结构特点及技术要求轴类零件是机器中经常遇到的典型零件之一。它主要用来支承传动零部件，传递扭矩和承受载荷。轴类零件是旋转体零件，其长度大于直径，一般由同心轴的外圆柱面、圆锥面、内孔和螺纹及相应的端面所组成。根据结构形状的不同，轴类零件可分为光轴、阶梯轴、空心轴和曲轴等。轴的长径比小于5的称为短轴，大于20的称为细长轴，大多数轴介于两者之间。轴用轴承支承，与轴承配合的轴段称为轴颈。轴颈是轴的装配基准，它们的精度和表面质量一般要求较高，其技术要求一般根据轴的主要功用和工作条件制定，通常有以下几项：(一)尺寸精度起支承作用的轴颈为了确定轴的位置，通常对其尺寸精度要求较高（IT5~IT7）。装配传动件的轴颈尺寸精度一般要求较低（IT6~IT9）。(二)几何形状精度轴类零件的几何形状精度主要是指轴颈、外锥面、莫氏锥孔等的圆度、圆柱度等，一般应将其公差限制在尺寸公差范围内。对精度要求较高的内外圆表面，应在图纸上标注其允许偏差。(三)相互位置精度轴类零件的位置精度要求主要是由轴在机械中的位置和功用决定的。通常应保证装配传动件的轴颈对支承轴颈的同轴度要求，否则会影响传动件（齿轮等）的传动精度，并产生噪声。普通精度的轴，其配合轴段对支承轴颈的径向跳动一般为0.01~0.03mm，高精度轴（如主轴）通常为0.001~0.005mm。(四)表面粗糙度一般与传动件相配合的轴径表面粗糙度为Ra2.5~0.63μm，与轴承相配合的支承轴径的表面粗糙度为Ra0.63~0.16μm。二、轴类零件的毛坯和材料(一)轴类零件的毛坯轴类零件可根据使用要求、生产类型、设备条件及结构，选用棒料、锻件等毛坯形式。对于外圆直径相差不大的轴，一般以棒料为主；而对于外圆直径相差大的阶梯轴或重要的轴，常选用锻件，这样既节约材料又减少机械加工的工作量，还可改善机械性能。根据生产规模的不同，毛坯的锻造方式有自由锻和模锻两种。中小批生产多采用自由锻，大批大量生产时采用模锻。(二)轴类零件的材料轴类零件应根据不同的工作条件和使用要求选用不同的材料并采用不同的热处理规范（如调质、正火、淬火等），以获得一定的强度、韧性和耐磨性。45钢是轴类零件的常用材料，它价格便宜经过调质（或正火）后，可得到较好的切削性能，而且能获得较高的强度和韧性等综合机械性能，淬火后表面硬度可达45~52HRC。40Cr等合金结构钢适用于中等精度而转速较高的轴类零件，这类钢经调质和淬火后，具有较好的综合机械性能。轴承钢GCr15和弹簧钢65Mn，经调质和表面高频淬火后，表面硬度可达50~58HRC，并具有较高的耐疲劳性能和较好的耐磨性能，可制造较高精度的轴。精密机床的主轴（例如磨床砂轮轴、坐标镗床主轴）可选用38CrMoAIA氮化钢。这种钢经调质和表面氮化后，不仅能获得很高的表面硬度，而且能保持较软的芯部，因此耐冲击韧性好。与渗碳淬火钢比较，它有热处理变形很小，硬度更高的特性。摘自《JXCAD》第三十讲轴类零件加工工艺传动轴机械加工工艺实例轴类零件是常见的典型零件之一。按轴类零件结构形式不同，一般可分为光轴、阶梯轴和异形轴三类；或分为实心轴、空心轴等。它们在机器中用来支承齿轮、带轮等传动零件，以传递转矩或运动。台阶轴的加工工艺较为典型，反映了轴类零件加工的大部分内容与基本规律。下面就以减速箱中的传动轴为例，介绍一般台阶轴的加工工艺。1．零件图样分析1．图A-1传动轴图A-1所示零件是减速器中的传动轴。它属于台阶轴类零件，由圆柱面、轴肩、螺纹、螺尾退刀槽、砂轮越程槽和键槽等组成。轴肩一般用来确定安装在轴上零件的轴向位置，各环槽的作用是使零件装配时有一个正确的位置，并使加工中磨削外圆或车螺纹时退刀方便；键槽用于安装键，以传递转矩；螺纹用于安装各种锁紧螺母和调整螺母。根据工作性能与条件，该传动轴图样(图A-1)规定了主要轴颈M，N，外圆P、Q以及轴肩G、H、I有较高的尺寸、位置精度和较小的表面粗糙度值，并有热处理要求。这些技术要求必须在加工中给予保证。因此，该传动轴的关键工序是轴颈M、N和外圆P、Q的加工。2．确定毛坯该传动轴材料为45钢，因其属于一般传动轴，故选45钢可满足其要求。本例传动轴属于中、小传动轴，并且各外圆直径尺寸相差不大，故选择￠60mm的热轧圆钢作毛坯。3．确定主要表面的加工方法传动轴大都是回转表面，主要采用车削与外圆磨削成形。由于该传动轴的主要表面M、N、P、Q的公差等级(IT6)较高，表面粗糙度Ra值(Ra=0.8um)较小，故车削后还需磨削。外圆表面的加工方案(参考表A-3)可为：粗车→半精车→磨削。4．确定定位基准合理地选择定位基准，对于保证零件的尺寸和位置精度有着决定性的作用。由于该传动轴的几个主要配合表面(Q、P、N、M)及轴肩面(H、G)对基准轴线A-B均有径向圆跳动和端面圆跳动的要求，它又是实心轴，所以应选择两端中心孔为基准，采用双顶尖装夹方法，以保证零件的技术要求。粗基准采用热轧圆钢的毛坯外圆。中心孔加工采用三爪自定心卡盘装夹热轧圆钢的毛坯外圆，车端面、钻中心孔。但必须注意，一般不能用毛坯外圆装夹两次钻两端中心孔，而应该以毛坯外圆作粗基准，先加工一个端面，钻中心孔，车出一端外圆；然后以已车过的外圆作基准，用三爪自定心卡盘装夹(有时在上工步已车外圆处搭中心架)，车另一端面，钻中心孔。如此加工中心孔，才能保证两中心孔同轴。5．划分阶段对精度要求较高的零件，其粗、精加工应分开，以保证零件的质量。该传动轴加工划分为三个阶段：粗车(粗车外圆、钻中心孔等)，半精车(半精车各处外圆、台阶和修研中心孔及次要表面等)，粗、精磨(粗、精磨各处外圆)。各阶段划分大致以热处理为界。6．热处理工序安排轴的热处理要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，并安排在粗车各外圆之后，半精车各外圆之前。综合上述分析，传动轴的工艺路线如下：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，车槽，倒角→车螺纹→划键槽加工线→铣键槽→修研中心孔→磨削→检验。7．加工尺寸和切削用量传动轴磨削余量可取0.5mm，半精车余量可选用1.5mm。加工尺寸可由此而定，见该轴加工工艺卡的工序内容。车削用量的选择，单件、小批量生产时，可根据加工情况由工人确定；一般可由《机械加工工艺手册》或《切削用量手册》中选取。8．拟定工艺过程定位精基准面中心孔应在粗加工之前加工，在调质之后和磨削之前各需安排一次修研中心孔的工序。调质之后修研中心孔为消除中心孔的热处理变形和氧化皮，磨削之前修研中心孔是为提高定位精基准面的精度和减小锥面的表面粗糙度值。拟定传动轴的工艺过程时，在考虑主要表面加工的同时，还要考虑次要表面的加工。在半精加工￠52mm、￠44mm及M24mm外圆时，应车到图样规定的尺寸，同时加工出各退刀槽、倒角和螺纹；三个键槽应在半精车后以及磨削之前铣削加工出来，这样可保证铣键槽时有较精确的定位基准，又可避免在精磨后铣键槽时破坏已精加工的外圆表面。在拟定工艺过程时，应考虑检验工序的安排、检查项目及检验方法的确定。综上所述，所确定的该传动轴加工工艺过程见表A-1。表A-1传动轴机械加工工艺卡台职院机电系机械加工工艺卡产品名称图号零件名称传动轴共1页第1页毛坯种类圆钢材料牌号45钢毛坯尺寸￠60mm×265mm序号工种工步工序内容设备工具夹具刃具量具1下料￠60mm×265mm2车三爪自定心卡盘夹持工件毛坯外圆车床1车端面见平C61402钻中心孔中心钻￠2mm用尾座顶尖顶住中心孔3粗车￠46mm外圆至￠48mm，长118mm4粗车￠35mm外圆至￠37mm，长66mm5粗车M24mm外圆至￠26mm，长14mm调头，三爪自定心卡盘夹持￠48mm处(￠44mm外圆)6车另一端面，保证总长250mm7钻中心孔用尾座顶尖顶住中心孔8粗车￠52mm外圆至￠54mmA粗车￠35mm外圆至￠37mm，长A3mm10粗车￠30mm外圆至￠32mm，长36mm11粗车M24mm外圆至￠26mm，长16mm12检验3热调质处理220～240HBS4钳修研两端中心孔车床5车双顶尖装夹车床1半精车￠46mm外圆至￠46.5mm，长120mm2半精车￠35mm外圆至￠35.5mm，长68mm3半精车M24mm外圆至￠24－0.1－0.2mm，长16mm4半精车2～3mm×0.5mm环槽5半精车3mm×l.5mm环槽6倒外角1mm×45°,3处调头，双顶尖装夹7半精车￠35mm外圆至￠35.5mm,长A5mm8半精车￠30mm外圆至￠35.5mm长38mm9半精M24mm外圆至￠24－0.1－0.2mmmm,长18mm10半精车￠44mm至尺寸，长4mm11车2～3mm×0.5mm环槽12车3mm×l.5mm环槽13倒外角lmm×45°,4处14检验6车双顶尖装夹1车M24mm×l.5mm～6g至尺寸车床调头，双顶尖装夹2车M24mm×1.5mm～6g至尺寸3检验7钳划两个键槽及一个止动垫圈槽加工线8铣用V形虎钳装夹，按线找正1铣键槽12mm×36mm，保证尺寸41～41.25mm立铣2铣键槽8mm×l6mm，保证尺寸26～26.25mm3铣止动垫圈槽6mm×l6mm，保证20.5mm至尺寸4检验9钳修研两端中心孔车床10磨1磨外圆￠35±0.008mm至尺寸外圆磨床2磨轴肩面I3磨外圆￠30±0.0065mm至尺寸4磨轴肩面H调头，双顶尖装夹5磨外圆P至尺寸6磨轴肩面G7磨外圆N至尺寸8磨轴肩面F9检验9．传动轴机械加工工艺过程工序简图为了表达清楚各工序的内容及要求，其传动轴加工工艺过程的工序简图见表A-2。表A-2传动轴加工工序简图________________________________________网站制作、维护:台州职业技术学院.机电工程学院.HWY.欢迎多提宝贵意见联系电话:[phone](665695)电子信箱:[e-mail]1.1夹具的特点在机床上加工工件时,我们可以看到两种不同的情况:一种是用划针或指示表等量具,按工件的某一表面,或者按工件表面上所划的线进行找正,使工件在机床上处于所需要的正确位置,然后夹紧工件进行加工;另一种是把工件安装字夹具上进行加工。为了在工件的某一部位上加工出符合规定技术要求的表面,一般都按工件的结构形状,加工方法和生产批量的不同,采用各种不同的装置将工件准确,方便的而可靠地安装在机床上,然后进行加工.这种用来安装的工件以确定工件与切削刀具的相对位置并将工件夹紧的装置称为“机床夹具”。在实际的生产中,例如活塞,连杆的生产线上,几乎每道工序中都采用了夹具。十分明显,如果不采用夹具,不但工件的加工精度难以保证,而且加工生产率也会大大降低,有时甚至会造成无法加工的情况。除了机床加工时需要使用夹具外,有时在检验,装配等的工序中也要用到夹具,因之在这种场合中用到的夹具可分别称为“检验夹具”和“装配夹具”。机床夹具通常是指装夹工件用的装置:至于装夹各种刀具用的装置,则一般称为“辅助工具”。辅助工具有时也广义地包括在机床夹具的范围内。按照机床夹具的应用范围,一般可分为通用夹具,专用夹具和可调整式夹具等。通用夹具是在普通机床上一般都附有通用夹具,如车床上的卡盘,铣床上的回转工作台,分度头,顶尖座等。它们都一标准化了,具有一定的通用性,可以用来安装一定形状尺寸范围内的各种工件而不需要进行特殊的调整。但是,在实际生产中,通用夹具常常不能够满足各种零件加工的需要;或者因为生产率低而必须把通用夹具进行适当的改进;或者由于工件的形状,加工的要求等的不同须专门设计制造一种专用夹具,以解决生产实际的需要。专用夹具是为了适应某一工件的某一工序加工的要求而专门设计制造的,其功用主要有下列几个方面:1.保证工件被加工表面的位置精度,例如与其他表面间的距离精度,平行度,同轴度等。对于外行比较复杂,位置精度要求比较高的工件,使用通用夹具进行加工往往难以达到精度要求。2.缩短了工序时间,从而提高了劳动生产率。进行