轴类零件加工工艺

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。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。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4.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）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。对精度很高的长轴，在淬火后精磨前，安排低温实效处理。3）确定加工顺序基准先行／先外后内／先大后小／断面宜后（指键槽、花键、横向孔）。（3）长轴类零件的轴径表面常见工艺路线渗碳轴类零件：备料—锻造—正火—钻中心孔—粗车—半精车、精车—渗碳（或碳氮共渗）—淬火、低温回火—粗磨—次要表面加工—精磨。一般精密调质钢轴类零件：备料—锻造—正火（退火）—钻中心孔—粗车—调质—半精车、精车—表面淬火、回火—粗磨—次要表面加工—精磨。精密氮化钢轴类零件：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—氮化处理—次要表面加工—精磨—光磨。整体淬火轴类零件：备料—锻造—正火（退火）—钻中心孔—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。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。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。（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。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。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。（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。改进的短锥法兰式结构,卡盘用短锥面x(7730)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。（3）外圆磨床砂轮主轴的轴端结构砂轮通过法兰盘安装在轴端锥度为1:5的外锥体上，并用螺母拼紧位于圆锥面上的半圆键用以传递转矩。锥度：保证对中精度。（4）内圆磨床砂轮主轴轴端结构砂轮通过接长轴安装到主轴上，莫氏锥孔定位并传递扭矩，锥孔底部的螺纹紧固长轴。（5）钻镗类图主轴轴端结构钻镗类等轴向力为主的机床主轴轴端结构，刀杆或刀具用莫氏锥孔定位，锥孔或右端第一个扁孔传递扭矩，第二个扁孔用以拆卸刀具。（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。（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；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；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。mRa63.0（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，硬度为HRC48~50。mRa63.0（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，硬度为HRC45~50。mRa25.1（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。mRa2.0~8.0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）35可编辑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；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。（3）加工阶段的划分如前所述，分为三个阶段。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；分粗、精加工阶段有利于去应力并可加入热处理；多次切削有利于消除复映误差；粗、精加工二阶段应间隔一定时间；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。（4）定位基准的选择•应使定位基准与装配基准重合；•一次安装应多加工几个面；•注意零件的主要精度指标：同轴度、圆度、径向跳动；•主轴的定位过程较复杂：有顶尖、锥堵、支承表面等