阶梯轴零件的加工

任务1阶梯轴类零件加工图1-1阶梯轴3、相关实践知识轴类零件是机械结构中用于传递运动和动力的重要零件之一，其加工质量直接影响到机械的使用性能和运动精度。轴类零件的主要表面是外圆，车削是外圆加工的主3.2拟定加工工艺（2课时）如图1-1为某传动轴，从结构上看，是一个典型的阶梯轴，工件材料为45，生产纲领为小批或中批生产，调质处理220～350HBS。3.2.1分析阶梯轴的结构和技术要求该轴为普通的实心阶梯轴，轴类零件一般只有一个主要视图，主要标注相应的尺寸和技术要求，而其它要素如退刀槽、键槽等尺寸和技术要求标注在相应的剖视图。轴颈和装传动零件的配合轴颈表面，一般是轴类零件的重要表面，其尺寸精度、形状精度（圆度、圆柱度等）、位置精度（同轴度、与端面的垂直度等）及表面粗糙度要求均较高，是轴类零件机械加工时，应着重保障的要素。如图1-1所示的传动轴，轴颈M和N处是装轴承的，各项精度要求均较高，其尺寸为Ф35js6(±0.008)，且是其它表面的基准，因此是主要表面。配合轴颈Q和P处是安装传动零件的，与基准轴颈的径向圆跳动公差为0.02（实际上是与M、N的同轴度），公差等级为IT6，轴肩H、G和I端面为轴向定位面，其要求较高，与基准轴颈的圆跳动公差为0.02（实际上是与M、N的轴线的垂直度），也是较重要的表面，同时还有键槽、螺纹等结构要素。3.2.2明确毛坯状况一般阶梯轴类零件材料常选用45钢；对于中等精度而转速较高的轴可用40Cr；对于高速、重载荷等条件下工作的轴可选用20Cr、20CrMnTi等低碳含金钢进行渗碳淬火，或用38CrMoAIA氮化钢进行氮化处理。阶梯轴类零件的毛坯最常用的是圆棒料和锻件。3.2.3拟定工艺路线；技术要求调质处理HBS217～255。零件名称：传动轴材料45生产类型：小批1）确定加工方案轴类在进行外圆加工时，会因切除大量金属后引起残余应力重新分布而变形。应将粗精加工分开，先粗加工，再进行半精加工和精加工，主要表面精加工放在最后进行。传动轴大多是回转面，主要是采用车削和外圆磨削。由于该轴的Q、M、P、N段公差等级较高，表面粗糙度值较小，应采用磨削加工。其它外圆面采用粗车、半精车、精车加工的加工方案。2）划分加工阶段该轴加工划分为三个加工阶段，即粗车（粗车外圆、钻中心孔）、半精车（半精车各处外圆、台肩和修研中心孔等），粗精磨Q、M、P、N段外圆。各加工阶段大致以热处理为界。3）选择定位基准轴类零件各表面的设计基准一般是轴的中心线，其加工的定位基准，最常用的是两中心孔。采用两中心孔作为定位基准不但能在一次装夹中加工出多处外圆和端面，而且可保证各外圆轴线的同轴度以及端面与轴线的垂直度要求，符合基准统一的原则。在粗加工外圆和加工长轴类零件时，为了提高工件刚度，常采用一夹一顶的方式，即轴的一端外圆用卡盘夹紧，一端用尾座顶尖顶住中心孔，此时是以外圆和中心孔同作为定位基面。4）热处理工序安排该轴需进行调质处理。它应放在粗加工后，半精加工前进行。如采用锻件毛坯，必须首先安排退火或正火处理。该轴毛坯为热轧钢，可不必进行正火处理。5）加工工序安排应遵循加工顺序安排的一般原则，如先粗后精、先主后次等。另外还应注意：外圆表面加工顺序应为：先加工大直径外圆，然后再加工小直径外圆，以免一开始就降低了工件的刚度。轴上的花键、键槽等表面的加工应在外圆精车或粗磨之后、外圆精磨之前。这样既可保证花键、键槽的加工质量，也可保证精加工表面的精度。轴上的螺纹一般有较高的精度，其加工应安排在工件局部淬火之前进行，避免因淬火后产生的变形而影响螺纹的精度。该轴的加工工艺路线为：毛坯及其热处理→预加工→车削外圆→铣键槽等→热处理→磨削。3.2.4确定工序尺寸毛坯下料尺寸：Φ65×265；粗车时，各外圆及各段尺寸按图纸加工尺寸均留余量2mm；半精车时，螺纹大径车到1.02.024，Φ44及Φ62台阶车到图纸规定尺寸，其余台阶均留0.5mm余量。铣加工：止动垫圈槽加工到图纸规定尺寸，键槽铣到比图纸尺寸多0.25mm，作为磨销的余量。精加工：螺纹加工到图纸规定尺寸M24х1.5-6g，各外圆车到图纸规定尺寸。3.2.5选择设备工装外圆加工设备：普通车床CA6140磨削加工设备：万能外圆磨床M1432A铣削加工设备：铣床X523.2.6填写工艺卡片表1-1阶梯轴加工工艺工序号工种工序内容设备1下料ф65х2652车三爪卡盘夹持工件，车端面见平，钻中心孔，用尾架顶尖顶住，粗车P、N及螺纹段三个台阶，直径、长度均留余量2mmCA6140调头，三爪卡盘夹持工件另一端，车端面保证总长259，钻中心孔，用尾架顶尖顶住，粗车另外四个台阶，直径、长度均留信余量2mmCA61403热调质处理24~38HRC4钳修研两端中心孔CA61405车双顶尖装夹。半精车三个台阶，螺纹大径车到ф1.02.024,P、N两个台阶直径上留余量0.5mm，车槽三个,倒角三个CA6140调头，双顶尖装夹，半精车余下的五个台阶，ф44及ф52台阶车到图纸规定的尺寸。螺纹大径车到1.02.024,其余两个台阶直径上留余量0.5mm,车槽三个,倒角四个CA61406车双顶尖装夹，车一端螺纹M24х1.5-6g，调头，双顶尖装夹，车另一端螺纹M24х1.5-6gCA61407钳划键槽及一个止动垫圈槽加工线8铣铣两个键槽及一个止动垫圈槽，键槽深度比图纸规定尺寸多铣0.25mm，作为磨削的余量X529钳修研两端中心孔CA614010磨磨外圆Q和M，并用砂轮端面靠磨台H和I。调头，磨外圆N和P，靠磨台肩G。M1432A11检检验3.3、阶梯轴加工实践（2课时）教师按表1-1工艺示范后，学生分组完成加工任务。4、相关理论知识问题1、工件表面是如何成形的？问题2、什么是切削运动？问题3、什么是切削用量？问题4、为什么要制定机械加工工艺规程？4.1车削基本知识（1课时）工件表面是工件与刀具在机床上通过相对运动而形成的。4.1.1车削运动与工件上的加工表面（1）车削运动车削运动包括主运动与进给运动，如图1-10所示为外圆的车削运动和表面形成。主运动：由机床或人力提供的主要运动，它促使刀具和工件之间产生相对运动，从而使刀具前刀面接近工件，从工件上直接切除金属。它具有切削速度高，消耗功率大的特点。工件的旋转就是车削时的主运动。进给运动：由机床或人力提供的运动，它使刀具和工件之间产生附加的相对运动，使主运动能够继续切除工件上多余金属，以便形成所需几何特性的加工表面。刀具的移动就是车削时的进给运动。（2）加工表面切削加工过程是一个动态的过程，在这一过程中，随着刀具与工件相对运动的进行，工件表层的被切削金属层被连续不断地切下来，变成切屑。同时，在工件上有三个不断变化着的表面，它们是：待加工表面：工件上有待加工的表面。已加工表面：工件经切削后产生的表面。过渡表面：工件上由刀具切削刃形成的正在切削的那一部分表面，它在下一切削行程，刀具或工件的下一转里被切除，或由下一切削刃切除。4.1.2切削用量三要素与切削用量选择切削速度Ve、进给量f(或进给速度Vf)、背吃刀量ap称为切削用量的三要素。确定切削用量时，应在保证加工质量（表面粗糙度和加工精度）要求下，在工艺系统刚性允许的情况下，在充分发挥机床功率和发挥刀具切削性能时的最大切削量。在粗加工时，工件的加工精度和表面质量要求不高，毛坯的加工余量大，选择切削用量时，主要考虑提高切削加工的生产率和适当控制刀具的磨损，应选择较大的背吃刀量ap。采用一次或二次走刀，就把本工序中的加工余量切除掉。在精加工时，应重点保证工件的加工精度和表面质量，故应选较小进给量，并尽可能地选用较大的切削速度。进给量和切削速度的选择应与所用机床的功率和刀具情况相适应。具体可查手册。4.1.3金属切削过程中的物理现象。金属切削过程是指在机床上利用刀具，通过刀具与工件之间的相对运动．从工件上切下多余的金属，从而形成切屑和已加工表面的过程。在这个过程中，会产生一系列象，如切削变形、切削力、切削热与切削温度、刀具磨损等。（1）切屑的形成与积屑瘤1）切屑的形成与切削变形区塑性金属切削过程在本质上是被切削层金属在刀具的挤压作用下产生变形并与工件本体分离形成切屑的过程。图1-10外圆车削运动与加工表面的形成如图1-11所示，切削过程是伴随着切削运动进行的。随着切削层金属以切削速度Vc向刀具前刀面接近，在前刀面的挤压作用下，被切金属产生弹性变形，并逐渐加大，其内应力也在增加。当被切金属运动到图1-11的OA线时，其内应力达到屈服点，开始产生塑性变形，金属内部发生剪切滑移。OA称为始滑移线（始剪切线）。随着被切金属继续向前刀面逼近，塑性变形加剧，内应力进一步增加，到达OM线时，变形和应力达到最大。OM称为终滑移线（终剪切线）。切削刃附近金属内应力达到金属断裂极限而使被切金属与工件本体分离。分离后的变形金属沿刀具的前刀面流出，成为切屑。对照上述切削变形的分析，我们可按变形程度将切削变形划成三个变形区：从OA线开始发生剪切滑移塑性变形，到OM线晶粒的剪切滑移基本完成，这一区域（I）称为第一变形区。切屑沿前刀面排出时进一步受到前刀面的挤压和摩擦，使切屑底层靠近前刀面处的金属纤维化，其方向基本上和前刀面平行。这一区域（II）称为第二变形区。已加工表面受到切削刃钝圆部分和后刀面的挤压、摩擦和回弹作用，造成纤维化与加工硬化，这一区域（III）称为第三变形区。三个变形区各具特点．又相互联系、相互影响。切削过程中产生的许多现象均与金属层变形有关。在切削过程中，变形程度越大，工件的表面质量越差，切削过程中所消耗的能量越多。2）切屑的种类切削加工中，当工件材料、切削条件不同时，会形成不同的切屑。按其形态不同，可分为图1-12所示的四种类型。图1-12切屑类型3）积屑瘤在一定范围的切削速度下切削塑性金属时，常发现在刀具前刀面靠近切削刃的部位都附着一小块很硬的金属，这就是积屑瘤，或称刀瘤，如图1-13所示。在形成积屑瘤的过程中，金属材料因塑性变形而被强化。因此，积屑瘤的硬度比工件材料的硬度高，能代替切削刃进行切削，起到保护切削刃的作用。积屑瘤的存在，增大了刀具实际工作前角，使切削轻快，粗加工时希望产生积屑瘤。但是积图1-11切削过程中的变形区图1-13积屑瘤屑瘤会导致切削力的变化，引起振动，并会有一些积屑瘤碎片部附在工件己加工表面上，使表而变得粗糙，故精加工时应尽量避免积屑瘤产生。因此，一般精车、精铣采用高速切削，而拉削、铰削和宽刀精刨时，则采用低速切削，以避免形成积屑瘤。选用适当的切削液，可有效地降低切削温度，减小摩擦，也是减少或避免积屑瘤的重要措施之一。（2）切削力和切削功率切削过程中作用在刀具与工件上的力称为切削力。切削力所作的功就是切削功。1）切削力切削力来源有两个方面：即切削层金属变形产生的变形抗力和切屑、工件与刀具间摩擦产生的摩擦抗力。如图1-14为切削力的来源。切削力是一个空间力，大小和方向都不易直接测定。为了适应设计和工艺分析的需要，一般把切削力分解，研究它在一定方向上的分力。图1-14切削力的来源图1-15切削力分解如图1-15所示，切削力F可沿坐标轴分解为三个互相垂直的分力Fc、Fp、Ff。l）主切削力Fc：切削力在卞运动方向上的分力。2）背向力Fp：切削力在垂直于假定工作平面方向上的分力。3）进给力Ff：切削力在进给运动方向上的分力。它们的关系是：222fpcFFFF车削时，主切削力是最大的一个分力，它消耗切削总功率的95％左右，背向力在车外圆时不消耗功率，进给力作用在机床的进给运动机构上，消耗总功率的5％左右。切削力的大小是由很多因素决定的，如工件材料、切削用量、刀具角度、切削液和刀具材料等。在一般情况下，对切削力影响比较大的是工件材料和切削用量。（3）切削热和切削温度金属切削过程中消耗的能量除了极少部分以变形能留存于工件表面和切屑中，基本上转变为热能。大量的切削热导致切削区域温度升高，直接影响刀具与工件材料的摩擦系数、积屑瘤的形成与消退、刀具的磨损、工件的加工精度和表面质量。1）切削热在切削过程