第四讲 轴类零件加工分析.ppt

第四讲 轴类零件的加工工艺 分析,功能分析 结构特点 工艺规程分析,1.1轴类零件概述,轴类零件一般分为光滑轴、阶梯轴、空心轴和异形轴（曲轴、齿轮轴、十字轴等）四类；当其长径比（l/d）大于20时又称为细长轴（或挠性轴）小于6的为短轴。 轴上的加工表面主要有内外圆柱面、内外圆锥面、螺纹、花键、键槽等 轴类零件一般在机器中支承传动零件，传递转矩，承受载荷,轴的种类,1.2 轴类零件的技术要求,（）尺寸精度 尺寸精度包括直径尺寸精度和长度尺寸精度。精密轴颈为级，重要轴颈为级，一般轴颈为级。轴向尺寸精度一般要求较低。 （）相互位置精度 相互位置精度，主要指装配传动件的轴颈相对于支承轴颈的同轴度及端面对轴心线的垂直度等。通常用径向圆跳动来标注。普通精度轴的径向圆跳动为，高精度轴的径向圆跳动通常为。 （）几何形状精度 几何形状精度主要指轴颈的圆度、圆柱度，一般应符合包容原则（即形状误差包容在直径公差范围内）。当几何形状精度要求较高时，零件图上应单独注出规定允许的偏差。 （）表面粗糙度 轴类零件的表面粗糙度和尺寸精度应与表面工作要求相适应。通常支承轴颈的表面粗糙度 值为3.20.4，配合轴颈的表面粗糙度 值为。,1.3 轴类零件材料、热处理,一般轴类零件常用45钢，并根据不同的工作条件，采用不同的热处理规范（如正火、调质、淬火等），以获得一定的强度、韧性和耐磨性； 中等精度而转速较高的零件，一般选用40gr等牌号的合金结构钢； 精密度较高的轴有时还用轴承钢gcr15和弹簧钢65mn等材料，经调质和表面淬火处理后，具有较高的耐疲劳强度和较好的耐磨性； 高转速、重载荷等条件下工作的轴，一般选用20grmnti、20mn2b、20gr等渗碳钢或38crmoala渗氮钢； 低碳合金钢经渗碳淬火处理后，具有较高的表面硬度、耐冲击韧性，但热处理变形较大，渗碳淬火前要留有足够的余量； 渗氮钢经调质和表面氮化后，有优良的耐磨性、耐疲劳性和韧性，渗氮钢的热处理变形很小，渗氮层厚度也较薄,主轴材料及热处理,1.4 轴类毛坯,对于光轴和直径相差不大的阶梯轴，一般采用圆钢作为毛坯。 对于直径相差较大的阶梯轴以及比较重要的轴，应采用锻件作为毛坯。其中大批大 生产采用模锻件，单件小批生产采用自由锻件。 对于某些大型的、结构复杂的异形轴，可采用球墨铸铁作为毛坯。,2.1轴类零件加工工艺分析定位基准与装夹方法特点,轴类零件的定位基准，最常用的为两顶尖孔、外圆表面。因为轴类零件各外圆、内孔、 螺纹的同轴度以及对旋转轴线的垂直度等是相互位置精度的主要项目，而这些表面的设计基 准一般都是轴的中心线，用两顶尖孔定位，符合基准重合的原则，而且能够最大限度地在一 次安装中加工出多个外圆和端面，这也符合基准统一的原则。,2.1轴类零件加工工艺分析 -定位基准,主轴加工过程中常以加工表面的设计基准（中心孔-两顶尖孔）为精基准，且在加工各阶段反复修正中心孔，不断提高基准精度，此种工艺符合基准重合、重准统一原则。 在轴的加工过程中，顶尖孔始终要保持准确和清洁。如果轴进行整体淬火、热处理时，顶尖孔表面可能有氧化皮或其他损伤，为了保证下一阶段的加工精度，在每次热处理后，转入下一加工阶段前，应对顶尖孔进行研磨或修整。,采用两顶尖孔定位基准的好处？,基准统一，能在一次安装中加工出各段外圆表面及其端面，保证同轴度和垂直度。 夹具简单、加工效率高。 基准重合，加工直径尺寸很好控制。,顶尖的实施,对于实心轴，粗加工前，先打顶尖孔，开始了精基准之路。 对于空心轴？ 通孔径较小时，可直接在孔口倒出宽度不大于2mm的锥面代替中心孔； 不宜时，采用带有中心孔的锥堵或带锥堵的拉杆心轴。,锥堵与锥堵心轴,细长轴的加工,工件装在前后顶尖上，且顶尖不能顶得太紧或太松，防止工件热伸长时因受挤而弯曲变形，或因松动而影响加工精度 工件亦可装在三爪卡盘和后顶尖上，此时宜采用弹簧顶尖，以免工件热伸长受阻 由于细长轴刚性差，可采用大的主偏角；采用反向车削，使工件轴向受拉；采用中心架或跟刀架，以增加工艺系统刚性 采用大前角，正刃倾角，充分使用切削液；细长轴左端缠有一圈钢丝，然而三爪卡盘夹在钢丝上，减少接触面积，消除过定位，避免工件应力,2.2深孔加工,轴类零件尤其是机床主轴的深孔加工为减小零件变形，一般在工件调质后进行，它比一般孔的加工要困难得多，必须采用特殊的钻头，设备和加工方式，解决好工具引导，顺利排屑和充分冷却润滑三大问题，为此可采取下列措施： 工件作回转运动，钻头作进给运动，使钻头具有自动定心的能力 采用性能优良的深孔钻削系统，如内排式深孔钻、枪钻等 在工件上用刚性好的刀具预先加工一个直径相当的导向孔，其深度为钻头直径的11.5倍，尺寸精度不低于m7 大量输送具有一定压力的冷却介质，加快刀具冷却，带动切屑排出。,2.2主轴深孔的加工,在单件小批量生产中，深孔加工一般是在卧式车床上用接长的麻花钻加工。在加工过程中需多次退出钻头，以便排出切屑和冷却工件及钻头。在批量生产时，采用深孔钻床及深孔钻头，可获得较好的加工质量并具有较高的生产率。 钻出的深孔一般都要经过精加工才能达到要求的精度和表面粗糙度。精加工的方法主要有镗和绞。由于刀具细长，目前较多采用拉镗和拉绞的方法，使刀杆只受拉力而不受压力。这些加工一般也在深孔钻床上进行。,2.3精基准第二 支承轴径,以轴的支承轴径（一般是轴承配合轴段）为精基准，可加工锥孔，是互为基准的例子，两外支承轴径同时也是装配基准，故符合基准重合原则， 另也可用外径为基准加工外径本身,3.1轴类零件典型加工路线,预备加工：包括校直、切断、端面加工和钻中心孔等。 粗车：粗车直径不同的外圆和端面。 热处理：对质量要求较高的轴，在粗车后应进行正火、调质等热处理。 精车：修研中心孔后精车外圆、端面及螺纹等。 其他工序：如铣键槽、花键及钻孔等。 热处理：耐磨部位的表面热处理。 磨削工序：修研中心孔后磨外圆、端面。,4、车床主轴ca6140加工工艺分析,c,d,e,f,图4-59 ca6140 型车床主轴支承轴颈示意图,4.1此轴技术要求分析,三处支承轴颈是主轴部件的装配基准，它的制造精度直接影响到主轴部件的回转精度，影响零件的加工质量 主轴锥孔是用于安装顶尖或工具的莫氏锥柄的，其轴线必须与支承轴颈的公共轴线尽量重合，否则将影响机床精度，使工件产生同轴度误差 主轴前端圆锥面c和端面d是安装卡盘的定位表面，保证锥面与支承轴颈公共轴线尽量同轴，端面与支承轴颈公共轴线尽量垂直，才能确保卡盘的定心精度 主轴轴向定位面与主轴回转轴线若不垂直，将会使主轴产生周期性轴向窜动 另外需考虑轴的耐磨性、抗振性、尺寸稳定性，以及在高变载荷作用下所具有的抗疲劳强度等,4.2、各处精度解读,1.主轴支承轴颈的精度 2.主轴工作表面的精度 3.主轴次要表面和轴颈其他表面的精度 4.主轴各表面粗糙度 5.主轴锥面的精度等,4.3加工工艺过程, 备料 模锻 热处理 正火 铣端面钻中心孔 中心孔机床 粗车外圆 余量2.5-3mm 卧式车床 热处理 调质 ,7、半精车大端各外圆 卧式车床,8、仿形半精车小端各部 仿形多刀半自动车床 ce7120,留余量1.2-1.5,9、钻48深孔深孔钻床,10、车小端内锥孔（配1：20锥堵） 卧式车床,11、车大端内锥孔（配号莫氏锥堵），车外短锥及端面卧式车床,12、钻大端端面各孔钻床55,13、热处理 局部高频淬火（短锥， 90g5轴颈及莫氏号锥孔）,14、精车各外圆并切槽（两端锥堵定心）数控车床,留余量 0.4-0.5mm,15、精磨外圆（外圆磨床）,16、粗磨莫氏号内锥孔（重配莫氏号锥堵） 内圆磨床,17、粗铣和精铣花键半自动花键轴铣床,18、铣键槽 铣床,19、车大端内侧面，车三处螺纹（配螺母）卧式车床,20、精磨各外圆及、两端面 外圆磨床,21、粗磨两处1：12外锥面专用组合磨床,注意与下步的基准变化,22、精磨两处外锥面和端面及短锥面等专用组合磨床,自为基准？用锥套心轴来完成,、精磨莫氏号内锥孔（卸锥堵） 专用主轴锥孔磨床,采用这种连接方式，机床只传递切削扭矩，排除了磨床主轴圆跳动或同轴度误差对工件的影响，也可减小机床本身的振动对加工精度的影响。, 钳工 钻孔处锐边倒角 检验 按图纸技术要求或检验卡检验,在图片浏览器 打开大文件,重点分析工序的依据,ca6140的热处理,毛坯热处理：车床主轴的毛坯热处理一般采用正火，其目的是消除锻造应力，细化晶粒，并使金属组织均匀，以利于切削加工。 预备热处理：在粗加工之后半精加工之前，安排调质处理，目的是获得均匀细密的回火索氏体金相组织，提高其综合力学性能，同时，细密的索氏体金相组织有利于零件精加工后获得光洁的表面。 最终热处理：主轴的某些重要表面（如90g5轴颈、锥孔及外锥等）需经高频淬火。最终热处理一般安排在半精加工之后精加工之前，局部淬火产生的变形在最终精加工时得以纠正。 精密要求高的主轴，在淬火回火后还要进行定性处理。定性处理的目的是消除加工的内应力，提高主轴的尺寸稳定性，使它能长期保持精度。定性处理是在精加工之后进行的，如低温人工时效或水冷处理。 热处理次数的多少，取决于主轴的精度要求、经济性以及热处理效果。车床主轴一般经过正火、调质和表面局部淬火三个热处理工序，无需进行定性处理。,加工阶段的使用,粗加工阶段 毛坯处理：毛坯备料、锻造和正火（工序）。 粗加工：铣端面、钻中心孔和粗车外圆等（工序、）。 这一阶段的主要目的是：用大的切削用量切除大部分余量，把毛坯加工到接近工件的最终形状和尺寸，只留下少量的加工余量。通过这阶段还可以及时发现锻件裂纹等缺陷，应采取相应措施。 半精加工阶段 半精加工前热处理：对于钢一般采用调质处理，达到（工序）。 半精加工：车工艺锥面（定位锥孔）、半精车外圆端面和钻深孔等（工序）。这个阶段的主要目的是：为精加工做好准备，尤其为精加工做基面准备。对于一些要求不高的表面，如大端端面各孔，在这个阶段加工到图样规定的要求。 精加工阶段 精加工前热处理：局部高频淬火（工序）。 精加工前各种加工：粗磨定位锥面、粗磨外圆、铣键槽和花键槽以及车螺纹等（工序）。 精加工：精磨外圆和两处外锥面及莫氏号内锥孔，从而保证主轴最重要表面的精度（工序）。这一阶段的目的是把各表面都加工到图样规定的要求。 粗加工、半精加工、精加工阶段的划分大体以热处理为界。,由此可见，整个主轴的加工工艺过程就是以主要表面（支承轴颈、锥孔）的粗加工、半精加工和精加工为主，适当插入其他表面的加工工序而组成的。这就说明，加工阶段的划分起主导作用的是工件的精度要求。对于一般精度的机床主轴，精磨是最终机械加工工序。对精密机床的主轴，还要增加光整加工阶段，以求获得更高的尺寸精度和更低的表面粗糙度。,工序顺序安排考虑,轴类零件各表面的加工顺序，与定位基准的转换有关，即先行工序必须为后续工序准备好定位基准。 在安排工序顺序时，还应注意下面几点： 外圆加工顺序安排要照顾主轴本身的刚度，应先加工大直径后再加工小直径，以免一开始就降低主轴刚度。 就基准统一而言，希望始终以顶尖孔定位，避免使用锥堵，则深孔加工应安排在最后。但深孔加工是粗加工工序，要切除大量金属，加工过程中会引起主轴变形，所以最好在粗车外圆之后就把深孔加工出来。 花键和键槽加工应安排在精车之后粗磨之前。如在精车之前就铣出键槽，将会造成断续车削，既影响质量又易损坏刀具，而且也难以控制键槽的尺寸精度。但这些表面也不宜安排在主要表面最终加工工序之后进行，以防在反复运输中，碰伤主要表面。 因主轴的螺纹对支承轴颈有一定的同轴度要求，故放在淬火之后的精加工阶段进行，以免受半精加工所产生的应力以及热处理变形的影响。 主轴是加工要求很高的零件，需安排多次检验工序。检验工序一般安排在各加工阶段前后，以及重要工序前后和花费工时较多的工序前后，总检验则放在最后。必要时，还应安排探伤工序。,定位基准的选择及转换,两顶尖孔作为轴类零件的定位基准（带顶尖孔的锥堵作为定位基准） 为了保证支承轴颈与两端锥孔的同轴度要求，需要应用互为基准原则 在精磨莫氏号内锥孔的定位方法中，采用了专用夹具