机械加工工艺轴类零件加工4

第 节轴类零件加工 第 节套筒类零件的加工 第 节箱体零件的加工 第二章典型零件的加工 机械加工工艺 典型零件加工 棒料 锻件 铸件 1 功用与结构 1 主要功用 支撑传动件 如齿轮 带轮 链轮 凸轮等 传递动力 扭矩 2 结构特点 旋转体 且长度大于直径 一般由同轴线的外圆柱面 圆锥面 内孔 螺纹 键槽等组成 2 材料与毛坯 1 材料 一般用中炭结构钢 45钢 中等精度而转速较高的轴用中碳合金钢 40Cr等 高速 重载的轴 如大型发动机转轴 可选用20CrMnTi 20Cr等低碳合金钢 2 毛坯 轴类零件加工 3 主要技术要求 1 加工精度 2 表面粗糙度 一般Ra1 6 0 8 m 其余 Ra12 5 6 3 m 1 尺寸精度 支撑轴颈的直径精度常为IT6 IT9 2 几何形状精度 主要指圆度 圆柱度 一般应限制在公差之内 3 相互位置精度 轴颈的同轴度 端面对轴线的垂直度等 轴类零件加工 为确保加工精度 应尽可能在一次装夹中加工出较多的表面 常用的装夹方式如下 特点 基准重合 基准统一 无需找正 精度高 应用非常普遍 二 轴类零件的定位装夹 1 以两中心孔定位装夹 顶两头 轴类零件加工 2 以孔定位装夹 用于空心轴中央孔加工后的定位装夹 孔小时 可在孔口倒出60 锥面 装入顶尖 孔大时 若是圆柱孔可装入圆形堵塞 钻中心孔后再顶两头装夹 若是圆锥孔可装入锥堵或锥堵心轴 轴类零件加工 短轴 L D 6 三爪卡盘装夹 可自动定心 长轴一夹一顶 但夹紧端应先车出卡头 3 以外圆定位装夹 轴类零件加工 有时为了增加工件的刚性 可采用中心架或跟刀架作辅助支承车削轴类零件 轴类零件加工 当工件可以进行分段切削时 中心架支承在工件中间 在工件装上中心架之前 必须在毛坯中部车出一段支承中心架支承爪的沟槽 其表面粗糙及圆柱误差要小 并在支承爪与工件接触处经常加润滑油 为提高工件精度 车削前应将工件轴线调整到与机床主轴回转中心同轴 当车削支承中心架的沟槽比较困难或一些中段不需加工的轴类零件时 可用过渡套筒 使支承爪与过渡套筒的外表面接触 如图所示 过渡套筒的两端各装有四个螺钉 用这些螺钉夹住毛坯表面 并调整套筒外圆的轴线与主轴旋转轴线相重合 轴类零件加工 跟刀架支承在刀尖的前面还是后面 对于光轴或不适宜调头车削的轴类零件 不能用中心架支承 而要用跟刀架支承进行车削 以增加工件的刚性 固定于床鞍上并随床鞍一起作纵向移动 轴类零件加工 大 重型轴一夹一托 轴类零件加工 1 车削和磨削是其主要加工方法 2 一般都需安排调质 3 广泛使用普通车床和通用夹具 三 工艺特点及基本工艺过程 1 工艺特点 2 基本工艺过程 备料 棒料或锻件 粗车 平端面齐总长 钻中心孔 粗车各部 调质 精车 划线 键槽 孔线 铣 钻 淬火 表淬 磨 检验 轴类零件单件小批生产的基本工艺过程如下 轴类零件加工 轴类零件加工 四 车削加工技能 结构简单 制造方便 刚性好 但有焊接应力 甚至有裂纹 影响使用性能 且刀杆不易重复使用 焊接式车刀又分外圆车刀 内孔车刀 端面车刀 螺纹车刀 成形车刀 一 车刀 1 焊接式车刀 1 常用车刀的种类 缺点 在设计刃形 几何参数 断屑结构时受刀具结构 工艺的限制 难于用于尺寸小的刀具 2 机夹式可转位车刀 可转位车刀优点 未经焊接 可避免热应力 提高了耐磨性和抗破损能力 刀片有合理的几何参数 可用较高的切削用量 且排屑顺利 刀片转位迅速 更换方便 能使用涂层刀片 刀杆可长期使用 刀具费用降低 数控车削加工中应尽量采用 不可能全部取代焊接式车刀 1 焊接式车刀 1 常用车刀的种类 轴类零件加工 车削技能 2 车刀的装夹 1 刀头不宜伸出太长 一般刀头伸出长度不超过刀杆厚度的1 5倍 能看见刀尖车削即可 否则产生振动 影响表面粗糙度 轴类零件加工 车削技能 2 刀尖应与车床主轴中心线等高 否则会因基面和切削平面位置的变化改变车刀的工作前角和后角 刀尖高于中心会使后角减小 增大后刀面与工件的摩擦 刀尖低于中心又会使前角减小 切削不顺利 可用刀尖对准尾座顶尖中心的方法校验车刀的高度 2 车刀的装夹 轴类零件加工 车削技能 3 车刀底面的垫片要平整 并尽可能用厚垫片 以减少垫片数量 垫铁应与刀架对齐 调整好刀尖高低后 至少要用两个螺钉交替将车刀压紧 2 车刀的装夹 轴类零件加工 车削技能 二 车端面 1 车端面常用刀具 1 右偏刀 右偏刀主要用于车外圆 附带车面积不大 余量不多的端面 因副刃变成主刀刃 刀具的几何形状不合理 切削条件较差 2 45 弯头车刀 车外圆和车端面时 均有较合理的前角 3 左偏刀 4 专用端面车刀 专门用于车端面的不重磨刀具 其耐用度较高 轴类零件加工 车削技能 车端面时应注意以下几点 1 刀尖应对准工件中心 以免车出的端面中心留有凸台 2 偏刀车端面 当背吃刀量较大时 易扎刀 背吃刀量ap的选择 粗车时ap 0 2mm 1mm 精车时ap 0 05mm 0 2mm 3 端面的直径从外到中心是变化的 切削速度也在改变 在计算切削速度时必须按端面的最大直径计算 4 车直径较大的端面 若出现凹心或凸肚时 应检查车刀和方刀架 以及大拖板是否锁紧 弯头车刀车端面 偏刀车端面 偏刀精车端面 轴类零件加工 车削技能 车端面还可以由中心向外走刀 但中心必须要有中心孔 否则不行 这种方法测量轴向尺寸不方便 在车难加工材料的大端面时 会因刀尖逐渐磨损而形成凹面 二 车端面 1 车端面常用刀具 2 车端面的走刀方向 车端面可以由外向中心走刀 这种方法测量轴向尺寸方便 但在车难加工材料的大端面时 会因刀尖逐渐磨损而形成凸面 若用90 偏刀由外向中心走刀 切削力会使刀尖啃入工件 形成凹面 轴类零件加工 车削技能 1 车端面常用刀具 2 车端面的走刀方向 一般精车大端面都采用从中心向外走刀 原因是 1 用普通90 偏刀由里向外走刀时 由于前角合理 车出的表面粗糙度比较好 2 由里向外车大端面 开始时速度虽低 但由于刀具锋利 还是较容易车光 车到外面时 刀具虽略有磨损 但速度又很高 照样可以车光 3 由里向外车端面 虽然会形成凹面 但从零件的使用要求来说 是允许端面略微内凹 而不允许略微外凸 二 车端面 轴类零件加工 车削技能 车端面时 车床主轴的轴向窜动要小 否则车不平 而且要振动 为避免切削力使大拖板让刀 造成端面外凸或内凹 在车大端面或余量较大时 一般要把大拖板锁紧在床身上 1 车端面常用刀具 2 车端面的走刀方向 3 车端面的对刀 车中心无孔或凹坑的端面时 刀尖要严格对准工件回转中心 若刀尖装高了 车到中心时 硬质合金刀片会崩刃 刀尖装低了 工件上会留下一个小圆柱体 刀片被小圆柱体刮着 也容易崩刃 因此 刀尖要与工件中心同高或略低0 05mm的范围内 4 对车床和操作要求 二 车端面 轴类零件加工 车削技能 车端面时床鞍固定不动 双手交替摇动中拖板手柄 对直径较大的端面也可采用横向自动进给 要正确控制端面的背吃刀量 可利用小拖板刻度盘控制 例如经长度测量或端面还须车去0 5mm 此时 可先将车刀刀刃与端面相擦 横向退出车刀后 将小拖板向前移动0 5mm 如小拖板刻度盘每小格为0 02mm 则刻度盘向前转过25格 即能车去0 5mm 端面车毕 用钢板尺或直尺的侧面检查端面的直线度 若发现不平 应查出原因后重新车削 5 车端面的操作 1 车端面常用刀具 2 车端面的走刀方向 3 车端面的对刀 4 对车床和操作要求 二 车端面 轴类零件加工 车削技能 1 车外圆常用刀具 常用外圆车刀有45 车刀 75 车刀和90 车刀 1 45 车刀 45 车刀又称弯头刀 主偏角为45 刀尖角为90 45 车刀的刀头强度和散热条件比90 车刀好 常用于车端面 倒角 车外圆时 由于主偏角较小 径向切削力较大 所以一般只能车长度较短的外圆 三 车外圆 轴类零件加工 车削技能 2 75 车刀 3 90 偏刀 右偏刀是从床尾向床头进给的车刀 一般用于车削工件外圆 端面和右向台阶 由于其主偏角较大 作用于工件的切削力较小 不易顶弯工件 左偏刀是从床头向床尾进给的车刀 一般用于车削左向台阶和细长轴外圆 也可用于车直径较大 长度较短的工件端面 三 车外圆 1 车外圆常用刀具 1 45 车刀 主偏角为75 刀尖角大于90 刀头强度好 较耐用 适于轴类件外圆以及强力切削铸 锻件等余量较大的工件 主偏角为90 可分为右偏刀和左偏刀两种 轴类零件加工 车削技能 1 开动车床 使工件旋转 2 转动大拖板 中拖板手柄 使刀尖轻微接触工件表面 3 转动大拖板手柄 使车刀向右离开工件表面 退刀 2 车外圆试切 试切的方法与步骤 1 车外圆常用刀具 开车前要先测量毛坯尺寸 对加工余量要心中有数 4 转动中拖板手柄 使刀尖横向进刀一个吃刀深度 三 车外圆 轴类零件加工 车削技能 2 车外圆试切 1 车外圆常用刀具 5 车出2 3mm长的外圆后 转动大拖板手柄退出车刀 中拖板不要退回 若必须退出时要记住刻度 停车 测量工件直径 若符合要求 可移动大拖板 继续车削 若不符合要求 需修正切深 三 车外圆 轴类零件加工 车削技能 2 车外圆试切 1 车外圆常用刀具 试切对精加工非常重要 精加工试切的宽度往往很小 最好等于轴端倒角的宽度加端面的加工余量 这样 万一车小了 也不影响工件质量 若试切后测量发现工件直径还大 可用手敲中拖板的手柄 再微量吃刀 如不小心敲过头了 或测量时发现工件直径已经小了 则用反转中拖板手柄退刀 但不能地退几格了事 一定要注意消除丝杠螺母副的间隙 要把手柄退一圈左右 然后再进到修正后的刻度数 三 车外圆 轴类零件加工 车削技能 粗车时 工件为毛坯 一般加工余量大 几何形状不规则 表面粗糙 有硬皮 粗车刀一般采用负刃倾角 大的前角加倒棱 过渡刃及较小的后角 主偏角不宜太小 太小容易引起振动 当工件形状许可时 最好选用75 左右 粗车铸 锻件毛坯时 一般先因车刀在毛坯外圆上倒角 粗车外圆或端面时 第一次背吃刀量应超过表层厚度 否则刀尖与表层接触容易磨损或崩裂 3 车外圆的操作步骤 车外圆一般要分粗车 半精车两个步骤 有时要分粗车 半精车 精车三个步骤 1 粗车 选择切削用量时 取0 2 0 4mm r 车中碳钢取50 70m min 车铸铁取20 50m min 粗车给精车留余量 一般外径为1 3mm 长度为2mm 工件上的螺纹一般放在半精车之后 精车之前车削 粗车直径相差较大的阶梯轴时 一般应从最大的一段车起 依次车最小的一段 有利于保持工件的刚性 三 车外圆 轴类零件加工 车削技能 采用正刃倾角 3 8 较大后角的普通外圆车刀 用小走刀 0 06 0 15mm r 高速 100m min 切削 表面粗糙度Ra值可达1 6 m 采用带平刃的车刀 为0 刃宽0 6 0 8mm 0 3 0 5mm r 高速精车 表面粗糙度也可达1 6 m 采用宽刃 宽刃30 40mm 车刀大走刀 低速精车 宽刃刀除少数由硬质合金制作外 大多数是用高速钢制作 宽刃刀的切削用量 0 02 0 15mm 2 30mm r 2 12m min 若用硫化油或用50 柴油 或煤油 加50 机油的混合液润滑冷却 宽刃刀可车出IT7和Ra值1 6 0 8 m的表面粗糙度 2 精车 3 车外圆的操作步骤 1 粗车 精车的加工余量较小 精车一切达到图纸的各项精度要求 精车的几种方法 三 车外圆 轴类零件加工 车削技能 车刀磨损变钝 切不进工件 刻度盘虽动了几格 刀具却未切入工件 只是工艺系统发生弹性变形 刻度再转过几格 刀具又突然吃进去很多 把工件尺寸车小 工件受热膨胀 冷后测量 尺寸变小 车削铜 铝等线膨胀系数较大的材料尤为明显 方刀架下的定位销 定位孔磨损 多次转动方刀架 同一把刀的位置有变动 3 车外圆的操作步骤 2 车外圆试切 1 车外圆常用刀具 4 车外圆质量分析 1 尺寸精度达不到要求的可能原因 三 车外圆 轴类零件加工 车削技能 主轴轴承磨损 旋转时轴线摆动 工件上的中心孔不圆 车削时工件轴线摆动 活顶尖的滚动轴承磨损 车削时后顶尖轴线 亦即工件轴线 摆动 工件两端中心孔不同轴 造成工件轴线摆动 3 车外圆的操作步骤 2 车外圆试切 1 车外圆常用刀具 4 车外圆质量分析 1 尺寸精度达不到要求的可能原因 2 形状精度达不到要求的可能原因 1 车出椭圆度 棱圆度的可能原因 三 车外圆 轴类零件加工 车削技能 前后顶尖在水平面内不同轴 导轨纵向磨损 车刀移动轨迹与主轴旋转中心不平行 车刀热伸长 或切削中刀尖磨损 2 顶车光轴产生锥形度的可能原因 3 车外圆的操作步骤 2 车外圆试切 1 车外圆常用刀具 4 车外圆质量分析 1 尺寸精度达不到要求的可能原因 2 形状精度达不到要求的可能原因 1 车出椭圆度 棱圆度的可能原因 三 车外圆 轴类零件加工 车削技能 工件刚性不足 让刀 中心架压力不足 没接触工件 车床导轨中部磨损 工件受热伸长弯曲 3 顶车光轴产生鼓形度的可能原因 2 顶车光轴产生锥形度的可能原因 3 车外圆的操作步骤 2 车外圆试切 1 车外圆常用刀具 4 车外圆质量分析 1 尺寸精度达不到要求的可能原因 2 形状精度达不到要求的可能原因 1 车出椭圆度 棱圆度的可能原因 三 车外圆 轴类零件加工 车削技能 机床刚性太差 而工件刚性较好 导轨在水平面内的直线误差 磨损或扭曲 中心架支块压力过大 将工件压向车刀 因尾座底版磨损等原因 前后顶尖在垂直面内不同轴 4 顶车光轴产生鞍形度的可能原因 3 顶车光轴产生鼓形度的可能原因 2 顶车光轴产生锥形度的可能原因 3 车外圆的操作步骤 2 车外圆试切 1 车外圆常用刀具 4 车外圆质量分析 1 尺寸精度达不到要求的可能原因 2 形状精度达不到要求的可能原因 1 车出椭圆度 棱圆度的可能原因 三 车外圆 轴类零件加工 车削技能 当车削两个直径相差不大的台阶时 可用90 偏刀 这样既车外圆 又车端面 只要控制好台阶轴向尺寸 自然就得到台阶面 车台阶时 不仅要车外圆 而且要车环形端面 因此即要控制各段轴向尺寸 而且要保证台阶环形端面与工件轴线的垂直度要求 注意车台阶装夹偏刀时 主偏角必须等于90 检查方法是 将主刀刃紧贴在已加工的端面上 三 车外圆 轴类零件加工 车削技能 四 车台阶 为使台阶的长度符合要求 在车削前应先用钢板尺确定台阶长度 然后开车用车刀刀尖刻出划痕 由于刻痕有一定误差 所以所定长度应略短0 5 1mm 留有余地 当车相邻两个直径相差较大的台阶时 可先用一把主偏角小于90 的车刀粗车 再将90 偏刀装夹成主偏角应略大于93 95 分几次进给 进给时应留精车外圆和端面的加工余量 精车外圆至台阶长度后 停止纵向进给 手摇中拖板手柄 由里向外车出台阶的垂直面 至此该台阶加工完毕 轴类零件加工 车削技能 车槽刀与切断刀形状相似 只是切断刀较为细长 车槽与切断车