轴类零件的作用

1轴类零件的作用、特点及分类车床主轴的功用和结构特点及设计要求车床主轴技术条件的分析主轴的机械加工工艺过程主轴加工工艺过程分析主轴加工中的几个工艺问题第一节轴类零件加工第五章典型零件加工工艺过程2第一节轴类零件加工一、概述1．轴类零件的作用、特点及分类轴类零件的作用支撑传动零件；承受载荷；传递扭矩。第五章典型零件加工工艺过程3轴类零件的特点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；有一定的回转精度。轴类零件的分类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）。第五章典型零件加工工艺过程4图5-1轴的种类(a)光轴(b)空心轴(c)半轴(d)阶梯轴(e)花键轴(f)十字轴(g)偏心轴(h)曲轴(i)凸轮轴第五章典型零件加工工艺过程52.轴类零件的主要技术要求⑴加工精度①尺寸精度：一是支承轴颈，用于确定轴的位置并支承轴，通常为IT5~IT7；二是配合轴颈，常为IT6~IT9。②形状精度：主要指轴颈表面、外圆锥面、锥孔等重要表面的圆度、圆柱度。一般应限制在尺寸公差范围内，精密轴，另行规定其几何形状精度。③位置精度：包括内、外表面、重要轴面的同轴度、圆的径向跳动、重要端面对轴心线的垂直度、端面间的平行度等。第五章典型零件加工工艺过程63.轴类零件的材料、毛坯及热处理(1)轴类零件的材料及毛坯①材料常用45钢，精度较高：40Cr、GCr15、65Mn，球墨铸铁；高速、重载轴：20CrMnTi、20Mn2B、20Cr或38CrMoAl等。②毛坯常用圆棒料；锻件：毛坯经过加热锻造后，可使金属内部纤维组织沿表面均匀分布，获得较高的抗拉、抗弯及抗扭强度。铸件：大型或结构复杂的轴。第五章典型零件加工工艺过程7⑵轴类零件的热处理正火或退火：锻造毛坯，可以细化晶粒，消除应力，降低硬度，改善切削加工性能。调质：安排在粗车之后、半精车之前，以获得良好的物理力学性能。表面淬火：安排在精加工之前，这样可以纠正因淬火引起的局部变形。低温时效处理：精度要求高的轴，在局部淬火或粗磨之后进行。第五章典型零件加工工艺过程8图5-2CA6140车床主轴简图第五章典型零件加工工艺过程9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。第五章典型零件加工工艺过程10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。车床主轴的功用承受扭转力矩；承受弯曲力矩；保证回转运动精度。第五章典型零件加工工艺过程11车床主轴的设计要求扭转和弯曲刚度高；回转精度高（径向圆跳动、端面圆跳动、回转轴线稳定）；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。第五章典型零件加工工艺过程12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)足够的抗疲劳强度第五章典型零件加工工艺过程133．车床主轴技术条件的分析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；第五章典型零件加工工艺过程14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，粗糙度为：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%；轴颈与有关表面的同轴度误差应很小。mRa63.0第五章典型零件加工工艺过程15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HRC48~50。mRa63.0第五章典型零件加工工艺过程16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第五章典型零件加工工艺过程17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；第五章典型零件加工工艺过程18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。第五章典型零件加工工艺过程19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第五章典型零件加工工艺过程204.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批量：大批；材料：45钢；毛坯：模锻件第五章典型零件加工工艺过程21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）第五章典型零件加工工艺过程22第五章典型零件加工工艺过程23第五章典型零件加工工艺过程24第五章典型零件加工工艺过程25第五章典型零件加工工艺过程26第五章典型零件加工工艺过程27第五章典型零件加工工艺过程28第五章典型零件加工工艺过程29第五章典型零件加工工艺过程30第五章典型零件加工工艺过程315.主轴加工工艺过程分析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。第五章典型零件加工工艺过程32主轴的材料和热处理热处理工序的安排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：低温时效和冰冷处理。第五章典型零件加工工艺过程33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。第五章典型零件加工工艺过程34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、支承表面等作为定位基准。第五章典型零件加工工艺过程35加工顺序的安排和工序的确定三种方案：1)粗加工外圆→钻深孔→精加工外圆→粗加工锥孔→精加工锥孔2)粗加工外圆→钻深孔→粗加工锥孔→精加工锥孔→精加工外圆3)粗加工外圆→钻深孔→精加工外圆→精加工外圆→精加工锥孔第五章典型零件加工工艺过程36工序确定的两个原则1)工序中所用的基准应在该工序前加工；2)各表面要粗、精基准分开，先粗后精，多次加工，逐步提高精度。淬硬表面的键槽、螺纹等应在淬火前加工；非淬硬表面的键槽、螺纹等应在精车后、精磨前加工；检验工序安排在适当工序之后，必要还应探伤。第五章典型零件加工工艺过程376.主轴加工中的几个工艺问题锥堵和锥堵心轴的使用锥堵和锥堵心轴的功用：空心轴加工通孔后，定位基准——顶尖孔被破坏。通孔直径小时，可直接在孔口倒出一60°锥面代替中心孔；当通孔直径较大时，要采用锥堵或锥堵心轴。设计锥堵和锥堵心轴时应注意的问题1)不中途更换或拆装，以免增加安装误差2)锥堵和锥堵心轴要求两个锥面同轴第五章典型零件加工工艺过程38第五章典型零件加工工艺过程39顶尖孔的研磨研磨的必要性1)顶尖孔是定位基准，对精度和质量有直接影响2)顶尖孔的深度：影响定位轴向位置，因而影响余量分布(批量生产时)3)两顶尖孔同轴度：影响同轴度、影响位置精度第五章典型零件加工工艺过程404)顶尖孔锥角和圆度误差：直接反映到工件的圆度上5)热处理、切削力、重力等的影响，会损坏顶尖孔的精度6)热处理后和磨削加工前需要消除误差研磨方法1)用铸铁顶尖研磨；2)用油石或橡胶砂轮夹在车床的卡盘上，用金刚钻研磨；3)用硬质合金顶尖刮研。第五章典型零件加工工艺过程41第五章典型零件加工工艺过程42外圆表面的车削加工车削加工的工艺作用1)粗加工：切除大部分余量；2)半精加工：修整预备热处理后的变形；3)精加工：使磨削前各表面具有一定的同轴度和合理的磨削余量；精加工螺纹及各端面等。第五章典型零件加工工艺过程43车削加工值得考虑的问题1)生产效率；2)工序精度（复映误差）；3)劳动强度。车削加工的设备1)单件、小批：普通车床2)成批生产：液压仿形车床3)大批量生产：液压仿形、多刀半自动车床第五章典型零件加工工艺过程44主轴深孔的加工深孔加工的难点刀具细长，刚性差，易振动，易引偏；排屑困难；钻头散热条件差，冷却困难，易失去切削能力。第五章典型零件加工工艺过程45采取措施采用工件旋转、刀具进给的加工方法，使钻头自定中心；采用特殊结构的深孔钻；预先加工一导向孔，防止引偏；采用压力输送切削润滑液，既使冷却充分，又使切屑排出。第五章典型零件加工工艺过程46主轴锥孔的加工主轴锥孔的作用及要求主轴锥孔是安装顶尖的定位面；主轴支承轴颈及主轴前端短锥的同轴度要求较高。第五章典型零件加工工艺过程47磨削主轴锥孔一般以支承轴颈作为定位基准，有三种安装方式：前支承装于中心架，后支承用卡盘装夹前、后支承装于两个中心架，用万向节与主轴相联；采用专用夹具。第五章典型零件加工工艺过程48第五章典型零件加工工艺过程49剖分轴承、V型夹具、浮动卡头等，使磨头误差及机床振动不影响工件。由底座、支承架及浮动卡头三部分组成；前、后两支架与底座连成一体作为工件定位的V形架镶有硬质合金，以提高耐磨性工件的中心高应与磨头砂轮轴中心等高后端的浮动卡头装在磨床主轴的锥孔内第五章典型零件加工工艺过程50工件尾部插入弹性套内通过弹簧将弹性套（浮动卡头外壳）连同工件向后拉钢球1压向镶有硬质合金的锥柄3端面，依靠弹簧2的涨力限制工件的轴向窜动该联接方式只传递扭矩，排除磨头和机床误差对加工精度的干扰第五章典型零件加工工艺过程51主轴各外圆表面的精加工和光整加工主轴的精加工主要采用磨削加工；应在热处理之后进行，纠正热处理后的变形；磨削加工能达到的精度为IT6，表面粗糙度为。mRa2.0~8.0第五章典型零件加工工艺过程52光整加工的作用及特点用于精密主轴上尺寸公差等级为IT5以上或表面粗糙度的加工表面；采用很小的切削用量和单位切削力，变形小；对上道工序要求高，一般要求，表面无较深的加工痕迹；采用浮动的加工方法（自定心）；加工余量很小，一般不超过0.02mm。第五章典型零件加工工艺过程53轴类零件的检验检验项目表面粗糙度；表面硬度；尺寸精度；相互位置精度；表面几何形状精度。检验顺序几何精度→尺寸精度→位置精度第五章典型零件加工工艺过程54检验方法硬度：硬度计表面粗糙度：触针式表面粗糙度轮廓仪或样板比较法锥孔：着色法尺寸精度：常规检验仪器（万能量具）位置精度：专用