典型轴类零件加工工艺分析
2008/7/23/09:58
一、阶梯轴加工工艺过程分析
图6—34为减速箱传动轴工作图样。表6—13为该轴加工工艺过程。生产批量为小批生产。材料为45热轧圆钢。零件需调质。
（一）结构及技术条件分析
该轴为没有中心通孔的多阶梯轴。根据该零件工作图，其轴颈M、N，外圆P,Q及轴肩G、H、I有较高的尺寸精度和形状位置精度，并有较小的表面粗糙度值，该轴有调质热处理要求。
（二）加工工艺过程分析
1．确定主要表面加工方法和加工方案。
传动轴大多是回转表面，主要是采用车削和外圆磨削。由于该轴主要表面M,N,P,Q的公差等级较高（IT6），表面粗糙度值较小
（Ra0.8μm），最终加工应采用磨削。其加工方案可参考表3-14。
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），粗精磨各处外圆。各加工阶段大致以热处理为界。
3．选择定位基准
轴类零件的定位基面，最常用的是两中心孔。因为轴类零件各外圆表面、螺纹表面的同轴度及端面对轴线的垂直度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，采用两中心孔定位就能符合基准重合原则。而且由于多数工序都采用中心孔作为定位基面，能最大限度地加工出多个外圆和端面，这也符合基准统一原则。
但下列情况不能用两中心孔作为定位基面：
（1）粗加工外圆时，为提高工件刚度，则采用轴外圆表面为定位基面，或以外圆和中心孔同作定位基面，即一夹一顶。
（2）当轴为通孔零件时，在加工过程中，作为定位基面的中心孔因钻出通孔而消失。为了在通孔加工后还能用中心孔作为定位基面，工艺上常采用三种方法。
①当中心通孔直径较小时，可直接在孔口倒出宽度不大于2mm的60o内锥面来代替中心孔；
② 当轴有圆柱孔时，可采用图6—35a所示的锥堵，取1∶500锥度；当轴孔锥度较小时，取锥堵锥度与工件两端定位孔锥度相同； ③ 当轴通孔的锥度较大时，可采用带锥堵的心轴，简称锥堵心轴，如图6—35b所示。
使用锥堵或锥堵心轴时应注意，一般中途不得更换或拆卸，直到精加工完各处加工面，不再使 用中心孔时方能拆卸。
4．热处理工序的安排
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．加工顺序安排
除了应遵循加工顺序安排的一般原则，如先粗后精、先主后次等，还应注意：
（1）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。
（2）轴上的花键、键槽等表面的加工应在外圆精车或粗磨之后，精磨外圆之前。
轴上矩形花键的加工，通常采用铣削和磨削加工，产量大时常用花键滚刀在花键铣床上加工。以外径定心的花键轴，通常只磨削外径，而内径铣出后不必进行磨削，但如经过淬火而使花键扭曲变形过大时，也要对侧面进行磨削加工。以内径定心的花键，其内径和键侧均需进行磨削加工。
（3）轴上的螺纹一般有较高的精度，如安排在局部淬火之前进行加工，则淬火后产生的变形会影响螺纹的精度。因此螺纹加工宜安排在工件局部淬火之后进行。
二、带轮轴加工工艺过程分析
图 6 — 36 为带轮轴工作图样。带轮轴中的主要技术条件有两项：一为渗碳层深度，应控制在 1.2— 1.5 mm 范围内；二为外圆￠ 22 f 7 需经渗碳淬火，其硬度为 HRC58 ～ 63 。可以看出只有￠ 22 f 7 处需渗碳处理，其余部分均不可渗碳。零件上不需渗碳的部分，可用加大余量待渗碳后车去渗碳层或在不需渗碳处涂防渗材料。加工余量应
单面略大于渗碳深度，故右端直径取￠ 25 mm ，单面去碳余量为 2.5 mm ，总长两端也应放去渗碳余量各 3 mm 。在磨外圆前由于已经过淬火工序，两端中心孔在淬火时易产生氧化皮及变形，故增加一道研磨中心孔的工序。
表 6 — 14 为带轮轴的加工工艺过程。
三、细长轴加工工艺特点
（一）细长轴车削的工艺特点
1 ．细长轴刚性很差，车削时装夹不当，很容易因切削力及重力的作用而发生弯曲变形，产生振动，从而影响加工精度和表面粗糙度。 2 ．细长轴的热扩散性能差，在切削热作用下，会产生相当大的线膨胀。如果轴的两端为固定支承，则工件会因伸长而顶弯。 3 ．由于轴较长，一次走刀时间长，刀具磨损大，从而影响零件的几何形状精度。
4 ．车细长轴时由于使用跟刀架，若支承工件的两个支承块对零件压力不适当，会影响加工精度。若压力过小或不接触，就不起作用，不能提高零件的刚度；若压力过大，零件被压向车刀，切削深度增加，车出的直径就小，当跟刀架继续移动后，支承块支承在小直径外圆处，支承块与工件脱离，切削力使工件向外让开，切削深度减小，车出的直径变大，以后跟刀架又跟到大直径圆上，又把工件压向车刀，使车出的直径变小，这样连续有规律的变化，就会把细长的工件车成“竹节”形，如图 6 — 37 所示。
（二）细长轴的先进车削法 —— 反向走刀车削法
图 6––38 为反向走刀车削法示意图，这种方法的特点是： 1 ．细长轴左端缠有一圈钢丝，利用三爪自定心卡盘夹紧，减小接触面积，使工件在卡盘内能自由地调节其位置，避免夹紧时形成弯曲力矩，在切削过程中发生的变形也不会因卡盘夹死而产生内应力。 2 ．尾座顶尖改成弹性顶尖，当工件因切削热发生线膨胀伸长时，顶尖能自动后退，可避免热膨胀引起的弯曲变形。
3 ．采用三个支承块跟刀架，以提高工件刚性和轴线的稳定性，避免“竹节”形。
4 ．改变走刀方向，使床鞍由主轴箱向尾座移动，使工件受拉，不易产生弹性弯曲变形。
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图6—34为减速箱传动轴工作图样。表6—13为该轴加工工艺过程。生产批量为小批生产。材料为45热轧圆钢。零件需调质。
（一）结构及技术条件分析
该轴为没有中心通孔的多阶梯轴。根据该零件工作图，其轴颈M、N，外圆P,Q及轴肩G、H、I有较高的尺寸精度和形状位置精度，并有较小的表面粗糙度值，该轴有调质热处理要求。
（二）加工工艺过程分析
1．确定主要表面加工方法和加工方案。
传动轴大多是回转表面，主要是采用车削和外圆磨削。由于该轴主要表面M,N,P,Q的公差等级较高（IT6），表面粗糙度值较小
（Ra0.8μm），最终加工应采用磨削。其加工方案可参考表3-14。
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），粗精磨各处外圆。各加工阶段大致以热处理为界。
3．选择定位基准
轴类零件的定位基面，最常用的是两中心孔。因为轴类零件各外圆表面、螺纹表面的同轴度及端面对轴线的垂直度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，采用两中心孔定位就能符合基准重合原则。而且由于多数工序都采用中心孔作为定位基面，能最大限度地加工出多个外圆和端面，这也符合基准统一原则。
但下列情况不能用两中心孔作为定位基面：
（1）粗加工外圆时，为提高工件刚度，则采用轴外圆表面为定位基面，或以外圆和中心孔同作定位基面，即一夹一顶。
（2）当轴为通孔零件时，在加工过程中，作为定位基面的中心孔因钻出通孔而消失。为了在通孔加工后还能用中心孔作为定位基面，工艺上常采用三种方法。
①当中心通孔直径较小时，可直接在孔口倒出宽度不大于2mm的60o内锥面来代替中心孔；
② 当轴有圆柱孔时，可采用图6—35a所示的锥堵，取1∶500锥度；当轴孔锥度较小时，取锥堵锥度与工件两端定位孔锥度相同； ③ 当轴通孔的锥度较大时，可采用带锥堵的心轴，简称锥堵心轴，如图6—35b所示。
使用锥堵或锥堵心轴时应注意，一般中途不得更换或拆卸，直到精加工完各处加工面，不再使 用中心孔时方能拆卸。
4．热处理工序的安排
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．加工顺序安排
除了应遵循加工顺序安排的一般原则，如先粗后精、先主后次等，还应注意：
（1）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。
（2）轴上的花键、键槽等表面的加工应在外圆精车或粗磨之后，精磨外圆之前。
轴上矩形花键的加工，通常采用铣削和磨削加工，产量大时常用花键滚刀在花键铣床上加工。以外径定心的花键轴，通常只磨削外径，而内径铣出后不必进行磨削，但如经过淬火而使花键扭曲变形过大时，也要对侧面进行磨削加工。以内径定心的花键，其内径和键侧均需进行磨削加工。
（3）轴上的螺纹一般有较高的精度，如安排在局部淬火之前进行加工，则淬火后产生的变形会影响螺纹的精度。因此螺纹加工宜安排在工件局部淬火之后进行。
二、带轮轴加工工艺过程分析
图 6 — 36 为带轮轴工作图样。带轮轴中的主要技术条件有两项：一为渗碳层深度，应控制在 1.2— 1.5 mm 范围内；二为外圆￠ 22 f 7 需经渗碳淬火，其硬度为 HRC58 ～ 63 。可以看出只有￠ 22 f 7 处需渗碳处理，其余部分均不可渗碳。零件上不需渗碳的部分，可用加大余量待渗碳后车去渗碳层或在不需渗碳处涂防渗材料。加工余量应
单面略大于渗碳深度，故右端直径取￠ 25 mm ，单面去碳余量为 2.5 mm ，总长两端也应放去渗碳余量各 3 mm 。在磨外圆前由于已经过淬火工序，两端中心孔在淬火时易产生氧化皮及变形，故增加一道研磨中心孔的工序。
表 6 — 14 为带轮轴的加工工艺过程。
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1 ．细长轴刚性很差，车削时装夹不当，很容易因切削力及重力的作用而发生弯曲变形，产生振动，从而影响加工精度和表面粗糙度。 2 ．细长轴的热扩散性能差，在切削热作用下，会产生相当大的线膨胀。如果轴的两端为固定支承，则工件会因伸长而顶弯。 3 ．由于轴较长，一次走刀时间长，刀具磨损大，从而影响零件的几何形状精度。
4 ．车细长轴时由于使用跟刀架，若支承工件的两个支承块对零件压力不适当，会影响加工精度。若压力过小或不接触，就不起作用，不能提高零件的刚度；若压力过大，零件被压向车刀，切削深度增加，车出的直径就小，当跟刀架继续移动后，支承块支承在小直径外圆处，支承块与工件脱离，切削力使工件向外让开，切削深度减小，车出的直径变大，以后跟刀架又跟到大直径圆上，又把工件压向车刀，使车出的直径变小，这样连续有规律的变化，就会把细长的工件车成“竹节”形，如图 6 — 37 所示。
（二）细长轴的先进车削法 —— 反向走刀车削法
图 6––38 为反向走刀车削法示意图，这种方法的特点是： 1 ．细长轴左端缠有一圈钢丝，利用三爪自定心卡盘夹紧，减小接触面积，使工件在卡盘内能自由地调节其位置，避免夹紧时形成弯曲力矩，在切削过程中发生的变形也不会因卡盘夹死而产生内应力。 2 ．尾座顶尖改成弹性顶尖，当工件因切削热发生线膨胀伸长时，顶尖能自动后退，可避免热膨胀引起的弯曲变形。
3 ．采用三个支承块跟刀架，以提高工件刚性和轴线的稳定性，避免“竹节”形。
4 ．改变走刀方向，使床鞍由主轴箱向尾座移动，使工件受拉，不易产生弹性弯曲变形。
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