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§1轴类零件加工

一.概述

1. 轴类零件的功用与结构特点

功用——支承传动件、传递扭矩或运动、承受载荷，一定的回转精度

结构——回转体零件，长度大于 直径

光轴、阶梯轴、空心轴、异形轴（曲轴、凸轮轴、偏心轴和花键轴等）

刚性轴（L/d≤12）挠性轴（L/d＞12）

圆 柱面、圆锥面、端面、沟槽、圆弧、螺纹、键槽、花键、其他表面

2.轴类零件的技术要求——按功用和工作条件

直径精度—— IT6～9级，可达IT5级。

几何形状精度（圆度、圆柱度等）——公差的1/2，1/4

相互位置精度（同轴度）—— 0.01～0.03mm，0.001～0.005mm

表面粗糙度——Ra0.2～0.8μm，Ra0.8～3.2μm

热 处理（表面淬火、渗碳淬火等），动平衡，探伤，过渡圆角

3.轴类零件的材料及毛坯

一般轴类——45钢，正火、调质、淬火

中等精度和转速较高——40Cr等合金结构钢，调质和表面淬火

高精度轴——轴承钢GCr15、弹簧钢65Mn，调质和表 面淬火

高转速和重载荷——20CrMnTi、20Cr，38CrMoAl，渗碳淬火或氮化

结构复杂（曲轴）—— HT400、QT600、QT450、QT400

一般轴——棒料

重要轴——锻件

大型、结构复杂轴——铸 件

单件小批生产——自由锻；成批大量生产——模锻

二.轴类零件的外圆表面加工

1.外圆表面的车削加工

（1） 车削外圆各个加工阶段——粗车、半精车、精车、精细车

（2）细长轴外圆表面的车削——长径比（L/D＞20）

1）车削特 点①刚性差，易弯曲变形和振动

②热膨胀，弯曲变形

③刀具磨损大

2）先进方法①一夹一顶，用φ4钢丝，避 免弯曲力矩

②弹性顶尖，避免受热弯曲变形

③跟刀架，提高刚度，仔细调整则

④大主偏角车 刀，κr=75°～93°

⑤反向进给切削，减少弯曲变形

2.外圆表面的磨削加工

粗磨——IT8～9 级，Ra0.8～1.6μm

精磨——IT6～7级，Ra0.2～0.8μm

细磨（精密磨削）——IT5～6 级，Ra0.1～0.2μm

镜面磨——Ra0.01μm

（1）中心磨削外圆磨床——两顶尖定位

（2）无 心磨削无心磨床——自定位

精度IT6～7级，Ra0.2～0.8μm，位置精度不高，不能加工圆周不连续工件

生产率高， 可实现自动磨削，适合于大批量生产。

（3）砂带磨削砂带磨粒——磨削、抛光

Ra0.2～0.8μm，最高 Ra0.02μm，表面不烧伤。

弹性磨削，切削力小，适宜加工细长轴等零件。

设备简单，成本低，安全，生产率高

3. 外圆表面的精密加工

（1）高精度磨削——小于Ra0.1μm

精密磨削——Ra0.1～0.05μm

超精 密磨削——Ra0.05～0.025μm

镜面磨削——Ra0.01μm

实质——磨粒微刃——等高性——参加磨削的磨粒 多，微细切屑

半钝化磨粒——摩擦抛光

钝化期——挤压抛光

（2）超精加工

油石—加压力— 振动—纵向进给，工件低速回转——不重复轨迹

①强烈切削阶段——压强大，油膜被破坏，切削作用强烈

②正常切削阶段——压 强降低,切削作用减弱

③微弱切削阶段——压强更低，摩擦抛光作用

④自动停止切削阶段——压强很小,形成油膜，切削作用停 止

磨粒摩擦抛光，交叉网纹——Ra0.01～0.1μm，

速度低,压力小,发热少,表面不烧伤，不能纠正形状和位置误差

（3）研磨

研具—与加工面相对运动，磨粒、研磨剂—研去材料

机械切削作用——磨粒—受压—刮擦和挤压— 切除微细材料

物理作用——磨粒局部压力大—高温、挤压作用

化学作用——研磨剂—表面氧化变软，加速研磨

运 动较复杂—轨迹不重复，Ra0.01～0.2μm

提高尺寸形状精度

不提高位置精度设备简便

生产率低，手 研劳动强度大

（4）滚压

滚轮或滚珠——加压—弹性和塑性变形

降低表面粗糙度值 （Ra0.05～0.4μm），不提高形状和位置精度

金属晶粒变细，纤维状—残余压应力—抗疲劳强度、耐磨性和耐腐蚀性高

设 备简单，生产率高，工艺范围广。适用于塑性材料

三．轴类零件加工工艺分析

1.车床主轴的加工工艺

主要技 术要求有：

①支承轴颈A、B：圆度、圆跳动0.005，接触率≥70%，IT5级，Ra0.4

②莫氏锥孔：圆跳动，近 0.005，远0.01，接触率≥70%，Ra0.4，淬硬

③短锥C和端面D：圆跳动0.008，Ra0.8，淬硬

④配 合轴颈：尺寸IT5～6级，圆跳动0.015

⑤其他表面：定位轴肩与中心线的垂直度，螺纹与中心线的同轴度等

材料45 钢，毛坯为模锻件，大批量生产

主轴加工工艺过程略

2.车床主轴的加工工艺分析

（1）定位基准的选择

最 常用两中心孔——设计基准——基准重合

一次安装中能多加工——基准统一

（锥堵或锥堵心轴）——尽量减少更换次数

支 承轴颈定位——基准重合—磨锥孔——保证相互位置精度

中心孔和支承轴颈——互为基准、反复加工的原则

工艺过程实质——定 位基准的准备和转换的过程

（2）加工阶段的划分

以主要表面（特别是支承轴颈）的加工为主，分：

粗加工阶 段——调质前的工序

半精加工阶段——调质后到表面淬火间的工序

精加工阶段——表面淬火后的工序，其它次要表面适当穿插其 中

（3）合理安排热处理工序

毛坯锻造——正火——消除应力，改善切削性能

粗加工——调质—提高力学性 能，为表面淬火准备

半精加工——表面淬火——提高耐磨性

（4）加工顺序的安排

先基准后其它、先粗后精、 先主后次、穿插进行的原则：

锻造→正火→车端面钻中心孔→粗车→调质→半精车

→精车→表面淬火→粗、精磨外圆表面→磨锥 孔

（5）次要表面的加工安排

通孔——调质、半精车后—减少弯曲变形，定位准确，主轴壁厚均匀

花键、键槽 ——精车或粗磨后—免断续切削的振动，保护刀具

螺纹——局部淬火后——淬火变形会影响螺纹和支承轴颈的同轴度

（6）主轴 锥孔的磨削

专用夹具——保证加工精度

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