1、课题:轴类零件加工工艺一、 教学目的:熟悉轴类零件加工的主要工艺,其中包括结构特点、技术要求分析、定位基准选择用一般工艺路线的 二、教学重点:轴类零件加工工艺分析三、教学难点:轴类零件加工工艺路线的拟定一、主轴加工工艺过程分析1、主轴毛坯的制造方法及热处理批量:大批;材料:45钢;毛坯:模锻件(1材料在单件小批生产中,轴类零件的毛坯往往使用热轧棒料。对于直径差较大的阶梯轴,为了节约材料和减少机械加工的劳动量,则往往采用锻件。单件小批生产的阶梯轴一般 采用自由锻,在大批大量生产时则采用模锻。(2热处理45钢,在调质处理(235HBS 之后,再经局部高频淬火,可以使局部硬度达到 HRC6265,再

2、经过适当的回火处理, 可以降到需要的硬度(例如 CA6140主轴规定为 HRC52 。9Mn2V ,这是一种含碳 0.9%左右的锰钒合金工具钢,淬透性、机械强度和硬度均比 45钢为优。经过适当的热处理之 后,适用于高精度机床主轴的尺寸精度稳定性的要求。例如,万能外圆磨床 M1432A头架和砂轮主轴就采用这种材料。 38CrMoAl , 这是一种中碳合金氮化钢, 由于氮化温度比一般淬火温度为低 540 550, 变形更小, 硬度也很高 (HRC 65,中心硬度 HRC 28并有优良的耐疲劳性能,故高精度半自动外圆磨床 MBG1432的头架轴和砂轮轴均采用这种钢 材。此外,对于中等精度而转速较高的

3、轴类零件,多选用 40Cr 等合金结构钢,这类钢经调质和高频淬火后,具有较高 的综合机械性能,能满足使用要求。有的轴件也选用滚珠轴承钢如 GCr15和弹簧钢如 66Mn等材料.这些钢材经调质和 表面淬火后,具有极高的耐磨性和耐疲劳性能。当要求在高速和重载条件下工作的轴类零件,可选用 18CrMnTi 、 20Mn2B 等低碳含金钢,这些钢料经渗碳淬火后具有较高的表面硬度、冲击韧性和心部强度,但热处理所引起的变形比 38CrMoAl 为大。凡要求局部高频淬火的主轴,要在前道工序中安排调质处理(有的钢材则用正火 , 当毛坯余量较大时 (如锻件 , 调质放在粗车之后、半精车之前,以便因粗车产生的内应

4、力得以在调质时消除;当毛坯余量较小时(如棒料 ,调质可 放在粗车(相当于锻件的半精车之前进行。高频淬火处理一般放在半精车之后,由于主轴只需要局部淬硬,故精度有 一定要求而不需淬硬部分的加工,如车螺纹、铣键槽等工序,均安排在局部淬火和粗磨之后。对于精度较高的主轴在局部淬火及粗磨之后还需低温时效处理,从而使主轴的金相组织和应力状态保持稳定。2、定位基准的选择对实心的轴类零件,精基准面就是顶尖孔,满足基准重合和基准统一,而对于象 CA6140A 的空心主轴,除顶尖孔外 还有轴颈外圆表面并且两者交替使用,互为基准。3、加工阶段的划分主轴加工过程中的各加工工序和热处理工序均会不同程度地产生加工误差和应力

5、, 因此要划分加工阶段。 主轴加工 基本上划分为下列三个阶段。(1 、粗加工阶段1毛坯处理 毛坯备料、锻造和正火2粗加工 锯去多余部分,铣端面、钻中心孔和荒车外圆等(2 、半精加工阶段1半精加工前热处理 对于 45钢一般采用调质处理以达到 220240HBS 。2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。(3 、精加工阶段1精加工前热处理 局部高频淬火2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。3精加工 精磨外圆和内外锥面以保证主轴最重要表面的精度。4、加工顺序的安排和工序的确定具有空心和内锥特点的轴类零件, 在考虑支承轴颈、 一般轴颈和内锥等主要

6、表面的加工顺序时, 可有以下几种方案。 外表面粗加工钻深孔外表面精加工锥孔粗加工锥孔精加工; 外表面粗加工钻深孔锥孔粗加工锥孔精加工外表面精加工; 外表面粗加工钻深孔锥孔粗加工外表面精加工锥孔精加工。针对 CA6140车床主轴的加工顺序来说,可作这样的分析比较:第一方案:在锥孔粗加工时,由于要用已精加工过的外圆表面作精基准面,会破坏外圆表面的精度和粗糙度,所以 此方案不宜采用。第二方案:在精加工外圆表面时,还要再插上锥堵,这样会破坏锥孔精度。另外,在加工锥孔时不可避免地会有加 工误差(锥孔的磨削条件比外圆磨削条件差人 加上锥堵本身的误差等就会造成外圆表面和内锥面的不同轴,故此方案 也不宜采用。

7、第三方案:在锥孔精加工时,虽然也要用已精加工过的外圆表面作为精基准面;但由于锥面精加工的加工余量已很 小, 磨削力不大; 同时锥孔的精加工已处于轴加工的最终阶段, 对外圆表面的精度影响不大; 加上这一方案的加工顺序, 可以采用外圆表面和锥孔互为基准,交替使用,能逐步提高同轴度。经过这一比较可知,象 CA6140主轴这类的轴件加工顺序,以第三方案为佳。通过方案的分析比较也可看出,轴类零件各表面先后加工顺序,在很大程度上与定位基准的转换有关。当零件加工 用的粗、精基准选定后,加工顺序就大致可以确定了。因为各阶段开始总是先加工定位基准面,即先行工序必须为后面 的工序准备好所用的定位基准。例如 CA6

8、140主轴工艺过程,一开始就铣端面打中心孔。这是为粗车和半精车外圆准备 定位基准;半精车外圆又为深孔加工准备了定位基准;半精车外圆也为前后的锥孔加工准备了定位基准。反过来,前后 锥孔装上锥堵后的顶尖孔, 又为此后的半精加工和精加工外圆准备了定位基准; 而最后磨锥孔的定位基准则又是上工序 磨好的轴颈表面。工序的确定要按加工顺序进行,应当掌握两个原则:1 工序中的定位基准面要安排在该工序之前加工。例如,深孔加工所以安排在外圆表面粗车之后,是为了要有较 精确的轴颈作为定位基准面,以保证深孔加工时壁厚均匀。2对各表面的加工要粗、精分开,先粗后精,多次加工,以逐步提高其精度和粗糙度。主要表面的精加工应安

9、排 在最后。为了改善金属组织和加工性能而安排的热处理工序,如退火、正火等,一般应安排在机械加工之前。为了提高零件的机械性能和消除内应力而安排的热处理工序,如调质、时效处理等,一般应安排在粗加工之后,精 加工之前。5、大批生产和小批生产工艺过程的比较(1定位基准的选择表:不同生产类型下主轴加工定位基准的选择工 序 名 称定 位 基 准 面大 批 生 产 小 批 生 产加工顶尖孔 毛坯外圆 划 线粗车外圆 顶尖孔 顶尖孔钻深孔 粗车后的支承轴颈 夹一端,托另一端半精车和精车 两端锥堵的顶尖孔 夹一端,顶另一端粗、精磨外锥 两端锥堵的顶尖孔 两端锥堵的顶尖孔粗、精磨外国 两端锥堵的顶尖孔 两端锥堵的

10、顶尖孔粗、精磨难孔颈的外圆表面夹小端,托大端(2轴端两顶尖孔的加工在单件小批生产时,多在车床或钻床上通过划线找正加工。在成批生产时,可在中心孔钻床上加工。专用机床可在同一工序中铣出两端面并打好顶尖孔。(3外圆表面的加工在单件小批生产时,多在普通车床上进行;而在大批生产时,则广泛采用高生产率的多刀半自动车床或液压仿形车 床等设备。(4深孔加工在单件小批生产时,通常在车床上用麻花钻头进行加工。在大批量生产中,可采用锻造的无缝钢管作为毛坯,从根 本上免去了深孔加工工序;若是实心毛坯,可用深孔钻头在深孔钻床上进行加工;如果孔径较大,还可采用套料的先进 工艺。(5花键轴加工在单件小批生产时,常在卧式铣床

11、上用分度头分度以圆盘铣刀铣削;而在成批生产(甚至小批生产都广泛采用花 键滚刀在专用花键轴铣床上加工。(6前后支承轴颈以及与其有较严格的位置精度要求的表面精加工,在单件小批生产时,多在普通外圆磨床上加 工;而在成批大量生产中多采用高效的组合磨床加工。二、主轴加工中的几个工艺问题1、锥堵和锥堵心轴的使用对于空心的轴类零件,若通孔直径较小的轴,可直接在孔口倒出宽度不大于 2mm 的 60度锥面,代替中心孔。而当 通孔直径较大时,则不宜用倒角锥面代之,一般都采用锥堵或锥堵心轴的顶尖孔作为定位基准。使用锥堵或锥堵心轴时应注意事项:(1一般不中途更换或拆装,以免增加安装误差。(2锥堵心轴要求两个锥面应同轴

12、,否则拧紧螺母后会使工件变形。2、顶尖孔的研磨因热处理、切削力、重力等的影响,常常会损坏顶尖孔的精度,因此在热处理工序之后和磨削加工之前,对 顶尖孔要进行研磨,以消除误差。常用的研磨方法有以下几种。(1用铸铁顶尖研磨(2用油石或橡胶轮研磨(3用硬质合金顶尖刮研(4用中心孔磨床磨削3、外圆加工方法 略4、 .深孔加工一般孔的深度与孔径之比 l/d5就算深孔。 CA6140主轴内孔 l/d=18,属深孔加工。(1 加工方式加工深孔时,工件和刀具的相对运动方式有三种:1工件不动,刀具转动并送进 。这时如果刀具的回转中心线对工件的中心线有偏移或倾斜。加工出的孔轴心线必 然是偏移或倾斜的。因此,除笨重或

13、外形复杂而不便于转动的大型工件外,一般不采用。2工件转动,刀具作轴向送进运动 。这种方式钻出的孔轴心线与工件的回转中心线能达到一致。如果钻头偏斜, 则钻出的孔有锥度;如果钻头中心线与工件回转中心线在空间斜交,则钻出的孔的轴向截面是双曲线,但不论如何,孔 的轴心线与工件的回转中心线仍是一致的,故轴的深孔加够采用这种方式。3工件转动,同时刀具转动并送进 。由于工件与刀具的回转方向相反,所以相对切削速度大,生产率高,加工出 来的孔的精度也较高。但对机床和刀杆的刚度要求较高,机床的结构也较复杂,因此应用不很广泛。(2深孔加工的冷却与排屑在单件、小批生产中,加工深孔时,常用接长的麻花钻头,以普通的冷却润

14、滑方式,在改装过的普通车床上进行加 工。为了排屑,每加工一定长度之后,须把钻头退出。这种加工方法,不需要特殊的设备和工具。由于钻头有横刃,轴 向力较大,两边切削刃又不容易磨得对称,因此加工时钻头容易偏斜。此法的生产率很低。在批量生产中, 深孔加工常采用专门的深孔钻床和专用刀具, 以保证质量和生产率。 这些刀具的冷却和切屑的排出, 很大程度上决定于刀具结构特点和冷却液的输入方法。目前应用的冷却与排屑的方法有两种:1内冷却外排屑法加工时冷却液从钻头的内部输入,从钻头外部排出。高压冷却液直接喷射到切削区,对钻头起冷却润滑作用,并 且带着切屑从刀杆和孔壁之间的空间排出。2外冷却内排屑法冷却液从钻头外部

15、输入,有一定压力的冷却液经刀杆与孔壁之间的通道进入切削区,起冷却润滑作用,然后经钻 头和刀杆内孔带着大量切屑排出。三、丝杆加工(一 、丝杠的功用、分类及结构特点1、丝杠的功用丝杠是将旋转运动变成直线运动的传动副零件,它被用来完成机床的进给运动。机床丝杠不仅要能传递准确的运动, 而且还要能传递一定的动力。所以它在精度、强度以及耐磨性各个方面,都有一定的要求。2、丝杠的分类机床丝杠按其摩擦特性分:滑动丝杠 滚珠丝杠丝杠 滚动丝杠静压丝杠 滚柱丝杠按其使用性能要求分:不淬硬丝杠 丝杠 淬硬丝杠 按其精度要求分： 普通丝杠 丝杠 精密丝杠 3、丝杠结构的工艺特点 丝杠是细而长的柔性轴，它的长径比往往很

16、大，一般都在2050左右，刚度很差。加上其结构形状比较复杂，有要 求很高的螺纹表面，又有阶梯及沟 槽，因此，在加工过程中，很容易产生变形。这是丝杠加工中影响精度的一个主要矛盾。 、丝杠的精度要求 （二） 丝杠的精度要求 、 1、精度等级按丝杠的螺纹精度标准分，国家有标准。 2、具体指标有： （1）单个螺距允差 （2）中径圆度允差； （3）外径相等性允差； （4）外径跳动允差； （5）牙形半角允差； （6）中径为尺寸公差； （7）外径为尺寸公差； （8）内径为尺寸公差。 、丝杆加工的基本工艺路线： （三） 丝杆加工的基本工艺路线： 、丝杆加工的基本工艺路线 对不淬硬丝杠： 毛坯（热处理）校直车端

17、面打中心孔外圆粗加工校直热处理重打中心孔（修正）外圆半精加工加 工螺纹校直、低温时效修正中心孔外圆、螺纹精加工。 对淬硬丝杠： 毛坯（热处理）校直车端面打中心孔外圆粗加工校直热处理重打中心孔（修正）外圆半精加工加工螺 纹淬火、回火探伤修正中心孔外圆、螺纹半精磨加工探伤修正中心孔外圆、螺纹精磨加工。 （四）丝杠加工工艺主要问题分析 1、丝杠的校直及热处理： 丝杠工艺除毛坯工序外，在粗加工及半精加工阶段，都安排了校直及热处理工序。校直的 6 目的是为了减少工件的弯曲度， 使机械加工余量均匀。 时效热处理以消除工件的残余应力， 保证工件加工精度的稳定性。 一般情况下，需安排三次。一次是校直及高温时效，它安排在粗车外圆以后，还有两次是校直及低温时效，它们分别安 排在螺纹的粗加工及半精加工以后。 2、定位基准面的加工： 丝杠两端的中心孔是定位基准面，在安排工艺路线时，应一首先将它加工出来，中心孔 的精度对加工质量有很大影响，丝杠多选用带有120。保护锥的中心孔。此外，在热处理后，最后精车螺纹以前，还应适 当修整中心孔以保持其精度。 丝杠加工的定位基准面除中心孔外， 还要用丝杠外圆表面作为辅助基准面， 以便在加工中采用跟刀架， 增加刚度。 3、螺纹的粗、精加工 粗车螺纹工序一般安排在精车外圆以后，半精车及精车螺纹工序