轴类零件的加工工艺分析及夹具设计

轴类零件的加工工艺分析及夹具设计内容摘要：

特性。 黎钦平 轴类零件工艺分析及夹具的设计 2 第三章 轴类零件一般加工要求及方法 第一节 轴类零件加工工艺规程注意点 在学校机械加工实习课中，轴类零件的加工是学生练习车削技能的最基本也最重要的项目，但学生最后完工工件的质量总是很不理想，经过分析主要是学生对轴类零件的工艺分析工艺规程制订不够合理。 轴类零件中工艺规程的制订，直接关系到工件质量、劳动生产率和经济效益。 一零件可以有几种不同的加工方法，但只有某一种较合理，在制订机械加工工艺规程中，须注意以下几点 ： （ 1） 零件图工艺分 析中，需理解零件结构特点、精度、材质、热处理等技术要求，且要研究产品装配图，部件装配图及验收标准。 （ 2） 渗碳件加工工艺路线一般为：下料→锻造→正火→粗加工→半精加工→渗碳→去碳加工（对不需提高硬度部分）→淬火→车螺纹、钻孔或铣槽→粗磨→低温时效→半精磨→低温时效→精磨。 （ 3） 粗基准选择：有非加工表面，应选非加工表面作为粗基准。 对所有表面都需加工的铸件轴，根据加工余量最小表面找正。 且选择平整光滑表面，让开浇口处。 选牢固可靠表面为粗基准，同时，粗基准不可重复使用。 （ 4） 精基准选择： 要符合基准重合原则，尽可能选设计基准或装配基准作为定位基准。 符合基准统一原则。 尽可能在多数工序中用同一个定位基准。 尽可能使定位基准与测量基准重合。 选择精度高、安装稳定可靠表面为精基准。 第二节 轴类零件加工的技术要求 （ 1） 尺寸精度轴类零件的主要表面常为两类，一类是与轴承的内圈配合的外圆轴颈，即支承轴颈，用于确定轴的位置并支承轴，尺寸精度要求较高，通常为IT5～ IT7；另一类为与各类传动件配合的轴颈，即配合轴颈，其精度稍低，通常为 IT6~IT9。 （ 2） 几何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。 其误差一般应限制在尺寸公差范围内，对于精密轴，需在零件图上另行规定其几何形状精度。 （ 3）相互位置精度包括内、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。 黎钦平 轴类零件工艺分析及夹具的设计 2 （ 4）表面粗糙度轴的加工表面都有粗糙度的要求，一般根据加工的可能性和经济性来确定。 第三节 轴类零件的热处理 （ 1）锻造毛坯在加工前，均需安排正火或退火处理，使钢材内部晶粒细化，消除锻造应力，降低材料硬度，改善切削加工性能。 （ 2）调质一般安排在粗车之后、半精车之前，以获 得良好的物理力学性能。 （ 3）表面淬火一般安排在精加工之前，这样可以纠正因淬火引起的局部变形。 （ 4）精度要求高的轴，在局部淬火或粗磨之后，还需进行低温时效处理。 黎钦平 轴类零件工艺分析及夹具的设计 2 第四章 轴类零件工艺路线 （ 1） 轴类零件是常见的零件之一。 按轴类零件结构形式不同，一般可分为光轴、阶梯轴和异形轴三类；或分为实心轴、空心轴等。 它们在机器中用来支承齿轮、带轮等传动零件，以传递转矩或运动。 （ 2） 对于 7级精度、表面粗糙度 ～ m 的一般传动轴，其工艺路 线是：正火－车端面钻中心孔－粗车各表面－精车各表面－铣花键、键槽－热处理－修研中心孔－粗磨外圆－精磨外圆－检验。 （ 3） 轴类零件一般采用中心孔作为定位基准，以实现基准统一的方案。 在单件小批生产中钻中心孔工序常在普通车床上进行。 在大批量生产中常在铣端面钻中心孔专用机床上进行。 （ 4） 中心孔是轴类零件加工全过程中使用的定位基准，其质量对加工精度有着重大影响。 所以必须安排修研中心孔工序。 修研中心孔一般在车床上用金刚石或硬质合金顶尖加压进行。 （ 5） 对于空心轴（如机床主轴），为了能使用顶尖孔 定位，一般均采用带顶尖孔的锥套心轴或锥堵。 若外圆和锥孔需反复多次、互为基准进行加工，则在重装锥堵或心轴时，必须按外圆找正或重新修磨中心孔。 （ 6） 轴上的花键、键槽等次要表面的加工，一般安排在外圆精车之后，磨削之前进行。 因为如果在精车之前就铣出键槽，在精车时由于断续切削而易产生振动，影响加工质量，又容易损坏刀具，也难以控制键槽的尺寸。 但也不应安排在外圆精磨之后进行，以免破坏外圆表面的加工精度和表面质量。 （ 7） 在轴类零件的加工过程中，应当安排必要的热处理工序，以保证其机械性能和加工精度，并改善 工件的切削加工性。 一般毛坯锻造后安排正火工序，而调质则安排在粗加工后进行，以便消除粗加工后产生的应力及获得良好的综合机械性能。 淬火工序则安排在磨削工序之前。 （ 8） 台阶轴的加工工艺较为典型，反映了轴类零件加工的大部分内容与基本规律。 下面就以减速箱中的传动轴为例，介绍一般台阶轴的加工工艺。 黎钦平 轴类零件工艺分析及夹具的设计 2 一、 传承轴图样分析 （ 1） 图 所示零件是减速器中的传动轴。 它属于台阶轴类零件，由圆柱面、轴肩、螺纹、螺尾退刀槽、砂轮越程槽和键槽等组成。 轴肩一般用来确定安装在轴上零件的轴向位置，各环 槽的作用是使零件装配时有一个正确的位置，并使加工中磨削外圆或车螺纹时退刀方便；键槽用于安装键，以传递转矩；螺纹用于安装各种锁紧螺母和调整螺母。 （ 2） 根据工作性能与条件，该传动轴图样 (图 )规定了主要轴颈 M， N，外圆 P、 Q 以及轴肩 G、 H、 I 有较高的尺寸、位置精度和较小的表面粗糙度值，并有热处理要求。 这些技术要求必须在加工中给予保证。 因此，该传动轴的关键工序是轴颈 M、 N和外圆 P、 Q 的加工。 二、 确定毛坯 该传动轴材料为 45 钢，因其属于一般传动轴，故选 45钢可满足其要求。 本例传动轴属于中、小 传动轴，并且各外圆直径尺寸相差不大，故选择￠ 60mm 的热轧圆钢作毛坯。 图 黎钦平 轴类零件工艺分析及夹具的设计 2 三、 确定主要表面的加工方法 传动轴大都是回转表面，主要采用车削与外圆磨削成形。 由于该传动轴的主要表面 M、 N、 P、 Q 的公差等级 (IT6)较高，表面粗糙度 Ra 值 (Ra= um)较小，故车削后还需磨削。 外圆表面的加工方案可为：粗车→半精车→磨削。 四、 确定定位基准 （ 1） 合理地选择定位基准，对于保证零件的尺寸和位置精度有着决定性的作用。 由于该传动轴的几个主要配合表面 (Q、 P、 N、 M)及轴肩面 (H、 G)对基准轴线 AB均 有径向圆跳动和端面圆跳动的要求，它又是实心轴，所以应选择两端中心孔为基准，采用双顶尖装夹方法，以保证零件的技术要求。 （ 2） 粗基准采用热轧圆钢的毛坯外圆。 中心孔加工采用三爪自定心卡盘装夹热轧圆钢的毛坯外圆，车端面、钻中心孔。 但必须注意，一般不能用毛坯外圆装夹两次钻两端中心孔，而应该以毛坯外圆作粗基准，先加工一个端面，钻中心孔，车出一端外圆；然后以已车过的外圆作基准，用三爪自定心卡盘装夹 (有时在上工步已车外圆处搭中心架 )，车另一端面，钻中心孔。 如此加工中心孔，才能保证两中心孔同轴。 五、 划分阶段 对精度要求较高的零件，其粗、精加工应分开，以保证零件的质量。 该传动轴加工划分为三个阶段：粗车 (粗车外圆、钻中心孔等 )，半精车 (半精车各处外圆、台阶和修研中心孔及次要表面等 )，粗、精磨 (粗、精磨各处外圆 )。 各阶段划分大致以热处理为界。 六、 热处理工序安排 轴的热处理要根据其材料和使用要求确定。 对于传动轴，正火、调质和表面淬火用得较多。 该轴要求调质处理，并安排在粗车各外圆之后，半精车各外圆之前。 黎钦平 轴类零件工艺分析及夹具的设计 2 综合上述分析，传动轴的工艺路线如下： 下料→车两端面，钻中心孔→粗车各外圆→调质→修研中 心孔→半精车各外圆，车槽，倒角→车螺纹→划键槽加工线→铣键槽→修研中心孔→磨削→检验。 七、 加工尺寸和切削用量 （ 1） 传动轴磨削余量可取 ，半精车余量可选用。 加工尺寸可由此而定，见该轴加工工艺卡的工序内容。 （ 2） 车削用量的选择，单件、小批量生产时，可根据加工情况由工人确定；一般可由《机械加工工艺手册》或《切削用量手册》中选取。 八、 拟定工艺过程 定位精基准面中心孔应在粗加工之前加工，在调质之后和磨削之前各需安排一次修研中心孔的工序。 调质之后修研中心孔为消除中心孔 的热处理变形和氧化皮，磨削之前修研中心孔是为提高定位精基准面的精度和减小锥面的表面粗糙度值。 拟定传动轴的工艺过程时，在考虑主要表面加工的同时，还要考虑次要表面的加工。 在半精加工￠ 52mm、￠ 44mm 及 M24mm 外圆时，应车到图样规定的尺寸，同时加工出各退刀槽、倒角和螺纹；三个键槽应在半精车后以及磨削之前铣削加工出来，这样可保证铣键槽时有较精确的定位基准，又可避免在精磨后铣键槽时破坏已精加工的外圆表面。 在 拟定工艺过程时，应考虑检验工序的安排、检查项目及检验方法的确定。 综上所述，所确定的该传动轴加工工艺过程见表。 黎钦平 轴类零件工艺分析及夹具的设计 2 第五章 细长轴加工工艺特点 一、 改进工件的装夹方法 粗加工时，由于切削余量大，工件受的切削力也大，一般采用卡顶法，。