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1、6.1轴类轴类零件零件加工加工机械制造技术基础机械制造技术基础第第6章章轴类零件的分类及技术要求轴类零件的分类及技术要求轴类零件的功用轴类零件的功用支撑传动零件支撑传动零件承受载荷承受载荷传递扭矩传递扭矩轴类零件的分类轴类零件的分类光滑轴；阶梯轴；空心光滑轴；阶梯轴；空心轴；异形轴轴；异形轴（曲轴、齿（曲轴、齿轮轴、偏心轴、十字轴、轮轴、偏心轴、十字轴、凸轮轴、花键轴）凸轮轴、花键轴）常见轴的类型常见轴的类型轴类零件的特点轴类零件的特点长度大于直径长度大于直径加工表面为内外圆加工表面为内外圆柱面、圆锥面、螺柱面、圆锥面、螺纹、花键、沟槽等纹、花键、沟槽等有一定的回转精度有一定的回转精度轴类零件
2、的技术要求轴类零件的技术要求尺尺寸寸精精度度几何几何形状形状精度精度相互相互位置位置精度精度表面粗表面粗糙度糙度其他其他轴类零件的材料、轴类零件的材料、毛坯及热处理毛坯及热处理轴类零件的材料轴类零件的材料45钢、钢、40Cr、GCr15、65Mn、球墨铸铁、球墨铸铁、20CrMnTi、20Mn2B、20Cr轴类毛坯轴类毛坯圆棒料圆棒料圆棒料圆棒料锻件锻件锻件锻件铸件铸件铸件铸件轴类零件的热处理轴类零件的热处理正火或退火处理正火或退火处理锻造毛坯加工前锻造毛坯加工前细化细化晶粒，消除锻造应力，降晶粒，消除锻造应力，降低硬度，改善切削性能低硬度，改善切削性能调质调质粗车后半精车前粗车后半精车前改善
3、物理力学性能改善物理力学性能表面淬火表面淬火精加工前精加工前提高硬度提高硬度低温时效低温时效局部淬火或粗磨后局部淬火或粗磨后轴类零件的装夹方式轴类零件的装夹方式采用两中心孔采用两中心孔定位装夹定位装夹以重要外圆表面为粗基准定以重要外圆表面为粗基准定位加工出中心孔，再以轴两位加工出中心孔，再以轴两端的中心孔为定位精基准端的中心孔为定位精基准可实现基准重合、基准统一、互为基准可实现基准重合、基准统一、互为基准采用外圆表采用外圆表面定位装夹面定位装夹采用三爪自定心卡盘、采用三爪自定心卡盘、四爪单动卡盘四爪单动卡盘采用各种堵头或采用各种堵头或拉杆心轴定位装夹拉杆心轴定位装夹加工空心轴用带中心孔加工空心
4、轴用带中心孔的堵头或拉杆心轴的堵头或拉杆心轴堵头与拉杆心轴堵头与拉杆心轴轴类零件工艺过程示例轴类零件工艺过程示例CA6140车床主轴的结构特点车床主轴的结构特点既是阶梯轴，又是空心轴；既是阶梯轴，又是空心轴；是长径比小于是长径比小于12的刚性轴的刚性轴不但传递旋转运动和扭矩，而且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、机械加工工艺主要是车削、磨削，其次是铣削和钻削磨削，其次是铣削和钻削
5、CA6140车床主轴车床主轴各主要部分的功用及技术要求各主要部分的功用及技术要求支承轴颈支承轴颈支承轴颈是主轴的装配基准，其精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，有严格的位置要求基准，有严格的位置要求支承轴颈为安装轴承的三支承结构，且跨度大支承轴颈为安装轴承的三支承结构，且跨度大支承轴颈采用锥面支承轴颈采用锥面(1：12)结构，接触率结构，接触率70%，可用来调整轴承间隙；圆度误差为，可用来调整轴承间隙；圆度误差为0.005mm，径向跳动为，径向跳动为0.005mm锥锥 孔孔
6、用来安装顶尖或刀具锥柄的；用来安装顶尖或刀具锥柄的；是定心表面是定心表面对锥面的尺寸精度、形状精度、对锥面的尺寸精度、形状精度、粗糙度、接触精度都要求高粗糙度、接触精度都要求高轴心线应与支承轴颈同轴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锥孔对轴颈的径向圆跳动近轴端为0.005，离轴端离轴端300处为处为0.01，锥面接触率，锥面接触率70%，粗糙度值粗糙度值Ra为为0.4m，硬度为，硬度为HRC4850短锥和端面短锥和端面用来安装卡盘或花盘的；用来安装卡盘或花盘的；也是定心表面也是定心表面对锥面的尺寸精度、形状精度、对锥面的尺寸精度、形状精度、粗糙度、接触精度都要求高粗糙度、接触
7、精度都要求高轴心线应与支承轴颈同轴轴心线应与支承轴颈同轴对支承轴颈的径向圆跳动为对支承轴颈的径向圆跳动为0.008；端面圆跳动为端面圆跳动为0.008粗糙度粗糙度Ra为为0.8m，硬度为，硬度为HRC4550空套齿空套齿轮轴颈轮轴颈与齿轮孔相配合的表面；与齿轮孔相配合的表面；影响影响传动的平稳性；可能导致噪声传动的平稳性；可能导致噪声有同轴度要求，对支承轴颈的有同轴度要求，对支承轴颈的径向圆跳动为径向圆跳动为0.010.015尺寸精度要求为尺寸精度要求为IT5IT6对支承轴颈的径向圆跳动为对支承轴颈的径向圆跳动为0.008；端面圆跳动为端面圆跳动为0.008螺螺 纹纹用来固定零件或调整轴承间隙
8、用来固定零件或调整轴承间隙螺母的端面圆跳动（应螺母的端面圆跳动（应0.05）会影响轴承的内环轴线倾斜会影响轴承的内环轴线倾斜螺母与轴颈的同轴度误差螺母与轴颈的同轴度误差0.025螺纹精度为螺纹精度为6h各表面的各表面的表层要求表层要求要有较高的耐磨性要有较高的耐磨性要有适当的硬度（要有适当的硬度（HRC45以以上），以改善其装配工艺性上），以改善其装配工艺性和装配精度和装配精度表面粗糙度值表面粗糙度值Ra为为0.80.2mCA6140主轴加工工艺主轴加工工艺加工工艺过程加工工艺过程生产类型：生产类型：大批生产；大批生产；材料牌号：材料牌号：45钢；钢；毛坯种类：毛坯种类：模锻件模锻件工艺过程：
9、工艺过程：分为三个阶段分为三个阶段（参见表（参见表9-1）：粗加工：粗加工：工序工序 16 半精加工：半精加工：工序工序 713（7为预备）为预备）精加工：精加工：工序工序 1426（14为预备）为预备）工艺问题分析工艺问题分析主轴的热处理主轴的热处理毛坯的热处理：毛坯的热处理：去锻去锻造应力，细化晶粒造应力，细化晶粒切削前正火（预备热处理）：切削前正火（预备热处理）：改善切削加工性能和机械改善切削加工性能和机械-物物理性能；去锻造应力理性能；去锻造应力半精加工前调质：半精加工前调质：去应力，改善切削去应力，改善切削加工性能，提高综合机械性能加工性能，提高综合机械性能精加工前局部高频淬火：精加
10、工前局部高频淬火：提高运动表面耐磨性提高运动表面耐磨性精加工后定性处理：精加工后定性处理：低温时效和冰冷处理低温时效和冰冷处理定位基准的定位基准的选择与转换选择与转换为了保证各主要表面的相互为了保证各主要表面的相互位置精度，选择定位基准时，位置精度，选择定位基准时，应遵循基准重合、基准统一应遵循基准重合、基准统一和互为基准的原则和互为基准的原则 一次装夹中应尽可能多加工几个表面一次装夹中应尽可能多加工几个表面定位基准通用两中心孔；但加工过程中，定位基准通用两中心孔；但加工过程中，作为定位基准的中心孔因钻通孔而消失，作为定位基准的中心孔因钻通孔而消失，为须采用带有中心孔的锥堵或锥套心轴为须采用带
11、有中心孔的锥堵或锥套心轴 主要精度指标：同轴度、圆度、径向跳动主要精度指标：同轴度、圆度、径向跳动主要加工表面主要加工表面加工工序安排加工工序安排CA6140车床主轴主要加工车床主轴主要加工表面是表面是75h5、80h5、90g5、105h5轴颈，两轴颈，两支承轴颈及大头锥孔支承轴颈及大头锥孔 主要加工表面的尺寸精度在主要加工表面的尺寸精度在IT5IT6之间，表面粗糙度值之间，表面粗糙度值Ra为为0.40.8m 加工工艺过程可划分为三个加工阶段，即加工工艺过程可划分为三个加工阶段，即粗加工阶段、半精加工阶段、精加工阶段粗加工阶段、半精加工阶段、精加工阶段 机械加工工序中间尚需插入必要的热处理工
12、序机械加工工序中间尚需插入必要的热处理工序 鉴于主轴的技术要求高，毛坯为模锻件，鉴于主轴的技术要求高，毛坯为模锻件，加工余量大，精度高，故应分阶段加工加工余量大，精度高，故应分阶段加工粗、精加工分开有利于去应力并可加入热处理粗、精加工分开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、精加工二阶段应间隔一定时间粗、精加工二阶段应分粗、精加工机床进行，粗、精加工二阶段应分粗、精加工机床进行，合理利用设备，保护机床合理利用设备，保护机床主轴加工各主要表面总是循着以下顺序进行，主轴加工各主要表面总是循着以下顺序进行，即粗车即粗车调质（预
13、备热处理）调质（预备热处理）半精车半精车精车精车淬火淬火-回火（最终热处理）回火（最终热处理）粗磨粗磨精磨精磨 主轴主要表面的加工顺序安排如下：外圆表主轴主要表面的加工顺序安排如下：外圆表面粗加工（以顶尖孔定位）面粗加工（以顶尖孔定位）外圆表面半精外圆表面半精加工（以顶尖孔定位）加工（以顶尖孔定位）钻通孔（以半精加钻通孔（以半精加工过的外圆表面定位）工过的外圆表面定位）锥孔粗加工（以半锥孔粗加工（以半精加工过的外圆表面定位，加工后配锥堵）精加工过的外圆表面定位，加工后配锥堵）外圆表面精加工（以锥堵顶尖孔定位）外圆表面精加工（以锥堵顶尖孔定位）锥孔精加工（以精加工外圆面定位）锥孔精加工（以精加工
14、外圆面定位）主要表面加工顺序确定后，再合理地插入次主要表面加工顺序确定后，再合理地插入次要表面加工工序要表面加工工序 保证加工精度保证加工精度的几项措施的几项措施主轴的加工质量主要体现在主轴的加工质量主要体现在主轴支承轴颈的尺寸、形状、主轴支承轴颈的尺寸、形状、位置精度和表面粗糙度，主位置精度和表面粗糙度，主轴前端内、外锥面的形状精轴前端内、外锥面的形状精度、表面粗糙度以及它们对度、表面粗糙度以及它们对支承轴颈的位置精度支承轴颈的位置精度 支承轴颈的尺寸精度、形状精度以及表面支承轴颈的尺寸精度、形状精度以及表面粗糙度要求，可以采用精密磨削方法保证。粗糙度要求，可以采用精密磨削方法保证。磨削前应
15、提高精基准的精度。磨削前应提高精基准的精度。主轴前端内、外锥面的形状精度、表面粗主轴前端内、外锥面的形状精度、表面粗糙度同样应采用精密磨削的方法糙度同样应采用精密磨削的方法 磨主轴锥孔夹具磨主轴锥孔夹具主轴锥孔相对于支承轴颈的位置精度主轴锥孔相对于支承轴颈的位置精度靠采用支承轴颈作为定位基准来保证。靠采用支承轴颈作为定位基准来保证。主轴锥孔的磨削一般采用专用夹具主轴锥孔的磨削一般采用专用夹具 轴类零件的检验轴类零件的检验检验检验项目项目表面表面粗糙粗糙度度表面表面硬度硬度尺寸尺寸精度精度相互相互位位置精置精度度表面几何表面几何形状精度形状精度检验检验分类分类加工中的检验加工中的检验加工后的检验加工后的检验检验检验顺序顺序几何精度几何精度尺寸精度尺寸精度位置精度位置精度检验检验方法方法硬度：硬度：硬度计硬度计表面粗糙度：表面粗糙度：触针式表面粗触针式表面粗糙度轮廓仪或样板比较法糙度轮廓仪或样板比较法锥孔：锥孔：着色法着色法尺寸精度：尺寸精度：常规检验仪器常规检验仪器（万能量具）（万能量具）位置精度：位置精度：专用检验装置专用检验装置轴类零件的检验轴类零件的检验作业作业P288 6-2编制图6-16所示转轴零件在单件小批生产时的加工工艺过程。