轴类零件加工工艺介绍模板.doc
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1、第六章 经典零件加工第一节 第一节 轴类零件加工一、 一、 概述(一)、轴类零件功用和结构特点1、功用:为支承传动零件(齿轮、皮带轮等)、传动扭矩、承受载荷,和确保装在主轴上工件或刀具含有一定回转精度。2、 2、 分类:轴类零件按其结构形状特点,可分为光轴、阶梯轴、空心轴和异形轴(包含曲轴、凸轮轴和偏心轴等)四类。图 轴种类a)光轴 b)空心轴 c)半轴 d)阶梯轴 e)花键轴 f)十字轴 g)偏心轴h)曲轴 i) 凸 轮轴若按轴长度和直径百分比来分,又可分为刚性轴(L/d12和挠性轴(L/d12)两类。3、表面特点:外圆、内孔、圆锥、螺纹、花键、横向孔(二)关键技术要求:1、尺寸精度 轴颈是
2、轴类零件关键表面,它影响轴回转精度及工作状态。轴颈直径精度依据其使用要求通常为IT69,精密轴颈可达IT5。2、几何形状精度轴颈几何形状精度(圆度、圆柱度),通常应限制在直径公差点范围内。对几何形状精度要求较高时,可在零件图上另行要求其许可公差。3、位置精度关键是指装配传动件配合轴颈相对于装配轴承支承轴颈同轴度,通常是用配合轴颈对支承轴颈径向圆跳动来表示;依据使用要求,要求高精度轴为0.0010.005mm,而通常精度轴为0.010.03mm。另外还有内外圆柱面同轴度和轴向定位端面和轴心线垂直度要求等。4表面粗糙度 依据零件表面工作部位不一样,可有不一样表面粗糙度值,比如一般机床主轴支承轴颈表
3、面粗糙度为Ra0.160.63um,配合轴颈表面粗糙度为Ra0.632.5um,伴随机器运转速度增大和精密程度提升,轴类零件表面粗糙度值要求也将越来越小。 (三)、轴类零件材料和毛坯 合理选择材料和要求热处理技术要求,对提升轴类零件强度和使用寿命相关键意义,同时,对轴加工过程有极大影响。1、轴类零件材料通常轴类零件常见45钢,依据不一样工作条件采取不一样热处理规范(如正火、调质、淬火等),以取得一定强度、韧性和耐磨性。对中等精度而转速较高轴类零件,可选择40Cr等合金钢。这类钢经调质和表面淬火处理后,含有较高综协力学件能。精度较高轴,有时还用轴承钢GCrls和弹簧钢65Mn等材料,它们经过调质
4、和表面淬火处理后,含有更高耐磨性和耐疲惫性能。对于高转速、重载荷等条件下工作轴,可选择20CrMnTi、20MnZB、20Cr等低碳含金钢或38CrMoAIA氮化钢。低碳合金钢经渗碳淬火处理后,含有很高表面硬度、抗冲击韧性和心部强度,热处理变形却很小。2、轴类零件毛坯轴类零件毛坯最常见是圆棒料和锻件,只有一些大型、结构复杂轴才采取铸件。 (四)、轴类零件预加工 轮类零件在切削加工之前,应对其毛坯进行预加工。预加工包含校正、切断和切端面和钻中心孔。 1、校正:校正棒料毛坯在制造、运输和保管过程中产生弯曲变形,以确保加工余量均匀及送料装夹可靠。校正可在多种压力机上进行。2、切断:当采取棒料毛坯时,
5、应在车削外圆前按所需长度切断。切断叮在弓锯床上进行,高硬度棒料切断可在带有薄片砂轮切割机上进行。3、切端面钻中心孔:中心孔是轴类零件加工最常见定位基准面,为确保钻出中心孔不偏斜,应先切端面后再钻中心孔。4、荒车:假如轴毛坯是向由锻件或大型铸件,则需要进行荒车加工,以降低毛坯外国表面形状误差,使后续工序加工余景均匀。二、 二、 经典主轴类零件加工工艺分析轴类零件加工工艺因其用途、结构形状、技术要求、产量大小不一样而有差异。而轴工艺规程编制是生产中最常碰到工艺工作。(一) (一)轴类零件加工关键问题轴类零件加工关键问题是怎样确保各加工表面尺寸精度、表面粗糙度和关键表面之间相互位置精度。轴类零件加工
6、经典工艺路线以下:毛坯及其热处理预加工车削外圆铣键槽等热处理磨削(二) (二)CA6140主轴加工工艺分析1、CA6140主轴技术条件分析(1)、支承轴颈技术要求主轴两支承轴颈A、B圆度允差 0.005毫米,径向跳动允差 0.005毫米,两支承轴颈1:12锥面接触率70%,表面粗糙度Ra0.4um。支承轴颈直径按IT5-7级精度制造。主轴外圆圆度要求,对于通常精度机床,其允差通常不超出尺寸公差50,对于提升精度机床,则不超出25%,对于高精度机床,则应在 510之间。 (2)、锥孔技术要求主轴锥孔(莫氏 6号)对支承轴颈 A、B跳动,近轴端允差 0.005mm,离轴端300mm处允差 0.01
7、毫米,锥面接触率 70,表面粗糙度Ra0.4um,硬度要求 HRC48。(3)、短锥技术要求短锥对主轴支承轴颈A、B径向跳动允差0.008mm,端面D对轴颈A、B端面跳动允差0.008mm,锥面及端面粗糙度均为Ra0.8um。(4)、空套齿轮轴颈技术要求空套齿轮轴颈对支承轴颈A、B径向跳动允差为 0.015毫米。(5)、螺纹技术要求这是用于限制和之配合压紧螺母端面跳动量所必需要求。所以在加工主轴螺纹时,必需控制螺纹表面轴心线和支承轴颈轴心线同轴度,通常要求不超出0.025mm。从上述分析能够看出,主轴关键加工表面是两个支承轴颈、锥孔、前端短锥面及其端面、和装齿轮各个轴颈等。而确保支承轴颈本身尺
8、寸精度、几何形状精度、两个支承轴颈之间同轴度、支承轴颈和其它表面相互位置精度和表面粗糙度,则是主轴加工关键。(三)、CA6140主轴加工工艺过程 看录像课题:轴类零件加工工艺 一、 四、 教学目标:熟悉轴类零件加工关键工艺,其中包含结构特点、技术要求分析、定位基准选择用通常工艺路线确实定。掌握阶梯轴加工工艺分析和工艺路线拟订。 二、 五、 教学关键:轴类零件加工工艺分析 三、 六、 教学难点:轴类零件加工工艺路线确实定 四、教课时 数: 2 课时,其中实践性教学 课时。五、习题: 六、教学后记: (四)、主轴加工工艺过程分析1、 1、 主轴毛坯制造方法及热处理批量:大批;材料:45钢;毛坯:模
9、锻件(1)材料在单件小批生产中,轴类零件毛坯往往使用热轧棒料。对于直径差较大阶梯轴,为了节省材料和降低机械加工劳动量,则往往采取锻件。单件小批生产阶梯轴通常采取自由锻,在大批大量生产时则采取模锻。(2)热处理45钢,在调质处理(235HBS)以后,再经局部高频淬火,能够使局部硬度达成HRC6265,再经过合适回火处理,能够降到需要硬度(比如 CA6140主轴要求为 HRC52)。9Mn2V,这是一个含碳0.9%左右锰钒合金工具钢,淬透性、机械强度和硬度均比45钢为优。经过合适热处理以后,适适用于高精度机床主轴尺寸精度稳定性要求。比如,万能外圆磨床 M1432A头架和砂轮主轴就采取这种材料。38
10、CrMoAl,这是一个中碳合金氮化钢,因为氮化温度比通常淬火温度为低540550,变形更小,硬度也很高(HRC65,中心硬度HRC28)并有优良耐疲惫性能,故高精度半自动外圆磨床MBG1432头架轴和砂轮轴均采取这种钢材。另外,对于中等精度而转速较高轴类零件,多选择40Cr等合金结构钢,这类钢经调质和高频淬火后,含有较高综合机械性能,能满足使用要求。有轴件也选择滚珠轴承钢如 GCr15和弹簧钢如 66Mn等材料这些钢材经调质和表面淬火后,含有极高耐磨性和耐疲惫性能。当要求在高速和重载条件下工作轴类零件,可选择18CrMnTi、20Mn2B等低碳含金钢,这些钢料经渗碳淬火后含有较高表面硬度、冲击
11、韧性和心部强度,但热处理所引发变形比38CrMoAl为大。凡要求局部高频淬火主轴,要在前道工序中安排调质处理(有钢材则用正火), 当毛坯余量较大时(如锻件),调质放在粗车以后、半精车之前,方便因粗车产生内应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(相当于锻件半精车)之前进行。高频淬火处理通常放在半精车以后,因为主轴只需要局部淬硬,故精度有一定要求而不需淬硬部分加工,如车螺纹、铣键槽等工序,均安排在局部淬火和粗磨以后。对于精度较高主轴在局部淬火及粗磨以后还需低温时效处理,从而使主轴金相组织和应力状态保持稳定。2、定位基准选择对实心轴类零件,精基准面就是顶尖孔,满足基准重合和
12、基准统一,而对于象CA6140A空心主轴,除顶尖孔外还有轴颈外圆表面而且二者交替使用,互为基准。3、加工阶段划分主轴加工过程中各加工工序和热处理工序均会不一样程度地产生加工误差和应力,所以要划分加工阶段。主轴加工基础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、铸造和正火2)粗加工 锯去多出部分,铣端面、钻中心孔和荒车外圆等(2)、半精加工阶段)半精加工前热处理 对于45钢通常采取调质处理以达成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)精加工前多种加工 粗磨定位锥面、粗磨外圆、铣
13、键槽和花键槽,和车螺纹等。3)精加工 精磨外圆和内外锥面以确保主轴最关键表面精度。4、加工次序安排和工序确实定含有空心和内锥特点轴类零件,在考虑支承轴颈、通常轴颈和内锥等关键表面加工次序时,可有以下多个方案。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车床主轴加工次序来说,可作这么分析比较:第一方案:在锥孔粗加工时,因为要用已精加工过外圆表面作精基准面,会破坏外圆表面精度和粗糙度,所以此方案不宜采取。第二方案:在精加工外圆表面时,还要再插上锥堵,这么会破坏锥孔精度
14、。另外,在加工锥孔时不可避免地会有加工误差(锥孔磨削条件比外圆磨削条件差人 加上锥堵本身误差等就会造成外圆表面和内锥面不一样轴,故此方案也不宜采取。第三方案:在锥孔精加工时,即使也要用已精加工过外圆表面作为精基准面;但因为锥面精加工加工余量已很小,磨削力不大;同时锥孔精加工已处于轴加工最终阶段,对外圆表面精度影响不大;加上这一方案加工次序,能够采取外圆表面和锥孔互为基准,交替使用,能逐步提升同轴度。经过这一比较可知,象CA6140主轴这类轴件加工次序,以第三方案为佳。经过方案分析比较也可看出,轴类零件各表面前后加工次序,在很大程度上和定位基准转换相关。当零件加工用粗、精基准选定后,加工次序就大
15、致能够确定了。因为各阶段开始总是先加工定位基准面,即先行工序必需为后面工序准备好所用定位基准。比如CA6140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锥孔加工准备了定位基准。反过来,前后锥孔装上锥堵后顶尖孔,又为以后半精加工和精加工外圆准备了定位基准;而最终磨锥孔定位基准则又是上工序磨好轴颈表面。工序确实定要按加工次序进行,应该掌握两个标准:1) 工序中定位基准面要安排在该工序之前加工。比如,深孔加工所以安排在外圆表面粗车以后,是为了要有较正确轴颈作为定位基准面,以确保深孔加工时壁厚均匀。2)对各表面加工
16、要粗、精分开,先粗后精,数次加工,以逐步提升其精度和粗糙度。关键表面精加工应安排在最终。为了改善金属组织和加工性能而安排热处理工序,如退火、正火等,通常应安排在机械加工之前。为了提升零件机械性能和消除内应力而安排热处理工序,如调质、时效处理等,通常应安排在粗加工以后,精加工之前。5、大批生产和小批生产工艺过程比较(1)定位基准选择表:不一样生产类型下主轴加工定位基准选择工 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支承轴颈夹一端,托另一端半精车和精车两端锥堵顶尖孔夹一端,顶另一端粗、精磨外锥两端锥堵顶尖孔两端锥堵顶尖孔粗、精
17、磨外国两端锥堵顶尖孔两端锥堵顶尖孔粗、精磨难孔两支承轴颈外表面或靠近两支承轴颈外圆表面夹小端,托大端 (2)轴端两顶尖孔加工在单件小批生产时,多在车床或钻床上经过划线找正加工。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)外圆表面加工在单件小批生产时,多在一般车床上进行;而在大批生产时,则广泛采取高生产率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,可采取铸造无缝钢管作为毛坯,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;假如孔径较大,还可采取套料优异
18、工艺。(5)花键轴加工在单件小批生产时,常在卧式铣床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)全部广泛采取花键滚刀在专用花键轴铣床上加工。(6)前后支承轴颈和和其有较严格位置精度要求表面精加工,在单件小批生产时,多在一般外圆磨床上加工;而在成批大量生产中多采取高效组合磨床加工。(四)、主轴加工中多个工艺问题1、 1、锥堵和锥堵心轴使用 对于空心轴类零件,若通孔直径较小轴,可直接在孔口倒出宽度小于2mm60度锥面,替换中心孔。而当通孔直径较大时,则不宜用倒角锥面代之,通常全部采取锥堵或锥堵心轴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)通常不中途更换或拆装,以免增加
19、安装误差。(2)锥堵心轴要求两个锥面应同轴,不然拧紧螺母后会使工件变形。2、顶尖孔研磨 因热处理、切削力、重力等影响,常常会损坏顶尖孔精度,所以在热处理工序以后和磨削加工之前,对顶尖孔要进行研磨,以消除误差。常见研磨方法有以下多个。(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2、 2、外圆加工方法 略4、深孔加工通常孔深度和孔径之比 l/d5就算深孔。CA6140主轴内孔l/d=18,属深孔加工。(1) 加工方法加工深孔时,工件和刀具相对运动方法有三种:1)工件不动,刀具转动并送进。这时假如刀具回转中心线对工件中心线有偏移或倾斜。加工出孔轴心线肯定
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