軸類零件的機械加工工藝

1、畢 業(yè) 設 計（論文）（說 明 書）題目： 軸類零件的機械加工工藝 姓 名： 編 號： 2010 年 月 日摘要 軸是機械加工中常見的典型零件之一,了解軸類零件的功用和工作條件、材料性能,并合理制定加工工藝,熟練掌握加工的要點與措施,才能保證加工質(zhì)量,提高加工效率。軸是組成機器的主要零件之一，一切作回轉運動的傳動零件（例如齒輪，蝸輪等），都必須安裝在軸上才能進行運動及動力的傳遞。它通常被用于支撐傳動件的傳遞扭矩。所以在機械加工中軸的加工工藝是做為重中之中來進行研究的。本設計通過對一般軸類零件圖的工藝性分析，材料毛坯的選擇以及在加工種遇到的一些問題的分析得出一般軸類零件加工時應注意的問題，進而通

2、過對一些典型軸類零件加工工藝的分析，給出了一般軸類零件加工工藝分析的方法及應注意的問題，是對所學專業(yè)知識的一次較為全面的訓練。并且通過對零件的分析與加工工藝的設計，提高我們對零件圖的分析能力和設計能力。而且會使我們學會相關學科的基本理論，基本知識，進行綜合的運用，同時還會對本專業(yè)有較完善的系統(tǒng)的認識，從而達到鞏固，擴大，深化知識的目的，達到一個畢業(yè)生應有的能力，從而更好地面對今后的種種挑戰(zhàn)。關 鍵 詞：軸類零件，機械加工工藝，提高能力 目錄第一章 基本概念31.1 生產(chǎn)過程和工藝過程41.1.1 生產(chǎn)過程41.1.2 工藝過程41.2 工藝過程的組成41.3 生產(chǎn)類型及其工藝特征51.4 工藝

3、規(guī)程6第二章 零件圖工藝性分析72.1 零件結構功用分析12.2 零件技術要求條件分析22.3 零件結構工藝性分析3第三章 毛坯選擇53.1 毛坯種類的選擇53.2 毛坯形狀與尺寸的確定53.3 選擇毛坯時考慮的因素63.4 毛坯的圖示63.5 軸類零件的毛坯選擇7第四章 工藝路線的擬定84.1 表面加工方法的選擇84.2 加工階段的劃分124.3 加工順序的安排124.4 工序的集中與分散13第五章 典型主軸類零件加工工藝分析145.2 軸類零件機械加工的主要工藝問題145.1.1 定位基準145.1.2 加工順序的安排155.1.3熱處理工序的安排155.1.4軸類零件的典型工藝過程155

4、.1.5軸類零件的預加工155.2 ca6140型車床主軸加工工藝分析155.2.1 ca6140主軸技術條件的分析165.2.2主軸加工工藝過程分析175.2.3主軸加工中的幾個工藝問題225.3 絲桿加工23第六章 結論26參考文獻.2致謝第一章 基本概念1.1 生產(chǎn)過程和工藝過程 1.1.1 生產(chǎn)過程生產(chǎn)過程是指將原材料變?yōu)槌善返娜縿趧舆^程。對于機器生產(chǎn)而言，它包括原材料的運輸和保管、毛坯制造、生產(chǎn)技術準備工作、零件的機械加工與熱處理、產(chǎn)品裝配和調(diào)試以及油漆和包裝等?，F(xiàn)代機械制造的發(fā)展趨勢是組織專業(yè)化生產(chǎn)，即一種產(chǎn)品的生產(chǎn)（尤其是比較復雜產(chǎn)品的生產(chǎn)）分散在若干個專業(yè)化工廠進行，最后集中

5、在一個工廠里制造成完整的機器產(chǎn)品。1.1.2 工藝過程在生產(chǎn)過程中，改變生產(chǎn)對象的形狀、尺寸、相對位置和性質(zhì)等，使其成為成品或者半成品的過程，稱為工藝過程。例如毛坯的制造、零件的機械加工和熱處理、產(chǎn)品的裝配等，它們都是與原材料變?yōu)槌善分苯酉嚓P的過程。采用機械加工的方法，直接改變毛坯的形狀、尺寸和表面質(zhì)量等，使其成為零件的過程則稱為機械加工工藝過程（以下簡稱工藝過程）。1.2 工藝過程的組成機械加工工藝過程由若干個工序組成，每一個工序又可依次細分為安裝或工位、工步、行程等成部分。1.工序工序號工序名稱設備1銑端面、鉆中心孔專用機床2車外圓、車槽、倒角車床3銑鍵槽銑床4去毛刺鉗工臺5磨外圓外圓磨床

6、圖1-1 階梯軸簡圖一個（或一組）工人在一臺機床或一個工作地對一個（或同時對幾個）工件所連續(xù)完成的那一部分工藝過程，稱為工序。劃分工序的要點是工作地點、工件是否改變和加工是否連續(xù)完成。 工序是組成工藝過程的基本單元，由零件加工的工序數(shù)就可以知道工作面積的大小、工人人數(shù)和設備數(shù)量。如圖1-1所示批量生產(chǎn)的階梯軸，共劃分五道工序，見表1-1。2.安裝或工位表1-1 階梯軸加工工藝過程 一個工序中可能有幾個安裝或工位。（1）在一道工序中，工件在一次定位夾緊下所完成的加工，稱為安裝。（2）在一次安裝后，工件（或裝配單元）與夾具或設備的可動部分一起相對刀具或設備的固定部分所占據(jù)的每一個位置，稱為工位。圖

7、1-2 銑端面和鉆中心孔示例 安裝和工位的改變都是為了完成工件上不同部位的加工，不同之處在于改變安裝需要松開工件重新定位夾緊，而工位則在夾緊狀態(tài)下改變位置，改變工位的方法便于保證加工質(zhì)量，提高生產(chǎn)率。3.工步 在加工表面（或裝配時的連續(xù)表面）和加工（或裝配）工具不變的情況下所連續(xù)完成的那一部分工序，稱為工步。連續(xù)進行的若干個相同的工步可寫成一個工步。生產(chǎn)中采用復合刀具或多刀同時加工的工步稱為復合工步，復合工步也視為一個工步。 4.行程 行程（進給次數(shù)）又分工作行程和空行程。工作行程是指刀具以加工進給速度相對工件所完成一次進給運動的工步部分?？招谐淌侵傅毒咭苑羌庸みM給速度相對工件所完成一次進給運

8、動的工步部分。1.3 生產(chǎn)類型及其工藝特征 1.生產(chǎn)綱領生產(chǎn)綱領是指企業(yè)在計劃期內(nèi)應當完成的產(chǎn)品產(chǎn)量和進度計劃。它是設計和修改工藝規(guī)程的重要依據(jù)，計劃期一般定為一年，所以生產(chǎn)綱領也稱為年產(chǎn)量。零件的年產(chǎn)量要計入備品和廢品的數(shù)量的計算式為 n = q·n(1+)(1+)式中 n零件的年產(chǎn)量，件/年； q產(chǎn)品的年產(chǎn)量，臺/年； n每臺產(chǎn)品中該零件的數(shù)量，件/臺； 該零件的備品率； 該零件的廢品率。2.生產(chǎn)類型生產(chǎn)類型代表企業(yè)（或車間、工段、班組、工作地）生產(chǎn)的專業(yè)化程度?？煞譃閱渭a(chǎn)、成批生產(chǎn)和大量生產(chǎn)。成批生產(chǎn)中每一次投入生產(chǎn)的同一產(chǎn)品（或零件）的數(shù)量稱為生產(chǎn)批量。根據(jù)生產(chǎn)批量的大小

9、又可分為小批生產(chǎn)、中批生產(chǎn)和大批生產(chǎn)。生產(chǎn)類型和生產(chǎn)綱領的關系隨產(chǎn)品的大小和復雜程度而不同。工藝特征生產(chǎn)類型單件小批生產(chǎn)中批生產(chǎn)大批大量生產(chǎn)加工對象經(jīng)常變換周期性變換固定不變毛坯的制造方法及加工余量鑄件用木模手工造型，鍛件用自由鍛。毛坯精度底，加工余量大部分鑄件用金屬模，部分鍛件用模鍛，毛坯精度和加工余量中等廣泛采用金屬模機造型和模鍛，以及其他高效率的毛坯制造方法。毛坯精度高，加工余量小機床設備及布置形式采用通用機床和數(shù)控機床，按機床類別機群式布置部分通用機床和高效專用機床，按零件類別分工段排列廣泛采用高效專用工裝。靠調(diào)整法達到精度要求裝配方法采用裝配法，零件缺乏互換性大多采用互換法完全互換或

10、分組互換操作工人技術水平需技術水平高的人需一定技術水平的人對調(diào)整工的技術水平要求高，對操作工的水平要求較低工藝文件簡單，一般為工藝過程卡片有工藝過程卡片，關鍵零件需要有工序卡片詳細編制工藝過程卡片和工序卡片生產(chǎn)率低一般高成本高一般低3.各種生產(chǎn)類型的工藝特征各種生產(chǎn)類型具有不同的工藝特征。通常按照單件小批、生產(chǎn)中批生產(chǎn)和大批大量生產(chǎn)來劃分，如下表1.4 工藝規(guī)程1.工藝規(guī)程的概念 將比較合理的工藝過程確定下來，按規(guī)定形式書寫成工藝文件，經(jīng)審批后作為指導生產(chǎn)的依據(jù)，即形成了機械加工工藝規(guī)程，簡稱工藝規(guī)程。工藝規(guī)程是指規(guī)定產(chǎn)品或零、部件制造工藝過程和操作方法等的工藝文件。2.工藝規(guī)程的作用（1）指

11、導生產(chǎn)的主要技術文件。（2）生產(chǎn)組織和生產(chǎn)管理的基本依據(jù)。（3）新建或擴建工廠、車間的基本資料。（4）交流和推廣先進經(jīng)驗的主要文件形式。3.制定工藝規(guī)程的基本原則與步驟制定工藝規(guī)程的基本原則是：在保證質(zhì)量的前 提下，盡量提高生產(chǎn)率，降低加工成本；盡量減輕工人勞動強度，保障生產(chǎn)安全。同時，還應在充分利用本企業(yè)現(xiàn)有生產(chǎn)條件的基礎上，盡可能采用國內(nèi)外先進的工藝技術和經(jīng)驗，并保證有良好的勞動條件。 制定工藝規(guī)程的步驟大致如下:（1） 分析研究零件圖，了解該零件在產(chǎn)品或部件中的作用，找出要求較高的主要表面及主要技術要求，了解各項技術要求制定的依據(jù)，并進行零件的結構工藝性分析；（2）選擇材料和確定毛坯；（

12、3）擬定工藝路線；（4）確定工序具體內(nèi)容；（5）對工藝方案進行技術、經(jīng)濟分析，選擇最佳方案；（6）填寫工藝文件。 第二章 零件圖工藝性分析在制定機械加工工藝規(guī)程前，要先進行零件圖的分析研究，主要包括零件的結構功用分析、零件的技術要求分析和零件的結構工藝性分析。2.1 零件結構功用分析 零件是機器中經(jīng)常遇到的典型零件之一。它主要用來承傳動零件（齒輪、皮帶輪等）、傳動扭矩、承受載荷，以及保證裝在主軸上的工件或刀具具有一定的回轉精度。軸類零件是旋轉體零件，其長度大于直徑，一般由同心軸的外圓柱面、圓錐面、內(nèi)孔和螺紋及相應的端面所組成。其加工表面主要包括內(nèi)外圓柱面、內(nèi)外圓錐面、螺紋、花鍵、溝槽等。 軸類

13、零件按其結構形狀的特點，可分為光軸、階梯軸、空心軸和異形軸（包括曲軸、凸輪軸和偏心軸等）四類。 若按軸的長度和直徑的比例來分，又可分為剛性軸和撓性軸兩類。軸類零件都是長度（l）大于直徑（d）的旋轉體零件，若 l / d 12，通常稱為鋼性軸；若l / d > 12 則稱為撓性軸。下面是常見的幾種軸零件2.2 零件技術要求條件分析 軸用軸承支承，與軸承配合的軸段稱為軸頸。軸頸是軸的裝配基準，它們的精度和表面質(zhì)量一般要求較高，其技術要求一般根據(jù)軸的主要功用和工作條件制定，通常有以下幾項：(一)尺寸精度分析零件圖樣尺寸精度的要求，以判斷能否利用車削工藝達到，并確定控制尺寸精度的工藝方法。在該項

14、分析過程中，還可以同時進行一些尺寸的換算，如增量尺寸與絕對尺寸及尺寸鏈計算等。在利用數(shù)控車床車削零件時，常常對零件要求的尺寸取最大和最小極限尺寸的平均值作為編程的尺寸依據(jù)。起支承作用的軸頸為了確定軸的位置，通常對其尺寸精度要求較高（it5it7）。裝配傳動件的軸頸尺寸精度一般要求較低（it6it9）。(二) 形狀和位置精度的要求零件圖樣上給定的形狀和位置公差是保證零件精度的重要依據(jù)。加工時，要按照其要求確定零件的定位基準和測量基準，還可以根據(jù)數(shù)控車床的特殊需要進行一些技術性處理，以便有效的控制零件的形狀和位置精度。軸類零件的幾何形狀精度主要是指軸頸、外錐面、莫氏錐孔等的圓度、圓柱度等，一般應將

15、其公差限制在尺寸公差范圍內(nèi)。對精度要求較高的內(nèi)外圓表面，應在圖紙上標注其允許偏差。軸類零件的位置精度要求主要是由軸在機械中的位置和功用決定的。通常應保證裝配傳動件的軸頸對支承軸頸的同軸度要求，否則會影響傳動件（齒輪等）的傳動精度，并產(chǎn)生噪聲。普通精度的軸，其配合軸段對支承軸頸的徑向跳動一般為0.010.03mm，高精度軸（如主軸）通常為0.0010.005mm。此外還有內(nèi)外圓柱面的同軸度和軸向定位端面與軸心線的垂直度要求等(四)表面粗糙度表面粗糙度是保證零件表面微觀精度的重要要求，也是合理選擇數(shù)控車床、刀具及確定切削用量的依據(jù)。根據(jù)零件的表面工作部位的不同，可有不同的表面粗糙度值，例如普通機床

16、主軸支承軸頸的表面粗糙度為ra0.160.63um，配合軸頸的表面粗糙度為ra0.632.5um，隨著機器運轉速度的增大和精密程度的提高，軸類零件表面粗糙度值要求也將越來越小。2.3 零件結構工藝性分析 1.零件結構工藝性的概念 零件的結構工藝性是指所設計的零件在滿足使用要求的前提下制造的經(jīng)濟性和可行性。下面從零件尺寸和公差的標注、零件的組成要素和零件的整體結構等三方面來闡述。2.合理標注零件的尺寸、公差和表面粗糙度1）按照加工順序標注尺寸，避免多尺寸同時保證 2）由定位基準或調(diào)整基準標注尺寸，避免基準不重合誤差 3）由形狀簡單和易接近的輪廓要素為基準的標準尺寸避免尺寸運算 3.零件要素的工藝

17、，零件要素的切削加工工藝性歸納起來有以下三點要求：1）各要素的形狀應盡量簡單，面積應盡量小，規(guī)格應盡量標準和統(tǒng)一。 2）采用普通設備和標準刀具進行加工，且刀具易進入、退出和順利通過加工表面。 3）加工面與非加工面應明顯分開，加工面之間也應明顯分開。4.零件整體結構的工藝性，具體有以下五點要求：1）盡量采用標準、通用件、借用件和相似件。 2）有便于裝夾的基準。 3）有位置要求或同方向的表面能在一次裝是中加工出來。4）零件要有足夠的剛性，便于采用高速和多刀切削。5）節(jié)省材料，減輕質(zhì)量。 5.零件結構的工藝性的評定指標 1） 加工精度系數(shù)kac 2）結構繼承性系數(shù)ks3）結構標準化系數(shù)kst 4)結

18、構要素統(tǒng)一化系數(shù)ke5)材料利用系數(shù)km第三章 毛坯選擇毛坯的選擇包括毛坯種類的選擇、毛坯的制造方法和毛坯形狀與尺寸的確定等方面。 3.1 毛坯種類的選擇常用毛坯種類有鑄件、鍛件、型材、焊接件、沖壓件等。通常情況下，當零件材料確定下來后，毛坯的種類就基本確定。毛坯的制造方法越先進，毛坯精度越高，材料的損耗量越少，則機械加工成本就越低，但是毛坯的制造成本卻因采用了先進的設備而提高。3.2 毛坯形狀與尺寸的確定毛坯形狀與尺寸的確定主要依據(jù)零件的形狀、各加工表面的總余量和毛坯的類型等。從機械加工工藝角度考慮還應注意下列問題：（1）為了工件加工時裝夾方便，考慮毛坯是否需要做出工藝凸臺。（2）考慮某些零

19、件結構的特殊性，可以將若干個零件做成一個整體毛坯。 圖3-1 a工藝搭子;b加工表面;c定位面 圖3-2 車床開合螺母外殼簡圖 （3）為了提高機械加工生產(chǎn)率，可將多個零件做成一個毛坯。如短小的軸套、墊圈和螺母等零件，在選擇棒料、鋼管等毛坯時就可采用這種方法，加工到一定階段再切割分離成單個零件，也有利于保證加工質(zhì)量。（4）還應注意鑄件的分型面、拔模斜度、鑄造圓角、鍛件敷料、分模面、模鍛斜度及圓角半徑等。3.3 選擇毛坯時考慮的因素1.零件材料的工藝特性（如可鑄性、可塑性等）及其力學性能 具有良好鑄造性能的材料，如鑄鐵、青銅應采用鑄件毛坯;對力學性能要求較高的鋼件，其毛坯最好采用鍛件而不用型材。2

20、.生產(chǎn)類型 不同的生產(chǎn)類型決定了不同的毛坯制造方法。大量生產(chǎn)應選精度和生產(chǎn)率都比較高的毛坯制造方法，用于毛坯制造的昂貴費用可用材料消耗的減少和機械加工費用的降低來補償，如鑄件應采用金屬模及其造型，鍛件應采用模鍛。單件小批生產(chǎn)一般采用木模手工造型或自由鍛。3.零件的結構形狀和尺寸 一般用途的鋼制階梯軸，若各臺階直徑相差不大時可用棒料;若各臺階直徑相差很大時宜用鍛件，可節(jié)省材料。尺寸大的零件，因受設備限制一般用自由鍛;中小型零件可用模鍛。形狀復雜的毛坯，一般采用鑄造方法。 4.具體生產(chǎn)條件 要考慮現(xiàn)場毛坯制造的實際水平和能力、毛坯車間近期的發(fā)展情況以及組織專業(yè)化工廠生產(chǎn)毛坯的可能性。此外，還應充分

21、考慮利用新工藝、新技術和新材料的可能性，如精鑄、精鍛、冷擠壓、冷軋、粉末冶金和工程塑料等。 3.4 毛坯的圖示圖3-3 ca6140車床撥叉的毛坯-零件綜合圖 毛坯的類型、制造方法及各加工表面的總余量確定后，即可繪制毛坯-零件綜合圖。先畫出經(jīng)簡化了次要細節(jié)的零件圖的主視圖，將已確定的總余量畫在相應的加工面上，可得毛坯輪廓圖。然后在圖上標出毛坯的主要尺寸及公差，標明毛坯的技術要求，如毛坯精度、圓角尺寸、拔模斜度、表面質(zhì)量要求（氣孔、夾砂、縮孔）等。3.5 軸類零件的毛坯選擇一、 軸類零件的毛坯軸類零件可根據(jù)使用要求、生產(chǎn)類型、設備條件及結構，選用棒料、鍛件等毛坯形式。對于外圓直徑相差不大的軸，一

22、般以棒料為主；而對于外圓直徑相差大的階梯軸或重要的軸，常選用鍛件，這樣既節(jié)約材料又減少機械加工的工作量，還可改善機械性能。根據(jù)生產(chǎn)規(guī)模的不同，毛坯的鍛造方式有自由鍛和模鍛兩種。中小批生產(chǎn)多采用自由鍛，大批大量生產(chǎn)時采用模鍛。 二、 軸類零件的材料軸類零件應根據(jù)不同工作條件和使用要求選用不同的材料和不同的熱處理，以獲得一定的強度、韌性和耐磨性。45 鋼是一般軸類零件常用的材料，經(jīng)過調(diào)質(zhì)可得到較好的切削性能，而且能獲得較高的強度和韌性等綜合力學性能，重要表面經(jīng)局部淬火以后再回火，表面硬度為 4552hrc。 40cr 等合金結構鋼適用于中等精度且轉速較高的軸，這類鋼經(jīng)調(diào)質(zhì)和表面淬火處理后，具有較高

23、的綜合力學性能。軸承鋼 gcr15 和彈簧鋼 65mn 可制造較高精度的軸，這類鋼經(jīng)調(diào)質(zhì)和表面高頻感應加熱淬火后再回火，表面硬度可達 508hrc，并具有較高的耐疲勞性能和耐磨性，可制造較高精度的軸。 對于高轉速、重載荷等條件下工作的軸，可選用 20grmnti 、20gr 等低碳合金鋼或 38crmoal 中碳合金滲氮鋼。低碳合金鋼經(jīng)正火和滲碳淬火處理后可獲得很高的表面硬度和較軟的心部，因此耐沖擊韌性好。而對于滲氮鋼，由于滲氮溫度比淬火低，經(jīng)調(diào)質(zhì)和表滲氮后，變形很小而硬度很高，所以具有很好的耐磨性和耐疲勞強度。 精密機床的主軸（例如磨床砂輪軸、坐標鏜床主軸）可選用38crmoaia氮化鋼。這

24、種鋼經(jīng)調(diào)質(zhì)和表面氮化后，不僅能獲得很高的表面硬度，而且能保持較軟的芯部，因此耐沖擊韌性好。與滲碳淬火鋼比較，它有熱處理變形很小，硬度更高的特性。第四章 工藝路線的擬定 零件加工的工藝路線是指零件在生產(chǎn)過程中，由毛坯到成品所經(jīng)過的工序的先后順序。工藝路線的擬定是制定工藝過程的總體布局，其主要任務是選擇各個表面的加工方法、確定各個表面加工的先后順序、確定工序的集中與分散程度以及選擇設備與工藝裝備等。4.1 表面加工方法的選擇1.加工經(jīng)濟精度的概念 經(jīng)濟精度是指在正常加工條件下（采用符合質(zhì)量標準的設備、工藝裝備和標準技術等級的工人，不延長加工時間），以最有利的時間消耗所能達到的加工精度。 經(jīng)濟表面粗

25、糙度的概念類同于經(jīng)濟精度的概念。各種加工方法的加工誤差和加工成本成反比關系。各種加工方法都有一個加工經(jīng)濟精度和經(jīng)濟表面粗糙度范圍，可查閱有關工藝手冊。加工誤差與加工成本的關系如圖4-1。2.選擇加工方法時應考慮的因素（1）工件材料的性質(zhì) 有色金屬的精加工常采用高速精細車削或金剛鏜等方法。（2）工件的形狀和尺寸 對于7級精度的孔可以采用鏜、絞、拉和磨削等加工方法。箱體上的孔大多選擇鏜孔（大孔時）或絞孔（小孔時）。（3）生產(chǎn)類型 選擇加工方法還要考慮生產(chǎn)率和經(jīng)濟性要求。（4）具體生產(chǎn)條件3.典型表面加工路線的選擇（1）外圓表面的加工路線 外圓表面的加工方法主要是車削和磨削。 圖4-1 加工誤差和加

26、工成本的關系 粗車半精車精車 這是一般常用材料（除淬火鋼）外圓表面加工最主要的加工路線。粗車半精車粗磨精磨 這條路線適用于黑色金屬材料，特別是有淬火要求的外圓表面。粗車半精車精車金剛石車這條路線適用于精度要求較高的有色金屬材料及其他不宜采用磨削加工的外圓表面。粗車半精車粗磨精磨光整加工對于精度要求特別高和表面粗糙度值要求較低的黑色金屬材料，最終工序可采用光整加工，如研磨、超精加工、超精磨、拋光、滾壓等。其中，拋光、滾壓等則以減小表面粗糙度為主要目的。圖4-2 外圓表面的典型加工路線 （2）孔的加工路線孔的加工方法主要有鉆、擴、絞、鏜、拉、磨以及光整加工等。鉆擴絞這條路線多用于加工除淬火鋼以外的

27、金屬，多加工孔徑在 40 mm 以下的中小孔， 加工精度可達到 it8it7 級。當直徑小于 20 mm 時，可以采用鉆絞方案。粗鏜半精鏜精鏜這條加工路線適用于直徑較大的孔或位置精度要求較高的孔系加工，單件小批生產(chǎn)中的非標準中小尺寸孔也可采用這條路線。當孔的精度要求更高時，還要增加浮動鏜或金剛鏜等精密加工方法。粗鏜半精鏜粗磨精磨這條路線主要用于淬硬零件的孔加工。當孔的精度要求更高時，可增加研磨或珩磨等光整加工。鉆擴拉這條路線多用于大批大量生產(chǎn)的盤套類零件的內(nèi)孔加工。加工要求高時可分為粗拉和精拉。圖4-3 孔的典型加工路線 （3）平面的加工路線平面的加工方法主要有銑削、刨削、車削、磨削和拉削等。

28、粗銑（或粗刨）精銑（或精刨）寬刃精刨、刮研或研磨在平面加工中銑削比刨削的生產(chǎn)率高。刮研多用于單件小批生產(chǎn)中不淬硬的配合表面的加工。寬刃精刨適于加工高精度的狹長表面，是成批生產(chǎn)中常用的精加工方法。粗銑（或粗刨）精銑（或精刨）粗磨精磨這條路線主要用于淬硬零件或精度要求較高的平面。精度要求更高的平面可在精磨后安排研磨或精密磨等加工。粗銑（或粗刨）拉削拉削適用于大批量生產(chǎn)中加工質(zhì)量要求較高且面積較小的平面。對于帶有溝槽或臺階的表面，用拉削更為方便。圖4-4 平面的典型加工路線 （4）平面輪廓和曲面輪廓加工方法的選擇平面輪廓常用的加工方法有數(shù)控銑、線切割和磨削等。數(shù)控銑削加工適用于除淬火鋼以外的各種金屬

29、；數(shù)控線切割加工可用于各種金屬；數(shù)控磨削加工適用于除有色金屬以外的各種金屬。立體曲面輪廓的加工方法主要是數(shù)控銑。圖4-5 平面輪廓類零件 4.2 加工階段的劃分零件加工要經(jīng)歷由粗到精的過程。粗加工階段去除加工表面的大部分余量，以提高生產(chǎn)率為主；半精加工階段進一步提高主要表面的加工精度，同時完成一些次要表面的加工；精加工階段保證各主要表面達到規(guī)定的精度和表面粗糙度要求。對零件上精度和表面粗糙度要求很高的表面，需進行光整加工，其主要目的是提高尺寸精度，減小表面粗糙度，一般不提高位置精度。劃分加工階段的目的：（1）保證加工質(zhì)量（2）合理使用設備（3）便于安排熱處理工序 （4）便于及時發(fā)現(xiàn)毛坯缺陷 加

30、工階段的劃分不能絕對化，應根據(jù)零件的質(zhì)量要求、結構特點和生產(chǎn)類型等靈活運用。4.3 加工順序的安排零件的加工工序通常包括機械加工工序、熱處理工序和輔助工序。這些工序的順序安排與加工質(zhì)量、生產(chǎn)率和加工成本密切相關，是擬定工藝路線的關鍵之一。1.機械加工工序的安排（1）基準先行原則（2）先粗后精原則（3）先面后孔原則 （4）先主后次原則2.熱處理工序的安排（1） 為了改善材料的切削加工性，消除毛坯應力而進行的熱處理工序，如正火、調(diào)質(zhì)、退火等，應安排在粗加工之前進行。（2） 為了消除毛坯在制造和機械加工過程中產(chǎn)生的內(nèi)應力而進行的熱處理工序，如人工時效、退火等，應安排在粗加工后、精加工之前進行。對精度

31、要求較高的零件，有時在半精加工后再安排一次時效處理。（3） 為了提高工件的強度、硬度和耐磨性，要進行表面淬火、滲碳淬火和滲氮等熱處理工序，一般安排在粗加工、半精加工之后，精加工之前進行。表面經(jīng)過淬火后，一般只能進行磨削加工。（4） 為了得到表面耐磨、耐腐蝕或美觀等而進行的熱處理工序，如鍍鉻、鍍鋅、發(fā)蘭等，一般放在最后工序。3.輔助工序的安排輔助工序包括檢驗、去毛刺、清洗、去磁、防銹和平衡等。其中，檢驗工序是主要的輔助工序，是保證產(chǎn)品質(zhì)量的主要措施之一。除了工序中自檢外，在下列場合還要單獨安排:粗加工階段結束后；重要工序前后；工件從一個車間轉向另一個車間前后；全部加工結束后。密封性檢驗、工件的平

32、衡和重量檢驗，一般安排在工藝過程的最后進行。4.4 工序的集中與分散 工序的集中與分散是擬定工藝路線的一個原則問題，它和設備類型的選擇有密切關系。1.工序集中 工序集中就是將工件的加工集中在少數(shù)的幾道工序內(nèi)完成，每道工序的加工內(nèi)容較多。2.工序分散工序分散就是將工件的加工分散在較多的工序內(nèi)進行，每道工序的加工內(nèi)容較少。3.工序集中與工序分散程度的確定就機械制造業(yè)的發(fā)展趨勢而言，總的趨勢應傾向于工序集中。第五章 典型主軸類零件加工工藝分析軸類零件的加工工藝因其用途、結構形狀、技術要求、產(chǎn)量大小的不同而有差異。而軸的工藝規(guī)程編制是生產(chǎn)中最常遇到的工藝工作。5.2 軸類零件機械加工的主要工藝問題軸類

33、零件加工的主要問題是如何保證各加工表面的尺寸精度、表面粗糙度和主要表面之間的相互位置精度。5.1.1 定位基準軸類零件加工時最常用的定位基準是中心孔，其次是外圓表面。軸線是軸上各外圓表面的設計基準，以軸兩端的中心孔作精基準符合基準重合原則和基準統(tǒng)一原則，加工后的各外圓表面可以獲得很高的位置精度。作為主要精基準的中心孔必須有足夠高的精度和足夠的支承力，因此，中心孔結構尺寸的大小應與兩端軸頸尺寸大小相適應，錐角應準確，兩端中心孔軸線應重合，并在加工過程中始終保持潔凈。 粗加工時切削力很大，為了提高工藝系統(tǒng)的剛度，常采用軸的外圓或外圓與中心孔共同作為定位基準。帶孔的軸在加工孔時也常采用外圓作為定位基

34、準。在加工帶通孔的軸的外圓時，可使用帶中心孔的錐堵或錐套心軸裝夾。通孔直徑較小時，可直接在孔口加工出寬度不大于 2 mm 的 600 錐面，以代替中心孔。圖5-1 錐堵與錐套心軸 5.1.2 加工順序的安排按照先粗后精原則，將粗、精加工分開進行。先完成各表面粗加工，再完成半精加工和精加工，主要表面的精加工則放在最后進行。軸是回轉體，各外圓表面的粗、半精加工一般采用車削，精加工采用磨削，有些精密軸類零件的軸頸表面還需要進行光整加工。 粗加工外圓表面時，應先加工大直徑外圓，再加工小直徑外圓。軸上的花鍵、鍵槽、螺紋等表面的加工，一般都安排在外圓半精加工以后、精加工以前進行。 5.1.3熱處理工序的安

35、排結構尺寸不大的中碳鋼普通軸類鍛件，一般在切削加工前進行調(diào)質(zhì)熱處理。對于重要的軸類零件（如機床主軸），則必須根據(jù)需要，正確、合理地安排好各種熱處理。 一般在毛坯鍛造后安排正火處理；粗加工后安排調(diào)質(zhì)處理，并作為需要表面淬火或氮化處理的零件的預備熱處理；軸上有相對運動的軸頸和經(jīng)常拆卸的表面時，需要進行表面淬火處理，安排在精加工前。 5.1.4軸類零件的典型工藝過程毛坯準備正火加工端面和中心孔粗車調(diào)質(zhì)半精車花鍵、鍵槽、螺紋等加工表面淬火粗磨精磨。5.1.5軸類零件的預加工輪類零件在切削加工之前，應對其毛坯進行預加工。預加工包括校正、切斷和切端面和鉆中心孔。1、校正：校正棒料毛坯在制造、運輸和保管過程

36、中產(chǎn)生的彎曲變形，以保證加工余量均勻及送料裝夾的可靠。校正可在各種壓力機上進行。2、切斷：當采用棒料毛坯時，應在車削外圓前按所需長度切斷。切斷叮在弓鋸床上進行，高硬度棒料的切斷可在帶有薄片砂輪的切割機上進行。3、切端面鉆中心孔：中心孔是軸類零件加工最常用的定位基準面，為保證鉆出的中心孔不偏斜，應先切端面后再鉆中心孔。4、荒車：如果軸的毛坯是向由鍛件或大型鑄件，則需要進行荒車加工，以減少毛坯外圓表面的形狀誤差，使后續(xù)工序的加工余景均勻。5.2 ca6140型車床主軸加工工藝分析 ca6140型車床主軸零件簡圖如圖 5-2所示 圖5-2 ca6140型車床主軸零件簡圖5.2.1 ca6140主軸技

37、術條件的分析對機床主軸的共同要求是必須滿足機床的工作性能，即回轉精度、剛度、熱變形、抗振性、使用壽命等多方面的要求。該車床主軸是帶有通孔的多臺階軸，普通精度等級，材料為 45 鋼，生產(chǎn)類型為大批生產(chǎn)。 主要表面及其精度要求：支承軸頸是兩個錐度為 1:12 的圓錐面，分別與兩個雙列短圓錐軸承相配合。支承軸頸是主軸部件的裝配基準，其精度直接影響主軸部件的回轉精度，它的尺寸精度一般為 it5 。該主軸兩支承軸頸的圓度允差和對其公共軸線的斜向圓跳動允差均為0.005 mm，表面粗糙度 ra 值不大于 0.4 m。 配合軸頸是與齒輪傳動件連接的表面，它共有80h5、89f6 和 90g5 三段。前兩段與

38、齒輪分別采用鍵連接與花鍵連接，90g5上齒輪空套，工作時兩者有相對運動，因此該軸頸表面必須淬火。配合軸頸的尺寸精度為 it6it5，表面粗糙度值 ra 不大于0.4 m。 莫氏 6 號錐孔用于安裝夾具或頂尖等，它是主軸的主要工作表面之一。對支承軸頸公共軸線的斜向圓跳動允差在軸端處為 0.005 mm，在距離軸端300 mm 處為 0.01 mm；表面粗糙度 ra 值不大于0.4 m。該錐孔因工作中經(jīng)常裝卸夾具， 故表面必須淬火以提高其耐磨性。軸端短圓錐是安裝通用夾具卡盤或撥盤的定位面，錐角 14°15（錐度 14）。此圓錐面對支承軸頸公共軸線的斜向圓跳動允差為 0.008 mm，表面

39、粗糙度值 ra 不大于 0.8 m，必須表面淬火。 從上述分析可以看出，主軸的主要加工表面是兩個支承軸頸、錐孔、前端短錐面及其端面、以及裝齒輪的各個軸頸等。而保證支承軸頸本身的尺寸精度、幾何形狀精度、兩個支承軸頸之間的同軸度、支承軸頸與其它表面的相互位置精度和表面粗糙度，則是主軸加工的關鍵。5.2.2主軸加工工藝過程分析1.主軸毛坯的制造方法及熱處理批量：大批；材料：45鋼；毛坯：模鍛件(1) 材料與毛坯主軸是機床的重要零件，其質(zhì)量直接影響機床的工作精度和使用壽命;結構為多臺階空心軸，直徑差很大（本例最大外圓直徑 195 mm ，最小外圓直徑 70 mm）。從上述兩方面考慮，使用鍛造毛坯不僅能

40、改善和提高主軸的力學性能，而且可以節(jié)省材料和減少切削工作量，由于屬于大批生產(chǎn)，因此采用模鍛毛坯。（2）熱處理45鋼，在調(diào)質(zhì)處理（235hbs）之后，再經(jīng)局部高頻淬火，可以使局部硬度達到hrc6265，再經(jīng)過適當?shù)幕鼗鹛幚?，可以降到需要的硬度（例?ca6140主軸規(guī)定為 hrc52）。9mn2v，這是一種含碳0.9%左右的錳釩合金工具鋼，淬透性、機械強度和硬度均比45鋼為優(yōu)。經(jīng)過適當?shù)臒崽幚碇?，適用于高精度機床主軸的尺寸精度穩(wěn)定性的要求。例如，萬能外圓磨床 m1432a頭架和砂輪主軸就采用這種材料。38crmoal，這是一種中碳合金氮化鋼，由于氮化溫度比一般淬火溫度為低540550，變形更小

41、，硬度也很高（hrc65，中心硬度hrc28）并有優(yōu)良的耐疲勞性能，故高精度半自動外圓磨床mbg1432的頭架軸和砂輪軸均采用這種鋼材。此外，對于中等精度而轉速較高的軸類零件，多選用40cr等合金結構鋼，這類鋼經(jīng)調(diào)質(zhì)和高頻淬火后，具有較高的綜合機械性能，能滿足使用要求。有的軸件也選用滾珠軸承鋼如 gcr15和彈簧鋼如 66mn等材料這些鋼材經(jīng)調(diào)質(zhì)和表面淬火后，具有極高的耐磨性和耐疲勞性能。當要求在高速和重載條件下工作的軸類零件，可選用18crmnti、20mn2b等低碳含金鋼，這些鋼料經(jīng)滲碳淬火后具有較高的表面硬度、沖擊韌性和心部強度，但熱處理所引起的變形比38crmoal為大。凡要求局部高頻

42、淬火的主軸，要在前道工序中安排調(diào)質(zhì)處理（有的鋼材則用正火）, 當毛坯余量較大時(如鍛件)，調(diào)質(zhì)放在粗車之后、半精車之前，以便因粗車產(chǎn)生的內(nèi)應力得以在調(diào)質(zhì)時消除；當毛坯余量較小時（如棒料），調(diào)質(zhì)可放在粗車（相當于鍛件的半精車）之前進行。高頻淬火處理一般放在半精車之后，由于主軸只需要局部淬硬，故精度有一定要求而不需淬硬部分的加工，如車螺紋、銑鍵槽等工序，均安排在局部淬火和粗磨之后。對于精度較高的主軸在局部淬火及粗磨之后還需低溫時效處理，從而使主軸的金相組織和應力狀態(tài)保持穩(wěn)定。2定位基準的選擇對實心的軸類零件，精基準面就是頂尖孔，滿足基準重合和基準統(tǒng)一，而對于ca6140a的空心主軸，除頂尖孔外還有

43、軸頸外圓表面并且兩者交替使用，互為基準。因此主要定位基準選擇兩端中心孔。粗車時切削力大，采用“一夾一頂”。在通孔加工后，加工外圓表面時使用錐堵。精加工內(nèi)錐孔時用有較高精度的外圓表面及臺階端面定位。3加工階段的劃分主軸加工過程中的各加工工序和熱處理工序均會不同程度地產(chǎn)生加工誤差和應力，因此要劃分加工階段。主軸加工基本上劃分為下列三個階段。（1）、粗加工階段1）毛坯處理 毛坯備料、鍛造和正火2）粗加工 鋸去多余部分，銑端面、鉆中心孔和荒車外圓等（2）、半精加工階段1）半精加工前熱處理 對于45鋼一般采用調(diào)質(zhì)處理以達到220240hbs。 2）半精加工 車工藝錐面（定位錐孔） 半精車外圓端面和鉆深孔

44、等。（3）、精加工階段1）精加工前熱處理 局部高頻淬火2）精加工前各種加工 粗磨定位錐面、粗磨外圓、銑鍵槽和花鍵槽，以及車螺紋等。3）精加工 精磨外圓和內(nèi)外錐面以保證主軸最重要表面的精度。4加工順序的安排和工序的確定具有空心和內(nèi)錐特點的軸類零件，在考慮支承軸頸、一般軸頸和內(nèi)錐等主要表面的加工順序時，可有以下幾種方案。外表面粗加工鉆深孔外表面精加工錐孔粗加工錐孔精加工； 外表面粗加工鉆深孔錐孔粗加工錐孔精加工外表面精加工； 外表面粗加工鉆深孔錐孔粗加工外表面精加工錐孔精加工。針對ca6140車床主軸的加工順序來說，可作這樣的分析比較：第一方案：在錐孔粗加工時，由于要用已精加工過的外圓表面作精基準

45、面，會破壞外圓表面的精度和粗糙度，所以此方案不宜采用。第二方案：在精加工外圓表面時，還要再插上錐堵，這樣會破壞錐孔精度。另外，在加工錐孔時不可避免地會有加工誤差（錐孔的磨削條件比外圓磨削條件差人 加上錐堵本身的誤差等就會造成外圓表面和內(nèi)錐面的不同軸，故此方案也不宜采用。第三方案：在錐孔精加工時，雖然也要用已精加工過的外圓表面作為精基準面；但由于錐面精加工的加工余量已很小，磨削力不大；同時錐孔的精加工已處于軸加工的最終階段，對外圓表面的精度影響不大；加上這一方案的加工順序，可以采用外圓表面和錐孔互為基準，交替使用，能逐步提高同軸度。經(jīng)過這一比較可知，像ca6140主軸這類的軸件加工順序，以第三方

46、案為佳。通過方案的分析比較也可看出，軸類零件各表面先后加工順序，在很大程度上與定位基準的轉換有關。當零件加工用的粗、精基準選定后，加工順序就大致可以確定了。因為各階段開始總是先加工定位基準面，即先行工序必須為后面的工序準備好所用的定位基準。例如ca6140主軸工藝過程，一開始就銑端面打中心孔。這是為粗車和半精車外圓準備定位基準；半精車外圓又為深孔加工準備了定位基準；半精車外圓也為前后的錐孔加工準備了定位基準。反過來，前后錐孔裝上錐堵后的頂尖孔，又為此后的半精加工和精加工外圓準備了定位基準；而最后磨錐孔的定位基準則又是上工序磨好的軸頸表面。工序的確定要按加工順序進行，應當掌握兩個原則：1） 工序

47、中的定位基準面要安排在該工序之前加工。例如，深孔加工所以安排在外圓表面粗車之后，是為了要有較精確的軸頸作為定位基準面，以保證深孔加工時壁厚均勻。2）對各表面的加工要粗、精分開，先粗后精，多次加工，以逐步提高其精度和粗糙度。主要表面的精加工應安排在最后。為了改善金屬組織和加工性能而安排的熱處理工序，如退火、正火等，一般應安排在機械加工之前。為了提高零件的機械性能和消除內(nèi)應力而安排的熱處理工序，如調(diào)質(zhì)、時效處理等，一般應安排在粗加工之后，精加工之前。5大批生產(chǎn)和小批生產(chǎn)工藝過程的比較（1）定位基準的選擇表：不同生產(chǎn)類型下主軸加工定位基準的選擇工 序 名 稱定 位 基 準 面大 批 生 產(chǎn)小 批 生

48、 產(chǎn)加工頂尖孔毛坯外圓劃 線粗車外圓頂尖孔頂尖孔鉆深孔粗車后的支承軸頸夾一端，托另一端半精車和精車兩端錐堵的頂尖孔夾一端，頂另一端粗、精磨外錐兩端錐堵的頂尖孔兩端錐堵的頂尖孔粗、精磨外國兩端錐堵的頂尖孔兩端錐堵的頂尖孔粗、精磨難孔兩支承軸頸外表面或靠近兩支承軸頸的外圓表面夾小端，托大端 （2）軸端兩頂尖孔的加工在單件小批生產(chǎn)時，多在車床或鉆床上通過劃線找正加工。在成批生產(chǎn)時，可在中心孔鉆床上加工。專用機床可在同一工序中銑出兩端面并打好頂尖孔。（3）外圓表面的加工在單件小批生產(chǎn)時，多在普通車床上進行；而在大批生產(chǎn)時，則廣泛采用高生產(chǎn)率的多刀半自動車床或液壓仿形車床等設備。 （4）深孔加工在單件小

49、批生產(chǎn)時，通常在車床上用麻花鉆頭進行加工。在大批量生產(chǎn)中，可采用鍛造的無縫鋼管作為毛坯，從根本上免去了深孔加工工序；若是實心毛坯，可用深孔鉆頭在深孔鉆床上進行加工；如果孔徑較大，還可采用套料的先進工藝。（5）花鍵軸加工在單件小批生產(chǎn)時，常在臥式銑床上用分度頭分度以圓盤銑刀銑削；而在成批生產(chǎn)（甚至小批生產(chǎn)）都廣泛采用花鍵滾刀在專用花鍵軸銑床上加工。（6）前后支承軸頸以及與其有較嚴格的位置精度要求的表面精加工，在單件小批生產(chǎn)時，多在普通外圓磨床上加工；而在成批大量生產(chǎn)中多采用高效的組合磨床加工。6. 車床主軸機械加工工藝過程如下表所示工序號工序名稱工序內(nèi)容定位基準加工機床0備料1精密鍛造精密鍛造毛

50、坯立式精鍛機2熱處理正火3鋸頭4打中心孔銑兩端面，保持總長870mm，兩端鉆中心孔專用中心孔機床5車粗車各外圓表面6熱處理調(diào)質(zhì)220240hbs7車車大端各部，法蘭外圓至198mm;短圓錐外圓至108mm兩端中心孔臥式車床8車仿行車小端各部外圓，加工后個外圓留直徑余量1.21.5mm大端108mm外圓、端面、小端中心孔仿行車床9鉆鉆48深孔大端m115螺紋部位外圓、小端，外圓及端面深孔鉆床10車車小端內(nèi)錐孔1：20，孔口52 (配1：20錐堵)（工藝用，圖上未畫出）大端108mm外圓、端面，小端外圓可調(diào)支承臥式車床11車車大端莫氏6號錐孔，孔口63±0.05mm（配莫氏6號錐堵），車

51、短圓錐，斜角7°730，大端尺寸16.8mm前支承軸頸外圓，70外圓及端面臥式車床12鉆鉆大端法蘭上各孔，锪沉孔，攻螺紋(圖上未畫出)莫氏6號鉆孔鉆床、鉆模13熱處理高頻淬火90g5、莫氏6號錐孔和短圓錐表面，4550hrc14車精車小端個外圓,留直徑余量0.4mm，切槽兩錐堵中心孔數(shù)控車床15磨粗磨兩端外圓至90.4h8(90g5)和75.25h8(75h5)兩錐堵中心孔外圓磨床16磨粗磨莫氏6號錐孔，孔口尺寸63.15±0.05mm, r0.8m(重配莫氏6號錐堵) 前支承軸頸外圓，70mm外圓及端面內(nèi)圓磨床17銑粗銑、精銑花鍵兩錐堵中心孔花鍵銑床18銑銑鍵槽12f9m

52、m80.4外圓、端面立式銑床19車車大端法蘭內(nèi)端面，外圓195mm，三段螺紋m115×1.5、m100×1.5、m74×1.5（配螺母）兩錐堵中心孔臥式車床20磨粗磨0精磨各外圓80/89及90m100×1.5兩臺階端面，達到圖樣要求兩錐堵中心孔外圓磨床21磨粗磨、精磨兩1：12支承軸頸錐面和短錐面及大端法蘭外側面，達到圖樣要求兩錐堵中心孔專用組合磨床22磨（卸錐堵）精磨莫氏6號錐孔達到圖樣要求100h6和80h5兩外圓，小端孔口主輸錐孔磨床23檢驗按零件圖樣技術要求項目檢查5.2.3主軸加工中的幾個工藝問題1錐堵和錐堵心軸的使用 對于空心的軸類零件，若通孔直徑較小的軸，可直接在孔口倒出寬度不大于2mm的60度錐面，代替中心孔。而當通孔直徑較大時，則不宜用倒角錐面代之，一般都采用錐堵或錐堵心軸的頂尖孔作為定位基準。使