第十章典型零件加工

第十章 典型零件加工

第一节轴类零件加工 • 轴类零件的作用、特点及分类 • 车床主轴的功用和结构特点及设计要求 • 车床主轴技术条件的分析 • 主轴的机械加工工艺过程 • 主轴加工工艺过程分析 • 主轴加工中的几个工艺问题

1．轴类零件的作用、特点及分类 轴类零件的作用支撑传动零件；承受载荷；传递扭矩。

轴类零件的特点 • 长度大于直径； • 加工表面为内外圆柱面、圆锥面、螺纹、花键、沟槽等； • 有一定的回转精度。

轴类零件的分类 • 光滑轴； • 阶梯轴； • 空心轴； • 异形轴（曲轴、齿轮轴、偏心轴、十字轴、凸轮轴、花键轴）。

2．车床主轴的功用和结构特点及设计要求

车床主轴的结构特点 • 既是阶梯轴，又是空心轴；是长径比小于12的刚性轴 • 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 • 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 • 机械加工工艺主要是车削、磨削，其次是铣削和钻削

特别值得注意的工艺问题有： • 1) 定位基准的选择； • 2) 加工顺序的安排； • 3) 深孔加工； • 4) 热处理变形。 • 车床主轴的功用 • 承受扭转力矩； • 承受弯曲力矩； • 保证回转运动精度。

车床主轴的设计要求 • 扭转和弯曲刚度高； • 回转精度高（径向圆跳动、端面圆跳动、回转轴线稳定）； • 制造精度高： • 1) 结构尺寸及动态特性要好； • 2) 主轴本身及其轴承精度高； • 3) 轴承的结构和润滑； • 4) 齿轮的布置； • 5) 固定件的平衡等。

主轴结构的设计要求： • 1) 合理的结构设计； • 2) 足够的刚度； • 3) 有具有一定的尺寸、形状、位置精度和表面质量； • 4) 足够的耐磨性、抗振性及尺寸稳定性 • 5) 足够的抗疲劳强度

3．车床主轴技术条件的分析 • 主轴支承轴颈的技术要求 • 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； • 支承轴颈为三支承结构，并且跨度大；

支承轴颈采用锥面 (1：12) 结构，接触率≥70%，可用来调整轴承间隙； • 中间支承为IT5~IT6，粗糙度； • 支承轴颈圆度误差为0.005mm，径向跳动为0.005mm； • 其他外圆的圆度要求，误差小于50%尺寸公差，高精度者为5~10%； • 轴颈与有关表面的同轴度误差应很小。

主轴工作表面（锥孔）的技术要求 • 用来安装顶尖或刀具锥柄的；是定心表面； • 对锥面的尺寸精度、形状精度、粗糙度、接触精度都要求高； • 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0.005，离轴端300处为0.01，锥面接触率≥70%，粗糙度，硬度为HRC48~50。

主轴轴端外锥（短锥）的技术要求 • 用来安装卡盘或花盘的；也是定心表面； • 对锥面的尺寸精度、形状精度、粗糙度、接触精度都要求高； • 轴心线应与支承轴颈同轴； • 对支承轴颈的径向圆跳动为0.008；端面圆跳动为0.008； • 粗糙度，硬度为HRC45~50。

空套齿轮轴颈的技术要求 • 影响传动的平稳性；可能导致噪声； • 有同轴度要求，对支承轴颈的径向圆跳动为0.01~0.015； • 尺寸精度要求为IT5~IT6；

螺纹的技术要求 • 用来固定零件或调整轴承间隙； • 螺母的端面圆跳动（应≤0.05）会影响轴承的内环轴线倾斜； • 螺母与轴颈的同轴度误差≤0.025； • 螺纹精度为6h。

主轴各表面的表面层要求 • 要有较高的耐磨性； • 要有适当的硬度（HRC45以上），以改善其装配工艺性和装配精度； • 表面粗糙度。

4. 主轴的机械加工工艺过程 • 主轴加工工艺过程制订的依据 • 主轴的结构；技术要求；生产批量；设备条件。 • 主轴加工工艺过程 • 批量：大批；材料：45钢；毛坯：模锻件

工艺过程： • 分为三个阶段： • 粗加工：工序1~6 • 半精加工：工序7~13（7为预备） • 精加工：工序14~26（14为预备）

5. 主轴加工工艺过程分析 • 主轴毛坯的制造方法 • 自由锻件：小批量或单件生产； • 模锻件：大批量生产。

主轴的材料和热处理 • 热处理工序的安排 • 毛坯热处理：去锻造应力，细化晶粒； • 切削前正火（预备热处理）：改善切削加工性能和机械-物理性能；去锻造应力； • 半精加工前调质：去应力，改善切削加工性能，提高综合机械性能； • 精加工前局部高频淬火：提高运动表面耐磨性； • 精加工后的定性处理：低温时效和水冷处理。

加工阶段的划分 • 如前所述，分为三个阶段。 • 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； • 分粗、精加工阶段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； • 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，合理利用设备，保护机床。

定位基准的选择 • 应使定位基准与装配基准重合； • 一次安装应多加工几个面； • 注意零件的主要精度指标：同轴度、圆度、径向跳动； • 主轴的定位过程较复杂：有顶尖、锥堵、支承表面等作为定位基准。

加工顺序的安排和工序的确定 • 三种方案 • 1) 粗加工外圆→钻深孔→精加工外圆→粗加工锥孔→精加工锥孔 • 2) 粗加工外圆→钻深孔→粗加工锥孔→精加工锥孔→精加工外圆 • 3) 粗加工外圆→钻深孔→精加工外圆→精加工外圆→精加工锥孔

工序确定的两个原则 • 1) 工序中所用的基准应在该工序前加工； • 2) 各表面要粗、精基准分开，先粗后精，多次加工，逐步提高精度。 • 淬硬表面的键槽、螺纹等应在淬火前加工； • 非淬硬表面的键槽、螺纹等应在精车后、精磨前加工； • 检验工序应安排在适当工序之后，必要还应探伤。

6. 主轴加工中的几个工艺问题 • 锥堵和锥堵心轴的使用 • 锥堵和锥堵心轴的功用： • 空心轴加工通孔后，定位基准——顶尖孔被破坏。通孔直径小时，可直接在孔口倒出一60°锥面，代替中心孔；当通孔直径较大时，则要采用锥堵或锥堵心轴。

设计锥堵和锥堵心轴时应注意的问题 • 1) 一般不中途更换或拆装，以免增加安装误差 • 2) 锥堵和锥堵心轴要求两个锥面同轴

顶尖孔的研磨 • 研磨的必要性 • 1) 顶尖孔是定位基准，对精度和质量有直接影响 • 2) 顶尖孔的深度：影响定位轴向位置，因而影响余量分布 (批量生产时) • 3) 两顶尖孔同轴度：影响同轴度、影响位置精度

4) 顶尖孔锥角和圆度误差：直接反映到工件的圆度上 • 5) 热处理、切削力、重力等的影响，会损坏顶尖孔的精度 • 6) 热处理后和磨削加工前，需要消除误差

研磨方法 • 1) 用铸铁顶尖研磨； • 2) 用油石或橡胶砂轮夹在车床的卡盘上，用金刚钻研磨； • 3) 用硬质合金顶尖刮研。

外圆表面的车削加工 • 车削加工的工艺作用 • 1) 粗加工：切除大部分余量； • 2) 半精加工：修整预备热处理后的变形； • 3) 精加工：使磨削前各表面具有一定的同轴度和合理的磨削余量；精加工螺纹及各端面等。

车削加工值得考虑的问题 • 1) 生产效率； • 2) 工序精度（复映误差）； • 3) 劳动强度。 • 车削加工的设备 • 1) 单件、小批：普通车床 • 2) 成批生产：液压仿形车床 • 3) 大批量生产：液压仿形、多刀半自动车床

主轴深孔的加工 • 深孔加工的难点 • 1) 刀具细长，刚性差，易振动，易引偏； • 2) 排屑困难； • 3) 钻头散热条件差，冷却困难，易失去切削能力。

采取措施 • 1) 采用工件旋转、刀具进给的加工方法，使钻头自定中心； • 2) 采用特殊结构的深孔钻； • 3) 预先加工一导向孔，防止引偏； • 4) 采用压力输送切削润滑液，既使冷却充分，又使切屑排出。

主轴锥孔的加工 • 主轴锥孔的作用及要求 • 1) 主轴锥孔是安装顶尖的定位面； • 2) 主轴支承轴颈及主轴前端短锥的同轴度要求较高。

磨削主轴锥孔一般以支承轴颈作为定位基准，有三种安装方式：磨削主轴锥孔一般以支承轴颈作为定位基准，有三种安装方式： • 1) 前支承装于中心架，后支承用卡盘装夹 • 2) 前、后支承装于两个中心架，用万向节与主轴相联； • 3) 采用专用夹具。

剖分轴承、V型夹具、浮动卡头等，使磨头误差及机床振动不影响工件。剖分轴承、V型夹具、浮动卡头等，使磨头误差及机床振动不影响工件。 • 该夹具由底座、支承架及浮动卡头三部分组成；前、后两支架与底座连成一体； • 作为工件定位的V形架镶有硬质合金，以提高耐磨性； • 工件的中心高应与磨头砂轮轴中心等高； • 后端的浮动卡头装在磨床主轴的锥孔内；

第十章 典型零件加工