4第四章零件加工方法

第四章 典型零件 加工工艺王玉鹏

3.1 常用机械加工方法4.1 轴类零件加工 4.1.1 概述 (1)轴类零件的功用与结构特点 通常被用于支承传动零件 (齿轮、带轮 等)、传递转矩、承受载荷，以及保证装在轴 上的零件(或刀具)具有一定的回转精度。

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

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

根据轴的长度L与直径d之比，又可分为 刚性轴(L/d≤12) 挠性轴(L/d>12)两类 (2)轴类零件的技术要求 1.尺寸精度 轴颈是轴类零件的主要表面，它影响轴 的回转精度及工作状态。轴颈的直径精度根 据其 使用要求通常为IT6~9,精密轴颈可达 IT5。

2.几何形状精度 应限制在直径公差范围内 3.位置精度 主要是指装配传动件的配合轴颈相对于装 配轴承的支承轴颈的同轴度。 通常是用配合轴颈支承轴颈的径向圆跳动 来表示的；根据使用要求，规定高精度轴为 0.001~0.005mm,而一般精度轴为0.0l~ 0.03mm。

4.表面粗糙度 根据零件的表面工作部位的不同，可有 不同的表面粗糙度值，例如普通机床主轴支 承轴颈的表面粗糙度为Ra0.16~0.63μm,配 合轴颈的表面粗糙度为Ra0.63~2.5μm。

(3)轴类零件的材料和毛坯 1.轴类零件的材料 材料的选用应满足其力学性能(包括材料强度、耐磨性 和抗腐蚀性等),同时，选择合理热处理和表面处理方法， 以使零件达到良好的强度、刚度和所需的表面硬度。 一般轴类零件常用45钢，根据不同的工作条件采用不 同的热处理规范(如正火、调质、淬火等),以获得一定的强 度、韧性和耐磨性。 对中等精度而转速较高的轴类零件，可选用40Cr等合 金钢。这类钢经调质和表面淬火处理后，具有较高的综合力 学性能。精度较高的轴，有时还用轴承钢GCrl5和弹簧钢 65Mn等材料，它们通过调质和表面淬火处理后，具有更高 耐磨性和耐疲劳性能。 对于高转速、重载荷等条件下工作的轴，可选用 20CrMnTi、20Mn2B、20Cr等低碳合金钢或38CrMoAlA氮 化钢。低碳合金钢经渗碳淬火处理后，具有很高的表面硬度、 抗冲击韧性和心部强度，热处理变形却很小。

2.轴类零件的毛坯 轴类零件的毛坯最常用的是圆棒料和锻 件，只有某些大型的、结构复杂的轴才采用 铸件。由于毛坯经过加热锻造后，能使金属 内部纤维组织沿表面均匀分布，从而获得较 高的抗拉、抗弯及抗扭强度。所以，除光轴、 直径相差不大的阶梯轴可使用棒料外，比较 重要的轴，大都采用锻件。

四、轴类零件的外圆柱 面加工方案

轴类零件的主要加工表面是外 圆。各种精度等级和表面粗糙度 要求的外圆表面，可采用不同的 典型加工方案来获得

序 号 粗车

加 工 方 法

经济精度 (公差等级) IT11~13 IT8~10 IT7~8 IT7~8 IT7~8 IT6~7

经济粗糙 度 值 Ra(μm) 12.5~50 3.2~6.3 0.8~0.6 0.025~0.2 0.4~0.8 0.1~0.4

适 用 范 围

1 2 3 4 5 6

粗车-半精车 粗车-半精车-精车 粗车-半精车-精车-滚压 (或抛光) 粗车-半精车-磨削 粗车-半精车-粗磨-精磨 粗车-半精车-粗磨-精磨超精加工(或轮式 超精磨) 粗车-半精车-精车-精细 车(金刚车)

适用与淬火钢 以外的 各种金 属

7

IT5

0.012~0.1 (或Rz0.1)

主要用于淬火 钢,也可 用于未 淬火钢, 但不宜 加工有 色金属 主要用于要求 较高的 有色金 属加工

8

IT6~7

0.025~0.4

9

粗车-半精车-粗磨-精磨超精磨(或镜面磨)

IT5以上

0.006~ 0.02 5 (或Rz 0.05) 0.006~0.1 (或Rz0.05)

极高精度的外 圆加工

10

粗车-半精车-粗磨-精磨研磨

IT5以上

4.1.2轴类零件外圆表面的车削加工轴颈表面是轴类零件的主要加工表面，其主要加工 方法为车削和磨削。 (1)车削加工的各加工阶段 轴类零件外圆表面的车削加工一般可划分为粗 车、半精车、精车和细车等加工阶段 粗车是粗加工工序，对中小型轴的棒料、铸件、锻 件，可以直接进行粗车加工。 半精车一般可作为中等精度表面的最终加工，也可 作为磨削或其他精加工工序的预加工。 对于精度较高的毛坯，视具体情况(如冷拔料),可 不经粗车，直接进行半精车或精车。

(2)提高外圆表面车削生产率的措施 1)刀具方面 新型刀片材料，如钨钛钽钴类硬质合金、 立方氮化硼刀片等进行高速切削 选用机械夹固车刀、可转位车刀 设计先进的强力切削车刀 多阶梯轴可采用多刀加工，几把车刀同时 加工零件的几个表面，可以缩短机动时间和 辅助时间，从而大大提高生产率。

2)机床方面 在成批或大量生产时，常采用仿形加工。 所谓仿形加工就是使车刀按照预制的仿形样 件(靠模)顺次将零件的外圆或阶梯加工出来

(3)细长轴外圆表面的车削 细长轴系指轴的长度L与直径d之比大于12 的轴

因其刚性较差，车削加工中存在一定的困难： 1)细长轴刚性很差，在车削时如装夹不当， 易发生弯曲变形，产生振动，从而影响加工精度和 表面粗糙度。 2)细长轴的热扩散性能差，在切削热的作用 下，会产生相当大的线膨胀。如果轴的两端为固定 支承，则会因受挤而弯曲变形。当轴以高速旋转时， 这种弯曲所引起的离心力，将使弯曲变形进一步加 剧。 3)由于细长轴比较长，加工时一次走刀所需 时间多，刀具磨损较大，

从而增加了零件的几何形 状误差。 4)车削细长轴时，多采用跟刀架。但使用跟 刀架时，支承工件的两个支承块对零件的压力要适 当，否则，会影响加工精度。

细长轴的先进切削法——反向走刀车削法

1)细长轴左端缠有一圈钢丝，利用三爪自定 心卡盘夹紧，以减少接触面积，使工件在卡盘内能 自由调节其位置，避免夹紧时形成弯曲力矩，且在 切削过程中发生的变形也不会因卡盘夹死而产生内 应力。 2)尾座顶尖改成弹性顶尖，当工件因切削热 发生线膨胀伸长时，顶尖能自动后退，可避免热膨 胀引起的弯曲变形。 3)采用三个支承块跟刀架，以提高工件刚性 和轴线的稳定性，避免产生“竹节”形。 4)改变走刀方向，使床鞍由主轴箱向尾座移 动。反向走刀车削法能达到较高的加工精度和较小 的表面粗糙度值。 5)改进刀具几何角度，增大车刀主偏角，使 径向切削分力减小。