文章來源：微信公衆号 工藝文學

軸類零件加工概述

軸類零件的功用與結構特點：

• 功用——支承傳動件、傳遞扭矩或運動、承受載荷，一定的回轉精度。
• 結構——回轉體零件，長度大于直徑。
• 組成：圓柱面、圓錐面、端面、溝槽、圓弧、螺紋、鍵槽、花鍵、其他表面（如橫向孔等)。分類：光軸、階梯軸、空心軸、異形軸（曲軸、凸輪軸、偏心軸和花鍵軸等）如圖所示。

剛性軸（L/d≤12），撓性軸（L/d＞12）

軸的種類

軸類零件的主要技術要求

　　軸類零件的重要表面是軸頸和軸肩，包括配合軸頸(裝配傳動件)和支承軸頸(裝配軸承)。根據零件的使用性能要求，其主要技術要求有：

• 尺寸精度和幾何形狀精度

直徑精度通常為IT6～IT9,有時可達IT5。

幾何形狀精度(圓度、圓柱度)應限制在直徑公差範圍之内。要求較高時,則應在零件圖上專門标注形狀公差，取公差的1/2，1/4。

• 位置精度

普通精度的軸,配合軸頸相對支承軸頸的徑向圓跳動一般為 0.01～0.03mm,

高精度的軸為0.001～0.005mm。

端面圓跳動為0.005～0.01mm。

• 表面粗糙度

一般說來,軸類零件的各加工表面均有表面粗糙度的要求。

支承軸頸的表面粗糙度要求為Ra0.16～0.8μm。

配合軸頸的表面粗糙度Ra為0.63～3.2μm。

• 其他技術要求

熱處理（表面淬火、滲碳淬火等），動平衡，探傷，過渡圓角等。

軸類零件的材料、毛坯及熱處理

• 軸類零件的材料

不重要的軸：普通碳素鋼Q235Ａ、Q255Ａ、Q275Ａ等，不經熱處理；

一般軸類零件：35、40、45、50鋼等，正火、調質、淬火

中等精度而轉速較高的軸：40Cr等合金結構鋼，調質和表面淬火

精度較高的軸：可選用軸承鋼GCr15和彈簧鋼65Mn等，也可選用球墨鑄鐵，調質和表面淬火

對于高轉速、重載荷條件下工作的軸,選用20CrMnTi、20Mn2B、20Cr等低碳合金鋼或38CrMoAl氮化鋼，滲碳淬火或氮化。

結構複雜（曲軸）——HT400、QT600、QT450、QT400

• 軸類零件的毛坯

軸類零件最常用的毛坯是圓棒料和鍛件

光軸、直徑相差不大的階梯軸，采用圓鋼作為毛坯；

直徑相差較大的階梯軸．比較重要的軸，應采用鍛件;

隻有某些大型、結構複雜的異形軸，可采用球墨鑄鐵鑄件；

毛坯經過加熱鍛造後,可使金屬内部纖維組織沿表面均勻分布,從而獲得較高的抗拉、抗彎及抗扭強度,故一般比較重要的軸,多采用鍛件。

自由鍛造多用于中小批生産,模鍛适用于大批大量生産。

軸類零件的熱處理

鍛造毛坯在加工前,均需安排正火或退火處理(含碳量大于ω(C)=0.5％的碳鋼和合金鋼),以使鋼材内部晶粒細化,消除鍛造應力,降低材料硬度,改善切削加工性能。

為了獲得較好的綜合力學性能，常要求調質處理，一般分兩種情況：

(1)毛坯餘量大時，調質安排在粗車之後、半精車之前,以便消除粗車時産生的殘餘應力。

(2)毛坯餘量小時，調質可安排在粗車之前進行。

表面淬火一般安排在精加工之前，這樣可糾正因淬火引起的局部變形。對精度要求高的軸，在局部淬火後或粗磨之後,還需進行低溫時效處理(在160℃油中進行長時間的低溫時效)，以保證尺寸的穩定。

對于氮化鋼(如38GrMoAl)，需在滲氮之前進行調質和低溫時效處理。對調質的質量要求也很嚴格，不僅要求調質後索氏體組織要均勻細化，而且要求離表面0.8～0.10mm層内鐵素體含量不超過ω(C)＝5％，否則會造成氮化脆性而影響其質量。

傳動軸加工工藝及其分析

如圖為減速箱傳動軸工作圖樣。

如圖為減速箱傳動軸工作圖樣。

技術要求 ：

公差都是以軸頸M和N的公共軸線為基準。

外圓Q和P徑向圓跳動公差為0.02，

軸肩H、G和I端面圓跳動公差為0.02。

1．傳動軸工藝分析

1) 傳動軸的主要表面及其技術要求

①軸頸M、N、P、Q：IT6;Ra0.8 mm ；P,Q對M,N軸線徑 向圓跳動公差為0.02mm。

②軸肩G、H、I：Ra0.8 mm ；均對M,N軸線端面圓跳動 公差為0.02mm。

③螺紋M24×1-6g：6級精度。

④鍵槽8和12：IT9；側面 Ra3.2 mm。

⑤材料40Cr，調質220～240HBS。

2) 工藝方案分析

傳動軸大多是回轉表面，主要是采用車削和外圓磨削。由于該軸主要表面M,N,P,Q的公差等級較高（IT6），表面粗糙度值較小（Ra0.8µm），最終加工應采用磨削。其加工方案：

① 軸頸M、N、P、Q和軸肩G、H、I等主要表面應先車後磨，主要工藝路線為：粗車—®調質—®半精車—®磨削。

② 車、磨均以兩端中心孔為定位精基準。兩端中心孔可在粗車之前加工出。

③ 兩段螺紋在半精車階段車出。

④ 兩個鍵槽在磨削之前銑出。

⑤毛坯選用Ø60熱軋圓鋼料。

3) 工藝過程

下料—®粗車—®調質—®修研中心孔—®銑鍵槽—®修研中心孔—®磨削—®檢驗。

傳動軸工藝卡

2、劃分加工階段

該軸加工劃分為三個加工階段，即粗車（粗車外圓、鑽中心孔），半精車（半精車各處外圓、台肩和修研中心孔等），粗精磨各處外圓。各加工階段大緻以熱處理為界。

3、選擇定位基準

軸類零件的定位基面，最常用的是兩中心孔。因為軸類零件各外圓表面、螺紋表面的同軸度及端面對軸線的垂直度是相互位置精度的主要項目，而這些表面的設計基準一般都是軸的中心線，采用兩中心孔定位就能符合基準重合原則。而且由于多數工序都采用中心孔作為定位基面，能最大限度地加工出多個外圓和端面，這也符合基準統一原則。

但下列情況不能用兩中心孔作為定位基面：

（1）粗加工外圓時，為提高工件剛度，則采用軸外圓表面為定位基面，或以外圓和中心孔同作定位基面，即一夾一頂。

（2）當軸為通孔零件時，在加工過程中，作為定位基面的中心孔因鑽出通孔而消失。為了在通孔加工後還能用中心孔作為定位基面，工藝上常采用三種方法。

①當中心通孔直徑較小時，可直接在孔口倒出寬度不大于2mm的60º内錐面來代替中心孔；

②當軸有圓柱孔時，可采用圖右所示的錐堵，取1∶500錐度；當軸孔錐度較小時，取錐堵錐度與工件兩端定位孔錐度相同；

③當軸通孔的錐度較大時，可采用帶錐堵的心軸，簡稱錐堵心軸，如右圖b所示。使用錐堵或錐堵心軸時應注意，一般中途不得更換或拆卸，直到精加工完各處加工面，不再使用中心孔時方能拆卸。

4、熱處理工序的安排

該軸需進行調質處理。它應放在粗加工後，半精加工前進行。如采用鍛件毛坯，必須首先安排退火或正火處理。該軸毛坯為熱軋鋼，可不必進行正火處理。

5、加工順序安排

除了應遵循加工順序安排的一般原則，如先粗後精、先主後次等，還應注意：

（1）外圓表面加工順序應為，先加工大直徑外圓，然後再加工小直徑外圓，以免一開始就降低了工件的剛度。

（2）軸上的花鍵、鍵槽等表面的加工應在外圓精車或粗磨之後，精磨外圓之前。

軸上矩形花鍵的加工，通常采用銑削和磨削加工，産量大時常用花鍵滾刀在花鍵銑床上加工。以外徑定心的花鍵軸，通常隻磨削外徑鍵側，而内徑銑出後不必進行磨削，但如經過淬火而使花鍵扭曲變形過大時，也要對側面進行磨削加工。以内徑定心的花鍵，其内徑和鍵側均需進行磨削加工。

（3）軸上的螺紋一般有較高的精度，如安排在局部淬火之前進行加工，則淬火後産生的變形會影響螺紋的精度。因此螺紋加工宜安排在工件局部淬火之後進行。

機床主軸加工工藝及其分析

1.主軸的主要技術條件

　　支承軸頸Ａ、Ｂ是主軸部件的裝配基準,它的制造精度直接影響主軸部件的回轉精度,故對它提出的要求很高。

　　主軸錐孔安裝頂尖和工具錐柄,其中心線必須與支承軸頸的中心線嚴格同軸,否則會使工件産生圓度和同軸度誤差。

　　主軸前端圓錐面、端面是安裝卡盤的定位表面。為保證卡盤的定心精度,主軸前端圓錐面與支承軸頸同軸,端面與主軸的回轉中心線垂直。

　　主軸上的螺紋是固定與調節軸承間隙的。當螺紋中徑對支承軸頸歪斜時會引起鎖緊螺母的端面跳動,軸承位置發生變動,引起主軸徑向圓跳動。因此對螺紋的要求高。

2.加工工藝過程

　　通過對主軸的技術要求和結構特點進行深入分析,根據生産批量、設備條件、工人技術水平等因素,就可以拟定其機械加工工藝過程。下表為CA6140型車床主軸加工工藝過程簡表。

CA6140型車床主軸加工工藝過程簡表

3.加工工藝過程分析

1)加工階段的劃分

由于主軸是多階梯帶通孔的零件,切除大量金屬後,會引起殘餘應力重新分布而變形,故安排工序時,一定要粗精分開,先粗後精。

（1)粗加工階段:切端面鑽中心孔、粗車外圓等。

• 毛坯處理:備料,鍛造,熱處理(正火),工序1～3。
• 粗加工:工序4～6。
• 目的:切除大部分餘量,接近最終尺寸,隻留少量餘量,及時發現缺陷。

（2)半精加工階段:半精車外圓，各輔助表面(鍵槽、花鍵、螺紋等)的加工與表面淬火。　　

• 半精加工前熱處理:工序7。
• 半精加工:工序8～13。
• 目的:為精加工作準備,次要表面達到圖紙要求。

（3)精加工階段:主要表面(外圓表面與錐孔)的精加工。

• 精加工前熱處理:工序14。
• 精加工前各種加工:工序15～20。
• 精加工:工序21～23。
• 目的:各表面都加工到圖紙要求。

2)定位基準的選擇

　　軸類零件的定位基準,最常用的是兩中心孔。因為軸類零件各外圓表面、錐孔、螺紋等表面的設計基準都是軸的中心線,采用兩中心孔定位,既符合基準重合原則又符合基準統一原則。

　　不能用中心孔或粗加工時,采用軸的外圓表面或外圓表面與中心孔組合作為定位基準。磨、車錐孔時采用主軸的裝配基準——前後支承軸頸定位,符合基準重合原則。

　　由于主軸是帶通孔的零件,作為定位基準的中心孔,因鑽出通孔而消失。為了在通孔加工之後還能使用中心孔作為定位基準,常采用帶有中心孔的錐堵或錐套心軸,當主軸孔的錐度較小時(如車床主軸錐孔,錐度為MorseNo.6)，可使用錐堵，;當主軸孔的錐度較大(如銑床主軸)或為圓柱孔時,則用錐套心軸。

采用錐堵應注意以下幾點:錐堵應具有較高的精度,其中心孔既是錐堵本身制造的定位基準,又是磨削主軸的精基準,因而必須保證錐堵的錐面與中心孔有較高的同軸度。另外,在使用錐堵時,應盡量減少錐堵裝夾次數。這是因為工件錐孔與錐堵的錐角不可能完全一樣,重新裝夾勢必引起安裝誤差,故中、小批生産時,錐堵安裝後一般不中途更換。

　　綜上所述,空心主軸零件定位基準的使用與轉換,大緻采用這樣的方式:開始時以外圓作粗基準銑端面鑽中心孔,為粗車外圓準備好定位基準。粗車外圓又為深孔加工準備好定位基準,鑽深孔時采用一夾(夾一頭外圓)一托(托一頭外圓)的裝夾方式。之後即加工好前後錐孔,以便安裝錐堵,為半精加工和精加工外圓準備好定位基準。終磨錐孔之前,必須磨好軸頸表面,以便用支承軸頸定位來磨錐孔,從而保證錐孔的精度。

3)工序順序的安排

　　安排主軸加工工序的順序時應注意以下幾點:

（1)基準先行。在安排機械加工工藝時,總是先加工好定位基準面,即基準先行。主軸加工也總是首先安排銑端面鑽中心孔,以便為後續工序準備好定位基準。

（2)深孔加工的安排。為了使中心孔能夠在多道工序中使用,希望深孔加工安排在最後。但是,深孔加工屬粗加工,餘量大,發熱多,變形也大,會使得加工精度難以保持,故不能放到最後。一般深孔加工安排在外圓粗車之後,以便有一個較為精确的軸頸作定位基準用來搭中心架,這樣加工出的孔容易保證主軸壁厚均勻。

（3)先外後内與先大後小。先加工外圓,再以外圓定位加工内孔。如上述主軸錐孔安排在軸頸精磨之後再進行精磨;加工階梯外圓時,先加工直徑較大的,後加工直徑較小的,這樣可避免過早地削弱工件的剛度。加工階梯深孔時,先加工直徑較大的,後加工直徑較小的,這樣便于使用剛度較大的孔加工工具。

（4)次要表面加工的安排。主軸上的花鍵、鍵槽、螺紋等次要表面加工,通常均安排在外圓精車或粗磨之後、精磨外圓之前進行。如果精車前就銑出鍵槽,精車時因斷續切削而易産生振動,既影響加工質量,又容易損壞刀具,也難控制鍵槽的深度。這些加工也不能放到主要表面精磨之後,否則會破壞主要表面已獲得的精度。

4)主要工序加工方法

（1)外圓表面的加工。外圓表面粗加工和半精加工應用車削的方法。成批生産時采用轉塔車床、數控車床;大批量生産時,采用多刀半自動車床、液壓仿形半自動車床等。

　　外圓表面的精加工應用磨削方法,放在熱處理工序後進行,用來糾正在熱處理中産生的變形,最後達到所需的精度和表面粗糙度。當生産批量較大時,常采用組合磨削、成形砂輪磨削及無心磨削等高效磨削方法。

（2)精磨錐孔。主軸錐孔對主軸支承軸頸的徑向圓跳動,是一項重要的精度指标,因此錐孔加工是關鍵工序。主軸錐孔磨削通常均采用專用夾具。

　　夾具由底座、支架及浮動夾頭三部分組成。支架固定在底座上,支承前後各有一個V形塊,其上鑲有硬質合金(提高耐磨性),工件放在V形塊上,工件中心與磨頭中心必須等高,否則會出現雙曲線誤差,影響其接觸精度。後端的浮動夾頭錐柄裝在磨床主軸錐孔内,工件尾部插入彈性套内,用彈簧将夾頭外殼連同主軸向左拉,通過鋼球壓向帶有硬質合金的錐柄端面,限制工件軸向竄動。這種磨削方式,可使主軸錐孔磨削精度不受内圓磨床頭架主軸回轉誤差的影響。

（3)主軸中心通孔的加工。主軸的中心通孔一般都是深孔(長度與直徑之比大于5)。深孔比一般孔的加工要困難和複雜得多。針對深孔加工的不利條件,要解決好刀具引導、順利排屑和充分潤滑三個關鍵問題。一般采取下列措施:

　　①采用工件旋轉、刀具送進的加工方式,使鑽頭有自定中心能力,防止孔中心線偏斜;

　　②采用特殊結構的刀具——深孔鑽,以增加其導向的穩定性和斷屑性能;

　　③在工件上預先加工出一段精确的導向孔,保證鑽頭從一開始就不引偏;

　　④采用壓力輸送的冷卻潤滑液,利用壓力将冷卻潤滑液送入切削區域,對鑽頭起冷卻潤滑作用,并帶着切屑排出。

精密機床主軸零件的加工工藝特點

　　對于精密機床主軸,不僅一些主要表面的精度和表面質量要求很高,而且精度也要求穩定。這就使得精密主軸在材料選擇、工藝安排、熱處理等方面具有一些特點。

　　下面以高精度磨床砂輪主軸的加工為例來讨論精密主軸加工的工藝特點。圖為某高精度磨床砂輪主軸的簡圖。

主要技術要求如下:

(1)支承軸頸60-0.025-0.035mm表面的圓度和圓柱度均

為0.001mm,兩軸頸相對徑向圓跳動為0.001mm;

(2)安裝砂輪的1∶5錐面相對支承軸頸的徑向圓跳動為0.001mm;錐面塗色檢驗時,應均勻着色,接觸面積不得小于80%;

(3)前軸肩的端面圓跳動為0.001mm;

(4)兩端螺紋應直接磨出;

(5)材料為38CrMoAlA,滲氮處理後的硬度為HRC65。

為滿足以上技術要求,采取以下加工工藝路線:

(1)鍛造毛坯;

(2)毛坯退火處理;

(3)粗車外圓(外圓徑向圓跳動應小于0.2mm);

(4)調質(外圓徑向圓跳動應小于1mm);

(5)割試樣(在M36×3左端割取),并在零件端一面和試樣外圓作相同編号;

(6)在試樣任意位置鑽出￠3mm的孔;

(7)平磨試樣兩面,将試樣送淬火車間進行金相檢查,待檢查合格後,零件方可轉下道工序加工,試樣由淬火車間保存,備滲氮檢查;

(8)精車外圓(外圓徑向圓跳動小于0.1mm),留磨削加工餘量0.7～0.8mm;

(9)銑鍵槽至尺寸深度;

(10)除應力處理;

(11)研磨頂尖孔,表面粗糙度為Ra0.63μm以下,用标準頂尖着色檢查,接觸面積為60％;

(12)粗磨外圓,留精磨加工餘量0.06~0.08mm;

(13)滲氮處理硬度:HRC65,深度0.3mm,滲氮後進行磁力探傷。各外圓徑向圓跳動不大于0.03mm。鍵槽應加保護,不使滲氮;

(14)研磨頂尖孔,表面粗糙度為Ra0.32μm,接觸面積為65％;

(15)半精磨外圓,加工餘量不大于0.01mm;

(16)磨螺紋;

(17)精研頂尖孔,表面粗糙度為Ra0.32μm,接觸面積為75％;

(18)精磨外圓(在恒溫室内進行),尺寸達公差上限;

(19)研頂尖孔,表面粗糙度為Ra0.32μm,接觸面積為80％(用磨床頂尖檢查);

(20)終磨外圓(磨削過程中允許研頂尖孔),在恒溫室内進行,室溫20℃±1℃,充分冷卻,表面粗糙度和精度達到圖樣要求。

從上面工藝路線可以看出精密主軸加工有以下特點:

(1)主要表面的加工工序分得很細。如支承軸頸￠60-0.025-0.035mm表面經過粗車、精車、粗磨、精磨和終磨多道加工工序,其中還穿插一些熱處理工序,以減少由内應力所引起的變形。

(2)頂尖孔要多次修研。先後安排了四次修研頂尖孔工序,而且逐步使頂尖孔的表面粗糙度值減小,以提高接觸精度,最後一次以終磨外圓的磨床頂尖來檢驗頂尖孔的接觸精度。

(3) 合理安排熱處理工序。為保證滲氮處理的質量和主軸精度的穩定,滲氮處理前需安排調質和消除應力兩道熱處理工序。調質處理對滲氮主軸非常重要,因為對滲氮主軸,不僅要求調質後獲得均勻細緻的索氏體組織,而且要求離表面0.8～0.10mm的表面層内的鐵素體含量不得超過5％。表層鐵素體的存在,會造成滲氮脆性,引起滲氮質量下降。故滲氮主軸在調質後,必須每件割試樣進行金相組織的檢查,不合格者不得轉入下道工序加工。　　

滲氮主軸由于滲氮層很薄,滲氮前如果主軸内應力消除不好,滲氮後會出現較大的彎曲變形,以至滲氮層的厚度不夠抵消磨削加工時糾正彎曲變形的餘量,所以精密主軸滲氮處理前,都要安排除應力工序。對于非滲氮精密主軸,雖然表面淬火前不必安排除應力處理,但是在淬火及粗磨後,為了穩定淬硬鋼中的殘餘奧氏體組織。使工件尺寸穩定和消除加工應力,需要安排低溫人工時效。時效的次數視零件的精度和結構特點而定。

(4)精密主軸上的螺紋在螺紋磨床上直接磨出。為了避免裝卸砂輪和帶輪時将螺紋碰傷,一般要求對螺紋部分進行淬火處理。但若對已車好的螺紋進行淬火,則會因應力集中而産生裂紋,故精密主軸上的螺紋多不采用車削,而在淬火、粗磨外圓後用螺紋磨床直接磨出。

細長軸和絲杠加工

1. 細長軸加工

　　長度與直徑之比大于20(L/D>20)的軸稱為細長軸。細長軸零件由于長徑比大,剛性差,切削時間長,刀具磨損量大,不易獲得良好的加工精度和表面質量。

　　車削細長軸對刀具、機床精度、輔助工具的精度、切削用量的選擇,以及工藝安排、具體操作技能等都應有較高的要求。可以說細長軸加工是一項工藝性較強的綜合技術。為了保證加工質量,通常在車削細長軸外圓時采取以下措施：

(1)減少受熱變形對加工的影響

A、改進工件的裝夾方法。在車削細長軸時,一般均采用一頭夾和一頭頂的裝夾方法。同時在卡盤的卡爪下面墊入直徑約4mm内的鋼絲,使工件與卡爪之間為線接觸,避免工件夾緊時被卡爪夾壞。尾座頂尖采用彈性活頂尖,使工件在受熱變形而伸長時,頂尖能作軸向伸縮,以補償工件的變形,減小工件的彎曲,如圖4-7所示。

B、加切削液。切削中，充分澆注切削液，降低工件溫度。

C、保持車刀銳利，減少切削中的摩擦發熱。

(2)中心架和跟刀架的使用

A、用中心架支承：

a）當工件可以進行分段切削時，中心架支承在工件中間。先在毛坯中部車出一段支承中心架支承爪的溝槽（其直徑比最終尺寸略大），其表面粗糙及圓柱誤差要小，并在支承爪與工件接觸處經常加潤滑油。為提高工件精度，車削前應将工件軸線調整到與機床主軸回轉中心同軸。

b）當車削支承中心架的溝槽比較困難或一些中段不需加工的細長軸時，可用過渡套筒，使支承爪與過渡套筒的外表面接觸，如圖所示，過渡套筒的兩端各裝有四個螺釘，用這些螺釘夾住毛坯表面，并調整套筒外圓的軸線與主軸旋轉軸線相重合。

c）一端用卡盤夾持，一端用中心架支承：用于加工細長軸端面、鑽中心孔和車削較長端内孔、内螺紋等。

a）、b）一般用于粗加工。

B、采用跟刀架。

對不适宜調頭車削的細長軸，不能用中心架支承，而要用跟刀架支承進行車削，以增加工件的剛性。跟刀架固定在床鞍上。

跟刀架一般有兩個支承爪，它可以跟随車刀移動，抵消徑向切削力，提高車削細長軸的形狀精度和減小表面粗糙度，

如圖a所示為兩爪跟刀架，因為車刀給工件的切削抗力F’r，使工件貼在跟刀架的兩個支承爪上，但由于工件本身的向下重力，以及偶然的彎曲，車削時會瞬時離開支承爪、接觸支承爪時産生振動。Ø所以比較理想的中心架需要用三爪中心架，如圖b所示。此時，由三爪和車刀抵住工件，使之上下、左右都不能移動，車削時穩定，不易産生振動。使用三爪支承的跟刀架車削細長軸能大大提高工件剛性,防止工件彎曲變形和抵消加工時徑向切削分力的影響,減少振動和工件變形。

使用跟刀架必須注意仔細調整,保證跟刀架的支承爪與工件表面保持良好的接觸,跟刀架中心高與機床頂尖中心須保持一緻,若跟刀架的支承爪在加工中磨損,則應及時調整。

C、采用反向進給。車削細長軸時改變進給方向,使中滑闆由車頭向尾座移動(如圖4-8所示),這樣,刀具施加于工件上的軸向力方向朝向尾座,工件已加工部位受軸向拉伸,軸向變形則可由尾座彈性頂尖來補償,減少了工件彎曲變形。

D、合理選擇車刀的幾何形狀和角度。在不影響刀具強度的情況下,為減少切削力和降低切削熱,車削細長軸的車刀前角應選擇大些,一般取γ0～15°～30°;盡量增大主偏角,一般取κr=80°～93°,車刀前刀面應開有斷屑槽,以便斷屑;刃傾角選擇1°30′～3°為好,這樣能使切屑流向待加工表面,卷屑效果良好。

　　切削刃表面粗糙度要求在Ra0.4μm以下,并應保持鋒利。

E 、合理選擇切削用量。工件剛性較差，切削用量比車削普通工件時要小些。

2. 絲杠加工　

(1)絲杠結構的工藝特點與技術要求。絲杠是細而長的柔性軸,它的長徑比為20～50,剛性很差。其結構形狀較複雜,既有要求很高的螺紋表面,又有階梯及溝槽。在加工過程中易變形,這是影響絲杠精度的主要問題。

　　按JB2884-81規定,絲杠及螺母的精度根據使用要求分為六級:4、5、6、7、8、9(精度依次降低)。

　　各級精度的絲杠,除規定有螺紋大徑、中徑和小徑的公差外,還規定了螺距公差、牙形半角的極限偏差、表面粗糙度、全長中徑尺寸變動量的公差、中徑跳動公差等。

(2)絲杠的材料。為保證絲杠的質量,其材料應有足夠的強度、較高的穩定性和良好的加工性。

　　絲杠有淬硬絲杠和不淬硬絲杠之分,前者耐磨性較好,能較長時間保持精度。

　　不淬硬絲杠材料有45鋼,Y40Mn易切削鋼和具有珠光體組織的優質碳素工具鋼T10A、T12A等。淬硬絲杠常用中碳合金鋼和微變形鋼,如9Mn2V,CrWMn,GCr15(用于小于50mm的絲杠)及GCr15SiMn(用于大于￠50mm的絲杠)等。它們淬火變形小、磨削時組織比較穩定,淬硬性好,硬度可達HRC58～62。

(3)絲杠加工工藝分析。下表列出了成批生産卧式車床母絲杠和小批生産萬能螺紋磨床母絲杠(的工藝過程,在編制絲杠工藝規程時,要考慮如何防止彎曲、減少内應力和提高螺距精度等問題。

從表中可見,對絲杠外圓及螺紋分階段分多次加工,以逐步減少切削量。對不淬硬絲杠一般采用車削加工;對淬硬絲杠,則采用“先車後磨,或“全磨”兩種不同的工藝。後者是從淬硬後的光杠上先直接用單片或多片砂輪粗磨出螺紋,然後用單片砂輪精磨螺紋。

　　在絲杠加工過程中,中心孔為主要定位基準,但因絲杠為細長軸,剛度很差,加工時需用跟刀架。為了使外圓表面與跟刀架的爪或套有良好的接觸,絲杠外圓表面的圓度及與套的配合精度均應嚴格控制。每次時效後都修磨或重鑽中心孔,以消除時效産生的變形,使下道工序加工有可靠的、精确的定位基面。每次加工螺紋時,都要先加工絲杠外圓,然後以兩端中心孔和外圓作為定位基準加工螺紋,逐步提高螺紋的加工精度。

為了糾正絲杆加工過程中的彎曲變形,在絲杠工藝過程中常常安排校直工序。熱校直是把絲杠毛坯加熱到正火溫度860～900℃,保溫45～60分鐘,然後放在三個滾筒之間進行的。對于普通機床絲杠,在粗加工及半精加工階段都安排了冷校直工序。粗加工階段工件彎曲較大,采用壓高點的方法,但在螺紋半精加工以後,工件的彎曲己變小,可采用砸凹點的方法。此法是将絲杠置于兩V形鐵間,使彎曲部分凸點向下,凹點向上,下墊硬木或黃銅塊,如圖4-11所示,用錘及扁錾敲擊絲杠凹點螺紋内徑,使錘擊面凹下處金屬向兩邊伸展,以達到校直目的。

絲杠工藝過程中的熱處理可以分為以下幾類:

(1)毛坯的熱處理。對45鋼材料的普通絲杠,用正火處理;對于T10A或9Mn2V材料的絲杠,采用球化退火,以獲得穩定的球狀珠光體組織。毛坯熱處理的目的是消除鍛造或軋制時毛坯中産生的内應力,細化晶粒,改善切削性能。

(2)機械加工中的時效處理。絲杠精度的不同,時效處理次數也不同。精度要求高的絲杠,時效次數多。一般在每次加工外圓及螺紋後均安排時效處理。機械加工中安排時效處理的目的是消除内應力,以便絲杠精度能長期保持穩定。

(3)淬火、回火及冰冷處理。對于要求高的絲杠經精車外圓或粗磨外圓(未車螺紋)後進行淬火處理,待絲杠均勻冷至180℃左右,若檢查彎曲度大于0.3mm,則應進行校直,并進行中溫回火,再進行-60℃冰冷處理2小時,自然升溫到室溫後,再中溫回火4小時,使絲杠硬度達到所需值,從而使絲杠具有良好的耐磨性、尺寸穩定性和好的磨削性能。

　絲杠螺紋的加工有車削、銑削和磨削幾種方法

(1)車削螺紋。車削是加工不淬硬絲杠螺紋的主要方法。車削螺紋時切削穩定,加工精度好,但生産率較低,适于單件小批生産。切削時,餘量分次逐漸切除。如切削梯形螺紋時,生産中采用較多的有四種餘量分次切除方法。圖4-12是這四種方法的切削圖形。圖(a)适用于螺距小于8mm,材料切削性能較好的工件;圖 (b)适用于螺距小于8mm,材料強度、硬度較高,切削性能差的工件;圖(c)适用于螺距大于8mm的大多數工件;圖(d)适用于螺距大于12mm,牙槽大而深,材料硬度高的工件。

車削螺紋的設備是絲杠車床。對7級以上不淬硬絲杠的精車工序,都在精密絲杠車床上進行,該車床剛性好、精度高。加工時用導套式跟刀架提高工件剛度。

(2)銑削螺紋。銑削螺紋為斷續切削,振動大,但是刀具冷卻好,切削速度高,生産效率高。故批量較大的生産,多采用旋風銑削螺紋或采用螺紋銑床。銑削螺紋質量比車削螺紋差,隻适于螺紋的粗加工。

(3)磨削螺紋。對于淬硬絲杠的精加工,通常采用螺紋磨床磨螺紋。

(4）螺紋滾紮（壓）：一般傳遞運動的批量較大的絲杆，可用硬質合金滾輪在紮絲機上紮制。

一般螺紋加工：用成形滾壓模具使工件産生塑性變形以獲得螺紋的加工方法。螺紋滾壓一般在滾絲機。搓絲機或在附裝自動開合螺紋滾壓頭的自動車床上進行,适用于大批量生産标準緊固件和其它螺紋聯接件的外螺紋。

螺紋滾壓的優點是﹕表面粗糙度小于車削﹑銑削和磨削;滾壓後的螺紋表面因冷作硬化而能提高強度和硬度;材料利用率高;生産率比切削加工成倍增長,且易于實現自動化;滾壓模具壽命很長。但滾壓螺紋要求工件材料的硬度不超過HRC40;對毛坯尺寸精度要求較高

按滾壓模具的不同,螺紋滾壓可分搓絲和滾絲兩類。

3、偏心軸的加工

采用工藝搭子，打多組中心孔；如曲軸加工。

在三爪卡盤上加墊片或四爪卡盤加工；用于單件或形狀複雜但精度不高的工件。

墊片厚度

采用花盤夾持；

用于加工較短、偏心距較大而精度不高的工件

采用偏心卡盤夾持；

用于短軸、盤套類較精密的偏心工件

采用雙層卡盤夾持；

用于偏心距較小而尺寸不大的批量不大的工件

雙頂尖；先加工偏心的中心孔；

用于加工較長、偏心距較小的工件

采用專用夾具加工。

長度較短，批量較大的工件

1. 多刀半自動車削和仿形車削

軸類零件批量較大時,多采用多刀切削和仿形加工。圖為多刀切削和仿形加工。

　　多刀切削是指用兩把或兩把以上刀具同時加工工件上的幾個表面。多刀切削可以把幾個工步合并起來,使機動時間重疊。要指出的是,這種加工方法調整刀具時間較多,且切削力較大,要求機床的剛性及功率要大。

多刀切削

仿形加工

仿形加工是指按照預制的仿形靠模順序将工件外形加工出來的方法。它有機械靠模仿形和液壓随動靠模仿形兩種。

　　液壓仿形加工可在液壓半自動車床上進行,也能在卧式車床上采用液壓仿形刀架來實現。液壓仿形加工不僅能大大減少零件加工的輔助時間,而且産品質量穩定,調整方便,減輕了工人的勞動強度,因此已成為提高軸類零件外圓車削生産率的重要方法。

2.高速磨削、強力磨削和砂帶磨削

1)高速磨削

　　砂輪線速度高于60～80m/s的磨削,稱為高速磨削。高速磨削有以下特點:

(1)提高了生産率。砂輪速度提高後,單位時間進入磨削的磨粒數成比例增加,如果還保持每顆磨粒切屑厚度與普通磨削相同,則進給量可以成比例加大,磨削時間相應縮短。

(2)提高砂輪耐用度。砂輪速度提高後,若進給量仍與普通磨削相同,則每顆磨粒切去的切屑厚度減小,每顆磨粒承受的切削負荷也就小了。磨粒切削能力相對提高,每次修整砂輪後可以磨去更多的金屬。

(3)減小表面粗糙度值。因為每顆磨粒切削厚度變小,表面切痕深度淺,表面粗糙度值小,作用在工件上的法向磨削力也相應減小,所以又可提高加工精度。

　　但高速磨削對砂輪、機床均有一些特殊要求,應予充分注意。

(1)必須提高砂輪的強度,以免砂輪因離心力而破裂,按切削速度規範選用砂輪。

(2)砂輪主軸的軸承間隙要适當加大,冷态間隙為0.04～0.05mm,熱态間隙為0.03mm左右。

(3)砂輪防護罩應加厚,開口角度減少,以确保安全。

(4)改善切削液供給方式。高速磨削區溫度極高,而砂輪周圍因高速回轉形成一股強大氣流,切削液不易進入磨削區,須采用特殊噴嘴且增加切削液流量和壓力。

2)強力磨削

　　強力磨削采用較高的砂輪速度,較大的磨削深度,一次切深可達6mm以上。進給量較小,直接從毛坯上磨出加工表面。它可“以磨代車”、“以磨代銑”,而且效率比車削、銑削高。強力磨削力及磨削熱比高速磨削顯著增加,因此除提高電動機功率外,還要加強砂輪防護罩的強度和加大切削液的供應量,而且還需合理選擇砂輪和加強機床剛度等措施,以免發生危險。

3)砂帶磨削

　　砂帶磨削是用塗滿砂料的環形帶狀布(即砂帶)作為切削工具的一種加工方法。它是多刀多刃連續切削,因而砂帶磨床加工效率超過車、銑、刨等通用機床加工效率,幾乎領先于所有金屬切削機床。砂帶磨削時,砂帶和工件是彈性接觸,砂帶不能修整,故其加工精度要低于砂輪磨削。圖4-15為砂帶磨削的三種方式。

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