轴类零件加工工艺分析与设计

❖ 2.改变加工条件
❖
合理选择刀具材料、刀具几何参数、切削用量也是改善材料切削加
工性的有效措施。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
❖
1.4 外圆表面的加工方法和加工方案
❖ 1、外圆表面的加工方法及加工精度
❖ 外圆表面常用的机械加工方法有车削、磨削和各种光整加工方法。
❖ 车削加工是外圆表面最经济有效的加工方法，但就其经济精度来说，一 般适于作为外圆表面粗加工和半精加工方法；
▪ 除了外观需要外，一般情况在满足使用 要求的情况下，选用较低要求的表面粗 糙度，以降低成本。
二、 尺 寸 精 度
尺寸精度是指零件加工后的实际尺 寸相对于理想尺寸的准确程度。尺寸精 度是用尺寸公差来控制的。尺寸公差是 切削加工中零件尺寸允许的变动量。在 基本尺寸相同的情况下，尺寸公差愈小， 则尺寸精度愈高。反之亦然。
同轴度是指零件上被测回转表面 的轴线相对于基准轴线同轴的程度。
定位位置公差—同轴度
要求被测实际要素与基准要素同轴。
同轴度公差带
4. 圆 跳 动
圆跳动是指零件上被测回转 表面相对于以基准轴线为轴线的 理论回转面的偏离度。
5. 对称度
▪
对称度常用在具有对称结构的
沟或槽处，例如轴系传动中的轴径
与轴上零件的配合。例如当齿轮、
3) 研磨剂：磨料、研磨液、表面活性物质 磨料：刚玉、碳化硅、碳化硼等。 研磨液：煤油、汽油、机油、工业甘油等； 表面活性物质：油酸、硬脂酸
返回
4) 分类：手工研磨、机械研磨 5) 工艺特点：
设备和研具简单、成本低、容易保证质量。具有较 强的对 误差与缺陷的修正能力，能提高加工表面的尺 寸精度、形状精度和 减小表面粗糙度。但不能提高位置 精度，生产率较低。 6) 应用：可加工钢、铸铁、硬质合金、光学玻璃、陶瓷 等多种材料。
IT7-IT6
IT5以上
IT5以上
经济粗糙度 Ra值/ μ m
适用范围
50-12.5
6.3-3.2 1.6-0.8
适用于淬火钢以外的各 种金属
0.2-0.025
0.8-0.4
0.4-0.1
❖ 对于一般精度的轴颈，几何形状误差应限制 在直径公差范围内，要求高时，应在零件图 样上另行规定其允许的公差值。
❖ 3)相互位置精度 ❖ 轴类零件中的配合轴颈（装配传动件的轴颈）相对
于支撑轴颈间的同轴度是其相互位置精度的普遍要 求。
❖ 通常普通精度的轴，配合精度对支撑轴颈的径向圆 跳动一般为0.01-0.03mm，高精度轴为0.0010.005mm。
❖ (2)表面粗糙度 ❖ 根据机械的精密程度，运转速度的高低，
轴类零件表面粗糙度要求也不相同。
❖ 一般情况下，支撑轴颈的表面粗糙度 Ra值为 0.63-0.16 μm ；配合轴颈的表面粗糙度Ra值 为2.5-0.63 μ m
任务2：分析零件图，确定支撑轴颈的公差尺寸。 选择加工、测量所用的刀具和量具。 零件机械加工时，哪些要素应着重保障？
返回
二、外圆表面的磨削加工 1、加工方法 1) 工件有中心支承的外圆磨削 纵向进给磨削 特点：磨削精度较高，表面粗糙度较小，生产率较低 适用：单件小批量生产中磨削较长的外圆表面 横向进给磨削 ( 切入磨法 ) 特点：加工精度低，表面粗糙度较大，生产率较高 适用：大批大量生产中加工刚性较好的工件外圆表面成形 表面。
尺寸精度由尺寸公差等级来确定。 尺寸公差等级共有20个等级。
▪ 尺寸公差等级为： ▪ IT01、IT0、IT1、IT2 ▪ IT3、IT4 ▪ T5、IT6、IT7、IT8、IT9、IT10 ▪ IT11、IT12、IT13、IT14、IT15、IT16、
IT17、IT18
▪ 不同的加工方法，可以达到不同的尺寸公差等级。 工程技术人员要使自己的设计合理，必须掌握各 种加工方法。
返回
2) 精车 主要任务：保证加工精度和表面质量。 切削用量：背吃刀量和进给量较小， 切削速度 较高； 刀具参数：前、后角较大，刃倾角为 正值； 加工精度：IT 8-7(6)，Ra 1.6 - 0.8
返回
3) 精细车 主要任务：以提高加工精度和表面质量为主 要任务。 切削用量：背吃刀量和进给量极小，切削速 度很高； 刀具参数：一般采用立方氮化硼、金刚石等 超硬材料刀具进行加工。 加工精度：IT 6 级以上，Ra 0.4- 0.05 用途：多用于有色金属工件的精密加工。
返回
2、超精加工 1) 原理：
2）工艺特点： 设备简单、自动化程度高、操作简便、
生产效率高。 能减小表面粗糙度，但不能提高工件
的加工精度。
返回
任务3：分析确定下列轴零件的加工方案
外圆表面加工方案
序 号
加工方法
1 粗车 2 粗车 -半精车 3 粗车 -半精车-精车 4 粗车 -半精车-精车-滚压 5 粗车 -半精车-磨削
返回
2) 工件无中心支承的外圆磨削（无心磨削）
返回
2、外圆磨削的尺寸控制：加工过程中主动测量。 3、外圆磨削加工的工艺特点及应用范围
工艺特点： 磨粒硬度高，能加工一般金属切削刀具所不能加工的工件 表面； 能切除极薄极细的切屑，修正误差的能力强，加工精度高， 表面粗糙度较小。 应用范围：
广泛用于精加工，但不适于加工塑性较大的材料。 新形高速磨削和高效磨削得到发展。
1.2 轴类零件的技术要求
零件的技术要求
一、 表 面 粗 糙 度 二、 尺 寸 精 度 三、形状精度 四、 位 置 精 度 五、 热 处 理
一、 表 面 粗 糙 度
指零件的表面微观不平度。 在切削加工中，由于振动、刀痕以及 刀具与工件之 间的摩擦，在工件已加工表 面上不可避免地会产生一些微小的峰谷。
❖ 1.进行适当的热处理
❖ 将工件材料进行适当的热处理是改善材料切削加工性的主要措施。
❖ 对于性质很软、塑性很高的低碳钢,加工时不易断屑、容易硬化。
❖ 往往采用正火的办法,提高其强度和硬度、降低韧性,从而改善其切削加 工性。
❖ 对于硬度很高的高碳工具钢,加工时刀具极易磨损。可以采用球化退火的 办法,降低其硬度,从而改善其切削加工性。
4. 圆 柱 度
圆柱度是指零件上被测圆柱轮 廓表面的实际形状对理想圆柱相 差的程度。
四、 位 置 精 度（基准概念）
1. 平 行 度 2. 垂 直 度 3. 同 轴 度 4. 圆 跳 动 5. 对 称 度
1. 平 行 度
平行度是指零件上被测要素（面 或直线）相对于基准要素（面或直 线）平行的程度。
1.3 轴类零件的材料和毛坯
❖ 常用的轴类零件材料有 35、45、50优质碳素钢 ❖ 对于受载荷较小或不太重要的轴也可用Q235、Q255 ❖ 轴向尺寸、重量受限制或者某些有特殊要求的可采用合金钢 ❖ 40Cr经调质处理后具有较好的综合力学性能 ❖ 若是在高速、重载条件下工作的轴类零件，选用20Cr、
❖ 磨削加工是外圆表面主要精加工方法，特别适用于各种高硬度和淬火后 的零件精加工；
❖ 光整加工是精加工后进行的超精密加工方法（如滚压、抛光、研磨等）， 适用于某些精度和表面质量要求很高的零件。
第二节 外圆表面加工
一、外圆表面的车削加工 1、加工方法 1) 粗车 主要任务：以去除余量为目的，以提高生产率为目 标。 切削用量：背吃刀量和进给量较大，切削速度较低； 刀具参数：主偏角较大，前、后角较小，刃倾角为 负值 加工精度：IT12-11，Ra50-12.5
▪ 在满足使用要求的前提下，一般选用较低的尺寸 公差等级，以降低制造成本。
1. 标准公差系列
公差等级
标准公差共分20级: IT01、IT0、IT1、IT2、…到IT18。 IT—国际标准公差 （ISO Tolerance）的缩写代 号 IT7表示标准公差7级。 从IT01至IT18，公差等级依次降低，相应的标准 公差数值依次增大。
返回
三、外圆表面的精整、光整加工 定义：精加工后，从工件表面上不切除或切除极 薄金属层，用以提高加工表面的尺寸和形状精度、 减小表面粗糙度或用以强化表面的加工方法。 目的：减小表面粗糙度。（提高尺寸精度和形状 精度） 分类：研磨、超精加工、滚压、抛光
返回
1）原理
1、研磨
2) 研具：比工件材料软，常用硬度为120-160HBS 的铸铁
20CrMnTi、20Mn2B等低碳钢或38CrMoA1A渗碳钢
(2) 轴类零件的毛坯
❖ 轴类零件的毛坯常见的有型材（圆棒料）和 锻件。
❖ 大型的，外形结构复杂的轴也可采用铸件。
❖ 内燃机中的曲轴一般均采用铸件毛坯。
工件材料的切削加工性分级
高锰钢、不锈钢是常用的难加工材料。
改善工件材料切削加工性的途径
任务1：公差等级的分析与选用
公差等级的选用
1）IT01、IT0、IT1级公差一般用于高精度量块和其它精密标 准量块的尺寸。 2）IT2~IT5级公差用于特别精密的零件尺寸。 3）IT5（孔到IT6）级公差用于高精度和重要表面的配合尺寸； 4）IT6（孔到IT7）级公差用于零件较精密的配合尺寸； 5）IT7~IT8级用于一般精度要求的配合尺寸； 6）IT9~IT10级常用于一般要求的配合尺寸，或精度要求较高 的与键配合的槽宽尺寸。 7）IT11~IT12级公差用于不重要的配合尺寸。 8）IT12~IT18级公差用于未注公差的尺寸。
1.定向位置公差—平行度
被测实际要素相对于基准要素的方向成0º的要求。
以平面为基准的平行度公差带
2. 垂 直 度
垂直度是指零件上被测要素 （面或直线）相对于基准要素 （面或直线）垂直的程度。
定向位置公差—垂直度
被测实际要素相对于基准要素的方向成90º的要求。
以轴线为基准的 垂直度公差带
3. 同 轴 度
三、 形 状 精 度
1. 直 线 度 2. 平 面 度 3. 圆 度 4. 圆 柱 度
1. 直 线 度
直线度是指零件被测素线（如 轴线母线、平面交线、平面内直线） 直与不直的程度。
2. 平 面 度
平面度是指零件被测平面要素 平整的程度。
3. 圆 度
圆度是指零件的回转表面（圆柱 面、圆锥面、球面等）横剖面上的 实际轮廓圆和理想圆相差的程度。
蜗轮、皮带轮安装在轴上时，需要
靠键实现连接和传递扭矩。此时轴
上的键槽和轮毂孔内的键槽必须对
中心线对称，否则很难装配。
（四） 形位公差的选用
(1) 一般形状公差应比位置公差小： 同一要素上给定的形状公差值应小于位置公差值。 如同一平面上，平面度公差值应小于该平面对基准的 平行度公差值。
(2) 表面粗糙度与形状公差的大概的比例关系： 通 常 ， 表 面 粗 糙 度 的 Ra 值 可 取 为 形 状 公 差 值 的 (20%~25%)。
6 粗车 -半精车-粗磨-精磨 7 粗车 -半精车-粗磨-精磨-超精
加工（或轮式超精磨）
8 粗车 -半精车-精车-精细车 （金刚车）
9 粗车 -半精车-粗磨-精磨-超精 磨（或镜面磨）
10 粗车 -半精车-粗磨-精磨-研磨
经济精度 （公差等级
） IT13-IT11 IT10-IT8 IT8-IT7 IT8-IT7 IT8-IT7 IT7-IT6 IT5
1.2 轴类零件的技术要求
❖ (1)加工精度 ❖ 1)尺寸精度 轴类零件的尺寸精度主要指轴的直径尺
寸精度和轴长尺寸精 度。 ❖ 按使用要求，主要轴颈直径尺寸精度通常为IT6-IT9
级，精密的轴颈也可达IT5级。
❖ 2)几何精度
❖ 轴类零件一般是用两个轴颈支撑在轴承上， 这两个轴颈称为支撑轴颈，也是轴的装配基 准。
机械制造技术工作项目之一： 轴类零件的加工工艺分析与设计
机械制造技术工作项目之一： 轴类零件的加工工艺分析与设计
1.1 轴类零件的功用与结构
❖ 轴是组成机械的重要零件，也是机械加工中常见的典型零件之一。它支 撑着其它转动件回转并传递扭矩，同时又通过轴承与机器的机架连接。
❖
❖ 轴类零件是旋转零件，其长度大于直径，由外圆柱面、圆锥面、内孔、 螺纹及相应端面所组成。加工表面通常除了内外圆表面、圆锥面、螺纹、 端面外，还有花键、键槽、横向孔、沟槽等。
即使是光滑的磨削表面，放大后也会发现高 低不同的微小峰谷。
表面上这些微小峰谷的高低程度称为表面粗糙 度，也称微观不平度。
▪ 表面粗糙度共分14级：
▪ 不加工符号：
▪ 加工符号：
▪ 表面粗糙度符号：Ra
▪ 表面粗糙度单位：μm
▪ 不同的加工方法可以达到不同的表面粗 糙度。要合理地在图纸上标注表面粗糙 度，必须掌握各种加工方法，以及详细 了解零件各表面在装配体中的功能。