机械加工工艺规程设计示例

机械加工工艺规程设计示例（轴类零件）

一、设计任务：

如图所示的某挖掘机减速器中间轴简图。该轴材料为20CrMnTi，进行渗碳淬火处理，渗碳层深度为0.8～1.2㎜，淬火硬度为HRC58～62。在中批生产条件下制订该轴加工工艺过程。

图5-1 中间轴

二、零件工艺过程分析与计算

（一）、分析研究产品的装配图和零件图

1、审查图纸的完整性和正确性

2、分析零件的技术要求

（1）尺寸精度的分析：

轴类零件的支承轴颈一般与轴承配合，是轴类零件的主要表面，通常对其尺寸精度要求较高，为IT5～IT7。如挖掘机减速器中间轴的Φ40k5、Φ50h5、Φ25h6等；其它尺寸相对而言精度要求低些。

（2）形状精度的分析：

轴类零件的形状精度主要是指支承轴颈的圆度、圆柱度，一般应将其限制在尺寸公差范围内（本例即如此），对形状精度要求高的轴，应在图样上标注其形状公差。

（3）位置精度的分析：

轴的位置精度主要有轴颈之间的同轴度或跳动度（本例两处对基准A-B的跳动度0.016），定位端面与轴线的垂直度（本例Φ25h6轴颈左端面对基准A-B的垂直度0.03），键槽对轴线的对称度等。

（4）表面粗糙度的分析：

μ，与轴承相一般与传动件相配合的轴颈的表面粗糙度Ra值为2.5～0.63m

μ。

配合的支承轴颈的表面粗糙度Ra值为0.63～0.16m

3、审查零件材料是否恰当

本例挖掘机减速器中间轴是在高转速、重载荷的条件下工作，选用20CrMnTi 并进行渗碳淬火处理是恰当的，这样做可获得很高的表面硬度、较软的芯部，因此耐冲击韧性好。

4、审查零件的结构工艺性

本例挖掘机减速器中间轴的结构工艺性符合要求。

二、毛坯的选择

本例挖掘机减速器中间轴的材料为低合金钢，力学性能要求较高；生产类型为中批生产；零件尺寸相差不大。因此选用Φ55×200圆钢作为毛坯。

三、选择定位基准

选择了定位基准就确定了工件的安装方法。轴类零件的安装应能保证加工后各主要表面的相互位置精度，能在一次安装中加工出较多的表面，以便安装方便、迅速，有利于提高生产率。

为了满足上述要求，一般都选择两顶尖孔作为定位基准。这不仅因各主要表面的设计基准（或工序基准）都是轴的轴线而符合基准重合的原则，也符合基准统一原则。其次，当不能用顶尖孔定位时（如加工轴的最初工序、加工轴的内表面等），或为了提高零件的刚度时，也可以选择外圆表面作为定位基准。另外，当加工孔不大的空心轴时，为了能在一次安装中加工出全部外圆表面，还可以选择内孔作为定位基准。选择的定位基准不同，相应的安装方法也不同，一般有以下几种安装方法；

1、用两顶尖安装（图3-2a）；

2、用三爪卡盘安装（图3-2b）；

3、用三爪卡盘和尾顶尖安装（图3-2c）；

4、用带齿顶尖和光滑顶尖安装（图3-2d）；

5、用V型块安装（图3-3）。

在采用顶尖孔定位时，为了定位准确，减少定位误差对加工精度的影响，顶尖孔应加工精确。由于顶尖孔在许多工序中都要使用，它会磨损、拉毛，以及热处理后的氧化、变形，因此在粗加工、热处理后，或精加工前要修整顶尖孔。（研磨中心孔）

图3.2 轴的几种安装方法

图3.3 V型块装夹铣工件两端

本例挖掘机减速器中间轴的定位基准选择如下：粗加工（加工两端面、打顶尖孔）采用外圆表面作为定位基准面（用V型块安装）；精加工采用外圆表面和一个顶尖孔作为定位基准面（用三爪卡盘和尾顶尖安装）；花键槽的加工和磨削采用两顶尖孔作为定位基准（用两顶尖安装）。

四、拟订工艺路线

根据轴的结构特点，轴的加工主要是用车削和磨削，个别质量要求较高的表面还需要进行光整加工。一般轴类零件加工的典型工艺路线如下：

1、预备加工

轴的毛坯经过热处理和对安装方法进行分析后，就应对轴进行预备加工。预备加工包括校直：对于细长的轴，如果弯曲变形会造成加工余量不足，应进行校直；切断：对于直接用圆钢作毛坯的轴，应切断，对于批量较小的锻件毛坯，因两端有较大的加工余量也必须切断；切端面和打中心孔：对于单件小批生产的轴，可以经过划线后再切端面和打中心孔，对于成批大量生产的轴，可以采用铣端面打顶尖孔的专用机床进行铣两端面、打两顶尖孔（见图3-2）。

2、粗车外圆、粗加工空心轴的内孔

为了保证轴在车削过程中的刚度，应先车大直径外圆，然后再车小直径外圆。对于空心轴还要粗加工（如钻、镗）内孔。

3、热处理

对质量要求较高的轴，在粗车后应进行正火、调质等热处理，以便消除工件的内应力和提高机械性能。

4、半精车外圆

对一些精度要求较高的主要表面，需要安排半精车来为精车作好准备，如精车前必要的精度和加工余量等。

5、精车外圆

为了保证定位精度，精车前要修整顶尖孔或改打带保护锥的B型顶尖孔。对一些精度要求更高的主要表面，还必须留有足够的磨削或光整加工余量。

6、粗磨两端轴颈或中间轴颈

当需要更换精基准或提高工件的刚度时，应先把精基准（两端轴颈）和中心架支承表面（中间轴颈）加工出来。

7、粗加工成形表面或非同轴线的表面

轴上的成形表面、非同轴线的表面是指轮齿、花键、螺纹、锥孔和偏心轴颈等表面。

8、加工次要表面轴上的次要表面是指键槽、小孔等表面。

9、热处理对轴上一些要求耐磨的表面进行淬火或渗碳淬火处理。

10、磨削和光整加工

对一些质量要求高的表面（如轴颈、轮齿、花键、螺纹等）还应进行磨削和光整加工。但是磨削前必须进行对淬过火的顶尖孔进行研磨，以消除氧化皮和提高顶尖孔的质量。

11、清洗、检验

轴加工完成后应进行清洗，然后检验其精度和表面粗糙度。对一些重要的轴必要时还应进行超声波、放射线、磁粉等无损探伤。

根据以上分析，结合零件的技术要求和机械加工经济精度、经济表面粗糙度要求，考虑是中批生产，本例挖掘机减速器中间轴的工艺路线拟订为：下料→热处理→铣两端面打顶尖孔→粗车外圆→精车外圆→铣花键槽→热处理→磨各轴颈外圆→清洗、检验。

五、确定各工序的设备、刀具、量具和辅助工具

1、设备的选择

考虑到本例挖掘机减速器中间轴的外形尺寸（中等轴类零件）、加工精度（最高IT5）、生产类型（中批生产），机床设备选用普通车床、普通磨床、铣端面打顶尖孔的专用机床、花键铣床；工艺装备主要是夹具，本例尽量选用通用夹具如三爪卡盘、顶尖、V型块等。

2、刀具的选择

综合考虑挖掘机减速器中间轴的加工工序所采用的加工方法、加工表面尺寸、工件材料、加工精度、生产率和经济性，应尽量选用标准刀具。如YT类硬质合金焊接车刀、花键滚刀等。

3、量具的选择

量具的选择主要取决于生产类型和所要检验的精度。尽量选用通用量具。

六、确定各工序的加工余量，计算工序尺寸及公差

1、加工余量的确定

确定加工余量的方法有三种：经验估计法、查表法和分析计算法，在实际生产中广泛应用查表法。

挖掘机减速器中间轴的加工主要是车削和磨削，根据查表可知：粗车外圆（长度≤200）的加工余量一般为1.5～3㎜；精车外圆（长度≤200）的加工余量一般为0.8～2㎜；磨削外圆的加工余量一般为0.1～0.5㎜。

2、计算工序尺寸及公差

挖掘机减速器中间轴的外圆加工其设计基准为轴线，定位基准也是轴线，符合基准重合原则，因此采用基准重合时工序尺寸及其公差的确定方法。下面以Φ50h5的加工为例说明。