轴类零件的加工工艺

轴类零件的加工工艺

一、概述

1. 轴类零件的功用、结构特点

⑴功用轴类零件是机械加工中经常遇到的零件之一，在机器中，主要用来支承传动零件如齿轮、带轮，传递运动与扭矩，如机床主轴；有的用来装卡工件，如心轴。

⑵结构特点轴类零件是旋转体零件，其长度大于直径，通常由外圆柱面、圆锥面、螺纹、花键、键槽、横向孔、沟槽等表面构成。按其结构特点分类有：光轴、

图5－1 轴的种类

(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

阶梯轴、空心轴和异形轴（包括曲轴、半轴、凸轮轴、偏心轴、十字轴和花键轴等）四类。如图５-1所示。若按轴的长度和直径的比例来分，又可分为刚性轴（L/d≤

12）和挠性轴（L/d＞12）两类。

2. 轴类零件的主要技术要求

⑴加工精度

①尺寸精度轴类零件的主要表面常为两类：一类是与轴承的内圈配合的外圆轴颈，即支承轴颈，用于确定轴的位置并支承轴，尺寸精度要求较高，通常为IT 5~IT7；另一类为与各类传动件配合的轴颈，即配合轴颈，其精度稍低，常为IT6~IT9。

②形状精度主要指轴颈表面、外圆锥面、锥孔等重要表面的圆度、圆柱度。其误差一般应限制在尺寸公差范围内，对于精密轴，需在零件图上另行规定其几何形状精度。

③相互位置精度包括内、外表面、重要轴面的同轴度、圆的径向跳动、重要端面对轴心线的垂直度、端面间的平行度等。

⑵表面粗糙度轴的加工表面都有粗糙度的要求，一般根据加工的可能性和经济性来确定。支承轴颈常为0.2~1.6μm，传动件配合轴颈为0.4~3.2μm。

3. 轴类零件的材料、毛坯及热处理

⑴轴类零件材料常用45钢，精度较高的轴可选用40Cr、轴承钢GCr15、弹簧钢65Mn，也可选用球墨铸铁；对高速、重载的轴，选用20CrMnTi、20Mn2B、20Cr 等低碳合金钢或38CrMoAl氮化钢。

⑵轴类毛坯常用圆棒料和锻件；大型轴或结构复杂的轴采用铸件。毛坯经过加热锻造后，可使金属内部纤维组织沿表面均匀分布，获得较高的抗拉、抗弯及抗扭强度。

(3) 轴类零件的热处理

锻造毛坯在加工前，均需安排正火或退火处理，使钢材内部晶粒细化，消除锻造应力，降低材料硬度，改善切削加工性能。

图5－2 CA6140车床的主轴简图

调质一般安排在粗车之后、半精车之前，以获得良好的物理力学性能。

表面淬火一般安排在精加工之前，这样可以纠正因淬火引起的局部变形。

精度要求高的轴，在局部淬火或粗磨之后，还需进行低温时效处理。

二、车床主轴的加工工艺

1．CA6140车床主轴技术要求及功用

图5-2为CA6140车床主轴零件简图。由零件简图可知，该主轴呈阶梯状，其上

有安装支承轴承、传动件的圆柱、圆锥面，安装滑动齿轮的花键，安装卡盘及顶尖的内外圆锥面，联接紧固螺母的螺旋面，通过棒料的深孔等。下面分别介绍主轴各主要部分的作用及技术要求：

⑴支承轴颈主轴二个支承轴颈A、B圆度公差为0.005mm，径向跳动公差为

0.005mm；而支承轴颈1∶12锥面的接触率≥70%；表面粗糙度Ra为0.4μm；支承轴颈尺寸精度为IT5。因为主轴支承轴颈是用来安装支承轴承，是主轴部件的装配基准面，所以它的制造精度直接影响到主轴部件的回转精度。

⑵端部锥孔主轴端部内锥孔（莫氏6号）对支承轴颈A、B的跳动在轴端面处公差为0.005mm，离轴端面300mm处公差为0.01 mm；锥面接触率≥70%；表面粗糙度Ra为0.4μm；硬度要求45~50HRC。该锥孔是用来安装顶尖或工具锥柄的，其轴心线必须与两个支承轴颈的轴心线严格同轴，否则会使工件（或工具）产生同轴度误差。

⑶端部短锥和端面头部短锥C和端面D对主轴二个支承轴颈A、B的径向圆跳动公差为0.008mm；表面粗糙度Ra为0.8μm。它是安装卡盘的定位面。为保证卡盘的定心精度，该圆锥面必须与支承轴颈同轴，而端面必须与主轴的回转中心垂直。

⑷空套齿轮轴颈空套齿轮轴颈对支承轴颈A、B的径向圆跳动公差为0.015 mm。由于该轴颈是与齿轮孔相配合的表面，对支承轴颈应有一定的同轴度要求，否则引起主轴传动啮合不良，当主轴转速很高时，还会影响齿轮传动平稳性并产生噪声。

⑸螺纹主轴上螺旋面的误差是造成压紧螺母端面跳动的原因之一，所以应控制螺纹的加工精度。当主轴上压紧螺母的端面跳动过大时，会使被压紧的滚动轴承

内环的轴心线产生倾斜，从而引起主轴的径向圆跳动。

2．主轴加工的要点与措施

主轴加工的主要问题是如何保证主轴支承轴颈的尺寸、形状、位置精度和表面

图5-3 组合磨

削

粗糙度，主轴前端内、外锥面的形状精度、表面粗糙度以及它们对支承轴颈的位置精度。

主轴支承轴颈的尺寸精度、形状精度以及表面粗糙度要求，可以采用精密磨削方法保证。磨削前应提高精基准的精度。

保证主轴前端内、外锥面的形状精度、表面粗糙度同样应采用精密磨削的方法。为了保证外锥面相对支承轴颈的位置精度，以及支承轴颈之间的位置精度，通常采用组合磨削法，在一次装夹中加工这些表面，如图5-3所示。机床上有两个独立的砂轮架，精磨在两个工位上进行，工位Ⅰ精磨前、后轴颈锥面，工位Ⅱ用角度成形砂轮，磨削主轴前端支承面和短锥面。

主轴锥孔相对于支承轴颈的位置精度是靠采用支承轴颈A、B作为定位基准，而让被加工主轴装夹在磨床工作台上加工来保证。以支承轴颈作为定位基准加工内锥面，符合基准重合原则。在精磨前端锥孔之前，应使作为定位基准的支承轴颈A、B 达到一定的精度。主轴锥孔的磨削一般采用专用夹具，如图5-4所示。夹具由底座1、支架2及浮动夹头3三部分组成，两个支架固定在底座上，作为工件定位基准面