典型零件加工工艺过程概述

主轴加工工艺过程分析 ➢主轴毛坯的制造方法 自由锻件：小批量或单件生产 模锻件：大批量生产
➢主轴的材料和热处理 热处理工序的安排
毛坯热处理：去锻造应力，细化晶粒 切削前正火（预备热处理）：改善切削加
工性能和机械-物理性能；去锻造应力
半精加工前调质：去应力，改善切削加工性
同轴度和合理的磨削余量；精加工螺 纹及各端面等
车削加工值得考虑的问题 生产效率； 工序精度（复映误差）； 劳动强度。
车削加工的设备 单件、小批：普通车床 成批生产：液压仿形车床 批量生产：液压仿形、多刀半自动车床
➢主轴深孔的加工 深孔加工的难点
刀具细长，刚性差，易振动，易引偏 排屑困难 钻头散热条件差，冷却困难，易失去
孔和平面的位置精度 主要是规定主要孔和主轴箱安装基 面的平行度 主要平面的精度 影响主轴箱与床身的连接刚度 规定底面和导向面必须平直和相互 垂直 平面度、垂直度公差等级为5级
表面粗糙度 影响连接面的配合性质或接触刚度
主轴孔为 Ra 0.4m ，其它各纵向孔为 Ra 1.6m ，孔的端面为 Ra 3.2m
堵头 拉杆心轴
➢顶尖孔的研磨 研磨的必要性
顶尖孔是定位基准，对精度和质量有 直接影响
顶尖孔的深度：影响定位轴向位置， 因而影响余量分布 (批量生产时)
两顶尖孔同轴度：影响同轴度、影响 位置精度
顶尖孔锥角和圆度误差：直接反映到 工件的圆度上
热处理、切削力、重力等的影响，会 损坏顶尖孔的精度
其他：热处理、倒角、倒棱、外观修饰
2．轴类零件的材料、毛坯及热处理
➢轴类零件材料 45钢、40Cr、GCr15、65Mn、球墨铸
铁、20CrMnTi、20Mn2B、20Cr ➢轴类毛坯 圆棒料、锻件、铸件
➢轴类零件的热处理 正火或退火处理
锻造毛坯加工前——细化晶粒，消除锻 造应力，降低硬度，改善切削性能 调质 粗车后半精车前——改善物理力学性能 表面淬火 精加工前——提高硬度 低温时效 局部淬火或粗磨后——稳定性能
精磨前加工
检验工序应安排在适当工序之后，必要 还应探伤
主轴加工中的几个工艺问题
➢锥堵和锥堵心轴的使用 锥堵和锥堵心轴的功用： ➢空心轴加工通孔后，定位基准——顶尖
孔被破坏。通孔直ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ小时，可直接在孔 口倒出一60°锥面代替中心孔；当通孔 直径较大时，要采用锥堵或锥堵心轴
设计锥堵和锥堵心轴时应注意的问题 ➢不中途更换或拆装，以免增加安装误差 ➢锥堵和锥堵心轴要求两个锥面同轴
4．轴类零件工艺过程示例
➢CA6140车床主轴的结构特点 既是阶梯轴，又是空心轴；是长径比小
于12的刚性轴 不但传递旋转运动和扭矩，而且是工件
或刀具回转精度的基础
主要加工表面有内外圆柱面、圆锥面， 次要表面有螺纹、花键、沟槽、端面结 合孔等
机械加工工艺主要是车削、磨削，其次 是铣削和钻削
第二节
典型零件加工 工艺过程
机械制造工程——第五章
一、轴（杆）类零件的加工
1．轴类零件的分类、技术要求
➢轴类零件的作用 支撑传动零件； 承受载荷； 传递扭矩。
➢轴类零件的特点 长度大于直径； 加工表面为内外圆柱面、圆锥面、
螺纹、花键、沟槽等； 有一定的回转精度。
➢轴类零件的分类 光滑轴 阶梯轴 空心轴 异形轴（曲轴、齿轮轴、偏心轴、
轴类零件的检验
二、箱体类零件的加工
1．箱体类零件概述 箱体类零件的功用
将机器和部件中的轴、套、齿轮等有 关零件连接成一个整体，并使之保持 正确的相互位置，以传递转矩或改变 转速来实现规定的运动
箱体类零件的结构特点 结构复杂，壁薄且不均匀 加工部位多，加工难度大
减速箱体结构简图
➢箱体零件的主要技术要求 孔径精度
CA6140车床主轴图
主轴的机械加工工艺过程
➢主轴加工工艺过程制订的依据 主轴的结构；技术要求；生产批量；
设备条件 ➢主轴加工工艺过程 批量：大批；材料：45钢；毛坯：模
锻件
➢工艺过程： 分为三个阶段（参见表5-5）：
粗加工：工序 1~6 半精加工：工序 7~13（7为预备） 精加工：工序 14~26（14为预备）
后端的浮动卡头装在磨床主轴的锥孔内
工件尾部插入弹性套内
通过弹簧将弹性套（浮动卡头外壳）连 同工件向后拉
钢球1压向镶有硬质合金的锥柄3端面， 依靠弹簧2的涨力限制工件的轴向窜动
该联接方式只传递扭矩，排除磨头和机 床误差对加工精度的干扰
➢主轴各外圆表面的精加工和光整加工 主轴的精加工
主要采用磨削加工 应在热处理之后进行，纠正热处理后
装配基准面和定位基准面为
Ra 0.63 ~ 2.5m ，其它平面则为
Ra 2.5 ~ 10.m
箱体的材料及毛坯
材料一般选HT200~400；因为灰铸铁 成本低，耐磨性、可铸性、可切削性 和阻尼特性好
毛坯为铸件；毛坯余量视生产批量和 铸造方法等而定；浇铸后应退火
箱体结构的工艺性 ➢基本孔 可分为通孔、阶梯孔、盲孔、交叉孔等 通孔工艺性最好；深孔、阶梯孔、相贯
➢CA6140主轴结构的设计要求： 合理的结构设计 足够的刚度 有具有一定的尺寸、形状、位置精度和
表面质量 足够的耐磨性、抗振性及尺寸稳定性 足够的抗疲劳强度
CA6140车床主轴技术条件的分析 ➢主轴支承轴颈的技术要求
支承轴颈是主轴的装配基准，其精度直 接影响主轴的回转精度；主轴上各重要 表面又以支承轴颈为设计基准，有严格 的位置要求
➢主轴工作表面（锥孔）的技术要求
用来安装顶尖或刀具锥柄：定心表面
对锥面的尺寸精度、形状精度、粗糙 度、接触精度都要求高
轴心线应与支承轴颈同轴
锥孔对轴颈的径向圆跳动近轴端为
0.005，离轴端300处为0.01，锥面接
触率≥70%，粗糙度 硬度为HRC48~50。
Ra 0.63m，
➢主轴轴端外锥（短锥）的技术要求 用来安装卡盘或花盘的；也是定心表面 对锥面的尺寸精度、形状精度、粗糙度、
前支承装于中心架，后支承用卡盘装夹 前、后支承装于两个中心架，用万向节
与主轴相联
采用专用夹具
磨主轴锥孔夹具
剖分轴承、V型夹具、浮动卡头等，使 磨头误差及机床振动不影响工件。
由底座、支承架及浮动卡头三部分组成； 前、后两支架与底座连成一体
作为工件定位的V形架镶有硬质合金， 以提高耐磨性
工件的中心高应与磨头砂轮轴中心等高
粗加工外圆→钻深孔→粗加工锥孔→ 精加工锥孔→精加工外圆
粗加工外圆→钻深孔→粗加工锥孔→ 精加工外圆→精加工锥孔
工序确定的两个原则 ➢工序中所用的基准应在该工序前加工 ➢各表面要粗、精基准分开，先粗后精，
多次加工，逐步提高精度
淬硬表面的键槽、螺纹应在淬火前加工 非淬硬表面的键槽、螺纹应在精车后、
通的交叉孔工艺性较差；盲孔工艺性最 差，应尽量避免
➢同轴孔 同一轴线方向孔径向一个方向递减 镗孔时镗杆可从一端伸入，逐个加
工或同时加工同一轴线上的几个孔 应避免中间隔壁上孔径大于外壁上
粗、精加工二阶段应分粗、精加工机床 进行，合理利用设备，保护机床
➢定位基准的选择 应使定位基准与装配基准重合 一次安装应多加工几个面 注意零件的主要精度指标：同轴度、圆
度、径向跳动 主轴的定位过程较复杂：有顶尖、锥堵、
支承表面等作为定位基准
➢加工顺序的安排和工序的确定
三种方案
粗加工外圆→钻深孔→精加工外圆→ 粗加工锥孔→精加工锥孔
切削能力
采取措施 采用工件旋转、刀具进给的加工方法，
使钻头自定中心 采用特殊结构的深孔钻 预先加工一导向孔，防止引偏 采用压力输送切削润滑液，既使冷却
充分，又使切屑排出
➢主轴锥孔的加工 主轴锥孔的作用及要求
主轴锥孔是安装顶尖的定位面 主轴支承轴颈及主轴前端短锥的同轴
度要求较高
磨削主轴锥孔一般以支承轴颈作为定 位基准，有三种安装方式：
3．轴类零件的安装方式
➢采用两中心孔定位装夹 以重要外圆表面为粗基准定位加工出中心
孔，再以轴两端的中心孔为定位精基准 尽可能基准重合、基准统一、互为基准 ➢采用外圆表面定位装夹 采用三爪自定心卡盘、四爪单动卡盘 ➢采用各种堵头或拉杆心轴定位装夹 加工空心轴用带中心孔的堵头或拉杆心轴
堵头 拉杆心轴
接触精度都要求高 轴心线应与支承轴颈同轴 对支承轴颈的径向圆跳动为0.008；端面
圆跳动为0.008
粗糙度 Ra 1.25m ，硬度为HRC45~50
➢空套齿轮轴颈的技术要求 影响传动的平稳性；可能导致噪声 有同轴度要求，对支承轴颈的径向圆
跳动为0.01~0.015 尺寸精度要求为IT5~IT6
十字轴、凸轮轴、花键轴）
常见轴类的类型
➢轴类零件的技术要求 尺寸精度：支承轴颈为IT5~IT7，配合轴
颈为IT6~IT9 几何形状精度：轴颈表面、外圆锥面、
锥孔等的圆度、圆柱度
相互位置精度：同轴度、径向跳动、重 要端面对轴心线垂直度、端面间平行度
表面粗糙度：支承轴颈为Ra0.2~1.6μm， 配合轴颈为Ra0.4~3.2μm
热处理后和磨削加工前需要消除误差
研磨方法 用铸铁顶尖研磨 用油石或橡胶砂轮夹在车床的卡盘
上，用金刚钻研磨 用硬质合金顶尖刮研
铸铁顶尖研磨中心孔 研磨中心孔的硬质合金顶尖
➢外圆表面的车削加工 车削加工的工艺作用
粗加工：切除大部分余量 半精加工：修整预备热处理后的变形 精加工：使磨削前各表面具有一定的
的变形
磨削加工能达到的精度为IT6，表面
粗糙度为 Ra 0.8 ~ 0.2m
光整加工的作用及特点
用于精密主轴上尺寸公差等级为IT5以 上或表面粗糙度的加工表面
采用很小的切削用量和单位切削力， 变形小
对上道工序要求高，一般要求，表面 无较深的加工痕迹
采用浮动的加工方法（自定心） 加工余量很小，一般不超过0.02mm
5．轴类零件的检验 检验项目
表面粗糙度 表面硬度 尺寸精度 相互位置精度 表面几何形状精度
检验分类 加工中的检验 加工后的检验
检验顺序 几何精度→尺寸精度→位置精度
检验方法 硬度：硬度计 表面粗糙度：触针式表面粗糙度轮廓仪
或样板比较法 锥孔：着色法 尺寸精度：常规检验仪器（万能量具） 位置精度：专用检验装置
支承轴颈为三支承结构，并且跨度大
支承轴颈采用锥面 (1：12) 结构，接触 率≥70%，可用来调整轴承间隙
中间支承为IT5~IT6，粗糙度为：
Ra 0.63m
支承轴颈圆度误差为0.005mm，径向跳 动为0.005mm
其他外圆的圆度要求，误差小于50%尺 寸公差，高精度者为5~10%
轴颈与有关表面的同轴度误差应很小
➢螺纹的技术要求 用来固定零件或调整轴承间隙 螺母的端面圆跳动（应≤0.05）会影响
轴承的内环轴线倾斜 螺母与轴颈的同轴度误差≤0.025 螺纹精度为6h
➢主轴各表面的表面层要求 要有较高的耐磨性 要有适当的硬度（HRC45以上），以改
善其装配工艺性和装配精度
表面粗糙度 Ra 0.8 ~ 0.2m
特别值得注意的工艺问题有： 1) 定位基准的选择 2) 加工顺序的安排 3) 深孔加工 4) 热处理变形
➢CA6140车床主轴的功用 承受扭转力矩 承受弯曲力矩 保证回转运动精度
➢CA6140车床主轴的设计要求
扭转和弯曲刚度高
回转精度高（径向圆跳动、端面圆跳 动、回转轴线稳定）
制造精度高 1) 结构尺寸及动态特性要好 2) 主轴本身及其轴承精度高 3) 轴承的结构和润滑 4) 齿轮的布置 5) 固定件的平衡等
影响回转精度，引起噪声、振动、径 向跳动，影响寿命
孔的尺寸精度和几何形状误差会使轴 承与孔配合不良 (松、紧、不圆)
主轴孔尺寸精度为IT6级，其余孔为 IT6~IT7级
箱孔与孔的位置精度 引起轴安装歪斜，致使主轴径向跳动 和轴向窜动，加剧轴承磨损 同一轴线上各孔的同轴度误差 孔端面对轴线垂直度误差
能，提高综合机械性能
精加工前局部高频淬火：提高运动表面耐
磨性
精加工后定性处理：低温时效和冰冷处理
➢加工阶段的划分 如前所述，分为三个阶段。
主轴的技术要求高，毛坯为模锻件，加 工余量大，精度高，故应分阶段加工
分粗、精加工阶段有利于去应力并可加 入热处理
多次切削有利于消除复映误差 粗、精加工二阶段应间隔一定时间