轴类零件加工工艺分析四课件.ppt

1、轴类零件加工工艺陈仁祥 博士 副教授轴类零件加工工艺一、轴类零件的功用及结构特点二、轴类零件的工艺分析三、轴类零件加工工艺分析四、金属切削基础知识五、轴类零件加工常用的机床六、车削加工刀具及切削用量选择七、车削加工方法八、轴类零件加工中常用的量具轴的分类 分类：轴类零件按其结构形状结构形状的特点，可分为光轴、阶梯轴、空心轴和异形轴（包括曲轴、凸轮轴和偏心轴等）四类 光轴 空心轴 半轴 阶梯轴 花键轴 十字轴 偏心轴 曲轴 凸 轮轴 若按轴的长度和直径的比例来分，又可分为刚性轴（L/d12和挠性轴（L/d12）两类 轴类零件的功用及结构特点 轴的类型轴类零件的主要技术要求1、尺寸精度尺寸精度 轴

2、颈是轴类零件的主要表面，它影响轴的回转精度及工作状态。轴颈的直径精度根据其使用要求通常为IT69，精密轴颈可达IT5。2、几何形状精度轴颈的几何形状精度（圆度、圆柱度），一般应限制在直径公差点范围内。对几何形状精度要求较高时，可在零件图上另行规定其允许的公差。3、位置精度位置精度主要是指装配传动件的配合轴颈相对于装配轴承的支承轴颈的同轴度，通常是用配合轴颈对支承轴颈的径向圆跳动来表示的；根据使用要求，规定高精度轴为0.0010.005mm，而一般精度轴为0.010.03mm。此外还有内外圆柱面的同轴度和轴向定位端面与轴心线的垂直度要求等。4表面粗糙度表面粗糙度 根据零件的表面工作部位的不同，可

3、有不同的表面粗糙度值，例如普通机床主轴支承轴颈的表面粗糙度为Ra0.160.63um，配合轴颈的表面粗糙度为Ra0.632.5um，随着机器运转速度的增大和精密程度的提高，轴类零件表面粗糙度值要求也将越来越小。轴类零件的材料和毛坯 合理选用材料和规定热处理的技术要求，对提高轴类零件的强度和使用寿命有重要意义，同时，对轴的加工过程有极大的影响。1、轴类零件的材料、轴类零件的材料一般轴类零件常用45钢，根据不同的工作条件采用不同的热处理规范（如正火、调质、淬火等），以获得一定的强度、韧性和耐磨性。对中等精度而转速较高的轴类零件，可选用40Cr等合金钢。这类钢经调质和表面淬火处理后，具有较高的综合力

4、学件能。精度较高的轴，有时还用轴承钢GCrls和弹簧钢65Mn等材料，它们通过调质和表面淬火处理后，具有更高耐磨性和耐疲劳性能。对于高转速、重载荷等条件下工作的轴，可选用20CrMnTi、20Cr等低碳含金钢或38CrMoAIA氮化钢。低碳合金钢经渗碳淬火处理后，具有很高的表面硬度、抗冲击韧性和心部强度，热处理变形却很小。2、轴类零件的毛坯、轴类零件的毛坯轴类零件的毛坯最常用的是圆棒料和锻件，只有某些大型的、结构复杂的轴才采用铸件轴类零件的预加工 轮类零件在切削加工之前，应对其毛坯进行预加工。预加工包括校正、切断和切端面和钻中心孔。1、校正、校正：校正棒料毛坯在制造、运输和保管过程中产生的弯曲

5、变形，以保证加工余量均匀及送料装夹的可靠。校正可在各种压力机上进行。2、切断、切断：当采用棒料毛坯时，应在车削外圆前按所需长度切断。切断可在锯床上进行，高硬度棒料的切断可在带有薄片砂轮的切割机上进行。3、切端面钻中心孔、切端面钻中心孔：中心孔是轴类零件加工最常用的定位基准面，为保证钻出的中心孔不偏斜，应先切端面后再钻中心孔。4、荒车、荒车：如果轴的毛坯是向由锻件或大型铸件，则需要进行荒车加工，以减少毛坯外国表面的形状误差，使后续工序的加工余量均匀。二单元 轴类零件的工艺分析轴类零件的主要技术要求 1尺寸精度和开关精度 2位置精度 3表面粗糙度轴类零件的材料及毛坯 1轴类零件的材料 2轴类零件的

6、毛坯三单元 轴类零件加工工艺分析 任务一传动轴的主要技术分析传动轴 （1）支承轴颈的技术要求 （2）配合轴颈的技术要求 （3）螺纹的技术要求 （4）轴向定位面的技术要求传动轴的加工工艺过程 表2-1是传动轴单件小批生产的机械加工工业过程。传动轴加工工艺过程分析 1定位基准的选择 2划分加工阶段 3中心孔的研磨表2-1 传动轴加工工艺过程工序号工序名称工序内容工序简图定位基准设备1备料60mm265mm2车三爪卡盘夹持工件，车端面见平，钻中心孔。用尾顶尖顶住，粗车三个台阶，直径、长度均留2mm余量一夹一顶车床调头，三爪卡盘夹持工件另一端，车端面，保证总长259mm，钻中心孔。用尾顶尖顶住，粗车另

7、外四个台阶，长度、直径均留2mm余量3热处理调质处理硬度2428HRC4钳工修研两端中心孔中心孔车床工序号工序名称工序内容工序简图定位基准设备5车 双顶尖装夹半精车三个台阶，长度达到尺寸要求，螺纹大径车到 mm，其余两个台阶直径上留0.5mm余量，切槽三个，倒角三个中心孔调头，双顶尖装夹半精车余下的五个台阶。mm及 mm 台阶车到图样规定的尺寸。螺纹大径车到 mm，其余两个台阶直径上留0.5mm余量，切槽三个，倒角四个6车双顶尖装夹，车一端螺纹M241.6-6g调头，车另一端M241.6-6g中心孔7钳划键槽及一个止动垫圈槽加工线钳工台0.10.22444520.10.224（续）工序号工序名

8、称工序内容工序简图定位基准设备8铣铣两个键槽及一个止动垫圈槽，键槽深度比图样规定尺寸大0.25mm，作为外圆磨削的余量外圆9钳修研两端中心孔中心孔10磨磨外圆Q、M并用砂轮端面靠磨台肩H、I调头，磨外圆N、P，靠磨台肩G中心床11检检验（续）金属切削基础知识一切削运动和削用量 1切削运动外圆车削运动及形成的表现 （1）主运动 （2）进级运动 在切削过程中，工件上形成以下三个不断变化的表面。（1）待加工表面 （2）已加工表面 （3）过渡表面2切削用量 （1）切削速度cvc1000dnv （2）进给量 （3）背吃刀量fpafvfnwmp2dda进给量和背吃刀量刀具切削部分的组成及几何角度1刀具切削

9、部分的组成车刀的组成 （1）前面 （2）主后面 （3）副后面 （4）主切削刃S （5）副切削刃 （6）刀尖AAAS刀尖形状 2标注刀具几何角度的参考系 正交平面参考系 正交平面参考系内的刀具标注角度 （1）基面 （2）切削平面 （3）正交平面 在正交平面 内测量的角度 1）前角 2）后角 3）楔角 在基面内测量的角度有以下三个：1）主偏角 2）副偏角 3）刀尖角3车刀的工作角度rpsp0p0p000rkrkrr180()rkk金属切削过程 1切屑的形成切屑形成2切屑的类型 （1）带状切屑 （2）节状切屑 （3）粒状切屑 （4）崩碎切屑切屑类型3积屑瘤 （1）积屑瘤的形成 （2）积屑瘤对切削的影

10、响 （3）减小或避免积屑瘤的措施积屑瘤4切削力 （1）切削力的来源和分解 切削力的分解 （2）切削功率 功率 切削功率 （3）影响切削力的主要因素 1）工件材料 2）刀具几何参数 3）切削用量3eec1060F vPcEmPP 5切削热与切削温度 （1）切削热的来源及传导 （2）切削温度及影响因素 1）工件材料 2）切削用量 3）刀具几何参数 6刀具的磨损和耐用度 （1）刀具磨损的形成 1）前刀面磨损。2）后刀面磨损。刀具磨损的形式 3）前、后面同时磨损。（2）刀具磨损过程 1）初期磨损阶段（AB段）2）正常磨损阶段（BC段）3）急剧磨损阶段（CD段）刀具磨损过程 （3）刀具的磨钝标准，见表2

11、-2。（4）刀具耐用度，见表2-3。表2-2 硬质合金车刀的磨钝标准加工条件磨钝标准VB/mm加工条件磨钝标准VB/mm精 车0.10.3粗车钢料0.60.8粗车合金钢、粗车刚性较差的工件0.40.5精车铸铁0.81.2钢及铸铁大件低速粗车1.01.5表2-3 车刀耐用度 刀具材料 耐用度硬质合金高 速 钢普通车刀普通车刀成形车刀T/min6060120刀具材料及其选用 1对刀具材料的基本要求 （1）高硬度 （2）高耐磨性 （3）高耐热性 （4）足够的强度和韧性 （5）良好的工艺性 2刀具材料及其选用 （1）高速钢 1）普通高速钢 2）高性能高速钢 （2）硬质合金 1）钨钴类硬质合金（YG）2

12、）钨钛钴类硬质合金（YT）3）钨钛钽（铌）类硬质保金（YW）（3）涂层刀具材料 （4）其他刀具材料 1）陶瓷材料。2）金刚石。3）立方氮化硼。轴类零件加工常用的机床金属切削机床的分类与型号的编制 1金属切削机床的分类 2金属工削机床型号的编制方法 （1）机床的类代号，见表2-4。（2）机床的特性代号，见表2-5。（3）机床的组、系代号 （4）机床主参数代号 （5）机床的重大改进顺序号表2-4 机床的类和分类代号 类车床钻床镗床磨 床齿轮加工机床螺纹加工机床铣床刨插床拉床锯床其他机床代号CZTM2M3MYSXBLGQ读音车钻镗磨二磨三磨牙丝铣刨拉割其表2-5 机床通用特性代号通用特性高精度精密自

13、动半自动数控加工中心（自动换刀）仿形轻型加重型简工或经济型柔性加工单元数显高速代号GMZBKHFQCJRXS读音高密自半控换仿轻重简柔显速 （6）其他特性代号与企业代号 （7）通用床型号示例机床运动1表面成形运动2辅助运动车削圆柱表面所需的运动例刨削成形面车床 车削是一种最基本和应用最广的加工方法。卧式车床所能完成的典型加工CA6140型卧式车床外形1CA6140型卧式车床的主要组成部分 （1）床身 （2）主轴箱 （3）进给箱 （4）溜板箱 （5）刀架部件 （6）尾座2CA6140型卧式车床主要技术参数3CA6140型卧式车床传动系统CA6140型车床的传动系统 （1）主运动 （2）车螺纹运动

14、 1）车标准螺纹，表2-6列出了四种标准螺纹的螺距参数及其与螺距、导程之间的换算关系。2）车削大导程螺纹 3）车非标准及较精密螺纹表2-6 螺距参数及其与螺距、导程的换算关系螺纹种类螺距参数螺距/mm导程/mm米制螺距P/mmPL=kP模数制模数m/mmPm=mLm=kPm=km英制每英寸牙数a/（牙in-1）径节制径节DP/(牙in-1)25.4aPa25.4DPPDP25.4aakLkPa25.4DPDPkLkPDP注：表中k为螺纹线数。表2-7 CA6140型车床的各种标准螺距参数 uj Ub 螺纹种类挂轮ug米制螺纹L/mm11.251.51.7522.252.533.544.555.

15、567891011121/81/41/21模数螺纹m/mm0.250.511.251.51.7522.252.52.7531/81/41/21英制螺纹a/(牙in-1)14161819202224789101112456231/81/41/21径节螺纹DP/(牙in-1)56647280889628323640444814161820222478910111226282828322836281914201433213621181514548828151354841835145282283513528631001007564100100976410010097631001007513413214

16、2122表2-8 车制各种螺纹的工作调整螺纹种类调整结果挂轮结构离合器状态移换机构基本组传动方向米制M5接合M3、M4脱开轴轴XV 轴XIII轴XIV模数制英制M3、M5接合M4脱开轴轴XV 轴XIV轴XIII径节制jb7Puukjb74muukjb7ukakujb7uDPku6310010075641001009763100100756410010097 （3）纵向与横向进给运动 纵向机动进给量的大小及相应传动比见表2-9。（4）刀架的快速移动 表2-9 纵向机动进给量f纵 （单位：mm/r）传动路线类型细进给量正常进给量较大进给量加工进给量416416 ubuj1/81/81/41/211

17、1/21/811/426/280.280.080/160.330.661.593.166.3328/280.0320.090.180.360.711.472.935.8732/280.0360.100.200.410.811.292.575.1436/280.0390.110.230.460.911.152.284.5619/140.0430.120.240.480.961.092.164.3220/140.0460.130.260.511.021.032.054.1133/210.0500.140.280.561.120.941.873.7436/210.0540.150.300.611.2

18、20.861.713.424CA6140型卧式车床的主要部件结构 （1）主轴箱 CA6140型卧式车床主轴箱的展开图双向式多片摩擦离合器 1）双向式多片摩擦离合器及制动机构 摩擦离合器与制动装置的操纵机构 2）传动轴及其支承的结构 3）主轴部件及其支承主轴前端结构 4）六级变速操纵机构 六级变速操纵机构（2）进给箱移换机构及光杠、丝杠转换操纵机构原理表2-10 螺纹种类及丝杠、光杠转换表 凸轮旋转角度滑移齿轮位置090180270z=25()左右右左z=25(XV)右左左右z=28(XVII)左左右右接通米制路线光杠进给接通英制路线光杠进给接通英制路线光杠进给接通光制路线光杠进给 传动方式的转

19、变见表2-10。磨床1磨削加工的特点 （1）能较经济地获得较高的加工精度和小的表面粗糙度。（2）砂轮磨料具有很高的硬度和耐热性。（3）砂轮具有自锐性。（4）磨削速度大、磨削温度高。（5）径向磨削分力较大。2磨削的工艺范围磨削工艺范围 3砂轮 （1）砂轮的性能及选择 1）磨料 常用的磨料见表2-11。2）粒度 粒度的选用见表2-12。3）结合剂 表2-11 常 用 磨 料系别名 称代号特 性适用范围氧化物系棕刚玉A含91%96%氧化铝。呈蓝色或棕褐色。硬度高，韧性好，价格便宜磨削碳钢、合金钢、可锻铸铁等白刚玉WA今9799%氧化铝。白色。比棕刚玉硬度高，韧性低，磨削时发热少，易碎裂，自锐性好精磨

20、淬火钢、高碳钢、高速钢及薄壁零件，刃磨及研磨刀具碳化物系黑碳化硅C含95%以上碳化硅。黑色或深蓝色。硬度比刚玉高，但韧性低，电导性、热导性好磨脆性材料，如铸铁、铝及非金属材料绿碳化硅GC含97%以上碳化硅。呈绿色。硬度和脆性比黑碳化硅更高，电导性、热导性好磨硬质合金、光学玻璃、宝石、玉石、陶瓷以及珩磨发动机缸套系别名 称代号特 性适用范围高硬磨料人造金钢石MBD无色透明或淡黄色、乳白色。硬度高，比天然金刚石性脆。价高磨削硬质合金、宝石等高硬度材料立方氮化硼CBN棕黑色，磨粒锋利。硬度稍低于金刚石，与铁元素亲合力小磨削或研磨高硬高、高韧性的难加工材料，如不锈钢、高碳钢等注：1.刚玉类除表中所列两

21、种外，还有单晶刚性（SA）、微晶刚玉（MA）、铬刚 玉（PA）、锆钢玉（ZA）等，性能均优于白刚玉、价格也较高。SA、MA 自锐较好，适于磨削不锈钢及各种铸铁，PA适于磨削淬火钢、高速钢及不锈 钢。ZA适于磨削耐热合金。2.化物类除表中所列外，还有立方碳化硅（SC）、碳化硼（BC）等。SC适于 磨削 不锈钢、轴承钢等硬而粘的材料；BC适于磨削硬质合金、陶瓷等硬材 料。3.人造金刚石的代号，根据粒度范围不同有六种，此处只列出一种。（续）表2-12 磨料粒度的适用 粒度号适 用 范 围粒度号适 用 范 围1220粗磨、荒磨、打磨毛刺等100240精磨、精密磨、超精磨、珩磨、成形磨、工具刃磨等224

22、0修磨钢坯、打磨铸件毛刺、切断钢坯、磨电瓷和耐火材料240W20精磨、精密磨、超精磨、珩磨、超级光磨、小螺距螺纹磨等4660外圆、内圆、平面、无心磨、工具磨6090外圆、内圆、平面、无心磨、工具磨等半精磨、精磨和成形磨W20更细精磨、精细磨、超精磨、镜面磨、超级光磨、制造研磨剂等表2-13 磨具硬度等级及代号硬度等级大级超软软中 软中中 硬硬超硬小级软1软2软3中软1中软2中1中2中硬1中硬2中硬3硬1硬2新标准代号D,E,FGHJKLMNPQRSTY旧标准代号CRR1R2R3ZR1ZR2Z1Z2ZY1ZY2ZY3Y1Y2CY表2-14 磨具的组织号组织号0123456789101112131

23、4磨粒率/%（磨粒占砂轮体积）626058565452504846444240383634类别紧密中等疏松应用精磨、成形磨淬火工件、刀具韧性大和硬度低的金属 4）硬度，模具硬度等级见表2-13。5）组织，模具的组织号见表2-14。6）形状与尺寸，各种砂轮的形状、代号及主要用途见表2-15。表2-15 各种砂轮的形状、代号及主要用 砂轮名称简 图代号尺寸表示法主要用途平形砂轮PDHD磨外圆、内圆、平面、螺纹和无心磨等双斜边砂轮PSXDHdaa磨齿轮和螺纹双面凹砂轮PSADHdd1H1H2r磨外圆、无心磨和刃磨刀具砂轮名称简 图代号尺寸表示法主要用途筒形砂轮NDHd立轴平磨杯形砂轮BDHdd1H1

24、r磨平面、内圆及刃磨刀具碗形砂轮BWDHdd1H1r磨导轨及刃磨刀具（续）（2）砂轮的平衡、安装和修改砂轮的安装砂轮的修整4外圆磨床 M1432A型万能外圆磨床的主参数是最大磨削直径 （1）机床主要部件和功能M1432A型万能外圆磨床无心磨削示意图 车削加工刀具及切削用量选择常用车刀的种类1车刀的结构类型车刀 车刀的四种结构类型的特点与用途见表2-16。表2-16 车刀结构类型的特点与用途 名 称特 点适用场合整体式用整体高速钢制造，刃口可高枕而卧得较锋利小型车床或加工有色金属焊接式焊接硬质合金或高速钢刀片，结构紧凑，使用灵活各类车刀特别是小刀具机夹式避免了焊接产生的应力、裂纹等缺陷，刀杆利用

25、谐调。刀片可集中刃磨获得所需参数，使用灵活方便外圆、端面、镗孔、切断、螺纹车刀等可转位式避免了焊接产生的应力、裂纹等缺陷，刀杆利用率高。刀片可集中刃都用钝后，才需要换刀片，生产率高；断屑稳定，可使用涂层刀片大中型车床加工外圆、端面、镗孔。特别适用于自动线和数控机床2车刀的类型 （1）90偏刀 （2）45弯头车刀 （3）75外圆车刀 （4）螺纹车刀 （5）内孔镗刀 （6）成形车刀 （7）车槽、切断刀车刀的类型与用途任务二刀具几何角度的合理选择1前角的选择 （1）根据工件材料选择 硬质合金刀具合理前角参考值见表2-17。表2-17 硬质合金刀具合理前角参考值工件材料合理前角粗车精车低碳钢20 25

26、25 30中碳钢10 1515 20合金钢10 1515 20淬火钢-15-5不锈钢（奥氏体）15 2020 25灰铸铁10 1550 10铜及铜合金10 1550 10铝及铝合金30 3535 40 （2）根据刀具材料选择 （3）根据加工性质选择 （4）根据工艺系统刚度和加工工艺要求选择 硬质合金刀具合理后角参考值见表2-18。2后角的选择 （1）后角与前角要协调 （2）根据加工性质选 （3）根据工件材料选 （4）根据工艺系统刚度选表2-18 硬质合金刀具合理后角参考值工件材料合理后角粗车精车低碳钢8 1010 12中碳钢5 76 8合金钢5 76 8淬火钢8-10不锈钢（奥氏体）6 88

27、10灰铸铁4 66 8铜及铜合金6 86 8铝及铝合金8 1010 12钛合金b355881212进给量f/(mm/r)碳素结构钢、合金结构钢及耐热钢16252040601004000.30.40.40.50.50.70.60.90.81.20.30.40.40.60.50.70.71.00.30.50.50.60.60.80.40.50.50.6203025252040601004000.30.40.40.50.60.70.81.01.21.40.30.40.50.70.70.91.01.20.40.60.50.70.81.00.40.70.60.90.40.6工件材料车刀刀杆尺寸/mm工件

28、直径/mm背吃刀量ap/mm3355881212进给量f/(mm/r)铸铁及铜合金162540601004000.40.50.60.80.81.21.01.40.50.80.71.01.01.20.40.60.60.80.81.00.50.70.60.82030252540601004000.40.50.60.90.91.31.21.80.50.80.81.21.21.60.40.70.71.01.01.30.50.80.91.10.70.9注：1.加工断续表面及有冲击的工件时，表内进给量应乘系数k=0.750.85；2.在无外皮加工时，表内进给量应乘系数k=-1.1；3.加工耐热钢及其合金时

29、，进给量f不大于1mm/r；4.加工淬火钢时，进给量应减小。当钢的硬 度为4456HRC时，乘系数0.8；当钢的硬度为5762HRC时，乘系数0.5。（续）提高外圆表面车削生产率的措施 （1）选用先进刀具 （2）选用多刀半自动或自动车床 （3）提高切削用量七单元 车削加工方法任务一车刀的刃磨 （1）磨刀砂轮 （2）刃磨顺序 （3）刃磨车刀的注意事项任务二车刀的安装 （1）车刀安装的高、低 （2）车刀安装时一般应使刀体垂直于工件的中心线，否则会引起主偏角 及副偏角 的变化。rr任务三工件的装夹方法1卡盘装夹 （1）三爪自定心卡盘 （2）四爪单动卡盘 四爪单动卡盘及工件的找正2花盘装夹3顶尖装夹

30、双顶尖装夹工作4一夹一顶装夹5中心架和跟刀架的应用 （1）中心架的应用 中心架一般有以下两种用法：1）车削长轴用中心架车长轴 2）车端面和钻中心孔应用中心架车端面（2）跟刀架的应用 跟刀架车削难加工工件的技术性措施 技术措施如下：（1）采用专用刀具。（2）采用专用夹具。（3）采用特殊的工艺手段。（4）采用辅助装置或改装机床。1处用中心架车削细长轴调整套筒2利用跟刀架车削线长轴3反向走刀法车线长轴毛坯轴装夹与反方向走刀车削示意图轴类零件加工中常用的量具游标卡尺千分尺 外径千分尺 内径千分尺深度千分尺千分尺读数示例百分表和千分表 百分表齿轮式百分表传动原理示意图杠杆百分表杠杆千分尺任务五光滑极限量规 1轴用量规类型 （1）圆柱环规。（2）双头卡规。（3）单头双极限卡规。轴用量规2卡规的使用卡规开口尺寸与轴径的关系轴径合格轴径过大轴直径过小谢 谢！