轴类零件的加工工艺制订

轴类零件是机器中的常见零件，也是重要零件，其主要功用是用于支承传动零部件（如齿轮、带轮等），并传递扭矩。轴的基本结构是由回转体组成，其主要加工表面有内、外圆柱面、圆锥面，螺纹，花键，横向孔，沟槽等。

轴类零件的技术要求主要有以下几个方面：

（l）直径精度和几何形状精度  轴上支承轴颈和配合轴颈是轴的重要表面，其直径精度通常为IT5~IT9级，形状精度（圆度、圆柱度）控制在直径公差之内，形状精度要求较高时，应在零件图样上另行规定其允许的公差。

（2）相互位置精度  轴类零件中的配合轴颈（装配传动件的轴颈）对于支承轴颈的同轴度是其相互位置精度的普遍要求。普通精度的轴，配合轴颈对支承轴颈的径向圆跳动一般为0.01~0.03mm，高精度轴为0.001~0 . 005mm。此外，相互位置精度还有内外圆柱面间的同轴度，轴向定位端面与轴心线的垂直度要求等。

（3）表面粗糙度  根据机器精密程度的高低，运转速度的大小，轴类零件表面粗糙度要求也不相同。支承轴颈的表面粗糙度Ra值一般为0.16~0. 63μm，配合轴颈Ra值为0.63~2.5μm。

各类机床主轴是一种典型的轴类零件，图1-1所示为车床主轴简图。下面以该车床主轴加工为例，分析轴类零件的工艺过程。

A． 主轴的主要技术要求分析

1．支承轴颈的技术要求　一般轴类零件的装配基准是支承轴颈，轴上的各精密表面也均以其支承轴颈为设计基准，因此轴件上支承轴颈的精度最为重要，它的精度将直接影响轴的回转精度。由图4-1见本主轴有三处支承轴颈表面，（前后带锥度的Ａ、Ｂ面为主要支承，中间为辅助支承）其圆度和同轴度（用跳动指标限制）均有较高的精度要求。

2．螺纹的技术要求　主轴螺纹用于装配螺母，该螺母是调整安装在轴颈上的滚动轴承间隙用的，如果螺母端面相对于轴颈轴线倾斜，会使轴承内圈因受力而倾斜，轴承内圈歪斜将影响主轴的回转精度。所以主轴螺纹的牙形要正，与螺母的间隙要小。必须控制螺母端面的跳动，使其在调整轴承间隙的微量移动中，对轴承内圈的压力方向正。

3．前端锥孔的技术要求　主轴锥孔是用于安装顶尖或工具的莫氏锥炳，锥孔的轴线必须与支承轴颈的轴线同轴，否则影响顶尖或工具锥炳的安装精度，加工时使工件产生定位误差。　　　　　　　　　　　

4．前端短圆锥和端面的技术要求　主轴的前端圆锥和端面是安装卡盘的定位面，为保证安装卡盘的定位精度其圆锥面必须与轴颈同轴，端面必须与主轴的回转轴线垂直。

5．其它配合表面的技术要求　如对轴上与齿轮装配表面的技术要求是：对Ａ、Ｂ轴颈连线的圆跳动公差为0.015mm，以保证齿轮传动的平稳性，减少噪音。

上述的（1）、（2）项技术要求影响主轴的回转精度，而（3）、（4）项技术要求影响主轴作为装配基准时的定位精度，而第（5）项技术要求影响工作噪音，这些表面的技术要求是主轴加工的关键技术问题。

综上所述，对轴类零件，可以从回转精度、定位精度、工作噪音这三个方面分析其技术要求。

B． 主轴的材料、毛坯和热处理

1．主轴材料和热处理的选择。一般轴类零件常用材料为45钢，并根据需要进行正火、退火、调质、淬火等热处理以获得一定的强度、硬度、韧性和耐磨性。

对于中等精度而转速较高的轴类零件，可选用40Cr等牌号的合金结构钢，这类钢经调质和表面淬火处理，使其淬火层硬度均匀且具有较高的综合力学性能。精度较高的轴还可使用轴承钢GCr15和弹簧钢65Mn，它们经调质和局部淬火后，具有更高的耐磨性和耐疲劳性。

在高速重载条件下工作的轴，可以选用20CrMnTi、20Mn2B、20Cr等渗碳钢，经渗碳淬火后，表面具有很高的硬度，而心部强度和冲击韧性好。

在实际应用中可以根据轴的用途选用其材料。如车床主轴属一般轴类零件，材料选用45钢，预备热处理采用正火和调质，最后热处理采用局部高频淬火。

2．主轴的毛坯。轴类毛坯一般使用锻件和圆钢，结构复杂的轴件（如曲轴）可使用铸件。光轴和直径相差不大的阶梯轴一般以圆钢为主。外圆直径相差较大的阶梯轴或重要的轴宜选用锻件毛坯，此时采用锻件毛坯可减少切削加工量，又可以改善材料的力学性能。主轴属于重要的且直径相差大的零件，所以通常采用锻件毛坯。

C． 主轴加工的工艺过程

一般轴类零件加工简要的典型工艺路线是：毛坯及其热处理→轴件预加工→车削外圆→铣键槽等→最终热处理→磨削。

某厂生产的车床主轴如图4-1所示，其生产类型为大批生产；材料为45钢；毛坯为模锻件。该主轴的加工工艺路线如表4-1。

D．主轴加工工艺过程分析

1．定位基准的选择

在一般轴类零件加工中，最常用的定位基准是两端中心孔。因为轴上各表面的设计基准一般都是轴的中心线，所以用中心孔定位符合基准重合原则。同时以中心孔定位可以加工多处外圆和端面，便于在不同的工序中都使用中心孔定位，这也符合基准统一原则。

当加工表面位于轴线上时，就不能用中心孔定位，此时宜用外圆定位，例如表4-1中的第10序钻主轴上的通孔，就是采用以外圆定位方法，轴的一端用卡盘夹外圆，另一端用中心架架外圆，即夹一头，架一头。作为定位基准的外圆面应为设计基准的支承轴颈，以符合基准重合原则。如上述工艺过程中的17和23序所用的定位面。

此外，粗加工外圆时为提高工件的刚度，采取用三爪卡盘夹一端（外圆），用顶尖顶一端（中心孔）的定位方式，如上述工艺过程的6、8、9序中所用的定位方式。

    由于主轴轴线上有通孔，在钻通孔后（第10序）原中心孔就不存在了，为仍能够用中心孔定位，一般常用的方法是采用锥堵或锥套心轴，即在主轴的后端加工一个1：20锥度的工艺锥孔，在前端莫氏锥孔和后端工艺锥孔中配装带有中心孔的锥堵，如图4-2ａ所示，这样锥堵上的中心孔就可作为工件的中心孔使用了。使用时在工序之间不许卸换锥堵，因为锥堵的再次安装会引起定位误差。当主轴锥孔的锥度较大时，可用锥套心轴，如图4-2ｂ所示。

为了保证以支承轴颈为基准的前锥孔跳动公差（控制二者的同轴度），采用互为基准的原则选择精基准，即第11、12序以外圆为基准定位车加工锥孔（配装锥堵），第16序以中心孔（通过锥堵）为基准定位粗磨外圆；第17序再一次以支承轴颈附近的外圆为基准定位磨前锥孔（配装锥堵），第21、22序，再一次以中心孔（通过锥堵）为基准定位磨外圆和支承轴颈；最后在第23序又是以轴颈为基准定位磨前锥孔。这样在前锥孔与支承轴颈之间反复转换基准，加工对方表面，提高相互位置精度（同轴度）。

2．划分加工阶段

主轴的加工工艺过程可划分为三个阶段：调质前的工序为粗加工阶段；调质后至表面淬火前的工序为半精加工阶段；表面淬火后的工序为精加工阶段。表面淬火后首先磨锥孔，重新配装锥堵，以消除淬火变形对精基准的影响，通过精修基准，为精加工做好定位基准的准备。

3．热处理工序的安排

45钢经锻造后需要正火处理，以消除锻造产生的应力，改善切削性能。粗加工阶段完成后安排调质处理，一是可以提高材料的力学性能，二是作为表面淬火的预备热处理，为表面淬火准备了良好的金相组织，确保表面淬火的质量。对于主轴上的支承轴颈、莫氏锥孔、前短圆锥和端面，这些重要且在工作中经常摩擦的表面，为提高其耐磨性均需表面淬火处理，表面淬火安排在精加工前进行，以通过精加工去除淬火过程中产生的氧化皮，修正淬火变形。

4．安排加工顺序的几个问题

1）  深孔加工应安排在调质后进行  钻主轴上的通孔虽然属粗加工工序，但却宜安排在调质后进行。因为主轴经调质后径向变形大，如先加工深孔后调质处理，会使深孔变形，而得不到修正（除非增加工序），安排调质处理后钻深孔，就避免了热处理变形对孔的形状的影响。

2）  外圆表面的加工顺序  对轴上的各阶梯外圆表面，应先加工大直径的外圆，后加工小直径外圆，避免加工初始就降低工件刚度。

3）  铣花键和键槽等次要表面的加工安排在精车外圆之后，否则在精车外圆时产生断续切削，影响车削精度，也易损坏刀具。主轴上的螺纹要求精度高，为保证与之配装的螺母的端面跳动公差，要求螺纹与螺母成对配车，加工后不许将螺母卸下，以避免弄混。所以车螺纹应安排在表面淬火后进行。

4）  数控车削加工  数控机床的柔性好，加工适应性强，适用于中、小批生产。本主轴加工虽然属于大批生产，但是为便于产品的更新换代，提高时生产效率，保证加工精度的稳定性，在主轴工艺过程中的第15序也可采用数控机床加工，在数控加工工序中，自动的车削各阶梯外圆并自动换刀切槽，采用工序集中方式加工，既提高了加工精度，又保证了生产的高效率。由于是自动化加工，排除了人为错误的干扰，确保加工质量的稳定性。取得了良好的经济效益。同时采用数控加工设备为生产的现代化提供了基础。在大批生产时，一些关键工序也可以采用数控机床加工。