轴类零件加工工艺.docx
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轴类零件加工工艺
传动轴机械加工工艺实例
轴类零件是常见的典型零件之一。
按轴类零件结构形式不同，一般可分为光轴、阶梯轴和异形轴三类；或分为实心轴、空心轴等。
它们在机器中用来支承齿轮、带轮等传动零件，以传递转矩或运动。
台阶轴的加工工艺较为典型，反映了轴类零件加工的大部分内容与基本规律。
下面就以减速箱中的传动轴为例，介绍一般台阶轴的加工工艺。
1．零件图样分析
图A-1 传动轴
图A-1所示零件是减速器中的传动轴。
它属于台阶轴类零件，由圆柱面、轴肩、螺纹、螺尾退刀槽、砂轮越程槽和键槽等组成。
轴肩一般用来确定安装在轴上零件的轴向位置，各环槽的作用是使零件装配时有一个正确的位置，并使加工中磨削外圆或车螺纹时退刀方便；键槽用于安装键，以传递转矩；螺纹用于安装各种锁紧螺母和调整螺母。
根据工作性能与条件，该传动轴图样（图A-1）规定了主要轴颈M，N，外圆P、Q以及轴肩G、H、I有较高的尺寸、位置精度和较小的表面粗糙度值，并有热处理要求。
这些技术要求必须在加工中给予保证。
因此，该传动轴的关键工序是轴颈M、N和外圆P、Q的加工。
2．确定毛坯
该传动轴材料为45钢，因其属于一般传动轴，故选45钢可满足其要求。
本例传动轴属于中、小传动轴，并且各外圆直径尺寸相差不大，故选择￠60mm的热轧圆钢作毛坯。
3．确定主要表面的加工方法
传动轴大都是回转表面，主要采用车削与外圆磨削成形。
由于该传动轴的主要表面M、N、P、Q的公差等级（IT6）较高，表面粗糙度Ra值（Ra=0.8um）较小，故车削后还需磨削。
外圆表面的加工方案（参考表A-3）可为：
粗车→半精车→磨削。
4．确定定位基准
合理地选择定位基准，对于保证零件的尺寸和位置精度有着决定性的作用。
由于该传动轴的几个主要配合表面（Q、P、N、M）及轴肩面（H、G）对基准轴线A-B均有径向圆跳动和端面圆跳动的要求，它又是实心轴，所以应选择两端中心孔为基准，采用双顶尖装夹方法，以保证零件的技术要求。
粗基准采用热轧圆钢的毛坯外圆。
中心孔加工采用三爪自定心卡盘装夹热轧圆钢的毛坯外圆，车端面、钻中心孔。
但必须注意，一般不能用毛坯外圆装夹两次钻两端中心孔，而应该以毛坯外圆作粗基准，先加工一个端面，钻中心孔，车出一端外圆；然后以已车过的外圆作基准，用三爪自定心卡盘装夹（有时在上工步已车外圆处搭中心架），车另一端面，钻中心孔。
如此加工中心孔，才能保证两中心孔同轴。
5．划分阶段
对精度要求较高的零件，其粗、精加工应分开，以保证零件的质量。
该传动轴加工划分为三个阶段：
粗车（粗车外圆、钻中心孔等），半精车（半精车各处外圆、台阶和修研中心孔及次要表面等），粗、精磨（粗、精磨各处外圆）。
各阶段划分大致以热处理为界。
6．热处理工序安排
轴的热处理要根据其材料和使用要求确定。
对于传动轴，正火、调质和表面淬火用得较多。
该轴要求调质处理，并安排在粗车各外圆之后，半精车各外圆之前。
综合上述分析，传动轴的工艺路线如下：
下料→车两端面，钻中心孔→粗车各外圆→调质→修研中心孔→半精车各外圆，车槽，倒角→车螺纹→划键槽加工线→铣键槽→修研中心孔→磨削→检验。
7．加工尺寸和切削用量
传动轴磨削余量可取0.5mm，半精车余量可选用1.5mm。
加工尺寸可由此而定，见该轴加工工艺卡的工序内容。
车削用量的选择，单件、小批量生产时，可根据加工情况由工人确定；一般可由《机械加工工艺手册》或《切削用量手册》中选取。
8．拟定工艺过程
定位精基准面中心孔应在粗加工之前加工，在调质之后和磨削之前各需安排一次修研中心孔的工序。
调质之后修研中心孔为消除中心孔的热处理变形和氧化皮，磨削之前修研中心孔是为提高定位精基准面的精度和减小锥面的表面粗糙度值。
拟定传动轴的工艺过程时，在考虑主要表面加工的同时，还要考虑次要表面的加工。
在半精加工￠52mm、￠44mm及M24mm外圆时，应车到图样规定的尺寸，同时加工出各退刀槽、倒角和螺纹；三个键槽应在半精车后以及磨削之前铣削加工出来，这样可保证铣键槽时有较精确的定位基准，又可避免在精磨后铣键槽时破坏已精加工的外圆表面。
在拟定工艺过程时，应考虑检验工序的安排、检查项目及检验方法的确定。
综上所述，所确定的该传动轴加工工艺过程见表A-1。
表A-1 传动轴机械加工工艺卡
机械加工工艺卡
产品名称
图 号
零件名称
传动轴
共1页
第1页
毛坯种类
圆钢
材料牌号
45钢
毛坯尺寸
￠60mm×265mm
序号
工种
工步
工序内容
设备
工 具
夹具
刃具
量具
1
下料
￠60mm×265mm
2
车
三爪自定心卡盘夹持工件毛坯外圆
车床
1
车端面见平
C6140
2
钻中心孔
中心钻
￠2mm
用尾座顶尖顶住中心孔
3
粗车￠46mm外圆至￠48mm，长118mm
4
粗车￠35mm外圆至￠37mm，长66mm
5
粗车M24mm外圆至￠26mm，长14mm
调头，三爪自定心卡盘夹持￠48mm处
（￠44mm外圆）
6
车另一端面，保证总长250mm
7
钻中心孔
用尾座顶尖顶住中心孔
8
粗车￠52mm外圆至￠54mm
A
粗车￠35mm外圆至￠37mm，长A3mm
10
粗车￠30mm外圆至￠32mm，长36mm
11
粗车M24mm外圆至￠26mm，长16mm
12
检验
3
热
调质处理220～240HBS
4
钳
修研两端中心孔
车床
5
车
双顶尖装夹
车床
1
半精车￠46mm外圆至￠46.5mm，长120mm
2
半精车￠35mm外圆至￠35.5mm，长68mm
3
半精车M24mm外圆至￠24－0.1－0.2mm，长16mm
4
半精车2～3mm×0.5mm环槽
5
半精车3mm×l.5mm环槽
6
倒外角1mm×45°,3处
调头，双顶尖装夹
7
半精车￠35mm外圆至￠35.5mm,长A5mm
8
半精车￠30mm外圆至￠35.5mm长38mm
9
半精M24mm外圆至￠24－0.1－0.2mmmm,长18mm
10
半精车￠44mm至尺寸，长4mm
11
车2～3mm×0.5mm环槽
12
车3mm×l.5mm环槽
13
倒外角lmm×45°,4处
14
检验
6
车
双顶尖装夹
1
车M24mm×l.5mm～6g至尺寸
车床
调头，双顶尖装夹
2
车M24mm×1.5mm～6g至尺寸
3
检验
7
钳
划两个键槽及一个止动垫圈槽加工线
8
铣
用V形虎钳装夹，按线找正
1
铣键槽12mm×36mm，保证尺寸41～41.25mm
立铣
2
铣键槽8mm×l6mm，保证尺寸26～26.25mm
3
铣止动垫圈槽6mm×l6mm，保证20.5mm至尺寸
4
检验
9
钳
修研两端中心孔
车床
10
磨
1
磨外圆￠35±0.008mm至尺寸
外圆磨床
2
磨轴肩面I
3
磨外圆￠30±0.0065mm至尺寸
4
磨轴肩面H
调头，双顶尖装夹
5
磨外圆P至尺寸
6
磨轴肩面G
7
磨外圆N至尺寸
8
磨轴肩面F
9
检验
9．传动轴机械加工工艺过程工序简图
为了表达清楚各工序的内容及要求，其传动轴加工工艺过程的工序简图见表A-2。
表A-2 传动轴加工工序简图
轴类零件的加工工艺
一、轴类零件的功用、结构特点及技术要求
轴类零件是机器中经常遇到的典型零件之一。
它主要用来支承传动零部件，传递扭矩和承受载荷。
轴类零件是旋转体零件，其长度大于直径，一般由同心轴的外圆柱面、圆锥面、内孔和螺纹及相应的端面所组成。
根据结构形状的不同，轴类零件可分为光轴、阶梯轴、空心轴和曲轴等。
轴的长径比小于5的称为短轴，大于20的称为细长轴，大多数轴介于两者之间。
轴用轴承支承，与轴承配合的轴段称为轴颈。
轴颈是轴的装配基准，它们的精度和表面质量一般要求较高，其技术要求一般根据轴的主要功用和工作条件制定，通常有以下几项：
（一）尺寸精度
起支承作用的轴颈为了确定轴的位置，通常对其尺寸精度要求较高（IT5～IT7）。
装配传动件的轴颈尺寸精度一般要求较低（IT6～IT9）。
（二）几何形状精度
轴类零件的几何形状精度主要是指轴颈、外锥面、莫氏锥孔等的圆度、圆柱度等，一般应将其公差限制在尺寸公差范围内。
对精度要求较高的内外圆表面，应在图纸上标注其允许偏差。
（三）相互位置精度
轴类零件的位置精度要求主要是由轴在机械中的位置和功用决定的。
通常应保证装配传动件的轴颈对支承轴颈的同轴度要求，否则会影响传动件（齿轮等）的传动精度，并产生噪声。
普通精度的轴，其配合轴段对支承轴颈的径向跳动一般为0.01～ 0.03mm ，高精度轴（如主轴）通常为0.001～ 0.005mm 。
（四）表面粗糙度
一般与传动件相配合的轴径表面粗糙度为Ra2.5～0.63μm，与轴承相配合的支承轴径的表面粗糙度为Ra0.63～0.16μm。
二、轴类零件的毛坯和材料
（一）轴类零件的毛坯
轴类零件可根据使用要求、生产类型、设备条件及结构，选用棒料、锻件等毛坯形式。
对于外圆直径相差不大的轴，一般以棒料为主；而对于外圆直径相差大的阶梯轴或重要的轴，常选用锻件，这样既节约材料又减少机械加工的工作量，还可改善机械性能。
根据生产规模的不同，毛坯的锻造方式有自由锻和模锻两种。
中小批生产多采用自由锻，大批大量生产时采用模锻。
（二）轴类零件的材料
轴类零件应根据不同的工作条件和使用要求选用不同的材料并采用不同的热处理规范（如调质、正火、淬火等），以获得一定的强度、韧性和耐磨性。
45钢是轴类零件的常用材料，它价格便宜经过调质（或正火）后，可得到较好的切削性能，而且能获得较高的强度和韧性等综合机械性能，淬火后表面硬度可达45～52HRC。
40Cr等合金结构钢适用于中等精度而转速较高的轴类零件，这类钢经调质和淬火后，具有较好的综合机械性能。
轴承钢GCr15和弹簧钢65Mn，经调质和表面高频淬火后，表面硬度可达50～58HRC，并具有较高的耐疲劳性能和较好的耐磨性能，可制造较高精度的轴。
精密机床的主轴（例如磨床砂轮轴、坐标镗床主轴）可选用38CrMoAIA氮化钢。
这种钢经调质和表面氮化后，不仅能获得很高的表面硬度，而且能保持较软的芯部，因此耐冲击韧性好。
与渗碳淬火钢比较，它有热处理变形很小，硬度更高的特性。
三、轴类零件典型工艺路线
对于7级精度、表面粗糙度Ra0.8～0.4μm的一般传动轴，其典型工艺路线是：
正火－车端面钻中心孔－粗车各表面－精车各表面－铣花键、键槽－热处理－修研中心孔－粗磨外圆－精磨外圆－检验。
轴类零件一般采用中心孔作为定位基准，以实现基准统一的方案。
在单件小批生产中钻中心孔工序常在普通车床上进行。
在大批量生产中常在铣端面钻中心孔专用机床上进行。
中心孔是轴类零件加工全过程中使用的定位基准，其质量对加工精度有着重大影响。
所以必须安排修研中心孔工序。
修研中心孔一般在车床上用金刚石或硬质合金顶尖加压进行。
对于空心轴（如机床主轴），为了能使用顶尖孔定位，一般均采用带顶尖孔的锥套心轴或锥堵。
若外圆和锥孔需反复多次、互为基准进行加工，则在重装锥堵或心轴时，必须按外圆找正或重新修磨中心孔。
轴上的花键、键槽等次要表面的加工，一般安排在外圆精车之后，磨削之前进行。
因为如果在精车之前就铣出键槽，在精车时由于断续切削而易产生振动，影响加工质量，又容易损坏刀具，也难以控制键槽的尺寸。
但也不应安排在外圆精磨之后进行，以免破坏外圆表面的加工精度和表面质量。
在轴类零件的加工过程中，应当安排必要的热处理工序，以保证其机械性能和加工精度，并改善工件的切削加工性。
一般毛坯锻造后安排正火工序，而调质则安排在粗加工后进行，以便消除粗加工后产生的应力及获得良好的综合机械性能。
淬火工序则安排在磨削工序之前。
四、细长轴加工工艺特点
由于细长轴刚性很差，在加工中极易变形，对加工精度和加工质量影响很大。
为此，生产中常采用下列措施予以解决。
（一） 改进工件的装夹方法
粗加工时，由于切削余量大，工件受的切削力也大，一般采用卡顶法，尾座顶尖采用弹性顶尖，可以使工件在轴向自由伸长。
但是，由于顶尖弹性的限制，轴向伸长量也受到限制，因而顶紧力不是很大。
在高速、大用量切削时，有使工件脱离顶尖的危险。
采用卡拉法可避免这种现象的产生。
精车时，采用双顶尖法（此时尾座应采用弹性顶尖）有利于提高精度，其关键是提高中心孔精度。
（二）采用跟刀架
跟刀架是车削细长轴极其重要的附件。
采用跟刀架能抵消加工时径向切削分力的影响，从而减少切削振动和工件变形，但必须注意仔细调整，使跟刀架的中心与机床顶尖中心保持一致。
（三）采用反向进给
车削细长轴时，常使车刀向尾座方向作进给运动（此时应安装卡拉工具），这样刀具施加于工件上的进给力方向朝向尾座，因而有使工件产生轴向伸长的趋势，而卡拉工具大大减少了由于工件伸长造成的弯曲变形。
（四）采用车削细长轴的车刀
车削细长轴的车刀一般前角和主偏角较大，以使切削轻快，减小径向振动和弯曲变形。
粗加工用车刀在前刀面上开有断屑槽，使断屑容易。
精车用刀常有一定的负刃倾角，使切屑流向待加工面。
项目教学实施因素分析
师资
师资培训方面：
校外培训加校内培训（集中培训，试上课帮带，独立上课）
项目教学对教师的要求较高，尤其是对专业课教师与实习教师的要求很高，他必须具备完成一个项目所涉及到的各专业理论和技能，同时能发现适合培养目标，用于项目教学，能涵盖该项目的全部或大部分教学目标所规定的内容，还需在备课时精心准备，以应对学生提出的各种问题，促使“项目”在实施过程中顺利进行。
因此，师资建设，是保证项目教学有效实施的关键。
项目教学实施的好坏，关键在于能否培养好一支双师型师资队伍：
首先是加快培训步伐。
学校要制定专业课教师培养中长期规划。
可以通过送专业骨干教师外出考察培训、与知名职校建立友好互助关系，组织骨干教师学习取经、分期分批，尤其是在寒暑假，派专业课与实习课教师到当地大中企业体验锻炼，了解企业发展新情况、新改革、新技术等方式来提高教师的业务能力。
其次是聘请专家讲座。
学校为提高教师素质，要有计划地聘请各地专家来校开设专题讲座，使教师及时了解教育教学研究的最新成果，并联系教学实际，运用于教学之中。
第三为教师创设良好的工作环境。
课程
学校围绕专业开设课程，注重能力本位，全面开展项目教学改革和学科课程改革，以培养学生的职业能力为导向，按照“公共课程+核心课程+项目项目教学”的课程模式，形成在“做中教、做中学，学中做、教学做三体合一”的职业教育教学特色。
公共基础课较为独立，但也要结合专业课基础课教案学。
数学课中要多讲什么内容（参考书）；英语课要结合数控行业实际，融入数控专业英语；语文课要侧重于应用文写作，体现实用性；政治课要侧重于职业道德，岗位要求等，融入安全教育。
同时我校还开设KAB课程及礼仪课程，企业更关注素质及文明礼仪。
核心课程与要项目充分衔接。
CAD要分数车与数铣加工中心部分进行，
项目的界定：
要求学生感兴趣，但不能脱离教学实际（展示我校加工设计的项目产品）
实训的最基本目的：
难理论内容的正确性及可操作性；提高运用知识的熟练程度，积累技巧，增强动手能力。
最后还要学会创新，不断改进工艺。
实训课的安排：
把实训内容融入到平时的教学过程中，连续几节，安排晚技能实训及周末技能实训增加课时。
在实践教学中实施项目教学，首先遇到的最棘手的问题是课程设置。
因项目教学打破了传统的教学模式，改变了传统的课程设置。
它需紧紧围绕“项目”来重新设置课程，所有文化基础课、专业基础课的授课内容要以“项目”为中心重新安排。
凡与该“项目”有关的必授知识则讲，凡与该“项目”无关的内容则不讲。
因此各文化课、专业基础课教师必须打破原来的授课计划，重新围绕“项目”来备课、讲课。
这需要学校在课程设置上原则压缩文化基础课，增加专业基础课特别是专业实训课课时。
大胆改编或新编教材，加快校本课程开发。
总体要求是改革传统教材中繁、难、深及不适合时代发展要求的内容，增加针对性、科学性、时代性、趣味性等方面的内容，注重理论联系实践，强调有利学生关键能力的培养。
在具体的实践中，相关教师要根据授课内容选用具体的项目，再结合学生实际合理组织教学内容。
在项目教学的实施中，教师围绕项目而编制的课程计划与讲稿，为学生提供切实可行的项目实施方案。
教材
几个问题
考证及竞赛关系及处理措施：
引导以赛促教
如何采用制度进行保障实施：
技能抽测，技能比武（师、生）
学校在在招生、就业、教学、管理方面取得了成绩，证明有效。
围绕项目教学，重构评价机制
为调动师生开展项目教学的积极性，提高项目教学质量，必须改革传统考核办法，构建以“能力为中心”的考核机制，主要以“项目教学”为考核重点，重构有利于师生发展的评价机制。
第一，建立有利于课堂教学改革的评价机制
围绕项目教学，建立合理的《课堂教学评价表》，将教师在整个项目教学过程中的表现分为教学理念、教学目标、教学内容、教学方法、教学效果、教师素养等方面。
重点突出问题设计的启发性、教学过程的民主性、学生活动的广泛性、协作性、教师引导的科学合理性等方面进行评价，采用自评、互评、学生评、学校评等方式。
第二，建立有利于学生自主发展的评价机制
结合项目教学，我们提出了让学生“学会合作，学会学习、学会创新”的教学目标，并要求学生在项目教学技能培训中积极主动参与，乐于合作探究，勤于动脑动手，制定了两个考核办法，即《学生品行考核评价办法》与《学生项目学习考核评价办法》。
前者从学生思想品德、纪律、日常行为等方面对学生思想品德进行全面评价，形成指导性评价意见。
后者从学习成绩、学习态度、学习习惯、学习过程、学习方法、学习心理、团队精神、实践能力、创新能力等方面进行评价。
在具体的评价中，将分层评与教师评、学生评、师生互评、学校评、社会评等方面有机结合，努力促进师生和谐发展。
其他措施还有：
降低教学难度，注意循序渐进；重视项目个体与整体的联系贯穿；注重师德、态度对学生的影响等等。
此外，挖掘学生学习潜能，尊重学生个性和人格，培养学生技能训练的自信心，提高学生心理素质，开启学生创造力等都是提高学生技能训练能力的有效途径。
通过实施与运用“项目教学”最主要的是提高了学生的职业能力，通过在一套比较完善的管理体制下，学生的主动性大大提高，在制定了生产任务制与生产质量的前提下，使各个学生对自己能否完成指定的任务充满了期待，也使学生关注着每个任务的完成时间与完成质量。
在提升学生技术能力的同时，又兼顾了个别能力更强学生的发展空间，可以更好更早地让学生接触到工作的环境与工作中遇到的问题，并运用已有的能力共同解决它，为学生提供在“做”中“学”的学习机会，对职业学校学生的培训来说很有针对性，为以后更快更好地适应就业岗位打下良好的基础。
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