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轴加工工艺
第三十讲 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
台职院机电系
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￠24－0.1－0.2mm mm,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
六、典型齿轮加工工艺分析
1．圆柱齿轮加工工艺程的内容和要求
圆柱齿轮的加工工艺程一般应包括以下内容：
齿轮毛坯加工、齿面加工、热处理工艺及齿面的的精加工。
在编制工艺过程中，常因齿轮结构、精度等级、生产批量和生产环境的不同，而采取各种不同的工艺方案。
下图为一直齿圆柱齿轮的简图
下表出了该齿轮机械加工工艺过程。
序号
工序内容及要求
定位基准
设备
1
锻造
2
正火
3
粗车各部，均放余量1.5mm
外圆、端面
转塔车床
4
精车各部，内孔至锥孔塞规刻线外露6～8mm，其余达图样要求
外圆、内孔、端面
C616车床
5
滚齿Fw=0.036mmFi″=0.10mm
fi″=0.022mmFβ=0.011mm
W=
mm，齿面Ra2.5μm
内孔、B端面
Y38滚齿机
6
倒角
内孔、B端面
倒角机
7
插键槽达图样要求
内孔、B端面
插床
8
去毛刺
9
剃齿
内孔、B端面
Y5714
10
热处理，齿部5132
11
磨内锥孔，磨至锥孔塞规小端平
外圆、B端面
M220
12
珩齿达图样要求
内孔、B端面
Y5714
13
终结检验
从中可以看出，编制齿轮加工工艺过程大致可以划分如下几个阶段：
1）齿轮毛坯的形成：
锻件、棒料或铸件；
2）粗加工：
切除较多的余量；
3）半精加工：
车、滚、插齿；
4）热处理：
调质、渗碳淬火、齿面高频感应加热淬火等
5）精加工：
精修基准、精加工齿形
2．齿轮加工工艺过程分析
1）基准的选择
对于齿轮加工基准的选择常因齿轮的结构形状不同而有所差异。
带轴齿轮主要采用顶点孔定位；对于空心轴，则在中心内孔钻出后，用两端孔口的斜面定位；孔径大时则采用锥堵。
顶点定位的精度高，且能作到基准重合和统一。
对带孔齿轮在齿面加工时常采用以下两种定位、夹紧方式。
=1\*GB3 ①以内孔和端面定位这种定位方式是以工件内孔定位，确定定位位置，再以端面作为轴向定位基准，并对着端面夹紧。
这样可使定位基准、设计基准、装配基准和测量基准重合，定位精度高，适合于批量生产。
但对于夹具的制造精度要求较高。
=2\*GB3 ②以外圆和端面定位当工件和加剧心轴的配合间隙较大时，采用千分表校正外圆以确定中心的位置，并以端面进行轴向定位，从另一端面夹紧。
这种定位方式因每个工件都要校正，故生产率低；同时对齿坯的内、外圆同轴要求高，而对夹具精度要求不高，故适用于单件、小批生产。
综上所述，为了减少定位误差，提高齿轮加工精度，在加工时应满足以下要求：
=1\*GB3 ①应选择基准重合、统一的定位方式；
=2\*GB3 ②内孔定位时，配合间隙应近可能减少；
=3\*GB3 ③定位端面与定位孔或外圆应在一次装夹中加工出来，以保证垂直度要求。
2）齿轮毛坯的加工
齿面加工前的齿轮毛坯加工，在整个齿轮加工过程中占有很重要的地位。
因为齿面加工和检测所用的基准必须在此阶段加工出来，同时齿坯加工所占工时的比例较大，无论从提高生产率，还是从保证齿轮的加工质量，都必须重视齿轮毛坯的加工。
在齿轮图样的技术部要求中，如果规定以分度圆选齿厚的减薄量来测定齿侧间隙时，应注意齿顶圆的精度要求，因为齿厚的检测是以齿顶圆为测量基准的。
齿顶圆精度太低，必然使测量出的齿厚无法正确反映出齿侧间隙的大小，所以，在这一加工过程中应注意以下三个问题：
=1\*GB3 ①当以齿顶圆作为测量基准时，应严格控制齿顶圆的尺寸精度；
=2\*GB3 ②保证定位端面和定位孔或外圆间的垂直度；
=3\*GB3 ③提高齿轮内孔的制造精度，减少与夹具心轴的配合间隙；
3）、齿形及齿端加工
齿形加工是齿轮加工的关键，其方案的选择取决于多方面的因素，如设备条件、齿轮精度等级、表面粗糙度、硬度等。
常用的齿形加工方案在上节已有讲解，在此不再叙述。
齿轮的齿端加工有倒圆、倒尖、倒棱和去毛刺等方式。
如下图所示。
齿端加工方式
a）倒圆b）倒尖c）倒棱
经倒圆、倒尖后的齿轮在换档时容易进入啮合状态，减少撞击现象。
倒棱可除去齿端尖角和毛刺。
图9-14是用指状铣刀对齿端进行倒圆的加工示意图。
齿端倒圆
倒圆时，铣刀告诉旋转，并沿圆弧作摆动，加工完一个齿后，工件退离铣刀，经分度再快速向铣刀靠近加工下一个齿的齿端。
齿端加工必须在淬火之前进行，通常都在滚（插）齿之后，剃齿之前安排齿端加工。
4）、轮加工过程中的热处理要求
在齿轮加工工艺过程中，热处理工序的位置安排十分重要，它直接影响齿轮的力学性能及切削加工性。
一般在齿轮加工中进行两种热处理工序，即毛坯热处理和齿形热处理
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