典型轴类零件的加工工艺论文.docx

典型轴类零件的加工工艺论文.docx

《典型轴类零件的加工工艺论文.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《典型轴类零件的加工工艺论文.docx（34页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。

典型轴类零件的加工工艺论文

南昌航空大学

毕业设计（论文）

专业名称数控技术应用

班级08级数控本科班

学生姓名辜世奇

指导教师周贤

系主任龚令根

日期2011年10月1日

至2012年4月16日

二○一二年四月十六日

南昌航空大学

南昌航空大学毕业论文（设计）

诚信声明

本人在此郑重声明：

本人所呈交的大专毕业论文（设计），是在指导老师的指导下，独立进行毕业论文（设计）研究工作所取得的成果，成果各个环节均不存在知识产权争议，毕业论文（设计）不含任何其他个人或集体已经发表过的作品成果，由此而引发的法律后果完全由本人承担。

毕业论文（设计）作者签名：

辜世奇

2012年4月16日

毕业设计（论文）任务书

专业名称数控技术应用

班级08级数控本科班

学生姓名辜世奇

指导教师周贤

系主任龚令根

I、毕业设计（论文）题目：

典型轴类零件的加工

II、毕业设计（论文）摘要（300字以内）

本文主要介绍的是在机床、汽车、拖拉机等制造工业中，轴类零件是另一类

用量很大，且占有相当重要地位的结构件。

轴类零件的主要作用是支承传动

零件并传递动和动力，它们在工作时受多种应力的作用，因此从选材角度看

，材料应有较高的综合机械性能.局部承受摩擦的部位如车床主轴的花键、曲

轴轴颈等处，要求有一定的硬度，以提高其抗磨损能力。

要求以综合机械性能

为主的一类结构零件的选材，还需根据其应力状态和负荷种类考虑材料的淬透

性和抗疲劳性能。

实践证明，受交变应力的轴类零件、连杆螺栓等结构件，其

损环形式不少是由于疲劳裂纹引起的。

通过磨具主轴加工工艺的分析、阐述了

在学校机械加工实习课中如何对典型轴类零件进行工艺分析，从而提高工件质

量、劳动生产率。

Ⅳ、主要参考资料：

[1]庞浩.金属工艺学.浙江:

浙江大学出版社，2009.9

[2]艾兴.肖诗纲主编.切削用量手册.北京：

机械工业出版社,2010.4

[3]夏凤芳.数控机床加工工艺.江西：

高等教育出版社，2008.7

[4]成大先.机械设计基础.北京：

机械工业出版社,2005.6

[5]余英良.数控加工编程与操作.江西:

高等教育出版社，2010.8

[6]杜庚星，主编，《车工技能训练》[M]中国劳动社会保障出版社，2005

[7]姚云英.公差配合与测量技术.北京:

机械工业出版社2010.6

南昌航空大学

毕业设计（论文）

开题报告

题目：

典型轴类零件的加工

系（部）：

机械工程系

专业名称：

数控技术应用

班级：

08级数控本科班

学生姓名：

辜世奇

学号：

01082829

指导教师：

周贤

日期：

2012年4月16日

南昌航空大学

自学考试毕业设计（论文）

题目：

典型轴类零件的加工

系（部）：

机械工程系

专业名称：

数控技术及应用

姓名：

辜世奇

准考证号：

057009400069

班级名称：

08数控自考本科班

提交时间：

年月日

摘要

本文主要介绍的是在机床、汽车、拖拉机等制造工业中，轴类零件是另一类用量很大，且占有相当重要地位的结构件。

轴类零件的主要作用是支承传动零件并传递动和动力，它们在工作时受多种应力的作用，因此从选材角度看，材料应有较高的综合机械性能.局部承受摩擦的部位如车床主轴的花键、曲轴轴颈等处，要求有一定的硬度，以提高其抗磨损能力。

要求以综合机械性能为主的一类结构零件的选材，还需根据其应力状态和负荷种类考虑材料的淬透性和抗疲劳性能。

实践证明，受交变应力的轴类零件、连杆螺栓等结构件，其损环形式不少是由于疲劳裂纹引起的。

通过磨具主轴加工工艺的分析、阐述了在学校机械加工实习课中如何对典型轴类零件进行工艺分析，从而提高工件质量、劳动生产率。

关键词：

零件图的工艺分析；典型轴类零件；零件加工

Abstract

Thispapermainlyintroducestheisinmachinetools,automobile,tractorandothermanufacturingindustries,shaftpartsisanothergreatamount,andoccupiesanimportantpositioninthestructure.Shaftpartsofthemainroleistosupportthetransmissionpartsandtotransfermovementandpower,theyworkbyavarietyofstresses,sofromtheperspectiveofmaterialselection,shouldhavehighercomprehensivemechanicalperformance.Partialunderfrictionpartssuchasthespindleofalathe,splinecrankshaftetc.,requiresacertaindegreeofhardness,inordertoimprovethewearresistanceof.Requirementstothecomprehensivemechanicalpropertiesofaclassconsistingmainlyofstructuralcomponentsofthematerialselection,alsoneedtoaccordingtothestateofstressandloadtypesconsideringmaterialhardenabilityandantifatigueperformance.Practicehasproved,underalternatingstressofshaftparts,theconnectingrodboltandotherpiecesofthestructure,thedamageformmanyisduetofatiguecrackcauses.Throughthegrindingspindlemachiningprocessanalysis,elaboratedintheschoolofmechanicalprocessingpracticelessoninhowtotypicalshaftpartsprocessanalysis,soastoimprovethequalityoftheworkpiece,laborproductivity。

Keywords:

PartsoftheprocessanalysisTypicalshaftpartsPartsprocessing

绪论1

一、轴类零件的功用、结构特点1

1.1轴类零件的毛坯和材料1

二、轴类零件一般加工要求及方法2

2.1轴类零件加工工艺规程注意点2

2.2轴类零件加工的技术要求2

2.3轴类零件的热处理3

2.4典型轴类零件加工工艺改进的方法3

三、轴类零件加工的工艺分析4

3.1轴类零件加工的工艺路线分析4

3.2轴类零件实例加工的工艺分析5

3.3数控加工程序的编制14

结束语21

致谢22

参考文献23

绪论

主要研究轴类零件加工过程，加工工艺注意点及改进的方法，通过总结非标件的加工以及典型半成品轴类零件的加工实例来加以说明。

现在许多制造最终成品的工厂为了提高机器的某些性能或者降低成本，需要找机械加工厂定做的，常常会因为设备、技术或者工艺规程制定的不是很好，加工出来的部件无法满足使用要求，所以需要一次次的总结，改进加工工艺，从而完善产品。

经过总结了生产上出现的问题，写下了这篇论文。

轴类零件是机器中经常遇到的典型零件之一。

它在机械中主要用于支承齿轮、带轮、凸轮以及连杆等传动件，以传递扭矩。

按结构形式不同，轴可以分为阶梯轴、锥度心轴、光轴、空心轴、曲轴、凸轮轴、偏心轴、各种丝杠等。

一、轴类零件的功用、结构特点

轴类零件是机器中经常遇到的典型零件之一。

它在机械中主要用于支承齿轮、带轮、凸轮以及连杆等传动件，以传递扭矩。

按结构形式不同，轴可以分为阶梯轴、锥度心轴、光轴、空心轴、曲轴、凸轮轴、偏心轴、各种丝杠等。

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。

1.1轴类零件的毛坯和材料

1.1.1轴类零件的毛坯

 轴类毛坯 常用圆棒料和锻件；大型轴或结构复杂的轴采用铸件。

毛坯经过加热锻造后，可使金属内部纤维组织沿表面均匀分布，获得较高的抗拉、抗弯及抗扭强度。

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。

1.1.2轴类零件的材料 

轴类零件材料 常用45钢，精度较高的轴可选用40Cr、轴承钢GCr15、弹簧钢65Mn，也可选用球墨铸铁；对高速、重载的轴，选用20Mn2B、20Cr等低碳合金钢或38CrMoAl氮化钢。

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。

二、轴类零件一般加工要求及方法

2.1轴类零件加工工艺规程注意点

在学校机械加工实习课中，轴类零件的加工是学生练习车削技能的最基本也最重要的项目，但学生最后完工工件的质量总是很不理想，经过分析主要是学生对轴类零件的工艺分析工艺规程制订不够合理。

轴类零件中工艺规程的制订，直接关系到工件质量、劳动生产率和经济效益。

一零件可以有几种不同的加工方法，但只有某一种较合理，在制订机械加工工艺规程中，须注意以下几点。

1.零件图工艺分析中，需理解零件结构特点、精度、材质、热处理等技术要求，且要研究产品装配图，部件装配图及验收标准。

2.渗碳件加工工艺路线一般为：

下料→锻造→正火→粗加工→半精加工→渗碳→去碳加工（对不需提高硬度部分）→淬火→车螺纹、钻孔或铣槽→粗磨→低温时效→半精磨→低温时效→精磨。

3.粗基准选择：

有非加工表面，应选非加工表面作为粗基准。

对所有表面都需加工的铸件轴，根据加工余量最小表面找正。

且选择平整光滑表面，让开浇口处。

选牢固可靠表面为粗基准，同时，粗基准不可重复使用。

4.精基准选择：

要符合基准重合原则，尽可能选设计基准或装配基准作为定位基准。

符合基准统一原则。

尽可能在多数工序中用同一个定位基准。

尽可能使定位基准与测量基准重合。

选择精度高、安装稳定可靠表面为精基准。

工艺规程制订得是否合理，直接影响工件的质量、劳动生产率和经济效益。

一个零件可以用几种不同的加工方法制造，但在一定的条件下，只有某一种方法是较合理的。

因此，在制订工艺规程时，必须从实际出发，根据设备条件、生产类型等具体情况，尽量采用先进加工方法，制订出合理的工艺规程。

2.2轴类零件加工的技术要求

1尺寸精度轴类零件的主要表面常为两类，一类是与轴承的内圈配合的外圆轴颈，即支承轴颈，用于确定轴的位置并支承轴，尺寸精度要求较高，通常为IT5～IT7；另一类为与各类传动件配合的轴颈，即配合轴颈，其精度稍低，通常为IT6~IT9。

2几何形状精度主要指轴颈表面、外圆锥面、锥孔等重要表面的圆度、圆柱度。

其误差一般应限制在尺寸公差范围内，对于精密轴，需在零件图上另行规定其几何形状精度。

3相互位置精度包括内、外表面，重要轴面的同轴度、圆的径向跳动、重要端面对轴心线的垂直度、端面间的平行度等。

4表面粗糙度轴的加工表面都有粗糙度的要求，一般根据加工的可能性和经济性来确定。

2.3轴类零件的热处理

1锻造毛坯在加工前，均需安排正火或退火处理，使钢材内部晶粒细化，消除锻造应力，降低材料硬度，改善切削加工性能。

2调质一般安排在粗车之后、半精车之前，以获得良好的物理力学性能。

3表面淬火一般安排在精加工之前，这样可以纠正因淬火引起的局部变形。

4精度要求高的轴，在局部淬火或粗磨之后，还需进行低温时效处理。

2.4典型轴类零件加工工艺改进的方法

对于7级精度、表面粗糙度Ra0.8～0.4μm的一般传动轴，其工艺路线是：

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。

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。

2.4.1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。

2.4.2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。

2.4.3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。

2.4.4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。

三、轴类零件加工的工艺分析

3.1轴类零件加工的工艺路线

（1）基本加工路线

外圆加工的方法很多，基本加工路线可归纳为四条。

①粗车—半精车—精车

对于一般常用材料，这是外圆表面加工采用的最主要的工艺路线。

②粗车—半精车—粗磨—精磨

对于黑色金属材料，精度要求高和表面粗糙度值要求较小、零件需要淬硬时，其后续工序只能用磨削而采用的加工路线。

③粗车—半精车—精车—金刚石车

对于有色金属，用磨削加工通常不易得到所要求的表面粗糙度，因为有色金属一般比较软，容易堵塞沙粒间的空隙，因此其最终工序多用精车和金刚石车。

④粗车—半精—粗磨—精磨—光整加工

对于黑色金属材料的淬硬零件，精度要求高和表面粗糙度值要求很小，常用此加工路线。

（2）典型加工工艺路线

轴类零件的主要加工表面是外圆表面，也还有常见的特特形表面，因此针对各种精度等级和表面粗糙度要求，按经济精度选择加工方法。

对普通精度的轴类零件加工，其典型的工艺路线如下：

毛坯及其热处理—预加工—车削外圆—铣键槽—（花键槽、沟槽）—热处理—磨削—终检。

（3）轴类零件的预加工

 轴类零件的预加工是指加工的准备工序，即车削外圆之前的工艺。

校直毛坯在制造、运输和保管过程中，常会发生弯曲变形，为保证加工余量的均匀及装夹可靠，一般冷态下在各种压力机或校值机上进行校值，

（4）轴类零件加工的定位基准和装夹

①以工件的中心孔定位在轴的加工中，零件各外圆表面，锥孔、螺纹表面的同轴度，端面对旋转轴线的垂直度是其相互位置精度的主要项目，这些表面的设计基准一般都是轴的中心线，若用两中心孔定位，符合基准重合的原则。

中心孔不仅是车削时的定为基准，也是其它加工工序的定位基准和检验基准，又符合基准统一原则。

当采用两中心孔定位时，还能够最大限度地在一次装夹中加工出多个外圆和端面。

②以外圆和中心孔作为定位基准（一夹一顶）用两中心孔定位虽然定心精度高，但刚性差，尤其是加工较重的工件时不够稳固，切削用量也不能太大。

粗加工时，为了提高零件的刚度，可采用轴的外圆表面和一中心孔作为定位基准来加工。

这种定位方法能承受较大的切削力矩，是轴类零件最常见的一种定位方法。

③以两外圆表面作为定位基准在加工空心轴的内孔时，（例如：

机床上莫氏锥度的内孔加工），不能采用中心孔作为定位基准，可用轴的两外圆表面作为定位基准。

当工件是机床主轴时，常以两支撑轴颈（装配基准）为定位基准，可保证锥孔相对支撑轴颈的同轴度要求，消除基准不重合而引起的误差。

④以带有中心孔的锥堵作为定位基准在加工空心轴的外圆表面时，往往还采用代中心孔的锥堵或锥套心轴作为定位基准，见图3.1所示。

锥堵或锥套心轴应具有较高的精度，锥堵和锥套心轴上的中心孔即是其本身制造的定位基准，又是空心轴外圆精加工的基准。

因此必须保证锥堵或锥套心轴上锥面与中心孔有较高的同轴度。

在装夹中应尽量减少锥堵的安装次数，减少重复安装误差。

实际生产中，锥堵安装后，中途加工一般不得拆下和更换，直至加工完毕。

图3.1锥堵和锥套心轴

a）锥堵b）锥套心轴

3.2轴类零件实例加工的工艺分析

a.零件的结构工艺性分析

如图所示：

3.2

图3.2

由图我们可知，本零件上由圆柱面、内孔、内圆锥面、圆弧面、沟槽、和螺纹等部分组成。

零件车削加工成形轮廓的结构形状较复杂、需两头加工，零件的加工精度和表面质量要求都很高该零件重要的径向加工部位有

mm圆柱段（表面粗糙度Rɑ=1.6µm）、

圆柱段（表面粗糙度Rɑ=1.6µm）、R6mm圆弧与R20mm圆弧相切过渡区、

的内孔（表面粗糙度Rɑ=1.6µm）、长径比为1：

2的内锥（小端直径为

、M20x2-6g三角形外螺纹，其余表面粗糙度均为Rɑ=3.2µm）。

零件符合数控加工尺寸标注要求，轮廓描述清楚完整，零件材料为45钢，毛胚为ф50mm*130mm

b.零件技术要求分析

小批量生产条件编程，不准用砂布和锉刀修饰平面，这是对平面高精度的要求，未注公差尺寸按GB1804-M，热处理，调质处理，HRC25-35，未注粗糙度部分光洁度按Ra6.3，毛胚尺寸ф50mmx130mm。

①加工难点及处理方案：

分析图纸可知，此零件对平面度的要求高，左端更有内轮廓加工，为提高零件质量，采用以下加工方案：

a.对图样上给定的几个精度要求较高的尺寸，编程时采用中间值。

b.在轮廓曲线上，有一处既过象限又改变进给方向的轮廓曲线，因此在加工时应进行机械间隙补偿，以保证轮廓曲线的准确性。

c.零图纸中含有圆柱度，为保证其形位公差，应尽量一次装夹完成左端面的加工以保证其数值。

d.本设计图纸中的各平面和外轮廓表面的粗糙度要求可采用粗加工---精加工加工方案，并且在精加工的时候将进给量调小些，主轴转速提高。

e.螺纹加工时，为保证其精度，在精车时选择改程序的方法，将螺纹的大径值减小0.18-0.2mm，加工螺纹时利用螺纹千分尺或螺纹环规保证精度要求。

选择以上措施可保证尺寸、形状、精度和表面粗糙度

c.零件毛坯、材料的分析

①.材料的分析

该轴零件加工中，刀具与工件之间的切削力较大。

工件材料的可切削性能。

强度、硬度、塑性、提供冷切削加工、机械性能都跟工件的材料有关。

所以选择45钢为该轴类零件的材料。

45钢的化学成分中含C0.42%～0.50%，Si0.17%～0.37%，Mn0.50～0.80%，P≤0.035%，S≤0.035%，Cr≤0.25%，N≤0.25%,Cu≤0.25%.45钢在进行冷加工时硬度要求，热轧钢，压痕直径不小于3.9，布氏硬度不小于241HB，退火钢压痕直径不小于4.4，布氏硬度不小于187HB，45钢的机械性能：

δs≥335Mpa，δb≥600Mpa，∮≥40％，Ak≥47J。

45钢相对切削性硬质合金刀具1.0，高速钢刀具1.0，45钢经济合理对加工刀具的要求也合理，45钢用途广泛，主要是用来制造汽轮机、压缩机，泵的运动零件制造齿轮、轴活塞销等零件。

根据以上数据适合该轴的加工。

②.毛坯的分析

轴类零件的毛坯有棒料、锻件和铸件三种。

锻件：

适用与零件强度较高,形状较简单的零件。

尺寸大的零件因受设备限制，故一般用自由锻；中、小型零件可选模锻；形状复杂的刚质零件不宜用自由锻。

铸件：

适用于形状复杂的毛坯。

钢质零件的锻造毛坯，其力学性能高于钢质棒料和铸钢件。

根据该轴零件的结构形状和外轮廓尺寸，所以采用锻件。

本零件的毛坯宜采用锻件，由棒料锯割，模锻毛坯至Φ40X425mm,使钢材经过锻压，获得均匀的纤维组织，提高其力学性能，同时也提高零件与毛坯的比重，减少材料消耗

d.零件设备的选择

数控车床能对轴类或盘类等回转体零件自动地完成内外圆柱面、圆锥表面、圆弧面等工序的切削加工，并能进行切槽、钻、扩等的工作。

根据零件的工艺要求，可以选择经济型数控车床，一般采用步进电动机形式半闭环伺服系统。

此类车床机构简单，价格相对较低，这类车床设置三爪自定心卡盘、普通尾座或数控液压尾座，适合车削较长的轴类零件。

根据主轴的配置的要求选择卧式数控车床。

数控车床具有加工精度高，能做直线和圆弧插补，数控车床刚性良好，制造和对刀精度高，能方便和精确地进行人工补偿和自动补偿，能够加工尺寸精度要求较高的零件。

能加工轮廓形状特别复杂的表面和尺寸难于控制的回转体，而且能比较方便的车削锥面和内外圆柱面螺纹，能够保持加工精度，提高生产效率。

所以对加工时非常有利的。

e.确定工件的定位与夹具方案

①．确定装夹方案

在数控车床上工件定位安装的基本原则与普通机床相同。

工件的装夹方法影响工件的加工精度和效率，为了充分发挥数控机床的工作特点，在装夹工件时，应考虑以下几种因素：

a.尽可能采用通用夹具，必须时才设计制造专用夹具；

b.结构设计要满足精度要求；

c.易于定位和装夹；

d.易于切削的清理；

e.抵抗切削力由足够的刚度；

使用三爪自定心卡盘夹持零件的毛坯外圆，确定零件伸出合适的长度（应将机床的限位距离考虑进去）。

零件需要加工两端，因此需要考虑两次装夹的位置，考虑到左端的Φ38mmx35mm的台阶可以用来装夹，因此先加工左端，然后调头夹住Φ38mmx35mm的台阶加工右端。

2.定位基准

工件的定位与基准应与设计基准保持一致，应防止过定位，对与箱体工件最好选择“一面两销”作为定位基准，定位基准在数控机床上要仔细找正。

由于这个工件是个实心轴，末端要镗一个30的锥孔