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典型零件加工 4.1轴类零件加工 4.1.1 概述 1.轴类零件的结构特点 轴类零件的功用为支承传动零件（齿轮、皮带轮等）、传递扭矩或运动、承受载荷，并保证装配在轴上的零件（或刀具）具有一定的回转精度。 轴类零件按其结构形状的特点，可分为光轴、阶梯轴、空心轴（如机床主轴）和异形轴（如曲轴、凸轮轴、偏心轴和花键轴等）四大类（如图4.1所示）。轴类零件是回转体零件，其长度远大于其直径。按轴的长度与其直径的比例又可分为刚性轴（L/d≤12）和挠性轴（L/d＞12）两类。轴主要由圆柱面、圆锥面、端面、沟槽、连接圆弧等组成，有时还带有螺纹、键槽、花键和其他表面等。 图4.1 轴的种类 a)光轴 b）空心轴 c）半轴 d）阶梯轴 e）花键轴 f）十字轴 g）偏心轴 h）曲轴 i)凸轮轴 2.轴类零件的技术要求 轴类零件的技术要求是根据轴类零件的功用和工作条件制定的。轴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IT6～9级，精密轴颈可达IT5级。轴颈的几何形状精度（圆度、圆柱度等）将影响与配合件的接触质量。对精度要求较高的外圆表面（如轴颈）常常规定其允差。对一般精度的轴颈，其允差可取轴颈公差的1/2；精密轴颈，其允差取轴颈公差的1/4。轴类零件的相互位置精度主要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0.001～0.005mm，一般精度轴为0.01～0.03mm。此外，还有内外圆柱面的同轴度和轴线定位端面与轴心线的垂直度要求等。 根据零件的表面工作部位的不同，有不同的表面粗糙度要求。一般支承轴颈的表面粗糙度值为Ra0.2～0.8μm，配合轴颈或工作表面的表面粗糙度值为Ra0.8～3.2μm。 根据轴的强度和耐磨性需要，轴的支承轴颈、配合轴颈或工作表面还有热处理（表面淬火、渗碳淬火等）的要求。有些高转速的轴类零件有动平衡试验要求；有些特殊用途的轴类零件须经探伤检查等；一些轴类零件为了提高强度、避免或减少应力集中，在轴肩处还有过渡圆角要求。 3. 轴类零件的材料及毛坯 轴类零件选材时应满足其力学性能（包括材料强度、韧性和耐磨性等），同时，选择合理的热处理方法，使表面达到良好的强度、刚度和表面硬度。 一般轴类零件常选用45钢，通过正火、调质、淬火等不同的热处理工艺，获得一定的强度、韧性和耐磨性。对于中等精度和转速较高的轴，可选用40Cr等合金结构钢，通过调质和表面淬火获得较好的综合力学性能。对于高精度轴，可选用轴承钢GCr15和弹簧钢65Mn等材料，通过调质和表面淬火获得更好的耐磨性和耐疲劳性。 对于高转速和重载荷轴，可选用20CrMnTi、20Cr等低碳钢或38CrMoAl氮化钢。经过渗碳淬火或氮化处理获得高的表面硬度、耐磨性和心部强度。氮化钢的热处理变形很小。 结构复杂的轴类零件（如曲轴等）也可用高强度铸铁和球墨铸铁来制造。常用的铸铁材料有：HT400、QT600、QT450、QT400等。 轴类零件最常用的毛坯是圆棒料和锻件。光轴、直径相差不大的轴一般选用棒料；重要的轴大都采用锻件，以保证金属内部纤维组织的均匀连续分布，获得较高的抗拉、抗弯及抗扭强度；某些大型的或结构复杂的轴可采用铸件毛坯。 应根据生产规模的大小来决定毛坯的锻造方式。单件小批生产，一般宜采用自由锻造；模锻因需要专用的设备、锻模，故适用于成批大量生产。 4.1.2轴类零件的外圆表面加工 4.1.2.1外圆表面的车削加工 1.车削外圆各个加工阶段 外圆表面的车削加工一般可划分为粗车、半精车、精车和精细车等，所达到的经济加工精度和表面粗糙度值见表3.5所示。粗车是粗加工，从毛坯上切去大部分余量，以尽快获得接近于最后的工件形状和尺寸的操作。半精车是为了进一步提高零件的加工精度和改善表面质量。半精车可作为中等精度表面的终加工；也可作为高精度表面在磨削前的预加工。精车既可作为较高精度外圆表面的终加工；又可作为光整加工表面的预加工。精细车是高精度外圆表面的最终加工工序，适用于有色金属零件的加工。 2.细长轴外圆表面的车削 （1）细长轴的车削特点 长度与直径之比大于20（L/D＞20）的轴称为细长轴。其车削特点为：①细长轴刚性差，在切削过程中受切削力的作用极易产生弯曲变形和振动；②在切削热的作用下，产生很大的线膨胀，若两端顶尖固定支承，则会弯曲变形；③加工中连续切削时间长，刀具磨损大，影响加工精度和表面质量。 （2）细长轴的先进车削方法 ①改进工件装夹方式（如图4.2所示），一般采用一夹一顶的方法。同时在工件端部缠绕一圈直径为φ4的钢丝，以减少接触面积，避免夹紧时形成弯曲力矩；②尾座顶尖改为弹性顶尖，避免工件受热弯曲变形；③采用跟刀架，