轴类零件的加工
一、轴类零件的分类、技术要求
轴是机械加工中常见的典型零件之一。它在机械中主要用于支承齿轮、带轮等传动件，以传递扭矩。按结构形式不同，轴可
以分为阶梯轴、光轴、空心轴、曲轴、凸轮轴、偏心轴、各种丝杠等，其中阶梯传动轴应用较广。
根据轴类零件的功用和工作条件，其技术要求主要在以下方面： ? 尺寸精度
轴类零件的主要表面常为两类：一类是与轴承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IT 5—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，常为IT7—IT9。
? 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。 ? 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。 ? 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。支承轴颈常为Ra0.2~1.6?m，传动件配合轴颈为Ra0.4~3.2?m。
二、轴类零件的定位装夹方式 主要有以下三种：
1．采用两中心孔定位装夹
一般以重要的外圆面作为粗基准定位加工出中心孔，再以轴两端的中心孔为定位精基准；尽可能做到基准统一、基准重合、互为基准，并实现一次安装加工多个表面。
2．用外圆表面定位装夹
对于空心轴或短小轴等不可能用中心孔定位的情况，可用轴的外圆面定位、夹紧并传递扭矩。一般采用三爪卡盘、四爪卡盘等通用夹具，或各种高精度的自动定心专用夹具，如弹性夹头等。
3．用各种堵头或拉杆心轴定位装夹
加工空心轴的外圆表面时，常用带中心孔的各种堵头或拉杆心轴来安装工件。小锥孔时常用堵头；大锥孔时常用带堵头的拉
杆心轴，如图：
三、外圆面的加工方案
四、典型加工工艺路线
轴类零件的主要加工表面是外圆表面，也还有常见的特形表面。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
轴类零件的预加工——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直机上进行校直。
图2所示为一蜗杆轴，材料选用 40Cr 钢，生产类型属于小批量生产。
该轴φ 20j6、φ 17k5两外圆表面为支承轴颈，锥体部分是装配离合器的表面，M18×1处装配圆螺母来固定轴承的轴向位
置。根据外形结构其毛坯选用 φ 50mm的圆钢（棒料），在锯床上按240mm长度下料。其加工工艺过程如表1所示：
表1 单件小批生产蜗杆轴加工工艺过程 序号 工序 名称 工序内容 定位基准 1 车削 ①车左端面、钻中心孔 外圆 ②粗车左边各外圆 外圆及中心孔 ③掉头车右端面、钻中心孔 外圆 ④粗车右边各外圆 外圆及中心孔 ⑤粗车蜗杆螺旋部分 外圆及中心孔 2 热处理 调质处理
1
3 ①修研中心孔 两中心孔 ②精车φ 22mm到尺寸，φ17mm 留余量 0.2mm 两中心孔 ③车退刀槽及卡圈槽，倒角 两中心孔 ④掉头精车左侧各外圆到φ26mm、φ20.2mm、φ18mm、φ16mm及两中心孔 φ12mm ⑤车退刀槽，倒角 两中心孔 ⑥精车蜗杆螺旋部分 两中心孔 ⑦精车锥面 两中心孔 ⑧车螺纹 M18×1、M12 两中心孔 热处理 淬火 磨削 ①修研中心孔 两中心孔 ②磨φ 17k5、φ 20j6外圆及锥面到尺寸 两中心孔 磨削 磨蜗杆螺纹到尺寸 两中心孔 （三） 轴类零件的加工 1轴类零件的分类、技术要求
轴是机械加工中常见的典型零件之一。它在机械中主要用于支承齿轮、带轮等传动件，以传递扭矩。按结构形式不同，轴可以分为阶梯轴、光轴、空心轴、曲轴、凸轮轴、偏心轴、各种丝杠等，其中阶梯传动轴应用较广。
根据轴类零件的功用和工作条件，其技术要求主要在以下方面： ⑴ 尺寸精度
轴类零件的主要表面常为两类：一类是与轴承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IT 5~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，常为IT7~IT9。
⑵ 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。 ⑶ 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。 ⑷ 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。支承轴颈常为
配合轴颈为
车削 4 5 6 Ra0.2~1.6?m，传动件
Ra0.4~3.2?m。
2 轴类零件的材料、毛坯及热处理 （1）．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20CrMnTi、20Mn2B、20Cr等低碳合金钢或38CrMoAl氮化钢。
（2）．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。
（3）．热处理
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。 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。 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。 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。 3 轴类零件的定位装夹方式 主要有以下三种： （1）．采用两中心孔定位装夹
一般以重要的外圆面作为粗基准定位加工出中心孔，再以轴两端的中心孔为定位精基准；尽可能做到基准统一、基准重合、互为基准，并实现一次安装加工多个表面。
（2）．用外圆表面定位装夹
对于空心轴或短小轴等不可能用中心孔定位的情况，可用轴的外圆面定位、夹紧并传递扭矩。一般采用三爪卡盘、四爪卡盘等通用夹具，或各种高精度的自动定心专用夹具，如弹性夹头等。
（3）．用各种堵头或拉杆心轴定位装夹
加工空心轴的外圆表面时，常用带中心孔的各种堵头或拉杆心轴来安装工件。小锥孔时常用堵头；大锥孔时常用带堵头的拉杆心轴
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既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的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，以减少重复安装误差。 6、单、多缸机凸轮轴的加工 （1）单缸机凸轮轴
A、对于轴类零件，有尺寸精度要求、几何形状精度要求、相互位置精度要求和表面粗糙度要求。对于尺寸精度指主要表面如轴承结合面、各传动件的配合轴颈。几何形状精度指轴颈表面、外圆锥面等重要表面的圆度、圆柱度。相互位置精度则是内、外表面，重要轴面的同轴度、圆的径向跳动等。
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B、轴类零件的毛坯常用圆棒料和锻件。其中凸轮轴毛坯采用楔橫热轧制的方式。 C、轴类零件的定位装夹方式
方法一、采用两个中心孔定位装夹，以重要的外圆面作为粗基准定位加工中心孔、再以中心孔为精基准加工各外圆面。尽可能做到基准统一、基准重合、互为基准并实现一次安装加工多个表面。
方法二、用外圆面定位装夹，对空心轴和短小轴，可用轴外圆面定位、夹紧并传递扭矩。一般采用三爪卡盘、四抓卡盘或各种高精度的自动定心专用夹具，如弹性夹头。
方法三、各种堵头或拉杆心轴定位装夹，锥堵或锥套心轴应具有精度，尽量减小锥堵安装次数 D、单缸机凸轮轴有三个凸轮，耐磨度、精度要求较高。 E、单缸机凸轮轴机械加工工艺路线：
①铣端面、钻中心孔：采用外圆柱面定位、夹紧、轴向用靠近重心处的轴肩定位；
②车凸轮：在专用液压仿形机床上加工，一端用中心孔定位，一端用定位块，使凸轮在下步工序时方向不变； ③车外圆、清跟：在液压多刀半自动车床加工，定位方式同上，清洗使得齿轮等装配部位在装配是不受影响； ④精车外圆：在数控车床上加工，停顿的目的是断屑、散热； ⑤钻孔（轴向）：外圆柱面。和一轴肩定位； ⑥热处理：先渗碳、缓冷后淬火；
⑦磨削凸轮：用靠模法实现同步、同速、同向旋转，定位方式采用定位块和外圆柱面使用V型块定位； ⑧精磨外圆：采用两个中心孔定位；
⑨铣削键槽：在卧式键槽铣床上铣削加工； ⑩抽样检查：采用磁粉探伤法。 （2）多缸机凸轮轴 A、加工工艺路线：
①铣端面、钻中心孔：V型块支承外圆柱面、夹紧装置和轴肩定位； ②精车外圆、空刀槽、清跟、倒角；
③车端面：以另一端中心孔、端面和外圆柱面定位； ④钻油孔：以两个V型块、顶面定位； ⑤铣油槽：以两个V型块、顶面定位； ⑥钻油孔、攻丝；
⑦铣键槽：使用卧式铣床一次加工两个件， ⑧粗磨外圆；
⑨粗车凸轮：利用键槽保持凸轮加工方向；
⑩精车凸轮：使用液压仿形机床使用靠模法加工； ⑾粗磨凸轮；
⑿热处理：采用高频感应加热表面淬火； ⒀加工螺旋形状齿轮：采用滚齿机加工； ⒁钻孔、去毛刺；
⒂半精磨、精磨凸轮；
⒃磨外圆：精磨时，机床转速先快后慢，从而达到较高表面质量。
小结：由于多缸机的轴向较长，装夹、定位时与单缸机凸轮轴有所不同，一般采用轴向方向两个V型块来提高加工刚度要求。现行凸轮轴的加工工艺存在工序较多的问题，一个工序不能同时完成多个工步，增加装卸工件，换刀等辅助时间，降低了成产效率。可以设计组合机床或采用数控车床的多次加工来减少工序，从而有效的提高生产率。
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