国家中等职业教育改革发展示范学校 校本教材 典型轴类零件加工工艺分析 主编：赵成志 国家中等职业教育改革发展示范学校 校本教材
引 言 《典型轴类零件加工工艺设计》是为了满足我校职业教育改 革，适应市场对新型技能人才的需要编写而成的。教材以 科学发展观为指导，以服务为宗旨，以就业为导向，以能 力为本位，以岗位需要和职业标准为依据，体现职业和职 业教育发展趋势，满足学生职业生涯发展和适应社会经济 发展的需要。
LOREM 引 言 应社会经济发展的需要。 《典型轴类零件加工工艺设计》是为了满足我校职业教育改革，适应市 引 言 《典型轴类零件加工工艺设计》是为了满足我校职业教育改革，适应市 应社会经济发展的需要。 场对新型技能人才的需要编写而成的。教材以科学发展观为指导，以 为依据，体现职业和职业教育发展趋势，满足学生职业生涯发展和适 服务为宗旨，以就业为导向，以能力为本位，以岗位需要和职业标准
国家经济的飞速发展离不开机械工业的支持，特别是在我 国，国家经济的腾飞在很大程度上取决于机械工业。机械 工业在国家经济中占据了主导地位，承担着为国民经济各 部门、各行业提供技术装备和生产工具的任务，对经济的 发展有一定的推动作用，并越来越受到人们的重视。其中， 轴是机械加工中的重要零件之一，合理的设计轴的结构， 有利于轴的使用和维修，可以保证轴的使用效率和寿命。
例如，轴上零件的定位和固定就是为了保证传动轴上有准 确的安装位置和保证轴上的零件在运转中保持原位不变。 总之，在使用中要根据使用性能和要求合理的对轴进行设 计和制造。正确的使用加工工艺的基本知识、基本理论以 及工件的定位和夹紧等科学地设计加工工艺，充分发挥机 床的特点，保证优质高效的工作；通过典型轴类零件机械 加工工艺规程制订的分析，能够掌握机械加工工艺规程制 订的原则和方法，能制订给定零件的机械加工工艺规程。
第一章 轴类零件加工 §1 —1 轴类零件加工工艺规程的制订原则与步骤 一、轴类零件加工加工工艺规程的制订原则 §1 —1 轴类零件加工工艺规程的制订原则与步骤 一、轴类零件加工加工工艺规程的制订原则 机械加工工艺规程的制订原则是优质、高产、低成本，即在保 证产品质量前提下，能尽量提高劳动生产率和降低成本。在 制订工艺规程时应注意以下问题： 1．技术上的先进性 在制订机械加工工艺规程时，应在充分利用本企业现有生产条 件的基础上，尽可能采用国内、外先进工艺技术和经验，并 保证良好的劳动条件。 第一章 轴类零件加工
2．经济上的合理性 在规定的生产纲领和生产批量下，可能会出现几种能保证 零件技术要求的工艺方案，此时应通过核算或相互对比， 一般要求工艺成本最低。充分利用现有生产条件，少花钱、 多办事。 3．有良好的劳动条件 在制订工艺方案上要注意采取机械化或自动化的措施，尽 量减轻工人的劳动强度，保障生产安全、创造良好、文明 的劳动条件。
由于工艺规程是直接指导生产和操作的重要技术文件，所 以工艺规程还应正确、完整、统一和清晰。所用术语、符 号、计量单位、编号都要符合相应标准。必须可靠地保证 零件图上技术要求的实现。在制订机械加工工艺规程时， 如果发现零件图某一技术要求规定得不适当，只能向有关 部门提出建议，不得擅自修改零件图或不按零件图去做。
二、制订机械加工工艺规程的内容和步骤 1、计算零件年生产纲领，确定生产类型 2、对零件进行工艺分析 在对零件的加工工艺规程进行制订之前，应首先对零件进 行工艺分析。其主要内容包括： （1)分析零件的作用及零件图上的技术要求。 (2)分析零件主要加工表面的尺寸、形状及位置精度、表面 粗糙度以及设计基准等； (3)分析零件的材质、热处理及机械加工的工艺性。
3、确定毛坯 毛坯的种类和质量对零件加工质量、生产率、材料消耗以及 加工成本都有密切关系。毛坯的选择应以生产批量的大小、 零件的复杂程度、加工表面及非加工表面的技术要求等几 方面综合考虑。正确选择毛坯的制造方式，可以使整个工 艺过程更加经济合理，故应慎重对待。在通常情况下，主 要应以生产类型来决定。
4、制订零件的机械加工工艺路线 (1)确定各表面的加工方法。在了解各种加工方法特点和掌握其加 工经济精度和表面粗糙度的基础上，选择保证加工质量、生产 率和经济性的加工方法。 (2)选择定位基准。根据粗、精基准选择原则合理选定各工序的定 位基准。 (3)制订工艺路线。在对零件进行分析的基础上，划分零件粗、半 精、精加工阶段，并确定工序集中与分散的程度，合理安排各 表面的加工顺序，从而制订出零件的机械加工工艺路线。对于 比较复杂的零件，可以先考虑几个方案，分析比较后，再从中 选择比较合理的加工方案。
5、确定各工序的加工余量和工序尺寸及其公差。 6、选择机床及工、夹、量、刃具。机械设备的选用应当既 保证加工质量又要经济合理。在成批生产条件下，一般应 采用通用机床和专用工夹具。 7、确定各主要工序的技术要求及检验方法。 8、确定各工序的切削用量和时间定额。
单件小批量生产厂，切削用量多由操作者自行决定，机械 加工工艺过程卡片中一般不作明确规定。在中批，特别是 在大批量生产厂，为了保证生产的合理性和节奏的均衡， 则要求必须规定切削用量，并不得随意改动。 9、填写工艺文件
§1 —2 轴类零件的功用与结构特点 一、功用：为支承传动零件（齿轮、皮带轮等）、传动扭矩、 承受载荷，以及保证装在主轴上的工件或刀具具有一定的 回转精度。 二、分类：轴类零件按其结构形状的特点，可分为光轴、阶 梯轴、空心轴和异形轴（包括曲轴、凸轮轴和偏心轴等） 四类。 若按轴的长度和直径的比例来分，又可分为刚性轴（L/d＜ 12)和挠性轴（L/d＞12）两类。
图 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
§1 —3 轴类零件的主要技术要求 一、尺寸精度 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为IT6～IT9， 精密轴颈可达IT5。 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、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。主要是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，通常是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，而一般精度轴为0.01～0.03mm。此外 还有内外圆柱面的同轴度和轴向定位端面与轴心线的垂直 度要求等。
四、表面粗糙度 根据零件的表面工作部位的不同，可有不同的表面粗糙度 值，例如普通机床主轴支承轴颈的表面粗糙度为Ra0.16～ 0.63um，配合轴颈的表面粗糙度为Ra0.63～2.5um，随着 机器运转速度的增大和精密程度的提高，轴类零件表面粗 糙度值要求也将越来越小。
§1 —4 轴类零件的毛坯和材料 一、 轴类零件的毛胚 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。
选择毛坯，主要是确定毛坯的种类、制造方法及其制造精 度。毛坯的形状、尺寸越接近成品，切削加工余量就越少， 从而可以提高材料的利用率和生产效率，然而这样往往会 使毛坯制造困难，需要采用昂贵的毛坯制造设备，从而增 加毛坯的制造成本。所以选择毛坯时应从机械加工和毛坯 制造两方面出发，综合考虑以求最佳效果。
三、毛坯的选择 毛坯的形状和尺寸应尽量接近零件的形状和尺寸，以减少 机械加工。 结构形状和尺寸的要求：选择毛坯时，应认真分析零件的 结构形状和尺寸特点，选择与之相适应的毛坯制造方法。 1、力学性能的要求： 对于力学性能要求较高，特别是工作时要承受冲击和交变 栽荷的零件，为了提高抗冲击和抗疲劳破坏能力，一般应 选择锻造毛坯，如：机床、汽车的传动轴和齿轮。
2、表面质量的要求： 为降低生产成本，现代机械产品上某些非配合表面有尽量不加工 的趋势，即实现少、无切削加工。 3、轴类零件的毛坯 可根据轴类零件的使用要求，生产类型设备条件及结构，可选用棒 料、锻件等，对于外圆直径相差不大的轴，但一般以棒料为主， 而对于外圆直径相差不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，毛坯的段件方法有自由锻和模锻两种，中小 批生产多釆用自由锻，大批大量生产时釆用模锻。
4、轴类零件的材料 加工轴类零件应根据不同的工人条件和 使用要求，选用不同的材料并釆用不同的热处理（如调质、 正火、淬火等）从而获得一定强度、韧性和耐磨性。45号 钢是优质碳素结构钢，它具有较好综合力学性能，则45号 钢是轴类零件的常用材料，这种材料价格较为便宜，通过 进行调质或正火等处理后，可提高其力学性能，而且其切 削性能也较好，还能获得较高的强度和韧性等综合的机械 性能，调质后可达到了217-255/HBS；
加工不重要或受力较小的轴，可釆用Q235、Q255、Q275 等碳素结构钢。合金钢的力学性和淬火性能比碳素钢要好， 但应力集中比较敏感且价格较贵，多用于强度和耐磨性能 要求较高的场合，如：20cr、 20crMnTi等。低碳合金钢， 经渗碳淬火后提高耐磨性能，表面可达到 50~60/HRC.20crMoAl等，合金钢，具有良好的高温力学 性，常用于高温高速及重载的场合。但合金钢在常温下， 及弹性模量和碳素钢差不多，故当其他条件相同时合金钢 代替碳素钢并不能提高轴的钢度等等。
四、确定毛坯时应考虑的因素 1、零件的材料及其力学性能 当零件的材料选定以后，毛坯的类型就大体确定了。例如，材 料为铸铁的零件，自然应选择铸造毛坯；而对于重要的钢质零 件，力学性能要求高时，可选择锻造毛坯。 2、零件的结构和尺寸 形状复杂的毛坯常采用铸件，但对于形状复杂的薄壁件，一般 不能采用砂型铸造；对于一般用途的阶梯轴，如果各段直径相 差不大、力学性能要求不高时，可选择棒料做毛坯，倘若各段 直径相差较大，为了节省材料，应选择锻件。
3、生产批量的大小 对于大批大量生产，应选择高精度的毛坯制造方法，以减 少机械加工，节省材料，选择毛坯类型时，要结合本企业 的具体生产条件，如现场毛坯制造的实际水平和能力、外 协的可能性等。 4、充分考虑利用新技术、新工艺和新材料的可能性
为了节约材料和能源，减少机械加工余量，提高经济效益， 只要有可能，就必须尽量采用精密铸造、精密锻造、冷挤 压、粉末冶金和工程塑料等新工艺、新技术和新材料。锻 件适用于强度要求高、形状比较简单的零件毛坯，其锻造 方法有自由锻和模锻两种。自由锻造锻件是在锻锤或压力 机上用手工操作而成形的锻件。它的精度低，加工余量大， 生产率也低，适用于单件小批生产及大型锻件。
模锻件是在锻锤或压力机上，通过专用锻模锻制成形的锻 件。它的精度和表面粗糙度均比自由锻造的好，可以使毛 坯形状更接近工件形状，加工余量小。同时，由于模锻件 的材料纤维组织分布好，锻制件的机械强度高。模锻的生 产效率高，但需要专用的模具，且锻锤的吨位也要比自由 锻造的大。主要适用于批量较大的中小型零件。
5、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。
6、轴类零件的预加工 轴类零件在切削加工之前，应对其毛坯进行预加工。预 加工包括校正、切断、车端面和钻中心孔。 1）校正 校正棒料毛坯在制造、运输和保管过程中产生的弯 曲变形，以保证加工余量均匀及送料装夹的可靠。校正可 在各种压力机上进行。
2）切断 当采用棒料毛坯时，应在车削外圆前按所需长度 切断。切断可在弓锯床上进行，高硬度棒料的切断可在带 有薄片砂轮的切割机上进行。 3）车端面和钻中心孔 中心孔是轴类零件加工最常用的定位 基准面，为保证钻出的中心孔不偏斜，应先车端面后再钻 中心孔。 4）荒车 如果轴的毛坯是锻件或大型铸件，则需要进行荒车 加工，以减少毛坯外圆表面的形状误差，使后续工序的加 工余量均匀。
7轴类零件的检验1）加工中的检验 自动测量装置，作为辅助装置安装在机床上。这种检验方 式能在不影响加工的情况下，根据测量结果，主动地控制 机床的工作过程，如改变进给量，自动补偿刀具磨损，自 动退刀、停车等，使之适应加工条件的变化，防止产生废 品，故又称为主动检验。主动检验属在线检测，即在设备 运行，生产不停顿的情况下，根据信号处理的基本原理， 掌握设备运行状况，对生产过程进行预测预报及必要调整。 在线检测在机械制造中的应用越来越广。
2）加工后的检验 单件小批生产中，尺寸精度一般用外径千分尺检验；大批大量 生产时，常采用光滑极限量规检验，长度大而精度高的工件可 用比较仪检验。表面粗糙度可用粗糙度样板进行检验；要求较 高时则用光学显微镜或轮廓仪检验。圆度误差可用千分尺测出 的工件同一截面内直径的最大差值之半来确定，也可用千分表 借助V形铁来测量，若条件许可，可用圆度仪检验。圆柱度误 差通常用千分尺测出同一轴向剖面内最大与最小值之差的方法 来确定。主轴相互位置精度检验一般以轴两端顶尖孔或工艺锥 堵上的顶尖孔为定位基准，在两支承轴颈上方分别用千分表测 量。
第二章 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 §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，但学生最后完成工件的 质量总是不理想，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。一个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
§2—2 轴类零件工艺路线 1、轴类零件是常见的零件之一。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。 2、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。
3、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。 4、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。
5、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。 6、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。
7、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。 8、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。
§2—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=0.8 um)较小，故车削后还需磨 削。外圆表面的加工方案可为：粗车→半精车→磨削。 一、确定定位基准 基准的定义： 在零件图上或实际的零件上，用来确定其它 点、线、面位置时所依据的那些点、线、面，称为基准。
基准按其功用可分为： 1） 设计基准： 零件工作图上用来确定其它点、线、面位置基准， 为设计基准。 2） 工艺基准： 是加工、测量和装配过程中使用的基准，又制造 基准。 a、 工序基准： 是指在工序图上，用来确定加工表面位置的基准。 b、 定位基准： 是加工过程中，使工件相对机床或刀具占据正确 位置所使用的基准。 c、 度量基准（测量基准）： 是用来测量加工表面位置和尺寸而 使用的基准。 d、 装配基准： 是装配过程中用以确定零部件在产品中位置的基 准。
定位基准的选择对零件的加工尺寸和位置精度、零件各表 面的加工顺序及夹具结构等都会产生举足轻重的影响，正 确选择定位基准是制订机械加工艺规程和进行夹具设计的 关键问题。定位基准有精基准和粗基准二种。在起始工序 中，只能选用未经加工过的毛坯表面作基准面。 3） 便于装夹的原则：选表面光洁的平面做粗基准，以保证 定位准确、夹紧可靠。
4）粗基类零件的定位基面，最常用的是两个中心孔。在单 件小 批量生产中钻中心孔工序常用的在普通车床上 进 行，在大批量生产中常在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，国为轴 类零件各外圆表面，螺纹表面的同轴度及端面对轴线的垂 直度是相互位置精度的主要项目，而这些表面的设计基准 一般都是轴的中心线，釆用两个中心孔定位就能符合基准 重合原则。而且由于多工序都釆用中心孔作为定位基面， 能最大限度地加工出多个多圆和端面。
综上所述：选用两端中心孔作为粗、精加工的定位基准， 也符合基准同一原则和基准重合原则，保证了各轴的位置 精度，也有利于生产率的提高。根据加工图纸上面各配合 轴段除了有一定尺寸精度(IT6)和表面粗糙度要求外,还有一 定的位置精度，有上为定位基准，这种基准称为粗基准。 用加工的表面所作的定位基准称为精定位基准。
（一） 粗基准的选择原则 粗基准影响：位置精度、各加工表面的余量大小。 重点考虑：如何保证各加工表面有足够余量，使不加工表面 和加工表面间的尺寸、位置符准一般不得重复使用的原则 在同一尺寸方向上粗基准通常只允许使用一次这是因为粗 基准一般都很粗糙，重复使用同一粗基准所加工的两组表 面之间位置误差会相当大，因此，粗基一般不得重复使用。 （二） 精基准的选择： 重点考虑：如何较少误差，提高定位 精度。
（1） 合理分配加工余量的原则 a、 应保证各加工表面都有足够的加工余量：如外圆加工以 轴线为基准； b、 以加工余量小而均匀的重要表面为粗基准，以保证该表 面加工余量分布均匀、表面质量高；如床身加工，先加工 床腿再加工导轨面； 在床身零件中，导轨面是最重要的表 面，它不仅精度要求高，而且要求导轨面具有均匀的金相 组织和较高的耐磨性。
由于在铸造床身时，导轨面是倒扣在砂箱的最底部浇铸成 型的，导轨面材料质地致密，砂眼、气孔相对较少，因此 要求加工床身时，导轨面的实际切除量要尽可能地小而均 匀，故应选导轨面作粗基准加工床身底面，然后再以加工 过的床身底面作精基准加工导轨面，此时从导轨面上去除 的加工余量可较小而均匀。
（ 2）保证零件加工表面相对于不加工表面具有一定位置精度 的原则 一般应以非加工面做为粗基准，这样可以保证不加工表面 相对于加工表面具有较为精确的相对位置。当零件上有几 个不加工表面时，应选择与加工面相对位置精度要求较高 的不加工表面作粗基准。 故依据对加工表面的具体要求,可采用如下方案: 粗车---调质---半精车---精车----粗铣键槽---精铣键槽----粗磨 外圆---精磨外圆。
（三）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。
（四）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。
二、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。
三、热处理工序及表面处理工序的安排 根据热处理的目的，安排热处理在加工过程中的位置。 1、退火 ： 将钢加热到一定的温度，保温一段时间，随后由 炉中缓慢冷却的一种热处理工序。 其作用是：消除内应力，提高强度和韧性，降低硬度，改 善切削加工性。 应用： 高碳钢采用退火，以降低硬度； 放在粗加工前，毛坯制造出来以后。
2、正火： 将钢加热到一定温度，保温一段时间后从炉中取 出，在空气中冷却的一种热处理工 序。 注：加热到的一 定的温度，其与钢的含C量有关，一般低于固相线200度左 右。 其作用是：提高钢的强度和硬度，使工件具有合适的 硬度，改善切削加工性。应用： 低碳钢采用正火，以提高 硬度。放在粗加工前，毛坯制造出来以后。 3、回火： 将淬火后的钢加热到一定的温度，保温一段时间， 然后置于空气或水中冷却的一种热处理的方法。 其作用是： 稳定组织、消除内应力、降低脆性。
4、调质处理（淬火后再高温回火）： 其作用：是获得细致 均匀的组织，提高零件的综合机械性能。 应用：安排在粗 加工后，半精加工前。常用于中碳钢和合金钢。 5、时效处理： 其作用：是消除毛坯制造和机械加工中产生 的内应力。 应用：一般安排在毛坯制造出来和粗加工后。 常用于大而复杂的铸件。
6、淬火： 将钢加热到一定的温度，保温一段时间，然后在 冷却介质中迅速冷却，以获得高硬度组织的一种热处理工 艺。 其作用是：提高零件的硬度。 应用：一般安排在磨 削前。 7、渗碳处理：提高工件表面的硬度和耐磨性，可安排在半 精加工之前或之后进行。 8、为提高工件表面耐磨性、耐蚀性安排的热处理工序以及 以装饰为目的而安排的热处理工序，例如镀铬、镀锌、发 兰等，一般都安排在工艺过程最后阶段进行
四、加工尺寸和切削用量 1、传动轴磨削余量可取0.5mm，半精车余量可选用 1.5mm。 2、切削用量的选择，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。
§2—4 拟定工艺过程 一、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。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。
二、轴类零件的安装方式 轴类零件的安装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。中心孔是工件加工 统一的定位基准和检验基准，它自身质量非常重要，其准备工 作也相对复杂，常常以支承轴颈定位，车（钻）中心锥孔；再 以中心孔定位，精车外圆；以外圆定位，粗磨锥孔；以中心孔 定位，精磨外圆；最后以支承轴颈外圆定位，精磨（刮研或研 磨）锥孔，使锥孔的各项精度达到要求。
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， 如液性塑料薄壁定心夹具、膜片卡盘等。 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。
第三章 典型轴类零件的加工 一、传动轴图样分析
图3-1
1、图3-1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。
2、根据工作性能与条件，该传动轴图样(图3-1)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。 二、传动轴加工工艺过程分析 图3-1为减速箱传动轴工作图样。表6—13为该轴加工工艺 过程。生产批量为小批生产。材料为45热轧圆钢。零件需 调质。
传动轴加工工艺过程
传动轴加工工艺过程
传动轴加工工艺过程
结构及技术条件分析 该轴为没有中心通孔的多阶梯轴。根据该零件工作图，其 轴颈M、N，外圆P,Q及轴肩G、H、I有较高的尺寸精度和 形状位置精度，并有较小的表面粗糙度值，该轴有调质热 处理要求。 加工工艺过程分析 1．确定主要表面加工方法和加工方案。 传动轴大多是回转表面，主要是采用车削和外圆磨削。由 于该轴主要表面M,N,P,Q的公差等级较高（IT6），表面粗 糙度值较小（Ra0.8μm），最终加工应采用磨削。
2．划分加工阶段 该轴加工划分为三个加工阶段，即粗车（粗 车外圆、钻中心孔），半精车（半精车各处外圆、台肩和修研 中心孔等），粗精磨各处外圆。各加工阶段大致以热处理为界。 3．选择定位基准 轴类零件的定位基面，最常用的是两中心 孔。因为轴类零件各外圆表面、螺纹表面的同轴度及端面对轴 线的垂直度是相互位置精度的主要项目，而这些表面的设计基 准一般都是轴的中心线，采用两中心孔定位就能符合基准重合 原则。而且由于多数工序都采用中心孔作为定位基面，能最大 限度地加工出多个外圆和端面，这也符合基准统一原则。但下 列情况不能用两中心孔作为定位基面：
（1）粗加工外圆时，为提高工件刚度，则采用轴外圆表面 为定位基面，或以外圆和中心孔同作定位基面，即一夹一 顶。 （2）当轴为通孔零件时，在加工过程中，作为定位基面的 中心孔因钻出通孔而消失，为了在通孔加工后还能用中心 孔作为定位基面，工艺上常采用三种方法。
①当中心通孔直径较小时，可直接在孔口倒出宽度不大于 2mm的60º内锥面来代替中心孔；②当轴有圆柱孔时，可 采用锥堵，取1∶500锥度；当轴孔锥度较小时，取锥堵锥 度与工件两端定位孔锥度相同； ③当轴通孔的锥度较大时，可采用带锥堵的心轴，简称锥 堵心轴。使用锥堵或锥堵心轴时应注意，一般中途不得更 换或拆卸，直到精加工完各处加工面，不再使 用中心孔时 方能拆卸。
4．热处理工序的安排 该轴需进行调质处理。它应放在粗加工后，半精加工前进 行。如采用锻件毛坯，必须首先安排退火或正火处理。该 轴毛坯为热轧钢，可不必进行正火处理。 5.加工顺序安排 除了应遵循加工顺序安排的一般原则，如先粗后精、先 主后次等，还应注意：
（1）外圆表面加工顺序应为，先加工大直径外圆 ，然后再 加工小直径外圆，以免一开始就降低了工件的刚度。 （2）轴上的花键、键槽等表面的加工应在外圆精车或粗磨 之后，精磨外圆之前。轴上矩形花键的加工，通常采用铣 削和磨削加工，产量大时常用花键滚刀在花键铣床上加工。 以外径定心的花键轴，通常只磨削外径，而内径铣出后不 必进行磨削，但如经过淬火而使花键扭曲变形过大时，也 要对侧面进行磨削加工。以内径定心的花键，其内径和键 侧均需进行磨削加工。
（3）轴上的螺纹一般有较高的精度，如安排在局部淬火之 前进行加工，则淬火后产生的变形会影响螺纹的精度。因 此螺纹加工宜安排在工件局部淬火之后进行。
§3—2 带轮轴加工 一、带轮轴加工工艺过程分析 图 3-2 为带轮轴工作图样。带轮轴中的主要技术条件有两项：一 为渗碳层深度，应控制在 1.2— 1.5 mm 范围内；二为外圆Φ 22 f 7 需经渗碳淬火，其硬度为 HRC58 ～ 63 。可以看出只有Φ 22 f 7 处需渗碳处理，其余部分均不可渗碳。零件上不需渗碳的部分， 可用加大余量待渗碳后车去渗碳层或在不需渗碳处涂防渗材料。 加工余量应单面略大于渗碳深度，故右端直径取Φ25 mm ，单面 去碳余量为 2.5 mm ，总长两端也应放去渗碳余量各 3 mm 。在 磨外圆前由于已经过淬火工序，两端中心孔在淬火时易产生氧化 皮及变形，故增加一道研磨中心孔的工序。
图 3-2
二、带轮轴加工工艺过程
带轮轴加工工艺过程
§3—3 细长轴加工 一、 细长轴加工工艺特点 1 ．细长轴刚性很差，车削时装夹不当，很容易因切削力 及重力的作用而发生弯曲变形，产生振动，从而影响加工 精度和表面粗糙度。 2 ．细长轴 的热扩散性能差，在切削热作用下，会产生相当大的线膨 胀。如果轴的两端为固定支承，则工件会因伸长而顶弯。 3 ．由于轴较长，一次走刀时间长，刀具磨损大，从而影 响零件的几何形状精度。
4 ．车细长轴时由于使用跟刀架，若支承工件的两个支承块 对零件压力不适当，会影响加工精度。若压力过小或不接 触，就不起作用，不能提高零件的刚度；若压力过大，零 件被压向车刀，切削深度增加，车出的直径就小，当跟刀 架继续移动后，支承块支承在小直径外圆处，支承块与工 件脱离，切削力使工件向外让开，切削深度减小，车出的 直径变大，以后跟刀架又跟到大直径圆上，又把工件压向 车刀，使车出的直径变小，这样连续有规律的变化，就会 把细长的工件车成“竹节”形，如图所示。
图3-3
二、细长轴的先进车削法 —— 反向走刀车削法 这种方法的特点是： 1 ．细长轴左端缠有一圈钢丝，利用三爪自定心卡盘夹紧，减小 接触面积，使工件在卡盘内能自由地调节其位置，避免夹紧时形 成弯曲力矩，在切削过程中发生的变形也不会因卡盘夹死而产生 内应力。 2 ．尾座顶尖改成弹 性顶尖，当工件因切削热发生线膨胀伸长时，顶尖能自动后退， 可避免热膨胀引起的弯曲变形。 3 ．采用三个支承块跟刀架，以提高工件刚性和轴线的稳定性， 避免“竹节”形。 4 ．改变走刀方向，使床鞍由主轴箱向尾座移 动，使工件受拉，不易产生弹性弯曲变形。
图3-4
三、 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。
四、中心架和跟刀架在细长轴零件加工中的应用 车削细长轴工件，长度是直径10～12倍以上的长轴时，如 车床光杠、丝杠等，由于这些轴本身的刚性差，加上切削 力、切削热和震动等影响，车削时易产生弯曲、锥度、腰 鼓度和竹节形等缺陷。此外，在车削过程中还会引起震动， 影响工件表面粗糙度。为了防止这种现象产生，我们可以 应用一种叫做中心架的特殊支承夹具。
中心架和跟刀架是车床附件之一，用卡盘顶针与中心架， 或前后顶针与跟刀架装夹，可提高切削加工系统的刚性。 使用这些附加的装夹工具，可以增加工件的装夹刚度，减 少震动，保证加工质量，避免零件产生鼓面，提高工件表 面形状精度和表面粗糙度，并允许采用大切削用量加工， 提高劳动生产率。下面分别就中心架与跟刀架在细长轴零 件中的应用加以说明。
(一)中心架在细长轴零件加工中的应用 1．中心架的结构中心架的结构组成如图3-5所示。
中心架一般固定在床面一定位置上，如图3-5所示。它的主 体座1通过压板4和螺母5紧固在床面上。盖子3与主体1用 销作活动连接，盖子3可以打开或盖住，并用螺钉2固定。 三个爪的向心或离心位置，可以用螺钉6调节，以适应不 同直径大小的工件，并用螺钉紧固爪7、8和9，使爪在需 要位置上固定不动。
2．中心架的使用 (1)中心 架的使用调整方法 工件装上中 心架之前，先在毛坯中间处车一条安装中心架卡爪的沟槽，槽的 直径等于工件的直径，其宽度略比爪宽大些。接着把中心架安装 在床面适当位置上并加以固定，打开盖子3，把工件安装在两顶 针中间(床尾要先调整好)，用划针盘或百分表检查槽是否跳动， 然后将盖子3盖好，并调整中心架3个爪，使他们与工件沟槽轻轻 接触。这时慢慢转动工件，看是否能转得动。在爪与工件之间最 好垫一层铜皮或平皮带，并加些润滑油，或者3个爪用夹布胶木 制造，这样可防止擦伤工件表面。在车削大型工件或工件转速较 高时，就必须采用带滚动轴承的中心架。
(2)车削步骤 车削 时，先车一端，一直车到沟槽为止。然后把工件调个头， 用同样方法安装和调整工件，车削另一端。对于外圆已车 好的工件．而且要求表面不准有擦伤，这时最好用带滚动 轴承的中心架。如果没有带滚动轴承的中心架，可用一只 辅助套筒来代替。使用时，把套筒l套在工件2外圆上，拧 紧四周螺钉3(螺钉与工件之间垫一层铜皮)，并用百分表4 校准套筒外圆。如果套筒外圆与工件不同心，就需要调节 螺钉，直到同心为止。
如果要车削长轴的端面或内，以及在轴的一端切断或车螺 纹时，就可以把中心架移到近轴的端部。但必须注意，在 调整3个爪之前，先把工件校圆，然后再调整爪。否则由 于其旋转中心与主轴旋转中心不一致，工件就很快会从三 爪卡盘上掉下来并把工件端部表面夹伤。使用中心架车削 细长轴时，可根据轴长整体加工的需要，分为两类：
1)可分段车削或调头车削零件，采用中心架直接支承。中 心架的支承爪用铸铁或青铜制造，并在零件中间部位使用。 零件支承表面必须有一定粗糙度和圆度要求，否则会影响 零件的精度。其工作步骤为： ①在工件中部偏向车头方向约100mm处车一段圆柱面沟 槽，其直径应大于工件要求尺寸。车沟槽时为减少震动， 可采用慢车速、小走刀的方法切削。
②装上中心架。在开车时调整三爪，使它与工件轻轻接触。 ③车削工件。方向由床尾向床头，直到车到沟槽处为止。 ④工件调头装夹。 ⑤ 中心架支承爪调整。在已加工表面与三爪间垫一张细号砂布， 砂布背面贴住工件，有砂粒一面向着三爪，调整三个爪，将其 轻轻支住已加工表面。 2)中段不需要加工 的长轴工件，可采用套筒与中心架配合支承。由于一些工件毛 坯表面不规则，中段又不适宜车平沟槽，可采用调整套筒与中 心架配合并使用。其使用步骤如下：
①调整套筒，调整套筒两端的螺钉，使套筒的轴心线与车床 主轴旋转轴心线重合。 ②安装中心架，使中心架的支承爪与套筒 外圆相接触并 能均匀转动。 ③车削,直到车好一端。 ④调头装夹零件。 ⑤中心架支承爪位置调整使其与零件已车削表面接触，并调 整支承爪，使零件已车削表面的旋转轴心与车床主轴旋转 铀心相重合，即可车削。
3)注意事项 使 用中心架车可分段或调头车削的工件时应注意：①整个加 工过程中要经常加油，保持润滑，防止磨损或"咬坏"。② 要随时用手感来掌握工件与中心架三爪摩擦发热的情况， 如发热过高，须及时调整中心架的三爪，决不能等出现"吱 吱"声或冒烟时再去调整。③如果所加工的轴很长，可以 同时使用两只或更多的中心架。
4)使用中心架车中段不需加工的长轴工件时应注意的事项： ①调整套筒外表面要光洁，圆柱度在±0.01mm之内。 ②套筒的内L要比被加工零件的外圆大20～30mm。 ③低速车削时，用机油润滑套筒与中心架支承爪的接触表面。 ④高速车削时，要用调整套筒冷却润滑油浇注到套筒的外表 面冷却。
（二）跟刀架在细长轴零件中的应用 1．跟刀架的结构 跟刀架主要是用来车削不允许接刀的长轴，例如精度要求 高的光滑轴、长丝杠等。跟刀架与中心架不同的地方是： 它只有两个卡爪，而另一个卡爪被车刀所代替。刀架是固 定在大拖板上，随同走刀架一起移动。为了使车削能顺利 进行，提高工件的加工质量，现已改进和创新了新型的跟 刀架，该跟刀架可在普通车床上，车削小直径细长轴。这 种跟刀架的爪作成套圈形状，套圈的孔径比工件外圆大 0．02～0．03mm，并固定在大拖板上。
使用时，由经过冷拉的毛料直径作引导，其中衬套的内根 据需要选择不同的直径。这种简易跟刀架制造容易，使用 方便。适用于冷拉棒料为毛坯的细长轴零件的成批生产。 在使用跟刀架车削细长轴时，工件容易发生震动，外圆容 易车成竹节形、多棱形或麻花形等缺陷。如发现上述情况 时，必须立即判断产生的原因，并及时加以处理。
2、跟刀架的使用 图3-6 跟刀架的使用
应用跟刀架车外圆时，先在工件一端车出--段，以便研磨支 承爪，使支承爪的圆弧与车削表面基本吻合，以增大支承 爪的接触面。安装时，跟刀架两爪轻轻接触工件，并使床 尾顶针也轻轻顶住工件。在调整两卡爪对工件的压力时， 松紧要适当。如果压力太大，工件边压向车刀，使吃刀深 度增大，结果车出来的工件直径就小了。反之，压力太小， 使车刀吃刀深度减小，车出来的工件直径也就增大。如果 跟刀架两卡爪的压力过小，甚至没有接触，那就起不到跟 刀架的作用。
使用跟刀架车削细长轴具体操作步骤如下： （1）校直装夹工件为尽量减小工件的弯曲度，可用反击法 校直工件，用该法校直的工件，弹性恢复较小。校直时， 应先将工件弯曲的凹面向上；用弧面扁凿从工件的弯曲中 心向两侧渐进敲击，使该面伸长而校直工件，然后在卡盘 中安装好工件。对于经过正火或调质等热处理的工件，可 采用吊置法安放工件，以减少工件弯曲变形。在一般情况 下，粗车前工件的弯曲度应小于l．5mm。精车前，工件弯 曲度要小于0．2mm。
（2）校正尾座位置使工件开始车削的一端外径比另一端外 径大0．02～0．04ram，以减少由于跟刀架爪脚或车刀磨 损所造成的锥形误差。 （3）调整跟刀架爪脚将跟刀架的爪脚支紧工件上已车过的 一段外圆，该段外圆应表面粗糙，且其尺寸应与所要求的 加工尺寸接近，位置也应靠近卡盘，由大拖板作纵向来回 移动，运动时不用冷却液。爪脚圆弧应与工件表面吻合， 以增大爪脚和工件的接触面积，减少爪脚在车削中的磨损。
（4）准备充分的冷却润滑液，选择车刀切削角度和切削用 量准备好如硫化乳液或其他有针对性的油液以备润滑使用， 并合理选择车削细长轴的车刀角度，使刀刃锋利，以降低 切削径向力，防止零件弯曲，能顺利排屑。 (5)合理调整跟刀架爪脚与车刀之间的位置 一般使跟刀架爪脚位于车刀的后面，两者问的距离0．5～ 2mm。当采用宽刃大走刀车刀进行车削时，跟刀架爪脚也 可位于车刀的前面，即支承在粗车表面上，以防止工件精 车过的表面出现划痕，间距同上。
3、使用跟刀架车削易产生的问题及防止方法 产生鼓肚形 由于细长轴刚性差，而跟刀架支承爪与零件 表面接触不一致，或安装时偏高或偏低于工件旋转中心， 支承爪表面磨损而产生间隙。在两端切削时，由于装夹牢 固，切削深度变化不大，但切削到中间位置时，由于间隙 和径向力的作用，切削深度逐渐减小，从而产生鼓肚形。
防止产生鼓肚形方法如下： 1) 在加工要随时调整两支承爪，使支承爪两圆弧面的中心与车床主 轴旋转轴心重合。 2)车刀主偏角适当加大，使车刀锋利，减 少车削时的径向力。 (2)产生竹节形 竹节形零 件其形状如竹节，其节距大约等于跟刀架支承爪与车刀刀尖的距 离，并且循环出现。产生的原因是：车床大拖板和中拖板间的间 隙过大而跟刀架爪脚支承过紧，在车削至中间部位时，工件刚性 差，爪脚支承力超过了工件刚性而使其变形弯曲，从而加大了吃 刀深度，当跟刀架行至该位置时，车削径向力迫使这段小直径外 圆与跟刀架爪脚接触，工件发生相反方向弯曲变形，减小了吃刀 深度。如此反复，就形成了工件外形的竹节形，而且会越来越显 著。
防止产生竹节形方法如下： 1)正确调整跟刀架爪脚，不可支得过紧。 2)在采用接刀车削时，必须使车刀刀尖和沟槽外圆略微接触， 接刀时，吃刀深度应加深0．01～0．02mm，不致由于工 件外圆变大而引起爪脚支紧力过大。 3)粗车时开始产生竹节形，可调节中拖板手柄，相应加些吃 刀深度，以减小工件外径。或略微松跟刀架上面的两个爪 脚，使支紧力稍减小以防止"竹节"继续产生。
4)接刀必须均匀，防止跳刀现象。 5)由于工件毛坯加工余量明显不均匀，在粗车时产生不均匀 的切削抗力，而出现竹节形缺陷。遇到这种情况中，在第 二次走刀切削中，加以清除"竹节"，以免影响半精车和精 车。 6)在切削中，如果已出现"竹节"，随时调整支承爪，使其与" 竹节"表面轻轻地接触，这样可以逐步清除"竹节"。
(3)产生麻花形 产生多棱形、麻花形的原因如下：由于车 削的细长轴中间部位刚性差，而车床的尾座顶针支顶过紧， 发生装夹变形，同时跟刀架支承爪调整过松，夹持部分过 长，切削时毛坯旋转不平衡导致吃刀不均匀，加工中又有 大量的切削热产生，使车削时易产生低频率的振动，使零 件产生多棱形、麻花形。防止多棱形、麻花形的方法如下：
1)随时注意控制顶针的顶紧力大小。 2)注意让跟刀架爪脚和工件接触良好，必要时可增大爪脚的 支承面积。 3)要校直工件。每切削一刀后要松开顶针，开慢车检查工件 中心是否对准尾座顶针。如偏心，可用木头敲击，对工件 进行校正，减小工件弯曲。
4)使用充足的乳化液浇注在车刀与工件的切削区域内，降低 切削温度，防止工件因受热而线性膨胀造成顶针支顶过紧， 及产生弯曲变形、可防止工件车成多棱形或麻花形。 5)跟刀架、横滑板、刀架等部位刚度不够时，可适当减少切 削时的吃刀深度或走刀量。
4．使用跟刀架车削需要注意的问题 1)尾座顶尖必须轻轻地顶住工件中心孔，不允许过紧，特别 是使用死顶尖时要注意随时调整顶紧力，防止工件因发热 伸长而被顶弯，应使用弹性顶针为宜。 2)在车削区域及跟刀架爪脚支承工件部位，要保证有充分的 冷却润滑液。 3)随时注意工件已加工表面的变化情况，当发现开始有竹节 形、麻花形等缺陷出现时，要及时分析原因，采取措施， 若发现缺陷越来越明显，应及时停车。
五、细长轴的其他车削方法 1、细长轴对刀切削法应用对刀切削法时，将车床中拖板 改装成有前、后两个刀架，前、后刀架各装有一把刀。用 一根两头螺旋方向相反的丝杠带动，能使两刀架同时进刀、 退刀。用这种方法加工大批量细长轴钢件时，在允许分两 段调头车削时，切削用量可取吃刀深度t=2.5mm，走刀量 s=1.15～1.65mm／r，切削速度n=120～150m／min进行 切削，其切削过程稳定，精度可达3级。这种车削方法具 有下面一些特点：
1)两把刀对刀切削时，径向分力可相互抵消。 2)两把车刀刀尖的间距为工件直径，车出的工件锥度误差 小。 3)刃磨车刀修光刃后角，并将刀具安装得比中心略高些，可 有效的防止切削时的震动。 4)采用大前角切削，可减少切削力、切削热，切削负荷较轻。 5)刀片上焊有高速钢卷屑块，可提高硬质合金刀片的利用率。
2、用93º精车刀车削细长轴 这种车刀适用于精车L／D<50的细长轴。在加工时，不需 要中心架及跟刀架辅助支承，工件车削后，表面粗糙度可 达Ra l．6，精度在1000mm内的鼓形度不超过0.03～ 0.05mm，弯曲度不超过0.02～0.04mm。选用的切削用量： 吃刀深度t=0．1～0．2mm，走刀量s = 0.17～0．23mm ／r，切削速度=50--80m／min。93º精车刀特点如下：
1)采用主偏角kr = 93º，并辅助以前面开横向卷屑槽，可使 径向力下降，减少切削震动和工件产生的弯曲变形，这是 93º车刀不用中心架能车好细长轴的关键。但应注意，切削 的吃刀深度不应大于卷屑槽宽度的一半，且应比走刀量小， 否则径向力方向与挤压力方向一致，这时93º车刀的特点将 无法体现。
2)磨出的横向卷屑槽，可迫使切屑卷出后向待加工表面方向 排出，保证已加工表面不被切屑碰伤。 3)研磨出的刀尖小圆弧，可加强刀尖强度。 4)刀片选用耐磨性好的硬质合金材料YT30，可防止修光刀刃 过多磨损影响加工精度。 5)仅适合于单件小批量生产中使用。 6)装备简单。只需磨一把刀即可进行加工，但刀片利用率不 高。
3、强力反向细长轴车削法 用一般方法车削细长轴，主轴和尾座两端是固定装夹，两 端接触面大，无伸缩性，由于切削力、切削热产生的线膨 胀和径向分力迫使零件弯曲和产生内应力。当零件从卡盘 上卸下后，内应力又使零件变形，故不易保证零件的尺寸 精度和形状精度要求。目前，许多工厂采用强力反向走刀 车削细长轴，可解决上述问题，显著提高加工质量与生产 率。其加工特点如下：
1）改进了工件装夹方法 工件装夹方法是影响细长轴加工精 度的重要因素，现从以下两个方面对细长轴工件的装夹方 法进行改进：①用四爪卡盘夹紧，卡爪与轴之间垫入钢丝。 将工件轴端深入四爪卡盘内约15～20mm，每只卡爪与轴 之间垫人Φ4～Φ5mm的钢丝圈，起方向调节作用，使工件 与卡爪之间为线接触，以避免卡爪卡死工件引起工件弯曲 变形。
②尾座上顶尖改用弹性顶尖。当工件受切削热产生膨胀伸长 时，顶尖能轴向产生伸缩，使毛料两端都形成线接触，消 除旋转时的"别劲"现象，避免由于长度方向不能伸缩而产 生的弯曲变形。弹性顶尖的弹性大小由顶尖的顶紧程度决 定。如果没有弹性顶尖，也可用一般的固定顶尖，但根据 切削过程中工件受热变形情况，及时调整尾座顶尖的顶紧 程度。
2）改造了跟刀架 普通车床上的跟刀架有两个支架，与工 件的接触面小，刚性差，不能满足高速切削细长轴的要求。 为增加支承刚性，平衡切削时产生的径向切削力，将跟刀 架改为3个支承爪，且底面支承爪采用弹簧支承爪，支承 爪的宽度约为零件直径的1～1.5倍，使支承面与零件吻合。 采用这种跟刀架，工件外圆被夹持在刀具和3个支承块之 间，在切削过程中，使工件只能绕轴线旋转，跟刀架3个 支承爪与车刀组成两对径向压力，平衡切削时产生的径向 力，这样可有效的减少切削震动，减少工件变形误差。
3）刀具几何形状的改进粗车刀特点是： ①采用75º主偏角，使轴向分力较大，径向分力较小。有利 于防止工件弯曲变形和震动。 ②采用大前角，小后角车刀，可减少切削力又加强刃口强度， 使刀具适应于强力切削。 ③通过磨卷屑槽及正的刃倾角控制切屑顺利的排出。
④刀片材料采用强度与耐磨性较好的YWl、YA6。精车刀采 用宽刃锋钢刀片，装在弹性可调节的刀排内进行。由于宽 刃车刀采用大走刀低速精车，刃口的平直度及光洁度直接 影响着加工精度。因此，刀片前面要通过机械刃磨后再研 磨，粗糙度要求Ra0．4μm以上。
4）切削方法的改进 一般走刀方向是从尾架向车头方向走刀。 车细长轴时可对其切削方法改进，以有效的减少工件径向 跳动，消除大幅度震动，获得加工较高精度和粗糙度较低 的工件。其改进方法分为：
①采用反向大走刀量粗车。反向大走刀量粗车时，应先车出 一段外圆与跟刀架研磨配合，然后从研磨过的轴颈端开始 车削，将细长轴余量一刀车掉。粗车时可取其切削用量为： 吃刀深度t = 22.5mm。走刀量s = 0.3～0.35mm／r，切削 速度钞=40m／min，切削时并用乳化液充分冷却润滑，以 减少刀具跟刀架支承块的磨损。
②宽刀刃精车。精车时，用锋利的宽刃刀车削，并加硫化油 或菜油润滑。其切削用量可取：吃刀深度t=0. 02～0 ②宽刀刃精车。精车时，用锋利的宽刃刀车削，并加硫化油 或菜油润滑。其切削用量可取：吃刀深度t=0.02～0.05 mm，走刀量s = l0～20mm／r，切削速度n=1～2rn／min。 由于宽刀刃精车速度低，吃刀少，切屑薄，车两三刀后可 达到1.6～0.8μm的粗糙度，因此其切削效率可大大提高。 精车时宽刃刀可以正向进给走刀，也可反方向工作。通过 以上所述的4个方面进行改进，使加工细长轴的质量与生 产效率大大提高。加工表面粗糙度在Ra 0.8μm以上，锥度 误差和椭圆度误差均较小，工件弯曲度也得到很好的控制， 生产率比一般方法提高l0倍左右。
5）注意事项 ① 粗车时要装好跟刀架，它是决定加工精度的关键所在。如 果切削过程工件外圆出现不规则的棱角形或竹节形或出现 不规律形状．应立即停车，安装固定架，重新研磨将轴与 跟刀架配合，再进行切削。 ②精车刀应磨得光，刃口锋利，安装调整适当。切削时， 切削速度要低，不宜采用丝杠传递进给，以免产生周期性 的螺旋形状，这是降低工件加工粗糙度的关键。 ③车刀安装时应略比中心高一些。这样可使修光刀刃后面 压住工件，以抵消跟刀架支承块的反作用力。
④宽刃精车刀安装时应使刀刃与中心平行，并比中心略低一 些，为0. 1～0 ④宽刃精车刀安装时应使刀刃与中心平行，并比中心略低一 些，为0.1～0.15mm，这样可使弹性刀杆在跳动时刀刃不 会啃人工件，影响表面粗糙度。
4、车削细长轴的刀具常用角度 加工细长轴常用车刀分为长 轴粗车刀、长轴精车刀，它们的刀具角度选择如下： 1）粗车刀 ①主偏角kr = 75º～90º，(对刀切削用车刀的车刀的主偏角kr = 45º)，主偏角磨有圆弧形断屑槽，使吃刀抗力P。小，有 利于防止工件弯曲变形和震动。 ②采用车刀前角ɤ0=15º～20º；后角ɑ0=3º，既可减少切力 又增加刃强度，使刀具适应于强力切削。
③通过磨卷屑槽及采用刃倾角λs=5º，使切屑有利排出。 ④刀片材料最好用强度与耐磨性较好的YWl、YA6、YG8车 刀。车刀可磨成反车刀，由车头向尾座方向走刀，效果更 好。车刀安装时， 刀尖要略高于中心0.1～0.2mm，以增 大切削前角。
2）长轴精车刀 ① 93º精车刀主偏角k r =93 º，以减少径向切削抗力。②后角 α0=12º，前角ɤ0=15º～20º，采用横向卷屑槽形成修光刀 刃大前角，修光刀刃后角α0= - 0.5º，可提高切削性能，控 制排屑方向。 3）宽刃大走刀精车刀 ①刀片磨出前角ɤ0=0º，后角α0=35º②装在刀排里形成前 角ɤ0=25º，后角α0=10º,刃倾角 λs =1º30'～2º③刀刃的宽 度大于走刀量。
六、细长轴零件的加工实例 细长轴零件加工是车削操作较难的一种，对于车工而言， 需要不断学习别人成功的方法和经验，在实践中需要不断 改进完善，以提高细长轴的车削质量和效果。现以一细长 轴的加工为例，介绍其车削过程。零件材料为45号钢，直 径为100mm，长度为l 000mm，粗糙度为Ra1.6μm，全长 直线度为0.2mm。零件的加工步骤如下：
1．装夹零件 1)校直毛坯材料直线度，使其直线度小于1.5mm； 2)在毛坯的一端面，钻出Φ4mm的圆柱中心孔。另一端用Φ5 一开口钢丝圈套在毛坯的外圆上，或垫上55mm短圆柱销。 3)将细长轴一端l5～25mm长的毛坯伸入三爪卡盘内装夹， 尾端用伸缩活顶尖装夹。 4)开空车观察毛料的直线度，如弯曲过大，则卸下工件调直 重新装夹。
2．在靠卡盘一端的毛坯外圆上，车削跟刀架支承基准 车削直径为Φ22mm，长度大于支承爪的宽度1520mm，并 在工件的走刀方向车成小于45º的倒角，以便减少接刀时的 "让刀"现象，防止产生竹节形。 3．安装跟刀架，研磨支承爪 将已车好的圆柱端为基准， 研磨支承爪支承面。研磨时，可取主轴转速n = 300～600 r／min，先干磨，后精研，以提高支承爪圆弧面的密合度 和表面硬度。
4．选择、安装车刀 根据粗精加工不同选择车刀类型及其角度。1)粗车时选主 偏角kr=75º，前角ɤ0 =20º，后角α。=3º的 车刀。2)精车 时可主选偏角kr =75º～90º，前角ɤ0 = 25º；后角α。=10º、 刃倾角 λs = 1º30'～2º 的YWl宽刃精车刀。3)选择好后， 安装车刀，安装时要保证车刀与工件中心平行，且高度略 高于中心0．1～0．2mm，使副后面有托住零件的作用， 以提高加工表面的粗糙度，减少震动。
5．粗车和精车工件。 1)粗车工件时，主轴转速n = 600～1200 r ／min，切削深 度t=2. 5mm，走刀量S = 0 5．粗车和精车工件。 1)粗车工件时，主轴转速n = 600～1200 r ／min，切削深 度t=2.5mm，走刀量S = 0.4mm/r，从床头向尾座方向走刀。 2)精车工件时，主轴转速n = 600～1200r／min，切削深 度t = 0．02～0．05mm，走刀量S = 0．15～0．2mm/r。 3)车削过程要有充足的冷却润滑液浇注跟刀架的支承处， 防止摩擦发热和支承爪磨损。用这种方法加工l 000mm长 的细长轴，其锥度不会大于0．02mm，椭圆度不大于 0．02mm，不直度不大于0．2rnm。
精度要求高的细长轴可采用高速钢宽刃精车刀、低速精车 法获得。精车时采用低速精车法车削时，可用高速钢宽刃 精车刀。刀具切削刃宽度为30～40mm，ɤ=25º，αo=10º， λs = 1º30'～2º，采用弹簧刀柄装夹，车刀安装低于中心 0．1～0．15mm，以避免震动。转速n=12～14r/min，走 刀量S = 8～12mm(采用丝杠走刀)，吃刀深度t = 0.02～ 0.05mm。用乳化油或菜子油与煤油混合液冷却润滑，粗 糙度达Ra0.8μm。
§3—4 蜗杆轴的加工 一、 概述 1、 蜗杆轴类 零件的功用与结构 蜗杆轴是组 成机械的重要零件，也是机械加工中常见的典型零件之一。 它支撑着其它转动件回转并传递扭矩，同时又通过轴承与 机器的机架连接。蜗杆轴类零件是旋转零件，其长度大于 直径，由外圆柱面、圆锥面、内孔、螺纹及相应端面所组 成。加工表面通常除了内外圆表面、圆锥面、螺纹、端面 外，还有花键、键槽、横向孔、沟槽等。 根据功用和结构 形状，蜗杆轴类有多种形式，如光轴、空心轴、半轴、阶 梯轴、花键轴、偏心轴、曲轴、凸轮轴等。
2、 蜗杆轴类零件的技术要求 2.1 加工精度 1)尺寸精度 蜗杆轴类零件的尺寸精度主要指轴的直径尺寸 精度和轴长尺寸精度。按使用要求，主要轴颈直径尺寸精 度通常为IT6-IT9级，精密的轴颈也可达IT5级。轴长尺寸 通常规定为公称尺寸，对于阶梯轴的各台阶长度按使用要 求可相应给定公差。
2)几何精度 蜗杆轴类零件一般是用两个轴颈支撑在轴承上，这两 个轴颈称为支撑轴颈，也是轴的装配基准。除了尺寸精度外，一 般还对支撑轴颈的几何精度（圆度、圆柱度）提出要求。对于一 般精度的轴颈，几何形状误差应限制在直径公差范围内，要求高 时，应在零件图样上另行规定其允许的公差值。 3)相互位置精度 蜗杆轴类零件中的配合轴颈（装配传动件的轴颈） 相对于支撑轴颈间的同轴度是其相互位置精度的普遍要求。通常 普通精度的轴，配合精度对支撑轴颈的径向圆跳动一般为0.01- 0.03mm，高精度轴为0.001-0.005mm。 此外，相互位置精度还有内外圆柱面的同轴度，轴向定位端面与轴 心线的垂直度要求等。
2.2 表面粗糙度 根据机械的精密程度，运转速度的高低，轴类零件表面粗 糙度要求也不相同。一般情况下，支撑轴颈的表面粗糙度 Ra值为0.63-0.16 μm ；配合轴颈的表面粗糙度Ra值为2.5- 0.63μm
3.1蜗杆轴类零件的材料 蜗杆轴类零件材料的选取，主要根据轴的强度、刚度、耐 磨性以及制造工艺性而决定，力求经济合理。 常用的蜗杆轴类零件材料有 35、45、50优质碳素钢，以45 钢应用最为广泛。对于受载荷较小或不太重要的轴也可用 Q235、Q255等普通碳素钢。 对于受力较大，轴向尺寸、重量受限制或者某些有特殊要 求的可采用合金钢。如40Cr合金钢可用于中等精度，转速 较高的工作场合，该材料经调质处理后具有较好的综合力 学性能；
选用Cr15、65Mn等合金钢可用于精度较高，工作条件较 差的情况，这些材料经调质和表面淬火后其耐磨性、耐疲 劳强度性能都较好；若是在高速、重载条件下工作的蜗杆 轴类零件，选用20Cr、20CrMnTi、20Mn2B等低碳钢或 38CrMoA1A渗碳钢，这些港经渗碳淬火或渗氮处理后，不 仅有很高的表面硬度，而且其心部强度也大大提高，因此 具有良好的耐磨性、抗冲击韧性和耐疲劳强度的性能。
球墨铸铁、高强度铸铁由于铸造性能好，且具有减振性能， 常在制造外形结构复杂的轴中采用。特别是我国研制的稀 土——镁球墨铸铁，抗冲击韧性好，同时还具有减摩、吸 振，对应力集中敏感性小等优点，已被应用于制造汽车、 拖拉机、机床上的重要轴类零件。
3.2蜗杆轴类零件的毛坯 蜗杆轴类零件的毛坯常见的有型材（圆棒料）和锻件。大 型的，外形结构复杂的轴也可采用铸件。内燃机中的曲轴 一般均采用铸件毛坯。 型材毛坯分热轧或冷拉棒料，均适 合于光滑轴或直径相差不大的阶梯轴。 锻件毛坯经加热锻打后，金属内部纤维组织沿表面分布， 因而有较高的抗拉、抗弯及抗扭转强度，一般用于重要的 轴。
二、蜗杆轴加工的工艺分析 实例，图1所示为一蜗杆轴，材料选用 40Cr 钢。产品属于小批量生产。 图1 蜗杆轴
该蜗杆轴 φ 20j6， φ 17k5两外圆表面为支撑轴颈；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。 1、蜗杆轴加工的工艺路线 1 .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。
1.2 典型加工工艺路线 蜗杆轴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。 对普通精度的蜗杆轴加工，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。
② 粗车—半精车—粗磨—精 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。
1） 蜗杆轴的预加工 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直。
2） 蜗杆轴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。 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。
2、蜗杆轴的加工工艺过程 2.1 外圆表面的加工方法和加工精度 轴类、套类和盘类零件是具有外圆表面的典型零件。外圆 表面常用的机械加工方法有车削、磨削和各种光整加工方 法。车削加工是外圆表面最经济有效的加工方法，但就其 经济精度来说，一般适于作为外圆表面粗加工和半精加工 方法；磨削加工是外圆表面主要精加工方法，特别适用于 各种高硬度和淬火后的零件精加工；光整加工是精加工后 进行的超精密加工方法（如滚压、抛光、研磨等），适用 于某些精度和表面质量要求很高的零件。
由于各种加工方法所能达到的经济加工精度、表面粗糙度、 生产率和生产成本各不相同，因此必须根据具体情况，选 用合理的加工方法，从而加工出满足零件图纸上要求的合 格零件。 表1为外圆表面各种加工方案和经济加工精度。
表一 1 序号 加工方法 公差等级 粗糙度Ra值 适用范围 粗车 IT13-IT11 50-12.5 适用于淬火钢以外的各种金属 2 粗车 -半精车 IT10-IT8 6.3-3.2 3 粗车 -半精车-精车 IT8-IT7 1.6-0.8 4 粗车 -半精车-精车-滚压 0.2-0.025 5 粗车 -半精车-磨削 0.8-0.4 主要用于淬火钢，也可用于未淬火钢
粗车 -半精车-粗磨-精磨-超精加工（或轮式超精磨） IT5 0.1-0.012 序号 加工方法 公差等级 粗糙度Ra值 适用范围 6 粗车 -半精车-粗磨-精磨 IT7-IT6 0.4-0.1 7 粗车 -半精车-粗磨-精磨-超精加工（或轮式超精磨） IT5 0.1-0.012 8 粗车 -半精车-精车-精细车（金刚车） 0.4-0.025 用于要求较高的有色金属 9 粗车 -半精车-粗磨-精磨-超精磨（或镜面磨） IT5以上 0.025-0.006 极高精度的外圆加工 10 粗车 -半精车-粗磨-精磨-研磨 Rz0.1
2.2外圆表面的车削加工 (1)外圆车削的形式 轴类零件外圆表面的主要加工方法是车削加工。主要的加工形 式有： 1）荒车 自由锻件和大型铸件的毛坯，加工余量很大，为了 减少毛坯外圆形状误差和位置偏差，使后续工序加工余量均 匀，以去除外表面的氧化皮为主的外圆加工，一般切除余量 为单面1-3mm。 2）粗车 中小型锻、铸件毛坯一般直接进行粗车。粗车主要 切去毛坯大部分余量（一般车出阶梯轮廓），在工艺系统刚 度容许的情况下，应选用较大的切削用量以提高生产效率。
3）半精车 一般作为中等精度表面的最终加工工序，也可作 为磨削和其它加工工序的预加工。对于精度较高的毛坯， 可不经粗车，直接半精车。 4）精车 外圆表面加工的最终加工工序和光整加工前的预加 工。 5）精细车 高精度、细粗糙度表面的最终加工工序。适用于 有色金属零件的外圆表面加工，但由于有色金属不宜磨削， 所以可采用精细车代替磨削加工。
但是，精细车要求机床精度高，刚性好，传动平稳，能微 量进给，无爬行现象。车削中采用金刚石或硬质合金刀具， 刀具主偏角选大些（ 45 º ~90 º ）,刀具的刀尖圆弧半径小 于0.1-1.0mm，以减少工艺系统中弹性变形及振动。
(2)车削方法的应用 1）普通车削 适用于各种批量的轴类零件外圆加工，应用十分 广泛。单件小批量常采用卧室车床完成车削加工；中批、大批 生产则采用自动、半自动车床和专用车床完成车削加工。 2)数控车削 适用于单件小批和中批生产。近年来应用愈来愈普 遍，其主要优点为柔性好，更换加工零件时设备调整和准备时 间短；加工时辅助时间少，可通过优化切削参数和适应控制等 提高效率；加工质量好，专用工夹具少，相应生产准备成本低； 机床操作技术要求低，不受操作工人的技能、视觉、精神、体 力等因素的影响。对于轴类零件，具有以下特征适宜选用数控 车削。
结构或形状复杂，普通加工操作难度大，工时长，加工效率低的零 件。 加工精度一致性要求较高的零件。 切削条件多变的零件，如零件由于形状特点需要切槽，车孔，车螺 纹等，加工中要多次改变切削用量。 批量不大，但每批品种多变并有一定复杂程度的零件。 对带有键槽，径向孔（含螺钉孔）、端面有分布的孔（含螺钉孔） 系的蜗杆轴类零件，如带法兰的轴，带键槽或方头的轴，还可以 在车削加工中心上加工，除了能进行普通数控车削外，零件上的 各种槽、孔（含螺钉孔）、面等加工表面也可一并能加工完毕。 工序高度集中，其加工效率较普通数控车削更高，加工精度也更 为稳定可靠。
2.3 外圆表面的磨削加工 (1)外圆表面磨削的工艺范围 用磨具以较高的线速度对工件表面进行加工的方法称为磨 削。磨削加工是一种多刀多刃的高速切削方法，它使用于 零件精加工和硬表面的加工。 磨削的工艺范围很广，可以划分为粗磨、精磨、细磨及镜面 磨。
磨削加工采用的磨具（或磨料）具有颗粒小，硬度高，耐 热性好等特点，因此可以加工较硬的金属材料和非金属材 料，如淬硬钢、硬质合金道具、陶瓷等；加工过程中同时 参与切削运动的颗粒多，能切除极薄极细的切屑，因而加 工精度高，表面粗糙度值小。磨削加工作为一种精加工方 法，在生产中得到广泛的应用。目前，由于强力磨削的发 展，也可直接将毛坯磨削到所需要的尺寸和精度，从而获 得了较高的生产率。
(2)外圆表面磨削的常用方法 1)纵磨法 砂轮高速旋转起切削作用，工件旋转作圆周进给运动，并和 工作台一起作纵向往复直线进给运动。工作台每往复一次， 砂轮沿磨削深度方向完成一次横向进给，每次进给（吃刀深 度）都很小，全部磨削余量是在多次往复行程中完成的。当 工件磨削接近最终尺寸时（尚有余量0.005-0.01mm），应 无横向进给光磨几次，直到火花消失为止。纵磨法加工精度 和表面质量较高，适应性强，用同一砂轮可磨削直径和长度 不同的工件，但生产率低。在单件、小批量生产及精磨中应 用广泛，特别适用于磨削细长轴等刚性差的工件。
2)横磨法（切入法） 工件不作纵向往复运动，砂轮以缓慢的速度连续或间断地 向工件作横向进给运动，直到磨去全部余量。横磨时，工 件与砂轮的接触面积大，磨削力大，发热量大而集中，所 以易发生工件变形、烧刀和退火。横磨法生产效率高，适 用于成批或大量生产中，磨削长度短、刚性好、精度低的 外圆表面及两侧都有台肩的轴径。若将砂轮修整成型，也 可直接磨削成型面。
3)综合磨法 先用横磨法将工件分段进行粗磨，相邻之间有5-15mm搭接，每段 上留有0.01-0.03mm的精磨余量，精磨时采用纵磨法。这种磨削 方法综合了纵磨和横磨的优点，适用于磨削余量较大（余量0.7- 0.6mm）的工件。 4)深磨法 磨削时采用较小的纵向进给量（ 1-2mm/r）和较大的吃刀深度 （0.2-0.6mm）在一次走刀中磨去全部余量。为避免切削负荷集 中和砂轮外圆棱角迅速磨钝，应将砂轮修整成锥形或台阶形，外 径小的台阶起粗磨作用，可修粗些；外径大的起精磨作用，修细 些。深磨法可获得较高的精度和生产率，表面粗糙度值较小，适 用于大批量生产中，加工刚性好的短轴。
(3)外圆表面的无心磨削 在无心磨床磨削工件外圆时，工件不用顶尖来定心和支撑， 而是直接将工件放在砂轮和导轮（用橡胶结合剂作的粒度 较粗的砂轮）之间，由托板支撑，工件被磨削的外圆面作 定位面。无心外圆磨床有两种磨削方式。
1)贯穿磨削法（纵磨法） 磨削时将工件从机床前面放到托板上，推入磨削区，由于 导轮轴线在垂直平面内倾斜α角（α=1 o -6 o ）,导轮与工 件接触处的线速度v 导 可以分解成水平和垂直两个方向得 分速度v 导水平 和v 导垂直 ，v 导垂直 控制工件的圆周进 给运动，v 导水平 使工件作纵向进给。所以工件进入磨削 区后，便既作旋转运动，又作轴向移动，穿过磨削区，工 件就磨削完毕。α角增大，生产率高，但表面粗糙度随之 增大；反之，情况相反。为保证导轮与工件呈线接触状态， 需将导论形状修整成回转双面曲形。这种磨削方法不适用 带台阶的圆柱形工件。
2)切入磨削法（横磨法） 先将工件放在托板和导轮之间，然后由工件（连同导轮） 或磨削砂轮横向切入进给，磨削工件表面。这时导轮的中 心线仅倾斜很小角度（约 30'）,以便对工件产生一微小的 轴向推力，使它靠住挡板，得到可靠的轴向定位。切如磨 法适用于磨削有阶梯或成形回转表面的工件，但磨削表面 长度不能大于磨削砂轮宽度。 在磨床上磨削外圆表面时，应采用充足的切削液，一般磨钢 件多用苏打水或乳化液；铝件采用加少量矿物油的煤油； 铸铁、青铜件一般不用切削液，而用吸尘器清除尘屑。
2.4 外圆表面的光整加工 对于超精密零件的加工表面往往需要采用特殊的加工方法， 在特定的环境下加工才能达到要求，外圆表面的光整加工 就是提高零件加工质量的特殊加工方法。 (1)研磨 研磨是一种古老、简便可靠的表面光整加工方法，属自由 磨粒加工。在加工过程中那些直接参与切除工件材料的磨 粒不像砂轮、油石和沙带、砂纸那样总是固结或涂附在磨 具上，而是处于自由游离状态。
经研磨表面，尺寸和几何形状精度可达 1-3 μ m ， 表面粗 糙度 Ra值为0. 16-0 经研磨表面，尺寸和几何形状精度可达 1-3 μ m ， 表面粗 糙度 Ra值为0.16-0.01 μ m。若研具精度足够高，其尺寸 和几何形状精度可达0.3-0.1 μ m，表面粗糙度值Ra值小于 0.04-0.01 μ m。 1)研磨原理 研磨是通过研具在一定压力下与加工面作复杂的相对运动 而完成的。研具和工件之间的磨粒与研磨剂在相对运动中， 分别起机械切削作用和物理、化学作用，使磨粒能从工件 表面上切去极薄的一层材料，从而得到极高的尺寸精度和 极细的表面粗糙度。
研磨时，有大量磨粒在工件表面浮动着，它们在一定的压 力下滚动、刮擦和挤压，起着切除细微材料层的作用，磨 粒在研磨塑性材料时，受到压力的作用，首先使工件加工 面产生裂纹，随着磨粒的运动，裂纹的扩大、交错，以致 形成了碎片（即切削）最后脱离工件。研具与工件相对运 动复杂，磨粒在工件表面上的运动不重复，可以除去“高 点”。这就是机械切削的作用。
研磨时磨粒与工件接触点局部压力非常大，因而瞬时产生 高温，产生挤压作用，以致使工件表面平滑，表面粗糙度 Ra值下降，这是研磨时产生的物理作用。 由于研磨时研磨液中加入硬脂酸或油酸，与覆盖在工件表 面的氧化物薄膜间还会产生化学作用，使被研表面软化， 加速研磨效果。
2) 研磨方法 ① 手工研磨 研磨外圆时，工件夹持在车窗卡盘上或用顶尖支撑，作低速回 转，研具套在工件上，在研具与工件之间加入研磨剂，然后用 手推动研具作往复运动。往复运动速度常选用 20-70m/min为 宜。 ② 机器研磨 机器研磨效率高，可以单面研磨，也可以双面研磨。 此外，机器研磨不仅可以研磨外圆柱面、内圆柱面，还适用于 平面、球面、半球面的表面研磨。 ③ 嵌砂与无嵌砂研磨
根据磨料是否嵌入研具，研磨又可分为嵌砂和无嵌砂两种。 A. 嵌砂研磨 研具材料比工件软，组织均匀，具有一定弹性， 变形小，表面无斑点等特点。常用材料委会朱铁、铜、铅、 软钢等。 在加工中，磨料直接加入工作区域内，磨粒受挤压而自动 嵌入研具称自由嵌砂法。若是在加工前，事先将磨料直接 挤压到研具表面中去的则称强迫嵌砂。此方法主要用于精 密量具的研磨。
B. 无嵌砂的研磨 研具材料较硬，而磨料较软（如氧化铬 等）。在研磨过程中，磨粒处于自由状态，不嵌入研具表 面。研具材料常选用淬硬过的钢、镜面玻璃等。
3) 研磨具和研剂 ① 研磨剂 研磨剂包含磨料、研磨液和辅助材料。 磨料 应具有高硬度，高耐磨性；磨粒要有适当的锐利性，在 加工中破碎后仍能保持一定的锋刃；磨粒的尺寸要大致相近， 使加工中尽可能有均一的工作磨粒。常见的研磨磨料见表2所示。 研磨液 研磨液使磨粒在研具表面上均匀散布，承受一部分研磨 压力，以减少磨粒破碎，并兼有冷却、润滑作用。常用的研磨 液是煤油、汽油、机油、动物油脂等。 辅助材料 辅助材料能使工件表面氧化物薄膜破坏，增加研磨效 率。
② 研具 研磨工具简称研具，其作用是使研磨剂赖以暂时固 着或获得一定的研磨运动，并将自身的几何形状按一定的 方式传递到工件上。因此，制造研具的材料对磨料要有适 当的嵌入性，研具自身几何形状应有长久的保持性。
表 2 研磨常用磨料 种类 主要成分 显微硬度 /HV 适用材料 刚玉 AL 2 O 3 2000-2300 各种碳钢、合金钢、不锈钢 碳化硅 SiC 2800-3400 铸铁、其他非铁金属及其合金（青铜、铝合金）、玻璃陶瓷、石材 碳化硼 B 4 C 4400-5400 高硬钢、镀铬表面、硬质合金 碳硅硼 5700-6200 硬质合金、半导体材料、宝石、陶瓷 金刚石 C 10000 硬质合金、陶瓷、玻璃、水晶、半导体材料、宝石 氧化铬 Cr 2 O 3 淬硬钢及一般金属的精细研磨和抛光
4) 研磨特点 研磨能获得其他机械加工较难达到的稳定的高精度表面， 研磨过的表面其表面粗糙度细；耐磨性、耐蚀性能良好； 操作技术、使用设备、工具简单；被加工材料适应范围广， 无论钢、铸铁、还是有色金属均可用研磨方法精加工，尤 其对脆性材料更显特色。适用于多品种小批量的产品零件 加工，因为只要改变研具形状就能方便地加工出各种形状 的表面。但必须注意的事，研磨质量很大程度取决于前道 工序的加工质量。
(2) 超精加工 超精加工实际上是摩擦抛光过程，是降低表面粗糙度的一种有效 的光整加工方法。它具有设备简单、操作方便、效果显著、经 济性好等优点。 1)超精加工的工作原理 超精加工使用细粒度磨条（油石）以较低的压力和切削速度对工 件表面进行精密加工的方法。 加工中有三种运动，即工件的回转运动 1；磨头轴向进给运动2； 磨条高速往复振动3。这三种运动使磨粒在工件表面形成的轨迹 是正弦曲线。 超精加工的切削过程与磨削、研磨不同，只能切去工件表面的凸 峰，当工件表面磨平后，切削作用能自动停止。超精加工大致 可分为四个阶段：
A强力切削阶段 油石磨粒细，压力小，工件与磨条之间的油膜易形 成，单位面积上的压力大，故切削作用强烈。 B正常切削阶段 当少数凸峰磨平后，接触面积上的压力降低，切削 磨条自锐性作用减弱，进入正常切削阶段。 C微弱切削阶段 随着切削面积的增大，单位面积上的压力更低，切 削作用微弱，且细小的切屑形成氧化物而嵌入油石空隙中，使油 石产生光滑表面，具有摩擦抛光作用而降低工件表面的粗糙度。 D自动停止阶段 工件磨平，单位面积上压力极低，工件与磨条之间 又形成了油膜，不再窃笑，切削作用自动停止。
2) 超精加工的特点 ① 超精加工磨粒运动轨迹复杂，能由切削过程过渡到抛光 过程，表面粗糙度Ra值达0.01-0.04 μ m。 ② 超精加工磨条的粒度极细，只能切削工件凸峰，所以加 工余量很小，一般为0.005-0.00025mm。 ③ 磨条高速往复振动，磨条的微刃两面切削，磨屑易于清 楚。不会在工件表面形成划痕。 ④ 切削速度低，磨条压力小，工件表面不易发热，不会烧 伤表面，也不易使工件表面变形。 ⑤ 超精加工的表面耐磨性好。
(3) 双轮珩磨 双轮珩磨也是一种高效的光整加工方法。珩磨时工件在两 顶尖上以转速 n ω 旋转，两个修整成双曲线的磨轮轴线反 向倾斜，与工件轴线成 α 角，安装在工件两边，用弹簧3 压向工件。工件靠摩擦力带动珩轮旋转，同时沿工件轴向 作往复运动。磨轮和工件的相对滑动速度v使其产生切削力。
双轮珩磨出来的工件表面呈黑色镜面，其表面粗糙度 Ra值 达0. 0012-0 双轮珩磨出来的工件表面呈黑色镜面，其表面粗糙度 Ra值 达0.0012-0.025 μ m。此外，由于磨轮本身回转，磨损均 匀，因此耐用度较高。采用这种加工方法的最大特点是对 前道工序的表面粗糙度要求不高，即使是车削表面，也可 直接进行珩磨。但采用这种方法，不能纠正前道工序的圆 度误差。
(4) 滚压 滚压是冷压加工方法之一，属无屑加工。滚压加工是利用 金属产生塑性变形从而达到改变工件的表面性能、获得工 件尺寸形状的目的。 外圆表面的滚压加工一般可用各种相应的滚压工具，在普 通卧室车床上对加工表面在常温下进行强行滚压，使工件 金属表面产生塑性变形，修正金属表面的微观几何形状， 减小加工表面粗糙度值，提高工件的耐磨性、耐蚀性和疲 劳强度。例如经滚压后的外圆表面粗糙度可达Ra0.4-0.25 μ m，硬化层深度0.2-0.05 μ m，硬度提高5%-20%。
滚压加工特点如下： 1）前道工序的表面粗糙度Ra不大于5 μ m，压前表面要洁 净，直径方向的余量为0.02-0.03mm。 2）滚压后工件的形状精度及相互位置精度主要取决于前道 工序的形状位置精度。前工序表面圆柱度、圆度较差则还 会出现表面粗糙度不均匀的现象。 3）滚压的对象一般只适宜塑性材料，并要求材料组织均匀。 经滚压后的工件表面耐磨性、耐蚀性提高明显。 4）滚压加工生产率高，工艺范围广，不仅可以用来加工外 圆表面，对于内孔、端面的加工均可采用。
§3—5 丝杆加工 (一)、丝杠的功用、分类及结构特点 1、丝杠的功用 丝杠是将旋转运动变成直线运动的传动副零件，它被用来 完成机床的进给运动。机床丝杠不仅要能传递准确的运动， 而且还要能传递一定的动力。所以它在精度、强度以及耐 性各个方面，都有一定的要求。
2、丝杠的分类 机床丝杠按其摩擦特性分： 滑动丝杠 、 滚珠丝杠 、 滚动 丝杠、 静压丝杠 、 滚柱丝杠 按其使用性能要求分：不淬硬丝杠 、 淬硬丝杠 按其精度要求分：普通丝杠、精密丝杠 3、丝杠结构的工艺特点 丝杠是细而长的柔性轴，它的长径比往往很大，一般都在 20～50左右，刚度很差。加上其结构形状比较复杂，有要 求很高的螺纹表面，又有阶梯及沟槽，因此，在加工过程 中，很容易产生变形，这是丝杠加工中影响精度的一个主 要因素。
（二）、丝杠的精度要求 1、精度等级按丝杠的螺纹精度标准分，国家有标准。 2、具体指标有： （1）单个螺距允差 （2）中径圆度允差；（3）外径 相等性允差；（4）外径跳动允差； （5）牙形半角允差； （6）中径为尺寸公差； （7）外径为尺寸公差；（8）内径为尺寸公差。
（三）、丝杆加工的基本工艺路线： 1、对不淬硬丝杠：毛坯（热处理）—校直—车端面钻中 心孔—外圆粗加工—校直热处理—重打中心孔（修正）— 外圆半精加工—加工螺纹—校直、低温时效—修正中心 孔—外圆、螺纹精加工。 2、对淬硬丝杠：毛坯（热处理）—校直—车端面打中心 孔—外圆粗加工—校直热处理—重打中心孔（修正）—外 圆半精加工加工螺纹—淬火、回火—探伤—修正中心孔— 外圆、螺纹半精磨加工—探伤—修正中心孔—外圆、螺纹 精磨加工。
（ 四）丝杠加工工艺主要问题分析 1、丝杠的校直及热处理： 丝杠工艺除毛坯工序外，在粗加 工及半精加工阶段，都安排了校直及热处理工序。校直的 目的是为了减少工件的弯曲度，使机械加工余量均匀。时 效热处理以消除工件的残余应力，保证工件加工精度的稳 定性。一般情况下，需安排三次。一次是校直及高温时效， 它安排在粗车外圆以后，还有两次是校直及低温时效，它 们分别安排在螺纹的粗加工及半精加工以后。
2、定位基准面的加工： 丝杠两端的中心孔是定位基准面， 在安排工艺路线时，应首先将它加工出来，中心孔的精度 对加工质量有很大影响，丝杠多选用带有120º护锥中心孔。 此外，在热处理后，精车螺纹以前，还应适当修整中心孔 以保持其精度。丝杠加工的定位基准面除中心孔外，还要 用丝杠外圆表面作为辅助基准面，以便在加工中采用跟刀 架，增加刚度。
3、螺纹的粗、精加工 粗车螺纹工序一般安排在精车外圆以 后，半精车及精车螺纹工序则分别安排在粗磨及精磨外圆 以后。不淬硬丝杜一般采用车削工艺，经多次加工，逐渐 减少切削力和内应力；对于淬硬丝杠，则采用“先车后磨” 或“全磨”两种不同的工艺。后者是从淬硬后的光杜上直接 用单线或多线砂轮粗磨出螺纹，然后用单线砂轮精磨螺纹。
4、重钻中心孔：工件热处理后，会产生变形。其外圆面需 要增加的加工余量，为减少其加工余量，而采用重钻中心 孔的方法。在重钻中心孔之前，先找出工件上径向圆跳动 为最大值的一半的两点，以这两点后作为定位基准面，用 个端面的方法切去原来的中心孔，重新钻中心孔。当使用 新的中心孔定位时，工件所必须切会的额外的加工余量将 减少到原有值。
§3—6 CA6140车床主轴加工 图3-8 CA6140车床主轴简图
（一） 主轴的主要技术要求分析 1．支承轴颈的技术要求 一般轴类零件的装配基准是支 承轴颈，轴上的各精密表面也均以其支承轴颈为设计基准， 因此轴件上支承轴颈的精度最为重要，它的精度将直接影 响轴的回转精度。由图3-8见本主轴有三处支承轴颈表面， （前后带锥度的Ａ、Ｂ面为主要支承，中间为辅助支承） 其圆度和同轴度（用跳动指标限制）均有较高的精度要求。
2．螺纹的技术要求 主轴螺纹用于装配螺母，该螺母是调 整安装在轴颈上的滚动轴承间隙用的，如果螺母端面相对 于轴颈轴线倾斜，会使轴承内圈因受力而倾斜，轴承内圈 歪斜将影响主轴的回转精度。所以主轴螺纹的牙形要正， 与螺母的间隙要小。必须控制螺母端面的跳动，使其在调 整轴承间隙的微量移动中，对轴承内圈的压力方向正。
3．前端锥孔的技术要求 主轴锥孔是用于安装顶尖或工具 的莫氏锥炳，锥孔的轴线必须与支承轴颈的轴线同轴，否 则影响顶尖或工具锥炳的安装精度，加工时使工件产生定 位误差。 4．前端短圆锥和端面 的技术要求 主轴的前端圆锥和端面是安装卡盘的定位面， 为保证安装卡盘的定位精度其圆锥面必须与轴颈同轴，端 面必须与主轴的回转轴线垂直。
5．其它配合表面的技术要求 如对轴上与齿轮装配表面的 技术要求是：对Ａ、Ｂ轴颈连线的圆跳动公差为0 5．其它配合表面的技术要求 如对轴上与齿轮装配表面的 技术要求是：对Ａ、Ｂ轴颈连线的圆跳动公差为0.015mm， 以保证齿轮传动的平稳性，减少噪音。 上述 的1、2项技术要求影响主轴的回转精度，而3、4项技术要 求影响主轴作为装配基准时的定位精度，而第5项技术要 求影响工作噪音，这些表面的技术要求是主轴加工的关键 技术问题。综上所述，对轴类零件，可以从回转精度、定 位精度、工作噪音这三个方面分析其技术要求。
（二） 主轴的材料、毛坯和热处理 1．主轴材料和热处理的选择。一般轴类零件常用材料为 45钢，并根据需要进行正火、退火、调质、淬火等热处理 以获得一定的强度、硬度、韧性和耐磨性。对于中等精度 而转速较高的轴类零件，可选用40Cr等牌号的合金结构钢， 这类钢经调质和表面淬火处理，使其淬火层硬度均匀且具 有较高的综合力学性能。
精度较高的轴还可使用轴承钢GCr15和弹簧钢65Mn，它们 经调质和局部淬火后，具有更高的耐磨性和耐疲劳性。在 高速重载条件下工作的轴，可以选用20CrMnTi、20Mn2B、 20Cr等渗碳钢，经渗碳淬火后，表面具有很高的硬度，而 心部强度和冲击韧性好。在实际应用中可以根据轴的用途 选用其材料。如车床主轴属一般轴类零件，材料选用45钢， 预备热处理采用正火和调质，最后热处理采用局部高频淬 火。
2．主轴的毛坯。轴类毛坯一般使用锻件和圆钢，结构复杂 的轴件（如曲轴）可使用铸件。光轴和直径相差不大的阶 梯轴一般以圆钢为主。外圆直径相差较大的阶梯轴或重要 的轴宜选用锻件毛坯，此时采用锻件毛坯可减少切削加工 量，又可以改善材料的力学性能。主轴属于重要的且直径 相差大的零件，所以通常采用锻件毛坯。
（三） 主轴加工的工艺过程 一般轴类零件加工简要的典型 工艺路线是：毛坯及其热处理→轴件预加工→车削外圆→ 铣键槽等→最终热处理→磨削。 某厂 生产的车床主轴如图4-1所示，其生产类型为大批生产；材 料为45钢；毛坯为模锻件。该主轴的加工工艺路线如表4- 1。
（四） 主轴加工工艺过程分析 1．定位基准的选择 在一般轴类零件加工中，最常用的定位基准是两端中心孔。 因为轴上各表面的设计基准一般都是轴的中心线，所以用 中心孔定位符合基准重合原则。同时以中心孔定位可以加 工多处外圆和端面，便于在不同的工序中都使用中心孔定 位，这也符合基准统一原则。
当加工表面位于轴线上时，就不能用中心孔定位，此时宜 用外圆定位，例如表4-1中的第10序钻主轴上的通孔，就 是采用以外圆定位方法，轴的一端用卡盘夹外圆，另一端 用中心架架外圆，即夹一头，架一头。作为定位基准的外 圆面应为设计基准的支承轴颈，以符合基准重合原则。如 上述工艺过程中的17和23序所用的定位面。
表4-1 车床主轴加工工艺过程
表4-1 车床主轴加工工艺过程
表4-1 车床主轴加工工艺过程
表4-1 车床主轴加工工艺过程
表4-1 车床主轴加工工艺过程
表4-1 车床主轴加工工艺过程
表4-1 车床主轴加工工艺过程
表4-1 车床主轴加工工艺过程
表4-1 车床主轴加工工艺过程
表4-1 车床主轴加工工艺过程
表4-1 车床主轴加工工艺过程
此外，粗加工外圆时为提高工件的刚度，采取用三爪卡盘夹 一端（外圆），用顶尖顶一端（中心孔）的定位方式，如上 述工艺过程的6、8、9序中所用的定位方式。 由于主轴轴线上有通孔，在钻通孔后（第10序）原中心孔就 不存在了，为仍能够用中心孔定位，一般常用的方法是采用 锥堵或锥套心轴，即在主轴的后端加工一个1：20锥度的工 艺锥孔，在前端莫氏锥孔和后端工艺锥孔中配装带有中心孔 的锥堵，如图3-9ａ所示，这样锥堵上的中心孔就可作为工 件的中心孔使用了。使用时在工序之间不许卸换锥堵，因为 锥堵的再次安装会引起定位误差。当主轴锥孔的锥度较大时， 可用锥套心轴，如图3-9ｂ所示。
图3-9 锥堵与锥套心轴
为了保证以支承轴颈为基准的前锥孔跳动公差（控制二者 的同轴度），采用互为基准的原则选择精基准，即第11、 12序以外圆为基准定位车加工锥孔（配装锥堵），第16序 以中心孔（通过锥堵）为基准定位粗磨外圆；第17序再一 次以支承轴颈附近的外圆为基准定位磨前锥孔（配装锥 堵），第21、22序，再一次以中心孔（通过锥堵）为基准 定位磨外圆和支承轴颈；最后在第23序又是以轴颈为基准 定位磨前锥孔。这样在前锥孔与支承轴颈之间反复转换基 准，加工对方表面，提高相互位置精度（同轴度）。
2．划分加工阶段 主轴的加工工艺过程可划分为三个阶段：调质前的工序为 粗加工阶段；调质后至表面淬火前的工序为半精加工阶段； 表面淬火后的工序为精加工阶段。表面淬火后首先磨锥孔， 重新配装锥堵，以消除淬火变形对精基准的影响，通过精 修基准，为精加工做好定位基准的准备。
3．热处理工序的安排 45钢经锻造后需要正火处理，以消除锻造产生的应力，改 善切削性能。粗加工阶段完成后安排调质处理，一是可以 提高材料的力学性能，二是作为表面淬火的预备热处理， 为表面淬火准备了良好的金相组织，确保表面淬火的质量。 对于主轴上的支承轴颈、莫氏锥孔、前短圆锥和端面，这 些重要且在工作中经常摩擦的表面，为提高其耐磨性均需 表面淬火处理，表面淬火安排在精加工前进行，以通过精 加工去除淬火过程中产生的氧化皮，修正淬火变形。
4．安排加工顺序的几个问题 ①深孔加工应安排在调质后进行 钻主轴上的通孔虽然属粗加工工序，但却宜安排在调质后 进行。因为主轴经调质后径向变形大，如先加工深孔后调 质处理，会使深孔变形，而得不到修正（除非增加工序）， 安排调质处理后钻深孔，就避免了热处理变形对孔的形状 的影响。 ②外圆表面的加工顺序 对轴上的各阶梯外圆表面，应先加工大直径的外圆，后加 工小直径外圆，避免加工初始就降低工件刚度。
③铣花键和键槽等次要表面的加工安排在精车外圆之后，否 则在精车外圆时产生断续切削，影响车削精度，也易损坏 刀具。 ④主轴上的螺纹要求精度高，为保证与之配装的螺母的端面 跳动公差，要求螺纹与螺母成对配车，加工后不许将螺母 卸下，以避免弄混。所以车螺纹应安排在表面淬火后进行。
⑤数控车削加工 数控机床的柔性好，加工适应性强，适用 于中、小批生产。本主轴加工虽然属于大批生产，但是为 便于产品的更新换代，提高时生产效率，保证加工精度的 稳定性，在主轴工艺过程中的第15序也可采用数控机床加 工，在数控加工工序中，自动的车削各阶梯外圆并自动换 刀切槽，采用工序集中方式加工，既提高了加工精度，又 保证了生产的高效率。由于是自动化加工，排除了人为错 误的干扰，确保加工质量的稳定性。取得了良好的经济效 益。同时采用数控加工设备为生产的现代化提供了基础。 在大批生产时，一些关键工序也可以采用数控机床加工。
⑥传统的手工刮研；当生产批量大而精度又较高时，多采 用磨削。为提高生产效率和平面间的位置精度，可采用专 用磨床进行组合磨削等。
§3—7 曲轴加工 一、 曲抽的毛坯材料及制造方法 CA6102发动机曲轴采用45"钢模锻方式制造，它具有较高的 刚度、强度和良好的耐磨性。图3.1.19为其毛坯图。 二、 曲轴的主要加工表面及技术要求 如图3.1.18所示，CA6102发动机曲轴的主要加工表面及技 术要求如下: 1.主轴颈:曲轴共有7个主轴颈，它们是曲轴的支点。为了最 大限度地增加曲轴的刚度，通常将主轴颈设计得粗一些， 尽管这会增加重量，但是它可以大大提高曲轴的刚度，增 加重叠度，减轻扭振的危害。
主轴颈为 ，圆柱度公差为 。第一轴颈长 ，第四轴颈宽 ,第 七轴颈宽 ，第二、三、五、六轴颈宽 以第一、七主轴颈 为基准。第四主轴颈的径向跳动公差为0.05mm。 2.连杆轴颈：曲轴共有六个连杆轴颈，它与连杆总成大头相 连接。轴颈为 ,圆柱度公差为0.005mm。轴颈宽38H10mm， 其与主轴颈的重叠度为11.35mm。 3.油封轴颈：油封轴颈为 。
4. 曲柄臂:曲柄臂用于连接主轴颈和连杆轴颈，共有十二个。 它呈长圆形，是曲轴的薄弱环节。容易产生扭断和疲劳破 坏。曲柄半径为R(57 4.曲柄臂:曲柄臂用于连接主轴颈和连杆轴颈，共有十二个。 它呈长圆形，是曲轴的薄弱环节。容易产生扭断和疲劳破 坏。曲柄半径为R(57.15士0.07)mm。 5.各连杆轴颈轴心线的相位差在 之内。 6.曲轴必须经过动平衡，精度为 。 7.主轴颈、连杆轴颈要进行表面淬火，淬硬深度2mm- 4mm,55-53HRC。油封轴颈(即安装飞轮轴颈)也要进行表 面淬火，淬硬深度不小于1mm,54-63HRC。 8.曲轴还要进行探伤检查。要求曲轴的加工表面不允许出现 “发裂”。
三、曲轴的机械加工工艺过程 曲轴的机械加工工艺过程在很大程度上取决于生产批量、加 工要求、毛坯种类和热处理安排等。 典型加工顺序为：铣两端面→钻中心孔→粗车→精车→铣削 →热处理→磨削加工等。 曲轴机械加工过程大致可分为以下几个阶段: ①加工定位基面→粗、精车主轴颈→中间检查； ②粗磨主轴颈→铣定位面→车连杆轴颈→加工定位销孔、油 道孔等次要表面→中间检查；
③中频淬火→半精磨主轴颈→中间检查； ④精磨连杆轴颈→中间检查； ⑤精磨主轴颈→铣键糟→中间检查； ⑥两端孔加工、动平衡→超精加工主轴颈及连杆轴颈→最终 检查。 CA6102发动机曲轴生产线共有64道工序，72台设备，其中 23台进口设备。其主要工序见表3.1.3。
四、 曲轴加工工艺过程分析及典型夹具 1.定位基准的选择。曲轴径向尺寸设计基准为主轴颈和连杆 轴颈的轴线；轴向尺寸基准为止推面。 作为精基准(也为设计基准)的中心孔应先加工，粗基准为第 一、七主轴颈外画表面，并以第四主轴颈两侧曲柄臂斜面 作为轴向定位粗基准。 2．关键工序及典型夹具。第一道工序为铣端面、钻中心孔。 曲轴中心孔是否偏移，对加工表面的余量分布和动平衡有 直接影响，所以应使中心孔尽可能接近曲轴的质量中心。 加工时，先铣两端面，后钻中心孔。
粗加工主轴颈时，如以中间轴颈作为辅助支承面和轴向定 位面时，则中间轴颈加工应安排在其它轴颈加工之前进行 粗加工或半精加工；曲柄定位面(也称平台)应在连杆轴颈 加工之前进行加工；油道孔、定位销孔的加工应在轴颈粗 磨之后，淬火之前进行；表面淬火应在半精磨加工之前进 行；平衡在精加工之后进行；校直是在容易引起曲轴弯由 变形的工序之后进行，如在粗车、粗磨、热处理工序之后 进行；最终检查在清铣之后进行。
图3.1.2和图3.1.21所示为第一道工序MP-73铣钻组合机及 其所用自定心夹具。 通过液压油缸带动铰链机构实现自动定心。油缸4前腔进油 时，活塞杆带动铰链8推动连接杆5,然后再带动铰链5，使 两端卡爪体前进夹紧工件。当油缸后腔进油时，则夹爪松 开。 在调整夹具精度时（指夹爪与中心钻的位置精度)，如果需 要调整夹爪体行程距离，就拧动螺帽7,此时两端夹爪体同 时前进或后退。当需要微量调整某一个夹爪体时，就拧动 微调旋钮1来实现。
为保证中心孔的加工精度，此工序备有一个校准中心钻位 置精度(相对于夹紧中心)的校准件，用以经常检查和调整 夹具。图3. 1 为保证中心孔的加工精度，此工序备有一个校准中心钻位 置精度(相对于夹紧中心)的校准件，用以经常检查和调整 夹具。图3.1.22为检查中心钻相对于夹具的位置精度示意 图。检查方法如下: 首先将校准件夹紧，然后使校准件的活动套沿中心钻外圆 旋转，如果能转过一周。且活动套与中心钻外圆的接触间 隙相同(用塞尺测量)，则证明中心钻与夹具调整正好合格， 否则要重新调整夹具。
表3.1.3 曲轴主要加工工序 2.精车全部曲轴颈
续表3.1.3
续表3.1.3
续表3.1.3
续表3.1.3
图3.1.23所示第13道工序A662铣床夹具。铣削面为第一和 第十二曲柄臂两侧面上的定位面。气缸5带动其两端带有 斜面的推杆6，推动顶杆3使压板4夹紧工件。曲轴的轴向 定位是以油封轴颈端面靠在夹具轴向定位件1上.并以V形铁 2作为角向定位(v形铁可上下浮动)。
图3. 1. 24为曲轴连杆轴颈车床加工示意图。本机床有两个工 位，每个工位的刀架数等于连杆轴颈数(如图3. 1 图3.1.24为曲轴连杆轴颈车床加工示意图。本机床有两个工 位，每个工位的刀架数等于连杆轴颈数(如图3.1.25)。一个 工位用多刀同时车削所有的连杆轴颈台肩端面，另一个工 位用多刀同时车削所有的曲柄销外圆。中间主轴颈用中心 架支承。曲轴用两端主轴颈、第一主轴颈台肩端面及曲柄 臂侧面的工艺平面为定位基准。主轴颈和机床主轴同轴。 加工时，曲轴绕其主轴颈轴心旋转，曲轴是与所有车刀同 步旋转的。机床的工作原理如图3.1.26所示。曲轴旋转一 周，车刀把外圆表面切去一层金属。车刀径向进给，将全 部余量切掉。
该机床的生产率高，但更换刀具和机床重新调整的时间较 长。由于刀架与机床主轴同步运动。当主轴转速提高时， 在刀架上会产生相当大的惯性力，因而切削速度的提高受 到一定的限制。 钻深油孔是在轴颈淬火以前进行。深孔加工有一些特殊的 间题要注意，首先是排除切屑不方便，其次是刀具冷却困 难，从而降低钻头的寿命。另外，钻头容易引偏，钻头刚 性差，容易造成孔轴线外斜，并可能导致钻头折断等。解 决的措施有:
①采取分级进给，以便排除切屑和改善刀具的冷却。深孔钻 组合机床的动力头备有分级进给机构，控制动力头的进退。 钻头每钻入一定深度后就退出排屑，再次钻入一定深度后 又退出，如此自动循环，直至钻至所需的深度为止。如图 3.1.27所示。 ②适当加大钻头螺旋槽和螺旋角，以改善排屑。
③细长的钻头在开始钻入时的加工精度对孔全长的直线度有 很大的影响。由于深油孔和轴颈表面形成一个角度，钻头 容易引偏，故在钻深油孔前用专用钻床在轴颈表面糊一个 半球形的凹坑，钻孔时钻头便不致倾斜。同时，应提高钻 套的位置精度，缩短钻套与工件表面的距离，并使钻套长 度不小于孔径的三倍。
2K34曲轴抛光机床是一种超精加工设备，它是利用油石或 砂布进行光整加工的，其运动比较复杂(工件的旋转运动， 油石的纵向移动，工件与油石的高速振动)。在超精加工过 程中，油石与工件的高速振动是其重要的特征。工件表面 形成无数细徽的螺旋线，这些螺旋线又互相交错而重合， 如图3.1.28所示。由于整个工件表面上都同样不断地进行 交错切削，就把被加工表面上的全部突出尖锋彻底削掉， 剩下的只是不明显的凹痕了，这就是它能形成特别低的粗 糙度的主要原因。
曲轴是形状细长而复杂的工件，要求在同一时间内对14个 轴颈进行超精加工(包括油封轴颈)，公差为0.019mm，粗 糙度为 ，其加工参数为： ①工作主轴转数在一个加工循环中先慢速后快速。 粗研加工：慢速43r/min；快速131r/min。 精研加工:慢速85r/min；快速131r/min。 ②工件振动频次：415次/min；振幅6mm。 ③油石的移动量为：12-17mm；移动速度1-1.2m/min。
一般的超精加工过程可分为四个阶段。如图3.1.29所示。四个阶段如下:
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