第十章第十章典型零件加工典型零件加工

轴类零件的作用、特点及分类轴类零件的作用、特点及分类 车床主轴的功用和结构特点及设计要求车床主轴的功用和结构特点及设计要求 车床主轴技术条件的分析车床主轴技术条件的分析 主轴的机械加工工艺过程主轴的机械加工工艺过程 主轴加工工艺过程分析主轴加工工艺过程分析 主轴加工中的几个工艺问题主轴加工中的几个工艺问题

第一节 轴类零件加工第一节 轴类零件加工

1 ．轴类零件的作用、特点及分类轴类零件的作用• 支撑传动零件；• 承受载荷；• 传递扭矩。

轴类零件的特点• 长度大于直径；• 加工表面为内外圆柱面、圆锥面、

螺纹、花键、沟槽等；• 有一定的回转精度。

轴类零件的分类• 光滑轴；• 阶梯轴；• 空心轴；• 异形轴（曲轴、齿轮轴、偏心轴、

十字轴、凸轮轴、花键轴）。

2 ．车床主轴的功用和结构特点及设计要求

车床主轴的结构特点• 既是阶梯轴，又是空心轴；是长径比小

于 12 的刚性轴• 不但传递旋转运动和扭矩，而且是工件

或刀具回转精度的基础• 主要加工表面有内外圆柱面、圆锥面，

次要表面有螺纹、花键、沟槽、端面结合孔等

• 机械加工工艺主要是车削、磨削，其次是铣削和钻削

特别值得注意的工艺问题有： 1) 定位基准的选择； 2) 加工顺序的安排； 3) 深孔加工； 4) 热处理变形。车床主轴的功用• 承受扭转力矩；• 承受弯曲力矩；• 保证回转运动精度。

车床主轴的设计要求• 扭转和弯曲刚度高；• 回转精度高（径向圆跳动、端面圆跳动、

回转轴线稳定）；• 制造精度高： 1) 结构尺寸及动态特性要好； 2) 主轴本身及其轴承精度高； 3) 轴承的结构和润滑； 4) 齿轮的布置； 5) 固定件的平衡等。

主轴结构的设计要求：• 1) 合理的结构设计；• 2) 足够的刚度；• 3) 有具有一定的尺寸、形状、位置精度

和表面质量；• 4) 足够的耐磨性、抗振性及尺寸稳定性• 5) 足够的抗疲劳强度

3 ．车床主轴技术条件的分析主轴支承轴颈的技术要求• 支承轴颈是主轴的装配基准，其精度直

接影响主轴的回转精度；主轴上各重要表面又以支承轴颈为设计基准，有严格的位置要求；

• 支承轴颈为三支承结构，并且跨度大；

• 支承轴颈采用锥面 (1 ： 12) 结构，接触率≥ 70% ，可用来调整轴承间隙；

• 中间支承为 IT5~IT6 ，粗糙度 ；

• 支承轴颈圆度误差为 0.005mm ，径向跳动为 0.005mm ；

• 其他外圆的圆度要求，误差小于 50%尺寸公差，高精度者为 5~10% ；

• 轴颈与有关表面的同轴度误差应很小。

mRa 63.0

主轴工作表面（锥孔）的技术要求• 用来安装顶尖或刀具锥柄的；是定心

表面；• 对锥面的尺寸精度、形状精度、粗糙

度、接触精度都要求高；• 轴心线应与支承轴颈同轴；• 锥孔对轴颈的径向圆跳动近轴端为 0.

005 ，离轴端 300 处为 0.01 ，锥面接触率≥ 70% ，粗糙度 ，硬度为 HRC48~50 。

mRa 63.0

主轴轴端外锥（短锥）的技术要求• 用来安装卡盘或花盘的；也是定心表

面；• 对锥面的尺寸精度、形状精度、粗糙

度、接触精度都要求高；• 轴心线应与支承轴颈同轴；• 对支承轴颈的径向圆跳动为 0.008 ；

端面圆跳动为 0.008 ；• 粗糙度 ，硬度为 HRC45~50 。mRa 25.1

空套齿轮轴颈的技术要求• 影响传动的平稳性；可能导致噪声；• 有同轴度要求，对支承轴颈的径向圆

跳动为 0.01~0.015 ；• 尺寸精度要求为 IT5~IT6 ；

螺纹的技术要求• 用来固定零件或调整轴承间隙；• 螺母的端面圆跳动（应≤ 0.05 ）会影

响轴承的内环轴线倾斜；• 螺母与轴颈的同轴度误差≤ 0.025 ；• 螺纹精度为 6h 。

主轴各表面的表面层要求• 要有较高的耐磨性；• 要有适当的硬度（ HRC45 以上），以

改善其装配工艺性和装配精度；• 表面粗糙度 。mRa 2.0~8.0

4. 主轴的机械加工工艺过程主轴加工工艺过程制订的依据• 主轴的结构；技术要求；生产批量；

设备条件。主轴加工工艺过程• 批量：大批；材料： 45钢；毛坯：模锻件

工艺过程： 分为三个阶段： • 粗加工：工序 1~6

• 半精加工：工序 7~13 （ 7 为预备）• 精加工：工序 14~26 （ 14 为预备）

序号

工 序 名 称 工 序 简 图 设

备l 备料2 模锻3 热处理 正火

4 铣端面钻中心孔 中心孔机床

5 粗车外圆 卧式车床6 热处理 调质 220~240HBS

7 车大端各部 卧式车床

8仿形车小端各部

仿形多刀半自动车床 CE7120

9 钻 48深孔 深孔钻床

10车小端内锥孔 ( 配 1:20 锥堵 )

卧式车床C620B

11

车大端锥孔 ( 配莫氏 6# 锥堵 ) ，车外短锥及其端面

卧式车床C620B

12钻大端端面各孔 钻床 Z55

13

精车各外圆并切槽（两端锥堵定中心）

数控车床CK6163

14 粗磨外圆 外圆磨床

15

粗磨莫氏 6# 内锥孔（重配莫氏 6# 内锥堵）

内圆磨床M2120

16粗铣和精铣花键

半自动花键轴铣床

17 铣键槽 铣床 X25

18

车大端内侧面，车三处螺纹（配螺母）

卧式车床CA6140

19粗磨各外圆及 E、F两端面

外圆磨床

20粗磨两处 1:12外锥面

专用组合磨床

21

精磨两处 1:12外锥面和D端面以及短锥面等

专用组合磨床

22精磨莫氏 6#内锥孔

专用主轴锥孔磨床

23 钳工 4个 23 钻孔处锐边倒角24 检查 按检验卡片或图纸技术要求全部检查

5. 主轴加工工艺过程分析主轴毛坯的制造方法• 自由锻件：小批量或单件生产；• 模锻件：大批量生产。

主轴的材料和热处理 热处理工序的安排• 毛坯热处理：去锻造应力，细化晶粒；• 切削前正火（预备热处理）：改善切削

加工性能和机械 -物理性能；去锻造应力；• 半精加工前调质：去应力，改善切削加

工性能，提高综合机械性能；• 精加工前局部高频淬火：提高运动表面

耐磨性；• 精加工后的定性处理：低温时效和水冷

处理。

加工阶段的划分 如前所述，分为三个阶段。• 鉴于主轴的技术要求高，毛坯为模锻件，

加工余量大，精度高，故应分阶段加工；• 分粗、精加工阶段有利于去应力并可加入

热处理；• 多次切削有利于消除复映误差；• 粗、精加工二阶段应间隔一定时间；• 粗、精加工二阶段应分粗、精加工机床进行，合理利用设备，保护机床。

定位基准的选择• 应使定位基准与装配基准重合；• 一次安装应多加工几个面；• 注意零件的主要精度指标：同轴度、圆

度、径向跳动；• 主轴的定位过程较复杂：有顶尖、锥堵、

支承表面等作为定位基准。

加工顺序的安排和工序的确定 三种方案• 1) 粗加工外圆→钻深孔→精加工外圆→粗加工锥孔→精加工锥孔

• 2) 粗加工外圆→钻深孔→粗加工锥孔→精加工锥孔→精加工外圆

• 3) 粗加工外圆→钻深孔→精加工外圆→精加工外圆→精加工锥孔

• 工序确定的两个原则 1) 工序中所用的基准应在该工序前加工； 2) 各表面要粗、精基准分开，先粗后精， 多次加工，逐步提高精度。

• 淬硬表面的键槽、螺纹等应在淬火前加工；• 非淬硬表面的键槽、螺纹等应在精车后、

精磨前加工；• 检验工序应安排在适当工序之后，必要还

应探伤。

6. 主轴加工中的几个工艺问题锥堵和锥堵心轴的使用• 锥堵和锥堵心轴的功用： 空心轴加工通孔后，定位基准——顶

尖孔被破坏。通孔直径小时，可直接在孔口倒出一 60° 锥面，代替中心孔；当通孔直径较大时，则要采用锥堵或锥堵心轴。

• 设计锥堵和锥堵心轴时应注意的问题 1) 一般不中途更换或拆装，以免增加

安装误差 2) 锥堵和锥堵心轴要求两个锥面同轴

顶尖孔的研磨 研磨的必要性

• 1) 顶尖孔是定位基准，对精度和质量有直接影响

• 2) 顶尖孔的深度：影响定位轴向位置，因而影响余量分布 ( 批量生产时 )

• 3) 两顶尖孔同轴度：影响同轴度、影响位置精度

• 4) 顶尖孔锥角和圆度误差：直接反映到工件的圆度上

• 5) 热处理、切削力、重力等的影响，会损坏顶尖孔的精度

• 6) 热处理后和磨削加工前，需要消除误差

研磨方法• 1) 用铸铁顶尖研磨；• 2) 用油石或橡胶砂轮夹在车床的卡

盘上，用金刚钻研磨；• 3) 用硬质合金顶尖刮研。

外圆表面的车削加工 车削加工的工艺作用

• 1) 粗加工：切除大部分余量；• 2) 半精加工：修整预备热处理后的

变形；• 3) 精加工：使磨削前各表面具有一

定的同轴度和合理的磨削余量；精加工螺纹及各端面等。

车削加工值得考虑的问题• 1) 生产效率；• 2) 工序精度（复映误差）；• 3) 劳动强度。

车削加工的设备• 1) 单件、小批：普通车床• 2) 成批生产：液压仿形车床• 3) 大批量生产：液压仿形、多刀半自动车床

主轴深孔的加工 深孔加工的难点

• 1) 刀具细长，刚性差，易振动，易引偏；

• 2) 排屑困难；• 3) 钻头散热条件差，冷却困难，易失去切削能力。

采取措施• 1) 采用工件旋转、刀具进给的加工方法，使钻头自定中心；

• 2) 采用特殊结构的深孔钻；• 3) 预先加工一导向孔，防止引偏；• 4) 采用压力输送切削润滑液，既使冷却充分，又使切屑排出。

主轴锥孔的加工 主轴锥孔的作用及要求

• 1) 主轴锥孔是安装顶尖的定位面；• 2) 主轴支承轴颈及主轴前端短锥的同

轴度要求较高。

磨削主轴锥孔一般以支承轴颈作为定位基准，有三种安装方式：

• 1) 前支承装于中心架，后支承用卡盘装夹

• 2) 前、后支承装于两个中心架，用万向节与主轴相联；

• 3) 采用专用夹具。

剖分轴承、 V 型夹具、浮动卡头等，使磨头误差及机床振动不影响工件。

•该夹具由底座、支承架及浮动卡头三部分组成；前、后两支架与底座连成一体；

• 作为工件定位的 V形架镶有硬质合金，以提高耐磨性；

• 工件的中心高应与磨头砂轮轴中心等高；•后端的浮动卡头装在磨床主轴的锥孔内；

• 工件尾部插入弹性套内；•通过弹簧将弹性套（浮动卡头外壳）连

同工件向后拉；•钢球 1压向镶有硬质合金的锥柄 3端面，

依靠弹簧 2的涨力限制工件的轴向窜动；•该联接方式只传递扭矩，排除磨头和机

床误差对加工精度的干扰。

主轴各外圆表面的精加工和光整加工 主轴的精加工

• 1) 主要采用磨削加工；• 2) 应在热处理之后进行，纠正热处理后的变形；

• 3) 磨削加工能达到的精度为 IT6 ，表面粗糙度为 。mRa 2.0~8.0

光整加工的作用及特点• 1) 用于精密主轴上尺寸公差等级为 IT5

以上或表面粗糙度的加工表面；• 2) 采用很小的切削用量和单位切削力，

变形小；• 3) 对上道工序要求高，一般要求，表面无较深的加工痕迹；

• 4) 采用浮动的加工方法（自定心）；• 5) 加工余量很小，一般不超过 0.02mm 。

轴类零件的检验 检验项目

• 1) 表面粗糙度；• 2) 表面硬度；• 3) 尺寸精度；• 4) 相互位置精度；• 5) 表面几何形状精度。

检验顺序• 几何精度→尺寸精度→位置精度

检验方法• 1) 硬度：硬度计• 2) 表面粗糙度：触针式表面粗糙度

轮廓仪或样板比较法• 3) 锥孔：着色法• 4) 尺寸精度：常规检验仪器（万能

量具）• 5) 位置精度：专用检验装置。

1 ．概述箱体零件的功用和结构特点

功用 将机器和部件中的轴、套、齿轮等有关

零件连接成一个整体，并使之保持正确的相互位置，以传递转矩或改变转速来实现规定的运动。

第二节 箱体加工第二节 箱体加工

结构特点• 1) 结构复杂，壁薄且不均匀；• 2) 加工部位多，加工难度大。

箱体零件的主要技术要求 孔径精度

影响回转精度，引起噪声、振动、径向跳动，影响寿命。

• 1) 孔的尺寸精度和几何形状误差会使轴承与孔配合不良 (松、紧、不圆 ) ；

• 2) 主轴孔尺寸精度为 IT6级，其余孔为 IT6~IT7级

箱孔与孔的位置精度引起轴安装歪斜，致使主轴径向跳动

和轴向窜动，加剧轴承磨损。• 1) 同一轴线上各孔的同轴度误差；• 2) 孔端面对轴线垂直度误差。

孔和平面的位置精度 主要是规定主要孔和主轴箱安装基

面的平行度。 主要平面的精度

影响主轴箱与床身的连接刚度。• 1) 规定底面和导向面必须平直和相互垂直；

• 2) 平面度、垂直度公差等级为 5级。

1) 主轴孔为 ，其它各纵向孔为 ，孔的端面为 ；

mRa 4.0mRa 6.1 mRa 2.3

表面粗糙度 影响连接面的配合性质或接触刚度

mRa .10~5.2

mRa 5.2~63.02) 装配基准面和定位基准面为 ，其它平面则为 。

箱体的材料及毛坯• 1) 材料一般选 HT200~400 ；因为灰铸铁成本低，耐磨性、可铸性、可切削性和阻尼特性好；

• 2) 毛坯为铸件；毛坯余量视生产批量和铸造方法等而定；浇铸后应退火。

2 ．箱体结构的工艺性基本孔• 可分为通孔、阶梯孔、盲孔、交叉孔等• 通孔工艺性最好；深孔、阶梯孔、相贯通的交叉孔工艺性较差；盲孔工艺性最差，应尽量避免

同轴孔• 同一轴线方向孔径向一个方向递减• 镗孔时镗杆可从一端伸入，逐个加工或

同时加工同一轴线上的几个孔• 应避免中间隔壁上的孔径大于外壁上的

孔径

装配基面• 为便于加工、装配和检验，尺寸应尽可

能大，形状应尽可能简单。凸台• 应尽可能在同一平面上。紧固孔和螺孔• 尺寸和规格应尽可能一致。肋板、肋条、圆角等• 保证箱体的动刚度和抗振性。

3．箱体机械加工工艺过程及工艺分析

箱体零件的机械加工工艺过程

教材中的举例，请参照 p280 表 10-2

箱体零件机械加工工艺过程分析 不同批量箱体生产的共性

加工顺序为先面后孔• 提供基准的需要；• 切去毛坯上的缺陷，方便后面的加工；• 使孔加工余量均匀；• 保护刀具，有利于对刀、调整。

加工阶段粗、精分开• 精加工夹紧力可小一点，粗加工后将工

件松开点，可使弹性变形得到恢复。 工序间安排时效

• 1) 消除内应力，减少变形，保证精度稳定；

• 2) 铸造后安排人工时效• 3) 精度高的箱体有时粗加工之后还需要人工时效 一般都用箱体上的重要孔作粗基准

不同批量箱体生产的特殊性 粗基准的选择

• 1) 中小批量生产时，毛坯精度低，一般采用划线装夹；

• 2) 大批大量生产时，毛坯精度高，可采用专用夹具安装； 精基准的选择

• 1) 单件小批量用装配基准作定位基准；

• 2) 大批大量生产则采用一面双孔作定位基准。

所用设备依批量不同而异• 1) 单件小批量生产用通用设备；• 2) 大批量生产广泛使用组合加工机

床如：多轴龙门铣床、组合磨床、多工位组合机床、专用镗床等。

4 ．箱体平面的加工方法常用方法有刨、铣、磨三种；• 刨削加工的特点：刀具简单、调整方便、通用性好；

• 铣削加工的特点：多刀同时加工，可保证平面间的相互位置精度，生产效率高，适用于中批量以上的生产；

• 平面磨削的特点：比刨削、铣削的质量都高，适用于大批量生产；为提高效率和相互位置精度，常用组合磨削。

5 ．箱体孔系加工方法• 孔系——箱体上一系列有相互位置精度

要求的孔的组合。• 孔系分类：平行孔系、同轴孔系、交叉

孔系平行孔系的加工 平行孔系——轴线互相平行且孔距也有

精度要求的一系列孔。

找正法 工人在通用机床上利用辅助工具来找正要加工孔的正确位置的加工方法。

• 划线找正法——加工前按照零件图在毛坯上划出各孔的位置轮廓线，然后按划线——进行加工。

• 心轴和块规找正法——将心轴插入有关轴孔内 ( 或直接利用镗床主轴 ) ，然后根据孔和定位基准的距离组合一定尺寸的块规来校正各轴位置。

• 样板找正法——利用精度很高的样板确定孔的加工位置。

• 定心套找正法——先划线加工好螺钉孔，然后装上形状精度高而且光洁的定心套。

镗模法• 1) 利用镗模夹具加工孔系：工件装在镗模上，镗杆支承在镗模的导套里；

• 2) 孔距精度可达 ±0.05mm ；• 3) 适用于中、大批量生产。

坐标法• 1) 适用于普通卧式镗床、坐标镗床或数控镗铣床等设备

• 2) 孔距精度主要取决于坐标测量装置精度

• 3) 关键在于基准孔和镗孔顺序的选择• 4) 适用于小批量生产

同轴孔系的加工 成批生产采用镗模加工； 单件小批量依靠以下方法：

• 利用已加工孔作支承导向• 利用镗床后立柱上的导向套支承镗杆• 采用调头镗

交叉孔系的加工• 关键在于控制孔的垂直度；• 主要靠机床工作台上的 90° 对准装置；• 常用设备为坐标镗床；• 换位时接触的松紧程度对位置精度都

很关键；有时需借助百分表找正。

6 ．箱体零件的高效自动化加工• 单件小批量生产箱体，通常用普通机

床；产品加工质量主要取决于机床精度和操作者的技术熟练程度；并且工序分散，占用设备多，生产周期长，生产效率低，成本高。

• 现代化技术采用功率大、功能多的加工中心；“加工中心”就是多工序自动换刀数控镗铣床；不仅生产效率高、加工精度高，而且适用范围广，设备利用率高。

• 箱体大量生产中，还广泛采用由组合机床与输送装置组成的自动线进行加工；提高生产效率，降低成本，减轻劳动强度，稳定产品质量，降低对工人技术水平的要求。