传动轴的加工

任务二　传动轴的加工

一、工作任务

加工如图8．2所示的传动轴。

图8．2　传动轴零件图

二、相关知识

车削加工过程中，基准和定位基准的选择、工艺路线的拟定等关键工艺问题在任务一中已详尽阐述，在任务二中，有针对性地学习轴类零件的车削工艺分析。

1．轴类零件的结构特点及功用

轴是各种机器中最常用的一种典型零件，虽然不同的轴类零件结构形状各异，但由于它们主要用于支撑齿轮、带轮等传动零件，并传递运动和转矩，所以其结构上一般总少不了圆柱面、圆锥面、螺纹表面、阶台、端面、轴肩、螺纹退刀槽、砂轮越程槽和键槽等表面。轴肩用于轴上零件和轴本身的轴向定位；螺纹用于安装各种锁紧螺母和调整螺母；螺纹退刀槽供加工螺纹时退刀用；砂轮越程槽则是为了能同时正确地磨出外圆和端面；键槽用来安装键，以传递转矩和运动。

图8．2所示传动轴是轴类零件中用得最多、结构最为典型的一种阶台轴，通过对该任务的完成，来掌握分析轴类零件车削工艺的能力。

2．轴类零件的技术要求

（1）尺寸精度。轴颈是轴类零件的主要表面，它直接影响轴的回转精度和工作状态，轴颈的尺寸精度根据其使用要求通常为IT6～IT9，特别精密的轴颈可达IT5。

（2）几何形状精度。轴颈的几何形状精度一般限制在直径公差范围内。对几何形状精度要求较高时，可在零件图样上另行规定其允许的公差。

（3）位置精度。主要是指装配传动件的配合轴颈，相对于装配轴承的支撑轴颈的同轴度，通常用配合轴颈对支撑轴颈的径向圆跳动来表示。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线的垂直度要求等。

（4）表面结构。零件的不同工作部位的表面，有不同的表面结构值要求。例如普通机床主轴支撑轴颈的表面结构值为R_a0．16～0．63μm，配合轴颈的表面结构值为R_a0．63～2．5 μm，随着机器运转速度的增大和精密程度的提高，轴类零件的表面结构值要求也越来越小。

由图8．2及其装配图8．3可知，传动轴的轴颈M、N是安装轴承的支撑轴颈，也是该传动轴装入箱体的装配基准。轴中间的外圆P装有蜗轮，运动可以由蜗杆通过此蜗轮输入传动轴，并由蜗轮减速后，通过装在轴左端外圆Q上的齿轮将运动输送出去；其中轴颈M、N和外圆P、Q尺寸精度高，公差等级均为IT6，表面结构值为R_a0．8μm；轴肩G、H、I的表面对工件定位基准A—B的端面圆跳动为0．02mm，表面结构值为R_a0．8μm。此外，为了提高该轴的综合力学性能，安排了调质处理，生产件数为5件。

三、工艺准备

1．图纸分析

（1）工件的几何形状：该零件由若干外圆表面和一个螺纹表面组成（图8．2），包括外圆、螺纹、退刀槽、越程槽。

（2）各部分尺寸要求：该零件的尺寸精度除φ52mm外圆和长度为自由公差外，其他外圆的尺寸精度要求都很高，需要磨削。

图8．3　减速箱轴系装配简图

1—锁紧螺母；2—齿轮；3，6端盖；4—蜗轮；5—隔套；7—主轴

（3）工件的形位要求：磨削后，φ30±0．006 5mm、φ46±0．008mm外圆对工件定位基准A—B的跳动公差0．02mm，轴肩G、H、I相对于公共轴线A—B的跳动公差0．02mm。车削时，要采用适当的装夹方法和留有足够的磨削余量，防止因工件形状位置因素以及余量而产生废品。

（4）工件的表面结构：该轴的外圆表面车削后还需要进行磨削，所以车削后达到R_a6．3μm即可；两处M24×1．5－6g螺纹牙侧和其他次要表面为R_a6．3μm。

（5）其他技术要求：倒角1×45°。

2．夹具选择

三爪卡盘、前顶尖、后顶尖、鸡心夹。

3．刀具准备

硬质合金外圆车刀、切槽刀、螺纹车刀、中心钻及钻夹头。

4．量具准备

0～300mm游标卡尺、0～200mm游标深度尺、25～50mm千分尺、M24×1．5螺纹环规。

5．工艺分析、编写加工工艺

（1）主要表面的加工方法：从零件图样上可知，该轴大部分为回转表面，故前阶段加工应以车削为主；而表面尺寸精度要求很高，表面结构值为R_a6．3μm，所以车削后还需要进行磨削。这些表面的加工顺序为：粗车→调质→半精车→磨削。

（2）选择定位基面：由于该轴的几个主要配合表面和阶台面，对基准轴线A—B均有径向圆跳动和端面圆跳动的要求，所以应在轴的两端加工B型中心孔作精定位基准面；中心孔在粗车之前加工好，但热处理后需对其进行研磨。

（3）选择毛坯类型：轴类零件的毛坯类型通常选用圆钢或锻件；对于直径相差甚小、传递转矩不大的一般阶台轴，其毛坯多采用圆钢；而对于传递较大转矩的重要轴，无论其轴径相差多少、形状简单与否，均应选用锻件作为毛坯，以满足其力学性能要求。图8．3所示传动轴，为一般用途，且各轴径相差不大，批量又小（5件），故选用圆钢坯料，材料为40Cr。

（4）拟定工艺路线：拟定该轴工艺路线时，在考虑主要加工表面的同时，还要考虑次要表面的加工和热处理要求。要求不高的外圆表面（如φ52mm外圆表面）在半精车时就可以加工到规定尺寸；退刀槽、砂轮越程槽、倒角和螺纹，应在半精车时加工；键槽在半精车后再行划线、铣削；调质处理安排在粗车之后，调质后，一定要修研中心孔，以消除热处理变形和中心孔表面的氧化层；在磨削前，一般还应修研一次中心孔，以提高定位精度。

四、任务实施

该工件的加工步骤如表8．2所示。

表8．2　传动轴加工的步骤

续表

续表

五、考核评价

（1）学生完成自检，填写“考评评分表”（见表8．3），并同编写的工艺步骤一起上交。

表8．3　考评评分表

（2）教师对零件进行检测，对学生编写的加工工艺进行批改，对学生整个任务的实施过程进行分析，填写“考评评分表”并对学生进行成绩评定。

六、思考与练习

（1）轴类零件有哪些技术要求？

（2）请同学们根据自己所学的知识来解释什么是轴颈、轴肩（轴环）、轴头，它们各自的作用是什么？