轴类零件的加工特点及质量控制方法
摘要
对轴类零件的分类，技术要求，材料和毛坯，热处理以及加工工艺特点等进行了分析和阐述，从理论上对常用机械加工质量控制方法进行了介绍，同时结合实际生产总结对于提高轴类零件加工质量的常用措施进行了论述，对于轴类零件的加工具有一定的参考和指导作用。
关键词：轴类零件；质量控制；加工工艺；细长轴；毛坯
0．引言
激烈的市场竞争使企业高度重视产品的质量。对于机械制造企业，为了提高加工质量和生产率，降低废品率和加工成本，必须严格监控以机械加工工艺系统为基础的机械加工过程。本文主要以轴类零件的加工特点以及质量控制方法为中心，查阅了1986-2012年相关杂志，期刊的文章，由这些文献综合看，机械加工包括轴类零件的加工正在向高度自动化，智能化，高精度，多学科综合的方向发展。同时本文就轴类零件加工中的典型加工如细长轴的车削、加工定位，热处理等常规加工，又例如梯形螺纹轴类零件加工非常规加工的特点进行了介绍和阐述，同时就现在研究的质量控制方法以及提高轴类零件加工的的措施和操作进行了介绍。
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1．轴类零件的分类
轴是机械加工中常见的典型零件之一。其在机械中主要用于支承齿轮、带轮、凸轮以及连杆等传动件，用以传递扭矩。按结构形式不同，轴可以分为阶梯轴、锥度心轴、光轴、空心轴、曲轴、凸轮轴、偏心轴、各种丝杠等如下图1-1，其中阶梯传动轴应用较广，其加工工艺能较全面地反映轴类零件的加工规律和共性。
图1-1
2.轴类零件的技术要求
根据轴类零件的功用和工作条件，轴类零件的技术要求主要主要包括以下几方面：
2-1 尺寸精度轴类零件的主要表面常为两类：一类是与轴承的内圈配合
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IT6~IT9。
2-2 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。其误差一般应限制在尺寸公差范围内，对于精密轴，需在零件图上另行规定其几何形状精度。
2-3 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。
2-4 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0.2~1.6μm，传动件配合轴颈为0.4~3.2μm。
2-5 其他热处理、倒角、倒棱及外观修饰等要求。 3.轴类零件的材料及毛坯
3-1 轴类零件材料常用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。
3-2 轴类零件的毛坯轴类零件最常用的毛坯是圆钢料和锻件，只有某
些大型、结构复杂的轴，才采用铸铁或铸钢件。常用的光轴毛坯一般采用热轧圆钢和冷却圆钢；当要求毛坯具有较高的机械性能时应采用锻件。对于阶梯轴，当阶梯尺寸相差较大时，为了节约原材料，也常采用锻件。毛坯锻件有两种：自由锻件和模锻。采用自由锻造方式设备简单，容易投产，但毛坯余量大，精度比较差，而且不能锻造形状复杂的毛坯，一般多用于单件和中小批生产。机械修配和重型机械的毛坯零件多采用自由锻造。模锻毛坯精度较高，余量小，可以锻造形状比较复杂的毛坯，但模锻需要较大型设备，而且需要制造形状复杂的耐热钢模具，设备投资大，生产准备时间长。因而只适用大批量生产。
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4.轴类零件的热处理
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。为消除磨削应力，粗磨后安排低温时效工序（烘）。(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。
5.轴类零件的加工工艺特点
轴类零件常用的加工方法为车削和磨削，当表面质量要求很高时，还应增加光整加工。轴类零件的一般加工工艺特点如下：
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5-1轴类零件的预备加工
在预备加工中有校直、切断、切端面和钻中心孔。钻中心孔时的注意点：中心孔应有足够大的尺寸和准确的锥角。因中心孔在加工过程中要承受零部件的重量和切削力，因此尺寸过小和锥角不准确，将会是中心孔和顶尖很快被磨损。两端中
心孔应在同一轴心线上。中心孔和顶尖接触不良，容易产生变形和磨损，使加工的外圆产生圆度误差。
5-2轴类零部件定位基准的选择
轴类零件加工时，一般采用两中心孔作为定位基准。在加工外圆时总是先加工轴的两端面和钻中心孔，为后继加工工序作为定位基准的准备。轴类零件各外圆、锥孔、螺纹等表面的设计基准一般都是轴的中心线，因此选择两中心孔定位是符合基准重合原则的，加工时能达到较高的相互位置精度，且工件装夹方便，故两中心空定位方式应用最广泛。
在车削较长轴时，常将轴一端装夹在卡盘中，靠近尾座的另一端用中心孔顶住，或用中心架托住，这样工件的刚度要比用两中心孔定位时增加很多。但是，用卡盘装卡方法关键的缺点是定心精度不高（0.06～0.15mm），因此，不能保证较高的相互位置精度。
5-3 外圆车削与磨削加工
5-3-(1)外圆车削外圆车削是机械加工中最常见的加工方法，其工艺范围
广泛，可以划分为荒车、粗车、半精车、精车等阶段。各个加工阶段主要根据毛坯制造精度和工件最终的精度要求来选择。对于每个具体工件来说，不一定都要经过那些全部的加工阶段。
5-3-(2)外圆磨削为保证工件外圆的磨削精度，热处理后须安排研磨中
心孔的工序，并要求达到较细的表面粗糙度。外圆磨削时，影响工件的圆度主要是由于二顶尖孔的同轴度，及顶尖孔的圆度误差。
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5-4细长轴的车削加工
在车削加工中，细长轴因其刚性较差、热扩散性能差、细长轴因其细而长等特点，使得其在车削时存在走到时间长，刀具磨损严重的现象。因而影响细长轴工件的尺寸、形状、位置精度及表面品质。在生产加工中，采取反向走刀法的工艺措施车削细长轴，来保证细长轴的加工精度和加工品质，从而达到了提高生产效率，降低成本的目的。
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5-5 轴类零件的磨削
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当前国内外的磨削加工中，切入式磨削加工被广泛的应用，它对提高加工效率、成型加工、实现自动化连续控制、自动测量以及各种自动化设备的应用，具有一定的俱进作用。
5-6轴上键槽加工
轴上键槽的加工虽然属于次要表面的加工，但是键槽的作用很重要，而且应用很广泛。因此，轴上键槽加工工序以及其加工方法就显得很重要，需要综合考虑各方面因素，做出合理的选择，从而保证轴类零件的加工精度，提高劳动生产率。
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5-7轴类零件中心孔的加工
在轴类零件的加工中，一般都是在轴的两端先加工出中心孔，然后以中心孔为工艺基准进行其他部位的加工。对于小尺寸的轴类零件，工艺设计实施起来很方便，但对于大型轴类零件，尤其对于大型锻造而成的轴类零件，表面不圆，表面缺陷较多，弯曲较大，其中心孔的加工就比较困难，一般要先进行划线，确定中心孔位置后再进行中心孔的加工。
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5-8轴类零件的加工定位 5-8-（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。
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5-8-（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。
5-9轴类零件加工工艺规程
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