第七節(jié) 數(shù)控車削加工工藝

一、數(shù)控車削加工工藝概述

數(shù)控車削加工工藝以普通車削加工工藝為基礎(chǔ)，結(jié)合數(shù)控車床的特點(diǎn)，綜合運(yùn)用多方面的知識(shí)解決數(shù)控車削加工過程中面臨的工藝問題。在數(shù)控加工前，要將車床的運(yùn)動(dòng)過程、零件的工藝過程、刀具的選用、切削用量和走刀路線等都編入程序，這就要求程序設(shè)計(jì)人員具有多方面的知識(shí)基礎(chǔ)。合格的程序員首先是一個(gè)合格的工藝人員，否則就無法做到全面周到地考慮零件加工的全過程，以及正確、合理地編制零件的加工程序。

（一）數(shù)控車削加工的主要對(duì)象

數(shù)控車削是數(shù)控加工中用得最多的加工方法之一。由于數(shù)控車床具有加工精度高、能做直線和圓弧插補(bǔ)（高檔車床數(shù)控系統(tǒng)還有非圓曲線插補(bǔ)功能）以及在加工過程中能自動(dòng)變速等特點(diǎn)，因此其工藝范圍較普通車床寬得多。

對(duì)于一個(gè)零件來說，并非全部加工工藝過程都適合在數(shù)控車床上完成，而往往只是其中的一部分工藝內(nèi)容適合數(shù)控加工。這就需要對(duì)零件圖樣進(jìn)行仔細(xì)的工藝分析，選擇那些最適合、最需要進(jìn)行數(shù)控加工的內(nèi)容和工序。在考慮選擇內(nèi)容時(shí)，應(yīng)結(jié)合本企業(yè)設(shè)備的實(shí)際，立足于解決難題、攻克關(guān)鍵問題和提高生產(chǎn)效率，充分發(fā)揮數(shù)控加工的優(yōu)勢(shì)。

1.適于數(shù)控車削加工的內(nèi)容

普通車床上無法加工的內(nèi)容應(yīng)作為選擇的內(nèi)容；普通車床難加工、質(zhì)量也難保證的內(nèi)容應(yīng)作為重點(diǎn)選擇的內(nèi)容；普通車床加工效率低、工人手工操作勞動(dòng)強(qiáng)度大的內(nèi)容，可在數(shù)控車床尚存在富余加工能力時(shí)選擇。

針對(duì)數(shù)控車床的特點(diǎn)，最適合數(shù)控車削加工的幾種零件，見表2-60。

2.不適合數(shù)控加工的內(nèi)容

一般來說，上述這些加工內(nèi)容采用數(shù)控加工后，在產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)效率與綜合效益等方面都會(huì)得到明顯提高。相比之下，下列一些內(nèi)容不宜采用數(shù)控加工。

① 占機(jī)調(diào)整時(shí)間長(zhǎng)。例如：以毛坯的粗基準(zhǔn)定位加工第一個(gè)精基準(zhǔn)，需用專用工藝裝備（簡(jiǎn)稱工裝）協(xié)調(diào)的內(nèi)容。

② 加工部位分散，需要多次安裝、設(shè)置原點(diǎn)。不能在一次安裝中加工完成的其他零星部位，采用數(shù)控加工很麻煩，效果不明顯，可安排普通車床補(bǔ)加工。

③ 按某些特定的制造依據(jù)（如樣板、樣件、模胎等）加工的型面輪廓。主要原因是獲得數(shù)據(jù)困難，易于與檢驗(yàn)依據(jù)發(fā)生矛盾，增加了程序編制的難度。

④ 必須按專用工裝協(xié)調(diào)的孔及其他加工內(nèi)容（主要原因是采集編程用的數(shù)據(jù)有困難，協(xié)調(diào)效果也不一定理想）。

此外，在選擇和決定加工內(nèi)容時(shí)，也要考慮生產(chǎn)批量、生產(chǎn)周期、工序間周圍情況等。總之，要盡量做到合理，達(dá)到多、快、好、省的目的，防止把數(shù)控車床降格為通用車床使用。

（二）數(shù)控車削加工工藝的主要內(nèi)容

數(shù)控車削加工工藝是指從工件毛坯（或半成品）的定位、裝夾開始，至工件正常車削加工完畢，機(jī)床復(fù)位的整個(gè)工藝執(zhí)行過程。該過程又匯集在加工程序單及其說明的工藝文件中。

普通車床上用的工藝規(guī)程是工人在加工時(shí)的指導(dǎo)性文件。由于普通車床受控于操作工人，因此，在普通車床上用的工藝規(guī)程實(shí)際上只是一個(gè)工藝過程卡，切削加工中的切削用量、進(jìn)給路線、工序的工步等往往都由操作工人自行選定。而數(shù)控車床加工程序是數(shù)控車床加工中的指令性文件。數(shù)控車床受控于程序指令，加工的全過程都是按程序指令自動(dòng)執(zhí)行的。因此，數(shù)控車床加工程序與普通車床工藝規(guī)程有較大的差別，涉及的內(nèi)容比較廣。數(shù)控車床加工程序不僅要包括零件的工藝過程，而且還要包括切削用量、進(jìn)給路線、刀具、夾具以及車床的運(yùn)動(dòng)過程等。因此，數(shù)控車削加工工藝主要包括以下內(nèi)容。

① 選擇適合在數(shù)控車床上加工的零件，確定工序內(nèi)容。

② 根據(jù)加工表面的特點(diǎn)和數(shù)控車床的功能，對(duì)零件進(jìn)行加工工藝分析。

③ 進(jìn)行數(shù)控加工的工藝設(shè)計(jì)。

④ 根據(jù)編程的需要，對(duì)零件圖形進(jìn)行數(shù)學(xué)處理和計(jì)算。

⑤ 編寫加工程序單（自動(dòng)編程時(shí)為源程序，由計(jì)算機(jī)自動(dòng)生成目標(biāo)程序即加工程序）。

⑥ 檢驗(yàn)與修改加工程序。

⑦ 首件試切以進(jìn)一步修改加工程序，并對(duì)現(xiàn)場(chǎng)問題進(jìn)行處理。

⑧ 編制數(shù)控加工工藝文件，如數(shù)控加工工序卡、數(shù)控加工刀具明細(xì)表、數(shù)控車床調(diào)整單、進(jìn)給路線圖以及數(shù)控加工程序單等。

（三）數(shù)控車削加工工藝的基本特點(diǎn)

數(shù)控車削加工與一般車床加工相比較，許多方面遵循的原則基本一致。但由于數(shù)控車床本身自動(dòng)化程度較高，控制方式不同，設(shè)備費(fèi)用也高，使數(shù)控加工工藝相應(yīng)形成了以下幾個(gè)特點(diǎn)，見表2-61。

二、數(shù)控車削加工工藝的制訂

數(shù)控車削加工工藝制訂的合理與否，對(duì)程序編制、機(jī)床的加工效率和零件的加工精度都有重要影響。在選擇并決定數(shù)控車床加工零件及其加工內(nèi)容后，應(yīng)對(duì)零件的數(shù)控車床加工工藝進(jìn)行全面、認(rèn)真、仔細(xì)的分析。首先應(yīng)熟悉零件在產(chǎn)品中的作用、位置、裝配關(guān)系和工作條件，搞清楚各項(xiàng)技術(shù)要求對(duì)零件裝配質(zhì)量和使用性能的影響，找出主要的、關(guān)鍵的技術(shù)要求，然后再對(duì)零件圖樣、零件結(jié)構(gòu)與毛坯等進(jìn)行工藝性分析。

（一）零件圖樣分析

分析零件圖樣是工藝準(zhǔn)備中的首要工作，它包括工件輪廓的幾何條件、尺寸、形狀位置公差要求，表面粗糙度要求，毛坯、材料與熱處理要求及件數(shù)要求的分析，這些都是制訂合理工藝方案必須考慮的，也直接影響到零件加工程序的編制及加工的結(jié)果。分析零件圖樣主要包括的內(nèi)容見表2-62。

（二）工序和裝夾方式的確定

數(shù)控加工工藝路線制訂與通用車床加工工藝路線制訂的主要區(qū)別，在于它往往不是指從毛坯到成品的整個(gè)工藝過程，而僅是幾道數(shù)控加工工序工藝過程的具體描述。在工藝路線制訂中一定要注意，由于數(shù)控加工工序一般都穿插于零件加工的整個(gè)工藝過程中，因此要與其他加工工藝銜接好。常見加工流程為：毛坯→熱處理→通用車床加工→數(shù)控車床加工→通用車床加工→成品。

1.選擇加工方法

進(jìn)行數(shù)控加工的零件的結(jié)構(gòu)形狀是多種多樣的，但它們都是由平面、外圓柱面、內(nèi)圓柱面或曲面、成形面等基本表面組成的。在決定某個(gè)零件進(jìn)行數(shù)控加工后，并不等于要把它所有的加工內(nèi)容都包下來，而可能只是其中的一部分進(jìn)行數(shù)控車削加工，為此必須對(duì)零件圖樣進(jìn)行仔細(xì)的工藝分析，根據(jù)零件的加工精度、表面粗糙度、材料、結(jié)構(gòu)形狀、尺寸及生產(chǎn)類型等因素，選用相應(yīng)的加工方法和加工方案，選擇那些適合、需要進(jìn)行數(shù)控車削加工的內(nèi)容和工序。

2.加工階段的劃分

當(dāng)零件的加工質(zhì)量要求較高時(shí)，往往不可能用一道工序來滿足其要求，而要用幾道工序逐步達(dá)到所要求的加工質(zhì)量。為保證加工質(zhì)量，合理地使用設(shè)備、人力。零件的加工過程通常按工序性質(zhì)不同，可分為粗加工、半精加工、精加工和光整加工四個(gè)階段，見表2-63。

劃分粗、精加工階段的目的如下。

① 保證加工質(zhì)量。工件在粗加工時(shí)，切除的金屬層較厚，切削力和夾緊力都比較大，切削溫度也比較高，會(huì)引起較大的變形。如果不劃分加工階段，粗、精加工混在一起，就無法避免上述原因引起的加工誤差。按加工階段加工，粗加工造成的加工誤差可以通過半精加工和精加工來糾正，從而保證零件的加工質(zhì)量。

② 合理使用設(shè)備。粗加工余量大，切削用量大，可采用功率大、剛度好、效率高而精度低的車床。精加工切削力小，對(duì)車床破壞小，采用高精度車床。這樣發(fā)揮了設(shè)備的各自特點(diǎn)，既能提高生產(chǎn)率，又能延長(zhǎng)精密設(shè)備的使用壽命。

③ 便于及時(shí)發(fā)現(xiàn)毛坯缺陷。

④ 便于安排熱處理工序。

3.工序的劃分

工序的劃分可以采用兩種不同原則，即工序集中原則和工序分散原則。在數(shù)控車床上加工零件，應(yīng)按工序集中的原則劃分工序，在一次安裝下盡可能完成大部分甚至全部的表面加工。根據(jù)零件的結(jié)構(gòu)形狀不同，通常選擇外圓、端面或內(nèi)孔裝夾，并力求設(shè)計(jì)基準(zhǔn)、工藝基準(zhǔn)和編程原點(diǎn)的統(tǒng)一。在批量生產(chǎn)中，常用表2-64所示方法劃分工序。

（三）加工順序的安排

在分析了零件圖樣并確定了工序、裝夾方式之后，接著要確定零件的加工順序。制訂零件車削加工順序一般應(yīng)遵循表2-65給出的原則。

（四）進(jìn)給路線的確定

進(jìn)給路線是刀具在整個(gè)加工工序中的運(yùn)動(dòng)軌跡，即刀具從對(duì)刀點(diǎn)（或機(jī)床固定點(diǎn)）開始進(jìn)給運(yùn)動(dòng)起，直到結(jié)束加工程序后退刀返回該點(diǎn)及所經(jīng)過的路徑，包括了切削加工的路徑及刀具切入、切出等非切削空行程。加工路線是編寫程序的重要依據(jù)之一。在確定加工路線時(shí)最好畫一張工序簡(jiǎn)圖，將已經(jīng)擬定出的加工路線畫上去（包括進(jìn)、退刀路線），這樣可為編程帶來不少方便。表2-66給出了常用的進(jìn)給路線方法的選擇。

目前數(shù)控車床的編程功能日益完善，許多仿形、循環(huán)車削指令的車削線路是按最便捷的方式運(yùn)行的。例如FANUC中G70、G71、G73等指令，在加工中都非常實(shí)用。選擇正確加工工序、合理地運(yùn)用各種指令，可大大簡(jiǎn)化程序編制工作。對(duì)重復(fù)的加工動(dòng)作，可編寫成子程序，由主程序調(diào)用，以簡(jiǎn)化編程，縮短程序長(zhǎng)度。

（五）定位與夾緊方案的確定

在零件加工的工藝過程中，合理選擇定位基準(zhǔn)對(duì)保證零件的尺寸和相互位置精度起著決定性的作用。定位基準(zhǔn)有兩種，一種是以毛坯表面作為基準(zhǔn)面的粗基準(zhǔn)，另一種是以已加工表面作為基準(zhǔn)面的精基準(zhǔn)。在確定定位基準(zhǔn)與夾緊方案時(shí)，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)。

① 力求設(shè)計(jì)基準(zhǔn)、工藝基準(zhǔn)與編程原點(diǎn)統(tǒng)一，以減小基準(zhǔn)不重合誤差和數(shù)控編程中的計(jì)算工作量。

② 選擇粗基準(zhǔn)時(shí)，應(yīng)盡量選擇不加工表面或能牢固、可靠地進(jìn)行裝夾的表面，并注意粗基準(zhǔn)不宜進(jìn)行重復(fù)使用。

③ 選擇精基準(zhǔn)時(shí)，應(yīng)盡可能采用設(shè)計(jì)基準(zhǔn)或裝配基準(zhǔn)作為定位基準(zhǔn)，并盡量與測(cè)量基準(zhǔn)重合，基準(zhǔn)重合是保證零件加工質(zhì)量最理想的工藝手段。精基準(zhǔn)雖可重復(fù)使用，但為了減小定位誤差，仍應(yīng)盡量減少精基準(zhǔn)的重復(fù)使用（即多次調(diào)頭裝夾等）。

④ 設(shè)法減少裝夾次數(shù)，盡可能做到一次定位裝夾后能加工出工件上全部或大部分待加工表面，以減小裝夾誤差，提高加工表面之間的相互位置精度，充分發(fā)揮機(jī)床的效率。

⑤ 避免采用占機(jī)人工調(diào)整式方案，以免占機(jī)時(shí)間太多，影響加工效率。

（六）夾具的選擇

要充分發(fā)揮數(shù)控車床的加工效能，工件的裝夾必須快速，定位必須準(zhǔn)確，數(shù)控車床對(duì)工件的裝夾要求：首先應(yīng)具有可靠的夾緊力，以防止在加工過程中工件松動(dòng)；其次應(yīng)具有較高的定位精度，并便于迅速和方便地裝、拆工件。

數(shù)控車床主要用三爪卡盤裝夾，其定位方式主要采用心軸、頂塊、缺牙爪等方式，與普通車床的裝夾定位方式基本相同。采用心軸的方式進(jìn)行工件的裝夾，由于工件內(nèi)孔較小，在心軸上做一個(gè)定位銷與工件固定，通過銷釘來傳遞車削時(shí)的切削力，增大扭矩并防止工件打滑。

工件的裝夾方式可根據(jù)加工對(duì)象的不同靈活選用，除此之外，數(shù)控車床加工還有許多相應(yīng)的夾具，主要分為軸類和盤類夾具兩大類：用于軸類工件的夾具有自動(dòng)夾緊撥動(dòng)卡盤、拔齒頂尖、三爪撥動(dòng)卡盤等；用于盤類工件裝夾的主要有可調(diào)卡爪式卡盤和快速可調(diào)卡盤。

在數(shù)控車削加工中，除了可使用多種與普通車削加工所用的相同夾具（如三爪自定心卡盤、四爪單動(dòng)卡盤和前、后頂尖等）外，還可使用拔齒頂尖和可調(diào)卡爪式卡盤等諸多夾具。

（七）切削用量的選擇

數(shù)控車削加工中的切削用量是機(jī)床主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)速度大小的重要參數(shù)，包括切削深度ap、主軸轉(zhuǎn)速S （n）或切削速度vc、進(jìn)給量f或進(jìn)給速度vf，并與普通車床加工中所要求的各切削用量基本一致。

加工程序的編制過程中，選擇好切削用量，使切削深度、主軸轉(zhuǎn)速和進(jìn)給速度三者間能互相適應(yīng)，形成最佳切削參數(shù)，是工藝處理的重要內(nèi)容之一。

1.切削深度ap的確定

在車床主體—夾具—刀具—零件這一系統(tǒng)剛性允許的條件下，盡可能選取較大的切削深度，以減少走刀次數(shù)，提高生產(chǎn)效率。當(dāng)零件的精度要求較高時(shí)，則應(yīng)考慮適當(dāng)留出精車余量，其所留精車余量一般比普通車削時(shí)所留余量小，常取0.2～0.5mm。

2.主軸轉(zhuǎn)速S （n）或切削速度vc的確定

（1）非車削螺紋時(shí)主軸轉(zhuǎn)速S （n）

主軸轉(zhuǎn)速的確定方法，除螺紋加工外，其他與普通車削加工時(shí)一樣，應(yīng)根據(jù)零件上被加工部位的直徑，并按零件和刀具的材料及加工性質(zhì)等條件所允許的切削速度來確定。在實(shí)際生產(chǎn)中，主軸轉(zhuǎn)速為：

S （n） ＝1000vc/（πd）

式中 S （n） ——主軸轉(zhuǎn)速，r/min；

vc ——切削速度，m/min；

d ——零件待加工表面的直徑，mm。

在確定主軸轉(zhuǎn)速時(shí)，需要首先確定其切削速度，而切削速度又與切削深度和進(jìn)給量有關(guān)。

（2）車螺紋時(shí)的主軸轉(zhuǎn)速S （n）

在加工螺紋時(shí)，因?yàn)閭鲃?dòng)鏈的改變，原則上轉(zhuǎn)速只要能保證每轉(zhuǎn)一周時(shí)，刀具沿主進(jìn)給軸（多為Z軸）方向位移一個(gè)螺距即可，不受到限制。但數(shù)控車床車螺紋時(shí)，會(huì)受到以下幾方面的影響。

① 螺紋加工程序段中指令的螺距值，相當(dāng)于以進(jìn)給量f （mm/r）表示的進(jìn)給速度vf，如果將機(jī)床的主軸轉(zhuǎn)速選擇過高，其換算后的進(jìn)給速度（mm/min）則必定大大超過正常值。

② 刀具在其位移過程的始終，都將受到伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)升降頻率和數(shù)控裝置插補(bǔ)運(yùn)算速度的約束，由于升降頻率特性滿足不了加工需要等原因，則可能因主進(jìn)給運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的“超前”和“滯后”而導(dǎo)致部分螺紋的螺距不符合要求。

③ 車削螺紋必須通過主軸的同步運(yùn)行功能來實(shí)現(xiàn)，即車削螺紋需要有主軸脈沖發(fā)生器（編碼器）當(dāng)其主軸轉(zhuǎn)速選擇過高，通過編碼器發(fā)出的定位脈沖（即主軸每轉(zhuǎn)一周時(shí)所發(fā)出的一個(gè)基準(zhǔn)脈沖信號(hào)）將可能因“過沖”（特別是當(dāng)編碼器的質(zhì)量不穩(wěn)定時(shí)）而導(dǎo)致工件螺紋產(chǎn)生“亂牙”。

車削螺紋時(shí)，車床的主軸轉(zhuǎn)速的選取將考慮到螺紋的螺距（或?qū)С蹋┐笮　Ⅱ?qū)動(dòng)電機(jī)的升降頻率特性及螺紋插補(bǔ)運(yùn)算速度等多種因素影響，故對(duì)于不同的數(shù)控系統(tǒng)，推薦用不同的主軸轉(zhuǎn)速范圍。

（3）切削速度vc

切削時(shí)，車刀切削刃上某一點(diǎn)相對(duì)待加工表面在主運(yùn)動(dòng)方向上的瞬時(shí)速度（vc），單位為m/min，又稱為線速度（恒線速度）。

如何確定加工時(shí)的切削速度，除了可參考如表2-68所示的數(shù)值外，主要根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行確定。

3.進(jìn)給量f或進(jìn)給速度vf的確定

進(jìn)給量是指工件旋轉(zhuǎn)一周，車刀沿進(jìn)給方向移動(dòng)的距離（mm/r），它與切削深度有著較密切的關(guān)系。粗車時(shí)一般取為0.3～0.8mm/r，精車時(shí)常取0.1～0.3mm/r，切斷時(shí)宜取0.05～0.2mm/r。

進(jìn)給速度主要是指在單位時(shí)間內(nèi)，刀具沿進(jìn)給方向移動(dòng)的距離，單位為mm/min。有些數(shù)控車床規(guī)定可以進(jìn)給量（mm/r）表示進(jìn)給速度。

（1）確定進(jìn)給速度的原則

① 當(dāng)工件的質(zhì)量要求能夠得到保證時(shí)，為提高生產(chǎn)效率，可選擇較高（2000mm/min以下）的進(jìn)給速度。

② 切斷、車削深孔或用高速鋼刀具車削時(shí)，宜選擇較低的進(jìn)給速度。

③ 刀具空行程，特別是遠(yuǎn)距離“回零”時(shí)，可設(shè)定盡量高的進(jìn)給速度。

④ 進(jìn)給速度應(yīng)與主軸轉(zhuǎn)速和切削深度相適應(yīng)。

（2）進(jìn)給速度的確定

① 每分鐘進(jìn)給速度的計(jì)算 進(jìn)給速度（vf）包括縱向進(jìn)給速度（vz）和橫向進(jìn)給速度（vx）。其每分鐘進(jìn)給速度的計(jì)算式為：

v＝S （n） f （mm/min）

② 合成進(jìn)給速度的確定 合成進(jìn)給速度是指刀具的進(jìn)給速度由刀具做成（斜線及圓弧插補(bǔ)等）運(yùn)動(dòng)的速度決定，即：

式中 vH——合成進(jìn)給速度，mm/min。

合成速度的值為：

由于計(jì)算合成進(jìn)給速度的過程比較煩瑣，所以，除特別需要外，在編制加工程序時(shí)，大多憑實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)或通過試切確定其速度值。

（八）數(shù)控加工工藝與普通工序的銜接

數(shù)控加工工序前后一般都穿插有其他普通加工工序，如銜接不好就容易產(chǎn)生矛盾。因此在熟悉整個(gè)加工工藝內(nèi)容的同時(shí)，要清楚數(shù)控加工工序與普通加工工序各自的技術(shù)要求、加工目的、加工特點(diǎn)，如要不要留加工余量、留多少，定位面與孔的精度要求及形位公差，對(duì)校形工序的技術(shù)要求，對(duì)毛坯的熱處理狀態(tài)等，這樣才能使各工序相互滿足加工需要，且質(zhì)量目標(biāo)及技術(shù)要求明確，交接有依據(jù)。

三、典型零件數(shù)控車削加工工藝分析

（一）軸類零件的數(shù)控車削加工工藝分析

軸類零件是各種機(jī)械設(shè)備中最主要和最基本的典型零件，主要用于支承傳動(dòng)件（如齒輪、帶輪、凸輪等）和傳遞扭矩，除承受交變彎曲應(yīng)力外，還受沖擊載荷作用。因此，軸類零件除了要求具有較高的綜合機(jī)械性能外，還需具有較高的疲勞強(qiáng)度。

軸類零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是均為長(zhǎng)度大于直徑的回轉(zhuǎn)體，長(zhǎng)徑比小于6的稱為短軸，大于20的稱為細(xì)長(zhǎng)軸。軸類零件一般由同軸線的外圓柱面、圓錐面、圓弧面、螺紋及鍵槽等組成。按結(jié)構(gòu)形狀的不同，軸類零件可分為光軸、階梯軸、空心軸和曲軸四種，如圖2-82所示。

軸類零件的技術(shù)要求是設(shè)計(jì)者根據(jù)軸的主要功用以及使用條件確定的，通常有以下幾方面的內(nèi)容，見表2-69。

（二）軸類零件的材料、毛坯及熱處理

軸類零件大都用優(yōu)質(zhì)中碳鋼（如45鋼）制造；對(duì)于中等精度而轉(zhuǎn)速較高的軸，可選用40Cr、20CrMnTi等低碳合金鋼，這類鋼以滲碳淬火處理后，心部保持較高的韌性，表面具有較高的耐磨性和綜合力學(xué)性能，但熱處理變形大。若選用38CrMoAl經(jīng)調(diào)質(zhì)和表面滲碳，不僅具有優(yōu)良的耐磨性和耐疲勞性，而且熱處理變形小。常用的熱處理工藝有正火、調(diào)質(zhì)、表面淬火、滲碳淬火和氮化等。

軸類零件的毛坯類型和軸的結(jié)構(gòu)有關(guān)。一般光軸或直徑相差不大的階梯軸可用熱軋或冷拔的圓棒料；直徑相差較大或比較重要的軸，大都采用鍛件；少數(shù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜的大型軸，也有采用鑄鋼的。

（三）軸類零件的加工工藝分析

1.加工順序的安排和工序的確定

具有空心和內(nèi)錐特點(diǎn)的軸類零件，在考慮支承軸頸、一般軸頸和內(nèi)錐等主要表面的加工順序時(shí)，可有以下幾種方案（深孔應(yīng)在粗車外圓后進(jìn)行加工）。

① 外表面粗加工→鉆深孔→外表面精加工→錐孔粗加工→錐孔精加工。

② 外表面粗加工→鉆深孔→錐孔表面粗加工→錐孔表面精加工→外表面精加工。

③ 外表面粗加工→鉆深孔→錐孔粗加工→外表面精加工→錐孔精加工。

如圖2-83所示，針對(duì)CA6140型車床主軸的加工順序來說，可進(jìn)行如下的分析比較。

方案①：在錐孔粗加工時(shí)，由于要用已精加工過的外圓表面作為精基準(zhǔn)面，會(huì)破壞外圓表面質(zhì)量，所以此方案不宜采用。

方案②：在精加工外圓表面時(shí)，還要再插上錐堵，這樣會(huì)破壞錐孔精度。另外，在加工錐孔時(shí)不可避免地會(huì)有加工誤差（錐孔的磨削條件比外圓磨削條件差），加上錐堵本身的誤差等就會(huì)造成外圓表面和內(nèi)錐面的同軸度誤差增大，故此方案也不宜采用。

方案③：在錐孔精加工時(shí)，雖然也要用已精加工過的外圓表面作為精基準(zhǔn)面，但由于錐面精加工的加工余量已很小，磨削力不大；同時(shí)錐孔的精加工已處于軸加工的最終階段，對(duì)外圓表面的精度影響不大；加上這一方案的加工順序，可以采用外圓表面和錐孔互為基準(zhǔn)，交替使用，逐步提高同軸度。

經(jīng)過比較可知，像CA6140型車床主軸一類的軸件加工順序，以方案③為佳。

2.大批量生產(chǎn)和小批量生產(chǎn)工藝過程的比較

如表2-70所示是大批量生產(chǎn)時(shí)加工CA6140型車床主軸的工藝過程，但對(duì)于小批量生產(chǎn)基本上也是適用的，區(qū)別較大的地方一般在于定位基準(zhǔn)面、加工方法以及加工裝備的選擇。

在大批量生產(chǎn)時(shí)，主軸的工藝過程基本體現(xiàn)了基準(zhǔn)重合、基準(zhǔn)統(tǒng)一與互為基準(zhǔn)的原則，而在單件小批生產(chǎn)時(shí)，按具體情況有較多的變化。同樣一種類型主軸的加工，當(dāng)生產(chǎn)類型不同時(shí)，定位基準(zhǔn)面的選擇也會(huì)不一樣，如表2-70所示。

軸端兩中心孔的加工，在單件小批生產(chǎn)時(shí)，一般在車床上通過劃線找正中心，并經(jīng)兩次安裝才加工出來，不但生產(chǎn)效率低，而且精度也低。在成批生產(chǎn)時(shí)，可在中心孔鉆床上，一次安裝加工出兩個(gè)端面上的中心孔，生產(chǎn)率高，加工精度也高。若采用專用機(jī)床（如雙面銑床）加工，則能在同一工序中銑出兩端面并鉆好中心孔，更可應(yīng)用于大批量生產(chǎn)中。

外圓表面的車削加工，在單件小批量生產(chǎn)時(shí)，一般在普通車床上進(jìn)行；而在大批生產(chǎn)時(shí)，則廣泛采用高生產(chǎn)率的多刀半自動(dòng)車床或液壓仿形車床等設(shè)備，其加工生產(chǎn)率高，但加工精度則要取決于調(diào)整精度（指多刀半自動(dòng)車床加工）或機(jī)床本身的精度（如液壓仿形車床，主要取決于液壓仿形系統(tǒng)的精度及靠模的精度）。大批量的生產(chǎn)通常都組成專用生產(chǎn)線（用專用車床或組合車床組成流水線或自動(dòng)線）。

深孔加工，在單件小批生產(chǎn)時(shí)，通常在車床上用麻花鉆頭進(jìn)行加工，當(dāng)鉆頭長(zhǎng)度不夠時(shí)，可用焊接的辦法把鉆頭柄接長(zhǎng)。為了防止引偏（鉆歪），可以用幾個(gè)不同長(zhǎng)度的鉆頭分幾次鉆，先用短的后用長(zhǎng)的。有時(shí)也可以從軸的兩端分別鉆孔，以減短鉆孔深度，但在孔的接合部會(huì)產(chǎn)生臺(tái)階。在大批量生產(chǎn)中，可采用鍛造的無縫鋼管作為毛坯，從根本上免去了深孔加工工序；若是實(shí)心毛坯，可用深孔鉆頭在深孔鉆床上進(jìn)行加工；如果孔徑較大，還可采用套料的先進(jìn)工藝，不僅生產(chǎn)率高，還能節(jié)約大量金屬材料。

花鍵軸加工，在單件小批生產(chǎn)時(shí)，常在臥式銑床上用分度頭以圓盤銑刀銑削；而在成批生產(chǎn)（甚至小批生產(chǎn)）時(shí)，都廣泛采用花鍵滾刀在專用花鍵銑床上加工。

前后支承軸頸以及與其有較嚴(yán)格的位置精度要求的表面精加工，在單件小批生產(chǎn)時(shí)，一般在普通外圓磨床上加工；而在成批大量生產(chǎn)中則采用高效的組合磨床加工。

3.錐堵和錐堵心軸的作用

對(duì)于空心的軸類零件，在深孔加工后，為了盡可能使各工序的定位基準(zhǔn)面統(tǒng)一，一般都采用錐堵或錐堵心軸的中心孔作為定位基準(zhǔn)。

當(dāng)主軸錐孔的錐度比較小時(shí)，例如，CA6140型車床主軸的錐孔分別為1∶20和莫氏6號(hào)時(shí)就常用錐堵，如圖2-84所示。

當(dāng)錐堵較大時(shí)，例如，C6132型臥式銑床主軸錐孔是7∶24，就用帶錐堵的拉桿心軸，如圖2-85所示。