从特例到一般
零件的形状多种多样，用途不尽相同，其加工工艺过程也就千差万别。然而，就同一类别的零件而言，其加工工艺过程还是有一些共同的规律，在长期的生产实践中，人们摸索出一些对现阶段的生产条件而言较为经济合理的加工工艺方案。
本章以常见的轴类、套筒类、箱体类、齿轮类典型零件为例，介绍其加工工艺过程。试图从这些典型实例中得到类似零件的一般加工工艺过程。以便读者举一反三。
7.1.1 概述
1.轴类零件的功用与结构特点
轴类零件是机器中的主要零件之一，它的主要功能是支承传动件（齿轮、带轮、离合器等）和传递转矩。
从结构特征来看，轴类零件都是长度（L）大于直径（d）的旋转体零件，若L／d≤12，通常称为刚性轴；若L／d＞12，则称为挠性轴，其加工表面主要包括内外圆柱面、内外圆锥面、螺纹、花键、沟槽等。图7－1所示为几种常见的轴。
2.轴类零件的技术要求
（1）尺寸精度 轴类零件的支承轴颈一般与轴承配合，是轴类零件的主要表面，影响轴的旋转精度与工作状态。通常对其尺寸精度要求较高，为IT7～IT5；装配传动件的轴颈尺寸精度要求可低一些，为IT9～IT6。
图7－1 轴的种类
（2）形状精度 轴类零件的形状精度主要指支承轴颈的圆度、圆柱度，一般应将其限制在尺寸公差范围内，对精度要求高的轴，应在图样上标注其形状公差。
（3）位置精度 轴类零件一般要求保证配合轴颈（装配传动件的轴颈）相对支承轴颈（装配轴承的轴颈）的同轴度或跳动量等位置精度，因为它会影响传动件（齿轮等）的传动精度。普通精度轴的配合轴颈对支承轴颈的径向圆跳动一般规定为0.01～0.03mm，高精度轴为0.001～0.005mm。
（4）表面粗糙度 一般与传动件相配合的轴颈的表面粗糙度Ra为2.5～0.63μm，与轴承相配合的支承轴颈的表面粗糙度Ra为0.63～0.16μm。
3.轴类零件的材料、毛坯及热处理
1）轴类零件的材料及热处理
轴类零件应根据不同工作条件和使用要求选用不同的材料和不同的热处理，以获得一定的强度、韧度和耐磨性。
45钢是一般轴类零件常用的材料，经过调质可得到较好的切削性能，而且能获得较高的强度和韧度等综合力学性能，重要表面经局部淬火以后再回火，表面硬度为45～52HRC。
40Cr等合金结构钢适用于中等精度且转速较高的轴，这类钢经调质和表面淬火处理后，具有较高的综合力学性能。轴承钢GCr15和弹簧钢65Mn可制造较高精度的轴，这类钢经调质和表面高频感应加热淬火后再回火，表面硬度可达50～80HRC，并具有较高的疲劳性能和耐磨性。
对于高转速、重载荷等条件下工作的轴，可选用20Gr Mn Ti、20Gr等低碳合金钢或38Cr Mo Al中碳合金渗氮钢。低碳合金钢经正火和渗碳淬火处理后可获得很高的表面硬度和较软的心部，因此冲击韧度好。而对于渗氮钢，由于渗氮温度比淬火低，经调质和表面渗氮后，变形很小而硬度很高，所以具有很好的耐磨性和疲劳强度。
2）轴类零件的毛坯
轴类零件最常用的毛坯是圆棒料和锻件，只有某些大型或结构复杂的轴（如曲轴），在质量允许时才采用铸件。由于毛坯经过加热锻造后，能使金属内部纤维组织沿表面均匀分布，可获得较高的抗拉、抗弯及抗扭强度，所以除光轴、直径相差不大的阶梯轴可使用热轧棒料或冷拉棒料外，一般比较重要的轴大都采用锻件，这样既可改变力学性能，又能节约材料、减少机械加工量。
7.1.2 制定轴类零件加工工艺应注意的问题
1.定位基准
轴类零件加工时最常用的定位基准是中心孔，其次是外圆表面。轴的中心线是轴上各外圆表面的设计基准，以轴两端的中心孔作精基准符合基准重合原则和基准统一原则，加工后的各外圆表面可以获得很高的位置精度。作为主要精基准的中心孔必须有足够高的精度和足够的支承力。因此，中心孔结构尺寸的大小应与两端轴颈尺寸大小相适应，锥角应准确，两端中心孔轴线应重合，并在加工过程中始终保持洁净。
粗加工时切削力很大，为了提高工艺系统的刚度，常采用轴的外圆或外圆与中心孔共同作为定位基准。带孔的轴在加工孔时也常采用外圆作为定位基准。
在加工带通孔的轴的外圆时，可使用带中心孔的锥堵或锥套心轴装夹，如图7－2所示。通孔直径较小时，可直接在孔口加工出宽度不大于2mm的60°锥面，以代替中心孔。
图7－2 锥堵与锥套心轴
2.加工顺序的安排
按照先粗后精原则，将粗、精加工分开进行。先完成各表面粗加工，再完成半精加工和精加工，主要表面的精加工则放在最后进行。轴是回转体，各外圆表面的粗加工、半精加工一般采用车削，对于表面粗糙度为Ra0.8μm以下的轴表面，往往还要采用磨削作为精加工，有些精密轴类零件的轴颈表面还需要进行光整加工。
粗加工外圆表面时，应先加工大直径外圆，再加工小直径外圆。轴上的花键、键槽、螺纹等表面的加工，一般都安排在外圆半精加工以后、精加工以前进行。
3.热处理工序的安排
结构尺寸不大的中碳钢普通轴类锻件，一般在切削加工前进行调质热处理。对于重要的轴类零件（如机床主轴），必须根据需要，正确、合理地安排好各种热处理。
一般在毛坯锻造后安排正火处理；粗加工后安排调质处理，并作为需要表面淬火或渗氮处理的零件的预备热处理；轴上有相对运动的轴颈和经常拆卸的表面时，需要进行表面淬火处理（安排在精加工前）。
4.轴类零件的典型工艺过程
毛坯准备—正火—加工端面和中心孔—粗车—调质—半精车—花键、键槽、螺纹等加工—表面淬火—粗磨—精磨。
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