轴类零件的加工工艺资料资料

加工工艺注意点及改进的方法，通过总结非标件的加工
现在许多制造最终成品的工厂为了提高机
需要找机械加工厂定做的，常常会因为设备、技术或者工艺规
加工出来的部件无法满足使用要求，所以需要一次次的总结，改进加工

它在机械中主要用于支承齿轮、带轮、凸轮以

轴的种类
光轴 b)空心轴 c)半轴 d)阶梯轴 e)花键轴 f)十字轴 g）偏心轴
曲轴 i) 凸轮轴








轴类零件的功用、结构特点

轴类零件是机器中经常遇到的典型零件之一。它在机械中主要用于支承齿轮、带轮、
轴类零件是旋转体零件，其长度大于直径，一般由同心轴的外圆柱面、圆锥面、
轴类零件可分为光轴、阶梯轴、空

轴的长径比小于5的称为短轴，大于20的称为细长轴，大多数轴介于两者之间。
轴类零件的毛坯和材料
轴类零件的毛坯
轴类毛坯 常用圆棒料和锻件；大型轴或结构复杂的轴采用铸件。毛坯经过加热

毛坯的锻造方式有自由锻和模锻两种。中小批生产多采用自由锻，大

轴类零件的材料
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，
对高速、重载的轴，选用20Mn2B、20Cr等低碳合金钢或38CrMoAl氮化

45钢是轴类零件的常用材料，它价格便宜经过调质（或正火）后，可得到较好的
而且能获得较高的强度和韧性等综合机械性能，淬火后表面硬度可达45～52HRC。
40Cr等合金结构钢适用于中等精度而转速较高的轴类零件，这类钢经调质和淬火

轴承钢GCr15和弹簧钢65Mn，经调质和表面高频淬火后，表面硬度可达50～58HRC，

精密机床的主轴（例如磨床砂轮轴、坐标镗床主轴）可选用38CrMoAIA氮化钢。这
不仅能获得很高的表面硬度，而且能保持较软的芯部，因此耐冲



轴类零件一般加工要求及方法

轴类零件加工工艺规程注意点
经过分析主要是学生对轴类零件的工艺分析工艺

直接关系到工件质量、劳动生产率和经济效益。一零件可以有
但只有某一种较合理，在制订机械加工工艺规程中，须注意以下几点。
零件图工艺分析中，需理解零件结构特点、精度、材质、热处理等技术要求，且要研究产
标准。
渗碳件加工工艺路线一般为：下料→锻造→正火→粗加工→半精加工→渗碳→去碳加工
→淬火→车螺纹、钻孔或铣槽→粗磨→低温时效→半精磨→低温时

粗基准选择：有非加工表面，应选非加工表面作为粗基准。对所有表面都需加工的铸件轴，
且选择平整光滑表面，让开浇口处。选牢固可靠表面为粗基准，

精基准选择：要符合基准重合原则，尽可能选设计基准或装配基准作为定位

基准。符合基

直接影响工件的质量、劳动生产率和经济效益。一个零件可以用
根据设备条件、生产类型等具体情况，尽量采用先进加工方


轴类零件加工的技术要求
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
IT5～IT7；另一类为与各类
IT6~IT9。
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

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

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。
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

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。
典型轴类零件加工工艺改进的方法
7级精度、表面粗糙度Ra0.8～0.4μm的一般传动轴，其工艺路线是：正火－车端面钻
键槽－热处理－修研中心孔－粗磨外圆－精磨


改进工件的装夹方法
由于切削余量大，工件受的切削力也大，一般采用卡顶法，尾座顶尖采用弹性顶
在高速、大用量切削时，有使工件脱离顶尖的危险。采用卡拉法可避免

其关键是提高中心孔

采用跟刀架
跟刀架是车削细长轴极其重要的附件。采用跟刀架能抵消加工时径向切削分力的影响，从
但必须注意仔细调整，使跟刀架的中心与机床顶尖中心保持一

采用反向进给
常使车刀向尾座方向作进给运动（此时应安装卡拉工具），这样刀具施加于
因而有使工件产生轴向伸长的趋势，而卡拉工具大大减少了

采用车削细长轴的车刀
以使切削轻快，减小径向振动和弯曲变形。粗加
使断屑容易。精车用刀常有一定的负刃倾角，使切屑流向

轴类零件是机器中经常遇到的典型零件之一。它主要用来支承传动零部件，

5的称为短轴，大于20的称为细长轴，大多数轴介于两者


一)尺寸精度 起支承作用的轴颈为了确定轴的位置，通常对其尺寸精
（IT5～IT7）。装配传动件的轴颈尺寸精度一般要求较低（IT6～
）。
二)几何形状精度 轴类零件的几何形状精度主要是指轴颈、外锥面、

三)相互位置精度 轴类零件的位置精度要求主要是由轴在机械中的
其配合轴段对支承轴颈的径向跳动一般为0.01～0.03mm，高精度轴（如
0.001～0.005mm。
四)表面粗糙度 一般与传动件相配合的轴径表面粗糙度为Ra2.

5～
μm，与轴承相配合的支承轴径的表面粗糙度为Ra0.63～0.16μm。
概述
一)、轴类零件的功用与结构特点
、功用：为支承传动零件（齿轮、皮带轮等）、传动扭矩、承受载荷，以及

、 2、
分类：轴类零件按其结构形状的特点，可分为光轴、阶梯

轴的种类
光轴 b)空心轴 c)半轴 d)阶梯轴 e)花键轴 f)十字轴 g）偏心轴
曲轴 i) 凸 轮轴
又可分为刚性轴（L/d＜12＝和挠性轴（L/d
12）两类。
、表面特点：外圆、内孔、圆锥、螺纹、花键、横向孔

、尺寸精度
轴颈是轴类零件的主要表面，它影响轴的回转精度及工作状态。轴颈的直
IT6～9，精密轴颈可达IT5。
、几何形状精度
，一般应限制在直径公差点范围内。

、位置精度
通常
根据使用要求，规定高精度轴
0.001～0.005mm，而一般精度轴为0.01～0.03mm。

．表面粗糙度
根据零件的表面工作部位的不同，可有不同的表面粗糙度值，例如普通
Ra0.16～0.63um，配合轴颈的表面粗糙度为
～2.5um，随着机器运转速度的增大和精密程度的提高，轴类零件表面粗

(三)、轴类零件的材料和毛坯
合理选用材料和规定热处理的技术要求，对提高轴类零件的强度和使用

、轴类零件的材料
45钢，根据不同的工作条件采用不同的热处理规范（如
，以获得一定的强度、韧性和耐磨性。
40Cr等合金钢。这类钢经调质
具有较高的综合力学件能。精度较高的轴，有时还用轴承钢
和弹簧钢65Mn等材料，它们通过调质和表面淬火处理后，具有更高耐磨

重载荷等条件下工作的轴，可选用20CrMnTi、20MnZB、20Cr
38CrMoAIA氮化钢。低碳合金钢经渗碳淬火处理后，具有很高

、轴类零件的毛坯
只有某些大型的、结构复杂的轴

（四）、轴类零件的预加工
轮类零件在切削加工之前，应对其毛坯进行预加工。预加工包括校正、切断

1、校正：校正棒料毛坯在制造、运输和保管过程中产生的弯曲变形，以保

、切断：当采用棒料毛坯时，应在车削外圆前按所需长度切断。切断叮在

、切端面钻中心孔：中心孔是轴类零件加工最常用的定位基准面，为保证

、荒车：如果轴的毛坯是向由锻件或大型铸件，则需要进行荒车加工，以

二、
典型主轴类零件加工工艺分析
结构形状、技术要求、产量大小的不同而有


表面粗糙度和



CA6140主轴加工工艺分析
、CA6140主轴技术条件的分析
1）、支承轴颈的技术要求
A、B的圆度允差 0.005毫米，径向跳动允差 0.005毫米，
1：12锥面接触率＞70%，表面粗糙度Ra0.4um。支承轴颈直径按
级精度制造。
对于一般精度的机床，其允差通常不超过尺寸公差的
％，对于提高精度的机床

，则不超过25%，对于高精度的机床，则应在 5～10％

（2）、锥孔的技术要求
6号）对支承轴颈 A、B的跳动，近轴端允差 0.005mm，
300mm处允差 0.01毫米，锥面的接触率 ＞70％，表面粗糙度Ra0.4um，
HRC48。
3）、短锥的技术要求
A、B的径向跳动允差0.008mm，端面D对轴颈A、B
0.008mm，锥面及端面的粗糙度均为Ra0.8um。
4）、空套齿轮轴颈的技术要求
A、B的径向跳动允差为 0.015毫米。
5）、螺纹的技术要求
因此在加工
必须控制螺纹表面轴心线与支承轴颈轴心线的同轴度，一般规定不
0.025mm。
主轴的主要加工表面是两个支承轴颈、锥孔、前端短
以及装齿轮的各个轴颈等。而保证支承轴颈本身的尺寸精度、几
两个支承轴颈之间的同轴度、支承轴颈与其它表面的相互位置精度


、 1、
主轴毛坯的制造方法及热处理
45钢；毛坯：模锻件
材料

为了节约材料和减少机械加工的劳动量，则往往
单件小批生产的阶梯轴一般采用自由锻，在大批大量生产时则采用模

2）热处理
钢，在调质处理（235HBS）之后，再经局部高频淬火，可以使局部硬度
HRC62～65，再经过适当的回火处理，可以降到需要的硬度（例如 CA6140
HRC52）。
，这是一种含碳0.9%左右的锰钒合金工具钢，淬透性、机械强度和
45钢为优。经过适当的热处理之后，适用于高精度机床主轴的尺寸精
M1432A头架和砂轮主轴就采用这种材

，这是一种中碳合金氮化钢，由于氮化温度比一般淬火温度为低
—550℃，变形更小，硬度也很高（HRC＞65，中心硬度HRC＞28）并有优
故高精度半自动外圆磨床MBG1432的头架轴和砂轮轴均采用

40Cr等合金结构钢，
具有较高的综合机械性能，能满足使用要求。有的
GCr15和弹簧钢如 66Mn等材料．这些钢材经调质和
具有极高的耐磨性和耐疲劳性能。当要求在高速和重载条件下工作
18CrMnTi、20Mn2B等低碳含金钢，这些钢料经渗碳淬火
为大。
要在前道工序中安排调质处理（有的钢材则用
, 当毛坯余量较大时(如锻件)，调质放在粗车之后、半精车之前，以便因
，调质可放
故精度有一定要求而不需淬硬部分的加工，如车螺纹、
均安排在局部淬火和粗磨之后。对于精度较高的主轴在局部淬火

、定位基准的选择
精基准面就是顶尖孔，满足基准重合和基准统一，而对
CA6140A的空心主轴，除顶尖孔外还有轴颈外圆表面并且两者交替使用，

、加工阶段的划分

1）、粗加工阶段
）毛坯处理 毛坯备料、锻造和正火
）粗加工 锯去多余部分，铣端面、钻中心孔和荒车外圆等
2）、半精加工阶段
对于45钢一般采用调质处理以达到220～240HBS。
）半精加工 车工艺锥面（定位锥孔） 半精车

外圆端面和钻深孔等。
3）、精加工阶段
）精加工前热处理 局部高频淬火
）精加工前各种加工 粗磨定位锥面、粗磨外圆、铣键槽和花键槽，以及车

）精加工 精磨外圆和内外锥面以保证主轴最重要表面的精度。
、加工顺序的安排和工序的确定
在考虑支承轴颈、一般轴颈和内锥等主要


外表面粗加工→钻深孔→锥孔粗加工→锥孔精加工→外表面精加工；
外表面粗加工→钻深孔→锥孔粗加工→外表面精加工→锥孔精加工。
CA6140车床主轴的加工顺序来说，可作这样的分析比较：

在加工锥孔时不可避免地会有加工误差（锥孔的磨削条件比外圆磨削条件
加上锥堵本身的误差等就会造成外圆表面和内锥面的不同轴，故此方案也

在锥孔精加工时，虽然也要用已精加工过的外圆表面作为精基准
但由于锥面精加工的加工余量已很小，磨削力不大；同时锥孔的精加工已处

象CA6140主轴这类的轴件加工顺序，以第三方案为佳。
轴类零件各表面先后加工顺序，在很大程度
当零件加工用的粗、精基准选定后，加工顺序就大致
因为各阶段开始总是先加工定位基准面，即先行工序必须为后面的
例如CA6140主轴工艺过程，一开始就铣端面打中
这是为粗车和半精车外圆准备定位基准；半精车外圆又为深孔加工准备了
半精车外圆也为前后的锥孔加工准备了定位基准。反过来，前后锥孔
又为此后的半精加工和精加工外圆准备了定位基准；而最


） 工序中的定位基准面要安排在该工序之前加工。例如，深孔加工所以安
是为了要有较精确的轴颈作为定位基准面，以保证深孔

）对各表面的加工要粗、精分开，先粗后精，多次加工，以逐步提高其精

如退火、正火等，一般

如调质、时效

、大批生产和小批生产工艺过程的比较
1）定位基准的选择

序 名 称 定 位 基 准 面
批 生 产 小 批 生 产
毛坯外圆 划 线
顶尖孔 顶尖孔
粗车后的支承轴颈 夹一端，托另一端
两端锥堵的顶尖孔 夹一端，顶另一端
两端锥堵的顶尖孔 两端锥堵的顶尖孔
两端锥堵的顶尖孔 两端锥堵的顶尖孔
两支承轴颈外表面或靠近
夹小端，托大端
（2）轴端两顶尖孔的加工

可在中心孔钻床上加工。专用机床可在同一工序中铣出两端

3）外圆表面的加工
多在普通车床上进行；而在大批生产时，则广泛采用高

4）深孔加工
从根本上免去了深孔加工工序；若是实心毛坯，
如果孔径较大，还可采用套料的先进工艺。
5）花键轴加工
常在卧式铣床上用分度头分度以圆盘铣刀铣削；而在成

6）前后支承轴颈以及与其有较严格的位置精度要求的表面精加工，在单
多在普

通外圆磨床上加工；而在成批大量生产中多采用高效的组

、主轴加工中的几个工艺问题
、1、锥堵和锥堵心轴的使用
对于空心的轴类零件，若通孔直径较小的轴，可直接在孔口倒出宽度不大
2mm的60度锥面，代替中心孔。而当通孔直径较大时，则不宜用倒角锥面代


1）一般不中途更换或拆装，以免增加安装误差。
2）锥堵心轴要求两个锥面应同轴，否则拧紧螺母后会使工件变形。
、顶尖孔的研磨
因热处理、切削力、重力等的影响，常常会损坏顶尖孔的精度，因此在
对顶尖孔要进行研磨，以消除误差。常用

1）用铸铁顶尖研磨
2）用油石或橡胶轮研磨
3）用硬质合金顶尖刮研
4）用中心孔磨床磨削
、2、外圆加工方法 略
、．深孔加工
l/d＞5就算深孔。CA6140主轴内孔l/d=18，属深

1） 加工方式

）工件不动，刀具转动并送进。这时如果刀具的回转中心线对工件的中心
加工出的孔轴心线必然是偏移或倾斜的。因此，除笨重或外形

）工件转动，刀具作轴向送进运动。这种方式钻出的孔轴心线与工件的回
如果钻头偏斜，则钻出的孔有锥度；如果钻头中心线与工
则钻出的孔的轴向截面是双曲线，但不论如何，孔的

）工件转动，同时刀具转动并送进。由于工件与刀具的回转方向相反，所
生产率高，加工出来的孔的精度也较高。但对机床和刀杆的

2）深孔加工的冷却与排屑
两边切削刃又不容易磨得对称，因此加工时钻头容易偏斜。此法的生产

深孔加工常采用专门的深孔钻床和专用刀具，以保证质量和
这些刀具的冷却和切屑的排出，很大程度上决定于刀具结构特点和冷却

）内冷却外排屑法
从钻头外部排出。高压冷却液直接喷射到
对钻头起冷却润滑作用，并且带着切屑从刀杆和孔壁之间的空间排

）外冷却内排屑法
有一定压力的冷却液经刀杆与孔壁之间的通道进入

轴类零件是常见的典型零件之一。按轴类零件结构形式不同，
介绍一般台阶轴的加工工

．零件图样分析

图A-1 传动轴
图A-1所示零件是减速器中的传动轴。它属于台阶轴类零件，
各环槽的作用是使零件装配
键槽
根据工作性能与条件，该传动轴图样(图A-1)规定了主要轴颈M，
，外圆P、Q以及轴肩G、H、I有较高的尺寸、位置精度和较小的表面
M、N和外圆P、Q的加工。
．确定毛坯
该传动轴材料为45钢，因其属于一般传动轴，故选45钢可满
本例传动轴属于中、小传动轴，并且各外圆直径尺寸相差不大，
60mm的热轧圆钢作毛坯。
．确定主要表面的加工方法
传动轴大都是回转表面，主要采用车削与外圆磨削成形。由

于
M、N、P、Q的公差等级(IT6)较高，表面粗糙度Ra
(Ra=0.8 um)较小，故车削后还需磨削。外圆表面的加工方案(参考表
可为：
粗车→半精车→磨削。
．确定定位基准
合理地选择定位基准，对于保证零件的尺寸和位置精度有着决
(Q、P、N、M)及轴肩面
、G)对基准轴线A-B均有径向圆跳动和端面圆跳动的要求，它又是实
粗基准采用热轧圆钢的毛坯外圆。中心孔加工采用三爪自定心
用三爪自定心卡盘装夹(有时在上工步已车外圆处搭中心架)，车另
．划分阶段
对精度要求较高的零件，其粗、精加工应分开，以保证零件的
该传动轴加工划分为三个阶段：粗车(粗车外圆、钻中心孔等)，
(半精车各处外圆、台阶和修研中心孔及次要表面等)，粗、精磨
粗、精磨各处外圆)。各阶段划分大致以热处理为界。
．热处理工序安排
轴的热处理要根据其材料和使用要求确定。对于传动轴，正火、
综合上述分析，传动轴的工艺路线如下：
下料→车两端面，钻中心孔→粗车各外圆→调质→修研中心孔
车槽，倒角→车螺纹→划键槽加工线→铣键槽→修研
．加工尺寸和切削用量
传动轴磨削余量可取0.5mm，半精车余量可选用1.5mm。加工尺
车削用量的选择，单件、小批量生产时，可根据加工情况由工
．拟定工艺过程
定位精基准面中心孔应在粗加工之前加工，在调质之后和磨削
调质之后修研中心孔为消除中心
磨削之前修研中心孔是为提高定位精基准面
还要考虑次要表面的加工。在半精加工￠52mm、￠
及M24mm外圆时，应车到图样规定的尺寸，同时加工出各退刀槽、
三个键槽应在半精车后以及磨削之前铣削加工出来，这样
又可避免在精磨后铣键槽时破坏
在拟定工艺过程时，应考虑检验工序的安排、检查项目及检验
综上所述，所确定的该传动轴加工工艺过程见表A-1。
A-1 传动轴机械加工工艺
机械加工工艺
产品名称 图 号 零
传动轴 共 1页 第 1 页
圆
材料牌
45钢 毛坯尺寸 ￠60mm×265mm
工种 工步 工 序 内 容 设备 工 具
夹
刃 具 量 具
下
￠60mm×265mm
车 三爪自定心卡盘夹持工件毛坯外
车床
1 车端面见平 C6140
2 钻中心孔

2mm 用尾座顶尖顶住中心孔
3 粗车￠46mm外圆至￠48mm，长

4 粗车￠35mm外圆
37mm，长66mm
5 粗车M24mm外圆
26mm，长14mm
调头，三爪自定心卡盘夹持￠48mm

(￠44mm外圆)
6 车另一端面，保证
250 mm
7 钻中心孔
用尾座顶尖顶住

8 粗车￠52mm外圆
54mm
A 粗车￠35mm外

圆
37mm，长A3mm
10 粗车￠30mm外圆
32mm，长36mm
11 粗车M24mm外圆
26mm，长16mm
12 检

热 调质处理220～

钳 修研两端中心孔 车床
车 双顶尖装夹 车床
1 半精车￠46mm外圆至￠46.5mm，长

2 半精车￠35mm外圆至￠35.5mm，长

3 半精车M24mm外圆至￠24－0.1－
，长

4 半精车2～3mm×
环槽
5 半精车3mm×
环槽
6 倒外角1mm×
°,3处
调头，双顶尖装夹
7 半精车￠35mm外圆至￠35.5mm,长

8 半精车￠30mm外圆至￠35.5mm长

9 半精M24mm外圆至￠24－0.1－
mm,长

10 半精车￠44mm至
4mm
11 车2～3 mm×0.5mm

12 车3mm×l.5mm环

13 倒外角lmm×
°, 4处
14 检验
车 双顶尖装夹
1 车M24mm×
～6g至尺寸 车床
调头，双顶尖装夹
2 车M24mm×
～6g至尺寸
3 检验
钳 划两个键槽及一

铣 用V形虎钳装夹，

1 铣键槽12mm×36mm，保证尺寸
～41.25mm 立铣
2 铣键槽8mm×l6mm，保证尺寸
～26.25mm
3 铣止动垫圈槽6mm×l6mm，保证
至尺寸
4 检验
钳 修研两端中心孔 车床
磨 1 磨外圆￠35±
至尺寸

2 磨轴肩面I
3 磨外圆￠30±
至尺寸
4 磨轴肩面H
调头，双顶尖装夹
5 磨外圆P至尺寸
6 磨轴肩面G
7 磨外圆N至尺寸
8 磨轴肩面F
9 检验



．传动轴机械加工工艺过程工序简图
为了表达清楚各工序的内容及要求，其传动轴加工工艺过程的工序
A-2。
A-2 传动轴加工工序简图