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氮化钢的热处理变形很小。
结构复杂的轴类零件（如曲轴等）也可用高强度铸铁和球墨铸铁来制造。
常用的铸铁材料有：
HT400、QT600、QT450、QT400等。
轴类零件最常用的毛坯是圆棒料和锻件。
光轴、直径相差不大的轴一般选用棒料；
重要的轴大都采用锻件，以保证金属内部纤维组织的均匀连续分布，获得较高的抗拉、抗弯及抗扭强度；
某些大型的或结构复杂的轴可采用铸件毛坯。
应根据生产规模的大小来决定毛坯的锻造方式。
单件小批生产，一般宜采用自由锻造；
模锻因需要专用的设备、锻模，故适用于成批大量生产。
4.1.2轴类零件的外圆表面加工
4.1.2.1外圆表面的车削加工
1.车削外圆各个加工阶段
外圆表面的车削加工一般可划分为粗车、半精车、精车和精细车等，所达到的经济加工精度和表面粗糙度值见表3.5所示。
粗车是粗加工，从毛坯上切去大部分余量，以尽快获得接近于最后的工件形状和尺寸的操作。
半精车是为了进一步提高零件的加工精度和改善表面质量。
半精车可作为中等精度表面的终加工；
也可作为高精度表面在磨削前的预加工。
精车既可作为较高精度外圆表面的终加工；
又可作为光整加工表面的预加工。
精细车是高精度外圆表面的最终加工工序，适用于有色金属零件的加工。
2.细长轴外圆表面的车削
（1）细长轴的车削特点长度与直径之比大于20（L/D＞20）的轴称为细长轴。
其车削特点为：
细长轴刚性差，在切削过程中受切削力的作用极易产生弯曲变形和振动；
在切削热的作用下，产生很大的线膨胀，若两端顶尖固定支承，则会弯曲变形；
加工中连续切削时间长，刀具磨损大，影响加工精度和表面质量。
（2）细长轴的先进车削方法
改进工件装夹方式（如图4.2所示），一般采用一夹一顶的方法。
同时在工件端部缠绕一圈直径为φ4的钢丝，以减少接触面积，避免夹紧时形成弯曲力矩；
尾座顶尖改为弹性顶尖，避免工件受热弯曲变形；
采用跟刀架，以提高工件的刚度。
但必须仔细调整跟刀架，否则，反而会造成工件的“竹节”形误差；
为减小背向力，尽量采用大主偏角车刀，一般取kr=75°
～93°
；
采用反向进给切削，改变工件受力方向，可减少工件的弯曲变形。
图4.2细长轴的先进车削方法
4.1.2.2外圆表面的磨削加工
磨削加工是轴类零件外圆精加工的主要方法，既能加工淬火零件，也可加工非淬火零件。
根据不同的精度和表面质量要求，磨削可分为粗磨、精磨、细磨和镜面磨削等。
粗磨后工件表面可达IT8～9级精度，表面粗糙度值为Ra0.8～1.6μm；
精磨后可达到IT6～7级精度，表面粗糙度值为Ra0.2～0.8μm；
细磨（精密磨削）后精度达IT5～6级，表面粗糙度值为Ra0.1～0.2μm；
镜面磨削后表面粗糙度Ra值可达0.01μm。
通过磨削加工能有效提高轴类零件尤其是淬硬件的加工质量。
1.中心磨削在外圆磨床上以工件的两顶尖孔定位进行磨削外圆。
2.无心磨削如图4.3所示，工件放在无心磨床的砂轮和导轮之间，用托板支承。
导轮用橡胶结合剂将磨粒粘结而成的，导轮的安装倾斜一角度α，导轮速度v导分解为水平和垂直的两个分量，一个带动工件旋转，一个带动工件作轴向进给运动。
砂轮高速旋转以磨削工件。
无心磨削精度可达IT6～7级，表面粗糙度值可达Ra0.2～0.8μm，但相互位置精度不高，且不能加工表面圆周不连续的工件。
无心磨生产率高，配备适当的自动上料机构，可实现自动磨削，适合于大批量生产。
图4.3外圆无心磨削加工示意图
3.砂带磨削是用粘满砂粒的砂布作为磨削工具的一种加工方法（图4.4）。
由静电植砂制作的砂带，磨粒尖端向上均匀排列。
砂带与工件柔性接触，磨粒载荷小且均匀，同时具有磨削和抛光双重作用，表面粗糙度值可达Ra0.2～0.8μm，最高可达Ra0.02μm，表面会不烧伤。
砂带磨削为弹性磨削，切削力小，特别适宜加工细长轴等刚度较差的零件。
砂带磨削设备简单，成本低，较为安全，生产率高，可用于内、外表面及成形表面加工。
近年来获得空前的发展和应用。
图4.4砂带磨削示意图
4.1.2.3外圆表面的精密加工
1.高精度磨削
使工件表面粗糙度值小于Ra0.1μm的磨削工艺，通常称为高精度磨削。
它可分为精密磨削（Ra0.1～0.05μm）、超精密磨削（Ra0.05～0.025μm）和镜面磨削（Ra0.01μm）。
高精度磨削的实质在于砂轮磨粒的作用。
经过精细修整的砂轮的磨粒形成许多微刃（图4.5），这些微刃的等高性程度高，参加磨削的磨粒大大增加，从工件表面切下微细的切屑，形成表面粗糙度值较小的表面。
随着磨削过程的进行，微刃逐渐磨损而进入半钝期。
半钝化的磨粒在一定压力作用下产生摩擦抛光作用，表面粗糙度值进一步减小。
最后磨粒处于钝化期，起挤压抛光作用，使工件获得更小的表面粗糙度值。
图4.5磨粒的微刃及其变化
2.超精加工
超精加工是用细粒度的油石对工件施加很小的压力，并作往复振动和慢速纵向进给运动，工件低速回转，磨粒在工件表面上形成不重复的轨迹（见图4.6）。
图4.6超精加工原理
超精加工过程可分为四个阶段：
强烈切削阶段，开始时工件表面粗糙，油石与凸峰接触压强大，油膜被破坏，切削作用强烈；
正常切削阶段，当表面少数凸峰磨平后,接触面积增加,压强降低,使切削作用减弱而进入正常切削阶段；
微弱切削阶段，随着接触面积增大,压强更低，磨粒磨钝，起摩擦抛光作用,使工件表面光滑；
自动停止切削阶段，油石和工件表面的接触面积大为增加,压强很小,形成油膜而不再接触，切削作用停止。
整个加工过程时间为30秒左右，生产率高。
由于磨粒具有较复杂的运动轨迹,有摩擦抛光作用，工件表面形成交叉网纹,表面粗糙度值可达Ra0.01～0.1μm。
同时由于切削速度低,油石压力小,故磨削发热少,工件表面不会被烧伤。
只能切除工件表面凸峰，不能纠正工件的形状和位置误差，故主要用来降低表面粗糙度值。
3.研磨
研磨是用研具在一定压力下与加工面作相对运动，附着或压嵌在研具表面上的磨粒和研磨剂,从工件表面上研去一层极薄的材料的精加工方法。
研具一般采用比工件软的材料（铸铁、铜等）制作，图4.7所示为手工用研套，孔内有油槽可储存研磨剂。
研磨剂是磨料、研磨液和辅助材料的混合剂。
研磨过程中，大量磨粒受压力作用滚动、刮擦和挤压，切除微细材料，是机械切削作用；
磨粒与工件接触点局部压力大，瞬时产生高温、挤压作用，是物理作用；
研磨剂使工件表面层氧化变软，加速研磨过程，是化学作用。
图4.7外圆手工研磨工具
a）粗研具b）精研具
研磨时研具和工件的相对运动是较复杂的，每一个磨粒不会重复自己的运动轨迹，有利于去除工件表面上的凸峰；
表面粗糙度值可达Ra0.01～0.2μm，可提高工件的尺寸和形状精度，但不能提高表面的相互位置精度；
研磨不需要复杂的设备，方法简便可靠。
但生产率低，手工研磨劳动强度大。
4.滚压
滚压是利用滚轮或滚珠，对旋转工件的表面进行常温下加压（图4.8），使受压表面产生弹性和塑性变形，不仅能降低表面粗糙度值（Ra0.05～0.4μm），还使表面的金属组织结构和性能发生变化，晶粒变细，并沿变形方向延伸呈纤维状，表面留下残余压应力，使零件的工件表面的抗疲劳强度、耐磨性和耐腐蚀性都有显著提高，但不能提高零件的形状和位置精度。
滚压设备简单，生产率高，工艺范围广。
适用于塑性材料，并要求材料组织均匀。
图4.8滚压加工示意图
4.1.3轴类零件加工工艺分析
轴类零件加工的主要工艺问题是如何保证各主要表面间的相互位置精度。
4.1.3.1车床主轴的加工工艺
图4.9为CA6140车床主轴的零件简图。
该零件为多阶梯结构的空心轴。
根据主轴的功用和工作条件，主要技术要求有：
支承轴颈A、B主轴在机床上的安装基准，其圆度误差和同轴度误差将直接影响机床的精度。
支承轴颈A、B的圆度、径向圆跳动公差0.005mm，锥面接触率≥70%，尺寸精度IT5级，表面粗糙度值Ra0.4μm。
莫氏锥孔是用于安装顶尖或刀具的定心表面，莫氏锥孔对支承轴颈A、B的圆跳动，近端0.005mm，远端0.01mm，锥面接触率≥70%，表面粗糙度值Ra0.4μm，有淬硬要求。
短锥C和端面D是卡盘的安装基准面，对支承轴颈A、B的圆跳动0.008mm，表面粗糙度值Ra0.8μm，有淬硬要求。
配合轴颈用于安装传动齿轮等，其尺寸精度为IT5～6级，对支承轴颈A、B的圆跳动0.015mm。
其他表面如轴向定位轴肩与中心线的垂直度，螺纹中心与中心线的同轴度等要求。
图4.9CA6140车床主轴零件简图
表4.1为主轴加工工艺过程。
材料45钢，毛坯为模锻件，大批量生产。
表4.1CA6140车床主轴加工工艺过程
工序
工序内容
定位基准
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
130
140
150
160
170
180
190
200
210
220
230
锻造
热处理：
正火
铣端面钻中心孔
粗车各外圆
调质220-240HBS
半精车大端各部
仿形车小端各部
钻通孔
粗车莫氏6号锥孔和短锥
精车后锥孔（工艺要求）
钻大端面各孔及攻螺纹
精车小端外圆并切槽
高频淬火支承轴颈、短锥、莫氏6号锥孔
粗磨莫氏6号锥孔
磨后锥孔（工艺要求）
粗磨φ75h6、φ90g7及φ100h6外圆及端面
铣花键
铣键槽
车三处螺纹
精磨各外圆及端面
粗精磨短锥和1：
12外锥面
精磨莫氏6号锥孔
检验
外圆与端面
一头夹、一头顶
中心孔
夹小头，托大头
夹大头，托小头
大端莫氏6号锥孔
φ75h6、φ100h6外圆
锥堵中心孔
外圆表面
支承轴颈A及φ75h6外圆
4.1.3.2车床主轴的加工工艺分析
1.定位基准的选择
轴类零件的定位基准，最常用的是两中心孔。
因为一般轴的设计基准都是其中心线，用中心孔定位，可实现基准重合。
且能最大限度地在一次安装中加工尽可能多的外圆和端面，符合基准统一的原则。
在通孔加工后，不能用中心孔来定位，就采用带有中心孔的锥堵或锥堵心轴（如图4.10）来定位。
为保证锥堵与中心孔有较高的同轴度，锥堵安装后应尽量减少更换次数。
图4.10锥堵与锥堵心轴
另外，主轴设计基准本质上是支承轴颈A、B的中心线，应该用支承轴颈定位，实现基准重合。
以支承轴颈A、B为基准磨削莫氏锥孔，可保证两者间的很高的相互位置精度。
当支承轴颈是锥面时，宜选择与其临近且与其同轴度高的轴颈作辅助定位基准面（与支承轴颈在一次安装中磨出）。
在主轴的加工中，还要贯彻中心孔和支承轴颈互为基准、反复加工的原则。
在机加工开始，先以外圆定位（粗基准）加工两端面和中心孔，为后续工序准备精基准。
再以中心孔定位，加工外圆。
在通孔加工后，以外圆为精基准，加工莫氏锥孔和后锥孔。
配上锥堵后，以锥堵中心定位精加工外表面。
最后以精加工后的支承轴颈定位精磨莫氏锥孔。
在主轴加工工艺中，定位基准的正确选择、体现和转换是一个很重要的问题。
在某种程度上说，工艺过程实质是定位基准的准备和转换的过程，各表面的加工也是在此基础上实现的。
因此定位基准在很大程度上决定着加工顺序。
2.加工阶段的划分
从表4.1主轴加工的工艺过程中可以看出其加工过程是以主要表面（特别是支承轴颈）的加工为主线，大致分为三个阶段：
调质以前的工序为粗加工阶段；
调质以后到表面淬火间的工序为半精加工阶段；
表面淬火以后的工序为精加工阶段。
其中适当穿插其它次要表面的加工工序。
3.合理安排热处理工序
在主轴加工的过程中，应安排足够的热处理工序。
毛坯锻造后安排正火处理，以消除锻造应力，改善切削性能。
粗加工后安排调质处理，以提高其力学性能，并为表面淬火准备良好的金相组织。
半精加工后安排表面淬火处理，以提高其耐磨性。
4.加工顺序的安排
根据先基准后其它、先粗后精、先主后次、穿插进行的工艺原则，主轴主要加工表面的工序安排大致如下：
锻造→正火→车端面钻中心孔→粗车→调质→半精车→精车→表面淬火→粗、精磨外圆表面→磨锥孔。
外圆表面的加工顺序一般为先加工大端直径外圆，然后再加工小端直径外圆，以免一开始就降低工件的刚度。
5.次要表面的加工安排
主轴通孔的加工应安排在调质后进行，以免调质使通孔产生弯曲变形而影响棒料的通过；
且应安排在外圆半精车后进行，以便有一个较准确的定位基准，保证孔和外圆同轴，使主轴壁厚均匀。
主轴上的花键、键槽等的加工，一般应在外圆精车或粗磨后、精磨前进行。
若在精车前就铣出键槽，精车时断续切削会产生振动，影响加工质量，又容易损坏刀具，同时也难控制键槽的尺寸要求。
若放在外圆精磨后进行，又可能破坏主要表面已有的精度。
主轴上的螺纹均有较高的要求，宜安排在主轴局部淬火后进行。
否则，淬火后产生的变形，会影响螺纹和支承轴颈的同轴度误差。
6.主轴锥孔的磨削
锥孔磨削是主轴加工的最后一个关键工序，目前已普遍采用磨主轴锥孔专用夹具来保证其加工精度，如图4.11所示。
在夹具中镶硬质合金的V形块固定在夹具支架上，主轴前后两支承轴颈在V形块上定位。
工件的中心高等于砂轮轴的中心高。
夹具后端的浮动卡头用锥柄安装在磨床主轴的锥孔内。
工件尾端插入弹性套内，用弹簧把浮动卡头外壳连同工件向左拉，通过钢球压在锥柄的端部，限制工件的轴向自由度。
采用这种弹性浮动夹头驱动工件转动的联结方式，可保证工件支承轴颈的定位精度不受内圆磨床主轴回转精度的影响，也可减少机床振动对加工质量的影响。
图4.11磨主轴锥孔专用夹具
4.2套筒类零件加工
4.2.1概述
1.套筒类零件的结构特点
套筒类零件是机械中常见的零件之一，应用广泛。
如支承旋转轴的滑动轴承、引导刀具的钻套和镗套、液压油缸、内燃机汽缸套以及一般用途的套筒等（见图4.12）。
由于功用不同，其结构和尺寸差别很大，但仍有共同的特点：
零件的主要表面为同轴度要求较高的内外回转面；
壁厚较薄易变形；
长径一般大于直径等。
图4.12套筒类零件
a）b）滑动轴承c）钻套d）轴承衬套e）汽缸套f）液压缸
2.套筒类零件的技术要求
内孔是套筒类零件起支承和导向作用的最主要表面，通常与旋转轴、刀具和活塞等相配合。
孔的直径尺寸精度一般为IT6～7级，汽缸和液压缸由于与其相配合的活塞上有密封圈，要求较低，一般取IT9级。
孔的形状精度一般控制在孔径公差以内，有些精密套筒在孔径公差的1/2～1/3，甚至更严。
对于长的套筒，还应限制孔的圆柱度公差。
孔的表面粗糙度值为Ra1.6～0.2μm，甚至0.04μm。
外圆是套筒类零件的支承面，常以过盈配合或过渡配合同箱体或机架上的孔相连接。
外径的尺寸精度通常为IT6～7级，形状精度控制在外径公差以内，表面粗糙度值为Ra3.2～0.8μm。
内孔与外圆的同轴度要求一般为0.01～0.05mm。
还有端面与轴线垂直度要求等。
3.套筒类零件的材料及毛坯
套筒类零件所用的材料取决于工作条件，一般有钢、铸铁、粉末冶金、铜及其合金、尼龙和工程塑料等。
有些滑动轴承采用双金属结构，在钢或铸铁套的内壁上浇铸巴氏合金等轴承合金材料，既可节省贵重金属，又能提高轴承的寿命。
套类零件的毛坯选择与其材料、结构、尺寸及生产批量等因素有关。
孔径较小的套筒，一般选择热轧或冷拉棒料，也可采用实心铸件。
孔径较大时，常采用无缝钢管或带孔的空心铸件和锻件。
大量生产时可采用冷挤压和粉末冶金等先进的毛坯制造工艺，既提高生产效率，又节约材料。
4.2.2套筒类零件的内孔表面加工
常用的套筒类零件的内孔表面加工方法有钻孔、扩孔、铰孔、镗孔、拉孔、磨孔、研磨孔、珩磨孔和滚压孔等。
各种加工方法的经济精度见表3.6所示。
4.2.1.1套筒类零件内孔的一般加工方法
1.钻孔
钻孔是用钻头在实体材料上加工孔的方法，常用的刀具是麻花钻。
钻孔的特点是钻孔时钻头易偏斜；
钻孔排屑困难，切削热不易散发；
钻孔轴向力大；
精度低，表面粗糙度值大。
工艺上常采用钻孔前先加工端面，采用工件回转等措施以防止和减少钻头的偏斜。
2.扩孔
扩孔是用扩孔钻来扩大已有的孔径进行半精加工的方法。
扩孔钻刚性好，刀齿较多，切削深度小，易排屑，所以切削平稳，导向性好，可矫正钻孔轴线的偏斜。
扩孔常作为铰孔等精加工前的准备工序，也可作为要求不高的孔的最终工序。
3.铰孔
铰孔是用铰刀对未淬硬的中小尺寸的孔进行精加工的一种方法。
铰削余量小，切削速度较低，铰刀齿数多，刚性好且制造准确，排屑润滑条件好，故铰孔后孔的尺寸精度、形状精度得到提高。
铰孔精度主要取决于铰刀精度。
但铰孔时铰刀在工件孔内自定位，所以一般不能修正孔的位置误差，孔的位置误差应由铰孔前的工序来保证。
铰刀在机床上常采用浮动夹头与主轴浮动联接。
铰孔不宜用于台阶孔、盲孔、短孔和具有断续表面的孔。
生产中经常采用在工件一次安装下连续进行钻、扩、饺加工。
既可避免工件安装误差的影响，又能因快速更换刀具，使加工更方便，生产率高。
用图4.13所示的快换夹头，可达到不停车而迅速更换刀具的目的。
图4.13快换夹头
1—柄部2—套筒3—外套4—钢球5—弹簧圈
4.镗孔
镗孔是用镗刀对工件上已有的未淬硬孔作进一步加工的方法，既可作为粗加工，也可作为精加工。
镗孔可以在镗床、车床、铣床等上进行，可加工通孔、盲孔、阶梯孔和孔内凹槽等表面，适用性强，镗刀结构简单，成本低，经济性好。
镗孔常用单刃刀具，纠正原有孔的位置偏差的能力强，能获得较高的位置精度。
因受孔的尺寸的限制，一般刀杆刚性较差，易产生振动，镗孔质量不易控制，生产率较低，广泛应用于单件小批生产中。
5.拉孔
拉孔是在拉床上用拉刀加工孔的高效的精加工方法，加工平稳，尺寸精度高，表面粗糙度值小。
拉孔时，以工件端面为支承面，工件一般不夹紧。
拉刀在工件孔内自定位，故拉孔难以保证孔与其它表面间的相互位置精度。
拉刀是多刃刀具，同时参加切削的刀刃多，一次拉削可完成粗、精加工，生产效率高。
但拉刀结构复杂、成本较高，适应性差，一把拉刀只能加工一种尺寸的孔。
故一般用于成批大量生产中，且不能拉阶梯孔、盲孔和大孔。
6.磨孔
磨孔是用高速旋转的砂轮对淬硬或未淬硬孔进行精加工的方法。
磨孔与磨外圆相比，工作条件较差：
砂轮受工件孔的限制，直径小，磨削速度低；
砂轮轴直径较小，刚性差，容易变形；
砂轮与工件接触面积大，排屑和散热困难，冷却不便，工件易烧伤；
砂轮磨损快，需经常修整更换。
因此，磨孔的质量和生产率都不如磨外圆。
但磨孔的适用性广，被加工孔的相互位置精度高，在单件小批生产中应用很广。
特别对于淬硬的孔、盲孔、大直径孔、短的精密孔以及断续表面的孔（带键槽或花键孔），磨孔是主要的加工方法。
但磨孔不适用于磨削有色金属。
增加内圆磨头的转速是提高磨孔生产率的主要途径。
如采用100000r/min的风动磨头，可磨削1～2mm直径小孔而获得较好的加工质量和较高的生产率。
7.深孔加工
一般将孔的长径比L/D＞5的孔称为深孔。
深孔加工的工艺难点为：
刀具细长，刚性差，加工中容易使孔的轴线歪斜；
冷却散热条件差；
排屑困难，严重时引起刀具崩刀或折断。
应采取的工艺措施有：
采取工件旋转的方式以及改进刀具导向结构，减少刀具的引偏；
采用压力输送切削液，冷却刀具和排屑；
改进刀具结构，强制断屑，有利切屑顺利排出。
单件小批生产的深孔加工，常在卧式车床上进行。
成批生产，常在深孔加工专用机床（图4.14）上进行。
图4.14深孔加工示意图
a）内排屑b）外排屑
1—工件2—切削液
4.2.1.2套筒类零件内孔的精密加工
1.珩磨
珩磨是对精加工过的孔进行光整加工的一种方法，是低速、大面积接触的磨削加工，与磨削原理基本相同。
珩磨所用的磨具是几根粒度很细的砂条所组成的珩磨头。
珩磨时，主轴与珩磨头浮动联接并驱动珩磨头作旋转运动和往复运动，砂条还有加压力的径向运动。
珩磨头的旋转运动和往复运动是珩磨的主运动，这两种运动的组合，使砂条上磨粒在孔的表面上切去极薄的一层金属，其切削轨迹形成交叉而不重复的网纹如图4.15所示。
径向加压运动是砂条的进给运动，压力越大，进给量就越大。
图4.15珩磨运动及其切削轨迹
常用珩磨头在专用的珩磨机上进行。
珩磨头的结构形式很多，图4.16是一种简单的利用螺纹加压的珩磨头。
本体1通过浮动联轴器和机床主轴联接，砂条5和砂条座3粘结装入本体的槽中，砂条座两端由弹簧箍6箍紧。
旋转螺母8使其向下时，就推动调整锥2向下移动，通过顶块4使砂条径向张开而获得工作压力。
加工时因砂条磨损和孔径增大，使接触压力逐渐减弱，因此必须经常调整螺母。
这种磨头结构简单，但操作不便，只用于单件小批生产。
成批以上生产中常用压力恒定的气体或液体加压的珩磨头，工作时自动外胀进
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