【文章內(nèi)容簡介】 內(nèi)應力以及淬火過程中所產(chǎn)生的應力和殘余奧氏體，從而使主軸的金相組織和應力狀態(tài)保持穩(wěn)定（由于奧氏體在使用過程中會逐步轉變?yōu)轳R氏體，是主軸產(chǎn)生微量膨脹變形，影響主軸的尺寸精度）。在此之后再進行主軸的精加工。 主軸精度要求越高，則對材料及熱處理要求越高，熱處理次數(shù)也越多。本課題CA6140 主軸采用 45鋼經(jīng)過正火、 調(diào)質和局部高頻淬火后變能滿足要求，而無需在采用更高的鋼材，并且免去了低溫時效的工序。 定位基準的選擇 軸件加工中，為了保證各主要表面的相互位置精度，選擇定位基準時應盡可能使其與裝配基準重合和使各工序的基準統(tǒng)一，并且考慮在一次安裝中盡可能加工出較多的表面。 軸類零件加工的精度指標是各段外圓的同軸度以及錐孔和外圓的同軸度。CA6140 主軸的裝配基準主要是前后兩個支承軸徑面，為了保證卡盤定位面以及前錐孔與支承軸頸面有較高的同軸度，應以加工好的支承軸頸為定位基準來終磨錐孔和卡盤定位面，這就能符合基準重合的原則 。但是為了避免支承軸頸被拉毛或損傷，并考慮到支承軸頸帶有錐度，不便于夾具制造等因素，在實際生產(chǎn)中也有不選用支承軸頸作為定位基準，而是同和它靠近的圓柱軸頸作為定位基準的。 CA6140 的主軸毛坯是實心的，但最后要加工成空心軸，從選擇定位基準面的角度來考慮，希望采用頂尖孔來定位，而把深入加工工序安排在最后；但深孔加工是粗加工工序，要切除大量金屬，會引起主軸變形而影響加工質量，所以只好在粗車外圓之后就把深孔加工出來。在成批生產(chǎn)中深孔加工之后，為了還能用頂尖孔作定位基準面，可考慮在軸的通孔兩端加工出工藝錐面，插上兩 個帶頂尖孔的錐堵或帶錐堵的心軸來安裝工作。 為了保證支承軸頸與主軸內(nèi)錐面的同軸度要求，在選擇精基準面時，要根據(jù)互為基準的原則。本課題中 CA6140 主軸在車小端 1： 20錐孔和大端莫氏 6號錐孔時用的是與前支承軸頸相鄰而又是用同一基準加工出來的外圓柱面為定位基準面（直接用前支承軸頸作為定位基準面當然更好，但由于這軸頸有錐度，在制造拖架時會增加困難）；在工序 45 精車各外圓包括兩個支承軸頸的 1： 12 錐度時，既是以上述前 后錐孔內(nèi)所配錐堵的頂尖孔為定位基準面；在工序 50粗磨莫氏 6 號內(nèi)錐孔時，又以兩個圓柱面為定位基準面，這 就是符合互為基準原則的基準轉換，由于定位基準面的精度比上工序有所提高，故這工序的定位誤差有所減??；在工序 63 和 65 中，粗精磨兩個支承軸頸的 1： 12 錐度時，再次以粗磨的錐孔所配錐堵的頂尖孔為定位基準，這就是在次轉換，定位精度比前又有所提高；在工序 68中，最后精磨莫氏 6 號錐孔時，直接以精磨后的前支承軸頸和另一圓柱面為定位基準面，這又再一次轉換，提高了定位精度，這些轉換過程是提高的過程，使精加工前有精度較高的精基面，這完全符合互為基準的原則。轉換次數(shù)的多少，要根據(jù)加工精度要求而定。 根據(jù)上述分析可知，本課題 CA6140 的空心主軸，除頂尖孔外還有軸頸外圓表面并且兩者交替使用，互為基準。 加工階段的劃分 由于主軸的精度要求高，并且在加工過程中要切除大量金屬，因此，將主軸的加工過程根據(jù)粗、精加工分開原則來劃分階段，極為必要。這是由于加工過程中熱處理、切削力、切削熱、加緊力等對工件產(chǎn)生較大的加工誤差和應力，為了消除前一道工序的加工誤差和應力，需要進行另一次新加工，不過這一次加工所帶來的誤差和應力總是要比前一次為小。因此，加工次數(shù)增多以后，精度便逐漸提高。精度要求越高加工次數(shù)越多。 由于粗加工之前，毛坯余量較大，而且 余量往往不均（如鍛件的外形與加工后的形狀相差較大且不均勻），因而在粗加工中需用大的切削力，并常常因此產(chǎn)生大量切削熱，使主軸在加工中產(chǎn)生受力變形和熱變形，而出現(xiàn)形狀誤差（如圓柱度誤差）及大的加工應力。故粗加工之后要進行半精加工（如半精車、精車等），這也是鍛件毛坯要比棒料毛坯多車一次的原因。此后即使不插入熱處理工序，也還需要進行一些精加工，以提高精度，何況為了改善主軸的機械性能（如增加表面硬度），往往在半精加工（半精車或精車）之后進行淬火處理，因而又需進一步進行一系列的精加工（如磨削等）。后一次加工所帶來的切削 力和熱量，均比前一次為?。ㄒ蚱溆嗔恐饾u減?。蚨霈F(xiàn)的誤差和應力亦隨之減小，這就是進行多次加工能提高精度的原因。 因此，粗、精加工不能同一次安裝中完成，而應當把粗、精加工分別為兩個工序或者在不同的機床上進行，最好粗、精加工間隔一些時間（一天或幾天），讓上道工序加工的內(nèi)應力逐漸消失（自然時效）。 加工順序的安排和工序的確定 具有空心和內(nèi)錐特點的軸類零件，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，可有以下幾種方案： ⑴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； ⑵外 表面粗加工 —— 鉆深孔 —— 錐孔粗加工 —— 錐孔精加工 —— 外表面精加工； ⑶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； 針對 CA6140 車床主軸的加工順序來說，可作這樣的分析比較： 第一方案：在錐孔粗加工時，由于要用已精工過外圓表面作精基準面，會破壞外圓精度和表面粗糙度，所以此方案不宜采用。 第二方案：在精加工外圓表面時，還要再插上錐堵，這樣會破壞錐孔精度。另外，在加工錐孔時不可避免地會有加工誤差（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造成外圓表面和內(nèi)錐面的不同軸，故 此方案也不宜采用。 第三方案：在錐孔精加工時，雖然也要用已精加工過的外圓表面作為精基準面，但由于錐面精加工的加工余量已很小，磨削力不大；同時錐孔的精加工已處于軸加工的最終階段，對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面互為基準，交替使用，能逐漸提高同軸度。 經(jīng)過這一比較可知， CA6140 主軸的軸件加工順序，以第三方案為佳。 通過方案的分析比較也可看出，軸類零件各表面先后加工順序，在很大程度上與定位基準的轉換有關。本課題 CA6140 主軸工藝過程，一開始就銑端面打中心孔，這是為粗車 和半精車外圓準備定位基準；半精車外圓又為深孔、加工準備了定位基準；半精車外圓也為前后的錐孔加工貯備了定位基準。反過來，前后錐孔裝上錐堵后的頂尖孔，又為此后的半精加工和精加工外圓準備了定位基準；而最后磨錐孔的定位基準則又是上工序磨好的軸頸表面。 為了保證主軸支承軸頸與大頭端面及短錐間的相互位置精度，在最后加工時應在一次安裝中磨出這些表面。 檢驗工序是保證質量，防止廢品的重要措施。檢驗工序一般安排在各加工階段 的前后、重要工序的前后和花費工時較多的工序前后，總檢驗則放在最后。 6 主軸加工中的關鍵工藝 錐堵 和錐堵心軸的使用 對于空心的軸類零件，在深孔加工后，為了盡可能使各工序的定位基準面統(tǒng)一，一般都采用錐堵（悶頭）或錐堵心軸的頂尖孔作為定位基準。 當錐度較大時，就用帶錐度的拉桿心軸，當主軸錐孔的錐度比較小時，就常用錐堵，本課題 CA6140 主軸的錐孔分別為 1： 20 和莫氏 6號，錐度較小故選用錐堵。如圖 61 所示。 使用錐堵或錐堵心軸時的注意點 : ⑴一般不中途更換錐堵或錐堵心軸，也不要將同一錐堵或錐堵心軸卸下后再重新裝上，因為不管錐堵或錐堵心軸的制造精度怎樣高，其錐面和頂尖也會有程度不等的不同軸度誤差，因此， 必然會引起加工后的主軸外圓表面與錐孔之間的同軸度誤差。如果在中途更換或卸下后再裝上，就會在上述誤差的基礎上又增加了新的同軸度誤差，使加工精度降低，特別在精加工時這種影響就更為明顯。 ⑵用錐堵心軸時，兩個錐堵的錐面要求同軸線，否則擰緊螺母后會使工件變形。錐堵心軸結構比較合理，其特點是右端錐堵與拉桿心軸是一體的，其錐面與頂尖孔的同軸度較好，而左端有個球面墊圈，擰緊螺母時，能 保證左端錐堵與錐孔配合良好，使錐堵的錐面和工件的錐孔以及拉桿心軸上的頂尖孔，三者有較好的同軸度。 ⑶裝配錐堵或錐堵心軸時，不能用力過大， 特別是對壁厚較薄的軸類零件，如果用力過大，會引起軸件變形，使加工后出現(xiàn)圓度誤差等。為防止這種變形，使用塑料或尼龍制的錐堵心軸有良好效果。 頂尖孔的研磨 對于實心軸或錐堵上的頂尖孔，因為要承受工件的重量和切削力的作用，而常會磨損；并且工件在熱處理時，頂尖孔也會隨之變形。因此，在熱處理工序之后和 圖 62 錐堵 圖 61 錐堵 磨削加工之前，對頂尖孔要進行研磨，以消除誤差。研磨頂尖孔的方法，常用的有以下幾種： ⑴用鑄鐵頂尖研磨。 ⑵用油石或橡膠砂輪研磨。研磨時先將圓柱形油石或橡膠砂輪夾在車床的卡盤上，用裝在刀架上的金剛石將油石或橡膠砂輪前端修整成頂 尖形狀（ 60176。圓錐體），接著將工件頂在油石或橡膠砂輪頂尖和車床后頂尖間（圖 62），在加上少量潤滑油（柴油或輕機油），然后開動車床使油石或橡膠砂輪轉動，進行研磨。研磨過程中，用手把持工件并使它連續(xù)而緩慢地轉動。 ⑶用中心孔磨床磨削。中心孔磨床的磨頭結構原理如圖 63 所示。磨頭機構要求砂輪主軸具有三種運動： ①主切削運動； ②行星運動； ③往復運動： 砂輪磨料采用白剛玉或鉻鋼玉；硬 度中軟（ ZR2）；粒度則要依頂尖孔的表面粗糙度和生產(chǎn)率來選擇，中心孔表面粗糙度能達到 ，以這種中心孔定位磨削軸 件外圓，其外圓圓度誤差可以減少到 mm，并且 有較高的生產(chǎn)率，適與批量生產(chǎn)。據(jù)以上各方法分析比較針對本課題 CA6140 車床主軸整體結構及工裝要求中心孔的研磨則采用這種磨削方法。 組合磨削 組合磨削或稱多片砂輪磨削，是利用增大磨削面積以提高磨削效率的一種有效措施。一臺磨床上安裝幾片砂輪（有多達 10 片以上的），可以同時加工零件的幾個表面，在汽車、拖拉機制造業(yè)中用來加工曲軸、凸 輪軸等甚為普遍，機床制造業(yè)亦 圖 62 用油石研磨頂尖孔 圖 63 中心孔磨頭簡圖 常應用。它的優(yōu)點除了提高生產(chǎn)率外，相對地還能減少磨床數(shù)量，減少機床占地面積，節(jié)省勞動力，并能保證工件有較好的同軸度。 本課題 CA6140 主軸的前后軸頸錐面、短錐面和前端的精加工，均采用組合磨削的方法，如圖 64所示。 磨削的方法： ⑴先粗磨前后軸頸錐面，磨完后進行砂輪精細修整； ⑵分兩種工位進行精磨，第 I 工位精磨前后軸頸錐面，完成后，工作臺帶著主軸移到第 II共位，用設計圖紙規(guī)定的角度成型砂輪，先后磨削主軸前端支承面和短錐面。 采用組合磨削時，由于是磨削錐軸頸，并且前后兩錐 軸頸是同時進行的，因此有較大磨削力和軸向推力，所以改裝或設計組合磨床時，要注意增強機床的剛度。此外，砂輪修整質量直接影響主軸表面的加工質量，因此也要很好解決修整砂輪的問題。 深孔加工 一般孔的深度與孔徑之比 L/d＞ 5 就算深孔。各種槍孔 ,炮孔是典型的深孔。CA6140 主軸內(nèi)孔 L/d≈ 18，屬深孔加工。深孔加工要比一般的孔加工困難和復雜些 ,因為孔的深度增大以后 ,刀桿較長 ,刀具鋼度變差 ,容易引起振動和鉆偏孔；其次是刀刃在工件深處進行切削。冷卻液不易注入切削區(qū) ,散熱條件差 ,使刀具很快磨損 。加上圖 64 CA6140 主軸的組合磨削 切削難于排出 ,容 易堵塞而無法連續(xù)