【文章內(nèi)容簡介】 形影響主要表面精度。 主軸上的螺紋均有較高的要求，如安排在淬火前加工，淬火后產(chǎn)生的變形，會影響螺紋和支承軸頸的同軸度。因此，車螺紋宜放在主軸局部淬火之后進行。 主軸錐孔的磨削 主軸錐孔對 主軸支承軸頸的圓跳動和錐孔與錐柄接觸率是機床的主要精度 指標，因此錐孔磨削是主軸加工的關(guān)鍵之一。影響錐孔磨削精度的主要因素是定位基準、定位元件選擇的合理性和帶動工件旋轉(zhuǎn)的平穩(wěn)性。所以，加工 CA6140 主軸的關(guān)鍵是錐孔的加工，亦即加工錐孔是的夾具的設(shè)計。 本章小結(jié) 本章主要介紹了主軸的作用 ,以及它在加工中的工藝分析。 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設(shè)計 7 第 3 章 工藝規(guī)程的設(shè)計 主軸的材料、毛坯與熱處理 主軸的毛坯 主軸屬于外圓直徑相差較大的階梯軸，為了節(jié)省材料和減少加工的勞動 量，毛坯常采用鍛件。在熱鍛過程中金屬纖維按軸向排列，組織細密，具有較高的抗拉、抗彎和抗扭強度。 鍛件在鑄造方法上又分自由鍛和模鍛兩種。自由鍛使用的設(shè)備比較簡單，但毛坯的精度較低、余量大、生產(chǎn)率低，只適用于單件、小批生產(chǎn)。 模鍛一般在模鍛壓力機上進行，設(shè)備比較昂貴，并須專用鍛模，但毛坯精度高、加工余量小、生產(chǎn)率高。目前國內(nèi)精鍛毛坯公差外徑可達 177。，內(nèi)徑達 177。，表面粗糙度 Ra 可達 ～ 。它適于在大批條件下鍛造形狀復(fù)雜、精度要求高的主軸。 主軸的材料和熱處理 根據(jù)主軸的功用， 主軸應(yīng)具有良好的機械強度和剛度；主軸工作表面應(yīng)具有高的耐磨性與加工后尺寸精度的穩(wěn)定性。這些都與主軸的材料與所選用的熱處理方法有關(guān)。 （一）主軸材料 45 鋼是主軸常用的材料，價格較便宜。它經(jīng)過調(diào)質(zhì)（或正火）、局部加熱淬火后回火，表面硬度 HRC45～ 52，一般能滿足普通機床要求。但與 65Mn、 40Cr 等合金鋼比較， 45 鋼淬透性差、淬火后變形大、加工后尺寸穩(wěn)定性差，故高精度主軸常用合金鋼。 40Cr 是含碳量為 %～ %的合金結(jié)構(gòu)鋼，經(jīng)調(diào)質(zhì)淬火后具有較高的綜合機械性能。 38CrMnAlA 是中碳合金氮化 鋼，由于氮化溫度（ 540～ 550℃）比淬火溫度低，變形小。此材料硬度高（中心硬度大于 HRC28），并具有優(yōu)良的耐疲勞性能、尺寸穩(wěn)定性好，是制造高精度主軸的理想材料。 （二）主軸熱處理 1. 改善切削加工性能、消除鍛造殘余應(yīng)力的熱處理 主軸毛坯在鍛造過程中，若溫度過高，則將使金屬組織的晶粒粗大；若鍛造溫度過低，則造成組織不均勻和過大的殘余應(yīng)力，甚至出現(xiàn)裂紋。這兩種情況在主軸鍛造過程中往往同時存在，致使主軸強度降低，并由于表面泠硬而不易切削。因此在粗黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設(shè)計 8 加工前需進行熱處理，以改善切削性能，消除鍛造殘余應(yīng)力，細化 晶粒，并使金屬組織均勻。通常采用退火或正火處理。 2. 預(yù)備熱處理 主軸在粗加工后，最終熱處理以前常進行預(yù)備熱處理，通常為調(diào)質(zhì)或正火。調(diào)質(zhì)處理是淬火后高溫回火（回火溫度為 500～ 650℃），調(diào)質(zhì)后可得到均勻細密的回火索氏體組織，使主軸獲得較高的強度和韌性等綜合機械性能。調(diào)質(zhì)時由于回火溫度高，故主軸容易變形并產(chǎn)生較多的氧化皮。 3. 最終熱處理 主軸最終熱處理包括局部加熱淬火后回火（鉛浴爐加熱淬火、火焰加熱淬火、電感應(yīng)加熱淬火等）、滲碳淬火、淡化等。其目的是在保持心部韌性的同時提高表面硬度，使主軸各工作表 面獲得較高的耐磨性和抗疲勞強度，以保持主軸的工作精度和提高使用壽命。最終熱處理一般放在半精加工之后，因局部淬火后總會有些變形，故需在淬火后安排磨削加工工序以消除淬火變形。 主軸加工工藝過程 主軸加工的主要問題和工藝過程設(shè)計所應(yīng)采取的相應(yīng)措施 主軸加工的主要問題是如何保持主軸支承軸頸的尺寸、形狀、位置精度和表面粗糙度，主軸前端內(nèi)、外錐面的形狀精度、表面粗糙度以及它們對支承軸頸的位置精度。 主軸支承軸頸的尺寸精度、形狀精度以及表面粗糙度要求，可以采用精密磨削方法保證，磨前應(yīng)提高精基準的精度。 保 證主軸前端內(nèi)、外錐面的形狀精度、表面粗糙度同樣應(yīng)采用精密磨削的方法。為了保證外錐面相對支承軸頸的位置精度，以及支承軸頸之間的位置精度，通常采用組合磨削法，在一次裝夾中加工這些表面。 主軸錐孔相對于支承軸頸的位置精度是靠采用支承軸頸 A、 B 作為定位基準，而讓被加工主軸裝夾在磨床工作臺上（不是裝夾在磨床頭架主軸上）加工保證的。以支承軸頸作為定位基準加工內(nèi)錐面，符合“基準重合”原則。讓被加工主軸裝夾在磨床工作臺上而不裝夾在磨床頭架主軸上，可以避免磨床主軸回轉(zhuǎn)誤差對錐孔形狀精度的影響；因為磨床頭架主軸與被加工主軸零件 只是柔性連接，磨床頭架主軸只起帶動工件回轉(zhuǎn)的作用，而工件的回轉(zhuǎn)軸心，則取決于定位基準面 A、 B 與定位元件的精度。在精磨前端錐孔之前，應(yīng)使作為定位基準的支承軸頸 A、 B 達到一定精度。 主軸外圓表面的加工，應(yīng)該以頂尖孔作為統(tǒng)一的定位基準。如果主軸上有通孔，一旦通孔加工完畢，就要用帶頂尖孔的工藝錐堵塞到主軸兩端孔中，讓錐堵的頂尖孔起附加定位基準的作用。既然工藝錐堵要起定位作用，所以工藝錐堵與主軸錐孔的配黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設(shè)計 9 合質(zhì)量就十分重要了。隨著被加工主軸加工精度的逐步提高，也要相應(yīng)提高工藝錐堵的精度。 主軸上的通孔，雖然加工精度要求不 高，但深孔的加工比較困難，排屑方式都是不可忽視的問題。主軸深孔的加工屬于粗加工，應(yīng)安排在工藝過程的前部。 主軸加工定位基準的選擇 主軸加工中，為了保證各主要表面的相互位置精度，選擇定位基準時，應(yīng)遵循“基準重合”與“互為基準”的原則，并能在一次裝夾中盡可能加工出較多的表面。 由于主軸外圓表面的設(shè)計基準主軸軸心線，根據(jù)基準重合的原則考慮選擇主軸兩端的頂尖孔作為精基準面。用頂尖孔定位，還能在一次裝夾中把許多外圓表面及其端面加工出來，有利于保證加工面間的位置精度。所以實心軸在粗加工之前先打頂尖孔。對于空心 軸則以外圓定位，加工通孔，并在兩端孔口加工出 60 度倒角或內(nèi)錐孔（工藝錐面），用兩個帶頂尖孔的錐堵或帶錐堵的心軸裝夾工件。 為了保證支承軸頸與主軸內(nèi)錐面的同軸度要求，宜按“互為基準”的原則選擇基準面。例如車小端 1： 20 錐孔和大端莫氏 6 號內(nèi)錐孔時，以與前支承軸頸相鄰而它們又是用同一基準加工出來的外圓柱面為定位基準面（因支承軸頸系外錐面不便裝夾）；在精車各外圓（包括兩個支承軸頸）時，以前、后錐孔內(nèi)所配錐堵的頂尖孔為定位基面；在粗磨莫氏 6 號內(nèi)錐孔時，又以兩圓柱面為定位基準面；粗、精磨兩個支承軸頸的 1： 12 錐面時，再 次用錐堵頂尖孔定位；最后精磨莫氏 6 號內(nèi)錐孔時，直接以精莫后的前支承軸頸和另一圓柱面定位。定位基準每轉(zhuǎn)換一次，都使主軸的加工精度提高一步。 主軸主要加工表面加工工序的安排 要達到高精度要求 ,在機械加工工序中間尚需插入必要的熱處理工序，這就決定了主軸加工各主要表面總是循著以下順序進行的，即粗車 ? 調(diào)質(zhì)（預(yù)備熱處理） ? 半精車 ?精車 ?淬火（最終熱處理） ? 粗磨 ? 精磨。 主軸加工工藝過程可劃分為三個加工階段，即粗加工階段（包括銑端面打頂尖孔、粗車外圓等）；半精加工階段（半精車外圓，鉆通孔，車錐面、錐孔，鉆大頭端面各孔，精車外圓等）；精加工階段（包括精銑鍵槽，粗、精磨外圓、錐面、錐孔等）。 車床主軸主軸表面的加工順序有如下幾種方案： （一） 通孔 （以毛坯外圓定位，加工后配錐堵） ? 外圓表面粗加工（以錐堵頂尖孔定位） ?錐孔粗加工（以半精加工后外圓定位，加工后配錐堵） ? 外圓精加工（以錐堵頂尖孔定位） ?錐孔粗加工以精加工后的外圓定位）。 （二）圓表面粗加工（以頂尖孔定位） ? 外圓表面半精加工（ 以頂尖孔定位） ?黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設(shè)計 10 鉆通 孔（以半精加工后外圓定位，加工后配錐堵） ? 外圓表面精加（以錐堵 頂尖孔定位） ?錐孔粗加工（以精加工后外圓表面定位） ? 錐孔精加工（以精加工后外圓表面定位）。 （三）外圓表面粗加工（以頂尖孔定位） ? 外圓表面半精加工（ 以頂尖孔定 位）?鉆通孔（以半精加工后外圓 表面定位） ? 錐孔粗加工（以精加工后外圓表面定位）?錐孔精加工（以精加工后外圓表面定位，加工后配錐堵） ? 外圓表面精加（以錐堵頂尖孔定位） （四）外圓表面粗加工（以頂尖孔定位） ? 外圓表面半精加工（ 以頂尖孔定位）?鉆通孔（以半精加工后外圓表面定位） ? 錐孔粗加工（以精加工后外圓表面定位，加工后配錐堵） ?外圓表面精加（以錐堵 頂尖孔定位） ? 錐孔精加工（以精加工外圓表面定位）。 上述四種加工方案各有優(yōu)缺點，現(xiàn)簡要分析如下： 方案 1：鉆通孔放在外圓表面粗加工之前，則需在鉆通孔后增加配錐堵的工作；另外，粗加工外圓表面時，加工余量大，切削力、夾緊力也相應(yīng)較大，所以用錐堵頂尖孔定位不如用實心軸頂尖孔定位穩(wěn)定可靠。故 此方案對毛坯是實心軸的情況則不適宜，對于實心軸在成批生產(chǎn)情況下是可行的。 方案 2：錐孔粗加工在外圓表面精加工之后，錐孔粗加工時以精加工外 圓表面定位，會破壞外圓表面的精度，故此方案不可行。 方案 3：錐孔精加工放在外圓精加工前，錐孔精加工時以半精加工 外圓表面定位，這會影響錐孔加工精度（內(nèi)孔磨削條件比外圓磨削條件差）；另外精加工外圓時以錐堵頂尖孔定位，有可能破壞錐孔精度，同時錐堵的加工誤差還會使外圓表面和內(nèi)錐表面產(chǎn)生較大的同軸誤差，故此方案也不行。 方案 4：錐孔精加工方在外圓精加工之后，錐孔精加工時以精加工過的 外圓定位，錐孔精加工工序的加工余量小，磨削力不大，故不會破壞外圓表面的精度。此外，以外圓表面定位，定位穩(wěn)定可靠，相比之下此方案最佳。 當主要表面加工順序確定后，就要合理地插入非主要表面加工工序。對主軸來說非主要表面指的是螺孔、鍵槽、螺紋等。這些表面的加工一般不易出現(xiàn)廢品，所以盡量安排在后邊進行，主要表面加工一旦出了廢品，非主要表面就不需要加工了，這樣可以避免工時的浪費。 但是也不能放在最后，以防在加工非主要表面過程中損害已精加工過程的主要表面。 對凡是需要在淬硬表面上加工的螺孔、鍵槽等，都應(yīng)安排在淬火前加工 完畢，否黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設(shè)計 11 則表面淬硬后就不易加工。在非淬硬表面上的螺孔、鍵槽等一般在外圓精車之后精磨之前進行。如果在精車之前就加工出這些表面，精車就將在斷續(xù)表面上進行，容易產(chǎn)生震動，影響表面質(zhì)量，還容易損壞車刀，加工精度也難以保證。至于主軸螺紋，因它與主軸支承軸頸之間有一定的同軸度要求，所以螺紋應(yīng)安排在最終熱處理之后的精加工階段進行，這樣半精加工后殘余應(yīng)力重新分布所引起變形和熱處理后的變形，就不會影響螺紋的加工精度了。 檢驗工序的合理安排是保證產(chǎn)品質(zhì)量的重要措施。每道工序除操作者自檢外，還必須安排單獨的檢驗工序。一般在粗加工 結(jié)束后安排檢驗工序以檢查主軸是否出現(xiàn)氣孔、裂紋等毛坯缺陷。對重要工序前后安排檢驗工序，以便及時發(fā)現(xiàn)廢品。在主軸從一個車間到另 一個車間時要安排檢驗工序，使后續(xù)車間內(nèi)產(chǎn)生的廢品不致誤認為是前車間產(chǎn)生的。在主軸全部加工結(jié)束之后要經(jīng)全面檢驗方可入庫。 各工序工步的排序 工序 1 銑端面打中心孔 安裝 1：工步 1 粗銑右端面，保證尺寸 48601? mm； 工步 2 打中心孔。 安裝 2：工步 1 粗銑左端面，保證總尺寸 87401? mm； 工步 2 打中心孔。 工序 2 粗車外圓 本章小結(jié) 本章主要介紹主軸材料的前期處理以及在加工過程中采取的措施和相應(yīng)的加工工序。 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設(shè)計 12 第 4 章 機械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定 各工序工步的加工余量的計算 CA6140 主軸零件材料為 45 鋼 HBS207～ 241，生產(chǎn)類型為小批生產(chǎn)，采用摸鍛毛坯。 根據(jù)上述原始資料及加工工藝，分別確定各加工表面的機械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸如下： 6 號錐孔 精磨： 大端為 的錐孔查參考文獻 [1]表 確定余量為 ～。則， =； =。即 粗車后的直徑為 ～ ，取 粗磨： 查表 確定余量為 ～ 則 =；=。即 精車后的直徑為 ～ ，根據(jù)表 取 按照精度等級 H12 其公差為 01? mm 216。 ? mm 精車： 216。 ? mm 查表 精車后的直徑為 ～ 按照 H11 公差等級其公差為 ? 。 1： 12 外錐 精磨： 大端 ，小端 5mm。表 ，零件基本尺寸 50～ 80mm，直徑余量 2Z=～ 。則， +=； +=。取。 +=； += mm 。取 。即 粗磨后的直徑為大端 ，小端 。 粗磨 1： 20 外圓： 大端 ，小端 。查 [1]表 零件基本尺寸50 ～ 80mm 折算長度 ? 200mm。磨削余量 則， +=；+= 精車后的直徑尺寸為大端 ，小端 。 精車： 根據(jù)表 ，直徑 ? 100mm，加工余量為 。則， =；=。即粗車后的直徑大端為 ，小端 半精車： 查 表 半精車余量為 。則，大端 +=的最小直徑為 粗車： 查表 ，加工余量 2Z=。則 += 即粗車前毛坯的最小直徑為 。 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設(shè)計 13 1： 12 外錐，小端 ，大端 精磨： 查表 知，直徑在 80～ 120mm，直徑余量為 ～ 則+= ， += ， += ，