【文章內(nèi)容簡(jiǎn)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(huì)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(jìn)行。 主軸錐孔的磨削 主軸錐孔對(duì) 主軸支承軸頸的圓跳動(dòng)和錐孔與錐柄接觸率是機(jī)床的主要精度 指標(biāo)，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(zhǔn)、定位元件選擇的合理性和帶動(dòng)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(jì)。 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(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 第 3 章 工藝規(guī)程的設(shè)計(jì) 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(dòng) 量，毛坯常采用鍛件。在熱鍛過(guò)程中金屬纖維按軸向排列，組織細(xì)密，具有較高的抗拉、抗彎和抗扭強(qiáng)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(jiǎn)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(jī)上進(jìn)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(guó)內(nèi)精鍛毛坯公差外徑可達(dá) 177。，內(nèi)徑達(dá) 177。，表面粗糙度 Ra 可達(dá) ～ 。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(jī)械強(qiáng)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(jià)格較便宜。它經(jīng)過(guò)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(jī)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(jī)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(guò)程中，若溫度過(guò)高，則將使金屬組織的晶粒粗大；若鍛造溫度過(guò)低，則造成組織不均勻和過(guò)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(guò)程中往往同時(shí)存在，致使主軸強(qiáng)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(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 加工前需進(jìn)行熱處理，以改善切削性能，消除鍛造殘余應(yīng)力，細(xì)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(jìn)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(xì)密的回火索氏體組織，使主軸獲得較高的強(qiáng)度和韌性等綜合機(jī)械性能。調(diào)質(zhì)時(shí)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(shí)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(qiáng)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(huì)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(guò)程 主軸加工的主要問(wèn)題和工藝過(guò)程設(shè)計(jì)所應(yīng)采取的相應(yīng)措施 主軸加工的主要問(wèn)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(duì)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(zhǔn)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(duì)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(duì)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(zhǔn)，而讓被加工主軸裝夾在磨床工作臺(tái)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(zhǔn)加工內(nèi)錐面，符合“基準(zhǔn)重合”原則。讓被加工主軸裝夾在磨床工作臺(tái)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(duì)錐孔形狀精度的影響；因?yàn)槟ゴ差^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(dòng)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(zhǔn)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(zhǔn)的支承軸頸 A、 B 達(dá)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(zhǔn)。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(zhǔn)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(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 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(wèn)題。主軸深孔的加工屬于粗加工，應(yīng)安排在工藝過(guò)程的前部。 主軸加工定位基準(zhǔn)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(zhǔn)時(shí)，應(yīng)遵循“基準(zhǔn)重合”與“互為基準(zhǔn)”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(jì)基準(zhǔn)主軸軸心線，根據(jù)基準(zhǔn)重合的原則考慮選擇主軸兩端的頂尖孔作為精基準(zhǔn)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(lái)，有利于保證加工面間的位置精度。所以實(shí)心軸在粗加工之前先打頂尖孔。對(duì)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(gè)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(zhǔn)”的原則選擇基準(zhǔn)面。例如車小端 1： 20 錐孔和大端莫氏 6 號(hào)內(nèi)錐孔時(shí)，以與前支承軸頸相鄰而它們又是用同一基準(zhǔn)加工出來(lái)的外圓柱面為定位基準(zhǔn)面（因支承軸頸系外錐面不便裝夾）；在精車各外圓（包括兩個(gè)支承軸頸）時(shí)，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(hào)內(nèi)錐孔時(shí)，又以兩圓柱面為定位基準(zhǔn)面；粗、精磨兩個(gè)支承軸頸的 1： 12 錐面時(shí)，再 次用錐堵頂尖孔定位；最后精磨莫氏 6 號(hào)內(nèi)錐孔時(shí)，直接以精莫后的前支承軸頸和另一圓柱面定位。定位基準(zhǔn)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(dá)到高精度要求 ,在機(jī)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(jìn)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(guò)程可劃分為三個(gè)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(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 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(diǎn)，現(xiàn)簡(jiǎn)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(shí)，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(shí)心軸頂尖孔定位穩(wěn)定可靠。故 此方案對(duì)毛坯是實(shí)心軸的情況則不適宜，對(duì)于實(shí)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(shí)以精加工外 圓表面定位，會(huì)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(shí)以半精加工 外圓表面定位，這會(huì)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(shí)以錐堵頂尖孔定位，有可能破壞錐孔精度，同時(shí)錐堵的加工誤差還會(huì)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(shí)以精加工過(guò)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(huì)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(dāng)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(duì)主軸來(lái)說(shuō)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(jìn)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(shí)的浪費(fèi)。 但是也不能放在最后，以防在加工非主要表面過(guò)程中損害已精加工過(guò)程的主要表面。 對(duì)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(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 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(jìn)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(jìn)行，容易產(chǎn)生震動(dòng)，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(jìn)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(huì)影響螺紋的加工精度了。 檢驗(yàn)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(dú)的檢驗(yàn)工序。一般在粗加工 結(jié)束后安排檢驗(yàn)工序以檢查主軸是否出現(xiàn)氣孔、裂紋等毛坯缺陷。對(duì)重要工序前后安排檢驗(yàn)工序，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)廢品。在主軸從一個(gè)車間到另 一個(gè)車間時(shí)要安排檢驗(yàn)工序，使后續(xù)車間內(nèi)產(chǎn)生的廢品不致誤認(rèn)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(yàn)方可入庫(kù)。 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(guò)程中采取的措施和相應(yīng)的加工工序。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 12 第 4 章 機(jī)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(jì)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(jī)械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸如下： 6 號(hào)錐孔 精磨： 大端為 的錐孔查參考文獻(xiàn) [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(jí) 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(jí)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(zhǎng)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(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 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+= ， += ， += ，