c616车床主轴加工工艺设计

本科毕业论文（设计）题 目 c616车床主轴加工工艺设计 学 院 机电工程学院 专 业 机械设计制造及其自动化 班 级 10机制本03班 学 号 101101010334 学生姓名 指导教师 完成日期 西安思源学院教务处制二一 年 月5摘要 在机械加工领域中，车床是应用最为广泛，也是最普遍的一种机床。它在机械加工中应用也非常的频繁。因此它的加工精度也就尤其的重要，工件能否达到加工精度就取决与机床本身的精度，而机床的加工精度是由它主轴的决定的。机床主轴把它的旋转扭力及扭力通过主轴前端的夹具传递给工件或者刀具，主要用来支撑传动零件如纯，带轮，传递运动及扭矩等。要求有很高的强度和回转精度，其结构为空心阶梯轴，外圆表面有花键，电建等功能槽及螺纹。随着社会的发展人们对机械加工的精度的要求也越来越高。故，机床主轴的加工工艺及方法，对整个机械加工来说都有着非常重要的作用，本文主要阐述了C616车床主轴的工艺过程，加工余量及其切削用量的计算。AbstractIn the field of processing machinery, lathe is the most widely used, a machine tool is the most common. It is used in machining is also very frequent. Therefore, its processing precision is particularly important, the workpiece can achieve the machining accuracy depends on the accuracy of machine tools, and the machining accuracy of machine tool spindle is determined by its. Machine tool spindle rotation torque and torque it transferred to the workpiece or tool through the fixture spindle nose, mainly used to support the transmission parts such as pure, belt wheel, transmission of motion and torque. Requires high strength and precision, the structure is a hollow shaft, the outer circle surface spline, electric power construction, function and thread groove. Therefore, the processing technology and method of machine tool spindle, the whole mechanical processing has a very important role, this article mainly explains the process of C616 lathe spindle machining allowance, cutting the amount of calculation and.目录摘要11绪论41.1轴类零件的简单介绍61.2主轴样图72.1零件图的图样分析82.毛坯的选择92.2.毛坯材料的选择92.3毛坯尺寸的确定102.4热处理工艺的制定和安排113.定位基准的确定123.1粗基准的选择123.2精基准的选择123.3基准的转换134.划分加工阶段144.1划分加工阶段的理由144.2划分加工工序的原则144.2.1工序集中原则154.2.2工序分散原则154.2.3轴类零件加工工序执行原则154.3 ca616车床主要加工面加工工序安排164.4 ca616车床主轴加工工艺卡片1814 1绪论 机床（英文名称：machine tool）是指制造机器的机器，亦称工作母机或工具机，习惯上简称机床。一般分为金属切削机床、锻压机床和木工机床等。现代机械制造中加工机械零件的方法很多：除切削加工外，还有铸造、锻造、焊接、冲压、挤压等，但凡属精度要求较高和表面粗糙度要求较细的零件，一般都需在机床上用切削的方法进行最终加工。机床在国民经济现代化的建设中起着重大作用。 第一次世界大战后，由于军火、汽车和其他机械工业的需要，各种高效自动车床和专门化车床迅速发展。为了提高小批量工件的生产率，40年代末，带液压仿形装置的车床得到推广，与此同时，多刀车床也得到发展。50年代中，发展了带穿孔卡、插销板和拨码盘等的程序控制车床。数控技术于60年代开始用于车床，70年代后得到迅速发展。 二十世纪初，为了加工精度更高的工件、夹具和螺纹加工工具，相继创制出坐标镗床和螺纹磨床。同时为了适应汽车和轴承等工业大量生产的需要，又研制出各种自动机床、仿形机床、组合机床和自动生产线。 车床是主要用车刀对旋转的工件进行车削加工的机床。在车床上还可用钻头、扩孔钻、铰刀、丝锥、板牙和滚花工具等进行相应的加工。车床主要用于加工轴、盘、套和其他具有回转表面的工件，是机械制造和修配工厂中使用最广的一类机床。 车床主轴指的是机床上带动工件或刀具旋转的轴。通常由主轴、轴承和传动件（齿轮或带轮）等组成主轴部件。在机器中主要用来支撑传动零件如齿轮、带轮，传递运动及扭矩，如机床主轴；有的用来装夹工件，如心轴。除了刨床、拉床等主运动为直线运动的机床外，大多数机床都有主轴部件。主轴部件的运动精度和结构刚度是决定加工质量和切削效率的重要因素。衡量主轴部件性能的指标主要是旋转精度、刚度和速度适应性。旋转精度：主轴旋转时在影响加工精度的方向上出现的径向和轴向跳动（见形位公差），主要决定于主轴和轴承的制造和装配质量。动、静刚度：主要决定于主轴的弯曲刚度、轴承的刚度和阻尼。速度适应性：允许的最高转速和转速范围，主要决定于轴承的结构和润滑，以及散热条件.第 14 页1.1轴类零件的简单介绍实际中，零件的结构千差万别，但其基本几何构成不外是外圆、内孔、平面、螺纹、齿面、曲面等。很少有零件是由单一典型表面所构成，往往是由一些典型表面复合而成，其加工方法较单一典型表面加工复杂，是典型表面加工方法的综合应用。轴是机械加工中常见的典型零件之一。它在机械中主要用于支承齿轮、带轮、凸轮以及连杆等传动件，以传递扭矩。按结构形式不同，轴可以分为阶梯轴、锥度心轴、光轴、空心轴、曲轴、凸轮轴、偏心轴、各种丝杠等其中阶梯传动轴应用较广，其加工工艺能较全面地反映轴类零件的加工规律和共性。在机械设备中，轴类零件主要支撑传动零件（如齿轮，带轮）和传递转矩，它是各种机械设备中重要的受力零件。本课题是围绕常见的CA616主轴，来简述轴类零件的加工工艺以及加工方法。1.2主轴样图 ca616车床主轴样图 1-12.1零件图的图样分析 零件图分析是制定数控车削工艺的首要任务。主要进行尺寸标注方法分析、轮廓几何要素分析以及精度和技术要求分析。此外还应分析零件结构和加工要求的合理性，选择工艺基准。 由零件简图可知，该主轴呈阶梯状，其上有安装支承轴承、传动件的圆柱、圆锥面，安装滑动齿轮的花键，安装卡盘及顶尖的内外圆锥面，联接紧固螺母的螺旋面，通过棒料的深孔等。下面分别介绍主轴各主要部分的作用及技术要求： 、 支承轴颈 主轴二个支承轴颈A、B圆度公差为0.005mm，径向跳动公差为0.005mm；而支承轴颈112锥面的接触率70%；表面粗糙度Ra为0.4mm；支承轴颈尺寸精度为IT5。因为主轴支承轴颈是用来安装支承轴承，是主轴部件的装配基准面，所以它的制造精度直接影响到主轴部件的回转精度。 、 端部锥孔 主轴端部内锥孔（莫氏5号）对支承轴颈A、B的跳动在轴端面处公差为0.005mm，离轴端面300mm处公差为0.01 mm；锥面接触率70%；表面粗糙度Ra为0.4mm；硬度要求4550HRC。该锥孔是用来安装顶尖或工具锥柄的，其轴心线必须与两个支承轴颈的轴心线严格同轴，否则会使工件（或工具）产生同轴度误差。 、 端部短锥和端面 头部短锥C和端面D对主轴二个支承轴颈A、B的径向圆跳动公差为0.008mm；表面粗糙度Ra为0.8mm。它是安装卡盘的定位面。为保证卡盘的定心精度，该圆锥面必须与支承轴颈同轴，而端面必须与主轴的回转中心垂直。 、空套齿轮轴颈 空套齿轮轴颈对支承轴颈A、B的径向圆跳动公差为0.015 mm。由于该轴颈是与齿轮孔相配合的表面，对支承轴颈应有一定的同轴度要求，否则引起主轴传动啮合不良，当主轴转速很高时，还会影响齿轮传动平稳性并产生噪声。 、螺纹 主轴上螺旋面的误差是造成压紧螺母端面跳动的原因之一，所以应控制螺纹的加工精度。当主轴上压紧螺母的端面跳动过大时，会使被压紧的滚动轴承内环的轴心线产生倾斜，从而引起主轴的径向圆跳动。从上述分析可以看出，主轴的主要加工表面是两个支承轴颈、锥孔、前端短锥面及其端面、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、几何形状精度、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和表面粗糙度，则是主轴加工的关键。2.毛坯的选择2.2.毛坯材料的选择 轴类零件材料的选取，主要根据轴的强度、刚度、耐磨性以及制造工艺性而决定，力求经济合理。 常用的轴类零件材料有 35、45、50优质碳素钢，以45钢应用最为广泛。对于受载荷较小或不太重要的轴也可用Q235、Q255等普通碳素钢。对于受力较大，轴向尺寸、重量受限制或者某些有特殊要求的可采用合金钢。如40Cr合金钢可用于中等精度，转速较高的工作场合，该材料经调质处理后具有较好的综合力学性能；选用Cr15、65Mn等合金钢可用于精度较高，工作条件较差的情况，这些材料经调质和表面淬火后其耐磨性、耐疲劳强度性能都较好；若是在高速、重载条件下工作的轴类零件，选用20Cr、20CrMnTi、20Mn2B等低碳钢或38CrMoA1A渗碳钢，这些港经渗碳淬火或渗氮处理后，不仅有很高的表面硬度，而且其心部强度也大大提高，因此具有良好的耐磨性、抗冲击韧性和耐疲劳强度的性能。 根据该主轴应具有良好的综合力学性能跟较高的硬度和耐磨性的工作要求和性能要求，因选用45钢作为主轴材料。2.3毛坯尺寸的确定由图可知，该轴为阶梯轴，最大直径（100mm)与最小直径（43mm）相差较大，选圆钢毛坯不经济，故应选锻造毛坯为宜，在单件小批生产时，可采用自由锻生产毛坯；在成批大量生产时，应采用模锻生产毛坯。经计算毛坯重量约为30KG。由机械加工工艺手册表2.3-22得：直径为80:100的余量及偏差为11直径为101:125的余量及偏差为11直径为101:125的余量及偏差为13对主轴的零件进行分析：2.4热处理工艺的制定和安排选择合适的材料并在整个加工过程中安排足够和合理的热处理工序，对于保证主轴的力学性能、精度要求和改善其切削加工性能非常重要。车床主轴的热处理主要包括：1）毛坯热处理车床主轴的毛坯热处理一般采用正火，其目的是消除锻造应力，细化晶粒，并使金属组织均匀，以利于切削加工。2）预备热处理在粗加工之后半精加工之前，安排调质处理，目的是获得均匀细密的回火索氏体组织，提高其综合力学性能，同时，细密的索氏体金相组织有利于零件精加工后获得光洁的表面。3）最终热处理主轴的某些重要表面（如80轴颈、锥孔及外锥等）需经高频淬火。最终热处理一般安排在半精加工之后，精加工之前，局部淬火产生的变形在最终精加工时得以纠正。3.定位基准的确定3.1粗基准的选择 为取得两中心孔作为精加工的定位基准，所以机械加工的第一道工序是铣两端面中心孔。为此可选择前、后支撑轴颈（或其近处的外圆表面）作为粗基准。这样，当反过来再用中心孔定位，加工支撑轴颈时，可以获得均匀的加工余量，有利于保证这两个高精度轴颈的加工精度。3.2精基准的选择 为了避免基准重合误差，考虑工艺基准与设计基准和各工序基准的统一，以及尽可能在一次装夹中加工较多的工作表面，所以在主轴精加工的全部工序中（二端锥孔面本身加工时除外）均采用二中心孔位定位基准。主轴中心通孔钻出以后，远中心孔消失，需要采用锥堵，借以重新建立定位精度（二端中心孔）。中心孔在使用过程中的磨损会影响定位精度，故必须经常注意保护并及时保修。特别是在关键的精加工工序之前，为了保证和提高定位精度，均需要重新修整中心孔。使用锥堵时应注意：当锥堵装入中心孔以后，在使用过程中，不能随意拆卸和更换，都会引起基准的位置变动，从而造成误差。3.3基准的转换由于主轴的主要轴颈和大端锥孔的位置精度要求很高，所以在加工过程中药采用互换基准的原则，在基准相互转换的过程中，精度逐步得到提高。 1）、以轴颈位粗基准加工中心孔； 2）、以中心孔为基准，粗车支承轴颈等外圆各部； 3）、以支承轴颈为基准，加工大端锥孔； 4）、以中心孔（锥堵）为基准，加工支承轴颈等外圆各部； 5）、以支撑轴颈位基准，粗磨大端锥孔； 6）、以中心孔为（重配锥堵）为基准，加工支承轴颈等外圆各部； 7）、以打断支撑轴颈和60h6外圆表面为基准，粗磨打断锥孔。主轴外圆表面的加工，应该以顶尖孔作为统一的定位基准。但在主轴的加工过程中，岁着通孔的加工，作为定位基面的中心孔消失，工艺上常采用带有中心孔的锥堵到主轴的两端孔中，如下图所示，让锥堵的顶尖其附加定位基准的作用。 4.划分加工阶段4.1划分加工阶段的理由 加工阶段划分的原因：1有利于保证零件的加工质量 加工过程分阶段进行的优点在于，粗加工后零件的变形和加工误差可以通过后续的半精加工和精加工消除和修复，因而有利于保证零件最终的加工质量。2有利于合理使用设备 划分加工阶段后，就可以充分发挥机床的优势 3便于及时发现毛坯的缺陷 先安排零件的粗加工，可及时发现零件毛料的各种缺陷，采取补救措施，同时可以及时报废无法挽救的毛料避免浪费时间。4便于热处理工序的安排 对于有高强度和硬度要求的零件，必须在加工工序之间插入必要的热处理工序5有利于保护加工表面 精加工、光整加工安排在最后，可避免精加工和光整加工后的表面由于零件周转过程中可能出现的碰、划伤现象。4.2划分加工工序的原则 工序的划分可以采用两种不同原则，即工序集中原则和工序分散原则。4.2.1工序集中原则 工序集中原则是指每道工序包括尽可能多的加工内容，从而使工序的总数减少。采用工序集中原则的优点是有利于采用高效的专用设备和数控机床，提高生产效率；减少工序数目，缩短工序路线，简化生产计划和生产组织工作；减少机床数量、操作工人数和占地面积；减少工件装夹次数，不仅保证了各加工表面间的相互位置精度，而且减少了夹具数量和装夹工件的辅助时间。但专用设备和工艺装备投资大、调整维修比较麻烦、生产准备周期较长，不利于转产。4.2.2工序分散原则 加工工序分散就是将工件的加工分散在较多的工序内进行，每道工序的加工内容很少。采用T序分散原则的优点是：加工设备和工艺装备结构简单，调整和维修方便，操作简单，转产容易有利于选择合理的切削用量，减少机动时间。但工艺路线较长所需设备及工人人数多，占地面积大。4.2.3轴类零件加工工序执行原则1、基面先行原则用作精基准的表而，应优先加工。因为定位基准的表而越精确，装夹误差就越小，所以任何零件的加工过程，总是首先对定位基准面进行粗加工和半精加工，必要时，还要进行精加工。例如，轴类零件总是先加工中心孔，再以中心孔为精基准加工外圆表而和端面。箱体类零件总是先加工定位用的平面及两个定位孔，再以平面和定位孔为精基准加工孔系和其他平面。2、先粗后精原则各个表面的加工顺序按照粗加工半精加工精加工光整加工的顺序依次进行，这样才能逐步提高加工表面的精度和减小表面粗糙度。3、先主后次原则零件上的工作面及装配面精度要求较高，属于主要表面，应先加工。自由表面、键槽、紧固用的螺孔和光孔等表面，精度要求较低，属于次要表面，可穿插进行，一般安排在主要表面达到一定精度后、最终精加工之前加工。4、先面后孔原则对于箱体类、支架类、机体类的零件，一般先加工平而，后加工孔。这样安排加工工序，一方面是用加工过的平面定位稳定可靠；另一方面是在加工过的平面上加工孔比较容易，并能提高孔的加工精度。特别是钻孔，孔的轴线不易偏斜。4.3 ca616车床主要加工面加工工序安排CA616车床主轴主要加工表面是60h5、70h5、75g5、80h5轴颈，两支承轴颈及大头锥孔。它们加工的尺寸精度在IT5IT6之间，表面粗糙度Ra为0.40.8mm。 主轴加工工艺过程可划分为三个加工阶段，即粗加工阶段（包括铣端面、加工顶尖孔、粗车外圆等）；半精加工阶段（半精车外圆，钻通孔，车锥面、锥孔，钻大头端面各孔，精车外圆等）；精加工阶段（包括精铣键槽，粗、精磨外圆、锥面、锥孔等）。 在机械加工工序中间尚需插入必要的热处理工序，这就决定了主轴加工各主要表面总是循着以下顺序的进行，即粗车调质（预备热处理）半精车精车淬火-回火（最终热处理）粗磨精磨。 综上所述，主轴主要表面的加工顺序安排如下： 外圆表面粗加工（以顶尖孔定位）外圆表面半精加工（以顶尖孔定位）钻通孔（以半精加工过的外圆表面定位）锥孔粗加工（以半精加工过的外圆表面定位，加工后配锥堵）外圆表面精加工（以锥堵顶尖孔定位）锥孔精加工（以精加工外圆面定位）。 当主要表面加工顺序确定后，就要合理地插入非主要表面加工工序。对主轴来说非主要表面指的是螺孔、键槽、螺纹等。这些表面加工一般不易出现废品，所以尽量安排在后面工序进行，主要表面加工一旦出了废品，非主要表面就不需加工了，这样可以避免浪费工时。但这些表面也不能放在主要表面精加工后，以防在加工非主要表面过程中损伤已精加工过的主要表面。对凡是需要在淬硬表面上加工的螺孔、键槽等，都应安排在淬火前加工。非淬硬表面上螺孔、键槽等一般在外圆精车之后，精磨之前进行加工。主轴螺纹，因它与主轴支承轴颈之间有一定的同轴度要求，所以螺纹安排在以非淬火-回火为最终热处理工序之后的精加工阶段进行，这样半精加工后残余应力所引起的变形和热处理后的变形，就不会影响螺纹的加工精度。4.4 ca616车床主轴加工工艺卡片序号工序名称工序内容定位基准设备1备料2锻造模锻立式精锻机3热处理正火4锯头5铣端面钻中心孔毛坯外圆中心孔机床6粗车外圆顶尖孔多刀半自动车床7热处理调质8车大端各部车大端外圆、短锥、端面及台阶顶尖孔卧式车床9车小端各部仿形车小端各部外圆顶尖孔仿形车床10钻深孔钻30mm通孔两端支承轴颈深孔钻床11车小端锥孔车小端锥孔（配120锥堵，涂色法检查接触率50%）两端支承轴颈卧式车床12车大端锥孔车大端锥孔（配莫氏5号锥堵，涂色法检查接触率30%）、外短锥及端面两端支承轴颈卧式车床13钻孔钻大头端面各孔大端内锥孔摇臂钻床14热处理局部高频淬火（70、短锥及莫氏5号锥孔）高频淬火设备15精车外圆精车各外圆并切槽、倒角锥堵顶尖孔数控车床16粗磨外圆粗磨60h5、70g5、80h5外圆锥堵顶尖孔组合外圆磨床17粗磨大端锥孔粗磨大端内锥孔（重配莫氏6号锥堵，涂色法检查接触率40%）前支承轴颈及60h5外圆内圆磨床18铣花键铣89f6花键锥堵顶尖孔花键铣床19铣键槽铣12f9键槽80h5及M115mm外圆立式铣床20车螺纹车三处螺纹（与螺母配车）锥堵顶尖孔卧式车床21精磨外圆精磨各外圆及E、F两端面锥堵顶尖孔外圆磨床22粗磨外锥面粗磨两处112外锥面锥堵顶尖孔专用组合磨床23精磨外锥面精磨两处两处112外锥面、D端面及短锥面锥堵顶尖孔专用组合磨床24精磨大端锥孔精磨大端莫氏6号内锥孔（卸堵，涂色法检查接触率70%）前支承轴颈及60h5外圆专用主轴锥孔磨床25钳工端面孔去锐边倒角，去毛刺26检验按图样要求全部检验前支承轴颈及60h5外圆专用检具