毕业设计（论文）车床主轴加工工艺规程设计

摘 要主轴是高速加工机床的核心功能部件，它的好坏直接影响整个机床的使用性能，这就要求我们在设计工艺流程时做更深一步的研究。本次设计针对车床主轴的工艺规程，开展了比较系统的设计研究工作。车床主轴既是单一轴线的阶梯轴、空心轴，又是长径比小于12的刚性轴。主要加工表面是内、外旋转表面，次要表面有键槽、螺纹和端面结合孔等。它的机械加工主要是车削和磨削，其次是铣削和钻削。根据其结构特点和精度要求，在加工过程中，对定位基准的选择、加工顺序的安排以及深孔加工、热处理工序等均应给予足够的重视。在车削时，采用一夹一顶或两顶尖的形式。避免了轴的径向圆跳动，保证了加工中工件的稳定性，也使工件达到尺寸精度。磨削时，采用专用磨孔夹具，使工件轴线与夹具中心线保持一致，保证了磨孔时内孔加工的精度。车削、磨削时采用专用夹具、刀具、量具，不但保证了尺寸精度，也是为了达到轴与其它零件组装时的公差与配合精度。为了保证主轴的切削性能，成品具有耐磨性、抗震性及足够的硬度，在不同的加工阶段之间安排热处理。车床主轴是代表性零件之一，加工难度较大，工艺路线较长，涉及到轴类零件加工的许多基本工艺问题。.关键词：工艺规程，夹具，刀具，量具，尺寸精度，耐磨性，公差与配合Abstract The main axle processes engine beds core functional unit high speed, its quality immediate influence entire engine beds operational performance, this requests us when designs the technical process to do deeper step research. In view of this design, has done the quite systematic design research work.The lathe main axle is not only the sole spool threads steps and ladders axis, the canon, is also the length to diameter ratio is smaller than 12 rigid axes. The main processing surface is the inside and outside revolving surface, the secondary surface has the key slot, the thread and the end surface union hole and so on. Its machine-finishing is mainly the turning and the grinding, next is the milling and drills truncates. According to its unique feature and the accuracy requirement, in the processing process, to locate the datum the choice, the processing sequence arrangement as well as the deep hole processing, the heat treatment working procedure and so on should give the enough value. When turning, as soon as uses clamps or two apexs forms. Has avoided the axis radial direction circle beat, has guaranteed in the processing the work piece stability, also enables the work piece to achieve the size precision. When grinding, uses the special-purpose honing jig, causes the work piece spool thread maintains consistent with the jig middle line, has guaranteed when the honing in hole processing precision. When turning, grinding uses the unit clamp, the cutting tool, the measuring instrument, not only has guaranteed the size precision, is also to achieve time the axis and other components assembly common difference and the grade of fit. In order to guarantee that the main axle has the resistance to wear, the anti-knocking property and the enough degree of hardness, each working procedure carries on the essential heat treatment. The lathe main axle is one of representative components, the processing difficulty is big, the craft route is long, involves to the axis class components processing many basic craft question. Therefore understood that its technical process is designers essential process! Key word: Technical process, jig, cutting tool, measuring instrument, size precision, resistance to wear, common difference and coordination。 目 录摘 要1abstract2第一章 前 言4第二章 工艺过程设计概论 2.1 工艺过程的基本要求及主要的技术依据5 2.2 工艺过程的设计方法5第三章 车床主轴加工工艺及分析3.1 概述83.2 支承轴颈为主轴的装配基准83.3 主轴工作表面的技术要求 93.4 主轴加工工艺过程分析113.5 主轴加工中的几个工艺问题173.6主轴的机械加工工艺过程 20第四章 结 论26谢 辞27参考文献28第一章 前 言 机械制造业是为国民经济提供装备和为人民生活提供耐用消费品的产业。国民经济各部门生产技术的进步和经济效益的高低，在很大程度上取决于它所采用装备的性能和质量。所以机械工业的技术水平和规模是衡量一个国家科技水平和经济势力的重要标准。 在机械行业中，主轴的加工是代表性零件之一，它是高速加工机床的核心功能部件。由于主轴性能的好坏在很大程度上决定了整台机床的加工精度和生产效率，因此，各工业发达国家都十分关注主轴的研究与发展，纷纷投入巨资， 装备精良的加工和测试设备来提高主轴的工艺。尽管我们的科技人员一直努力，但是，与国外发达国家相比，我国的主轴的工艺设计仍存在着阶段性的差距。集中表现为制造技术的落后在设计方法和手段，制造工艺，制造过程自动化技术及管理技术诸方面都明显落后于发达国家。 本次设计的主要目的是通过对主轴的工艺进行研究，解决编制主轴工艺规程中的实际问题，从而编制出较为合理的工艺规程。在通常的加工工艺中，存在着主轴精度不高，耐磨性、稳定性差、可靠性低等直接影响机床效率的问题，本次设计针对这些问题进行分析。通过采用合理的工序，专用的夹具、刀具、量具和严格的科学分析。在一定程度上使这些问题降到最低点或避免这些问题的发生。 目前，在经济和科学技术方面，我国与世界各国的联系日益紧密，中国市场与国际市场进一步接轨，面对国内外激烈的市场竞争，企业对技术的需要将更加强化和迫切，先进制造技术将得到更大的重视，机械工业科技发展正面临着挑战与机遇并存的新形势。我们应当抓住机遇，迎接挑战，坚决贯彻“以科技为先导，以质量为主体”的方针，进一步推动机械工业的振兴。而要实现机械工业的振兴，就必须不断提高企业的产品自主开发能力和制造技术水平。第二章 工艺过程设计概论 2.1 工艺过程的基本要求及主要的技术依据 2.1.1 设计工艺过程的基本要求 1） 保证产品的质量符合设计图提出的全部要求； 2） 保证符合要求的劳动生产效率； 3） 保证经济的合理性； 质量、生产率和经济性,是制定工艺过程所必须满足的技术要求。另外，在设计工艺过程时，必须特别重视改善劳动条件，保障生产安全。 新技术和新工艺的发展，如毛坯的精化，特种工艺技术和超精工艺技术的发展，以及计算机技术的应用等，都将对产品的质量和生产周期有很大的影响。随着技术的发展，工艺过程设计也应不断地优化，以便能全面保证质量、生产效率和经济性的要求，并保证产品质量的稳定。零件机械加工的工艺过程，取决于零件的要求、产量的大小和现场的生产条件。所以，在设计工艺过程时，需对这些主要技术依据进行分析。2.1.2 零件图及技术条件 零件图及其技术条件，是制造对象的技术要求。在零件图上应包括： 1）构形 有必要的投影、剖视或剖面等，必须使零件定形。另外，还应有确定构形大小的全部尺寸。 2）技术要求 有关尺寸、形状和位置关系允许的偏差，表面粗糙度以及某些特殊的技术要求（如平衡、重量等）。 3）材料 有关材料的牌号，毛坯类型，热处理方法及检验等级，材料的无损探伤和表面保护要求等。另外，所有不能用图形或符号表示的要求或说明，一般可用文字写在图纸或文件上。在设计工艺过程时，应对零件图进行详细的工艺分析，以便掌握工艺关键从而采取必要的工艺措施。2.2 工艺过程的设计方法 2.2.1 车床主轴的工艺特点和工艺措施 由于车床主轴要求有很高的质量，效能和可靠性，因此在构造下的特点一般有下列几个方面： 1）零件的表面及整体构形复杂； 2）零件的制造质量要求高，技术要求（精度、粗糙度）以特种技术条件等要求十分严格； 3）可选用材料的品种多，其中包括很多优质和难加工材料，并广泛地进行热处理和表面处理。由于零件在构造上有上述这些要求，因此在工艺上常采用下述工艺措施来保证生产中的质量、生产效率和经济性的要求：（1） 合理地选择加工方法，以保证经济地获得精度高，构造形状复杂的表面；（2） 将工艺过程划分为几个阶段进行加工，以逐步保证低刚度、高精度的技术要求；（3） 根据集中或分散的原则，合理地将各表面的加工组合成若干个工序，以保证位置精度和提高生产效率；（4） 合理地选择工艺基准，以利于保证位置精度的要求；（5） 正确地安排热处理工序及其位置，以保证获得规定的机械性能，同时有利于改善材料的加工性能和减少变形对精度的影响；（6） 合理安排各类辅助工序，使工艺过程顺利的执行其特殊的技术要求。 设计工艺过程，就是要设计工序的内容、数目和顺序。一般先进行总体布局，即进行工艺路线的设计，然后，再对工序进行详细设计。因此，在设计机械加工工艺过程时，应对组成产品的各种零件进行相似性分析，以便找出最优化的生产组织形式，还要对各零件和组件整个的工艺过程的全部工序的工艺尺寸系统，定位基准系统，工序时间，工序成本等等因素进行分析，以便找出各工序在质量，生产效率和经济性方面的相互联系。从而确定最佳的加工路线和最优化的加工方式。2.2.2 设计工艺过程的步骤1、 确定生产类型及组织形式2、 零件图的工艺分析零件图是制造零件的主要技术依据，应对其构形、技术要求和材料进行仔细的工艺分析。特别是对主要表面及重要的技术要求及其保证方法，位置尺寸的标注等应作重点分析，以掌握在加工过程中的工艺关键问题。3、 确定毛坯毛坯的种类及其质量对机械加工有着密切的关系，提高毛坯质量、减少机械加工劳动量，可大大提高材料的利用效率、降低机械加工的成本，因此，需根据产量和毛坯车间的现场生产条件来加以综合解决。4、 设计工艺路线工艺路线设计是设计工艺过程的关键步骤，常需要进行方案的论证对与分析，其内容包括：1） 选择各表面的最后加工方法以及该方法的准备工序。2） 依据过程的阶段和工序集中与分散原则的分析，进行工序组合；3） 设计工艺基准（工序、定位和测量基准）系统，以确定工序的顺序安排；4） 选择热处理工序及其位置安排；5）安排辅助工序。5、工序详细设计工艺路线确定后，可进行工序内容的设计，其内容包括：1）选择加工用的设备及工艺装备； 2）确定加工余量；3）计算全部工序尺寸及偏差；4）选择合理的切削用量与润滑冷却液；在设计工序时，对某些复杂的重点工序，有时需要设计工序的调整卡。6、计算工时定额7、填写工艺文件第三章 车床主轴加工工艺及分析3.1 概 述 车床主轴的功用及结构特点： 车床主轴不但传递旋转运动和扭矩，而且是工件或刀具回转精度的基础，是车床的关键零件之一，所以一般机床主轴的扭转刚度和弯曲刚度都很高。机床主轴不但传递旋转运动和扭矩，而且要求工件或刀具的回转精度（径向圆跳动、端面圆跳动、回转轴心线的稳定性等）很高，从而要求主轴的回转精度更高。影响主轴回转精度的因素有：主轴本身的结构尺寸及动态特征（动态刚度、固有频率等）；主轴本身及轴承的制造精度；轴承的结构及润滑；装在主轴上齿轮等的布置；主轴及主轴上固定件的动平衡等。车床主轴既是一单轴线的阶梯轴、空心轴，又是长径比小于12的刚性轴。主要加工表面是内、外旋转表面，次要表面有键槽、螺纹和端面结合孔等。它的机械加工主要是车削和磨削，其次是铣削和钻削。根据其结构特点和精度要求，在加工过程中，对定位基准的选择、加工顺序的安排以及深孔加工、热处理工序等均应给予足够的重视。根据主轴的工作特点，对它的设计要求有：合理的结构设计足够的刚度一定的尺寸精度、形状精度、位置精度和表面精度足够的耐磨性、抗振性及尺寸稳定由于主轴在旋转过程中承受交变载荷，因此它还应具有一定的抗疲劳强度。其中三项要求，主要通过合理的结构设计，正确的选择主轴材料及热处理工艺来予以解决，而对于主轴的制造精度则应由机械加工来加以保证。车床主轴是代表性零件之一，加工难度较大，工艺路线较长，涉及到轴类零件加工的许多基本工艺问题。下面通过对车床主轴的技术条件的分析和工艺过程的讨论。3.2 主轴的装配基准 支承轴颈制造精度直接影响主轴的回转精度，主轴上各重要表面均以支承轴颈为设计基准，有严格的位置要求。支承轴颈采用锥面结构，是为了使轴承内圈能涨大以调整轴承间隙。轴承内圈是薄壁零件，装配时轴颈上的形状误差会反映到内圈的滚道上，影响主轴回转精度，故必须涂色检查接触面积，严格控制轴颈形状误差。主轴在主轴箱中是以它的三个支承轴颈与相应的轴承内孔配合，从而确定了主轴在主轴箱中的径向位置。主轴支承轴颈表面的制造精度（圆度、素线平行度、垂直度）将直接影响主轴的工作精度，造成主轴的径向圆跳动和端面圆跳动。这些跳动又影响工件的加工精度。主轴上的螺帽和轴承端面对主轴回转轴心线的垂直度误差是使主轴产生端面圆跳动的原因之一。 3.3 主轴工作表面的技术要求3.3.1 车床主轴锥孔车床主轴锥孔是用来安装顶尖或刀具柄的，前端圆锥面和端面是安装卡盘或花盘的。这些安装夹具或刀具的定心表面均是主轴的工作表面。对于它们的要求有：内外锥面的尺寸精度、形状精度、粗糙度和接触精度；定心表面相对于支承轴颈A-B轴心线的跳动等。它们的误差会造成夹具或刀具的安装误差，从而影响工件的加工精度。如图： 图（21） 安装偏心对加工精度的影响a） 卡盘安装偏心 O-O定位面轴线 O1-O1实际回转轴线b） 莫式锥孔和支撑轴径不同轴 O-O顶尖孔中心线 O1-O1实际回转轴线c） 定心表面倾斜于回转中心线 O-O定位面轴线 O1-O1实际回转轴线 当主轴轴外端外锥相对于支承轴颈有同轴度误差时（图a），会使卡盘产生安装偏心；主轴的莫氏锥度相对于支承轴颈表面的同轴度误差也会使前后顶尖形成的轴心线与实际的回转轴心线偏离（图b）。此外主要端部定心表面轴心线对支承颈表面的轴心线倾斜，会造成安装在定心表面上的夹具及工件或刀具和回转中心不同轴，而且是离轴端愈远，同轴度误差值愈大（图c）。因此，在机床精度检验标准中，规定了近主轴端部和离轴端300mm处的圆跳动误差。 如表（21）：主轴各表面的粗糙度表面类别粗糙度要求一般机床精密机床支承轴颈表面采用滑动轴承0.320.080.080.01采用滚动轴承0.630.32工作表面0.630.320.08其它配合表面1.251.250.323.3.2 空套齿轮轴颈的技术要求空套齿轮轴颈是和齿轮孔相配合的表面，对支承轴颈应有一定的同轴度要求，否则会引起主轴传动齿轮啮合不良。当主轴转速很高时，还会产生振动和噪声，使工件外圆产生振纹，尤其在精车时，这种影响更为明显。空套齿轮轴颈对支承轴颈A-B的径向圆跳动允许差为0.015mm。3.3.3 螺纹的技术要求主轴上的螺纹一般用来固定零件或调整轴承间隙。螺纹的精度要求是限制压紧螺母端面跳动量所必须的。如果压紧螺母端面跳动过大，在压紧滚动轴承的过程中，会造成轴承内环轴心线的倾斜，引起主轴的径向跳动（在一定条件下，甚至会使主轴产生弯曲变形），不但影响加工精度，而且影响到轴承的使用寿命。因此主轴螺纹的精度一般为6h ;其轴心线与支承轴颈轴心线A-B的同轴度允许为0.025mm，拧在主轴螺纹上的螺母支承端面圆跳动允差是在50mm半径上为0.025mm。3.3.4 主轴各工作表面的硬度要求所有的机床主轴的支承轴颈表面、工作表面及其它配合表面都受到不同程度的摩擦作用。在滑动轴承配合中，轴颈与轴瓦发生摩擦，要求轴颈表面有较高的耐磨性。在滚动轴承时，摩擦转移给轴承环和滚动体，轴颈可以不要求很高的耐磨性，但仍要求适当的提高其硬度，以改善它的装配工艺性和装配精度。定心表面（内外锥面、圆柱面、法兰圆锥面等）因相配件（顶尖、卡盘等）需经常拆卸，易碰伤，拉毛表面，影响接触精度，所以也必须有一定的耐磨性。当表面硬度在HRC45以上时，拉毛现象可大大改善。主轴的工作表面表面粗糙度值Ra在0.80.2um之间。3.3.5主轴的材料和热处理 表（2-2）：主轴常用材料及热处理 主轴种类材料预备热处理方法最终热处理方法表面硬度（HRC）车床、铣床主轴45钢正火或调质局部淬火后回火4552外圆磨床砂轮轴65Cr调质高频淬火后回火5058专用车床主轴40Cr调质局部淬火后回火5256齿轮磨床主轴20CrMnTi正火渗碳淬火5863卧式镗床主轴精密外圆磨床砂轮轴38CrMoAlA调质消除内应力处理渗氮65以上3.4 主轴加工工艺过程分析3.4.1 轴类零件的技术要求 （1）尺寸精度 凡是与滚动轴承内圈相配的支承轴颈处的尺寸精度应按滚动轴承的精度等级选取。凡是与齿轮相配的轴颈处的尺寸精度，应按相配齿轮的最高精度等级查取。这些主要表面的尺寸精度一般取IT5IT8级。 （2）形状精度 轴颈处的几何形状精度主要是指圆度或圆柱度，一般应限制在尺寸公差之内。凡与滚动轴承或与齿轮相配处的轴颈的尺寸形状，也应按滚动轴承或齿轮的精度查取。一般常取38um，并用框格标注。（3） 位置精度 轴类零件是旋转类零件，轴上装有传动件，希望其转动平稳，无振动和噪声，这就要求轴上装配表面的轴线相对于支承轴颈轴线有同轴度要求，对普通精度的主轴可取0.010.03mm；高精度轴可取0.0010.005mm，一般用径向圆跳动来标注。 （4）表面粗糙度 支承轴颈处表面粗糙度取Ra0.160.63um,配合表面的粗糙度取Ra0.632.5um。3.4.2 轴类零件的材料与毛坯（1）材料 一般轴类零件用45钢，采取相应的调质处理后，可获得一定的强度，韧度和耐磨性。对中等精度而有较高转速的轴类零件，可采用40Cr等合金钢，调质处理及表面淬火后具有较高的综合力学性能。对高精度主轴可采用GCr15钢或65Mn钢，通过调质处理后获得更高的耐磨性和耐疲劳性。对高速重载下工作的主轴，可采用20CrMnTi或20Cr等低碳合金钢或38CrMoAl合金结构钢，经过渗碳淬火或渗氮后，具有很高的硬度，耐冲击任性和心部高强度的特点，但是热处理变形大。在采用渗氮时应家一道去应力工序，并且安排在粗磨之后进行，是因为渗氮变形小，且渗氮层较薄之故。（2）毛坯 凡具有较高力学性能要求的轴，或直径相差较大的阶梯轴，均采用锻件，对不重要的光轴或直径相差不大的阶梯轴，可采用热轧棒料或冷拉棒料。 3.4.3 加工阶段的划分 主轴加工过程中的各加工工序和热处理工序均会不同程度的产生加工误差和应力，因此要划分加工阶段。主轴加工基本上划分为下列三个阶段。1 粗加工阶段（1） 毛坯处理 毛坯备料 锻造和正火（工序）（2） 粗加工 锯去多余部分，铣端面、钻中心孔和荒车外圆等（工序）主要目的是：用大的切削用量切除大部分余量，把毛坯加工到接近工件的最终形状和尺寸，只留下少量的加工余量，通过这阶段还可以及时发现锻件裂纹等缺陷，采取相应措施。2 半精加工阶段 （1） 半精加工前热处理 对于40Cr合金钢一般采用调质处理以达到HRC2025(2) 半精加工 车工艺锥面（定位锥孔）、半精车外圆端面和钻深孔等（工序） 主要目的是：为精加工作好准备，尤其为精加工作好准备。对于一些要求不高的表面，在这个阶段加工到图样规定的要求。3 精加工阶段（1） 精加工前热处理 局部高频淬火（工序）；（2） 精加工前各种加工 粗磨定位锥面、粗磨外圆、铣键槽，以及车螺纹等（工序）；（3） 精加工 精磨外圆和内外锥面以保证主轴是重要表面的精度（工序）； 目的是：把各表面都加工到图样规定的要求。各阶段的划分大体以热处理为界。 由此可见，整个主轴加工的工艺过程，就是以主要表面（支承轴颈、锥孔）的粗加工、半精加工、精加工为主，适当的插入其它的表面的加工工序而组成的，这就说明了，加工阶段的划分起主导作用的是工件的精度要求。对于一般精度的机床主轴，精磨是最终工序。对精密机床的主轴，还要增加光整加工阶段，以求获得更高的尺寸精度和更低的表面粗糙度。3.4.4 定位基准的选择 以两顶尖孔作为轴类零件的定位基准，既符合基准重合原则，又能使基准统一，所以，只要有可能，就尽量采用顶尖孔作为定位基准。本次设计中的粗车、半精车、精车、粗磨、精磨各外圆表面和端面、铣键槽和车螺纹等工序，都是顶尖孔作为定位基准。 两顶尖孔的质量好坏，对加工精度影响很大，应尽量做到两顶尖轴线重合、顶尖接触面积大、表面粗糙度低。否则，将会因工件与顶尖间的接触刚度变化产生加工误差。因此经常注意保持两顶尖的质量，是轴类零件加工的关键问题之一。 深孔加工后，可以采用带顶尖孔的锥堵作为定位基准。 为了保证支承轴颈与两端锥孔的同轴度要求，需要应用互为基准原则。如本图中主轴在车小端1：20锥孔和大端莫氏6号内锥孔时，用的是与前支承轴颈相邻而又是用同一基准加工出来的外圆柱表面为定位基面（直接用前支承轴承作为定位基准当然更好，但由于轴颈有锥度，在制造托架时会增加困难）；精车各外圆包括支承轴颈的1：12锥度时，即是以上述前后锥孔内所配锥堵的顶尖孔作为定位基准面。在粗磨莫氏6号内锥孔时，又是以两圆柱表面为定位基准面，这就符合互为基准原则。 在粗精磨两个支承轴颈的1：12锥度时，再次以粗磨后的锥孔所配锥堵的顶尖孔为定位基准。在最后精磨莫氏6号内锥孔时，直接以精磨后的前支承轴颈和另一圆柱面为定位基准面，基准再一次转换。随着基准的不断转换，定位精度不断提高。转换过程就是提高过程。使加工有一次比一次精度更高的定位基准面。基准转换次数的多少，要根据加工精度要求而定。 在精磨莫氏6号内锥孔的定位方法中，采用了专用夹具，机床主轴仅起传递扭矩的作用，排除了主轴组件本身的回转误差，因此提高了加工精度。 精加工主轴外圆表面也可用外圆表面本身来定位，既在安装工件时以支承轴颈表面本身找正。如图所示， 图（22） 锥套心轴1心轴 2锥套 3垫圈 4螺母 5夹头 外圆表面找正是采用一种可拆卸的锥套心轴，心轴依靠螺母4和垫圈3压紧在主轴的两端面上。心轴两端在中心孔，主轴靠心轴中心孔安装要机床的前后顶尖上，以支承轴颈表面找正时，适当敲动工作，使支承轴颈的径向圆跳动在规定的范围内（心轴和主轴靠端面上摩擦力结合在一起，主轴和锥套并不紧配，留在间隙，允许微量调整），然后进行加工。用这种方法，只需要准备几套心轴，因此简化了工艺装备，节省了修正中心孔工序，并可以一次安装中磨出全部外圆。3.4.5 工序的安排顺序轴类零件各表面的加工顺序，与定位基准的转换有关，即先行工序必须为后续工序准备好定位基准，粗、精基准选定后，加工顺序也就大致排定。由表2可见，主轴的工艺路线安排大体如下：毛坯制造正火车端面钻中心孔粗车调质半精车表面淬火粗、精磨圆锥面磨锥孔。在安排工序顺序时，还应该注意下面几点。a) 就基准统一而言，希望始终以顶尖孔定位，避免使用锥堵，则深孔加工应安排在最后，但深孔加工是粗加工工序，要切除大量余量金属，会引起主轴变形，所以最好在粗车外圆之前就把深孔加工出来。b) 外圆加工顺序安排工作要照顾主轴本身的刚度，应先加工大直径后加工小直径，以免一开始就降低主轴刚度。c) 键槽加工应安排在精车之后，粗磨之前，如在精车之前就铣出键槽，就会造成断续车削，既影响质量又易损坏刀具，而且也难控制键槽 的尺寸精度，但这些表面也不宜安排在主要表面最终加工工序之后进行，以防在反复运输中，碰伤主要表面。d) 主轴的螺纹对支承轴颈有一定同轴度要求，宜放在淬火后的精加工阶段进行，以免受半精加工所产生的应力以及热处理变形的影响。e) 主轴系加工要求很高的零件，需安排多次检验工序。检验工序一般安排在各加工阶段前后，以及重要工序前后和花费工时较多的工序前后，总检验则放在最后，心要时，还应安排探伤工序。3.4.6 主轴中心通孔的加工1、一般把长度与直径之比大于5的孔称为深孔。第一类主轴的中心通孔都是深孔。深孔加工比一般孔的加工要困难和复杂的多，原因是：（1） 刀具细而长，刚性差，钻头容易引偏，使被加工孔的轴心线歪斜；（2） 排屑困难；（3）钻头的散热条件差，容易丧失切削能力；针对深孔加工的不利条件，一般采用工件旋转、刀具进给或用刀具钻中心空后，在深空钻。2、主轴锥孔的精加工 主轴锥孔的精加工是主轴加工的最后一个关键工序，由于对主轴锥孔的精度要求高，这道工序往往成为生产中薄弱环节，许多工厂通过长期的实践，已成功地用旧机床改装成专用的主轴锥孔磨床，或设计制造了专用的磨夹具，不仅能稳定地生产一般精度机床的主轴，对于高精度机床的主轴也都稳定地达到质量要求，并且提高了生产率，如图： 图（2-3） 主轴锥孔专用磨床 如前所述，主轴锥孔磨削的定位方法应该符合基准重合的原则，即以两个支承轴颈表面作为定位基准面，并以轴肩作轴向定位。安装主轴支承轴颈的夹具已有若干种，最初采用和车床中心架相类的夹具如下图1，夹具的万能性好，但是支承销的接触面积小，容易磨损，需要经常调整支承轴颈的外圆中心与砂轮中心的等高，而且整个夹具以及支承部分的刚性都较差，适用于单件小批量生产及一般精度的主轴。比上一种夹具有所改进了的是图b所示的剖分轴承式磨夹具。这种夹具用铜瓦支承，与主轴轴颈刮配，能保证轴颈和轴瓦之间的良好配合。这种夹具制造容易，前后夹具可以与底座固定成一个整体，因此无论是夹具本身还是支承部分的刚性都比前一种为好，可以保证高的加工精度，缺点是轴瓦易磨损，需要定时刮研，而且容易使工件的支承轴颈拉毛。目前使用着一种V形磨夹具如图c。这种夹具由一个V形块，两块硬质合金垫块，一套压紧螺钉及支架构成。用V形磨夹具加工主轴锥孔的精度高，质量稳定，使用方便，通用性好，当然夹具和垫块的制造要求高，主轴前后支承轴颈的V形块有分成两件的，亦做成一个整体的，后者的刚性比前者更高，但通用性较差。 图（2-4） 主轴锥孔的磨夹具3.4.7 键槽铣刀 键槽铣刀，它主要用于加工圆头封闭键槽。它有两个刀齿，圆柱面和端面上都有切削刃，端面切削刃延到中心，工作时能沿轴线作进给运动，按国家标准规定，直柄键槽铣刀d=222mm，锥柄键槽铣刀直径d=1450mm。键槽铣刀直径的精度等级有和两种，通常分别加工和键槽。键槽铣刀的圆周切削刃仅在靠近端面的一小段长度内发生磨损，重磨时只需刃磨端面切削刃，铣刀直径不变。如下图所示：图（2-5） 键槽铣刀3.5 主轴加工中的几个工艺问题3.5.1 锥堵和锥堵心轴的使用对于空心的轴类零件，当通孔加工后，原来的定位基准顶尖孔已被破坏，此后必须重新建立定位基准。对于通孔直径较小的轴，可直接在孔口倒出宽度不大于2mm的60锥面，代替中心孔。而当通孔直径较大时，则不宜用倒角锥面代之，一般都采用锥堵或锥堵心轴的顶尖孔作为定位基准。当主轴锥孔的锥度较小时（车床的主轴的锥孔为1：20和莫氏6号）就常用锥堵，如图所示： 图（2-6） 锥 堵使用锥堵或锥堵心轴时应注意以下问题。 （1）一般不中途更或拆装，以免增加安装误差。 （2）锥堵心轴要求两个锥面应同轴，否则拧紧螺母后会使用工件变形。 3.5.2 顶尖孔的研磨 因热处理、切削力、重力等的影响，常常会损坏顶尖孔的精度，因此在热处理工序之后和磨削加工之前，对顶尖孔要进行研磨，以消除误差。常用的研磨方法有以下几种。（1） 用油石或橡胶砂轮夹在车床的卡盘上，用装在刀架上的金刚钻将它的前端修整成顶尖形状（60圆锥体），接着将工件顶在油石或橡胶砂轮顶尖和车床后顶尖之间如图所示,并加少量的润滑油，然后开动车床使油石或橡胶砂轮转动，进行研磨。研磨时用手把持工件并连续而缓慢的转动。这种研磨中心孔方法效率高，质量好，也简便易行。（2） 用硬质合金顶尖刮研 把硬质合金顶尖的60圆锥体修磨成角锥的形状，使圆锥面只留下4-6条均匀分布的刃带，这些刃带具有微小的切削性能，可对顶尖孔的几何形状作微量的修整，又可起挤光的作用。这种方法刮石研的顶尖孔表面粗糙度达Ra0.8u以下，精度较高，还具有工具寿命长，刮研效率比油石高的特点，所以一般主轴的顶尖孔可以用此法修研。如图（2-7）： 图（2-7） 用油石研磨顶尖孔1油石顶尖 2工件 3后顶尖3.5.3 主轴锥孔加工 主轴前端锥孔和主轴支承轴颈及前端短锥的同轴度要求高，因此磨削主轴的前端锥孔，常常成为机床主轴加工的关键工序。成批生产时大都用专用夹具加工，如图所示，采用这种联接方式，机床只起传递扭矩作用，排除了磨床主轴圆跳动或同轴度误差对工件的影响，也可减少机床本身的振动对加工精度的影响。图（2-8）磨主轴锥孔夹具1钢球 2弹簧 3硬质合金 4弹性套 5支架 6底座 7拨盘3.5.4 主轴各外圆表面的精加工和光整加工主轴的精加工都是用磨削的方法，在热处理工序之后 进行，用以纠正在热处理中产生的变形，最后达到所需的精度和表面粗糙度。磨削加工一般能经济地达到IT6和a0.8-0.2um。对于一般精度的车床主轴，磨削是最后的加工工序。而对精密主轴还需要进行光整加工，光整加工用于精密主轴上尺寸公差等级IT5表面粗糙度低于Ra0.1um的加工表面。3.5.5 对轴类零件的检验轴类零件在加工过程中和加工完以后都要按工艺规程的要求进行检验，检验的项目包括表面粗糙度、硬度、尺寸精度、表面形状精度和相互位置精度。 1、表面粗糙度和硬度的检验：硬度是在热处理之后用硬度计抽检。表面粗糙度般用样块比较法检验，该主轴所用的就是这种方法。对于精密零件可用干涉显微镜进行测量。 2、精度检验：精度检验应按一定顺序进行，先检验形状精度，然后检验尺寸精度，最后检验位置精度。这样可以判明和排除不同性质误差之间对测量精度的干扰。 （1） 形状精度检验 圆度为轴的同一横截面内最大直径与最小直径之差。一般用千分尺按照测量直径的方法即可检测。精度高的轴需用比较仪检验。圆柱度同样可用千分尺检测，弯曲度可以用千分表检验，把工件放在平板上工件转动一周，千分表读数的最大变动量就是弯曲误差值。 （2） 尺寸精度检验 在单件小批量生产中，轴的直径一般用外径千分尺检验。精度较高时，可用杠杆卡规测量，台肩长度可用游标卡尺、深度游标卡尺和深度千分尺检验。该主轴所用的就是采用这种方法。 （3） 位置精度检验 为提高检验精度和缩短检验时间，位置精度检验多采用专用检具，锥孔的接触精度用专用锥度量规涂色检验，要求接触面积在70%以上，分布均匀而大端接触较硬，即锥度只允许偏小，这项检验应在检验锥孔跳动前进行。 如图所示：图（2-9）专用锥度量规1挡铁 2钢球 3、4V形架 5检验心棒各量表的功用如下：量表7检验锥孔对支承轴颈的同轴度误差距轴端300mm外量 表8检查锥孔轴心线对支承轴颈轴心线的同轴度误差；量表3、4、5、6检查各轴相对支承轴颈的径向跳动；量表10、11、12检验端面跳动；量表9测量主轴的轴向窜动。3.6主轴的机械加工工艺过程 经过对主轴结构特点、技术条件的分析，即可根根据据生产批量、设备条件等编制主轴的工艺规程。编制过程中应着重考虑主要表面（如支承轴颈、锥孔、短锥及端面等）和加工比较困难的表面（如深孔）的工艺措施。从而正确地选择定位基准，合理安排工序。（见零件图纸） 表（23） CA6140车床主轴小批生产的工艺过程序号工序工 艺 内 容（02051主轴）设 备 1备料锻件，退火。40Cr，工序图见附图一 2热处理正火。 3钳小端划中心线，钻中心孔A4。4铣端面钻中心孔铣端面中心孔机床5粗车a、80d9及以左外圆均留余量7.46，肩台留余量2；b、80.33（1：12）及以右外圆各留余量7.46，1：12外锥按大端尺寸留余量，各肩台留余量2；以100f6及70外圆为定位基准：c、车右端面，总长留余量0.5，钻中心孔A4；d、粗车170留余量7.63，； e、粗车1：4外锥为112.54，轴向长度车至14，右端倒角1.5x45；f、其余倒角2x45。卧式车床 6热处理调质 HRC2025，弯曲0.6。 7深孔钻一次装夹车：70车至72（+0.12，-0.12）100f6车至102（+0.087，-0.087）；钻、镗通孔52至尺寸，孔口到3x60（+0.062，-0.062）。保证孔与外圆同心0.10。 深孔钻床8半精车车左端面见光。以左端孔、右端外圆为基准车：a、 70车至71（+0.074，+0.046）；b、100f6车至101（+0.14，+0.087）c、83g5车至84（+0.087，+0.054）；d、其余各外圆留余量11.5。倒头，卡盘与中心架装夹车：a、170及1：4外锥留余量11.5，倒角；b、右端锥孔（莫氏6号）大端口尺寸车至62.3-0.1， 锥面接触50%，孔口倒角3x60（0，-0.20）。c、57车至尺寸。卡盘与中心架装夹车：车左端锥孔留余量0.500.60。锥面接触60%，孔口倒3x60（0，-0.20）。卧式车床C620B9精车a、车右端面，保证总长；b、170外圆车至170（+0.08，+0.05）；c、1：4外锥留余量0.600.80，肩面留余量0.150.20，倒角；103车至尺寸；d、其余各Ra1.6各外圆留磨量0.20.4；e、车槽、倒角；f、轴向尺寸：423+0.76、295-0.61、108+0.23、分别车至423.7+0.76、295.2-0.61、108.2+0.23；g、103+0.14右端Ra1.6留磨量0.50.6；h、105h8右肩面留磨量0.15；k、其余轴向尺寸车成；l、精车三处1：12外锥：小端尺寸分别车至：80.9+0.2、83.9+0.2、100.9+0.2。 数控车床CSK616310外磨170外圆磨至170（+0.040，+0.025）；100f6磨至100.6（+0.035，0.022）；83g5、83h6至83.6（+0.035，0.022）；芯轴：ZF0020A- 外圆磨床11钻大端面各孔钻、铰423+0.05孔至尺寸；钻2-M10底孔，锪2-10。钻M8底孔、扩、铰19H9至尺寸，攻M8。钻模：塞规：23 19H9钻床Z5512热处理按图要求高频：外圆6处G50，孔1处G50；可将100.333及以右端部分在盐炉淬火；回火后将螺丝M105.x1.5-6h退火。13钳精铰423 ，19H9。校攻M8，M10；塞规：23、19H9钻床Z5514外磨磨右端平面及1：4肩面见光，1：4外锥面留磨量0.250.30；粗磨Ra2.5各外圆留磨量0.250.30；105h8右肩面见光；粗磨三处1：12外锥面，环规左端面距1：4外锥肩面轴向尺寸分别至426+0.76、298-0.61、111+0.23外圆磨床15 铣铣三处键槽至图样要求。 请勿夹伤已加工面。工序图见附图二铣床X2516外磨找正外圆0.015：磨1：4锥度肩面；磨170见光；半精磨三处1：12外锥面，环规左端面距1：4肩面分别至423.9+0.8、295.9-0.7、118.9+0.25；半精磨Ra1.6及以上各外圆留磨量0.050.07；M80x1.5磨至80（-0.10，-0.12）；M105x1.5磨至105（-0.10，-0.12）；M115x1.5磨至115（-0.10，-0.12）；环规：专用组合磨床17精车a、刻基准线；b、精车左端内锥孔1：20至尺寸，砂光；精车孔口3x60倒角，砂光。C、精车右端内锥孔1：20留磨量0.30.35，接触面60%偏近大端，精车孔口倒角R3，砂光。数控车床CSK616318热处理时效，油温120C，24小时。19钳清理各部。20外磨精磨Ra1.6以上各外圆至图样要求；精磨三处1：12外锥面至图样要求；精磨1：4外锥面至图样要求。专用组合磨床21内磨精磨右端莫氏6号锥孔至图样要求。 专用主轴锥孔磨床22精车找正外径0.015内：a、与螺母配车两处螺纹M80x1.5-6h、M100x1.5-6h端面跳动0.025；b、与螺母配车M105x1.5-6h至尺寸；c、车槽保证轴向尺寸103.5+0.14；d、修车各处倒角，砂光e、修车空刀槽至尺寸。 （光亮）工序图见附图三卧式车床23检按技术条件检验各项合格。24钳涂油防锈。 本次设计中：粗车精度达到IT11-13； 半精车精度达到IT8-9；精车精度达到IT6-7； 铣精度达到IT9-10；深孔钻精度达到IT8-9； 粗磨精度达到IT8-9；半精磨精度达到IT7-8； 精磨精度达到IT6-7； 第四章 结 论 通过设计精密主轴工艺流程，深切体会到，它是我以后设计的基础。本次设计以主轴的工艺流程为主线，主要介绍了主轴的工艺特点及性质。并在研究主轴加工过程中涉及到夹具、量具、车刀以及一些加工方法。此外关于轴类的公差与配合也有介绍。 本次设计使我对主轴工艺有了一个总体的了解和把握。在设计中，通过翻阅资料，也对夹具、刀具、量具有了系统的认识，在一定程度上认识到，设计是一个很严谨的过程。从毛坯的选择、工件的装夹定位、刀具夹具的选择、到工序的安排、热处理的时效，都不依赖与个人的经验和技术。要注意必须理论联系实际，在实际中总结理论，切忌死搬硬套，应该具体问题具体分析，从多方面、多角度、多层次去完成一次设计！谢 辞本次设计是在指导老师的悉心指导下完成的。康老师为论文课题的研究提出了许多指导性的意见，为论文的撰写、修改提供了许多具体的指导和帮助。指导老师的严谨治学、不断探索的科研作风，敏锐深邃的学术洞察力，孜孜不倦的敬业精神，给我留下了深刻的印象，使我受益良多。在本文结束之际，特向我敬爱的导师致以最崇高的敬礼和深深的感谢！ 在我撰写论文期间，得到了机械系机电工程学院多位老师的帮助，在忙碌的工作之余，给予我专业知识上的指导，而且教给我学习的方法和思路，使我在科研工作及论文写作过程中不断有新的认识和提高。在此，我对他们表示由衷的谢意！通过这次毕业设计，对所学知识进行了一次系统的综合考察，感到收获很大，锻炼了独立思考的能力，学会了如何分析问题解决问题。同时使自己在设计中提高了自己分析问题，解决问题的能力，为自己今后走向工作岗位打下一个结实的基础，使自己掌握了又一有利工具，为以后激烈的工作竞争中增强实力 。同时在这次设计中，我也发现自己的不足。这次毕业设计的时间短，任务重，缺乏理论和实验基础，再加上我们的能力有限，在设计中难免有考虑不周之处，还有望于实际调试中不断完善自己。这将会是我今后努力和学习的方向。导师在设计过程中给予了我关键性的指导与帮助。我再一次表示衷心的感谢！ 衷心的感谢给予建议和帮助的各位老师！参考文献 1徐嘉元、曾家驹主编. 机械制造工艺学（含机床夹具设计）. 北京：机械 工业出版社，2006 2 徐圣群主编. 简明机械加工工艺手册. 上海：上海科学技术出版社，19913李洪主编. 机械加工工艺手册. 北京：北京出版社，19904刘友才、肖继德主编. 机床夹具设计. 北京：机械工业出版社，19925刘守勇主编. 机械制造工艺与机床夹具. 北京：机械工业出版社，20036顾崇衔等主编. 机械制造工艺学. 陕西：陕西科学技术出版社，19857黄鹤汀、王芙蓉、赵春久主编. 金属切削机床. 北京：机械工业出版社，20068刘飞主编. 互换性与测量技术基础. 北京：机械工业出版社，20049陆剑中、孙家宁主编. 金属切削原理与刀具. 北京：机械工业出版社，200510. 余强、王建平、辛会珍等编著. AutoCAD2005 机械制图经典事例教程. 北京：机械工业出版社，2005 11.王信义等主编. 机械制造工艺学. 哈尔滨；哈尔滨工业大学出版社， 1990 12.吴天林，段正澄主编. 机械加工系统自动化. 北京；机械工业出版社， 1991 13.李硕根等主编. 互换性与测量技术基础. 北京；中国计量出版社，1998 14.陈立德主编. 机械设计基础. 北京；高等教育出版社，2002 15.蔡安江主编.机械制造技术基础. 北京；机械工业出版社，2007