畢業(yè)設(shè)計（論文）CA6140車床主軸機械加工工藝的設(shè)計

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1、[鍵入文字] 南 京 農(nóng) 業(yè) 大 學(xué) 題目：CA6140車床主軸機械加工工藝的設(shè)計 班 級：農(nóng)機91班 姓 名： 專 業(yè)：農(nóng)業(yè)機械化及其自動化 指導(dǎo)老師： 答辯日期：2012年4月19日 目 錄 摘 要 I 1 緒 論 1.1 本課題的來源、目的及意義 (1) 1.2 課題背景及國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 (1) 1.3 本課題研究的主要內(nèi)容 (1) 2 典型軸類零件加工工藝 2.1 軸類零件的功用、分類和結(jié)構(gòu)特點 (1) 2.2

2、軸類零件典型工藝路線 (2) 3 CA6410主軸加工工藝過程的制訂 3.1概述 (2) 3.2 主軸加工工藝過程制訂的依據(jù) (3) 3.3 CA6140主軸加工工藝過程 (3) 4 CA6140主軸技術(shù)條件的分析 4.1 概述 (4) 4.2 支承軸頸的技術(shù)要求 (5) 4.3 錐孔的技術(shù)要求 (5) 4.4 短錐的技術(shù)要求 (5) 4.5 空套齒輪軸頸的技術(shù)要求………………………………………….（5） 4.6 螺紋的技術(shù)要求……………………………………………………..（6） 5 CA6140主軸加工工藝過程分析 5.1 概述 (6) 5.2 主組后毛坯的制

3、造方法 (7) 5.3 毛坯的材料和熱處理 (7) 5.4 定位基準(zhǔn)的選擇 (8) 5.5 加工階段的劃分………………………………………………….. （9） 5.6 加工順序的安排和工序的確定……………………………….. （10） 5.7加工余量的確定………………………………………………….. （11） 5.8計算切削速度………………………………………………….. (13) 6夾具設(shè)計 6.1定位方案………………………………………………………….. (14) 6.2夾緊方案………………………………………………………….. (15) 6.3對刀方案 …

4、……………………………………………….. (15) 7 CA6140主軸加工中的關(guān)鍵工藝 7.1 錐堵和錐堵心軸的使用 (16) 7.2 頂尖孔的研磨 (17) 7.3 組合磨削 (18) 7.4 深孔加工 (19) 8結(jié)論與展望機械 8.1本文總結(jié)…………………………………………………………… （20）8.2制造工業(yè)的現(xiàn)狀及展望 .（21） 致 謝……………………………………………………………………（22） 參考文獻…………………………………………………………………（22） 緒 論 1.1 本課題的來源、目的及意義 車床主軸是具有代表性零件之

5、一，加工難度大，工藝路線較長，涉及軸類零件加工的許多基本工藝問題。以在校期間的理論課程學(xué)習(xí)為基礎(chǔ)，在多次深入車間實習(xí)為參觀依據(jù)，通過本次對CA6140車床主軸技術(shù)條件的分析和工藝過程的討論，來說明軸類零件加工的一般規(guī)律。 2 典型軸類零件加工工藝分析 2.1軸類零件的功用、分類和結(jié)構(gòu)特點 軸類零件是機器中經(jīng)常遇到的典型零件之一。 軸類零件的功用為支承傳動零件（齒輪、皮帶輪等）、轉(zhuǎn)動扭矩、承受載荷，以及保證裝在主軸上的工件（或刀具）具有一定的回轉(zhuǎn)精度。 軸的長徑比小于5的稱為短軸，大于20的稱為細長軸，大多數(shù)軸介于兩者之間。 軸用軸承支承，與軸承配合的軸段稱為軸頸。軸頸是軸

6、的裝配基準(zhǔn)，它們的精度和表面質(zhì)量一般要求較高，其技術(shù)要求一般根據(jù)軸的主要功用和工作條件制定，通常有以下幾項： ⑴尺寸精度 起支承作用的軸頸為了確定軸的位置，通常對其尺寸精度要求較高（IT5～IT7）。裝配傳動件的軸頸尺寸精度一般要求較低（IT6～IT9）。 ⑵幾何形狀精度 軸類零件的幾何形狀精度主要是指軸頸、外錐面、莫氏錐孔等的圓度、圓柱度等，一般應(yīng)將其公差限制在尺寸公差范圍內(nèi)。對精度要求較高的內(nèi)外圓表面，應(yīng)在圖紙上標(biāo)注其允許偏差。 ⑶相互位置精度 軸類零件的位置精度要求主要是由軸在機械中的位置和功用決定的。通常應(yīng)保證裝配傳動件的軸頸對支承軸頸的同軸度要求，否則會影響傳動件（

7、齒輪等）的傳動精度，并產(chǎn)生噪聲。普通精度的軸，其配合軸段對支承軸頸的徑向跳動一般為0.01～0.03mm，高精度軸（如主軸）通常為0.001～0.005mm。 ⑷表面粗糙度 一般與傳動件相配合的軸徑表面粗糙度為Ra2.5～0.63μm，與軸承相配合的支承軸徑的表面粗糙度為Ra0.63～0.16μm。 軸類零件按其結(jié)構(gòu)形狀的特點，可分為光滑軸、階梯軸、空心軸和異形軸（包括曲軸、凸輪和偏心軸等）四類。若按軸的長度和直徑的比例來分，又可分為剛性軸（L/d≤12）和撓性軸（L/d＞12）兩類。 本課題所設(shè)計的軸為CA6140車床主軸，該軸既是階梯軸又是空心軸，并且是長徑比小于12的剛性軸。根

8、據(jù)其結(jié)構(gòu)和精度要求，在加工過程中對這種軸的定位基準(zhǔn)面選擇、深孔加工和熱處理變形等方面，為加工技術(shù)難點。 2.2 軸類零件典型工藝路線 對于7級精度、表面粗糙度Ra0.8～0.4μm的一般傳動軸，其典型工藝路線是：正火－車端面鉆中心孔－粗車各表面－精車各表面－銑花鍵、鍵槽－熱處理－修研中心孔－粗磨外圓－精磨外圓－檢驗。 對于空心軸（如本課題設(shè)計的主軸），為了能使用頂尖孔定位，一般均采用帶頂尖孔的錐套心軸或錐堵。若外圓和錐孔需反復(fù)多次、互為基準(zhǔn)進行加工，則在重裝錐堵或心軸時，必須按外圓找正或重新修磨中心孔。 軸上的花鍵、鍵槽等次要表面的加工，一般安排在外圓精車之后，磨削之前進 行。因為如

9、果在精車之前就銑出鍵槽，在精車時由于斷續(xù)切削而易產(chǎn)生振動，影響加工質(zhì)量，又容易損壞刀具，也難以控制鍵槽的尺寸。但也不應(yīng)安排在外圓精磨之后進行，以免破壞外圓表面的加工精度和表面質(zhì)量。 3主軸加工工藝過程的制訂 3.1概述 車床主軸是代表性零件之一，加工難度較大，工藝路線較長，涉及軸類零件加工的許多基本工藝問題。下面對本課題CA6140主軸技術(shù)條件的分析和工藝過程的討論，來說明軸類零件加工的技術(shù)條件。 零件的作用 設(shè)計所給的零件為CA6140主軸零件圖。他主要用于傳遞回轉(zhuǎn)運到和扭矩，主軸既是一單線的階梯軸、空心軸，又是長徑比小于12的剛性軸。主要加工表面是內(nèi)外旋轉(zhuǎn)表面，次要表

10、面有鍵槽、花鍵、螺紋和端面結(jié)合孔等。它的加工主要是車削和磨削，其次是銑削和轉(zhuǎn)削。 3.2主軸加工工藝過程制訂的依據(jù) 主軸加工工藝過程制訂的依據(jù)是主軸的結(jié)構(gòu)技術(shù)要求、生產(chǎn)批量和設(shè)備條件等。從CA6140車床主軸的加工，可以知道： ⑴主軸的技術(shù)要求，如主軸兩個支承軸頸的本身精度、表面粗糙度和同軸度，主軸前端內(nèi)、外錐面與主軸頸的同軸度要求都較高。因此必須正確選擇定位基準(zhǔn)；工序按粗精加工分開；并合理安排工序。 ⑵主軸是一種多階梯的空心軸，而主軸毛坯又往往是實心鍛件，因此需要從外圓和中心切去大量的金屬，進行深孔加工。 對于結(jié)構(gòu)不同和技術(shù)條件不同的軸類零件，其加工工藝過程是不同的；即使是同一

11、種軸，其批量不同，或所選的材料不同?；蛘呱a(chǎn)條件不同，其加工工藝過程也是不同的，尤其是批量的大小，對加工工藝過程的影響更為顯著。 3.3 CA6140主軸加工工藝過程 CA6140主軸零件圖（見附件圖紙1）。 批量 中批； 材料：38CrMoAl； 毛坯：模鍛件。 其工藝過程（見附件工藝卡）。 這類屬于大批生產(chǎn)規(guī)模而又工序分散的主軸加工工藝過程，概括為下列三個階段： 主軸加工過程中的加工工序和熱處理工序會產(chǎn)生不同的加工誤差、應(yīng)力，主軸加工基本上劃分為以下四個階段。 1、粗加工階段 1)、毛坯處理:毛胚，備料,鍛造,正火（工序1～2）。 2)

12、、粗加工:鋸除多余部分，銑端面、鉆中心孔和粗車外圓等（工序3～07）。 該階段的主要目的:用大的切削量切除大部分余量,把毛胚加工至接近工件的最終形狀和尺寸,只留少量余量。還可以及時發(fā)現(xiàn)鍛件裂紋等缺陷，采取相應(yīng)措施。 2、半精加工階段 1)、半精加工前熱處理:對于38CrMoAl一般采用調(diào)質(zhì)處理以達到220~240HBS（工序08）。 2)、半精加工:車定位錐孔，半精車外圓端面（工序19～11）。 3）、車各沉割槽及斜角，倒角，擴深孔（12～14） 3、精加工階段 1）精加工前熱處理：局部高頻淬火（工序14）。 2）精加工前后處加工：粗磨定位錐面、粗磨處理、銑鍵槽和花鍵槽以及

13、車螺紋等（工序15～32）。 3）精加工：精磨外圓和內(nèi)外錐面以保證主軸最重要的表面精度（工序30～33）。 4、去毛刺，檢查(工序34～35) 這階段主要目的是：把每個表面都加工到規(guī)定的要求。 4主軸技術(shù)條件的分析 4.1概述 主軸的技術(shù)條件是根據(jù)主軸的功用和工作條件制定的。而技術(shù)條件中各項精度又是以支承在軸承孔中的前后兩個軸頸為基準(zhǔn)來確定的。本次設(shè)計以CA6140主軸技術(shù)條件進行分析。 4.2支承軸頸的技術(shù)要求 主軸兩支承軸頸A、B的圓度公差0.005mm，徑向圓跳動公差0.005mm，兩支承軸頸的1：12錐面接觸率≥70%，表面光潔度Ra0.4，支承軸頸直徑按IT5

14、級精度制造。 機床主軸外圓的圓度要求，對于一般精度的機床，通常不超過尺寸公差的50%，對于提高精度的機床，則不超過25%，對于高精度的機床，則應(yīng)在5～10%之間。 主軸支承軸頸的徑向跳動將產(chǎn)生主軸的同軸度誤差，以此主軸加工工件就會影響工件的加工精度，所以有必要加以嚴(yán)格控制。 4.3錐孔的技術(shù)要求 主軸錐孔（莫氏6號）對支承軸頸A、B的跳動，近軸端允差0.005mm，離軸端300mm處允差0.01mm，錐面的接觸率≥70%，表面光潔度Ra0.4，硬度要求HRC48。 主軸錐孔是用來安裝頂尖或工具錐柄的，其軸心線要與兩個支承軸頸的軸心線盡量重合，否則將影響機床精度，會使工件產(chǎn)生同軸度等誤

15、差。 4.4短錐的技術(shù)要求 短錐C對主軸支承軸頸A、B的徑向圓跳動公差0.008mm，端面D對軸頸A、B的端面跳動公差0.008mm，錐面及端面的粗糙度均為Ra0.8。 這些要求是為了保證安裝卡盤時能夠很好定位，只要這短圓錐錐面能與支承軸頸同軸，端面與回轉(zhuǎn)軸線垂直，就能提高卡盤的定心精度。 4.5空套齒輪軸頸的技術(shù)要求 空套齒輪的軸頸對支承軸頸A、B的徑向跳動公差為0.015mm。 這是由于這些軸頸與齒輪孔相配合的表面，對支承軸頸應(yīng)有一定的同軸度要求，否則會引起主軸傳動齒輪傳動嚙合不良，當(dāng)主軸轉(zhuǎn)速很高時，還會影響齒輪傳動的平穩(wěn)性并產(chǎn)生噪音；加工工件時，也會在工件外圓表面產(chǎn)生重復(fù)出現(xiàn)

16、的振紋，尤其在精加工時，這種缺陷更為明顯。 4.6螺紋的技術(shù)要求 普通螺紋精度中等級。 這是用于限制與之配合的壓緊螺母的端面圓跳動所必須的要求。因為，如果壓緊螺母端面圓跳動過大時，則在壓緊滾動軸承的過程中，會造成軸承內(nèi)環(huán)軸心線的傾斜。由于軸承內(nèi)環(huán)是與主軸支承軸頸配合的，這就引起主軸的徑向跳動。實踐證明，當(dāng)壓緊螺母端面圓跳動≥0.05mm時，對主軸徑向跳動的影響就很顯著。引起壓緊螺母端面震擺的原因有兩個：一是螺母本身制造精度低，例如螺母端面與螺紋軸心線不垂直；另一原因是主軸上的螺紋表面軸心線與支承軸頸的軸心線不重合，因此在加工主軸螺紋時，必須控制螺紋表面軸心線與支承軸頸軸心線的同軸度，一般

17、規(guī)定不超過0.025mm。 從上述分析可以看出，主軸的主要加工表面是兩個支承軸頸、錐孔、前端短錐面及其端面、以及裝齒輪的各個軸頸等。而保證支承軸頸本身的尺寸精度、幾何形狀精度、兩個支承軸頸之間的同軸度、支承軸頸與其他表面的相互位置精度和表面光潔度，則是主軸加工的關(guān)鍵。 5主軸加工工藝過程分析 5.1概述 從上面介紹的主軸加工工藝過程中，可以看出，主軸加工常分粗車，半精車、粗精磨三個階段。而且每階段之間常插入熱處理工序：又在磨削之前常需修研頂尖孔/精度要求越高的主軸，磨的次數(shù)越多，修研頂尖孔的次數(shù)越多。這些特點，貫穿于軸類零件整個加工過程之中，其原因在于軸件本身的尺寸和幾何形狀精度以及這

18、些表面之間的同軸度（或徑向跳動）和端面垂直度（決定軸向竄動程度）要求較高。這些精度要求（指標(biāo)），不但取決于軸件的加工精度，而且也取決于軸件加工后的尺寸精度穩(wěn)定性，前者與加工的定位精度及所用的加工方法有關(guān)，后者與選用的材料及熱處理方法有關(guān)。從這個角度出發(fā)，現(xiàn)在重點分析制訂主軸工藝過程所要考慮的幾個問題。 5.2主軸毛坯的制造方法 毛坯制造方法主要與使用要求和生產(chǎn)類型有關(guān)。毛坯形式有棒料與鍛件兩種。在單件小批生產(chǎn)中，軸類零件的毛坯往往使用熱扎棒料，這尤其適合于那些光滑軸和外圓直徑相差不大的階梯軸。單件小批生產(chǎn)的階梯軸一般采用自由鍛，在大批大量生產(chǎn)時則采用模鍛。 設(shè)定 ：CA614

19、0主軸零件材料38CrMoAl號鋼。生產(chǎn)類型為成批生產(chǎn)，采用自由鍛，設(shè)備上使用胎膜鍛毛坯。 主軸最大直徑為φ195mm，外錐底面直徑為φ106.373。其次是階梯端的最大分段尺寸φ115mm和φ90mm，總長870mm?？紤]到胎膜鍛加工的特性，故由上分析可對胚模進行二次拔長，且第一次以φ115mm的毛胚尺寸拔長為φ120mm尺寸，再次以φ90mm拔長，拔長后的尺寸為φ95mm。 5.3毛坯的材料和熱處理 CA6140車床主軸是傳遞動力的零件，它應(yīng)有良好的機械強度和剛度，而其工作表面又應(yīng)有良好的耐磨性，因此要選用適當(dāng)?shù)匿摬?；為了使加工后有良好的尺寸精度穩(wěn)定性，因而又要求有合適的熱處理過

20、程。 38CrMoAl，這是常用的主軸材料，在調(diào)質(zhì)處理（T235）之后，在經(jīng)局部高頻淬火，可以使局部硬度達到HRC62～65，在經(jīng)過適當(dāng)?shù)幕鼗鹛幚?，可以降到需要的硬度（例如本課題CA6140主軸規(guī)定為HRC52）。一般機床的主軸均可用38CrMoAl，因為它的機械性能（強度、韌性和局部表面硬度等）能滿足設(shè)計的要求。然而38CrMoAl的淬透性比較差（與合金鋼比較而言），需要比較強的淬火劑，淬火后的變形比較大。加上加工后的尺寸精度性較差，在長期使用后會出現(xiàn)微量的尺寸變化，對于高精度的機床主軸就有可能超差。 由此可見，主軸質(zhì)量除與所選鋼材種類有關(guān)外，還與毛坯熱處理有關(guān)，一般各種毛坯在機械加工之

21、前，均需進行正火（或退火）處理，以使鋼材的晶粒細化（或球化），消除鍛造（或軋制）后的內(nèi)應(yīng)力，并可降低毛坯的硬度，以利切削的進行。本課題CA6140主軸用的38CrMoAl便規(guī)定在精鍛后進行正火處理。 凡要求局部高頻淬火的主軸，要在前道工序中安排調(diào)質(zhì)處理（有的鋼材則用正火）。當(dāng)毛坯余量較大時（如鍛件），調(diào)質(zhì)放在粗車之后，半精車之前，以便因粗車產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力得以在調(diào)質(zhì)時消除：毛坯余量較小時（如棒料），調(diào)質(zhì)可放在粗車（相當(dāng)于鍛件的半精車）之前進行。高頻淬火處理一般放在半精車之后，由于主軸只需要局部淬硬，故精度有一定要求而不需淬硬部分的加工，如車螺紋，銑鍵槽等有一定位置要求的工序，均安排在局部淬火和粗

22、磨之后，這是因為局部淬火的變形雖然不大，但總有一些變形，故車螺紋、銑鍵槽等有一定位置要求的工序，要安排在粗 磨之后進行，以消除淬火變形，對于精度較高的主軸（如M1432A砂輪軸），在局部淬火及粗磨之后還需低溫時效處理（160℃油中浸較長時間），低溫時效不降低已獲得的精度和機械性能，但能消除磨削加工中所引起的內(nèi)應(yīng)力以及淬火過程中所產(chǎn)生的應(yīng)力和殘余奧氏體，從而使主軸的金相組織和應(yīng)力狀態(tài)保持穩(wěn)定（由于奧氏體在使用過程中會逐步轉(zhuǎn)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

23、采用38CrMoAl經(jīng)過正火、調(diào)質(zhì)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。 5.4定位基準(zhǔn)的選擇 為獲得兩中心孔作為后續(xù)精加工的定位基準(zhǔn)，所以機械加工的第一道工序銑兩端面中心孔 ，可選擇AB兩支承軸頸作為粗基準(zhǔn)。因此，當(dāng)以中心孔定位，加工支撐軸頸時，可以獲得均勻的加工余量，有利于保證這兩個高精度軸頸的加工精度。 2、精基準(zhǔn)的選擇 為了避免基準(zhǔn)不重合造成的誤差，同時也考慮到基準(zhǔn)統(tǒng)一原則，以及盡可能在一次裝夾中加工較多的工作表面，所以在主軸加工中除錐孔面以外的所有精加工均以兩中心孔為定位基準(zhǔn)。由于工序07使中心孔消失，所以需要配以錐堵，以

24、重新建立定位精度。 3、基準(zhǔn)的轉(zhuǎn)換 由于支承軸頸和大端錐孔的位置精度要求很高，所以在加工過程中要采用互換基準(zhǔn)的原則，在基準(zhǔn)相互轉(zhuǎn)換的過程中，精度逐步得到提高。 1）、以Φ75h5和Φ90g5 為粗基準(zhǔn)加工中心孔； 2）、以中心孔為基準(zhǔn)，粗車支承軸頸等外圓各部； 3）、以支Φ75h5和Φ90g5為基準(zhǔn)，加工大端錐孔； 4）、以中心孔（配1:20的錐堵）為基準(zhǔn)，加工支承軸頸等外圓各部； 5）、以Φ75h5和Φ90g5為基準(zhǔn)，粗磨大端錐孔； 6）、以中心孔為（重配錐堵）為基準(zhǔn)，加工支承軸頸等外圓各部； 7）、以Φ75h5和Φ90g5外圓表面為基準(zhǔn)，粗磨打斷錐孔。 5.5加工

25、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(yīng)力，為了消除前一道工序的加工誤差和應(yīng)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(yīng)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。精度表5-1 CA6140車床主軸加工基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換過程 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

26、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(yīng)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，均比前一次為小（因其余量逐漸減?。?，因而出現(xiàn)的誤差和應(yīng)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(yīng)當(dāng)把粗、精加工分別為兩個工序或者在不同的機床上進

27、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(yīng)力逐漸消失（自然時效）。 5.6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(zhǔn)面，會破壞外圓精度和

28、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(zhǔn)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(zhǔn)，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

29、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(zhǔn)的轉(zhuǎn)換有關(guān)。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(zhǔn)備定位基準(zhǔn)；半精車外圓又為深孔、加工準(zhǔn)備了定位基準(zhǔn)；半精車外圓也為前后的錐孔加工貯備了定位基準(zhǔn)。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(zhǔn)備了定位基準(zhǔn)；而最后磨錐孔的定位基準(zhǔn)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(yīng)在一次安裝中磨出這些表面。 檢驗工序是保證質(zhì)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

30、較多的工序前后，總檢驗則放在最后。 5.7加工余量的確定 1、φ70h6外圓面 工序名稱 加工余量 經(jīng)濟精度 基本尺寸 標(biāo)準(zhǔn)尺寸 半精車 2.0 h6 Φ70. Φ70 h6 粗車 2.3 h11 Φ72 Φ72h11 毛胚 +2.5 -1.0 Φ74.3 Φ74.3 2、φ75h5外圓面 工序名稱 加工余量 經(jīng)濟精度 基本尺寸 標(biāo)準(zhǔn)尺寸 金剛石車 0.3 h5 Φ75. Φ75.h5 半精車 2.0 h8 Φ75.3 Φ75.3h8 粗車 2.3 h11 Φ77.3 Φ77.3h11

31、 毛胚 +2.5 -1.0 Φ79.6 3、φ80h5 工序名稱 加工余量 經(jīng)濟精度 基本尺寸 標(biāo)準(zhǔn)尺寸 精磨 0.01 h5 Φ80 Φ80h5 粗磨 0.05 h6 Φ80.01 Φ80.01h6 半精車 2.0 h8 Φ80.06 Φ82.06h8 粗車 2.3 h11 Φ82.06 Φ82.06h11 毛胚 +2.5 -1.0 Φ84.36 4、φ75.25 工序名稱 加工余量 經(jīng)濟精度 基本尺寸 標(biāo)準(zhǔn)尺寸 精磨 0.01 h5 Φ75.25

32、 Φ75.25h5 粗磨 0.05 h6 Φ75.26 Φ75.26h6 精車 0.3 h8 Φ75.31 Φ75.31h8 粗車 2.3 h11 Φ75.61 Φ75.61h11 毛胚 +2.5 -1.0 Φ77.91 5、φ89f6 工序名稱 加工余量 經(jīng)濟精度 基本尺寸 標(biāo)準(zhǔn)尺寸 精磨 0.01 f6 Φ89 Φ89f6 粗磨 0.05 f7 Φ89.01 Φ89.01f7 精車 2.0 f8 Φ89.06 Φ89.06f8 粗車 2.3 f11 Φ89.31 Φ91

33、.31f11 毛胚 +3 -1 Φ94.61 6、φ90g5 工序名稱 加工余量 經(jīng)濟精度 基本尺寸 標(biāo)準(zhǔn)尺寸 精磨 0.01 g5 Φ90 Φ90g5 粗磨 0.05 g6 Φ90.01 Φ90.01g6 半精車 2.0 g8 Φ90.06 Φ90.06g8 粗車 2.3 g11 Φ92.06 Φ92.06g11 毛胚 +3 -1 Φ94.36 7、φ105.25 工序名稱 加工余量 經(jīng)濟精度 基本尺寸 標(biāo)準(zhǔn)尺寸 精磨 0.01 Φ105.25 Φ105.2

34、5 粗磨 0.05 Φ105.26 Φ105.26 精車 0.5 Φ105.31 Φ105.31 粗車 2.5 Φ105.81 Φ105.81 毛胚 +3 -1.5 Φ108.31 8、φ106.375錐面 工序名稱 加工余量 經(jīng)濟精度 基本尺寸 標(biāo)準(zhǔn)尺寸 精磨 0.01 Φ106.375 Φ106.375 粗磨 0.05 Φ106.376 Φ106.376 精車 0.3 Φ106.381 Φ106.381 粗車 2.5 Φ106.631 Φ106.631 毛胚

35、 +2.5 -1.5 Φ109.931 5.8．計算切削速度 銑鍵槽30125.2 根據(jù)《機械加工工藝設(shè)計手冊》第一卷表9.2-4選用硬質(zhì)合金鋼直柄鍵槽銑刀 每齒進給量： 根據(jù)《機械加工工藝手冊》表2.4-87的切削速度v=1.79m/s 采用X53T銑床，根據(jù)《機械加工工藝手冊》表3.1-73取 則實際切削速度 則此時工作臺每分鐘的進給量為： 6夾具設(shè)計 為提高勞動生產(chǎn)率，保證加工質(zhì)量，降低勞動強度，需要設(shè)計專用夾具。 經(jīng)過查找資料，決定設(shè)計第20道工序——銑12f9鍵槽的銑床夾具。本夾具將用于X53T立式銑床。刀具為硬質(zhì)合金直柄鍵

36、槽銑刀，對工件進行銑削加工。 6.1. 定位方案 1.應(yīng)當(dāng)限制的自由度：為加工軸向鍵槽，應(yīng)當(dāng)限制 →X、→y、→z、⌒y、⌒z方向自由度。 2.實際限制的自由度：采用的是兩V型塊附加一擋塊定位，共限制了→x、→y、→z、 ⌒y ⌒y、⌒z六個方向自由度。 3.定位副：左右兩V型塊分別與Φ75h5和Φ90g5軸段外圓配合，共限制了→y、→z、⌒y、⌒z方向自由度，附加擋塊（與Φ75h5和Φ90g5處的V型塊做成一體）限制了→X方向自由度。為不完全定位，符合定位要求。當(dāng)兩壓板夾緊時，夾緊力垂直于底座。 6.2：夾緊方案 1． 作用點：擋塊與軸接觸點 2． 作用方向：垂直擋塊向

37、下 3． 裝置：如圖所示 6.3：對刀方案 加工鍵槽使用直角對刀塊（GB2240-80） 1） 銑削鍵槽根據(jù)X53T銑床工作臺T型槽尺寸選擇定位鍵尺寸，保證鍵槽位置和對稱度。 主軸加工中的關(guān)鍵工藝 7.1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 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

38、油石或橡膠砂輪前端修整成頂 圖6-2用油石研磨頂尖孔 尖形狀（60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6-2），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(zhuǎn)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(zhuǎn)動。 ⑶用中心孔磨床磨削。中心孔磨床的磨頭結(jié)構(gòu)原理如圖6-3所示。磨頭機構(gòu)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(fù)運動： 圖6-3中心孔磨頭簡圖 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Ra0.2，以這種中心孔定位磨削軸

39、 件外圓，其外圓圓度誤差可以減少到0.0008 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(jié)構(gòu)及工裝要求中心孔的研磨則采用這種磨削方法。 7.2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 常應(yīng)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

40、端的精加工，均采用組合磨削的方法，如圖6-4所示。 圖6-4 CA6140主軸的組合磨削 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(shè)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(shè)計組合磨床時，要注意增強機床的剛度。此外，砂輪修整質(zhì)量直接影響主軸表面的加工質(zhì)量，因此也要很好解決修整砂輪的問題。 7.3深孔加工 一般孔的深度與孔徑之比L/d＞5就算深孔。各

41、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(fù)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;加上切削難于排出,容易堵塞而無法連續(xù)加工。因此為了保證精度和提高生產(chǎn)率,必須根據(jù)這些工藝特點合理地選擇深孔加工的方式,并解決刀具的引導(dǎo)、切屑排出和鉆頭冷卻潤滑等問題。 ⑴加工方式 加工深孔時,工件和刀具的相對運動有三種: ①工件不動,刀具轉(zhuǎn)動并軸向進給。這時如果刀具的回轉(zhuǎn)軸線對工件的軸線有偏移或傾斜,則加工出的孔的軸線必然是偏移或傾斜

42、的。 ②工件轉(zhuǎn)動，同時刀具轉(zhuǎn)動并送進。由于工件與刀具的回轉(zhuǎn)方向相反,所以相對切削速度大,生產(chǎn)率高,加工出來的孔的精度也較高。但對機床和刀桿的剛度要求較高,機床的結(jié)構(gòu)也較復(fù)雜,因此應(yīng)用不很廣泛。 ③工件轉(zhuǎn)動,刀具作軸向送進運動。這種方式鉆出的孔軸線與工件的回轉(zhuǎn)軸線能達到一致。如果鉆頭偏斜,則鉆出的孔有錐度；如果鉆頭軸線與工件回轉(zhuǎn)軸線在空間斜交,則鉆出的孔的軸向截面是雙曲線,但不論如何,孔的軸線與工件的回轉(zhuǎn)軸線仍是一致的,故軸的深孔加工多采用這種方式。 據(jù)上分析CA6140主軸深孔加工采用最后一種方法并在深孔鉆床上實現(xiàn)。 ⑵深孔加工的冷卻與排屑 在批量生產(chǎn)中,深孔加工常用專門的深孔鉆床和

43、專用刀具,以保證質(zhì)量和生產(chǎn)率。直徑在50 mm以下的孔大都采用深孔鉆。深孔鉆有單刃和雙刃的。這些刀具的冷卻與切屑的方法有兩種: ①內(nèi)冷卻外排屑法 ②外冷卻內(nèi)排屑法 如圖6-5所示,冷卻液從鉆頭外部輸入,從鉆頭內(nèi)部排出。有一定壓力的冷卻液沿箭頭指示方向經(jīng)刀桿與孔壁之間的通道進入切削區(qū),起到冷卻潤滑作用,然后經(jīng)鉆頭和刀桿的內(nèi)孔帶著大量切削排出。 以上兩種冷卻與排屑的方法,均要求冷卻液具有足夠的壓力和流量,一保證切屑能順利地排除并保持鉆頭良好的冷卻和潤滑。在加工直徑為40～60mm的孔時,一般保持冷卻液壓力2～4MPa,；流量200～400L/min較為合適。 圖6-5外冷卻內(nèi)排屑

44、 ⑶深孔噴射鉆加工 噴射鉆適用于加工φ20～65mm的深孔，長徑比能達100，比一般外冷卻內(nèi)排屑鉆頭有更高的效率，同時可獲得較好的加工表面質(zhì)量，是一種新型的孔加工刀具。 噴射鉆的主要組成部分是鉆頭、外鉆管和內(nèi)鉆管（圖6-6）。鉆頭通過方牙螺紋擰在外鉆管的一端。 據(jù)以上各方法分析比較，根據(jù)CA6140主軸整體尺寸較大，裝夾定位難以保障精度的要求，且為批量生產(chǎn)等因素，因此采用深孔鉆床（工件轉(zhuǎn)動,刀具作軸向送進運動）來完成φ48深孔的鉆削。 圖6-6噴射鉆工作示意圖 7.4主軸錐孔加工 主軸前端錐孔和主軸支承軸頸及主軸前端短錐的同軸度要求高，因此磨削主軸的前端錐孔，成為機床

45、主軸加工的關(guān)鍵工序。 本課題CA6140主軸前端錐孔，以支承軸頸作為定位基準(zhǔn)，有以下三種安裝方式： ⑴將前支承軸頸安裝在中心架上，后軸頸夾在磨床床頭的卡盤內(nèi)，磨削前嚴(yán)格校正兩支承軸頸，前端可調(diào)整中心架，后端在卡爪和軸頸之間墊薄紙片來調(diào)整。 ⑵將前后支承軸頸分別裝在兩個中心架上，用千分表校正好中心架位置。工件通過彈性連軸節(jié)或萬向接頭與磨床床頭主軸連接。這種方式可以保證主軸軸頸的定位精度，而又不受磨床床頭誤差的影響，但調(diào)整中心架仍費時，質(zhì)量也不穩(wěn)定，一般只在生產(chǎn)規(guī)模不大時采用。 ⑶成批生產(chǎn)時大都采用專用夾具進行加工，圖6-7為磨主軸錐孔的一種夾具，夾具是由底座、支承架及浮動卡頭三部分組成。

46、 圖6-7磨主軸錐孔夾具 前后兩個支承架與底座連成一體。作為工件定位的V形塊鑲有硬質(zhì)合金，以提高耐磨性（有的把其中一個元件作為錐軸瓦，以便與主軸上的錐軸頸配合），工件的中心高應(yīng)調(diào)整到正好等于磨頭砂輪軸的中心高。后端的浮動卡頭裝在磨床主軸的錐孔內(nèi)，工件尾端插于彈性套內(nèi)。用彈簧把浮動卡頭外殼連同工件向后拉，通過鋼球壓向鑲有硬質(zhì)合金的錐柄端面，這樣依靠壓縮彈簧的張力就限制了工件的軸向竄動。采用這種聯(lián)接方式，可以保證主軸支承軸頸的定位精度不受磨床床頭誤差的影響，也可減小機床本身的振動對加工質(zhì)量的影響。這種夾具加工精度能達到錐孔對支承軸頸的徑向圓跳動為300：（0.003～0.005），表面

47、粗糙度為Ra0.32，接觸面在80%以上，不僅加工質(zhì)量好，而且提高了生產(chǎn)率。 本課題CA6140主軸為成批生產(chǎn)，且對錐孔精度要求較高，因此采用第三種安裝方法。 8 結(jié)論與展望 8.1 本文總結(jié) 在本文中介紹了典型軸類零件加工工藝分析、CA6140主軸加工工藝過程的制訂及技術(shù)分析、軸的精度檢驗、軸加工中常出現(xiàn)的質(zhì)量問題及其解決辦法、CA6140主軸加工中的幾個工藝問題等特點。在加工技術(shù)分析過程中列舉了多種加工方案，既選擇出最為適合本課題的解決方案，在關(guān)鍵技術(shù)工藝及設(shè)備選擇上透視了先進制造工業(yè)的重要性，我們知道如果沒有強大而完整的現(xiàn)代化機械制造工業(yè)，就無法用現(xiàn)代的設(shè)備來武裝國民經(jīng)濟各部門。

48、就不可能獨立迅速地發(fā)展我國社會主義現(xiàn)代化建設(shè)事業(yè)。可見機械制造工業(yè)的規(guī)模和發(fā)展水平是反映國民經(jīng)濟實力和科學(xué)技術(shù)水平的重要標(biāo)志。 8.2機械制造工業(yè)的現(xiàn)狀及展望 解放以來，特別是改革開放以來，機械制造工業(yè)貫徹了“經(jīng)濟建設(shè)靠科學(xué)技術(shù)，科學(xué)技術(shù)工作面向經(jīng)濟建設(shè)”的基本方針，執(zhí)行了上質(zhì)量、上品種、上水平、提高經(jīng)濟效益即“三上一提高”的工作方針，使機械制造工業(yè)跨入了穩(wěn)步健康發(fā)展的歷史時期，取得了巨大的成績?，F(xiàn)已擁有一批骨干企業(yè)，形成門類比較齊全具有相當(dāng)規(guī)模和一定技術(shù)水平，能提供具有先進水平的大型成套技術(shù)裝備的工業(yè)體系。機械制造工業(yè)已成為我國最大的產(chǎn)業(yè)部門之一。 在機械加工方面，我國已大量使用涂層高

49、速鋼刀具和涂層硬質(zhì)合金可轉(zhuǎn)位刀具，普遍采用了50~500m/min的切削速度，但與工業(yè)發(fā)達國家相比，差距在于涂層硬質(zhì)合金刀具的品種還不能滿足需要，超硬刀具應(yīng)用所占比例很小。我國的鏡面磨削機床已商品化，近年來在高速磨削、強力磨削、成形磨削和砂帶磨削方面，在應(yīng)用超硬磨料砂輪磨削方面都有較大發(fā)展，但高速磨削和大切深緩進給強力磨削在生產(chǎn)中應(yīng)用不廣，磨削效率與國外相差很大。電火花加工、電化學(xué)加工、激光和超聲波加工等特種加工在我國廣泛應(yīng)用。與國外相比，對基礎(chǔ)理論研究較少，工藝規(guī)范不夠合理，所生產(chǎn)的機床還不成系列，尤其是高性能的數(shù)控特種加工機床生產(chǎn)較少，在國際上缺乏競爭力。 總之，我國的機械制造工業(yè)獲得了

50、巨大的發(fā)展，但與世界先進水平相比，還有很大差距。整個水平與國外先進水平相比，至少落后十五年左右。今后機械制造工業(yè)的主要任務(wù)是要以新興微電子、光電子技術(shù)，重大成套技術(shù)裝備和基礎(chǔ)機械的關(guān)鍵制造技術(shù)為重點，不斷地依靠技術(shù)進步，研究開發(fā)優(yōu)質(zhì)高效的工藝與裝備，提高產(chǎn)品的制造質(zhì)量和制造技術(shù)水平。 致 謝 通過這次工藝設(shè)計，是我們繼相關(guān)專業(yè)學(xué)科的課程設(shè)計之后，進行的一次更系統(tǒng)、更全面、更專業(yè)化的設(shè)計。通過本次設(shè)計，使我們對正確解決零件在加工過程中遇到的一系列工藝性和技術(shù)性問題，進行的一次具體步驟分析和方法的設(shè)計，是一次實踐性設(shè)計，也是對即將踏上社會的我們一次大練兵。，以及實習(xí)工廠的師傅們、圖

51、書館老師們的協(xié)助，不僅對該設(shè)計的最終完成有很大作用，而且對我個人以后的工作學(xué)習(xí)竭有重大影響。指導(dǎo)高尚的品德，淵博的學(xué)識，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)風(fēng)和高度的責(zé)任心深深地影響著學(xué)生。老師的教誨是學(xué)生寶貴的精神財富，并將使學(xué)生受益終生。在此，謹(jǐn)向各位尊敬的老師表示真誠的感謝和崇高的敬意！ 在這次設(shè)計過程中，機械系仲高燕老師給了我很大的幫助，在這里非常感謝教我們各個專業(yè)的輔導(dǎo)老師！ 謹(jǐn)向所有在本文的完成中給予作者關(guān)懷和幫助而在此無法一一提及的老師、同學(xué)和朋友致以誠摯的謝意！ 作者于2012年4月 參考文獻 [1] 蘭建設(shè)主編.機械制造工藝與夾具. 北京：機械工業(yè)出版社，20

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