车床主轴加工工艺.ppt

车床主轴的功用和结构特点及设计要求 车床主轴的结构特点既是阶梯轴 又是空心轴 是长径比小于12的刚性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主要加工表面有内外圆柱面 圆锥面 次要表面有螺纹 花键 沟槽 端面结合孔等机械加工工艺主要是车削 磨削 其次是铣削和钻削 特别值得注意的工艺问题有 1 定位基准的选择 2 加工顺序的安排 3 深孔加工 4 热处理变形 车床主轴的功用承受扭转力矩 承受弯曲力矩 保证回转运动精度 车床主轴的设计要求扭转和弯曲刚度高 回转精度高 径向圆跳动 端面圆跳动 回转轴线稳定 制造精度高 1 结构尺寸及动态特性要好 2 主轴本身及其轴承精度高 3 轴承的结构和润滑 4 齿轮的布置 5 固定件的平衡等 主轴结构的设计要求 1 合理的结构设计 2 足够的刚度 3 有具有一定的尺寸 形状 位置精度和表面质量 4 足够的耐磨性 抗振性及尺寸稳定性5 足够的抗疲劳强度 3 车床主轴技术条件的分析主轴支承轴颈的技术要求支承轴颈是主轴的装配基准 其精度直接影响主轴的回转精度 主轴上各重要表面又以支承轴颈为设计基准 有严格的位置要求 支承轴颈为三支承结构 并且跨度大 支承轴颈采用锥面 1 12 结构 接触率 70 可用来调整轴承间隙 中间支承为IT5 IT6 粗糙度 支承轴颈圆度误差为0 005mm 径向跳动为0 005mm 其他外圆的圆度要求 误差小于50 尺寸公差 高精度者为5 10 轴颈与有关表面的同轴度误差应很小 主轴工作表面 锥孔 的技术要求用来安装顶尖或刀具锥柄的 是定心表面 对锥面的尺寸精度 形状精度 粗糙度 接触精度都要求高 轴心线应与支承轴颈同轴 锥孔对轴颈的径向圆跳动近轴端为0 005 离轴端300处为0 01 锥面接触率 70 粗糙度Ra 0 63 m 硬度为HRC48 50 主轴轴端外锥 短锥 的技术要求用来安装卡盘或花盘的 也是定心表面 对锥面的尺寸精度 形状精度 粗糙度 接触精度都要求高 轴心线应与支承轴颈同轴 对支承轴颈的径向圆跳动为0 008 端面圆跳动为0 008 粗糙度Ra 12 5 m 硬度为HRC45 50 空套齿轮轴颈的技术要求影响传动的平稳性 可能导致噪声 有同轴度要求 对支承轴颈的径向圆跳动为0 01 0 015 尺寸精度要求为IT5 IT6 螺纹的技术要求用来固定零件或调整轴承间隙 螺母的端面圆跳动 应 0 05 会影响轴承的内环轴线倾斜 螺母与轴颈的同轴度误差 0 025 螺纹精度为6h 主轴各表面的表面层要求要有较高的耐磨性 要有适当的硬度 HRC45以上 以改善其装配工艺性和装配精度 表面粗糙度 4 主轴的机械加工工艺过程 主轴加工工艺过程制订的依据主轴的结构 技术要求 生产批量 设备条件 主轴加工工艺过程批量 大批 材料 45钢 毛坯 模锻件 工艺过程 分为三个阶段 粗加工 工序1 6半精加工 工序7 13 7为预备 精加工 工序14 26 14为预备 5 主轴加工工艺过程分析主轴毛坯的制造方法自由锻件 小批量或单件生产 模锻件 大批量生产 Moretolearn 主轴的材料和热处理热处理工序的安排毛坯热处理 去锻造应力 细化晶粒 切削前正火 预备热处理 改善切削加工性能和机械 物理性能 去锻造应力 半精加工前调质 去应力 改善切削加工性能 提高综合机械性能 精加工前局部高频淬火 提高运动表面耐磨性 精加工后的定性处理 低温时效和水冷处理 加工阶段的划分如前所述 分为三个阶段 鉴于主轴的技术要求高 毛坯为模锻件 加工余量大 精度高 故应分阶段加工 分粗 精加工阶段有利于去应力并可加入热处理 多次切削有利于消除复映误差 粗 精加工二阶段应间隔一定时间 粗 精加工二阶段应分粗 精加工机床进行 合理利用设备 保护机床 定位基准的选择应使定位基准与装配基准重合 一次安装应多加工几个面 注意零件的主要精度指标 同轴度 圆度 径向跳动 主轴的定位过程较复杂 有顶尖 锥堵 支承表面等作为定位基准 加工顺序的安排和工序的确定三种方案1 粗加工外圆 钻深孔 精加工外圆 粗加工锥孔 精加工锥孔2 粗加工外圆 钻深孔 粗加工锥孔 精加工锥孔 精加工外圆3 粗加工外圆 钻深孔 精加工外圆 精加工外圆 精加工锥孔 工序确定的两个原则1 工序中所用的基准应在该工序前加工 2 各表面要粗 精基准分开 先粗后精 多次加工 逐步提高精度 淬硬表面的键槽 螺纹等应在淬火前加工 非淬硬表面的键槽 螺纹等应在精车后 精磨前加工 检验工序应安排在适当工序之后 必要还应探伤 6 主轴加工中的几个工艺问题 锥堵和锥堵心轴的使用锥堵和锥堵心轴的功用 空心轴加工通孔后 定位基准 顶尖孔被破坏 通孔直径小时 可直接在孔口倒出一60 锥面 代替中心孔 当通孔直径较大时 则要采用锥堵或锥堵心轴 Moretolearn 设计锥堵和锥堵心轴时应注意的问题1 一般不中途更换或拆装 以免增加安装误差2 锥堵和锥堵心轴要求两个锥面同轴 顶尖孔的研磨研磨的必要性1 顶尖孔是定位基准 对精度和质量有直接影响2 顶尖孔的深度 影响定位轴向位置 因而影响余量分布 批量生产时 3 两顶尖孔同轴度 影响同轴度 影响位置精度 4 顶尖孔锥角和圆度误差 直接反映到工件的圆度上5 热处理 切削力 重力等的影响 会损坏顶尖孔的精度6 热处理后和磨削加工前 需要消除误差 研磨方法1 用铸铁顶尖研磨 2 用油石或橡胶砂轮夹在车床的卡盘上 用金刚钻研磨 3 用硬质合金顶尖刮研 外圆表面的车削加工车削加工的工艺作用1 粗加工 切除大部分余量 2 半精加工 修整预备热处理后的变形 3 精加工 使磨削前各表面具有一定的同轴度和合理的磨削余量 精加工螺纹及各端面等 车削加工值得考虑的问题1 生产效率 2 工序精度 复映误差 3 劳动强度 车削加工的设备1 单件 小批 普通车床2 成批生产 液压仿形车床3 大批量生产 液压仿形 多刀半自动车床 主轴深孔的加工深孔加工的难点1 刀具细长 刚性差 易振动 易引偏 2 排屑困难 3 钻头散热条件差 冷却困难 易失去切削能力 Moretolearn 采取措施1 采用工件旋转 刀具进给的加工方法 使钻头自定中心 2 采用特殊结构的深孔钻 3 预先加工一导向孔 防止引偏 4 采用压力输送切削润滑液 既使冷却充分 又使切屑排出 主轴锥孔的加工主轴锥孔的作用及要求1 主轴锥孔是安装顶尖的定位面 2 主轴支承轴颈及主轴前端短锥的同轴度要求较高 Moretolearn 磨削主轴锥孔一般以支承轴颈作为定位基准 有三种安装方式 1 前支承装于中心架 后支承用卡盘装夹2 前 后支承装于两个中心架 用万向节与主轴相联 3 采用专用夹具 剖分轴承 V型夹具 浮动卡头等 使磨头误差及机床振动不影响工件 该夹具由底座 支承架及浮动卡头三部分组成 前 后两支架与底座连成一体 作为工件定位的V形架镶有硬质合金 以提高耐磨性 工件的中心高应与磨头砂轮轴中心等高 后端的浮动卡头装在磨床主轴的锥孔内 Moretolearn 工件尾部插入弹性套内 通过弹簧将弹性套 浮动卡头外壳 连同工件向后拉 钢球1压向镶有硬质合金的锥柄3端面 依靠弹簧2的涨力限制工件的轴向窜动 该联接方式只传递扭矩 排除磨头和机床误差对加工精度的干扰 主轴各外圆表面的精加工和光整加工主轴的精加工1 主要采用磨削加工 2 应在热处理之后进行 纠正热处理后的变形 3 磨削加工能达到的精度为IT6 表面粗糙度为 光整加工的作用及特点1 用于精密主轴上尺寸公差等级为IT5以上或表面粗糙度的加工表面 2 采用很小的切削用量和单位切削力 变形小 3 对上道工序要求高 一般要求 表面无较深的加工痕迹 4 采用浮动的加工方法 自定心 5 加工余量很小 一般不超过0 02mm 轴类零件的检验检验项目1 表面粗糙度 2 表面硬度 3 尺寸精度 4 相互位置精度 5 表面几何形状精度 检验顺序几何精度 尺寸精度 位置精度 检验方法1 硬度 硬度计2 表面粗糙度 触针式表面粗糙度轮廓仪或样板比较法3 锥孔 着色法4 尺寸精度 常规检验仪器 万能量具 5 位置精度 专用检验装置 误差复映现象是在机械加工中普遍存在的一种现象 它是由于加工时毛坯的尺寸和形位误差 装卡的偏心等原因导致了工件加工余量变化 而工件的材质也会不均匀 故引起切削力变化而使工艺系统变形量发生改变产生的加工误差 例如 在车削有圆度误差的毛坯时 工件每转一转