CA6140车床主轴机械加工工艺的设计1

1、河南工业职业技术学院毕业论文题目CA6140车床主轴机械加工工艺的设计班级05111姓名赵岩专业机械设计与制造指导教师答辩日期2008年6月15日刖言本次毕业设计是在在完成三年大专血液的基础上，以所学理论知识为础，以在各个单位实习为实践依据，在学完所学的基础课、专业课和理论课及屡次深入车间,熟悉相关设备和工艺后的前提下惊醒的。是毕业前对所学个科知识的综合性复习，系统性应用，惊醒的依次理论与实践想结合的探索性训练，也是对我们踏上工作岗位前的依次工作实践。关键词：高速切削加工数据库基于实例推理UGAB0业恥4/o.ooj*e!0.005在Sfl端处It-七/wornCHI00.004/D応1A&T

2、OC o 1-5 h z摘要I1绪论 HYPERLINK l bookmark8 1.1本课题的来源、目的及意义(1) HYPERLINK l bookmark10 1.2课题背景及国内外研究现状(1) HYPERLINK l bookmark12 1.3本课题研究的主要内容(1)2典型轴类零件加工工艺 HYPERLINK l bookmark16 2.1轴类零件的功用、分类和结构特点(2) HYPERLINK l bookmark18 2.2轴类零件典型工艺路线(3)CA6410主轴加工工艺过程的制订 HYPERLINK l bookmark28 概述(4) HYPERLINK l book

3、mark20 3.2主轴加工工艺过程制订的依据(4) HYPERLINK l bookmark24 3.3CA6140主轴加工工艺过程(5)CA6140主轴技术条件的分析 HYPERLINK l bookmark42 概述(5) HYPERLINK l bookmark30 4.2支承轴颈的技术要求(6) HYPERLINK l bookmark32 4.3锥孔的技术要求(6) HYPERLINK l bookmark34 4.4短锥的技术要求(6) HYPERLINK l bookmark36 4.5空套齿轮轴颈的技术要求(6) HYPERLINK l bookmark38 4.6螺纹的技术

4、要求.(7)CA6140主轴加工工艺过程分析 HYPERLINK l bookmark68 概述(7) HYPERLINK l bookmark44 主组后毛坯的制造方法(8) HYPERLINK l bookmark46 5.3毛坯的材料和热处理(8) HYPERLINK l bookmark48 5.4定位基准的选择(9) HYPERLINK l bookmark50 5.5加工阶段的划分(10) HYPERLINK l bookmark52 5.6加工顺序的安排和工序的确定(11)6CA6140主轴加工中的关键工艺 HYPERLINK l bookmark56 6.1锥堵和锥堵心轴的使用

5、(12) HYPERLINK l bookmark58 6.2顶尖空的研磨(13) HYPERLINK l bookmark60 6.3组合魔削(14)6.4身空加工(15) HYPERLINK l bookmark64 6.5主轴锥孔加工(17)7轴的精度检验 HYPERLINK l bookmark78 概述(18) HYPERLINK l bookmark70 7.2几个形状精度检验(18) HYPERLINK l bookmark72 7.3尺寸精度检验(18) HYPERLINK l bookmark74 7.4相互位置精度检验(19)8轴加工中常出现的自量问题及其解决办法概述(20

6、)8.2机床轴锥空加工的质量分析(21) HYPERLINK l bookmark82 8.3磨削表面缺陷的产生及防止(23)9结论与展望机械 HYPERLINK l bookmark86 9.1本文总结(25) HYPERLINK l bookmark88 9.2制造工业的现状及展望(26) HYPERLINK l bookmark90 致谢(27)参考文献(28)毕业设计任务书(29)1.1本课题的来源、目的及意义车床主轴是具有代表性零件之一，加工难度大，工艺路线较长，涉及轴类零件加工的许多基本工艺问题。本人根据在校期间的理论课程学习为基础，在多次深入车间实习为实践依据，通过本次毕业设计对

7、CA6140车床主轴技术条件的分析和工艺过程的讨论，来说明轴类零件加工的一般规律。1.2课题背景及国内外研究现状机械制造工艺技术是在人类生产实践中产生并不断发展的。在20世纪50年代“刚性”生产模式下，通过大量使用的专用设备而后工装夹具，提高生产效率和加工的自动化程度，进行单一或少品种的大批量生产，以“规模经济”实现降低成本和提高质量的目的。在20世纪70年代主要通过改善生产过程管理来进一步提高产品质量和降低成本。在20世纪80年代，较多地采用数控机床、机器人、柔性制造单元和系统等高技术的集成来满足产品个性话和多样化的要求，以满足社会各消费群体的不同要求。从20世纪90年代开始，机械制造工艺技

8、术向着高精度、高效率、高自动化发展。精密加工精度已经达到亚微米级，而超精密加工已经进入0.01“m级。现代机械产品的特点是多品种、更新快、生产周期短。这就要求整个加工系统及机械制造工艺向着柔性、高效率、自动化方向发展。由于成组技术理论的出现和计算机技术的发展，计算机辅助设计（CAD），计算机辅助工艺设计（CAPP）、计算机辅助制造（CAM）、数控加工技术等在机械制造业中得到了广泛应用，从而大大缩短了机电产品的生产周期，提咼了效率，保证了产品的咼精度、咼质量。1.3本课题研究的主要内容本课题就典型的机床主轴进行系统性的讲述、设计，从中介绍了典型轴类零件加工工艺分析、CA6140主轴加工工艺过程的

9、制订及技术分析、轴的精度检验、轴加工中常出现的质量问题及其解决办法、CA6140主轴加工中的几个工艺问题及相关夹具的设计。机械制造工艺及夹具的设计是以机械制造中的工艺和工装设计问题为研究对象的一门应用性制造技术。研究范围主要是零件的机械加工及加工过程中工件的装夹和产品的装配两个方面，机械制造工艺及夹具课程涉及的行业有百余种，产品品种成千上万，但是研究的工艺问题则可归纳为质量、生产率和经济性三类。保证和提高产品的质量：产品质量包括整台机械的装配精度、使用性能、使用寿命和可靠性，以及零件的加工精度和加工表面质量。近代，由于宇航、精密机械、电子工业和国防工业的需要，对零件的精度和表面质量的要求越来越

10、高，相继出现了各种新工艺新技术，如精密加工、超精密加工和细微加工等，加工精度由1卩m级提高到了0.10.01m级，目前正在向nm（0.001pm）级精度迈进。提高劳动生产率：提高劳动生产率的方法一是提高切削用量，采用高速切削、高速磨削和重磨削。近年来出现的聚晶金刚石和聚晶立方氮化硼等新型刀具材料，其切削速度可达1200m/min,高速磨削的磨削速度达200m/s。重磨削是高效磨削的发展方向，包括大进给、深切进给的强力磨削、荒磨和切断磨削等。二是改进工艺方法、创新工艺。例如，利用锻压设备实现少无切削加工，对高强度、高硬度的难切削材料采用特种加工等。三是提高自动化程度，实现高度自动化。例如，采用数

11、控机床、加工中心、柔性制造单元（FMC）、柔性制造系统（FMS）、计算机集成制造系统（CIMS）和无人化车间或工厂等。成组技术的出现，能解决多品种尤其是中、小批生产中存在的生产效率低的问题，也是企业实现高度自动化的基础。降低成本：要节省和合理选择原材料，研究新材料；合理使用和改进现有设备，研制新的咼效设备等。对上述三类问题要辨证地全面地进行分析。要在满足质量的前提下，不断提高劳动生产率和降低成本。以优质、高效、低耗的工艺去完成零件的加工和产品的装配，这样的工艺才是合理的和先进的工艺。2典型轴类零件加工工艺分析2.1轴类零件的功用、分类和结构特点轴类零件是机器中经常遇到的典型零件之一。轴类零件的

12、功用为支承传动零件（齿轮、皮带轮等）、转动扭矩、承受载荷，以及保证装在主轴上的工件（或刀具）具有一定的回转精度。轴的长径比小于5的称为短轴，大于20的称为细长轴，大多数轴介于两者之间。轴用轴承支承，与轴承配合的轴段称为轴颈。轴颈是轴的装配基准，它们的精度和表面质量一般要求较高，其技术要求一般根据轴的主要功用和工作条件制定，通常有以下几项：尺寸精度起支承作用的轴颈为了确定轴的位置，通常对其尺寸精度要求较高（IT5IT7）。装配传动件的轴颈尺寸精度一般要求较低（IT6IT9）。几何形状精度轴类零件的几何形状精度主要是指轴颈、外锥面、莫氏锥孔等的圆度、圆柱度等，一般应将其公差限制在尺寸公差范围内。对

13、精度要求较高的内外圆表面，应在图纸上标注其允许偏差。相互位置精度轴类零件的位置精度要求主要是由轴在机械中的位置和功用决定的。通常应保证装配传动件的轴颈对支承轴颈的同轴度要求，否则会影响传动件（齿轮等）的传动精度，并产生噪声。普通精度的轴，其配合轴段对支承轴颈的径向跳动一般为0.010.03mm，高精度轴（如主轴）通常为0.0010.005mm。表面粗糙度一般与传动件相配合的轴径表面粗糙度为Ra2.50.63m，与轴承相配合的支承轴径的表面粗糙度为Ra0.630.16m。轴类零件按其结构形状的特点，可分为光滑轴、阶梯轴、空心轴和异形轴（包括曲轴、凸轮和偏心轴等）四类。若按轴的长度和直径的比例来分

14、，又可分为刚性轴（L/dW12）和挠性轴（L/d12）两类。本课题所设计的轴为CA6140车床主轴，该轴既是阶梯轴又是空心轴，并且是长径比小于12的刚性轴。根据其结构和精度要求，在加工过程中对这种轴的定位基准面选择、深孔加工和热处理变形等方面，为加工技术难点。2.2轴类零件典型工艺路线对于7级精度、表面粗糙度RaO.80.4m的一般传动轴，其典型工艺路线是：正火一车端面钻中心孔一粗车各表面一精车各表面一铣花键、键槽一热处理一修研中心孔一粗磨外圆一精磨外圆一检验。对于空心轴（如本课题设计的主轴），为了能使用顶尖孔定位，一般均采用带顶尖孔的锥套心轴或锥堵。若外圆和锥孔需反复多次、互为基准进行加工，

15、则在重装锥堵或心轴时，必须按外圆找正或重新修磨中心孔。轴上的花键、键槽等次要表面的加工，一般安排在外圆精车之后，磨削之前进行。因为如果在精车之前就铣出键槽，在精车时由于断续切削而易产生振动，影响加工质量，又容易损坏刀具，也难以控制键槽的尺寸。但也不应安排在外圆精磨之后进行，以免破坏外圆表面的加工精度和表面质量。3主轴加工工艺过程的制订31概述车床主轴是代表性零件之一，加工难度较大，工艺路线较长，涉及轴类零件加工的许多基本工艺问题。下面对本课题CA6140主轴技术条件的分析和工艺过程的讨论，来说明轴类零件加工的技术条件。3.2主轴加工工艺过程制订的依据主轴加工工艺过程制订的依据是主轴的结构技术要

16、求、生产批量和设备条件等。从CA6140车床主轴的加工，可以知道：主轴的技术要求，如主轴两个支承轴颈的本身精度、表面粗糙度和同轴度，主轴前端内、外锥面与主轴颈的同轴度要求都较高。因此必须正确选择定位基准；工序按粗精加工分开；并合理安排工序。主轴是一种多阶梯的空心轴，而主轴毛坯又往往是实心锻件，因此需要从外圆和中心切去大量的金属，进行深孔加工。对于结构不同和技术条件不同的轴类零件，其加工工艺过程是不同的；即使是同一种轴，其批量不同，或所选的材料不同。或者生产条件不同，其加工工艺过程也是不同的，尤其是批量的大小，对加工工艺过程的影响更为显著。3.3CA6140主轴加工工艺过程CA6140主轴零件图

17、（见附件图纸1）。批量：大批；材料：45钢；毛坯：模锻件。其工艺过程（见附件工艺卡）。这类属于大批生产规模而又工序分散的主轴加工工艺过程，概括为下列三个阶段：粗加工阶段毛坯处理毛坯备料、锻造和正火（工序05）。粗加工锯去多余部分、铣端面打中心孔和荒车外圆等（工序814）。这阶段的主要目的是：用大的切削用量切除大部分余量，把毛坯加工至接近工件的最终形状和尺寸，只留下小量的加工余量。通过这阶段还可即使发现锻件裂缝等缺陷，作出相应措施。半精加工阶段半精加工前热处理对于45钢一般采用调质处理以达到HBS235（工序17）。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2040）。这个阶

18、段的主要目的是：为精加工作好准备、尤其是为精加工作好基面准备。对一些要求不高的表面，在这个阶段达到图纸规定的要求。精加工阶段精加工前热处理局部高频淬火（工序42）精加工前各种加工粗磨工艺锥面（定位锥孔）、粗磨外圆、铣键槽和花键槽，以及车螺纹等（工序4563）。精加工精磨外圆和内、外锥面一保证主轴最重要表面的精度（工序6575）。这阶段的目的是：把各表面都加工到图纸规定的要求。4主轴技术条件的分析4.1概述主轴的技术条件是根据主轴的功用和工作条件制定的。而技术条件中各项精度又是以支承在轴承孔中的前后两个轴颈为基准来确定的。本次设计以CA6140主轴技术条件进行分析。4.2支承轴颈的技术要求主轴两

19、支承轴颈A、B的圆度公差0.005mm，径向圆跳动公差0.005mm，两支承轴颈的1：12锥面接触率$70%，表面光洁度Ra0.4,支承轴颈直径按IT5级精度制造。机床主轴外圆的圆度要求，对于一般精度的机床，通常不超过尺寸公差的50%,对于提高精度的机床，则不超过25%，对于高精度的机床，则应在510%之间。主轴支承轴颈的径向跳动将产生主轴的同轴度误差，以此主轴加工工件就会影响工件的加工精度，所以有必要加以严格控制。4.3锥孔的技术要求主轴锥孔（莫氏6号）对支承轴颈A、B的跳动，近轴端允差0.005mm，离轴端300mm处允差0.01mm，锥面的接触率$70%，表面光洁度Ra0.4，硬度要求H

20、RC48。主轴锥孔是用来安装顶尖或工具锥柄的，其轴心线要与两个支承轴颈的轴心线尽量重合，否则将影响机床精度，会使工件产生同轴度等误差。4.4短锥的技术要求短锥C对主轴支承轴颈A、B的径向圆跳动公差0.008mm，端面D对轴颈A、B的端面跳动公差0.008mm，锥面及端面的粗糙度均为Ra0.8。这些要求是为了保证安装卡盘时能够很好定位，只要这短圆锥锥面能与支承轴颈同轴，端面与回转轴线垂直，就能提高卡盘的定心精度。4.5空套齿轮轴颈的技术要求空套齿轮的轴颈对支承轴颈A、B的径向跳动公差为0.015mm。这是由于这些轴颈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，否则会引起主轴传动齿轮传动

21、啮合不良，当主轴转速很高时，还会影响齿轮传动的平稳性并产生噪音；加工工件时，也会在工件外圆表面产生重复出现的振纹，尤其在精加工时，这种缺陷更为明显。4.6螺纹的技术要求普通螺纹精度中等级。这是用于限制与之配合的压紧螺母的端面圆跳动所必须的要求。因为，如果压紧螺母端面圆跳动过大时，则在压紧滚动轴承的过程中，会造成轴承内环轴心线的倾斜。由于轴承内环是与主轴支承轴颈配合的，这就引起主轴的径向跳动。实践证明，当压紧螺母端面圆跳动$0.05mm时，对主轴径向跳动的影响就很显著。引起压紧螺母端面震摆的原因有两个：一是螺母本身制造精度低，例如螺母端面与螺纹轴心线不垂直；另一原因是主轴上的螺纹表面轴心线与支承

22、轴颈的轴心线不重合，因此在加工主轴螺纹时，必须控制螺纹表面轴心线与支承轴颈轴心线的同轴度，一般规定不超过0.025mm。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、支承轴颈与其他表面的相互位置精度和表面光洁度，则是主轴加工的关键。5主轴加工工艺过程分析5.1概述从上面介绍的主轴加工工艺过程中，可以看出，主轴加工常分粗车，半精车、粗精磨三个阶段。而且每阶段之间常插入热处理工序：又在磨削之前常需修研顶尖孔/精度要求越高的主轴，磨的次数越多，修研顶尖孔的次数越多。这些特点

23、，贯穿于轴类零件整个加工过程之中，其原因在于轴件本身的尺寸和几何形状精度以及这些表面之间的同轴度（或径向跳动）和端面垂直度（决定轴向窜动程度）要求较高。这些精度要求（指标），不但取决于轴件的加工精度，而且也取决于轴件加工后的尺寸精度稳定性，前者与加工的定位精度及所用的加工方法有关，后者与选用的材料及热处理方法有关。从这个角度出发，现在重点分析制订主轴工艺过程所要考虑的几个问题。5.2主轴毛坯的制造方法毛坯制造方法主要与使用要求和生产类型有关。毛坯形式有棒料与锻件两种。在单件小批生产中，轴类零件的毛坯往往使用热扎棒料，这尤其适合于那些光滑轴和外圆直径相差不大的阶梯轴。单件小批生产的阶梯轴一般采用

24、自由锻，在大批大量生产时则采用模锻。本课题CA6140车床主轴为大批量生产，所以毛坯的制造方法采用模锻制造。5.3毛坯的材料和热处理CA6140车床主轴是传递动力的零件，它应有良好的机械强度和刚度，而其工作表面又应有良好的耐磨性，因此要选用适当的钢材；为了使加工后有良好的尺寸精度稳定性，因而又要求有合适的热处理过程。45钢，这是常用的主轴材料，在调质处理（T235）之后，在经局部高频淬火，可以使局部硬度达到HRC6265,在经过适当的回火处理，可以降到需要的硬度（例如本课题CA6140主轴规定为HRC52）。一般机床的主轴均可用45钢，因为它的机械性能（强度、韧性和局部表面硬度等）能满足设计的

25、要求。然而45钢的淬透性比较差（与合金钢比较而言），需要比较强的淬火剂，淬火后的变形比较大。加上加工后的尺寸精度性较差，在长期使用后会出现微量的尺寸变化，对于高精度的机床主轴就有可能超差。由此可见，主轴质量除与所选钢材种类有关外，还与毛坯热处理有关，一般各种毛坯在机械加工之前，均需进行正火（或退火）处理，以使钢材的晶粒细化（或球化），消除锻造（或轧制）后的内应力，并可降低毛坯的硬度，以利切削的进行。本课题CA6140主轴用的45钢便规定在精锻后进行正火处理。凡要求局部高频淬火的主轴，要在前道工序中安排调质处理（有的钢材则用正火）。当毛坯余量较大时（如锻件），调质放在粗车之后，半精车之前，以便因

26、粗车产生的内应力得以在调质时消除：毛坯余量较小时（如棒料），调质可放在粗车（相当于锻件的半精车）之前进行。高频淬火处理一般放在半精车之后，由于主轴只需要局部淬硬，故精度有一定要求而不需淬硬部分的加工，如车螺纹，铣键槽等有一定位置要求的工序，均安排在局部淬火和粗磨之后，这是因为局部淬火的变形虽然不大，但总有一些变形，故车螺纹、铣键槽等有一定位置要求的工序，要安排在粗磨之后进行，以消除淬火变形，对于精度较高的主轴（如M1432A砂轮轴），在局部淬火及粗磨之后还需低温时效处理（160C油中浸较长时间），低温时效不降低已获得的精度和机械性能，但能消除磨削加工中所引起的内应力以及淬火过程中所产生的应力和

27、残余奥氏体，从而使主轴的金相组织和应力状态保持稳定（由于奥氏体在使用过程中会逐步转变为马氏体，是主轴产生微量膨胀变形，影响主轴的尺寸精度）。在此之后再进行主轴的精加工。主轴精度要求越高，则对材料及热处理要求越高，热处理次数也越多。本课题CA6140主轴采用45钢经过正火、调质和局部高频淬火后变能满足要求，而无需在采用更高的钢材，并且免去了低温时效的工序。5.4定位基准的选择轴件加工中，为了保证各主要表面的相互位置精度，选择定位基准时应尽可能使其与装配基准重合和使各工序的基准统一，并且考虑在一次安装中尽可能加工出较多的表面。轴类零件加工的精度指标是各段外圆的同轴度以及锥孔和外圆的同轴度。CA61

28、40主轴的装配基准主要是前后两个支承轴径面，为了保证卡盘定位面以及前锥孔与支承轴颈面有较高的同轴度，应以加工好的支承轴颈为定位基准来终磨锥孔和卡盘定位面，这就能符合基准重合的原则。但是为了避免支承轴颈被拉毛或损伤，并考虑到支承轴颈带有锥度，不便于夹具制造等因素，在实际生产中也有不选用支承轴颈作为定位基准，而是同和它靠近的圆柱轴颈作为定位基准的。CA6140的主轴毛坯是实心的，但最后要加工成空心轴，从选择定位基准面的角度来考虑，希望采用顶尖孔来定位，而把深入加工工序安排在最后；但深孔加工是粗加工工序，要切除大量金属，会引起主轴变形而影响加工质量，所以只好在粗车外圆之后就把深孔加工出来。在成批生产

29、中深孔加工之后，为了还能用顶尖孔作定位基准面，可考虑在轴的通孔两端加工出工艺锥面，插上两个带顶尖孔的锥堵或带锥堵的心轴来安装工作。为了保证支承轴颈与主轴内锥面的同轴度要求，在选择精基准面时，要根据互为基准的原则。本课题中CA6140主轴在车小端1：20锥孔和大端莫氏6号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面为定位基准面（直接用前支承轴颈作为定位基准面当然更好，但由于这轴颈有锥度，在制造拖架时会增加困难）；在工序45精车各外圆包括两个支承轴颈的1：12锥度时，既是以上述前后锥孔内所配锥堵的顶尖孔为定位基准面；在工序50粗磨莫氏6号内锥孔时，又以两个圆柱面为定位基准面，这就

30、是符合互为基准原则的基准转换，由于定位基准面的精度比上工序有所提高，故这工序的定位误差有所减小；在工序63和65中，粗精磨两个支承轴颈的1：12锥度时，再次以粗磨的锥孔所配锥堵的顶尖孔为定位基准，这就是在次转换，定位精度比前又有所提高；在工序68中，最后精磨莫氏6号锥孔时，直接以精磨后的前支承轴颈和另一圆柱面为定位基准面，这又再一次转换,提咼了定位精度，这些转换过程是提咼的过程，使精加工前有精度较咼的精基面，这完全符合互为基准的原则。转换次数的多少，要根据加工精度要求而定。根据上述分析可知，本课题CA6140的空心主轴，除顶尖孔外还有轴颈外圆表面并且两者交替使用，互为基准。5.5加工阶段的划分

31、由于主轴的精度要求高，并且在加工过程中要切除大量金属，因此，将主轴的加工过程根据粗、精加工分开原则来划分阶段，极为必要。这是由于加工过程中热处理、切削力、切削热、加紧力等对工件产生较大的加工误差和应力，为了消除前一道工序的加工误差和应力，需要进行另一次新加工，不过这一次加工所带来的误差和应力总是要比前一次为小。因此，加工次数增多以后，精度便逐渐提高。精度要求越高加工次数越多。由于粗加工之前，毛坯余量较大，而且余量往往不均（如锻件的外形与加工后的形状相差较大且不均匀），因而在粗加工中需用大的切削力，并常常因此产生大量切削热，使主轴在加工中产生受力变形和热变形，而出现形状误差（如圆柱度误差）及大的

32、加工应力。故粗加工之后要进行半精加工（如半精车、精车等），这也是锻件毛坯要比棒料毛坯多车一次的原因。此后即使不插入热处理工序，也还需要进行一些精加工，以提高精度，何况为了改善主轴的机械性能（如增加表面硬度），往往在半精加工（半精车或精车）之后进行淬火处理，因而又需进一步进行一系列的精加工（如磨削等）。后一次加工所带来的切削力和热量，均比前一次为小（因其余量逐渐减小），因而出现的误差和应力亦随之减小，这就是进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装中完成，而应当把粗、精加工分别为两个工序或者在不同的机床上进行，最好粗、精加工间隔一些时间（一天或几天），让上道工序加工的内应力逐渐

33、消失（自然时效）。5.6加工顺序的安排和工序的确定具有空心和内锥特点的轴类零件，在考虑支承轴颈、一般轴颈和内锥等主要表面的加工顺序时，可有以下几种方案：外表面粗加工一钻深孔一外表面精加工锥孔粗加工锥孔精加工;外表面粗加工钻深孔一锥孔粗加工锥孔精加工外表面精加工;外表面粗加工一钻深孔一锥孔粗加工外表面精加工锥孔精加工；针对CA6140车床主轴的加工顺序来说，可作这样的分析比较：第一方案：在锥孔粗加工时，由于要用已精工过外圆表面作精基准面，会破坏外圆精度和表面粗糙度，所以此方案不宜采用。第二方案：在精加工外圆表面时，还要再插上锥堵，这样会破坏锥孔精度。另外，在加工锥孔时不可避免地会有加工误差（锥孔

34、的磨削条件比外圆磨削条件差），加上锥堵本身的误差等就会造成外圆表面和内锥面的不同轴，故此方案也不宜采用。第三方案：在锥孔精加工时，虽然也要用已精加工过的外圆表面作为精基准面,但由于锥面精加工的加工余量已很小，磨削力不大；同时锥孔的精加工已处于轴加工的最终阶段，对外圆表面的精度影响不大；加上这一方案的加工顺序，可以采用外圆表面和锥面互为基准，交替使用，能逐渐提高同轴度。经过这一比较可知，CA6140主轴的轴件加工顺序，以第三方案为佳。通过方案的分析比较也可看出，轴类零件各表面先后加工顺序，在很大程度上与定位基准的转换有关。本课题CA6140主轴工艺过程，一开始就铣端面打中心孔，这是为粗车和半精车

35、外圆准备定位基准；半精车外圆又为深孔、加工准备了定位基准；半精车外圆也为前后的锥孔加工贮备了定位基准。反过来，前后锥孔装上锥堵后的顶尖孔，又为此后的半精加工和精加工外圆准备了定位基准；而最后磨锥孔的定位基准则又是上工序磨好的轴颈表面。为了保证主轴支承轴颈与大头端面及短锥间的相互位置精度，在最后加工时应在一次安装中磨出这些表面。检验工序是保证质量，防止废品的重要措施。检验工序一般安排在各加工阶段的前后、重要工序的前后和花费工时较多的工序前后，总检验则放在最后。6主轴加工中的关键工艺6.1锥堵和锥堵心轴的使用对于空心的轴类零件，在深孔加工后，为了尽可能使各工序的定位基准面统一般都采用锥堵（闷头）或

36、锥堵心轴的顶尖孔作为定位基准。当锥度较大时，就用带锥度的拉杆心轴，当主轴锥孔的锥度比较小时，就常用锥堵，本课题CA6140主轴的锥孔分别为1：20和莫氏6号，锥度较小故选用锥堵。如图6-1所示。.4-.4使用锥堵或锥堵心轴时的注意点:图6-2锥堵V一般不中途更换锥堵或锥堵心轴，也不-要将同一锥堵或锥堵心轴卸下后再重新装上，因为不管锥堵或锥堵心轴的制造精图6-1锥堵山一度怎样高，其锥面和顶尖也会有程度不等的不同轴度误差，因此，必然会引起加工后的主轴外圆表面与锥孔之间的同轴度误差。如果在中途更换或卸下后再装上，就会在上述误差的基础上又增加了新的同轴度误差，使加工精度降低，特别在精加工时这种影响就更

37、为明显。用锥堵心轴时，两个锥堵的锥面要求同轴线，否则拧紧螺母后会使工件变形。锥堵心轴结构比较合理，其特点是右端锥堵与拉杆心轴是一体的，其锥面与顶尖孔的同轴度较好，而左端有个球面垫圈，拧紧螺母时，能保证左端锥堵与锥孔配合良好，使锥堵的锥面和工件的锥孔以及拉杆心轴上的顶尖孔，三者有较好的同轴度。装配锥堵或锥堵心轴时，不能用力过大，特别是对壁厚较薄的轴类零件，如果用力过大，会引起轴件变形，使加工后出现圆度误差等。为防止这种变形，使用塑料或尼龙制的锥堵心轴有良好效果。6.2顶尖孔的研磨对于实心轴或锥堵上的顶尖孔，因为要承受工件的重量和切削力的作用，而常会磨损；并且工件在热处理时，顶尖孔也会随之变形。因

38、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。研磨顶尖孔的方法，常用的有以下几种：用铸铁顶尖研磨。用油石或橡胶砂轮研磨。研磨时先将圆柱形油石或橡胶砂轮夹在车床的卡盘上，用装在刀架上的金刚石将油石或橡胶砂轮前端修整成顶图6-2用油石研磨顶尖孔尖形状（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间（图6-2）,在加上少量润滑油（柴油或轻机油），然后开动车床使油石或橡胶砂轮转动，进行研磨。研磨过程中，用手把持工件并使它连续而缓慢地转动。用中心孔磨床磨削。中心孔磨床的磨头结构原理如图6-3所示。磨头机构要求砂轮主轴具有三种运动：主切削运动；行星运动；往复运动：1-砂

39、轮主轴；2-凸轮轴及皮带轮；3-斜导轨皮带轮及套轴；4-外斜导轨;1内斜导轨；杠杆；7-主轴套；8-砂轮；9-工件图6-3中心孔磨头简图砂轮磨料采用白刚玉或铬钢玉；硬度中软（ZR2）;粒度则要依顶尖孔的表面粗糙度和生产率来选择，中心孔表面粗糙度能达到Ra0.2,以这种中心孔定位磨削轴件外圆，其外圆圆度误差可以减少到0.0008mm,并且有较高的生产率，适与批量生产。据以上各方法分析比较针对本课题CA6140车床主轴整体结构及工装要求中心孔的研磨则采用这种磨削方法。6.3组合磨削组合磨削或称多片砂轮磨削，是利用增大磨削面积以提高磨削效率的一种有效措施。一台磨床上安装几片砂轮（有多达10片以上的）

40、，可以同时加工零件的几个表面，在汽车、拖拉机制造业中用来加工曲轴、凸轮轴等甚为普遍，机床制造业亦常应用。它的优点除了提高生产率外，相对地还能减少磨床数量，减少机床占地面积，节省劳动力，并能保证工件有较好的同轴度。本课题CA6140主轴的前后轴颈锥面、短锥面和前端的精加工，均采用组合磨削的方法，如图6-4所示。工位I工位II图6-4CA6140主轴的组合磨削磨削的方法：先粗磨前后轴颈锥面，磨完后进行砂轮精细修整；分两种工位进行精磨，第I工位精磨前后轴颈锥面，完成后，工作台带着主轴移到第II共位，用设计图纸规定的角度成型砂轮，先后磨削主轴前端支承面和短锥面。采用组合磨削时，由于是磨削锥轴颈，并且前

41、后两锥轴颈是同时进行的，因此有较大磨削力和轴向推力，所以改装或设计组合磨床时，要注意增强机床的刚度。此外，砂轮修整质量直接影响主轴表面的加工质量，因此也要很好解决修整砂轮的问题。6.4深孔加工一般孔的深度与孔径之比L/d5就算深孔。各种枪孔，炮孔是典型的深孔。CA6140主轴内孔L/d18，属深孔加工。深孔加工要比一般的孔加工困难和复杂些因为孔的深度增大以后，刀杆较长,刀具钢度变差，容易引起振动和钻偏孔；其次是刀刃在工件深处进行切削。冷却液不易注入切削区，散热条件差，使刀具很快磨损;加上切削难于排出,容易堵塞而无法连续加工。因此为了保证精度和提高生产率,必须根据这些工艺特点合理地选择深孔加工的

42、方式,并解决刀具的引导、切屑排出和钻头冷却润滑等问题。加工方式加工深孔时，工件和刀具的相对运动有三种：工件不动，刀具转动并轴向进给。这时如果刀具的回转轴线对工件的轴线有偏移或倾斜，则加工出的孔的轴线必然是偏移或倾斜的。工件转动，同时刀具转动并送进。由于工件与刀具的回转方向相反所以相对切削速度大，生产率高,加工出来的孔的精度也较高。但对机床和刀杆的刚度要求较高，机床的结构也较复杂,因此应用不很广泛。工件转动,刀具作轴向送进运动。这种方式钻出的孔轴线与工件的回转轴线能达到一致。如果钻头偏斜,则钻出的孔有锥度；如果钻头轴线与工件回转轴线在空间斜交,则钻出的孔的轴向截面是双曲线，但不论如何,孔的轴线与

43、工件的回转轴线仍是一致的,故轴的深孔加工多采用这种方式。据上分析CA6140主轴深孔加工采用最后一种方法并在深孔钻床上实现。深孔加工的冷却与排屑在批量生产中，深孔加工常用专门的深孔钻床和专用刀具，以保证质量和生产率。直径在50mm以下的孔大都采用深孔钻。深孔钻有单刃和双刃的。这些刀具的冷却与切屑的方法有两种：内冷却外排屑法外冷却内排屑法如图6-5所示，冷却液从钻头外部输入，从钻头内部排出。有一定压力的冷却液沿箭头指示方向经刀杆与孔壁之间的通道进入切削区,起到冷却润滑作用，然后经钻7-内钻管；？-外钻管头和刀杆的内孔带着大量切削排出。以上两种冷却与排屑的方法，均要求冷却液具有足够的压力和流量,一

44、保证切屑能顺利地排除并保持钻头良好的冷却和润滑。在加工直径为4060mm的孔时，一般保持冷却液压力24MPa,；流量200400L/min较为合适。深孔喷射钻加工喷射钻适用于加工屮2065mm的深孔，长径比能达100,比一般外冷却内排屑钻头有更高的效率，同时可获得较好的加工表面质量，是一种新型的孔加工刀具。喷射钻的主要组成部分是钻头、外钻管和内钻管（图6-6）。钻头通过方牙螺纹拧在外钻管的一端。据以上各方法分析比较，根据CA6140主轴整体尺寸较大，装夹定位难以保障精度的要求，且为批量生产等因素，因此采用深孔钻床（工件转动，刀具作轴向送进运动）来完成屮48深孔的钻削。6.5主轴锥孔加工主轴前端

45、锥孔和主轴支承轴颈及主轴前端短锥的同轴度要求高，因此磨削主轴的前端锥孔，成为机床主轴加工的关键工序。本课题CA6140主轴前端锥孔，以支承轴颈作为定位基准，有以下三种安装方式:将前支承轴颈安装在中心架上，后轴颈夹在磨床床头的卡盘内，磨削前严格校正两支承轴颈，前端可调整中心架，后端在卡爪和轴颈之间垫薄纸片来调整。将前后支承轴颈分别装在两个中心架上，用千分表校正好中心架位置。工件通过弹性连轴节或万向接头与磨床床头主轴连接。这种方式可以保证主轴轴颈的定位精度，而又不受磨床床头误差的影响，但调整中心架仍费时，质量也不稳定，一般只在生产规模不大时采用。成批生产时大都采用专用夹具进行加工，图6-7为磨主轴

46、锥孔的一种夹具,夹具是由底座、支承架及浮动卡头三部分组成。21钢球；弹簧；灵硬质合金；4-弹性套；二支承架；。底座图6-7磨主轴锥孔夹具前后两个支承架与底座连成一体。作为工件定位的V形块镶有硬质合金，以提高耐磨性(有的把其中一个元件作为锥轴瓦，以便与主轴上的锥轴颈配合)，工件的中心高应调整到正好等于磨头砂轮轴的中心高。后端的浮动卡头装在磨床主轴的锥孔内，工件尾端插于弹性套内。用弹簧把浮动卡头外壳连同工件向后拉，通过钢球压向镶有硬质合金的锥柄端面，这样依靠压缩弹簧的张力就限制了工件的轴向窜动。采用这种联接方式，可以保证主轴支承轴颈的定位精度不受磨床床头误差的影响，也可减小机床本身的振动对加工质量

47、的影响。这种夹具加工精度能达到锥孔对支承轴颈的径向圆跳动为300：(0.0030.005),表面粗糙度为Ra0.32,接触面在80%以上，不仅加工质量好，而且提高了生产率。本课题CA6140主轴为成批生产，且对锥孔精度要求较高，因此采用第三种安装方法。7轴的精度检验7.1概述轴类零件在加工过程中和加工完了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、表面硬度、表面几何形状精度、尺寸精度和相互位置精度。轴类零件的精度检验常按一定的顺序进彳丁。一般检验和程序为：先检验表面几何形状精度，然后检验尺寸精度，最后检验各表面间的相互位置精度。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

48、。7.2几何形状精度检验圆度的检验，一般用千分卡尺按照测量直径的方法,测出轴的同一横截面内最大直径与最小直径之差，其差值就是圆度。精度高的则要用比较仪检验。圆柱度（包括圆锥度、鼓形度和鞍形度误差等）的检验，同样可用千分卡尺测出同一轴向剖面内最大与最小直径之差来决定。圆锥度通过测量工件两端截面上的直径来检验，其最大直径和最小直径之差就是误差值。弯曲度可以把工件放在平板上用千分表检验工件转动一周，千分表读数最大变动量就是弯曲度误差值。7.3尺寸精度检验大批大量生产中，为了减少精密量具的损耗、缩短检验时间则采用界限卡尺规检验轴的直径。轴类零件在加工过程中还应用主动测量装置进行主动测量。图7-1为主动

49、测量装置的一种类型的简图。整个测量装置在水平方向精确定位。上测量臂1能根据被测工件尺寸进行调整。下测量臂2随着工件尺寸的变转动，传感器4便反映出工件尺7-上测量臂；乙下测量臂；几餃链；传感器；5一工件化绕铰链（一般是片簧铰链）3寸的变化。传感器的种类很多，如电容传感器、电感传感器以及高压气动量仪等它们都能达到很高的测量精度，并且这种类型的测量装置受工艺系统的受力变形、热变形和振动的影响较小，能测量IT5级精度的轴，同时测量装置进出方便，易实现机床自动化。7.4相互位置精度检验检查相互位置精度时，一般是用两支承轴颈作为测量基准面，这样可使测量基准和装配基准以及设计基准都重合，而避免因基准不重合而

50、引起的度量误差。为了图7-2支承轴颈同轴度的检验检验前后支承轴颈对公共基准的同轴度误差，采用如图7-2所示的方法，把轴的两端顶尖孔（相当于轴线）或两个工艺孔锥堵顶尖孔作为定位基分别装千分表1和2,然后慢慢转动轴。在转动过程中，观察千分表1和2的偏摆,准，在支承轴颈上方从旋转的一圈中分别读出表1和2的读数，这两个读数分别代表了这两个支承轴颈相对于轴线的径向圆跳动。径向圆跳动综合反映了轴的同轴度误差和圆度误差等,如果几何形状误差很小，而可以不考虑其影响，则上述表1和表2的读数值的一半即分别为这两个支承轴颈相对于轴线的同轴度误差。轴的其它表面对支承轴颈的相互位置检查采用下列方法：将轴的两支承轴颈放在

51、同一平板上的两个V形块上，并在轴的一端用挡铁、钢球和工艺堵锥挡住，限制其轴向移动，如图7-3所示,其中一个V形块的高度是可以调整的，测量时先用千分表1、2调整轴的中心线使其与测量平板平行。平板要有一定角度的倾斜（通常为15），使工件靠自重压向钢球而紧密接触。对于本课题CA6140主轴，因为是空心阶梯轴，所以要在轴的前锥孔中插入验棒，锥孔近端面的表8用于检查锥孔对支承轴颈的同轴度,300mm处的表9是检查锥孔轴心线对支承轴颈轴心线的不平行度之用。测量时，均匀地转动轴，分别以千分表3、4、5、6、7、8、9测量各轴颈及锥孔中心相对于支承轴颈的径向跳动，千分表11、12和13分别检查端面F、E和D的

52、端面跳动，千分表10用于测量轴的轴向窜动。前端锥孔的形状和尺寸精度，应以专用锥度量规检验，并以涂色法检查锥孔表面的接触情况。这项精度应在相互位置精度的检查之前进行。8轴加工中常出现的质量问题及其解决办法8.1概述对工件进行精度检验，不仅可以确定工件的加工质量是否能满足设计或使用上的要求，而且可以发现影响加工质量的关键所在，以便在误差分析的基础上采取有效措施以提高加工质量。8.2CA6140主轴锥孔加工的质量分析CA6140机床主轴的锥孔对支承轴颈的径向跳动，是机床的主要精度指标之一，它主要和定位基准面的选择有关。机床主轴锥孔加工中的一个突出的质量问题是加工出的锥面接触精度不高，因而影响工具锥柄

53、的锁紧和顶尖的定位精度。其原因：素线不直一种情况是两端成喇叭口。产生这种误差的原因，主要是砂轮在孔的两端伸出距离太长（一般不应超过砂轮宽度的1/3）。由于砂轮相对于工件作纵向进给运动，当磨杆刚度差时，在Py力作用下，磨杆会弯曲变形而让刀，此时磨出的孔径比理论值小；但砂轮在锥孔两端位置磨削时，由于接触面积减小（砂轮宽度有1/3或更多未参与磨削），砂轮轴的弹性变形有所恢复而多磨去一些，使两端孔径逐渐变大而形成喇叭口。此外工作台在换向时的短暂停留，使两端磨削时间增多，使工件内孔两端多磨掉一些金属，也会形成喇叭口。另一种情况是锥孔母线呈双曲线形状，产生这种误差的原因是砂轮的旋转轴线和工件旋转轴线不等高

54、。不等值h不论高于或低于工件轴心线都会造成双曲线形状误差。H值越大，误差也越大。在实际生产中夹具前后支承没有调整到使工件轴线和砂轮轴线在等高平面内时，就会产生这种情况。Ct：Zr图8-1双曲线误差、7一丿耳f其中要证明这种误差是双曲线形状，可参看图8-1。我们知道，锥孔与通过其轴心线(x轴)的平面相截的交线是两条直线(母线)。在主轴锥孔专用磨床上磨削锥孔时，工件轴线相对于砂轮轴线要偏转一个等于工件圆锥斜角a的角度，并保持与锥孔轴线在同一水平面内(图中虚线所示为正确位置)，设锥孔小端半径为R,大端半径为R2,砂轮外圆与锥孔母线接触点沿纵向进给方向上的移动轨迹应当是一条直线，其方程为：y=(tga

55、)x+Ri=x/k+Ri(8-1)K=1/tga时，将使磨削深度比原来的深一些。另外，砂轮中心提高的h，虽然在整个纵向进给行程上一直保持不变，但砂轮外圆与内锥孔的接触点并不能保持在同一水平面内，而是随着锥孔半径的变化而变化。设图中所示的M点为砂轮在任意纵向位置x处与内锥孔的瞬时接触点，P和M的坐标分别为(X、y)，(X、Y)，x=X0因为P(x、y)点在直线y=x/K+R1上，而M点是一个切点，它必然位于锥孔中心01和砂轮中心C的连线上(O、q、C2、M在同一截面上)，故TOC o 1-5 h z(0訓乂訓)2=(0P-02P)2+(CC2)2(8-2)由于0訓=0訓，=Y，因此式8-2可列为

56、：(Y-r)2=(y-r)2+h2(8-3)式中r为砂轮半径。将式8-1代入8-3并以X代替x(X=x)，整理后得(Y-r)2/h2-X+K(R1-r)2/h2K2=1*(8-4)这方程的图形是以-K(R-r)，r为中心的双曲线。因此，工件锥孔的母线呈双曲线，而不是直线。这样磨削出的工件内锥面将为旋转双曲面。所以工件安装时,要保证工件中心与砂轮中心等高，一般偏差不大于0.01mm，根据要求,有的在0.005mm以内。此外，机床导轨的直线度也会直接影响工件锥孔母线的直线度。圆度误差工件内孔出现圆度误差，主要由于作为基准面的支承轴颈本身就有圆度误差；或者是由于夹具的滑动轴承调整过松以及装夹不正确等

57、造成的。此外，如果工件与机床主轴不是浮动连接的话，则机床主轴轴颈的圆度误差也将是影响因素之一。为了提高锥孔磨削加工精度，通常在工艺上采取的措施是：提高砂轮速度，选择小直径砂轮（使接触面减小以避免烧伤），将砂轮长度改短并打圆角，选用6080#粒度和ZR或ZR2中软硬度的砂轮等，磨削用量也要选择合适。工件已生产喇叭口误差时，可以试用多次光磨行程来消除。为了保证锥孔质量，对内圆磨头应有较高的要求，其径向跳动对粗糙度有影响,不应超过0.003mm；轴向窜动对锥孔的接触精度破坏极大，应限制在0.0010.002血或以下；润滑油不宜过多，以浸没轴承1/3为限，否则主轴高速运转时的阻尼增大，将使温度升高，严

58、重的热变形可导致主轴弯曲；若采用巴氏合金滑动轴承，由于比较容易磨损，要注意油槽被磨损而影响油膜的形成，使回转精度下降；轴承装配间隙尽量要小，但以不引起发热磨损为度；滚动轴承的外圈与壳体的配合常选用可K6的配合以获得轻微的压应力，这对保持机床精度有好处，但不宜取过盈值否则预应力增大，在转动时会使皮带受力端磨头的温度升高。8.3磨削表面缺陷的产生及防止表面波纹图8-2直波形在精密磨削中，常发现加工表面有着一些缺陷，这些缺陷在一般磨削中也同样存在，只不过为粗糙表面所掩盖，不十分暴露罢了，随着精度的提高和表面粗糙度的减小，在精密磨削过程中，就相对地显得突出起来。因此，分析这些缺陷及原因,对一般磨削也有

59、指导意义。这些缺陷主要是：表面波纹或称做多棱形或多角形，在外圆、内孔、平面、螺旋面和齿面的磨削过程中都会出现。如图8-2所示，磨过的工件的横截面周边呈近似于正弦的波形。从工件的外表看去，可见一条条明暗交错的条纹，明处为波峰暗处为波谷。表面波纹峰峰值是指相邻波峰和波谷的半径之差，其数值通过测量确定，评定时用平均峰峰值H平。H平是指在同一横剖面波纹曲线上五个最大峰峰值叫、H2、H3、h4、h5的算术平均值，即H平=1/5（叫+也+%+坷+%）波频与长波的关系如下式：f=ndn/60i（Hz）式中：n工件转速（r/min）；d工件名义直径（mm）；i波长（mm）。i=v/fov为切削速度，f为刀尖相

60、对加工表面振动的频率。表面波纹度目前尚无评定的标准，但其波纹是表面质量缺陷之一，严重时它会影响工件的精度，降低使用性能（如主轴颈出现表面波纹时油膜不容易形成，轴颈磨损加快，从而回转精度）。产生表面波纹的原因主要是：砂轮系统的动不平衡所引起的强迫振动，使工件外圆表面产生一种与档轮转速一致的低频直波形。工件-砂轮-顶尖系统的自激振动。当系统刚性差时，振幅就增大，产生的波幅也大。当纵、横进给量增大，工件转速提高，档轮变钝，砂轮磨粒较粗，砂轮硬度与工件材料不相适应等，都会使Py提高，导致工件和档轮之间的摩磨擦力增加，而产生直波形。还有一种情况，工艺系统的自激振动也会使档轮工作面磨损不均匀而形成直波形，