CA6140型卧式车床主轴的加工工艺过程

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（一）CA6140型卧式车床主轴的加工

主运动为回转运动的各种金属切削机床的主轴，是轴类零件中最有代表性的零件。主轴上寻常有内、外圆柱面和圆锥面，以及螺纹、键槽、花键、横向孔、沟槽、凸缘等不同形式的几何表面。主轴的精度要求高，加工难度大，假使对主轴加工中一些重要问题（如基准的选择、工艺路线的拟定等）能做出正确的分析和解决，则其他轴类零件的加工就能迎刃而解。以CA6140型卧式车床主轴为例，分析轴类零件的加工。如图3.1.26所示为CA6140车床主轴简图，其材料为45钢。

图3.1.26CA6140型卧式车床主轴简图

1.主轴的功用及技术要求分析

（1）支承轴颈

主轴的两支承轴颈A，B与相对应的内孔协同，是主轴组件的装配基准，其制造精度将直接影响到主轴组件的旋转精度。当支承轴颈不同轴时，主轴产生径向圆跳动，影响以后车床使用时工件的加工质量，因此，对支承轴颈提出了很高要求。尺寸精度按IT5级制造，两支承轴颈的圆度公差0.005㎜，径向圆跳动公差0.005㎜，表面粗糙度Ra值为0.4μm。

（2）装夹表面

主轴前端锥孔是用于安装顶尖或心轴的莫氏锥孔，其中心线必需与支承轴颈中心线严格同轴，否则会使工作件产生圆度、同轴度误差，主轴锥孔锥面的接触率要大于75%；锥孔对支撑轴颈A，B的圆跳动允差：近轴端为0.005㎜，距轴端300㎜处为0.01㎜，表面粗糙度Ra值为0.4μm。

主轴前端短圆锥面是安装卡盘的定心表面。为了保证卡盘的定心精度，短圆锥面必需与支承轴颈同轴，端面必需与主轴回转中心垂直。短圆锥面对支撑轴颈A，B圆跳动允差为0.008㎜，表面粗糙度Ra值为0.8μm。

（3）螺纹表面

主轴的螺纹表面用于锁紧螺母的协同。当螺纹表面中心线与支承轴颈中心线歪斜时，会引起主轴组件上锁紧螺母的端面跳动，导致滚动轴承内圈中心线倾斜，引起主轴径向跳动，因此，加工主轴上的螺纹表面时，必需控制其中心线与支承轴颈中心线的同轴度。

（4）轴向定位面

主轴轴向定位面与主轴回转轴线要保证垂直，否则会使主轴周期性轴向窜动，影响被加工工件的端面平面度，加工螺纹时则会造成螺距误差。

(5)其他技术要求

为了提高零件的综合力学性能，除以上对各表面的加工要求外，还制订了有关材料选用、热处理等要求。

2.主轴加工工艺分析

（1）定位基准的选择

主轴主要表面的加工顺序，在很大程度上取决于定位基准的选择。轴类零件本身的结构特征和主轴上各主要表面的位置精度要求都决定了以轴线为定位基准是最理想的。这样既基准统一，又使定位基准与设计基准重合。一般多以外圆为粗基准，以轴两端的顶尖孔为精基准。具体选择时还要注意如下：

①各加工表面间相互位置精度要求较高时，最好在一次装夹中完成各个表面的加工。②加工或不能用两端顶尖孔定位（如加工主轴锥孔）时，为提高工件加工时工艺系统的刚度，可只用外圆表面定位或用外圆表面和一端中心孔作定位基准。在加工过程中，应交替使用轴的外圆和一端中心孔作定位基准，以满足相互位置精度要求。

③主轴是带通孔的零件，在通孔钻出后将使原来的顶尖孔消失。为了仍能用顶尖孔定位，一般均采用带有顶尖孔的锥堵或锥套心轴，如图3.1.27所示。当主轴孔的锥度较大（如铣床主轴）时，可用锥套心轴，当主轴锥孔的锥度较小（如CA6140机床主轴）时，可采用锥堵。必需注意使用的锥套心轴和锥堵应具有较高的精度并尽量减少其安装次数。锥堵和锥套心轴上的中心孔既是其本身制造的定位基准，又是主轴外圆精加工的基准，因此，必需保证锥堵或锥套心轴上的锥面与中心孔有较高的同轴度。若为中小批生产，则工件在锥堵上安装后一般中途不更换。若外圆和锥孔需反复屡屡互为基准进行加工，则在重装锥堵或心轴时，必需按外圆找正，或重新修磨中心孔。

a)锥堵b)锥套心轴

图3.1.27锥堵与锥套心轴

从以上分析来看，如表格3.1.8所示的主轴加工工艺过程中选择定位基准正是这样考虑安排的。工艺过程一开始就以外圆作粗基准铣端面钻中心孔，为粗车准备了定位基准，而粗车外圆则为钻深孔准备了定位基准；此后，为了给半精加工，精加工外圆准备定位基准，又先加工好前后锥孔，以便安装锥堵，即可用锥堵上的两个中心孔作定位基准；最终，在磨锥孔前磨好轴颈表面，为的是将支承轴颈作定位基准。上述定位基准选择各工序兼顾，也表达了互为基准原则。

（2）加工阶段的划分

如表3.1.8所示的主轴加工工艺过程可知，根据粗、精加工分开原则来划分阶段极为重要的。这是由于主轴毛胚余量较大且不均匀，当切除大量金属后，会引起内应力重新分布而变形。因此，主轴加工寻常以主要表面加工为主线，划分为3个阶段：粗加工阶段，包括粗车各档外圆、钻中心通孔等；半精加工阶段，包括半精车各档外圆及两端锥孔、精车中心通孔等；精加工阶段，包括粗、精磨各档外圆或锥孔。其他次要表面适当穿插在各个阶段进行。各阶段的划分大致以热处理为界，将整个加工过程按粗、精加工划分为不同的阶段，这是制订工艺规程的一个原则，目的是为了保证加工质量和降低生产费用。一般精度的主轴，精磨为最终工序。对于缜密主轴，还应有光整加工阶段。

（3）热处理工序的安排

在主轴加工的整个工艺过程中，应安排足够的热处理工序，以保证主轴力学性能及加工精度要求。并改善工件加工性能。

一般在主轴毛胚锻造后，首次安排正火处理，以消除锻造内应力，细化晶粒，改善机加工时的切削性能。

在粗加工阶段，经过粗车、钻孔等工序，主轴的大部分加工余量被切除。粗加工过程中切削力和发热都很大，在力和热的作用下，主轴产生很大内应力，通过调质处理可消除内应力，代替时效处理，同时可以得到所要求的韧性，因此，粗加工后应安排调质处理。

半精加工后，除重要表面外，其他表面均已达到设计尺寸。重要表面仅剩精加工余量，这时对支承轴颈、协同轴颈、锥孔等安排淬火处理，使之达到设计的硬度要求，保证这些表面的耐磨性。而后续的精加工工序可以消除淬火的变形。

(4)加工工序的安排

机加工顺序的安排依据“基面先行，先粗后精，先主后次〞的原则进行。对主轴零件一般是准备好中心孔后，先加工外圆，再加工内孔，并注意粗精加工分开进行。在CA614型卧式车床主轴加工工艺中，以热处理为标志，调质处理前为粗加工，淬火处理前为半精加工，淬火后为精加工。这样把各阶段分开后，保证了主要表面的精加工最终进行，不致因其他表面加工时的应力影响主要表面的精度。

在安排主轴工序的顺序时，还应注意以下4点：

①孔加工应安排在调质以后进行。由于调质处理变形较大，故深孔产生弯曲变形将难以改正，不仅影响以后机床使用时棒料的通过，而且会引起主轴高速旋转的不平衡。此外，深孔加工还应安排在外圆粗车或半精车之后，以便有一个较确切的轴颈作定位基准，保证孔与外圆同心，使主轴壁厚均匀。若仅从定位基准考虑，希望始终用中心孔定位，避免使用锥堵，那么深孔加工安排到最终为好，但深孔加工是粗加工，发热量大，破坏外圆加工精度，因此，深孔加工只能在半精加工阶段进行。

②外圆表面加工时应先加工大直径外圆，然后加工小直径外圆，以免一开始就降低了工件的刚度。

③主轴上的花键、键槽等次要表面的加工一般安排在外圆精车或粗磨之后，精磨之前进行。由于假使在精车前就铣出键槽，一方面，在精车时，由于断续切削而产生振动，既影响加工质量，又简单损坏刀具；另一方面，键槽的尺寸要求也难以保证。这些表面加工也不宜安排在主要表面精磨后进行，以免破坏主要表面的精度。

④主轴上螺纹表面加工宜安排在主轴局部淬火之后进行，以免由于淬火后的变形而影响螺纹表面和支承轴颈的同轴度。

(5)主轴锥孔的磨削

主轴的前端锥孔是安装顶尖或定位心轴的定位基准，它的质量好坏直接影响到车床的质量，因此，主轴锥孔磨削是轴加工的关键程序。

对主轴前端锥孔除其本身精度、接触面积有较高要求外，对它的中心线与轴的支承轴颈的同轴度也有较严格的要求。为了保证同轴度的要求，轴的锥孔磨削工序一般选支承轴颈为

定位基准。

单件小批生产时，可在一般磨床上进行加工。尾端夹持在四爪卡盘上，前端用中心架支撑在前锥附近的缜密外圆上，经过严格的校正后方可进行加工。这种方法辅助时间长，生产效率低，质量不稳定。当成批生产时，大都采用专用夹具进行加工。

3.编制主轴的机械加工工艺过程

对车床主轴结构特点和技术要求进行分析后，根据生产批量、设备条件，结合轴类零件的加工特点，编制的车床主轴的加工工艺过程见表3.1.8。

表3.1.8CA6140型卧式车床主轴加工工艺过程

序号12345678910111213141516171819202122232425自由锻正火划两端面加工线（总长870㎜)铣两端面（按划线找正中心）划两端中心孔位置钻两端面中心孔（按划线找正中心）车外圆调质工序内容外圆外圆中心孔定位基准设备端面铣床钻床或卧式车床卧式车床卧式车床卧式车床卧式车床卧式车床外圆磨床内圆磨床卧式铣床万能车床卧式车床外圆磨床外圆磨床外圆磨床锥孔磨床车大头外圆、端面及台阶，调头车小头各部外圆中心孔顶一端夹另一端钻?48mm通孔夹一端托另一端支承轴颈车大头锥孔、外短锥及端面（配莫氏6号锥堵），夹一端托另一端支承轴颈调头车小头锥孔（配1:12锥堵）划大头端面各孔钻大头端面各孔及攻螺纹（按划线找正）表面淬火精车外圆并车槽精磨?75h5，?90g5，?100h6外圆磨小头内锥孔（重配1:12锥堵），调头磨大头锥孔（重配莫氏6号锥堵）粗、精铣花键铣12f9车大头内侧，车3处螺纹（配螺母)精磨各外圆及两端面粗磨两处1:12外锥面粗精磨两处1:12外锥面、D端面及短锥面C精磨莫氏6号内孔按图样要求全部检验中心孔顶一端夹另一端两锥堵中心孔夹一端托另一端支承轴颈两锥堵中心孔?85h7处外圆两锥堵中心孔两锥堵中心孔两锥堵中心孔两锥堵中心孔夹小头托大头支承轴颈

CA6140型卧式车床主轴加工序简图

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