CA6140車床主軸加工工藝規(guī)程設(shè)計含CAD圖

CA6140車床主軸加工工藝規(guī)程設(shè)計含CAD圖,CA6140,車床,主軸,加工,工藝,規(guī)程,設(shè)計,CAD CA6140 車床主軸加工工藝規(guī)程設(shè)計 摘 要 論文介紹了 CA6140車床主軸零件加工工藝分析、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、CA614 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(jìn)造工業(yè)的重要性。突出探討了主軸加工過程中相關(guān)熱處理，關(guān)鍵部位的加工工藝等。 關(guān)鍵詞：材料；毛坯；工藝；工藝路線；熱處理； 6 Abstract This paper introduces the CA6140 lathe spindle machining process analysis, CA6140 spindle machining process of formulation and technology analysis, axis precision test, axis machining quality problems and solutions, CA614 spindle machining several technology problems. The analysis on processing technology of lists several processing schemes is that is most appropriate for the subject of solutions in key technology and equipment selection of the perspective of the advanced industrial importance. The key parts of the processing technology, such as heat treatment and the key parts, are discussed.. Keywords: material; blank; process; process route; heat treatment; 目錄 摘要 1 Abstract 2 第一章 緒論 18 1.1 本課題的來源、目的及意義 18 1.2 課題背景及國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 18 1.3 本課題研究的主要內(nèi)容 18 第二章 機(jī)械加工工藝 20 2.1 生產(chǎn)過程 20 2.2 工藝過程 20 第三章 機(jī)械加工工藝過程的組成 21 3.1 工序 21 3.2 安裝與工位 21 3.3 工步與走刀 21 第四章 機(jī)械加工工藝規(guī)程 22 4.1.概述 22 4.2 機(jī)械加工工藝規(guī)程的作用 22 4.3 工藝規(guī)程制定的原則 22 4.4 制訂工藝規(guī)程的步驟 23 第五章 零件的工藝規(guī)程 24 5.1 零件的工藝分析 24 5.2 零件的結(jié)構(gòu)分析 24 5.3 零件的技術(shù)要求分析 24 第六章 毛坯的確定 25 6.1. 機(jī)械加工中常用毛坯的種類 25 6.2. 毛坯種類選擇中應(yīng)該注意的問題 25 6.3. 毛坯形狀和尺寸的確定 25 第七章 主軸加工工藝過程的制定 27 7.1 概述 27 7.2 主軸加工工藝過程制訂的依據(jù) 27 7.3 CA6140 主軸加工工藝過程 28 第八章 主軸加工過程分析及技術(shù)條件的分析 29 8.1 概述 29 8.2 支承軸頸的技術(shù)要求 29 8.3 錐孔的技術(shù)要求 29 8.4 短錐的技術(shù)要求 29 8.5 空套齒輪軸頸的技術(shù)要求 29 8.6 螺紋的技術(shù)要求 30 8.7 加工主要思路 30 8.8 主軸毛坯的制造方法 30 8.9 毛坯的材料和熱處理 31 8.0 定位基準(zhǔn)的選擇 32 8.01 加工階段的劃分 33 8.02 加工順序的安排和工序的確定 33 第九章 主軸加工中的關(guān)鍵工藝 35 9.1 錐堵和錐堵心軸的使用 35 9.2 頂尖孔的研磨 35 9.3 組合磨削 36 9.4 深孔加工 37 9.5 主軸錐孔加工 39 第十章 車床主軸熱處理工藝設(shè)計 42 10.1 概述 42 10.2 材料的選擇 42 10.3 熱處理技術(shù)條件 42 10.4 加工工藝路線 43 10.5 熱處理工藝分析 43 10.6 錐孔及外錐體的局部淬火 43 10.7 花鍵高頻淬火 44 10.8 機(jī)床主軸材料與熱處理： 44 參考文獻(xiàn) 47 第一章 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一加工難度大工藝路線較長涉及軸件加工的許多基本工藝問題。本人根據(jù)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)為實踐依據(jù)通過本次畢業(yè)設(shè)計對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。 1.2 課題背景及國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 機(jī)械制造工藝技術(shù)是在人類生產(chǎn)實踐中產(chǎn)生并不斷發(fā)展的。在 20 世紀(jì) 50 年代“剛性”生產(chǎn)模式下通過大量使用的專用設(shè)備而后工裝夾具 提高生產(chǎn)效率和加工的自動化程度，進(jìn)行單一或少品種的大批量生產(chǎn)，以“規(guī)模經(jīng)濟(jì)”實現(xiàn)降低成本和提高質(zhì)量的目的。在 20 世紀(jì) 70 年代主要通過改善生產(chǎn)過程管理來進(jìn)一步 提高產(chǎn)品質(zhì)量和降低成本。在 20 世紀(jì) 80 年代 較多地采用數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人、柔性制造單元和系統(tǒng)等高技術(shù)的集成來滿足產(chǎn)品個性話和多樣化的要求，以滿足社會各消費(fèi)群體的不同要求。從 20 世紀(jì) 90 年代開始機(jī)械制造工藝技術(shù)向著高精度、高效率、高自動化發(fā)展。精密加工精度已經(jīng)達(dá)到亞微米級，而超精密加工已經(jīng)進(jìn)入 0.01μm 級?，F(xiàn)代機(jī)械產(chǎn)品的特點是多品種、更新快、生產(chǎn)周期短。這就要求整個加工系統(tǒng)及機(jī)械制造工藝向著柔性、高效率、自動化方向發(fā)展。由于成組技術(shù)理論的出現(xiàn)和計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，計算機(jī)輔助設(shè)計 CAD 計算機(jī)輔助工藝設(shè)計 CAPP、計算機(jī)輔助制造 CAM、數(shù)控加工技術(shù)等在機(jī)械制造業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用從而大大縮短機(jī)電產(chǎn)品的生產(chǎn)周期，提高了效率，保證了產(chǎn)品的高精度、高質(zhì)量。 1.3 本課題研究的主要內(nèi)容 本課題就典型的機(jī)床主軸進(jìn)行系統(tǒng)性的講述、設(shè)計，從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及相關(guān)夾具的設(shè)計。機(jī)械制造工藝及夾具的設(shè)計是以機(jī)械制造中的工藝和工裝設(shè)計問題為研究對象的一門應(yīng)用性制造技術(shù)。研究范圍主要是零件的機(jī)械加工及加工過程中工件的裝夾和產(chǎn)品的裝配兩個方面，機(jī)械制造工藝及夾具課程涉及的行業(yè)有 百余種，產(chǎn)品品種成千上萬，但是研究的工藝問題則可歸納為質(zhì)量、生產(chǎn)率和經(jīng)濟(jì)性三類。 ⑴保證和提高產(chǎn)品的質(zhì)量，產(chǎn)品質(zhì)量包括整臺機(jī)械的裝配精度、使用性能、使 用壽命和可靠性，以及零件的加工精度和加工表面質(zhì)量。近代，由于宇航、精密機(jī)械、電子工業(yè)和國防工業(yè)的需要，對零件的精度和表面質(zhì)量的要求越來越高 相繼出現(xiàn)了各種新工藝新技術(shù)，如精密加工、超精密加工和細(xì)微加工等，加工精度由 1 級提高到了 0.1-0.01μm 級，目前正在向 nm(0.001μm)級精度邁進(jìn)。 ⑵提高勞動生產(chǎn)率，提高勞動生產(chǎn)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。近年來出現(xiàn)的聚晶金剛石和聚晶立方氮化硼等新型刀具材料其切削速度可達(dá) 1200m/min,高速磨削的磨削速度達(dá) 200m/s。重磨削是高效磨削的發(fā)展方向 包括大進(jìn)給、深切進(jìn)給的強(qiáng)力磨削、荒磨和切斷磨削等。二是改進(jìn)工藝方法、創(chuàng)新工藝。例如，利用鍛壓設(shè)備實現(xiàn)少無切削加工，對高強(qiáng)度、高硬度的難切削材料采用特種加工等。三是提高自動化程度，實現(xiàn)高度自動化。例如 采用數(shù)控機(jī)床、加工中心、柔性制造單元 FMC、柔性制造系統(tǒng) FMS、計算機(jī)集成制 造系統(tǒng) CIMS 和無人化車間或工廠等。 成組技術(shù)的出現(xiàn) 能解決多品種尤其是中、小批生產(chǎn)中存在的生產(chǎn)效率低的問題，也是企業(yè)實現(xiàn)高度自動化的基礎(chǔ)。 ⑶降低成本，要節(jié)省和合理選擇原材料，研究新材料，合理使用和改進(jìn)現(xiàn)有設(shè) 備倈研制新的高效設(shè)備等。 對上述三類問題要辨證地全面地進(jìn)行分析。要在滿足 質(zhì)量的前提下倈不斷提高勞動生產(chǎn)率和降低成本。以優(yōu)質(zhì)、高效、低耗的工藝去 完成零件的加工和產(chǎn)品的裝配這樣的工藝才是合理的和先進(jìn)的工藝。 8 2.1 生產(chǎn)過程 第二章 機(jī)械加工工藝 生產(chǎn)過程是指把原材料（半成品）轉(zhuǎn)變?yōu)槌善返娜^程。機(jī)械產(chǎn)品的生產(chǎn)過程，一般包括：①生產(chǎn)與技術(shù)的準(zhǔn)備, 如工藝設(shè)計和專用工藝裝備的設(shè)計和制造、生產(chǎn)計劃的編制，生產(chǎn)資料的準(zhǔn)備； ②毛坯的制造，如鑄造、鍛造、沖壓等；③零件的加工，如切削加工、熱處理、表面處理等；④產(chǎn)品的裝配，如總裝，部裝、調(diào)試檢驗和油漆等；⑤生產(chǎn)的服務(wù)， 如原材料、外購件和工具的供應(yīng)、運(yùn)輸、保管等。 2.2 工藝過程 工藝過程是指在生產(chǎn)過程中改變生產(chǎn)對象的形狀、尺寸、相對位置和性質(zhì)等， 使其成為成品或半成品的過程。如毛坯的制造，機(jī)械加工、熱處理、裝配等均為工藝過程。在工藝過程中，若用機(jī)械加工的方法直接改變生產(chǎn)對象的形狀、尺寸和表面質(zhì)量，使之成為合格零件的工藝過程，稱為機(jī)械加工工藝過程。同樣，將加工好的零件裝配成機(jī)器使之達(dá)到所要求的裝配精度并獲得預(yù)定技術(shù)性能的工藝過程，稱為裝配工藝過程。 機(jī)械加工工藝過程和裝配工藝過程是機(jī)械制造工藝學(xué)研究的兩項主要內(nèi)容。 第三章 機(jī)械加工工藝過程的組成 機(jī)械加工工藝過程是由一個或若干個順序排列的工序組成的，而工序又可分為若干個安裝、工位、工步和走刀，毛坯就是依次通過這些工序的加工而變成為成品的。 3.1 工序 工序是指一個或一組工人，在一個工作地點對一個或同時對幾個工件所連續(xù)完成的那一部分工藝過程。工序不僅是組成工藝過程的基本單元，也是制訂工時定額，配備工人，安排作業(yè)和進(jìn)行質(zhì)量檢驗的依據(jù)。 通常把僅列出主要工序名稱的簡略工藝過程稱為工藝路線。 3.2 安裝與工位 工件在加工前，在機(jī)床或夾具上先占據(jù)一正確位置(定位)，然后再夾緊的過程稱為裝夾。工件(或裝配單元)經(jīng)一次裝夾后所完成的那一部分工藝內(nèi)容稱為安裝。在一道工序中可以有一個或多個安裝。工件加工中應(yīng)盡量減少裝夾次數(shù)，因為多一次裝夾就多一次裝夾誤差，而且增加了輔助時間。因此生產(chǎn)中常用各種回轉(zhuǎn)工作臺、回轉(zhuǎn)夾具或移動夾具等，以便在工件一次裝夾后，可使其處于不同的位置加工。為完成—定的工序內(nèi)容，一次裝夾工件后，工件(或裝配單元)與夾具或設(shè)備的可動部分一起相對刀具或設(shè)備固定部分所占據(jù)的每一個位置，稱為工位。 3.3 工步與走刀 1）工步 工步是指被加工表面(或裝配時的連接表面)和切削(或裝配)工具不變的情況下所連續(xù)完成的那一部分工序。一個工序可以包括幾個工步，也可以只有一個工步。 2）走刀 在一個工步內(nèi)，若被加工表面切去的金屬層很厚，需分幾次切削，則每進(jìn)行一次切削就是一次走刀。一個工步可以包括一次走刀或幾次走刀。 30 4.1.概述 第四章 機(jī)械加工工藝規(guī)程 機(jī)械加工工藝規(guī)程是規(guī)定零件機(jī)械加工工藝過程和操作方法等的工藝文件之一，它是在具體的生產(chǎn)條件下，把較為合理的工藝過程和操作方法，按照規(guī)定的形式書寫成工藝文件，經(jīng)審批后用來指導(dǎo)生產(chǎn)。機(jī)械加工工藝規(guī)程一般包括以下內(nèi)容：工件加工的工藝路線、各工序的具體內(nèi)容及所用的設(shè)備和工藝裝備、工件的檢驗項目及檢驗方法、切削用量、時間定額等。 4.2 機(jī)械加工工藝規(guī)程的作用 (1) 是指導(dǎo)生產(chǎn)的重要技術(shù)文件 工藝規(guī)程是依據(jù)工藝學(xué)原理和工藝試驗，經(jīng)過生產(chǎn)驗證而確定的，是科學(xué)技術(shù)和生產(chǎn)經(jīng)驗的結(jié)晶。所以，它是獲得合格產(chǎn)品的技術(shù)保證，是指導(dǎo)企業(yè)生產(chǎn)活動的重要文件。正因為這樣，在生產(chǎn)中必須遵守工藝規(guī)程，否則常常會引起產(chǎn)品質(zhì)量的嚴(yán)重下降，生產(chǎn)率顯著降低，甚至造成廢品。但是，工藝規(guī)程也不是固定不變的，工藝人員應(yīng)總結(jié)工人的革新創(chuàng)造，可以根據(jù)生產(chǎn)實際情況，及時地汲取國內(nèi)外的先進(jìn)工藝技術(shù)，對現(xiàn)行工藝不斷地進(jìn)行改進(jìn)和完善，但必須要有嚴(yán)格的審批手續(xù)。 (2) 是生產(chǎn)組織和生產(chǎn)準(zhǔn)備工作的依據(jù) 生產(chǎn)計劃的制訂，產(chǎn)品投產(chǎn)前原材料和毛坯的供應(yīng)、工藝裝備的設(shè)計、制造與采購、機(jī)床負(fù)荷的調(diào)整、作業(yè)計劃的編排、勞動力的組織、工時定額的制訂以及成本的核算等，都是以工藝規(guī)程作為基本依據(jù)的。 (3) 是新建和擴(kuò)建工廠（車間）的技術(shù)依據(jù) 在新建和擴(kuò)建工廠（車間）時，生產(chǎn)所需要的機(jī)床和其它設(shè)備的種類、數(shù)量和規(guī)格，車間的面積、機(jī)床的布置、生產(chǎn)工人的工種、技術(shù)等級及數(shù)量、輔助部門的安排等都是以工藝規(guī)程為基礎(chǔ)，根據(jù)生產(chǎn)類型來確定。除此以外，先進(jìn)的工藝規(guī)程也起著推廣和交流先進(jìn)經(jīng)驗的作用，典型工藝規(guī)程可指導(dǎo)同類產(chǎn)品的生產(chǎn)。 4.3 工藝規(guī)程制定的原則 工藝規(guī)程制訂的原則是優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)和低成本，即在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下， 爭取最好的經(jīng)濟(jì)效益。在具體制定時，還應(yīng)注意下列問題： 1) 技術(shù)上的先進(jìn)性 2) 經(jīng)濟(jì)上的合理性 3) 良好的勞動條件及避免環(huán)境污染 4.4 制訂工藝規(guī)程的步驟 1) 計算年生產(chǎn)綱領(lǐng)，確定生產(chǎn)類型。 2) 分析零件圖及產(chǎn)品裝配圖，對零件進(jìn)行工藝分析。 3) 選擇毛坯。 4) 擬訂工藝路線。 5) 確定各工序的加工余量，計算工序尺寸及公差。 6) 確定各工序所用的設(shè)備及刀具、夾具、量具和輔助工具。 7) 確定切削用量及工時定額。 8) 確定各主要工序的技術(shù)要求及檢驗方法。 9) 填寫工藝文件。 第五章 零件的工藝規(guī)程 5.1 零件的工藝分析 在制訂零件的機(jī)械加工工藝規(guī)程時，首先要對照產(chǎn)品裝配圖分析零件圖，熟悉該產(chǎn)品的用途、性能及工作條件，明確零件在產(chǎn)品中的位置、作用及相關(guān)零件的位置關(guān)系；了解并研究各項技術(shù)條件制定的依據(jù)，找出其主要技術(shù)要求和技術(shù)關(guān)鍵，以便在擬定工藝規(guī)程時采用適當(dāng)?shù)拇胧┘右员ＷC。然后著重對零件進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析和技術(shù)要求的分析。 5.2 零件的結(jié)構(gòu)分析 零件的結(jié)構(gòu)分析主要包括以下三方面： (1)零件表面的組成和基本類型 (2)主要表面與次要表面區(qū)分(3)零件的結(jié)構(gòu)工藝性 5.3 零件的技術(shù)要求分析 零件圖樣上的技術(shù)要求，既要滿足設(shè)計要求，又要便于加工，而且齊全和合理。其技術(shù)要求包括下列幾個方面： 1） 加工表面的尺寸精度、形狀精度和表面質(zhì)量； 2） 各加工表面之間的相互位置精度； 3） 工件的熱處理和其它要求，如動平衡、鍍鉻處理、去磁等。 第六章 毛坯的確定 毛坯的確定，不僅影響毛坯制造的經(jīng)濟(jì)性，而且影響機(jī)械加工的經(jīng)濟(jì)性。所以在確定毛坯時，既要考慮熱加工方面的因素，也要兼顧冷加工方面的要求，以便從確定毛坯這一環(huán)節(jié)中，降低零件的制造成本。 6.1. 機(jī)械加工中常用毛坯的種類 毛坯的種類很多，同一種毛坯又有多種制造方法，機(jī)械制造中常用的毛坯有以下幾種： (1) 鑄件 (2) 鍛件 (3) 型材 (4) 焊接件 除此之外，還有沖壓件、冷擠壓件、粉末冶金等其它毛坯。 6.2. 毛坯種類選擇中應(yīng)該注意的問題 (1)零件材料及其力學(xué)性能 (2)零件的結(jié)構(gòu)形狀與外形尺寸(3)生產(chǎn)類型 (4) 現(xiàn)有生產(chǎn)條件 (5) 充分考慮利用新工藝、新技術(shù)和新材料 6.3. 毛坯形狀和尺寸的確定 毛坯形狀和尺寸，基本上取決于零件形狀和尺寸。零件和毛坯的主要差別， 在于在零件需要加工的表面上，加上一定的機(jī)械加工余量，即毛坯加工余量。毛坯制造時，同樣會產(chǎn)生誤差，毛坯制造的尺寸公差稱為毛坯公差。毛坯加工余量和公差的大小，直接影響機(jī)械加工的勞動量和原材料的消耗，從而影響產(chǎn)品的制造成本。所以現(xiàn)代機(jī)械制造的發(fā)展趨勢之一，便是通過毛坯精化，使毛坯的形狀和尺寸盡量和零件一致，力求作到少、無切削加工。毛坯加工余量和公差的大小， 與毛坯的制造方法有關(guān)，生產(chǎn)中可參考有關(guān)工藝手冊或有關(guān)企業(yè)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)來確定。 在確定了毛坯加工余量以后，毛坯的形狀和尺寸，除了將毛坯加工余量附加在零件相應(yīng)的加工表面上外，還要考慮毛坯制造、機(jī)械加工和熱處理等多方面工 藝因素的影響。下面僅從機(jī)械加工工藝的角度，分析確定毛坯的形狀和尺寸時應(yīng)考慮的問題。 (1)工藝搭子的設(shè)置(2)整體毛坯的采用(3)合件毛坯的采用 為了便于加工過程中的裝夾，對于一些形狀比較規(guī)則的小形零件，如 T 形鍵、扁螺母、小隔套等，應(yīng)將多件合成一個毛坯，待加工到一定階段后或者大多數(shù)表面加工完畢后，再加工成單件。 7.1 概述 第七章 主軸加工工藝過程的制定 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。 CA6140 主軸零件圖如下： 7.2 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(jìn)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種軸其批量不同或所選的材料不同。或者生產(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。 7.3 CA6140 主軸加工工藝過程 批量:大批; 材料:45 鋼; 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 ⑴粗加工階段 ①毛坯處理 毛坯備料、鍛造和正火工序。 ②粗加工鋸去多余部分、銑端面打中心孔和荒車外圓等工序。 這階段的主要目的是 用大的切削用量切除大部分余量 把毛坯加工至接近 工件的最終形狀和尺寸 只留下小量的加工余量。通過這階段還可即使發(fā)現(xiàn)鍛件裂縫等缺陷作出相應(yīng)措施。 ⑵半精加工階段 ①半精加工前熱處理對于 45 鋼一般采用調(diào)質(zhì)處理以達(dá)到 HBS235 工序 17 。 ②半精加工車工藝錐面定位錐孔、半精車外圓端面和鉆深孔等工序。 這個階段的主要目的是為精加工作好準(zhǔn)備、尤其是為精加工作好基面準(zhǔn)備。對一些要求不高的表面在這個階段達(dá)到圖紙規(guī)定的要求。 ⑶精加工階段 ①精加工前熱處理局部高頻淬火 ②精加工前各種加工粗磨工藝錐面定位錐孔、粗磨外圓、銑鍵槽和花鍵槽以及車螺紋等。 ③精加工精磨外圓和內(nèi)、外錐面一保證主軸最重要表面的精度工序。這階段的目的是把各表面都加工到圖紙規(guī)定的要求。 第八章 主軸加工過程分析及技術(shù)條件的分析 8.1 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(jìn)行分析。 8.2 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 112 錐面接觸率≥70%表面光潔度 Ra0.4 支承軸頸直徑按 IT5 級精度制造。 機(jī)床主軸外圓的圓度要求，對于一般精度的機(jī)床通常不超過尺寸公差的 50% 對于提高精度的機(jī)床，則不超過 25%，對于高精度的機(jī)床，則應(yīng)在 510%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。 8.3 錐孔的技術(shù)要求 主軸錐孔對支承軸頸 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(jī)床精度，會使工件產(chǎn)生同軸度等誤差。 8.4 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。 8.5 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)的振紋。尤其在精加工時這種 缺陷更為明顯。 8.6 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。 8.7 加工主要思路 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。 8.8 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。 本課題 CA6140 車床主軸為大批量生產(chǎn)，所以毛坯的 制造方法采用模鍛制造。 8.9 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(jī)械強(qiáng)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程。 45 鋼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(dá)到 HRC62 65。在經(jīng)過適當(dāng)?shù)幕鼗鹛幚恚梢越档叫枰挠捕龋绫菊n題 CA6140 主軸規(guī)定為 HRC52 。一般機(jī)床的主軸均可用 45 鋼，因為它的機(jī)械性能，強(qiáng)度、韌性和局部表面硬度等 能滿足設(shè)計的要求。然而 45 鋼的淬透性比較差與合金鋼比較而言需要比較強(qiáng)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(jī)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(jī)械加工之前，均需進(jìn)行正火或退火處理以使鋼材的晶粒細(xì)化消除鍛造或軋制后的內(nèi)應(yīng)并可降低毛坯的硬度以利切削的進(jìn)行。 本課題 CA6140 主軸用的 45 鋼便規(guī)定在精鍛后進(jìn)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可放在粗車相當(dāng)于鍛件的半精車之前進(jìn)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(jìn)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(jī)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(jìn)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 主軸采用 45 鋼經(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。 8.0 定位基準(zhǔn)的選擇 軸件加工中,為了保證各主要表面的相互位置精度選擇定位基準(zhǔn)時應(yīng)盡可能使其與裝配基準(zhǔn)重合和使各工序的基準(zhǔn)統(tǒng)一,并且考慮在一次安裝中盡可能加出 較多的表面。軸類零件加工的精度指標(biāo)是各段外圓的同軸度以及錐孔和外圓的同軸度。CA6140 主軸的裝配基準(zhǔn)主要是前后兩個支承軸徑面為了保證卡盤定位面以及前錐孔與支承軸頸面有較高的同軸度,應(yīng)以加工好的支承軸頸為定位基準(zhǔn)來終磨錐孔和卡盤定位面.這就能符合基準(zhǔn)重合的原則。但是為了避免支承軸頸被拉毛或損傷,并考慮到支承軸頸帶有錐度 不便于夾具制造等因素.在實際生產(chǎn)中也有不選用支承軸頸作為定位基準(zhǔn)而是同和它靠近的圓柱軸頸作為定位基準(zhǔn)的。CA6140 的主軸毛坯是實心的.但最后要加工成空心軸,從選擇定位基準(zhǔn)面的角度來考慮.希望采用頂尖孔來定位,而把深入加工工序安排在最后,但深孔加工是粗加工工序,要切除大量金屬,會引起主軸變形而影響加工質(zhì)量,所以只好在粗車外圓之后就把深孔加工出來。在成批生產(chǎn)中深孔加工之后,為了還能用頂尖孔作定位基準(zhǔn)面,可考慮在軸的通孔兩端加工出工藝錐面,插上兩個帶頂尖孔的錐堵或帶錐堵的心軸來安裝工作。 為了保證支承軸頸與主軸內(nèi)錐面的同軸度要求,在擇精基準(zhǔn)面時,要根據(jù)互為基準(zhǔn)的原則。本課題中 CA6140 主軸在車小端 120 錐孔和大端莫氏 6 號錐孔時用的是與前支承軸頸相鄰而又是用同一基準(zhǔn)加工出來的外圓柱面為定位基準(zhǔn)面直接用前支承軸頸作為定位基準(zhǔn)面當(dāng)然更好,但由這軸頸有錐度.在制造拖架時會增加困難在工序 45 精車各外圓包括兩個支承軸頸的錐度時,既是以上述前后錐孔內(nèi)所配 錐堵的頂尖孔為定位基準(zhǔn)面 在工序 50 粗磨莫氏 6 號內(nèi)錐孔時又以兩個圓柱面為定位基準(zhǔn)面這就是符合互為基準(zhǔn)原則的基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換由于定位基準(zhǔn)面的精度比上工序有所提高故這工序的定位誤差有所減小在工序 63 和 65 中粗精磨兩個支承軸頸的錐度時再次以粗磨的錐孔所配錐堵的頂尖孔為定位基準(zhǔn)這就是在次轉(zhuǎn)換定位精度比前又有所提高在工序 68 中最后精磨氏 6 號錐孔時,直接以精磨后的前支承軸頸和另一圓柱面定位基準(zhǔn)面這又再一次轉(zhuǎn)換提高了定位精度這些轉(zhuǎn)換過程是提高的過程使精加工前有精度較高的精基面這完全符合互為基準(zhǔn)的原則。轉(zhuǎn)換次數(shù)的多少要根據(jù)工精度要求而定。 根據(jù)上述分析可知,本課題 CA6140 的空心主軸,除頂尖孔外還有軸頸外圓表面 并且兩者交替使用,互為基準(zhǔn)。 8.01 加工階段的劃分 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(jìn)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(jìn)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(jìn)行一些精加工，以提高精度，何況為了改善主軸的機(jī)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(jìn)行淬火處理，因而又需進(jìn)一步進(jìn)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， 因其余量逐漸減小因而出現(xiàn)的誤差和應(yīng)力亦隨之減小，這就是進(jìn)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(jī)床上進(jìn)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。 8.02 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(fèi)工時較多的工序前后，總檢驗則放在最后。 第九章 主軸加工中的關(guān)鍵工藝 9.1 錐堵和錐堵心軸的使用 對于空心的軸類零件，在深孔加工后，為了盡可能使各工序的定位基準(zhǔn)面統(tǒng)一一般都采用錐堵，悶頭或錐堵心軸的頂尖孔作為定位基準(zhǔn)。 當(dāng)錐度較大時，就用帶錐度的拉桿心軸，當(dāng)主軸錐孔的錐度比較小時，就常用錐堵，本課題 CA6140 主軸的錐孔分別為 1-20 和錐度較小故選用錐堵。如圖 9-1 所示。 圖 9-1 錐堵 使用錐堵或錐堵心軸時的注意點: ⑴一般不中途更換錐堵或錐堵心軸，也不要將同一錐堵或錐堵心軸卸下后再重新裝上，因為不管錐堵或錐堵心軸的制造精度怎樣高，其錐面和頂尖也會有程度不等的不同軸度誤差，因此，必然會引起加工后的主軸外圓表面與錐孔之間的同軸度誤差。如果在中途更換或卸下后再裝上，就會在上述誤差的基礎(chǔ)上又增加了新的同軸度誤差，使加工精度降低，特別在精加工時這種影響就更為明顯。 ⑵用錐堵心軸時，兩個錐堵的錐面要求同軸線，否則擰緊螺母后會使工件變形。錐堵心軸結(jié)構(gòu)比較合理其特點是右端錐堵與拉桿心軸是一體的，其錐面與頂尖孔的同軸度較好，而左端有個球面墊圈，擰緊螺母時，能 保證左端錐堵與錐孔配合良好，使錐堵的錐面和工件的錐孔以及拉桿心軸上的頂尖孔，三者有較好的同軸度。 ⑶裝配錐堵或錐堵心軸時，不能用力過大，特別是對壁厚較薄的軸類零件， 果用力過大，會引起軸件變形使加工后出現(xiàn)圓度誤差等。為防止這種變形，使用塑料或尼龍制的錐堵心軸有良好效果。 9.2 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(jìn)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 石將油石或橡膠砂輪前端修整成頂尖形狀 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 9-2）在加上少量潤滑油柴油或輕機(jī)油然后開動車床使油石或橡膠砂輪轉(zhuǎn)動，進(jìn)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。 圖 9-2 用油石研磨頂尖孔 1. 油石頂尖 2.工件 3.后頂尖 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(jī)構(gòu)要求砂輪主軸具有三種運(yùn)動 ①主切削運(yùn)動 ②行星運(yùn)動 ③往復(fù)運(yùn)動 砂輪磨料采用白剛玉或鉻鋼玉 硬度中軟 ZR=2 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(dá)到 Ra0.2，以這種中心孔定位磨削軸件外圓，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。 9.3 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(dá) 10 片以上的可以同時加工零件的幾個表面，在汽車、拖拉機(jī)制造業(yè)中用來加工曲軸、凸輪軸等甚為普遍，機(jī)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(jī)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、短錐面和前端的精加工，均采用組合磨削的方法 如圖 6-4 所示。 圖 6-4 主軸的組合磨削 工位 1 工位 2 磨削的方法： ⑴先粗磨前后軸頸錐面，磨完后進(jìn)行砂輪精細(xì)修整 ⑵分兩種工位進(jìn)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(jìn)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(qiáng)機(jī)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。 9.4 深孔加工 一般孔的深度與孔徑之比 L/d5 就算深孔。各種槍孔,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(jìn)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(yùn)動有三種: ①工件不動,刀具轉(zhuǎn)動并軸向進(jìn)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的。 ②工件轉(zhuǎn)動，同時刀具轉(zhuǎn)動并送進(jìn)。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(jī)床和刀桿的剛度要求較高,機(jī)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(jìn)運(yùn)動。這種方式鉆出的孔軸線與工件的回轉(zhuǎn)軸線能達(dá)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 9-5 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(jìn)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 24MPa,流量 200400L/min 較為合適。 圖 9-5 內(nèi)外鉆管 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(dá) 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 9-6。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(jìn)運(yùn)動，來完成φ48 深孔的鉆削。 圖 9-6 噴射鉆工作示意圖 9.5 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(jī)床主軸加工的關(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(fèi)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(jìn)行加工。圖 9-7 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。 圖 9-7 磨主軸錐孔夾具 1. 鋼球 2.彈簧 3.硬質(zhì)合金 4.彈性套 5.支承架 6.底座 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(jī)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(dá)到錐孔對支承軸頸的徑向圓跳動為 300：（0.003-0.005），表面粗糙度為 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，因此采用第三套方案。 10.1 概述 第十章 車床主軸熱處理工藝設(shè)計 主軸是機(jī)床上傳遞動力的零件,常需承受彎曲、扭轉(zhuǎn)、疲勞、沖擊載荷的作用, 同時在滑動與轉(zhuǎn)動部位還受到摩擦力的作用,因此,要求主軸具有高強(qiáng)度、硬度、足夠的韌性及疲勞強(qiáng)度、變形小等性能。 10.2 材料的選擇 該軸承受交變彎曲應(yīng)力與扭應(yīng)力,但由于承受的載荷與轉(zhuǎn)速均不高,沖擊作用也不大,故具有一般綜合力學(xué)性能即可。但在主軸大端的內(nèi)錐孔和外錐體,因常與卡盤、頂尖有相對摩擦;花鍵部位與齒輪有相對滑動,故這些部位要求較高的硬度與耐磨性;主軸在滾動軸承中運(yùn)轉(zhuǎn),工作時因軸頸與軸承不發(fā)生摩擦,故軸頸無耐磨性要求。通常,對于要求高強(qiáng)度、硬度和疲勞強(qiáng)度且形狀畸變小的主軸,多采用38CrMoAlA 鋼;受沖擊大的常用20Cr 、20Mn2B 滲碳鋼; 重載下工作的常用20CrMn Ti 、12CrNi3A 高合金滲碳鋼;高精度磨床、鏜床主軸采用9Mn2V、GCr15 鋼。本零件根據(jù)其工作受力及性能要求,可選用45 、40Cr 或42CrMo 鋼,考慮到原材料成本及加工復(fù)雜情況,選用45 鋼鍛件毛坯制造即可。 10.3 熱處理技術(shù)條件 根據(jù)對該軸工作條件的分析,結(jié)合選材情況,我們給出熱處理技術(shù)條件如下: 1) 整體調(diào)質(zhì)后硬度為220～250 HBW; 2) 內(nèi)錐孔和外錐體硬度為45～50 HRC; 3) 花鍵部分硬度為48～53 HRC。 10.4 加工工藝路線 備鍛造毛坯→正火→機(jī)械粗加工→調(diào)質(zhì)→機(jī)械半精加工→錐孔及外錐體的局部淬火、回火→粗磨(外圓、錐孔、外錐體) →銑花鍵→花鍵高頻淬火、回火→精磨(外圓、錐孔、外錐體) 。 10.5 熱處理工藝分析 1) 鍛坯正火 消除毛坯的鍛造應(yīng)力,降低硬度以改善切削加工性能,同時也均勻組織、細(xì)化晶粒,以利于切削加工,并為下一步的熱處理作組織準(zhǔn)備。熱處理工藝:850 ±10 ℃, 保溫1. 5 h ,空冷。 設(shè)備:井式爐或箱式爐(額定溫度950 ℃) 。檢測:硬度≤217 HBW。 操作技巧:多件集中裝爐,出爐時工件必須相互間隔20 mm 以上空冷,也可用風(fēng)扇強(qiáng)制冷卻,以確保冷卻速度≥100 ℃/ h 。 2) 調(diào)質(zhì) 目的是獲得均勻細(xì)密的回火索氏體組織,細(xì)密的索氏體金相組織有利于零件精加工后獲得光潔的表面。同時,也使主軸具有良好的綜合力學(xué)性能,經(jīng)淬火后高溫回火,其硬度可達(dá)220～250 HBS。 熱處理工藝:淬火840 ±10 ℃,保溫1. 5 h ,水冷;回火580 ±10 ℃,保溫2～2. 5 h ,空冷。 設(shè)備:井式爐(額定溫度950 ℃) 。檢測:硬度 220～250 HBS。 操作技巧:由于工件尺寸超過 45 鋼淬火水冷的臨界尺寸,因此淬火前主軸各部位需經(jīng)粗加工,留 4～5 mm(包括內(nèi)孔) 加工余量進(jìn)行調(diào)質(zhì),確保調(diào)質(zhì)層的有效保留。調(diào)質(zhì)熱處理多件集中裝爐時,應(yīng)垂直吊掛且工件必須相互間隔 20 mm 以上,以確保工件加熱均勻、變形小。 10.6 錐孔及外錐體的局部淬火 外錐體鍵槽部位不淬硬,應(yīng)用石棉繩等物填充加以保護(hù),錐孔和外錐體部分可采用鹽浴快速加熱并水淬,經(jīng)回火后,其硬度應(yīng)達(dá)45～50 HRC。熱處理工藝:淬火900 ±10 ℃,保溫20 min ,水冷。 設(shè)備:鹽浴爐(額定溫度950 ℃) 。 回火:180～200 ℃,保溫2～2. 5 h ,空冷。設(shè)備:硝鹽回火爐(額定溫度600 ℃) 。 檢測:硬度45～50 HRC。 操作技巧:采用超過45 鋼正常淬火溫度的900℃進(jìn)行快速加熱,使錐孔及外錐體的表面快速達(dá)到淬火溫度,進(jìn)行淬火冷卻,可以保證錐孔及外錐體表面的硬度和性能要求,又可減小錐孔及外錐體的局部加熱對軸頸部位的影響,減小熱處理變形量。 10.7 花鍵高頻淬火 花鍵部分可采用高頻淬火以減少變形并達(dá)到表面淬硬,經(jīng)回火后,表面硬度可達(dá)48～53 HRC。 操作技巧:由于花鍵部位存在直角過渡,為避免淬硬層過深,應(yīng)力集中造成尖角開裂,一般采用高頻而不是中頻設(shè)備進(jìn)行淬火,淬硬層深度可達(dá)1～2mm。同時,淬火后的及時回火,也能減緩尖角部位的開裂傾向。 另外由于采用立式高頻淬火機(jī)床,工件的重心應(yīng)偏下,所以應(yīng)將主軸的錐頭置于機(jī)床下方的旋轉(zhuǎn)卡盤或頂尖上(采用卡盤時,必須配置相應(yīng)的夾持工裝;采用頂尖時,必須配置與內(nèi)錐孔相配合的錐桿,以帶動主軸均勻旋轉(zhuǎn)) ,主軸的上端采用頂尖頂持。鑒于花鍵高頻淬火的硬化層深,使用花鍵部位淬火后的加工余量一般為0. 5～0. 6 mm ,其余軸頸部位留加工余量1～1. 5 mm。對于變形量超標(biāo)的產(chǎn)品,盡量采用磨削加工保證。 總之,由于軸較長,且錐孔與外錐體對兩軸頸的同心度要求高,故錐部淬火應(yīng)與花鍵淬火分開進(jìn)行,這樣可減少淬火變形,并且錐部淬火及回火后,需用粗磨來糾正淬火變形。然后再進(jìn)行花鍵的加工與淬火。最后用精磨來消除總的變形,從而保證主軸的裝配質(zhì)量。 10.8 機(jī)床主軸材料與熱處理： 工作條件 材 料 熱處 理 硬 度 原 因 使用實例 1)與滾動軸承配合 調(diào)質(zhì) 220～ 1)調(diào)質(zhì)后，保證主軸具有一 一般機(jī)床主軸 2)輕載荷或中等載荷，轉(zhuǎn) 處理 250HB 定強(qiáng)度 速低 3)精度要求不高 45 2)精度要求不高 4)稍有沖擊載荷，交變載 荷可以忽略不計 1)與滾動軸承配合 調(diào)質(zhì)后局部整體淬硬 1) 有足夠的強(qiáng)度 2) 軸頸及配件裝拆處得到需要的硬度 3) 簡化熱處理操作 4) 不承受較大沖擊載荷 龍門銑床，立式銑 2)輕載荷或中等載荷，轉(zhuǎn) 床 速略高 3)裝配精度要求不太高 45 42～ 47HRC 小型立式車床等 的主軸 4)沖擊和交變載荷可以 忽略不計 45 正火 170～ 1)正火或調(diào)質(zhì)后保證主軸 C650、C660、C8480 1)與滾動軸承配合 217HB 具有一定的強(qiáng)度和韌性 等大重型車床主 2)輕載荷或中等載荷，轉(zhuǎn) 調(diào)質(zhì) 220～ 2)軸頸處有滑動摩擦，需要 軸 速低 250HB 有較高的硬度 [PV≤150N·m/(cm2·s)] 軸頸 3)精度要求不很高 部分 48～ 4)沖擊,交變載荷不大 表面 53HRC 淬硬 淬硬 42～ 47HRC 或52～ 57HRC 1)為保證有足夠的強(qiáng)度，選 1)與滾動軸承配合 調(diào)質(zhì) 用 40Cr 調(diào)質(zhì) 2) 承受中等，轉(zhuǎn)速較高 3) 精度要求較高 40Cr(42MnVB) 后局 部淬 2)軸頸和配件裝拆處得到 需要的硬度 齒輪銑床，組合車 床等的主軸 4)交變,沖擊載荷較小 硬 3)若無沖擊力，硬度要求取 高值 1)與滾動軸承配合 調(diào)質(zhì) 220～ 2) 承受中等，轉(zhuǎn)速較高 3) 精度要求較高 4) 交變,沖擊載荷較小 5) 工作中受沖擊載荷 40Cr(42MnV