CA6140车床主轴机械加工工艺的设计.doc

目 录摘 要 I1 绪 论1.1 本课题的来源、目的及意义 (1)1.2 课题背景及国内外研究现状 (1)1.3 本课题研究的主要内容 (1)2 典型轴类零件加工工艺2.1 轴类零件的功用、分类和结构特点 (2)2.2 轴类零件典型工艺路线 (3)3 CA6410主轴加工工艺过程的制订3.1概述 (4)3.2 主轴加工工艺过程制订的依据 (4)3.3 CA6140主轴加工工艺过程 (5)4 CA6140主轴技术条件的分析4.1 概述 (5)4.2 支承轴颈的技术要求 (6)4.3 锥孔的技术要求 (6)4.4 短锥的技术要求 (6)4.5 空套齿轮轴颈的技术要求………………………………………….（6）4.6 螺纹的技术要求……………………………………………………..（7）5 CA6140主轴加工工艺过程分析5.1 概述 (7)5.2 主组后毛坯的制造方法 (8)5.3 毛坯的材料和热处理 (8)5.4 定位基准的选择 (9)5.5 加工阶段的划分…………………………………………………..（10）5.6 加工顺序的安排和工序的确定…………………………………..（11）6 CA6140主轴加工中的关键工艺6.1 锥堵和锥堵心轴的使用 (12)6.2 顶尖空的研磨 (13)6.3 组合魔削 (14)6.4 身空加工 (15)6.5 主轴锥孔加工……………………………………………………….（17）7 轴的精度检验7.1 概述 (18)7.2 几个形状精度检验 (18)7.3 尺寸精度检验 (18)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8.1概述 （20）8.2机床轴锥空加工的质量分析……………………………………..（21）8.3 磨削表面缺陷的产生及防止 （23）9 结论与展望机械9.1本文总结…………………………………………………………… （25）9.2制造工业的现状及展望 .（26）致 谢……………………………………………………………………（27）参考文献…………………………………………………………………（28）毕业设计任务书…………………………………………………………（29）绪 论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0.01μm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，提高了效率，保证了产品的高精度、高质量。

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⑴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1μm级提高到了0.1～0.01μm级，目前正在向nm(0.001μm)级精度迈进⑵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⑶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，研制新的高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：⑴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（IT5～IT7）装配传动件的轴颈尺寸精度一般要求较低（IT6～IT9）⑵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精度要求较高的内外圆表面，应在图纸上标注其允许偏差⑶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0.01～0.03mm，高精度轴（如主轴）通常为0.001～0.005mm⑷表面粗糙度 一般与传动件相配合的轴径表面粗糙度为Ra2.5～0.63μm，与轴承相配合的支承轴径的表面粗糙度为Ra0.63～0.16μm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，又可分为刚性轴（L/d≤12）和挠性轴（L/d＞12）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Ra0.8～0.4μm的一般传动轴，其典型工艺路线是：正火－车端面钻中心孔－粗车各表面－精车各表面－铣花键、键槽－热处理－修研中心孔－粗磨外圆－精磨外圆－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，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3.1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求、生产批量和设备条件等从CA6140车床主轴的加工，可以知道：⑴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⑵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3.3 CA6140主轴加工工艺过程CA6140主轴零件图（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：⑴粗加工阶段①毛坯处理 毛坯备料、锻造和正火（工序0～5）②粗加工 锯去多余部分、铣端面打中心孔和荒车外圆等（工序8～14）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⑵半精加工阶段①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）②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20～40）这个阶段的主要目的是：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⑶精加工阶段①精加工前热处理 局部高频淬火（工序42）②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45～63）③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65～75）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。