ca6140主轴工艺与夹具设计说明书

ca6140主轴工艺与夹具设计说明书内容摘要：

形影响主要表面精度。 主轴上的螺纹均有较高的要求，如安排在淬火前加工，淬火后产生的变形，会影响螺纹和支承轴颈的同轴度。 因此，车螺纹宜放在主轴局部淬火之后进行。 主轴锥孔的磨削 主轴锥孔对 主轴支承轴颈的圆跳动和锥孔与锥柄接触率是机床的主要精度 指标，因此锥孔磨削是主轴加工的关键之一。 影响锥孔磨削精度的主要因素是定位基准、定位元件选择的合理性和带动工件旋转的平稳性。 所以，加工 CA6140 主轴的关键是锥孔的加工，亦即加工锥孔是的夹具的设计。 本章小结 本章主要介绍了主轴的作用 ,以及它在加工中的工艺分析。 黑龙江工程学院本科生毕业设计 7 第 3 章 工艺规程的设计 主轴的材料、毛坯与热处理 主轴的毛坯 主轴属于外圆直径相差较大的阶梯轴，为了节省材料和减少加工的劳动 量，毛坯常采用锻件。 在热锻过程中金属纤维按轴向排列，组织细密，具有较高的抗拉、抗弯和抗扭强度。 锻件在铸造方法上又分自由锻和模锻两种。 自由锻使用的设备比较简单，但毛坯的精度较低、余量大、生产率低，只适用于单件、小批生产。 模锻一般在模锻压力机上进行，设备比较昂贵，并须专用锻模，但毛坯精度高、加工余量小、生产率高。 目前国内精锻毛坯公差外径可达 177。 ，内径达 177。 ，表面粗糙度 Ra 可达 ～。 它适于在大批条件下锻造形状复杂、精度要求高的主轴。 主轴的材料和热处理 根据主轴的功用， 主轴应具有良好的机械强度和刚度；主轴工作表面应具有高的耐磨性与加工后尺寸精度的稳定性。 这些都与主轴的材料与所选用的热处理方法有关。 （一）主轴材料 45 钢是主轴常用的材料，价格较便宜。 它经过调质（或正火）、局部加热淬火后回火，表面硬度 HRC45～ 52，一般能满足普通机床要求。 但与 65Mn、 40Cr 等合金钢比较， 45 钢淬透性差、淬火后变形大、加工后尺寸稳定性差，故高精度主轴常用合金钢。 40Cr 是含碳量为 %～ %的合金结构钢，经调质淬火后具有较高的综合机械性能。 38CrMnAlA 是中碳合金氮化 钢，由于氮化温度（ 540～ 550℃）比淬火温度低，变形小。 此材料硬度高（中心硬度大于 HRC28），并具有优良的耐疲劳性能、尺寸稳定性好，是制造高精度主轴的理想材料。 （二）主轴热处理 1. 改善切削加工性能、消除锻造残余应力的热处理 主轴毛坯在锻造过程中，若温度过高，则将使金属组织的晶粒粗大；若锻造温度过低，则造成组织不均匀和过大的残余应力，甚至出现裂纹。 这两种情况在主轴锻造过程中往往同时存在，致使主轴强度降低，并由于表面泠硬而不易切削。 因此在粗黑龙江工程学院本科生毕业设计 8 加工前需进行热处理，以改善切削性能，消除锻造残余应力，细化 晶粒，并使金属组织均匀。 通常采用退火或正火处理。 2. 预备热处理 主轴在粗加工后，最终热处理以前常进行预备热处理，通常为调质或正火。 调质处理是淬火后高温回火（回火温度为 500～ 650℃），调质后可得到均匀细密的回火索氏体组织，使主轴获得较高的强度和韧性等综合机械性能。 调质时由于回火温度高，故主轴容易变形并产生较多的氧化皮。 3. 最终热处理 主轴最终热处理包括局部加热淬火后回火（铅浴炉加热淬火、火焰加热淬火、电感应加热淬火等）、渗碳淬火、淡化等。 其目的是在保持心部韧性的同时提高表面硬度，使主轴各工作表 面获得较高的耐磨性和抗疲劳强度，以保持主轴的工作精度和提高使用寿命。 最终热处理一般放在半精加工之后，因局部淬火后总会有些变形，故需在淬火后安排磨削加工工序以消除淬火变形。 主轴加工工艺过程 主轴加工的主要问题和工艺过程设计所应采取的相应措施 主轴加工的主要问题是如何保持主轴支承轴颈的尺寸、形状、位置精度和表面粗糙度，主轴前端内、外锥面的形状精度、表面粗糙度以及它们对支承轴颈的位置精度。 主轴支承轴颈的尺寸精度、形状精度以及表面粗糙度要求，可以采用精密磨削方法保证，磨前应提高精基准的精度。 保 证主轴前端内、外锥面的形状精度、表面粗糙度同样应采用精密磨削的方法。 为了保证外锥面相对支承轴颈的位置精度，以及支承轴颈之间的位置精度，通常采用组合磨削法，在一次装夹中加工这些表面。 主轴锥孔相对于支承轴颈的位置精度是靠采用支承轴颈 A、 B 作为定位基准，而让被加工主轴装夹在磨床工作台上（不是装夹在磨床头架主轴上）加工保证的。 以支承轴颈作为定位基准加工内锥面，符合“基准重合”原则。 让被加工主轴装夹在磨床工作台上而不装夹在磨床头架主轴上，可以避免磨床主轴回转误差对锥孔形状精度的影响；因为磨床头架主轴与被加工主轴零件 只是柔性连接，磨床头架主轴只起带动工件回转的作用，而工件的回转轴心，则取决于定位基准面 A、 B 与定位元件的精度。 在精磨前端锥孔之前，应使作为定位基准的支承轴颈 A、 B 达到一定精度。 主轴外圆表面的加工，应该以顶尖孔作为统一的定位基准。 如果主轴上有通孔，一旦通孔加工完毕，就要用带顶尖孔的工艺锥堵塞到主轴两端孔中，让锥堵的顶尖孔起附加定位基准的作用。 既然工艺锥堵要起定位作用，所以工艺锥堵与主轴锥孔的配黑龙江工程学院本科生毕业设计 9 合质量就十分重要了。 随着被加工主轴加工精度的逐步提高，也要相应提高工艺锥堵的精度。 主轴上的通孔，虽然加工精度要求不 高，但深孔的加工比较困难，排屑方式都是不可忽视的问题。 主轴深孔的加工属于粗加工，应安排在工艺过程的前部。 主轴加工定位基准的选择 主轴加工中，为了保证各主要表面的相互位置精度，选择定位基准时，应遵循“基准重合”与“互为基准”的原则，并能在一次装夹中尽可能加工出较多的表面。 由于主轴外圆表面的设计基准主轴轴心线，根据基准重合的原则考虑选择主轴两端的顶尖孔作为精基准面。 用顶尖孔定位，还能在一次装夹中把许多外圆表面及其端面加工出来，有利于保证加工面间的位置精度。 所以实心轴在粗加工之前先打顶尖孔。 对于空心 轴则以外圆定位，加工通孔，并在两端孔口加工出 60 度倒角或内锥孔（工艺锥面），用两个带顶尖孔的锥堵或带锥堵的心轴装夹工件。 为了保证支承轴颈与主轴内锥面的同轴度要求，宜按“互为基准”的原则选择基准面。 例如车小端 1： 20 锥孔和大端莫氏 6 号内锥孔时，以与前支承轴颈相邻而它们又是用同一基准加工出来的外圆柱面为定位基准面（因支承轴颈系外锥面不便装夹）；在精车各外圆（包括两个支承轴颈）时，以前、后锥孔内所配锥堵的顶尖孔为定位基面；在粗磨莫氏 6 号内锥孔时，又以两圆柱面为定位基准面；粗、精磨两个支承轴颈的 1： 12 锥面时，再 次用锥堵顶尖孔定位；最后精磨莫氏 6 号内锥孔时，直接以精莫后的前支承轴颈和另一圆柱面定位。 定位基准每转换一次，都使主轴的加工精度提高一步。 主轴主要加工表面加工工序的安排 要达到高精度要求 ,在机械加工工序中间尚需插入必要的热处理工序，这就决定了主轴加工各主要表面总是循着以下顺序进行的，即粗车  调质（预备热处理）  半精车 精车 淬火（最终热处理）  粗磨  精磨。 主轴加工工艺过程可划分为三个加工阶段，即粗加工阶段（包括铣端面打顶尖孔、粗车外圆等）；半精加工阶段（半精车外圆，钻通孔，车锥面、锥孔，钻大头端面各孔，精车外圆等）；精加工阶段（包括精铣键槽，粗、精磨外圆、锥面、锥孔等）。 车床主轴主轴表面的加工顺序有如下几种方案： （一） 通孔 （以毛坯外圆定位，加工后配锥堵）  外圆表面粗加工（以锥堵顶尖孔定位） 锥孔粗加工（以半精加工后外圆定位，加工后配锥堵）  外圆精加工（以锥堵顶尖孔定位） 锥孔粗加工以精加工后的外圆定位）。 （二）圆表面粗加工（以顶尖孔定位）  外圆表面半精加工（ 以顶尖孔定位） 黑龙江工程学院本科生毕业设计 10 钻通 孔（以半精加工后外圆定位，加工后配锥堵）  外圆表面精加（以锥堵 顶尖孔定位） 锥孔粗加工（以精加工后外圆表面定位）  锥孔精加工（以精加工后外圆表面定位）。 （三）外圆表面粗加工（以顶尖孔定位）  外圆表面半精加工（ 以顶尖孔定 位）钻通孔（以半精加工后外圆 表面定位）  锥孔粗加工（以精加工后外圆表面定位）锥孔精加工（以精加工后外圆表面定位，加工后配锥堵）  外圆表面精加（以锥堵顶尖孔定位） （四）外圆表面粗加工（以顶尖孔定位）  外圆表面半精加工（ 以顶尖孔定位）钻通孔（以半精加工后外圆表面定位）  锥孔粗加工（以精加工后外圆表面定位，加工后配锥堵） 外圆表面精加（以锥堵 顶尖孔定位）  锥孔精加工（以精加工外圆表面定位）。 上述四种加工方案各有优缺点，现简要分析如下： 方案 1：钻通孔放在外圆表面粗加工之前，则需在钻通孔后增加配锥堵的工作；另外，粗加工外圆表面时，加工余量大，切削力、夹紧力也相应较大，所以用锥堵顶尖孔定位不如用实心轴顶尖孔定位稳定可靠。 故 此方案对毛坯是实心轴的情况则不适宜，对于实心轴在成批生产情况下是可行的。 方案 2：锥孔粗加工在外圆表面精加工之后，锥孔粗加工时以精加工外 圆表面定位，会破坏外圆表面的精度，故此方案不可行。 方案 3：锥孔精加工放在外圆精加工前，锥孔精加工时以半精加工 外圆表面定位，这会影响锥孔加工精度（内孔磨削条件比外圆磨削条件差）；另外精加工外圆时以锥堵顶尖孔定位，有可能破坏锥孔精度，同时锥堵的加工误差还会使外圆表面和内锥表面产生较大的同轴误差，故此方案也不行。 方案 4：锥孔精加工方在外圆精加工之后，锥孔精加工时以精加工过的 外圆定位，锥孔精加工工序的加工余量小，磨削力不大，故不会破坏外圆表面的精度。 此外，以外圆表面定位，定位稳定可靠，相比之下此方案最佳。 当主要表面加工顺序确定后，就要合理地插入非主要表面加工工序。 对主轴来说非主要表面指的是螺孔、键槽、螺纹等。 这些表面的加工一般不易出现废品，所以尽量安排在后边进行，主要表面加工一旦出了废品，非主要表面就不需要加工了，这样可以避免工时的浪费。 但是也不能放在最后，以防在加工非主要表面过程中损害已精加工过程的主要表面。 对凡是需要在淬硬表面上加工的螺孔、键槽等，都应安排在淬火前加工 完毕，否黑龙江工程学院本科生毕业设计 11 则表面淬硬后就不易加工。 在非淬硬表面上的螺孔、键槽等一般在外圆精车之后精磨之前进行。 如果在精车之前就加工出这些表面，精车就将在断续表面上进行，容易产生震动，影响表面质量，还容易损坏车刀，加工精度也难以保证。 至于主轴螺纹，因它与主轴支承轴颈之间有一定的同轴度要求，所以螺纹应安排在最终热处理之后的精加工阶段进行，这样半精加工后残余应力重新分布所引起变形和热处理后的变形，就不会影响螺纹的加工精度了。 检验工序的合理安排是保证产品质量的重要措施。 每道工序除操作者自检外，还必须安排单独的检验工序。 一般在粗加工 结束后安排检验工序以检查主轴是否出现气孔、裂纹等毛坯缺陷。 对重要工序前后安排检验工序，以便及时发现废品。 在主轴从一个车间到另 一个车间时要安排检验工序，使后续车间内产生的废品不致误认为是前车间产生的。 在主轴全部加工结束之后要经全面检验方可入库。 各工序工步的排序 工序 1 铣端面打中心孔 安装 1：工步 1 粗铣右端面，保证尺寸 48601 mm； 工步 2 打中心孔。 安装 2：工步 1 粗铣左端面，保证总尺寸 87401 mm； 工步 2 打中心孔。 工序 2 粗车外圆 本章小结 本章主要介绍主轴材料的前期处理以及在加工过程中采取的措施和相应的加工工序。 黑龙江工程学院本科生毕业设计 12 第 4 章 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定 各工序工步的加工余量的计算 CA6140 主轴零件材料为 45 钢 HBS207～ 241，生产类型为小批生产，采用摸锻毛坯。 根据上述原始资料及加工工艺，分别确定各加工表面的机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸如下： 6 号锥孔 精磨： 大端为 的锥孔查参考文献 [1]表 确定余量为 ～。 则， =； =。 即 粗车后的直径为 ～ ，取 粗磨： 查表 确定余量为 ～ 则 =；=。 即 精车后的直径为 ～ ，根据表 取 按照精度等级 H12 其公差为 01 mm 216。  mm 精车： 216。  mm 查表 精车后的直径为 ～ 按照 H11 公差等级其公差为 。 1： 12 外锥 精磨： 大端 ，小端 5mm。 表 ，零件基本尺寸 50～ 80mm，直径余量 2Z=～。 则， +=； +=。 取。 +=； += mm。 取。 即 粗磨后的直径为大端 ，小端。 粗磨 1： 20 外圆： 大端 ，小端。 查 [1]表 零件基本尺寸50 ～ 80mm 折算长度  200mm。 磨削余量 则， +=；+= 精车后的直径尺寸为大端 ，小端。 精车： 根据表 ，直径  100mm，加工余量为。 则， =；=。 即粗车后的直径大端为 ，小端 半精车： 查 表 半精车余量为。 则，大端 +=的最小直径为 粗车： 查表 ，加工余量 2Z=。 则 += 即粗车前毛坯的最小直径为。 黑龙江工程学院本科生毕业设计 13 1： 12 外锥，小端 ，大端 精磨： 查表 知，直径在 80～ 120mm，直径余量为 ～ 则+= ， += ， += ，。