主轴的结构特点和技术要求样本.docx
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主轴的结构特点和技术要求样本
一．主轴构造特点和技术规定
轴类零件是机械加工中典型零件之一。
轴类零件是旋转体零件，其长度不不大于直径，它重要表面是同轴线若干个外圆柱面、圆锥面、孔和螺纹等。
机床主轴是一种典型轴类零件，它是机床核心零件之一，它把回旋运动和转矩通过主轴端部家具传递给工件或刀具。
因而在工作中主轴要承受转矩和弯矩，并且还规定有很高回转精度。
因而，主轴制造质量将直接影响到整台机床工作精度和使用寿命。
主轴零件图上规定了一系列技术规定，如尺寸精度、形状位置公差、表面粗糙、接触精度和热解决规定等。
这些都是为了保证主轴具备高回转精度和刚度、良好耐磨性和尺寸稳定性。
现以CA6140型卧室机床主轴为例，阐明其重要技术规定。
1.图1为CA6140车床主轴零件简图。
由零件简图可知，该主轴呈阶梯状，其上有安装支承轴承、传动件圆柱、圆锥面，安装滑动齿轮花键，安装卡盘及顶尖内外圆锥面，联接紧固螺母螺旋面，通过棒料深孔等。
下面分别简介主轴各重要某些作用及技术规定：
⑴支承轴颈 主轴二个支承轴颈A、B圆度公差为0.005mm，径向跳动公差为0.005mm；而支承轴颈1∶12锥面接触率≥70%；表面粗糙度Ra为0.4mm；支承轴颈尺寸精度为IT5。
由于主轴支承轴颈是用来安装支承轴承，是主轴部件装配基准面，因此它制造精度直接影响到主轴部件回转精度。
⑵主轴工作表面精度主轴工作表面是指装夹道具或家具定心表面，如莫氏锥孔、轴端外锥或法兰外圆等。
对那她们规定有：
内外锥面尺寸精度、几何形状精度和接触精度，定心表面对支承轴颈同轴度，定位端面对颈轴线垂直度等。
它们对机床工作精度影响会导致家具或工件装夹误差。
在主轴技术规定中还亏定了近主轴端部径向园跳动和离端面部300mm处径向圆跳动。
此外为了保证锥孔玉顶尖火道具锥柄接触配合良好，规定须用原则锥度塞规以涂色法检查接触面积，详细规定如表11-12所示。
表11-2主轴莫氏锥孔精度规定
机床类别
莫氏锥孔对主轴颈径向圆跳动/mm
莫氏锥孔接触面积/%
近主轴端
距轴端300mm
普通机床
0.005~0.001
0.01~0.03
65~80
精密机床
0.002~0.005
0.005~0.01
＞85
（3）主轴次要轴颈和其他表面精度主轴次要轴颈是指装配齿轮、轴套等零件表面。
它们尺寸公差级别规定普通为IT7级，圆度公差为0.01mm。
主轴上螺纹普通是用来固定零件或者调节轴承间隙。
当调节螺母有端面跳动时，会导致被压紧轴承环倾斜，从而使主轴径向圆跳动增大。
这不但会影响工件加工精度，并且也会减少轴承寿命。
因而主轴螺纹公差级别普通为6g级，相对主轴颈同轴度公差不超过0.025~0.05mm,相对螺母支承端面跳动在500mm半径上不大于0.025mm。
（4）主轴各表面粗糙度不同精度机床主轴各表面表面粗糙度规定如表11-3所示。
主轴表面类别
普通机床
精密机床
主轴颈
滑动轴承
0.1~0.2
0,025~0,05
滚动轴承
0.4
0.2
工作表面
0.4~0.8
0.1~0.2
其她配合表面
0.8~1.6
0.2~0.4
普通表面
3.2~6.3
0.8~3.2
（5）主轴各表面硬度主轴各轴颈表面、工作表面和其他滑动表面都会受到不同限度摩擦作用。
在滑动轴承配合中，轴颈与轴瓦发生摩擦，规定轴颈表面耐磨性要高，其硬度则可视轴瓦材料而异。
如巴氏合金轴锡青铜，则轴颈表面硬度应不不大于60HRC；采用钢套轴承时，轴颈表面硬度应更高，如镗床主轴采用表面渗氮解决后，其硬度不不大于900HV。
在滚动轴承配合中，摩擦是由轴承套圈和滚动体承受，因而轴颈可以不规定很高耐磨性，但仍规定恰当提高其硬度，以改进它装配工艺性和装配精度。
轴颈表面硬度普通为40~50HRC。
对于定心表面，因相配件顶尖和卡盘经常拆卸，易碰伤拉毛而影响接触精度，故必要有一定耐磨性。
为了改进表面拉毛现象，延长机床精度保持期限，定心表面硬度普通规定在45HRC以上。
主轴材料普通选用45她、65Mn、40Cr等牌号钢材。
其中65Mn、40Cr淬透性较好，经调质和表面高频淬火后可获得较高综合力学性能和耐磨性。
当规定主轴在高精度、高转速和重载荷下工作时，可选用18CrMNTi、20Cr、20Mn2B等牌号低碳合金钢。
这些材料经渗碳淬火后，淬火表面层具备压应力，可使其抗弯疲劳强度提高，但热解决工艺性较差，变形较大。
精度主轴可选用38CrMoALA渗氮钢，它表面硬度和疲劳强度更高，并且，渗氮层还具备抗腐蚀、热解决变形小长处。
主轴毛胚多采用锻件。
生产批量较小时常采用自由锻，其所需设备简朴，但毛坯精度较差，余量达10mm以上；采用模锻可以锻造形状较复杂毛坯，加工余量也较少，有助于减少机械加工劳动量，故在成批生产中广泛应用。
精密模锻是锻造生产一项先进工艺，它能锻造出形状复杂、精度较高毛坯。
此外，也有采用由无缝钢管局部镦粗多轴自动车床主轴毛坯。
二、主轴加工工艺过程
序号
工序名称
定位基准
加工设备
1
备料
2
锻造
立式精锻机
3
热解决
4
锯头
专用机床
5
铣端面钻中心孔
外圆柱面
中心孔机床
6
粗车外圆
中心孔及外圆
卧式车床C620B
7
热解决
8
车大端各部
顶尖孔
卧式车床
9
仿形车小端各部
中心孔、短锥外圆
仿形车床
10
钻Ø48深孔
夹小端、架大端
专用深孔钻床
11
车小端内锥孔
夹小端、架大端
卧式车床C620B
12
车大端锥孔
夹小端、架大端
卧式车床C620B
13
钻大端端面各孔
大端锥孔
钻床Z55
14
热解决
15
精车各外圆并切槽
中心孔
数控车床CSK6163
16
粗磨外圆
堵头中心孔
万能外圆磨床M1432A
17
粗磨莫氏6号内锥孔
外圆柱面
内圆磨床M2120
18
粗铣和精铣花键
堵头和中心孔
花键铣床YB6016
19
铣键槽
外圆柱面
铣床X25
20
车大端内侧面、车三处螺纹
堵头和中心孔
卧式车床CA6140
21
精磨各外圆及端面
堵头和中心孔
万能外圆磨床M1432A
22
粗磨2处1:
12外锥面
堵头中心孔
专用组合磨床
23
精磨2处1:
12外锥面
堵头中心孔
专用组合磨床
24
粗磨莫氏6号內锥孔
外圆柱面
主轴锥孔磨床
25
钳工
26
检查
制定主轴工艺过程规定如下：
1.加工阶段划分主轴加工普通划分为三个阶段，即粗加工、半精加工和精加工。
各阶段划分大体以热解决为界。
划分阶段和合理安排工序是为了保证加工质量，达到较高生产效率和耗费至少生产成本。
普通精度主轴，精磨可作为最后工序。
对于精密机床主轴，还应有光整加工阶段，以获得较小表面粗糙度值，有时也是为了达到更高尺寸精度和配合规定。
2.定位肌醇选取轴类零件普通能以自身中心孔作为统一基准，但带中心通孔主轴则不能做到这一点，因而必要交替使用中心孔和外圆表面作为定位基准。
例如外圆粗加工时可以中心孔为定位基准，但中心孔随着深孔加工而消失，因而必要重新建立外圆加工基面。
普通有如下三种办法：
（1）当中心通孔直径较小时，可直接在孔口倒出宽度不不不大于2mm60度锥面来代替中心孔。
若中心通孔直径较大，则可视详细状况采用其她办法。
C6140型机床主轴属于普通规定主轴，为了简化工艺装备，半精加工外圆和车螺纹工序就可采用小端孔口锥面和大端外圆作为定位基准，同事采用一定工序办法来保证定位精度。
例如热解决后工序8半精车小端面、内孔及倒角，就是为了纠正主轴调质后发生变形，使工序9小端孔口锥面与尾座顶尖接触良好。
又如热解决后工序14精车小端莫氏锥孔、端面及倒角，是为了保证工序18车螺纹时定位精度。
同步，工艺上还规定工件装夹后应找正100mm\、80mm外圆径向圆跳动不大于0.03mm，如果超差，则需重新修整小端孔口锥面。
（2）采用锥形堵塞或锥套心轴。
是一种锥堵形式，其锥度与工件端部定位孔锥度相：
同。
当工件孔为圆柱通孔时，锥堵锥度为1：
500。
当工件孔锥度较大时，可采用锥套心轴。
使用锥堵火锥套心轴时，在加工半途普通不能更换或拆卸，要到精磨完各档外圆，不需使用中心孔时才干拆卸，否则，会导致工件各加工表面对锥堵中心孔同轴度误差而影响各工序已加工表面互相位置精度。
采用锥堵或锥套心轴可使主轴各外圆和轴肩加工具备统一基准，减少了定位误差。
但它缺陷是要配备许多锥堵或锥套心轴，并且会引起主轴变形。
（3）精加工主轴外圆时也可用外圆自身来定位，即装夹工件时以支承轴颈表面自身找正。
此时可采用可拆卸式锥套心轴，心轴与工件锥孔间有很小间隙，用螺母和垫圈将心轴压紧在主轴两端面上后来，将心轴连同主轴一起装夹到机床先后顶尖上，然后找正工件支承轴颈以实现外圆自身定位。
此时只需备几套心轴，从而简化了工艺装备及其管理工作。
主轴大端锥孔精磨时也可以主轴颈外圆为定位基准。
主轴颈是主轴装配基准，也是测量基准，这样，三种基准重和，就不会产生基准不符误差，从而可靠地保证了大端锥孔相对主轴颈同轴度规定。
3热解决工序安排热解决工序是主轴加工重要工序，它涉及：
（！
）毛坯热解决主轴锻造后要进行正火或退火解决，以消除锻造内应力，改进金相组织、细化晶粒、减少硬度、改进切削加工性。
（2）预备热解决普通采用调质火正火解决，安排在粗加工之后进行，以得到均匀细密回火索氏体组织，使主轴既获得一定硬度和强度，又有良好冲击韧性，同步也可以消除粗加工应力。
精密主轴经调质解决后，需要切割式样作金相组织检查。
（3）最后热解决普通安排在粗磨迈进行，目是提高主轴表面硬度，并在保持心部韧性同步，使主轴颈或工作表面获得高耐磨性和抗疲劳性，以保证主轴工作精度和使用寿命。
最后热解决办法有局部加热淬火后回火、渗碳渗火和渗氮等，详细应视主轴材料而定。
渗碳淬火后还需要进行低温回火解决，对不需要渗碳不玩可以镀铜保护或预放加工余量后再去碳层。
（4）定性解决对于精度规定很高主轴，在淬火、回火后或粗磨工序后，还需要定性解决。
定性解决办法有低温人工时效和冰冷解决等，目是消除淬火应力或加工应力，促使参加奥氏体转变为马氏体，稳定金相组织，从而提高主轴尺寸稳定性，使之长期保持精度。
普通精度CA6140不需要进行定性解决。
4加工顺序安排安排加工顺序应能使各工序和整个工艺过程最经济合理。
按照粗精分开、先粗后精原则，各表面加工应按由粗到精顺序按加工阶段进行安排，逐渐提高各表面精度和减小其表面粗糙度值。
同步还应考虑如下各点：
（1）主轴深孔加工应安排在外圆粗车之后。
这样可以有一种较精准外圆来定位加工深孔，有助于保证深孔加工壁厚均匀；而外圆粗加工时又能以深孔钻出前中心孔为统一基准。
（2）各次要表面如螺纹、键槽及螺孔加工应安排在热解决后、粗磨前或粗磨后。
这样可以较好地保证其互相位置精度，又不致碰伤重要精加工表面。
（3）外圆精磨加工应安排在内锥孔精磨之前。
这是由于以外圆定位来精磨内锥孔更容易保证它们之间互相位置精度。
（4）各工序定位基准面加工应安排在该工序之前。
这样可以保证各工序定位精度，使各工序加工达到规定技术规定。
（5）对于精密主轴更要严格按照粗精分开、先粗后精原则，并且，各阶段工序还要细分。
三、主轴加工重要工序分析
1.中心孔修研作为主轴加工定位基准中心孔质量对主轴加工精度有直接影响。
这是由于中心孔形状误差会复映到加工表面上去，中心孔与顶尖接触不良也会影响工艺系统刚度，导致加工误差。
因而，在制定工艺过程时必要十分注意中心孔加工和修研。
在主轴加工过程中，中心孔要承受工件重量和切削力，会产生磨损、拉毛和变形。
通过热解决后，中心孔会产生表面氧化层和变形。
因而，在热解决之后，各加工阶段之初，必要对中心孔进行修研，甚至重钻。
对于精密主轴，中心孔精度更是保证主轴质量一种核心。
因此，在粗磨、半精磨和精磨工序钱必要安排中心孔修研工序。
中心孔与顶尖接触面积规定为：
精磨时，75%，光整加工时，80%以上。
修研中心孔办法有：
（！
）采用铸铁或环氧树脂顶尖为研具，加适量研磨剂，在车床上进行研磨。
这种办法精度高，但效率低。
（2）采用油石或橡胶砂轮，加少量柴油或轻机油，在车床上进行研磨。
这种办法效率比此前者高。
（3）采用硬质合金顶尖刮削中心孔。
常用有六棱硬质合金顶尖，它刃带有微量切削作用和挤光作用，能纠正中新空几何形状误差，效率高，使用寿命长，表面粗糙度可达Ra0.8µm。
（4）采用专用中心孔磨床修磨中心孔。
这种办法精度高，生产效率也高，表面粗糙度可达Ra0.2µm，适当于成批生产。
2.外圆车削普通划分为粗车、半精车和精车三个工序。
粗车是为切除大某些余量；半精车是为修整预备热解决后变性；精车则是为进一步使各表面在磨削前具备一定精度和余量。
因而，车削加工重要问题是提高生产率，在不同生产类型时采用设备是：
（1）单间削皮生产卧式车床
（2）成批生产卧式车床附加液压仿形刀架或液压仿形车床。
（3）大批大量生产广泛采用液压仿形车床，也可采用多刀半自动车床。
由于液压仿形车床实现了车削加工半自动化，更换靠模、调节刀具较简朴，减轻了劳动强度，提高了生产率，因而在主轴成批生产中是经济。
采用液压仿形刀架可使卧式车床充分发挥效能，装卸操作以便，生产成本较低，但是加工精度不够稳定，不适当强力切削，需要进一步提高精度和刚性。
用工件自身作为靠模时，液压仿形刀架也可用于小批生产。
使用多刀半自动车床可以大大缩短切削行程和机动时间，提高生产率，但刀具调节费时，故重要应用于大量生产。
3.深孔加工主轴深孔加工比普通孔加工要复杂和困难得多，这是由于深孔加工刀杆细长，刚性较差，容易引偏；并且深孔排泄困难，容易堵塞，无法持续加工；同步切削液不易进入切削区，散热较困难，容易使钻头丧失切削能力。
因此，应把深孔加工安排在外圆粗车之后，使其有一种较精准外圆作为定位基准。
此外，深孔加工还必要采用特殊钻头、设备和加工方式，以解决好刀具引导、排屑顺利和冷却润滑充分三个加工核心问题。
为此可采用下列工艺办法：
4.
（1）采用工件旋转、刀具进给加工方式，使钻头有自定中心能力，避免钻孔时偏斜。
（2）采用特殊构造刀具——深孔钻，以增长导向稳定性和断屑性能，来适应深孔加工条件。
（3）在工件上预先加工出一段较精准导向孔，使钻头在切削开始时不导致引偏。
（4）采用压力输送足够切削液进入切削区，对钻头其冷却润滑作用，并带着切屑排出。
单件小批生产中，常在卧式车床上用接长麻花钻进行加工，在加工过程中需多次退出钻头，以排除切屑和冷却钻头。
故产生效率低，劳动强度高。
成批生产中，普遍在深孔钻床上用内排屑深孔钻头加工，在加工过程中可持续进给，钻出孔对外圆轴线偏离量在1000mm长度内以1mm，表面粗糙度Ra为3.2~12.5µm。
它生产效率比前者高一倍以上，并可减少劳动强度。
钻出深孔应通过精加工才干达到规定。
深孔精加工办法有镗孔和铰孔，由于刀具细长，除了采用普通进给办法外，也可采用拉镗和拉铰办法在深孔钻床上加工。
拉镗和拉铰办法是使刀杆受拉，故可防止压弯。
4.轴颈光整加工外圆磨削能经济地达到公差级别IT7和表面粗糙度Ra为0.2~0.8µm。
如采用高精度磨床，操作精细，则可达到公差级别IT6,故能满足普通机床主轴规定。
对于精密机床主轴则还需要进行光整加工，以获得IT6以上公差级别和很小表面粗糙度值。
外圆表面光整加工办法有研磨、双轮衍磨和镜面磨削。
光整加工特点是；
（1）采用很低切削用量和单位切削压力，因而，加工过程中切削力和切削热很小，从而能获得很小表面粗糙度值。
（2）对上道工序表面粗糙度规定严格，普通都应达到Ra0.2µm，表面不得有较深加工痕迹。
（3）加工余量都很小，普通不超过0.2mm，余量过大就会使加工时间过长，产生切削热，减少生产效率，甚至破坏上一道工序已达到精度。
（4）除镜面磨削外，其她光整加工办法都是“浮动”，即是依托被加工表面自身自定中心。
因而，只有镜面磨削可以某些地纠正工件形状误差和位置，而研磨只可以某些地纠正形状误差。
由于镜面磨削生产效率较高，并且适应性强，因此当前已广泛地应用于机床主轴光整加工中。
5.锥孔磨削锥孔磨削是主轴加工最后一道核心工序，现已普遍采用专用锥孔磨床和专用磨夹具，故能稳定地达到精度主轴质量规定。
如前所述，锥孔磨削定位基准应选取两个主轴颈。
锥孔加工重要技术问题是：
（1）工件支承装夹方式
采用磨床通用夹具——中心架（图11-18a），工件轴颈支承在两个中心架上或支承子在一种中心架和头架卡盘上。
中心架通用性好，但支承销接触面较小，容易磨损，需经常调节工件与砂轮中心等高，并且整个夹具刚性和支承方式刚性都较差，故只适于单间小批生产和加工普通精度主轴。
图11-18a
（2）工作传动方式为了尽量减少磨床头架主轴轴向窜动和径向圆跳动对工件影响，头架主轴必要通过饶性联接来传动工件。
在精密主轴锥孔磨削中，还可采用线绳、尼龙绳或橡皮筋以一定方式缠绕在主轴拨销与工件卡箍智者见，实现饶性传动，使工件平稳。
（3）磨削操作调节方式精磨主轴锥孔时容易浮现“喇叭口”、锥孔素线不直等形状误差，从而影响锥孔接触精度。
“喇叭口”浮现是由于砂轮轴刚性差或者砂轮相对锥孔两端伸出量调节不当导致。
这样，当砂轮磨削锥孔两端孔口时，由于径向减小，砂轮轴弹性变形也随之减小，使两端孔口多磨去某些，从而导致“喇叭口”。
依照上述分析，对于操作调节来说，重要应考虑调节好砂轮相对锥孔两端伸出量，以改进“喇叭口”现象。
锥孔素线不直浮现是由于工件和砂轮旋转轴线不等高所致。
在磨削锥孔时，砂轮轴线应保持与工件轴线等高，使砂轮运动轨迹与锥孔素线重叠，这样加工出来锥孔素线为直线；当砂轮轴线与工件轴线不等高，砂轮玉锥面接触处位置会发生变化，这样加工出来锥孔将成为旋转双曲线。
因此操作时应调节夹具，使工件与砂轮轴等高，其偏差控制在0.005~0.001mm。
四主轴检查
主轴是机床核心零件，各项技术规定很高，因而，除了工序间检查外，在主轴加工所有工序完毕后，应对主轴尺寸、几何形状、互相位置精度和表面粗糙度、硬度等进行全面检查。
检查工作应按一定顺序进行，普通先检查各外圆尺寸精度、锥度、圆度等形状精度，表面粗糙度和外观，然后再在专用检查夹具上检查互相位置偏差。
大批生产时，若工艺过程稳定，机床精度较高，有些项目可以抽验。
主轴以两个主轴颈支承在V形架上，小端内装入一种锥堵，大端插入一种保准验心棒，轻轻移动主轴，各千分表可以分别读出各项误差值，涉及主轴锥孔及各外圆对主轴颈径向圆跳动和端面圆跳动量。
为了消除检查心棒自身同轴度误差影响，在检查轴端和300mm处跳动时，应将检查心棒转过180度后再检查一次，将两次读数平均值，可使检查心棒误差互相抵消。
上述检查办法定位方式符合基准重叠原则、不存在基准不符误差。
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