CA6140车床主轴加工工艺数控化改造Word格式文档下载.docx
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1、支承轴颈
主轴两主支承轴颈A、B和1：
12锥度与双
列向心短圆锥磙子轴承配合，并支承在主轴箱孔上是主轴部件的装配基准。
其圆度和同轴度将引起主轴回转误差，影响被加工工件的精度，必须严格控制。
主支承轴颈圆跳动公差为0.005
1:
12锥面接触率
70%，表面粗糙度Ra为0.4µ
m。
主轴中间辅助支承为单列滚子轴承，用以提高主轴刚性和回转精度。
其径向圆跳动公差为0.01
；
表面粗糙度Ra为0.4µ
尺寸公差等级为IT6。
2、头部锥孔
主轴头部莫氏6号锥孔是用来安装夹具的定位面的。
可安装顶尖，也可安装刀具。
其对支承轴颈A、B的圆跳动，近轴端公差为0.005
，离轴端300
处公差为0.01
。
锥面的接触率≥70%表面粗糙度为0.4µ
m，硬度要求HRC52。
主轴锥孔的轴线与支承轴颈线不重合，将使被加工工件产生相对位置误差。
3、头部短锥
主轴头部短锥C和大台阶面D是安装卡盘的定位面。
其圆跳动为0.008µ
m，
表面粗糙度Ra为0.8µ
头部短锥C对支承轴颈的圆跳动将卡盘产生同轴度误差。
大台阶端面D对支承轴颈轴线跳动将卡盘产生垂直度误差。
4、装配轴颈
主轴上共安装三个齿轮，其中一个空套，一个单键连接，另一个是花键连接。
装配轴
颈对支承轴颈径向圆跳动公差为0.015
～0.9
表面粗糙度R为0.4～0.6µ
m，尺寸公差等级为IT5。
装配轴颈对支承轴颈的同轴度误差，会引起主轴传动齿轮啮合不良，当主轴转速很高时，还会影响齿轮的传动平稳性，产生噪生。
加工工件时，会在工件表面产生重复出现的震纹，精加工是尤为明显。
5、轴向锁紧
主轴外圆上有三段螺纹，用于轴承等铃部件的轴向锁紧。
当主轴螺纹的轴线
与支承轴颈歪斜时，会引起主轴上琐紧螺母端面倾斜，造成主轴内圈轴线的同向倾斜，引起主轴的径向跳动。
因此，控制螺纹轴线与支承轴颈轴线的同轴度≤0.025
从零件图和上面分析看出：
CA6140车床主轴加工面较多，包括内外圆、内外锥、单键和花键、螺纹等，而且尺寸精度、性为精度以及表面粗糙度要求均较高，部分表面还需要表面淬火，但主要加工表面是以上五种，其中两主支承轴颈本身的尺寸精度、形状精度，两支承之间的同轴度和主支承轴颈与其它表面相互位置精度以及表面粗糙度，则是主轴加工的关键。
三、CA6140车床主轴技术要求
1.主轴锥孔的径向圆跳动允差：
近轴端
离轴端
2.主轴的轴向窜动允差
直径为80:
100的余量及偏差为11
直径为101:
125的余量及偏差为11
125的余量及偏差为13
四、零件的结构特点及设计要求
1、主轴零件的结构特点
1）主轴零件是CA6140车床中的关键零件之一，主要用以传递旋转运动和扭矩，支撑传动零件并承受载荷。
2）主轴零件是回转体零件，既是阶梯轴又是空心轴，
3）主轴长径比小于12，所以为刚性轴
4）主轴零件的主要加工表面是内、外旋转表面，次要表面有键槽、花键、螺纹和横向孔等。
5）机械加工工艺主要是车削、磨削，其次是铣削和钻削。
2、主轴结构的设计要求
1）合理的结构设计。
2）足够的刚度。
3）具有一定的尺寸、形状、位置精度和表面质量。
4）具有足够的耐磨性、抗振性及尺寸稳定性。
5）足够的抗疲劳强度。
五、CA6140车床主轴技术要求及功用
图1为CA6140车床主轴零件图。
由零件图可知，该主轴呈阶梯状，其上有安装支承轴承、传动件的圆柱、圆锥面，安装滑动齿轮的花键，安装卡盘及顶尖的内外圆锥面，联接紧固螺母的螺旋面，通过棒料的深孔等。
下面分别介绍主轴各主要部分的作用及技术要求：
1、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锥面的接触率≥70%；
表面粗糙度Ra为0.4mm；
支承轴颈尺寸精度为IT5。
因为主轴支承轴颈是用来安装支承轴承，是主轴部件的装配基准面，所以它的制造精度直接影响到主轴部件的回转精度。
2、端部锥孔主轴端部内锥孔（莫氏6号）对支承轴颈A、B的跳动在轴端面处公差为0.005mm，离轴端面300mm处公差为0.01mm；
锥面接触率≥70%；
硬度要求HRC45～50。
该锥孔是用来安装顶尖或工具锥柄的，其轴心线必须与两个支承轴颈的轴心线严格同轴，否则会使工件（或工具）产生同轴度误差。
3、端部短锥和端面头部短锥C和端面D对主轴二个支承轴颈A、B的径向圆跳动公差为0.008mm；
表面粗糙度Ra为0.8mm。
它是安装卡盘的定位面。
为保证卡盘的定心精度，该圆锥面必须与支承轴颈同轴，而端面必须与主轴的回转中心垂直。
4、空套齿轮轴颈，空套齿轮轴颈对支承轴颈A、B的径向圆跳动公差为0.015mm。
由于该轴颈是与齿轮孔相配合的表面，对支承轴颈应有一定的同轴度要求，否则引起主轴传动啮合不良，当主轴转速很高时，还会影响齿轮传动平稳性并产生噪声。
5、螺纹主轴上螺旋面的误差是造成压紧螺母端面跳动的原因之一，所以应控制螺纹的加工精度。
当主轴上压紧螺母的端面跳动过大时，会使被压紧的滚动轴承内环的轴心线产生倾斜，从而引起主轴的径向圆跳动。
六、零件毛坯的选择及热处理
1、毛坯的形式
毛坯的制造方法根据使用要求和生产类型而定。
毛坯形式有棒料和磨模锻两种。
前者适于单件小批生产，尤其适用于光滑轴和外圆直径相差不大的阶梯轴，对于直径较大的阶梯轴则往往采用锻件。
锻件还可获得较高的抗拉、抗弯和抗扭强度。
单件小批生产一般采用自由锻，批量生产则采用模锻件，大批量生产时若采用带有贯穿孔的无缝钢管毛坯，能大大节省材料和机械加工量。
综上所述，我选择模锻毛坯。
2、毛坯的尺寸确定
毛坯尺寸的确定查表得
粗加工余量7mm,半精加工余量1.6mm,精加工余量0.4mm.
3、主轴的材料的选择
主轴零件应根据不同的工作情况，选择不同的材料和热处理规范。
一般主轴零件常用中碳钢，如45钢，经正火、调质及部分表面淬火等热处理，得到所要求的强度、韧性和硬度。
转速较高的主轴零件，一般选用40Cr，经过调质和表面淬火处理，使其具有较高的综合力学性能。
45钢是普通机床主轴的常用材料，淬透性比合金钢差，淬火后变形较大，加工后尺寸稳定性也较差。
综上所述，主轴零件材料我选择40Cr。
4、热处理工艺的制定和安排
选择合适的材料并在整个加工过程中安排足够和合理的热处理工序，对于保证主轴的力学性能、精度要求和改善其切削加工性能非常重要。
车床主轴的热处理主要包括：
a）毛坯热处理。
车床主轴的毛坯热处理一般用正火，其目的是消除锻造应力，细化晶粒，并使金属组织均匀，以利于切削加工。
b）预备热处理。
在粗加工之后半精加工之前，安排调质处理，目的是活的细密的回火索氏体。
c）最终热处理。
主轴的重要表面需经过高温频淬火。
最终热处理一般安排在半精加工时得以纠正
七、基准的选择
1、粗基准的选择
为取得两中心孔作为精加工的定位基准，所以机械加工的第一道工序是铣两端面中心孔。
为此可选择前、后支撑轴颈（或其近处的外圆表面）作为粗基准。
这样，当反过来再用中心孔定位，加工支撑轴颈时，可以获得均匀的加工余量，有利于保证这两个高精度轴颈的加工精度。
2、精基准的选择
为了避免基准重合误差，考虑工艺基准与设计基准和各工序基准的统一，以及尽可能在一次装夹中加工较多的工作表面，所以在主轴精加工的全部工序中（二端锥孔面本身加工时除外）均采用二中心孔位定位基准。
主轴中心通孔钻出以后，远中心孔消失，需要采用锥堵，借以重新建立定位精度（二端中心孔）。
中心孔在使用过程中的磨损会影响定位精度，故必须经常注意保护并及时保修。
特别是在关键的精加工工序之前，为了保证和提高定位精度，均需要重新修整中心孔。
使用锥堵时应注意：
当锥堵装入中心孔以后，在使用过程中，不能随意拆卸和更换，都会引起基准的位置变动，从而造成误差。
3、基准的转换
由于主轴的主要轴颈和大端锥孔的位置精度要求很高，所以在加工过程中药采用互换基准的原则，在基准相互转换的过程中，精度逐步得到提高。
1）、以轴颈位粗基准加工中心孔；
2）、以中心孔为基准，粗车支承轴颈等外圆各部；
3）、以支承轴颈为基准，加工大端锥孔；
4）、以中心孔（锥堵）为基准，加工支承轴颈等外圆各部；
5）、以支撑轴颈位基准，粗磨大端锥孔；
6）、以中心孔为（重配锥堵）为基准，加工支承轴颈等外圆各部；
7）、以打断支撑轴颈和φ75h6外圆表面为基准，粗磨打断锥孔。
主轴外圆表面的加工，应该以顶尖孔作为统一的定位基准。
但在主轴的加工过程中，岁着通孔的加工，作为定位基面的中心孔消失，工艺上常采用带有中心孔的锥堵到主轴的两端孔中，如图5-4所示，让锥堵的顶尖其附加定位基准的作用。
八、工序加工中的主要问题
1、锥堵和锥套心轴的使用
对于空心的轴类零件，当通孔加工后，原来的定位基准——顶尖孔已被破坏，此后必须重新建立定位基准。
对于通孔直径较小的轴，可直接在孔口倒出宽度不大于2mm的60度锥面，代替中心孔。
而当通孔直径较大时，则不宜用倒角锥面代替，一般都采用锥堵或锥堵心轴的顶尖孔做为定位基准。
2、使用锥堵或锥堵心轴时应注意以下问题。
1）一般不宜中途更换或拆装，以免增加安装误差。
2）锥堵心轴要求两个锥面应同轴，否则拧紧螺母后会使工件变形。
先图所示的锥堵心轴结构比较合理，其左端锥堵与拉杆心轴为一体，其锥面与顶尖孔的同轴度较好，而右端有球面垫圈，拧紧螺母时，能保证左端锥堵与孔配合良好，使锥堵的锥面和工件的锥孔以及拉杆心轴上的顶尖孔有较好的同轴度。
工序双托图
主轴各外圆表面的精加工和光整加工
3、主轴的精加工都是用磨削的方法，安排在最终热处理工序之后进行，用以纠正在热处理中产生的变形，最后达到所需的精度和表面粗糙度。
磨削加工一般能达到的经济精度和经济表面粗糙度为IT16和Ra0.8～0.2µ
对于一般精度的车床主轴，磨削是最后的加工工序。
而对于精密的主轴还需要进行光整加工。
4、光整加工用于精密主轴的尺寸公差等级IT5以上或表面粗糙度低于Rɑ0.1µ
m的加工表面，其特点是：
1）加工余量都很小，一般不超过0.2mm。
2）采用很小的切削用量和单位切削压力，变形小，可获得很细的表面粗糙度。
3）对上道工序的表面粗糙度要求高。
一般都要求低于Rɑ0.2µ
m，表面不得有较深的加工痕迹。
4）除镜面磨削外，其他光整加工方法都是“浮动的”，即依靠被加工表面本身自定中心。
因此只有镜面磨削可部分地纠正工件的形状和位置误差，而研磨只可部分地纠正形状误差。
其它光整加工方法只能用于降低表面粗糙度。
由于镜面磨削的生产效率高。
且适应性广，目前已广泛应用在机床主轴的光整加工中。
九、加工阶段的划分
主轴加工过程中的加工工序和热处理工序均会不同程度的产生加工误差和应力，因此要划分加工阶段。
主轴加工基本上划分为以下三个阶段。
1、粗加工阶段
1）毛坯处理:
备料,锻造,热处理（正火）
2）粗加工:
工序4～6。
锯除多余部分，铣端面、钻中心孔和荒车外圆等
目的:
切除大部分余量,接近最终尺寸,只留少量余量,及时发现缺陷。
2、半精加工阶段
1）半精加工前热处理:
工序7。
2）半精加工:
工序8～13。
车工艺锥面（定位锥孔）半精车外圆端面和钻深孔等
3）精加工:
精磨外圆和内外锥面以保证主轴最主要表面的精度。
详细过程见工序卡
十、加工工序的安排和工序的确定
1、加工顺序方案确定
具有空心和内锥特点的轴类零件，在考虑支承颈，一般轴颈和内锥等主要表面的加工顺序时，可有以下几种方案。
1）、外表面粗加工→钻深孔→外表面精加工→锥孔粗加工→锥孔精加工
2）、外表面粗加工→钻深孔→锥孔粗加工→锥孔精加工→外表面精加工
3）、外表面粗加工→钻深孔→锥孔次加工→外表面精加工→锥孔精加工
针对CA6140车床主轴的加工顺序来说，可做如下分析比较：
第一方案：
在锥孔粗加工时，由于要用已精加工过的外圆表面作基准面，会破坏外圆表面的精度和粗糙度，所以此方案不宜采用。
第二方案：
在精加工外圆表面时，还要再插上锥堵，这样会破坏锥孔精度。
另外，在加工锥孔时不可避免的会有加工误差（锥堵本身误差等就会造成外圆表面和内锥孔的不同轴，故此方案也不宜采用）
第三方案：
在锥孔精加工时，虽然也要用已精加工过的外圆表面作为精基准面；
但由于锥面精加工的加工余量已很小，磨削力不大:
同时锥孔的精加工已处于轴加工的最终阶段，对外圆表面的精度影响不大；
加上这一方案的加工工序，可采用外圆表面和锥孔互为基准，交替使用，能逐步提高同轴度。
经过上述比较可知像CA6140主轴这类的轴件加工顺序，以第三方案为佳。
2、工序确定
工序的确定要按加工顺序进行，应当掌握两个原则：
1）工序中的定位基准面要安排在该工序之前加工。
2）对个表面的加工要粗、精分开，先粗后精，多次加工，已逐步提高其精度和粗糙度。
主要表面的精加工应安排在最后。
为了改善金属组织和加工性能而安排的热处理工序，如退火、正火等，一般应安排在机械加工之前。
为了提高零件的机械性能和消除内应力而安排的热处理工序，如调质、时效处理等，一般应安排在粗加工之后，精加工之前。
3、工艺路线
该主轴零件结构较为复杂，其中涉及到外圆、端面、孔、锥孔、花键、键槽等加工，考虑加工的方便与精确度等因素，制定出表1所示加工方法和加工工艺过程卡片：
表1
序号
工序名称
工序内容
定位基准
设备
1
备料
2
锻造
模锻
立式精锻机
3
热处理
正火
4
锯头
5
铣端面钻中心孔
毛坯外圆
中心孔机床
6
粗车外圆
顶尖孔
多刀半自动车床
7
调质
8
车大端各部
车大端外圆、短锥、端面及台阶
卧式车床
9
车小端各部
仿形车小端各部外圆
仿形车床
10
钻深孔
钻48mm通孔
两端支承轴颈
深孔钻床
11
车小端锥孔
车小端锥孔（配1∶20锥堵，涂色法检查接触率≥50%）
12
车大端锥孔
车大端锥孔（配莫氏6号锥堵，涂色法检查接触率≥30%）、外短锥及端面
13
钻孔
钻大头端面各孔
大端内锥孔
摇臂钻床
14
局部高频淬火（90g5、短锥及莫氏6号锥孔）
高频淬火设备
15
精车外圆
精车各外圆并切槽、倒角
锥堵顶尖孔
数控车床
16
粗磨外圆
粗磨75h5、90g5、105h5外圆
组合外圆磨床
17
粗磨大端锥孔
粗磨大端内锥孔（重配莫氏6号锥堵，涂色法检查接触率≥40%）
前支承轴颈及75h5外圆
内圆磨床
18
铣花键
铣89f6花键
花键铣床
19
铣键槽
铣12f9键槽
80h5及M115mm外圆
立式铣床
20
车螺纹
车三处螺纹（与螺母配车）
21
精磨外圆
精磨各外圆及E、F两端面
外圆磨床
22
粗磨外锥面
粗磨两处1∶12外锥面
专用组合磨床
23
精磨外锥面
精磨两处两处1∶12外锥面、D端面及短锥面
24
精磨大端锥孔
精磨大端莫氏6号内锥孔（卸堵，涂色法检查接触率≥70%）
专用主轴锥孔磨床
25
钳工
端面孔去锐边倒角，去毛刺
26
检验
按图样要求全部检验
专用检具
主要工序过程见附件2
十一、工序具体内容的确定
1、确定工序尺寸
由于主轴零件中多次加工的表面，如各内、外圆柱面、端面等使用的工序基准、定位基准、测量基准与设计基准重合，因此各工序尺寸只与加工余量有关，即各表面工序尺寸只须在设计尺寸基础上累计加上加工余量即可。
具体尺寸参见表2所示：
表2
加工表面
工序余量/mm
工序尺寸及公差/mm
表面粗糙度
粗加工
半精加工
精加工
φ195
-
φ198
6.3
φ105.8
15．5
2.7
φ124
φ108.5
0.63
0.4
φ100h7
φ100h6
1.25
0.8
φ90g5
φ80h5
φ80.4
φ76h6
0.75
0.5
φ76
φ75.5
φ75
2、加工设备与工艺装备的选择
1）机床选择
从整个主轴零件的加工工艺过程分析可知其加工内容主要是粗车、半精车、精车、粗磨、半精磨及精磨等，各工序加工内容不多，零件外廓尺寸不是太大，因此多数情况下可以选用CA6140卧式车床
2）夹具选择
由于笨零件为长轴类零件，加工工序内容又主要是车、铣、钻、磨，因此夹具主要采用三爪自定心卡盘。
3）刀具选择
由于主轴材料我选用40cr，所以在CA6140卧式车床上加工时，选用硬质合金刀。
十二、指定工序数控加工编程
本工序见下图
加工工序卡
产品名称或代号
零件名称
零件图号
单位名称
CA6140车床
主轴
工序号
程序编号
夹具名称
使用设备
车间
Z0001
液压自动卡盘
CSK6163
数控车间
工步号
工步内容
刀具号
刀具规格mm
主轴转速r/min
进给速度mm/min
背吃刀量mm
备注
外轮廓
T01
25*25
1000
0.2
切各槽
T02
300
0.1
槽深为1
编制
常冰冰
审核
年月日
共页
第页
T1为外圆车刀T2切槽刀（刀具左点为对刀点，刀宽4）
加工原点P
G71（外圆粗车循环）W（被吃刀量）R（退刀量）
G71P（精加工开始程序段的段号）Q（粗加工结束程序段的段号）
U（X轴向精加工余量）W（Z轴向精加工余量）
F（f）
G70（精加工循环）
程序如下：
N1000G90G92M03S1000T01F0.2
N1001G00X72Z0
N1002G01X0
N1003G01X62.4
N1004G01X70.4Z-0.5
N1005G91G01Z34.5
N1006G01X2
N1007G01Z44
N1008G01X0.7
N1009G01Z30
N1010G01X0.175
N1011G01X1.075Z24
N1012G01Z151
N1013G01X1.5Z4
N1014G01Z110
N1015G01X4.5Z0.5
N1016G01Z108
N1017G01X0.5
N1018Z114
N1019X5
N1020Z112
N1021X2.5Z46
N1022X5
N1023Z79
N1024G01X40
N1025G90G00X200Z200
N1026T02S300F0.2
N1027G00X72Z-35
N1028G01X69
N1029G01X76
N1030G00Z-79
N1031G01X73
N1032G01X77
N1033G00Z-109
N1034G01X74
N1035G01X77
N1036G00X82
N1037G00Z-295
N1038G01X79
N1039G01X82
N1040G00Z-388
N1041G01X79
N1042G01X82
N1043G00X92
N1044G00Z-502
N1045G01X88
N1046G01X92
N1047G00Z
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