CA6140车床主轴的加工工艺毕业设计最新论文.docx
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CA6140车床主轴的加工工艺毕业设计最新论文
题目：
CA6140车床主轴加工工艺以及夹具设计
学晓
班级：
09级机械设计制造及其自动化
学号：
********
姓
指导老师
摘要…………………………………………………………………………….…...1
目录……………………………………………………………………………….…2
前言………………………………………………………………………………....5
第一章概论………………………………………………………………….………6
1.1车床的历史及发展……………………………………………………6
1.1.1车床的历史……………………………………………………6
1.1.2车床的诞生及发展……………………………………………6
1.2普通车床及CA6140卧式车床的简介………………………………7
1.2.1普通车床的基本知识………………………………………….7
1.2.2CA6140车床简介……………………………………………9
1.3CA6140卧式车床主轴的作用……………………………………..11
1.3.1主轴的结构特点………………………………………………11
1.3.2主轴的作用……………………………………………………11
第二章CA6140卧式车床主轴的选材…………………………………………12
2.1车床主轴的工作条件与技术要求……………………………………12
2.1.1主轴的基本要求………………………………………………12
2.2主轴的选材与原因…………………………………………………13
2.3材料的热处理……………………………………………………….13
第三章CA6140卧式车床主轴的加工工艺
3.1机床主轴的机械加工工艺分析……………………………………..
3.1.1机床主轴的基本加工路线………………………………….
3.2主轴加工工艺过程……………………………………………………..
3.2.1主轴的基本要求………………………………………………….
3.2.2主轴的加工工艺…………………………………………………
第四章CA6140卧式车床主轴的加工精度及误差分析……………14
4.1加工精度及误差……………………………………………………….14
4.1.1加工精度与加工误差…………………………………………….14
4.1.2原始误差…………………………………………………………..14
4.1.3研究机械加工精度的方法……………………………………..14
4.2工艺系统集合误差………………………………………………………14
4.2.1机床的几何误差………………………………………………..14
4.2.2主轴回转误差…………………………………………………….15
4.2.3导轨误差……………………………………………………………15
4.2.4传动链误差…………………………………………………………16
4.2.5刀具的几何误差………………………………………………….16
4.3定位误差…………………………………………………………………16
4.3.1基准不重合误差…………………………………………………..16
4.3.2定位副制造不准确误差………………………………………….16
4.4工艺系统受力变形引起的误差……………………………………….17
4.4.1工件刚度………………………………………………………….17
4.4.2刀具刚度………………………………………………………….17
4.4.3机床部件刚度……………………………………………………..17
4.4.5工艺系统受热变形引起的误差……………………………………17
4.5结论：
提高加工精度的途径……………………………………………
CA6140卧式车床主轴的加工工艺………………………………………
第五章主轴的精度检验及调整………………………………………………
5.1主轴精度检验及还原…………………………………………………..
5.1.1主轴及主要精度的检验………………………………………….
5.1.2检验后的精度还原…………………………………………….
5.2主轴的主要精度检验……………………………………………..
5.3主轴与其部件的装配精度………………………………………….
5.3.1主轴上传动件合理布置……………………………………….
5.3.2主轴与滚动轴承的装配……………………………………………
5.3.3主轴与齿轮的装配……………………………………………
第六章车床主轴的维修与保养及废旧主轴的再利用…………………………….
6.1主轴的维护………………………………………………………………
6.1.1维修护理方式…………………………………………………..
6.1.2维修保养内容……………………………………………………
6.2主轴的拆卸与清洗……………………………………………………….
6.2.1与其部件的拆卸……………………………………………………..
6.2.2主轴与其部件的清洗内容…………………………………………..
6.3废旧主轴精度回升方案………………………………………………
6.3.1废旧主轴的类型……………………………………………………….
6.3.2主轴精度回升的方法………………………………………….
6.4主轴的再制造工程………………………………………………………
6.4.1再制造工程及其影响…………………………………………………
6.4.2主轴的再制造工程……………………………………………….
前言
伴随着世界的不断进步，科技的不断发展，数字化机械设备风靡全球，不断占领市场，尤其是金属切削中的数控机床已经成为时代的先驱，引领潮流。
但有着悠久历史的普通成床，特别是它不甘落后，继续向着明天昂首阔步的精神，是值得我们去研究改造的。
本论文包括车床历史的发展及卧式床的相关知识；车床主轴的选材；CA6140卧式车床主轴的加工精度及误差分析；车床主轴的加工工艺；主轴的精度检验及调整；车床主轴的维修与保养及废旧主轴的再利用。
通过大学三年来对机械的了解，以及三年来对机床理论知识的学习和不间断的实训，了解掌握了一些机床的结构和原理，本论文着重于对CA6140卧式车床主轴。
第1章概论
1.1车床的历史及发展
1.1.1车床的历史
公元前二千多年出现的树木车床是机床最早的雏形。
工作时，脚踏绳索下端的套圈，利用树枝的弹性是工件有绳索带动旋转，手拿贝壳或石片等作为刀具，沿板条移动工具的切削工作。
中世纪的弹性杆棒车床运用的仍是这一原理。
十五世纪由于制造钟表和武器的需要，出现了钟表匠用的螺纹车床和齿轮加工车床，以及水力驱动的炮筒鏜床。
1500年左右，意大利让人奥纳多.达芬奇曾绘制过车床，鏜床，纹加工机床和内圆磨床的构想草图，其中已有曲柄，飞轮，顶尖和轴承等新机构。
中国明朝出版的《天工开物》中也载有磨床的结构，用脚踏的方法是铁盘旋转，加上沙子和水剖切玉石。
1979年，英国人莫兹利创造成的车床由丝杆转动刀架，能实现机动进给和车削螺纹，这是机床结构的一次重大变革。
莫兹利也因此被称为“英国机床工业之父”。
随着电动机的发明，机床开始先采用电动机集中驱动，后有广泛使用单独电动机驱动。
二十世纪初，为了加工精度更高的工件，夹具和螺纹加工工具，相继创造出坐标鏜床和螺纹磨床。
同时为了适应汽车和轴承等工业大量生产的需要，有研制成能自动更换刀具，以进行多工序加工的加工中心。
从此，随着电子技术和计算机的发展和应用，使机床在驱动方式，控制系统功能等方面都发生显著变革。
1.1.2车床的诞生及发展
（1）车床的诞生记
在发明车床的故事中，最引人注目的是一名叫莫兹利得英国人，因为他于1797年发明了划时代的刀架车床，这种车床带有精密的导螺杆和可互换的齿轮。
莫兹利生于1771年，18岁的时候，他是发明家布拉默的得力助手。
直到26岁才离开布拉默，因为布拉默粗暴地拒绝了莫兹利提出的把工资增加到每周30先以上的请求。
就在莫兹利离开布拉默的那一年，他制造成了第一台螺纹车床，3年以后，莫兹利在他自己的车间制造出了一台更加完善的车床，19世纪，由于高速工具钢的发明和电动机的应用，车床不断完善，终于达到高速度和高精度的现在水平。
（2）车床的发展史
车床的发展大致可以分为四个阶段：
雏形期，基本架构期，独立动力期与数值控制期，下面针对其发展的过程加于介绍。
车床的诞生不是发明出来的，而是逐渐演进而成，早在四千年前就有人利用简单的拉弓原理完成钻孔的工作，这是由记录最早的工具机，这段期间可称为雏形期。
18世纪开始的工业革命，象征着以工匠主导的农业社会结束，取而代之的强调大量生产的工业社会，由于各种金属制品被大量使用，为了满足金属零件的加工，车床成了关键性的设备，到了19世纪才有完全以铁制零件组合完成的车床，再加上诸如螺杆等传动机构的导入，一部具有基本功能的车床总算开发出来，为其基本结构架。
瓦特发明了蒸汽机，是的机床可籍由蒸汽机产生的动力来启动车床运转，20世纪初拥有了独立动力源的动力车床（EngineLathe）终于被开发，也将车床带到新的领域。
20世纪中，计算机被发明，不久计算机即被用在工具机上，为数值控制期。
1.2普通机床及CA6140卧式车床的简介
1.2.1普通机床的基本知识
车床主要用于加工各种回转表面，如内外圆柱面，圆锥表面，回转曲面和端面等，有些车床还能加工螺纹面。
由于多数机器零件具有回转表面，车床的通用性又较广，因此，在机械制造厂中，车床应用极为广泛，在金属切削机床中占的比例比较大，约占总台数的20%-35%。
车床的种类很多，按其结构和用途主要可以分为：
a卧式车床和落地车床。
b立式车床c转塔车床。
d单轴和多轴自动，半自动车床。
e仿行车床和多刀车床。
f数控车床和车削中心。
g各种专门化车床。
图1—1
卧式车床外形
1—主轴箱2，5—刀架7尾座8—床身9，13—床腿10—光杠11—丝杠
12—溜板箱14—进给箱15—挂轮变速机构
车床型号的组成：
通用车床的型号由基本部分和辅助部分组成，中间用“/”隔开，，读作“之”。
前者需统一管理，后者纳入型号与否由企业自定。
型号（从左到右）构成如下：
分类代码类代号通用特性、结构特性代号组代号系代号主参数或设计顺序号主轴数或第二主参数重大改进系号/其他特性代号企业代号
车床的类代号：
C
车床的通用特性代号，表1-1
通用特性
高精度
精密
自动
半自动
数控
仿形
轻型
代号
G
M
Z
B
K
F
Q
读音
高
密
自
半
控
仿
轻
1.2.2CA6140车床简介
CA6140型普通车床是我国设计制造的新型好产品。
它具有良好的性能，结构先进、操作方便、外观整洁等特点。
CA6140所代表的意义：
（类别代号，车床类），A（结构特性代号），6（组别代号，卧式），1（系别代号），40（主参数，最大回转直径400mm）。
1.主运动传动
主运动是车床速度最高、消耗功率最大的运动。
主运动传动链的两个末端件是主动机与主轴，它的功用是把动力源的运动及动力传给主轴，是主轴带动工件旋转，实现主运动，并把满足卧式车床主轴变速的换向的要求。
主轴转速技术和转速由传动系统图和传动路线表达式看出，主轴正传时，可得2X3=6种高转速和2X3X2X2=24种低转速。
轴3-4-5之间的4条传动路线的传动比为
U1=50/50X51/50=1
U2＝20/80X51/50=1/4
U3=50/50X20/80=1/4
U4=20/80X20/80=1/16
式中，U1和U3基本相同，所以实际上只有3种不同的传动比。
因此，运动经由低速传动路线时，主轴实际上只能得到2x3x（1+（2x2-1））=18级转速。
加上由高速路线传动获得的6级转速，主轴总共可获得2x3[1+（2x2-1）]=24级转速。
同理，主轴反转时，有3x[1+（2x2-1）]=12级转速。
2.进给运动
进给运动是维持切削持续下去的运动。
进给运动传动链是实现刀具纵向或横向移动的传动链。
在切削圆柱面和端面时，进给传动链是外联系传动链。
进给量以工件每转刀架的移动量计算。
卧式车床在车削螺纹时，进给传动链是内联系传动链。
主轴每转刀架当作传动链的两个末端。
图2—3纵，横向机动进给操纵机构
1-手柄2-销轴3-手柄座4-球头销5-轴6-手柄7-轴8-弹簧销9—球头销
10-拨叉轴11-杠杆12-连杆13-凸轮14-圆销15-拨叉轴16，17-拨叉
18,19-圆销20-杠杆21-销轴22-凸轮23-轴
1.3CA6140卧式车床主轴的作用
1.3.1主轴的结构特点
主轴是机器中醉常见的一种零件。
它是旋转类零件，主要由内外圆柱面、内外圆锥面、螺纹、花键和横向孔等组成。
1.3.2主轴的作用
主轴是机床的执行件，它主要起支撑传动件和传动转矩的作用；在工作时，由它带动工件直接参加表面成形运动；同时，主轴还保证工件对机床其他部件有正确的相对位置。
因此，主轴部件的工作性能对加工质量和机床的生产率有重要影响。
此外，主轴的传动方式是皮带传动和齿轮传动结合的。
各种车床主轴部件的结果虽有差别，单他们的基本用途是一致的，在结构和要求方面也是相同的。
在工作性能上都要求与本机床使用性能相适应的旋转精度、刚度、抗振性、温性和耐磨性等。
车床的类型不同，主轴工作条件不同，只是解决问题的重点不同而已。
第2章CA6140卧式车床主轴的选材
2.1车床主轴的工作条件与技术要求
2.1.1主轴的基本要求
1..承受摩擦与磨损机床主轴的某些部位承受着不同程度的摩擦，特别是轴颈部位，因为轴颈与某些轴承配合时，摩擦较大所以此部位应具有较高的硬度仪增强耐磨性。
但是某些部位的轴颈与滚动轴承相配合摩擦不大，所以就不需要大的硬度。
2.工作中时承受载荷机床主轴在高速运转时要承受多种载荷的作用，如弯曲、扭转、冲击等。
所以要求主轴具有抵抗各种载荷的能力。
当主轴载荷较大、转速又高时，主轴还承受着很高的变交应力。
因此要求主轴具有较高的疲劳强度和综合力学性能即可。
（1）、支承轴颈的技术要求
主轴两支承轴颈A、B的圆度允差0.005毫米，径向跳动允差0.005毫米，两支承轴颈的1：
12锥面接触率＞70%，表面粗糙度Ra0.4um。
支承轴颈直径按IT5-7级精度制造。
主轴外圆的圆度要求，对于一般精度的机床，其允差通常不超过尺寸公差的50％，对于提高精度的机床，则不超过25%，对于高精度的机床，则应在5～10％之间。
（2）、锥孔的技术要求
主轴锥孔（莫氏6号）对支承轴颈A、B的跳动，近轴端允差0.005mm，离轴端300mm处允差0.01毫米，锥面的接触率＞70％，表面粗糙度Ra0.4um，硬度要求HRC48。
（3）、短锥的技术要求
短锥对主轴支承轴颈A、B的径向跳动允差0.008mm，端面D对轴颈A、B的端面跳动允差0.008mm，锥面及端面的粗糙度均为Ra0.8um。
（4）、空套齿轮轴颈的技术要求
空套齿轮的轴颈对支承轴颈A、B的径向跳动允差为0.015毫米。
（5）、螺纹的技术要求
这是用于限制与之配合的压紧螺母的端面跳动量所必须的要求。
因此在加工主轴螺纹时，必须控制螺纹表面轴心线与支承轴颈轴心线的同轴度，一般规定不超过0.025mm。
从上述分析可以看出，主轴的主要加工表面是两个支承轴颈、锥孔、前端短锥面及其端面、以及装齿轮的各个轴颈等。
而保证支承轴颈本身的尺寸精度、几何形状精度、两个支承轴颈之间的同轴度、支承轴颈与其它表面的相互位置精度和表面粗糙度，则是主轴加工的关键。
2.2主轴的选材与原因
选材选用45钢即可因为主轴承受变弯曲应力与扭转应力，但由于承受的载荷并不是很大，转速也不高，冲击作用也不大，所以具有一般的综合力学性能即可。
但因为主轴大端的内锥孔和外锥孔处，因经常与卡盘、顶尖有相对摩擦；花键部位与齿轮有相对滑动，所以这些部位要求较高的硬度与耐磨性。
45钢的钢性虽淬透性较差，但主轴工作时最大应力分布在表面，在粗车后，轴的形状较简单，在调质淬火时一般不会开裂。
因此选用合金调质钢，采用廉价、可锻性和切割加工性皆好的45钢即可。
车床主轴直径较大，阶梯较多，宜选锻件毛坯。
并且节约原材料和减少加工工时。
第3章CA6140卧式车床主轴的加工工艺
3.1轴的机械加工工艺分析
3.1.1机床主轴的基本加工路线
拟定零件的机械加工工艺路线是制定工艺的一项重要工作，拟定工艺路线时需要解决的主要问题是：
选定各表面的加工方法；划分加工阶段；安排工序的先后顺序；确定工序的集中与分散程度。
机床主轴的机械加工主要以外圆加工为主，基本加工路线可以分为三条。
（1）粗车—半精车—精车。
对于一般常用的材料，这是外圆表面加工采用的主要工艺路线。
（2）粗车—半精车—粗磨—精磨。
对于黑色金属材料，精度要求高和表面粗糙度值要求小，零件需要zhu硬时，其后续工序只能采用磨削。
（3）粗车—半精车—精车—金刚石车。
对于有色金属，用磨削加工通常不易得到所要求的表面粗糙度，因为有色金属一般比较软，容易堵塞沙粒间的空隙，因此最终工序多用精车和金刚石车。
3.2主轴加工工艺过程
3.2.1主轴的基本要求
1.旋转精度
主轴的旋转精度是指主轴前端夹持工件和刀具部分的径向跳动、端面跳动和轴向窜动的大小。
旋转精度通常是在车床不受任何荷载的情况下，用手动和转空转主轴来进行测量的。
CA6140的主轴旋转精度已有国家标准（GC2-60）作了规定，那么就应该根据零件的加工精度而定。
2.刚度
刚度是主轴部件的刚度，是指在外力作用下主轴抵抗变形的能力。
目前，对主轴部件的刚度尚且没有统一的规定，但是实践和理论分析表明，在加工过程中，如果主轴前端产生的变形比较小，一般能保证较高的加工精度和良好的动态特性；因此，通常以主轴的静刚度来评定主轴的刚度，也就是说以主轴前端产生单位位移方向上所施加的作用力大小来表示主轴的刚度。
当作用力P（公斤），位移为y（微米），则主轴的刚度K为：
K=P/y公斤/微米
3.抗振性
主轴部件的抗振性是指机床进行切削时主轴保持平稳地运转而不发生振动的能力。
主轴部件抗振性差，工作是容易发生振动，从而影响工件表面质量和刀具的寿命下降，并加速机床零件的损坏，振动发出的噪音还恶化工作环境。
振源的频率越接近主轴部件的固有频率，振动就越激烈。
因此，一般希望主轴部件有尽量高的固有频率，以减小主轴部件的振动。
4.温升和热变形
主轴部件在运转时，由于摩擦和搅油等损耗而产生的热量，这些热量使主轴部件本身和箱体因热膨胀而变形。
结果主轴前端向前伸长，或者主轴旋转中心线与机床其他部件的相对位置发生变化，直接影响加工精度；其次如果温升过高，还会改变改变已调好的轴承间隙，破坏正常的润滑条件，影响轴承的正常工作，严重时甚至会发生抱轴现象。
一般规定，用润滑轴承时，主轴轴承温度不得超过60C，对特别精密的机床不得超过10摄氏度；用滚动轴承时允许温度可参考下表：
表2——1
机床精度等级
普通机床
精密机床
高精密机床
特高精密机床
轴承允许温度
<50--55
<40--45
<35--40
<28--30
5.耐磨性
为了长期地保持主轴部件的原始制造精度，主轴的前端部和内锥孔与滑动轴承配合的轴颈，以及移动式主轴的工作表面等，都必须非常耐磨。
除必须保证其耐磨外，在结构上还应该具有调整的可能，以便进行及时调整。
综上所述,对主轴部件的工作性能的基本要求，可以归结为：
在保证一定的载荷和转速下，主轴能带动工件或刀具准确地、平稳的绕其轴心线旋转，并长期保持这一性能。
主轴部位
项目
轴承轴颈
卡盘定心直径
定位轴肩
锥孔
配合精度
gc1/gd1
Gd1
-------
-----
轴跳到
0.002
0.003
0.005
0.005
几何精度形状
25%的直径公差
-------
0.005
端部0.002300处0.005
表面光洁度
9,10
8
8，接触面积>70%
7
注：
1.单位为毫米。
2.光洁度栏8为光洁度标准
3.2.2主轴的加工工艺
1.主轴的主要技术条件
1）主轴前端莫氏6号锥孔用来安装顶尖或工具锥柄。
其锥孔轴线必须与支承轴线同轴，否则会引起加工工件出现相对位置误差。
2）主轴前端圆锥面和端面时安装卡盘或车床夹具的定位表面。
为了保证卡盘的定心精度，该圆锥表面必须与支承轴颈同轴，端面必须与主轴的回转线垂直。
3）主轴上的螺纹时用来固定与调节主轴轴承间隙的，当螺纹中径对于支承轴颈歪斜时，会造成锁紧螺母端面不垂直，轴承位置发生变动，引起主轴径向圆跳动。
2.主轴的加工工艺过程表2--3
3.主轴加工工艺过程分析
1）.由于主轴多是阶梯带通孔德零件，切除大量金属后，会引起残余应力重新分布而变形，故安排工序时，一切要粗精分开，先粗后精。
主轴加工就是以最主要表面的粗加工、半精加工和精加工为主线，适当穿插其它表面的加工工序而组成的工艺路线。
粗加工开始前先准备毛胚并正火；粗加工阶段为切端面钻中心孔、粗车外圆等；半精加工阶段是半精半外圆、个辅助表面的加工与綷火；精加工阶段是主要的表面精加工。
2）.工序顺序的安排应注意以下几点:
A.基准先行
B.深孔加工的安排
C.先外后内与先大后小
D.次要表面加工的安排
3）.主要工系加工方法
A.中心孔的加工用先端面钻中心孔机床来加工中心孔，还需要多次研磨。
B.外圆的加工外圆粗精车削后，在进行磨削精加工。
C.精磨锥孔主轴锥孔对主轴支承轴颈是一项重要指标，因此，采用专用夹具装夹加工。
D.花键加工它是主轴零件上的典型表面，具有定心精度高，导向性能好、传递转矩大、易于互换等优点。
加工方法有卧室通用酰床加工，在进行侧面磨削加工。
第四章CA6140卧式车床主轴的加工精度及误差分析
4.1加工精度及误差
4.1.1 加工精度与加工误差
加工精度是指零件加工后的实际几何参数（尺寸、形状和位置）与理想几何参数的符合程度。
实际加工不可能做得与理想零件完全一致，总会有大小不同的偏差，零件加工后的实际几何参数对理想几何参数的偏离程度，称为加工误差。
4.1.2 原始误差
由机床、夹具、刀具和工件组成的机械加工工艺系统（简称工艺系统）会有各种各样的误差产生，这些误差在各种不同的具体工作条件下都会以各种不同的方式（或扩大、或缩小）反映为工件的加工误差。
工艺系统的原始误差主要有工艺系统的几何误差、定位误差、工艺系统的受力变形引起的加工误差、工艺系统的受热变形引起的加工误差、工件内应力重新分布引起的变形以及原理误差、调整误差、测量误差等。
4.1.3 研究机械加工精度的方法
研究机械加工精度的方法分析计算法和统计分析法。
4.2 工艺系统集合误差
4.2.1 机床的几何误差
加工中刀具相对于
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