主轴套筒毕业设计.docx
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主轴套筒毕业设计
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摘要
机床主轴是机床的核心功能部件，传统机床主轴是通过中间的传动装置，如皮带、齿轮等带动主轴旋转而进行工作的。
电主轴又称内装式电机主轴单元，其主要特征是电机置于主轴内部，通过驱动电源直接驱动主轴进行工作。
由于电主轴将机床主轴的高精度与高速电机的电磁功能有机地结合在一起，省去复杂的中间传动环节，具有调速范围广、振动噪声小，便于控制，能实现准停、准速、准位等功能，不仅拥有极高的生产效率，而且能显著地提高零件的表面质量和加工精度。
在机械制造业不断向高速、高精度、高智能化发展的今天，高速高精度电主轴已经得到了广泛的应用。
本论文主要是主轴套筒的加工工艺及制造，主要涉及主轴套筒的切削用量的选择，工件的定位装夹，加工顺序，结合数控加工等，分别进行工艺方案分析，机床的选择，刀具加工路线的确定，数控程序的编制，最终形成可以指导生产的工艺文件。
在整个工艺过程的设计过程中，要通过分析，确定最佳的工艺方案，使得零件的加工成本最低，合理的选用定位夹紧方式，使得零件加工方便、定位精准、刚性好，合理选用刀具和切削参数，使得零件的加工在保证零件精度的情况下，加工效率最高、刀具消耗最低。
在设计中主要用CAD以及Mastercam来体现了主轴套筒的三维造型以及加工过程。
并且通过Mastercam的自动生成程序来减少实际生产过程的工艺设计时间。
最终形成的工艺文件要完整，并能指导实际生产。
关键词：
主轴套筒
工艺设计
数控加工
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ABSTRACT
Thespindleisthecoreofthemachinetoolfunctionalunit,spindleistraditionalthroughintermediatetransmissiondevice,suchasleatherbelt,gear,etcandthespindledrivetowork.Electricspindleandsaidloadinginmotorspindleunit,itsaremainthefeatureismotorspindle,throughthedriveininternalpowersupplydirectdrivingspindle.Becauseelectricspindleofmachinetoolspindlewillhighaccuracyandhighspeedmotoroftheelectromagneticfunctiontogetherefficiently,saveinthemiddleofthecomplextransmissionlinkswithspeed,scope,thenoiseissmall,easytocontrolthevibration,canrealizemuststop,accuratespeed,alloweda,andotherfunctions,notonlywiththehighproductionefficiency,butalsocanimprovethesurfacequalityofpartsandmachiningaccuracy.Inmechanicalmanufacturingtokeepthehighspeed,highprecision,highintelligentdevelopmenttoday,highspeedandhighprecisionelectricspindlehasbeenwidelyused.
Thisthesismainlyistheprocessingtechnologyofthespindlesleeveandmanufacturing,mainlyinvolvesthespindlesleeveofselectionofcuttingparameter,alsothepositioningclamping,processingorder,withCNCprocessingetc,areforprocessschemeanalysis,thechoiceofthemachinetool,cuttingtoolprocessingroute,thedeterminationofnumericalcontrolprogramming,andfinallyformcanguidetheproductionprocessdocuments.Inthewholeprocessofthedesignprocess,throughtheanalysistodeterminethebest,processscheme,makingpartsprocessing,theselectionofthelowestcostofreasonablepositioningclampingstyle,makingpartsprocessingconvenient,positioningprecision,rigid,reasonablechoiceofcuttingtoolandcuttingparameters,makespartsprocessinginguaranteetheaccuracyoftheparts,processingefficiencyisthehighest,cuttingtoolconsumptionminimum.InthedesignofthemainuseCADandMastercamtoreflectthespindlesleeveof3dmodelingandprocess.AndMastercamthroughtheautomaticgenerationofprogramtoreducetheactualprocessofproductionprocessdesigntime.Wefinallyformedprocessdocumentstocomplete,andcanguidepracticalproduction.
Keywords:
spindlesleevemachiningprocessdesignnc
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目
录
第一章绪论----------------------------------------------------------------4第二章主轴套筒零件的加工工艺设计--------------------------------------------52.1主轴套筒零件图------------------------------------------------------------52.2零件的结构工艺性分析------------------------------------------------------62.3毛坯的确定----------------------------------------------------------------72.4主要加工表面方法的确定----------------------------------------------------82.5定位基准和夹紧方案的确定-------------------------------------------------102.6工艺路线的拟定-----------------------------------------------------------14第三章主轴套筒的数控加工工序设计--------------------------------------------163.1加工余量的确定-----------------------------------------------------------163.2切削用量的确定-----------------------------------------------------------163.3刀具的选择---------------------------------------------------------------183.4夹具的选择---------------------------------------------------------------193.5加工设备的选用-----------------------------------------------------------203.6工序与工步的划分---------------------------------------------------------21第四章主轴套筒的数控加工程序------------------------------------------------26第五章结论-----------------------------------------------------------------37参考文献------------------------------------------------------------------38
致
谢---------------------------------------------------------------------39
附表1机械加工工艺过程卡片-------------------------------------------------40附表2数控加工工序卡片-----------------------------------------------------41附表3数控加工工序卡片-----------------------------------------------------42附表4数控加工工序卡片-----------------------------------------------------43附表5数控加工工序卡片-----------------------------------------------------44附表6数控加工工序卡片-----------------------------------------------------45
附表7
46
数控加工工序卡片-----------------------------------------------------
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高速刀具的装卡方式：
广为熟悉的BT、ISO刀具，已被实践证明不适合于高速加工。
这种情况下出现了HSK、SKI等高速刀具。
高频变频装置：
要实现电主轴每分钟几万甚至十几万转的转速，必须用一高频变频装置
来驱动电主轴的内置高速电动机，变频器的输出频率必须达到上千或几千赫兹。
电主轴是最近几年在数控机床领域出现的将机床主轴与主轴电机融为一体的新技术电
主轴是最近几年在数控机床领域出现的将机床主轴与主轴电机融为一体的新技术，它与直
线电机技术、高速刀具技术一起，将会把高速加工推向一个新时代。
电主轴是一套组件，
它包括电主轴本身及其附件：
电主轴、高频变频装置、油雾润滑器、冷却装置、内置编码
器、换刀装置。
电主轴所融合的技术：
高速轴承技术：
电主轴通常采用复合陶瓷轴承，耐磨耐热，寿命是传统轴承的几倍；有
时也采用电磁悬浮轴承或静压轴承，内外圈不接触，理论上寿命无限；
高速电机技术：
电主轴是电动机与主轴融合在一起的产物，电动机的转子即为主轴的旋
转部分，理论上可以把电主轴看作一台高速电动机。
关键技术是高速度下的动平衡；
润滑：
电主轴的润滑一般采用定时定量油气润滑；也可以采用脂润滑，但相应的速度要
打折扣。
所谓定时，就是每隔一定的时间间隔注一次油。
所谓定量，就是通过一个叫定量
阀的器件，精确地控制每次润滑油的油量。
而油气润滑，指的是润滑油在压缩空气的携带
下，被吹入陶瓷轴承。
油量控制很重要，太少，起不到润滑作用；太多，在轴承高速旋转
时会因油的阻力而发热。
冷却装置：
为了尽快给高速运行的电主轴散热，通常对电主轴的外壁通以循环冷却剂，
冷却装置的作用是保持冷却剂的温度。
内置脉冲编码器：
为了实现自动换刀以及刚性攻螺纹，电主轴内置一脉冲编码器，以实
现准确的相角控制以及与进给的配合。
自动换刀装置：
为了应用于加工中心，电主轴配备了自动换刀装置，包括碟形簧、拉刀
油缸等；
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第一章
绪
论
本设计的零件为主轴套筒，它是用于主轴上的一个连接件，从其外形特征来看，它是一个典型的套类零件。
本文根据该零件的图纸及技术要求，对该零件进行了详细的数控加工工艺分析，依据分析的结果，确定了该零件的加工方法、装夹方式、定位基准、使用刀具、加工顺序安排、工步划分，走刀路线和切削用量等，并编制了零件的数控加工工艺卡片、数控加工工序卡片和刀具卡片等，最后，采用手工编程和自动编程的方式编制了该零件的数控加工程序。
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。
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第二章
2.1主轴套筒零件图
主轴套筒零件的加工工艺设计
技术要求：
1铸件粗加工后须经时效处理
2.铸件不得有疏松，夹砂，砂眼，气泡等铸造缺陷3.φ190js5尺寸保证与件31003A过盈0.01~0.02配合4.未注倒角1X45.密封圈沟槽尖角倒圆r0.1~0.25.φ130JS5与φ150JS5尺寸组合镗
6.检查任意处硬度均不得小于HB190
以上所示为主轴套筒的零件图，其材料为HT300，毛坯尺寸为
φ254mmX424mm（直径*长），小批量生产
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2.2零件的结构工艺性分析
在制订零件的机械加工工艺规程时，首先要对零件图进行分析，
着重对零件进行结构分析和技术要求的分析。
该零件的加工必须符合以下原则：
（1）要保证加工零件的技术要求,加工出合格的产品。
（2）提高生产率。
（3）降低生产成本。
图所示零件是主轴套筒，其结构特点如下：
主轴套筒中间安装机床主轴，在两端φ130mm与φ150mm孔内安装轴承，轴承内孔
与主轴轴颈相配合用来支承主轴并保证主轴的回转精度；在套筒的
圆表面上铣出齿条与主轴箱中的齿轮相啮合，由齿轮带动齿条，使
主轴套筒与主轴实现进给运动；主轴套筒外圆与抽轴承相配合，要
求主轴套筒既能在横向运动时无阻滞，以要求在主轴旋转时不产生晃动，以保证主轴的回转精度。
所以φ130mm与φ150mm孔的外圆是该零件的主要加工的表面。
此外，该零件全长420mm，两端内孔的形状和位置公差是不易掌握
的，将直接影响到零件的加工精度，套筒的主要面的粗糙度Ra数值
要求不太高，但是很多孔和外圆的同轴度要求较高，需要在加工时
注意，总之该零件的主要加工表面必须经过多道加工，才能逐步提高精度以达到要求。
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2.3毛坯的确定
在制定工艺规程时，正确地选择毛坯有着重大的技术意义。
毛坯种类的选择，不仅影响着毛坯制造的工艺、而且对零件的机械加工工艺、设备和工具的消
耗以及工时定额也都有很大的影响。
因此，正确选择毛坯，需要毛坯制造和及机械加工零方面的工艺人员紧密配合，以兼顾冷、热加工两方面的要求。
机械加工中常见的毛坯
（1）铸件：
形状复杂的毛坯，宜采用铸造方法制造。
（2）锻件：
锻件有自由锻造锻件和模锻件两种
（3）型材：
机械制造中的型材按截面形可分为圆钢、方钢、六角钢、扁钢、角钢、槽钢和其他特殊截面形状的型材。
（4）组合毛坯：
将铸件、锻件、型材或经局部机械加工的半成品组合在一起，也可作为机械加工的毛坯，组合的方法一般是焊接。
毛坯选择的的两种不同
一种是毛坯的形状和尺寸尽量与零件接近，零件
制造的大部分劳动量用于毛坯，机械加工多为精加工，劳动量和费用都比较少；另一种是毛坯的形状及尺寸与零件相差较大，机械加工切除较多材料，其劳动量及费用也较大。
毛坯选择应考虑的因素
1．零件材料的工艺特性及零件材料组织和性能的要求
2．零件的结构形状与外形尺
3．生产纲领的大小
4．现有生产条件
主轴套筒的材料为HT300，而且各外圆直径尺寸相差不大，所以选择毛坯类型为铸件，成品外形尺寸为φ250mm×420mm，所以主轴套筒选择毛坯尺寸为φ254mm×424mm。
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适用于淬火钢以外的各种金属。
但不宜加工非铁金
属。
坯，也可用于加工非铁金属
2.4加工表面方法的确定
根据加工表面的精度和表面粗糙度要求，查表2.4外圆表面的加工方案，表2.5案，表2.6平面加工方案，可得各加工表面的方案，详见下面的总结。
表2.4外圆表面的加工方案
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孔加工方
序
号
加工方案
经济加工精
度等级
（IT）
加工表面粗
糙度
Ra／μｍ
适用范围
1
粗车
11～12
50～12.5
2
粗车—半精车
8～10
6.3～3.2
3
粗车—半精车—精车
6～7
1.6～0.8
4
粗车—半精车—精车—液压（抛光）
5～6
0.2～0.025
5
粗车—半精车—磨削
6～7
0.8～0.4
主要用于淬火钢，也可用于未淬火钢，
6
粗车—半精车—粗磨—精磨
5～6
0.4～0.1
7
粗车—半精车—粗磨—精磨—超中精加工（轮式超精磨）
5～6
0.1～0.012
8
粗车—半精车—精车—金刚石车
5～6
0.4～0.025
主要用于要求较高
的非铁金属的加工。
9
粗车—半精车—粗磨—精磨—超精磨（镜面磨）
5级以上
<0.025
极高精度的钢或铸
铁的外圆加工。
10
粗车—半精车—粗磨—精磨—研磨
5级以上
<0.1
表2.5孔加工方案
序
号
加工方案
经济加
工精度
（IT）
加工表面
粗糙度
Ra／μｍ
适用范围
1
钻
11～12
12.5
加工未淬火钢及铸铁的实心毛坯，也可用于加工非铁金属（但粗焅度稍高），孔径小于20mm.
2
钻—铰
8～9
3.2～1.6
3
钻—粗铰—精铰
7～8
1.6～0.8
4
钻—扩
11
12.5～6.3
加工未淬火钢及铸铁的实心毛
5
钻—扩—铰
8～9
3.2～1.6
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20mm.
宜采用精刨宽刃方案。
平面或不淬硬平面。
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6
钻—铰—粗铰—精铰
7
1.6～0.8
（但粗焅度稍高），孔径大于
7
钻—扩—机铰—手铰
6～7
0.4～0.1
8
钻—（扩）—拉（或推）
7～9
1.6～0.1
大批大量生产中小零件的通孔。
9
粗镗（扩孔）
11～12
12.5～6.3
除淬火钢外的各种材料，毛坯有铸出孔或锻出孔。
10
粗镗（粗扩）—半精镗（精扩）
9～10
3.2～1.6
11
粗镗（粗扩）—半精镗（精扩）—精镗（铰）
7～8
1.6～0.8
12
粗镗（粗扩）—半精镗（精扩）—精镗—浮动镗刀块精镗
6～7
0.8～0.4
13
粗镗（扩）—半精镗—磨孔
7～8
0.8～0.2
主要用于加工淬火钢，也可用开不淬火钢，不宜用于非铁金属。
14
粗镗（扩）—半精镗—粗磨—精磨
6～7
0.2～0.1
15
粗镗—半精镗—精镗—金刚石镗
6～7
0.4～0.05
主要用于精度要求较高的非铁金属加工。
16
钻—（扩）—粗铰—精铰—珩磨
钻—（扩）—拉—珩磨
粗镗—半精镗—精镗—珩磨
6～7
0.2～0.02
5
精度要求很高的孔
17
以研磨代替上述的珩磨
5～6
<0.1
18
钻（粗镗）—扩（半精镗）—脉滚挤
6～7
0.1
成批大量生产的非铁金属
零件中的小孔，铸铁箱体
上的孔。
表2.6平面加工方案
序
号
加工方案
经济加工
精度等级
（IT）
加工表面粗糙度
Ra／μｍ
适用范围
1
粗车—半精车
8～9
6.3～3.2
端面
2
粗车—半精车—精车
6～7
1.6～0.8
3
粗车—半精车—磨削
7～9
0.8～0.2
4
粗刨（粗铣）—精刨（精铣）
7～9
6.3～1.6
一般不淬硬的平面
（端铣粗糙度可较低）
5
粗刨（粗铣）—精刨（精铣）—刮研
5～6
0.8～0.1
精度要求较高的不淬硬平面，批量较大时
6
粗刨（粗铣）—精刨（精铣）—宽刃精刨
6～7
0.8～0.2
7
粗刨（粗铣）—精刨（精铣）—磨削
6～7
0.8～0.2
精度要求较高的淬硬
8
粗刨（粗铣）—精刨（精铣）—粗磨—精磨
5～6
0.4～0.25
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9
粗铣—拉
6～9
0.8～0.2
大量生产，较小的平面
10
粗铣—精铣—磨削—研磨
5级以上
<0.1
高精度平面
由上表确定各表面的加工方法
因为外圆的表面粗糙度要求不高，都在0.8以上，选择“粗车—半精车—精车”即可
内孔的要求在φ150处最高，粗糙度在0.4以上，所以选择“粗镗
（扩）—半精镗—磨孔”，其他的内孔要求不高，只需要“点—钻—镗”即可。
2.5定位基准和夹紧方案的确定
在工艺规程设计中，正确选择定位基准，对保证零件技术要求、确定加工先后顺序有着至关重要的影响。
定位基准有精基准与粗基准之分。
用毛坯未经加工的表面定位基准称为粗基准；用加工过的表面作定位基准称为精基准。
在选择定位基准时一般都是先根据零件的加工要求选择精基准，然后再考虑用那一组表面作粗基准才能把精基准加工出来。
1．精基准的选择原则
选择精基准一般应遵循以下几项原则：
（1）基准重合原则
为了较容易地获得加工表面对其设计基准的相对位置精度要求，应选择加工表面的设计基准为其定位基准。
这一原则称为基准重合原则。
如果加工表面的设计基准与定位基准不重合，则会增大定位误差，如果选择所加工表面的工序基准为精基准，这样可以避免由于基准一重合收起的定位误差。
（2）统一基准原则
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应尽可能选择用同一组精基准加工工序上尽可能多的表面，以保证所加工的各个表面之间具有正确的相对位置关系。
例如，加工轴类零件时，一般都采
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