CK6140數(shù)控車床主軸部件設(shè)計

1、本設(shè)計是以CK614QB控車床主軸部件為主要內(nèi)容。講述了數(shù)控機床的結(jié)構(gòu)設(shè)計要求：提高機床的結(jié)構(gòu)剛度，提高機床結(jié)構(gòu)的抗振性，以及減少機床的熱變形。主要設(shè)計主軸的前端軸徑的大小和形狀、主軸跨距的計算及前后支撐的類型和軸承的選用。主軸是加工中心的關(guān)鍵部位，其結(jié)構(gòu)優(yōu)劣對加工中心的性能有很大的影響，因此，在設(shè)計的過程中為主要考慮對象。關(guān)鍵詞：主軸回轉(zhuǎn)精度；軸承精度；最優(yōu)跨距；前端懸伸量緒論1一、主軸的用途及設(shè)計要求2二、有關(guān)零件的分析5（一）零件的結(jié)構(gòu)特點5（二）加工工藝性6三、基準(zhǔn)的選擇7（一）有關(guān)基準(zhǔn)的選擇說明7（二）確定零件的定位基準(zhǔn)8四、軸類零件的材料、毛坯及熱處理9（一）軸類零件的材料9（二）

2、軸類毛坯9（三）軸類零件的熱處理9五、制定加工工藝路線10（一）主軸加工工藝過程分析10（二）工藝路線的擬定11（三）車床主軸機械加工工藝過程卡14（四）加工余量的確定15六、軸類零件的檢驗17（一）加工中的檢驗17（二）加工后的檢驗17結(jié)論18參考文獻19致謝20機床技術(shù)參數(shù)有主參數(shù)和基本參數(shù)，他們是運動傳動和結(jié)構(gòu)設(shè)計的依據(jù)，影響到機床是否滿足所需要的基本功能要求，參數(shù)擬定就是機床性能設(shè)計。主參數(shù)是直接反映機床的加工能力、決定和影響其他基本參數(shù)的依據(jù)，如車床的最大加工直徑，一般在設(shè)計題目中給定，基本參數(shù)是一些加工尺寸、機床結(jié)構(gòu)、運動和動力特性有關(guān)的參數(shù)，可歸納為尺寸參數(shù)和動力參數(shù)。通用車床工

3、藝范圍廣，所加工的工件形狀、尺寸和材料各不相同，有粗加工又有精加工；用硬質(zhì)合金刀具有用高速鋼刀具。因此必須對所設(shè)計的機床工藝范圍和使用情況全面的調(diào)研和統(tǒng)計，依據(jù)某些典型工藝和加工對象，兼顧其他的可能工藝加工的要求，擬定機床技術(shù)參數(shù)，擬定參數(shù)時，要考慮機床發(fā)展趨勢和同國內(nèi)外類機床的對比，使擬定的參數(shù)最大限度地適應(yīng)各種不同的工藝要求和達到機床加工能力下經(jīng)濟合理。機床主傳動系因機床的類型、性能、規(guī)格和尺寸等因素的不同，應(yīng)滿足的要求也不一樣。設(shè)計機床主傳動系時最基本的原則就是以最經(jīng)濟、合理的方式滿足既定的要求。主電動機和傳動機構(gòu)能提供足夠的轉(zhuǎn)速范圍和轉(zhuǎn)速級數(shù)；滿足機床傳動動力的要求。主電動機和傳動機構(gòu)

4、提供足夠的功率和轉(zhuǎn)矩，具有較高的傳動效率；滿足機床工作性能要求。主傳動中所有零部件與足夠的剛度、精度和抗震性，熱變形特性穩(wěn)定；滿足產(chǎn)品的經(jīng)濟性要求。傳動鏈盡可能簡短，零件數(shù)目要少，以便節(jié)約材料降低成本。一、主軸的用途及設(shè)計要求（一）用途車床主軸是車床的主要零件，它的頭端裝有夾具、工件或刀具，工作時要承受扭曲和彎矩，所以要求有足夠的剛性、耐磨性和抗振性，并要求很高的回轉(zhuǎn)精度。所以主軸的加工質(zhì)量對機床的工作精度和使用壽命有很大的影響。其原始資料如下：零件材料：45鋼技術(shù)要求：1 、莫氏錐度及1：12錐面用涂色法檢查，接觸率為大于等于70%。2、莫氏6號錐孔對主軸端面的位移為+2。3、用環(huán)規(guī)緊貼C面

5、，環(huán)規(guī)端面與D端面的間隙為0.050.1。4、花鍵不等分積累誤差和鍵對定心直徑中心的偏移為0.02。生產(chǎn)批量:中等批量零件數(shù)據(jù)：（見零件圖）戈CL/震七，水中M.W七汽喉胃趾片"*ronroM*KM*白即:病IMualFIHf睨/a帚黠姓KIHll,1*朝宜M*H5niif內(nèi)圖1.1車床主軸零件圖（二）設(shè)計要求1要求編制一個車床主軸零件的機械加工工藝規(guī)程，按照老師的設(shè)計，并編寫設(shè)計說明書。具體內(nèi)容如下：2 選擇毛胚的制造方法，指定毛胚的技術(shù)要求。3 擬定車床主軸的機械加工工藝過程。4 合理選擇各工序的定位基準(zhǔn)。5 確定各工序所用的加工設(shè)備。6 確定刀具材料、類型和規(guī)定量具的種類。7

6、確定一個加工表面的工序余量和總余量。8 確定一個工序的切削用量。9 確定工序尺寸，正確擬定工序技術(shù)要求。10 計算一個工件的單件工時。11 編寫工藝文件。12 編寫設(shè)計說明書。二、有關(guān)零件的分析根據(jù)軸類零件的功用和工作條件，其技術(shù)要求主要在以下方面：（1）尺寸精度軸類零件的主要表面常為兩類：一類是與軸承的內(nèi)圈配合的外圓軸頸，即支承軸頸，用于確定軸的位置并支承軸，尺寸精度要求較高，通常為IT5IT7;另一類為與各類傳動件配合的軸頸，即配合軸頸，其精度稍低，常為IT6IT9。（2）幾何形狀精度主要指軸頸表面、外圓錐面、錐孔等重要表面的圓度、圓柱度。其誤差一般應(yīng)限制在尺寸公差范圍內(nèi)，對于精密軸，需在

7、零件圖上另行規(guī)定其幾何形狀精度。（3）相互位置精度包括內(nèi)、外表面、重要軸面的同軸度、圓的徑向跳動、重要端面對軸心線的垂直度、端面間的平行度等。（4）表面粗糙度軸的加工表面都有粗糙度的要求，一般根據(jù)加工的可能性和經(jīng)濟性來確定。支承軸頸常為0.21.6mi傳動件配合軸頸為0.43.2（5）其他熱處理及外觀修飾等要求。（一）零件的結(jié)構(gòu)特點圖1.1所示零件是車床的主軸，它屬于臺階型軸類零件，由圓柱面、軸肩、螺紋、退刀槽和鍵槽等組成。軸肩一般用來確定安裝在軸上零件的軸向位置；鍵槽是便于安裝鍵，以傳遞轉(zhuǎn)矩；螺紋用于安裝各種鎖緊螺母和調(diào)整螺母。從圖1.1所示的車床主軸零件的支撐軸頸AB是裝配基準(zhǔn)，故對A、B

8、兩段軸頸的加工提出了很高的要求。主軸的支撐軸頸、配合軸頸、錐孔、前端圓錐面及端面、鎖緊螺紋等表面是軸的主要加工表面。其中支撐軸頸本身的尺寸精度、幾何形狀精度、相互位置精度和表面粗糙度尤為重要。（二）加工工藝性次零件的技術(shù)要求不高，用車床、銑床和鉆床就可以加工出來，精度要求一般是7到8級，而且表面粗糙度要求也不太高，是一個較好加工的零件。三、基準(zhǔn)的選擇（一）有關(guān)基準(zhǔn)的選擇說明1 粗基準(zhǔn)的選用原則（ 1） 保證不加工表面與加工表面相互位置要求原則。當(dāng)有些不加工表面與加工表面之間有相互位置要求時，一般不選擇加工表面作為粗基準(zhǔn)。（ 2） 保證各加工表面的加工余量合理分配的原則。應(yīng)選擇重要加工表面為粗基

9、準(zhǔn)。（3）粗基準(zhǔn)不重復(fù)使用的原則。粗基準(zhǔn)的精度低，粗糙度數(shù)值大，重復(fù)使用會造成較大的定位誤差，因此，同一尺寸方向的粗基準(zhǔn)，通常只允許使用一次。2精基準(zhǔn)的選用原則（1）基準(zhǔn)重合原則。盡可能使設(shè)計基準(zhǔn)和定位基準(zhǔn)重合，以減少定位誤差。（2）基準(zhǔn)統(tǒng)一原則。盡可能使用同一定位基準(zhǔn)加工個表面，以保證各表面的位置精度。如軸類零件常用兩端頂尖孔作為統(tǒng)一的定位基準(zhǔn)。（ 3） 互為基準(zhǔn)原則。當(dāng)兩個加工表面間的位置精度要求比較高的時候，可用互為基準(zhǔn)的原則反復(fù)加工。（4）自為基準(zhǔn)的原則。當(dāng)要求加工余量小而均勻時，可選擇加工表面作為自身的定位基準(zhǔn)。（二）確定零件的定位基準(zhǔn)主軸加工中，為了保證各主要表面的相互位置精度，選

10、擇定位基準(zhǔn)時，應(yīng)遵循基準(zhǔn)重合、基準(zhǔn)統(tǒng)一和互為基準(zhǔn)等重要原則，并能在一次裝夾中盡可能加工出較多的表面。由于主軸外圓表面的設(shè)計基準(zhǔn)是主軸軸心線，根據(jù)基準(zhǔn)重合的原則考慮應(yīng)選擇主軸兩端的頂尖孔作為精基準(zhǔn)面。用頂尖孔定位，還能在一次裝夾中將許多外圓表面及其端面加工出來，有利于保證加工面間的位置精度。所以主軸在粗車之前應(yīng)先加工頂尖孔。為了保證支承軸頸與主軸內(nèi)錐面的同軸度要求，宜按互為基準(zhǔn)的原則選擇基準(zhǔn)面。如車小端1:20錐孔和大端莫氏6號內(nèi)錐孔時，以與前支承軸頸相鄰而它們又是用同一基準(zhǔn)加工出來的外圓柱面為定位基準(zhǔn)面（因支承軸頸系外錐面不便裝夾）；在精車各外圓（包括兩個支承軸頸）時，以前、后錐孔內(nèi)所配錐堵的

11、頂尖孔為定位基面；在粗磨莫氏6號內(nèi)錐孔時，又以兩圓柱面為定位基準(zhǔn)面；粗、精磨兩個支承軸頸的1：12錐面時，再次用錐堵頂尖孔定位；最后精磨莫氏6號錐孔時，直接以精磨后的前支承軸頸和另一圓柱面定位。定位基準(zhǔn)每轉(zhuǎn)換一次，都使主軸的加工精度提高一步。四、軸類零件的材料、毛坯及熱處理（一）軸類零件的材料常用45鋼，精度較高的軸可選用40Cr、軸承鋼GCr15、彈簧鋼65Mn，也可選用球墨鑄鐵；對高速、重載的軸，選用20CrMnTi、20Mn2B、20Cr等低碳合金鋼或38CrMoAl氮化鋼?？紤]到零件的經(jīng)濟性和綜合性能要求，零件材料為45鋼。（二）軸類毛坯常用圓棒料和鍛件；大型軸或結(jié)構(gòu)復(fù)雜的軸采用鑄件。

12、毛坯經(jīng)過加熱鍛造后，可使金屬內(nèi)部纖維組織沿表面均勻分布，獲得較高的抗拉、抗彎及抗扭強度。（三）軸類零件的熱處理鍛造毛坯在加工前，均需安排正火或退火處理，使鋼材內(nèi)部晶粒細(xì)化，消除鍛造應(yīng)力，降低材料硬度，改善切削加工性能。調(diào)質(zhì)一般安排在粗車之后、半精車之前，以獲得良好的物理力學(xué)性能。表面淬火一般安排在精加工之前，這樣可以糾正因淬火引起的局部變形。精度要求高的軸，在局部淬火或粗磨之后，還需進行低溫時效處理。五、制定加工工藝路線擬訂零件的加工路線是制定工藝規(guī)程的總體布局，主要任務(wù)是選擇各表面的加工方法，及定位基準(zhǔn)，確定加工順序，各工序采用的機床設(shè)備和工藝裝備等。（一）主軸加工工藝過程分析主軸加工工藝過

13、程可劃分為三個加工階段，即粗加工階段（包括銑端面、加工頂尖孔、粗車外圓等）；半精加工階段（半精車外圓，鉆通孔，車錐面、錐孔，鉆大頭端面各孔，精車外圓等）；精加工階段（包括精銑鍵槽，粗、精磨外圓、錐面、錐孔等）。在機械加工工序中間尚需插入必要的熱處理工序，這就決定了主軸加工各主要表面總是循著以下順序的進行，即粗車一調(diào)質(zhì)（預(yù)備熱處理）一半精車-精車一淬火-回火（最終熱處理）一粗磨一精磨。綜上所述，主軸主要表面的加工順序安排如下：外圓表面粗加工（以頂尖孔定位）一外圓表面半精加工（以頂尖孔定位）一鉆通孔（以半精加工過的外圓表面定位）一錐孔粗加工（以半精加工過的外圓表面定位，加工后配錐堵）一外圓表面精加

14、工（以錐堵頂尖孔定位）一錐孔精加工（以精加工外圓面定位）。當(dāng)主要表面加工順序確定后，就要合理地插入非主要表面加工工序。對主軸來說非主要表面指的是螺孔、鍵槽、螺紋等。這些表面加工一般不易出現(xiàn)廢品，所以盡量安排在后面工序進行，主要表面加工一旦出了廢品，非主要表面就不需加工了，這樣可以避免浪費工時。但這些表面也不能放在主要表面精加工后，以防在加工非主要表面過程中損傷已精加工過的表面。對凡是需要在淬硬表面上加工的螺孔、鍵梢等，都應(yīng)安排在淬火前加工。非淬硬表面上螺孔、鍵梢等一般在外圓精車之后，精磨之前進行加工。主軸螺紋，因它與主軸支承軸頸之間有一定的同軸度要求，所以螺紋安排在以非淬火-回火為最終熱處理工

15、序之后的精加工階段進行，這樣半精加工后殘余應(yīng)力所引起的變形和熱處理后的變形，就不會影響螺紋的加工精度。（二）工藝路線的擬定為保證幾何形狀、尺寸精度、位置精度及各項技術(shù)要求，必須判定合理的工藝路線。工藝路線方案一序號工序名稱工序內(nèi)容定位基準(zhǔn)設(shè)備5備料10鍛造磨鍛立式精鍛機15熱處理正火回火爐20鋸鋸小端，保持總長為890+2.5mm鋸床25銃端面打中心孔，、，一，6,，、一，車麻面鉆=5mnm勺中心孔小端外形銃床、鉆床30車粗車各段外徑，均放余量為2.53mm大端外形及斷面、小端中心孔車床35車粗車DE面及,165mm#圓，均放余里為2.53mm小端外形，1115mm表面車床40車粗車大端后斷面

16、及,115mm7卜圓與上邊工序接平大端外形，小端中心孔車床45鉆鉆*45mmB勺導(dǎo)向孑L小端外形，1115mm表面車占床50鉆鉆445mmi勺通孔小病外形，牙115mm表面深孔鉆床55熱處理調(diào)質(zhì)220240HB60車車小端面，內(nèi)孔光出即可，長度不少于10mm大端外形，.89表面車床65車半精車各檔外圓及1:12錐面，均留0.50.6mm,螺紋外徑留磨量0.2大端外形，小端孔口仿形車床0.3mm70車半精車大端DE面及莫氏錐孔半精車大端后斷面，切割各槽大端外形，小端孔口車床75鉆擴448mmi孔大端外形，.89表面深孔鉆床80熱處理按圖要求對各部位進行熱處理85車半精車大端D、E面車6號莫氏錐孔

17、，精車端面小端外形車床90磨半精磨各檔外圓，1:12錐面，螺紋外圓，大端外圓及端面用錐套心軸夾持找正89mm115mm外圓，徑向圓跳動不大丁0.005mm外圓磨床95銃銃鍵槽12H9880外圓3#萬能銃床100鉆大端面上各孔D、E面專用鉆床105車精車M74X1.5、M100X15M115X1.5mm螺紋及大端面后端面大端外圓，小端孔口找正889mm1115mn#圓，徑向圓跳動小于0.005mm車床110磨精增各檔外圓，DE面及錐面錐套找正889mm1115mn#圓，徑向圓跳動小于0.005mm外圓磨床115磨精磨大端錐孔巾CC巾89mm115mm外圓軸肩找正，徑向跳動小于0.005mm專用磨

18、床120清除清洗去毛刺125檢查按圖樣技術(shù)要求項目檢查工藝路線方案二序號工序名稱工序內(nèi)容定位基準(zhǔn)設(shè)備5備料10鍛造磨鍛立式精鍛機15熱處理正火回火爐20鋸鋸小端，保持總長為890+2.5mm鋸床25銃端面打中心孔車端面鉆=5mmB勺中心孔小端外形銃床、鉆床30車粗車各段外徑，均放余量為2.53mm大端外形及斷面、小端中心孔車床35車粗車D、E面及*165mm#圓，均放余里為2.53mm小端外形，115mm|l面車床40車粗車大端后斷面及.115mn#圓與上邊工序接平大端外形，小端中心孔車床45車車小端面，內(nèi)孔光出即可，長度不少于10mm大端外形，,89表面車床50車半精車各檔外圓及1:12錐面

19、，均留0.50.6mm,螺紋外徑留磨量0.20.3mm大端外形，小端孔口仿形車床55車半精車大端DE面及莫氏錐孔半精車大端后斷面，切割各槽大端外形，小端孔口車床60車半精車大端DE面車6號莫氏錐孔，精車端面小端外形車床65鉆鉆445mmi勺導(dǎo)向孔小端外形，,115mm|l面車占床70鉆鉆445mnm勺通孔小端外形，,115mm|l面深孔鉆床75熱處理調(diào)質(zhì)220240HB80鉆擴448mmi孔大端外形，89表面深孔鉆床85熱處理按圖要求對各部位進行熱處理90磨半精磨各檔外圓，1:12錐面，螺紋外圓，大端外圓及端面用錐套心軸夾持找正也小，一*89mm*115mm7卜圓,徑向圓跳動不大于0.005m

20、m外圓磨床95銃銃鍵槽12H9*80外圓3#萬能銃床100鉆大端面上各孔DE面專用鉆床105車精車M74X1.5、M100X1.5、M115X1.5mm螺紋及大端面后端面大端外圓，小端孔口找正89mm115mn#圓，徑向圓跳動小于0.005mm車床110磨精磨各檔外圓，DE面及錐面心力一錐套找正89mm外圓磨床115mm#圓,徑向圓跳動小于0.005mm115磨精磨大端錐孔889mm.115mn#圓軸肩找正，徑向跳動小于0.005mm專用磨床120清除清洗去毛刺125檢查按圖樣技術(shù)要求項目檢查兩個工藝路線的分析：相比工藝路線方案一，工藝路線方案二采用先銃面，后鉆孔的思路，符合工序集中和先面后孔

21、的原則，但在加工右邊圓柱上平面和左邊圓柱下平面時不便于定位和裝夾，且不符合基準(zhǔn)先行的原則；而加工方案一不僅符合先面后孔的原則和基準(zhǔn)先行原則，而且便于定位和裝夾。另外，選擇方案時還應(yīng)考慮工廠的具體條件等要素，如：設(shè)備能否借用工、夾、量具等。本次設(shè)計采用工藝路線一。（三）車床主軸機械加工工藝過程卡序號工序名稱工序內(nèi)容定位基準(zhǔn)設(shè)備5備料10鍛造磨鍛立式精鍛機15熱處理正火回火爐20鋸鋸小端，保持總長為890+2.5mm鋸床25銃端面打中心孔車端面鉆=5mmB勺中心孔小端外形銃床、鉆床30車粗車各段外徑，均放余量為2.53mm大端外形及斷面、小端中心孔車床35車粗車D、E向及*165mm#圓，均放余量

22、為2.53mm小端外形，力115mm面車床40車八一一,粗車大麻后斷面及WSmom7卜圓與上邊工序接平大端外形，小端中心孔車床45鉆鉆Y45mmB勺導(dǎo)向孔小端外形，。.一一一115mm面車占床50鉆鉆445mm勺通孔小端外形，1115mm面深孔鉆床55熱處理調(diào)質(zhì)220240HB60車車小端面，內(nèi)孔光出即可，長度不少于10mm大端外形，,89表面車床65車半精車各檔外圓及1:12錐面，均留0.50.6mm,螺紋外徑留磨里0.20.3mm大端外形，小端孔口仿形車床70車半精車大端D>E面及莫氏錐孔半精車大端后斷面，切割各槽大端外形，小端孔口車床75鉆擴448mmi孔大端外形，,89表面深孔鉆

23、床80熱處理按圖要求對各部位進行熱處理85車半精車大端D、E面車6號莫氏錐孔，精車端面小端外形車床90磨半精磨各檔外圓，1:12錐面，螺紋外圓，大端外圓及端面用錐套心軸夾持找正889mm1115mn#圓,徑向圓跳動不大于0.005mm外圓磨床95銃銃鍵槽12H9,80外圓3#萬能銃床100鉆鉆大端面上各孔DE面專用鉆床105車精車M74X1.5、M100X1.5、M115X1.5mnmg紋及大端面后端面大端外圓，小端孔口找正力cc89mm115mm外圓，徑向圓跳動小于0.005mm車床110磨精增各檔外圓，D、E面及錐面錐套找正89mm115mm外圓，徑向圓跳動小于0.005mm外圓磨床115

24、磨精磨大端錐孔力CC力89mm115mm外圓軸肩找正，徑向跳動小于0.005mm專用磨床120清除清洗去毛刺125檢查按圖樣技術(shù)要求項目檢查（四）加工余量的確定工藝路線擬定以后，應(yīng)確定每道工序的加工余量、工序尺寸及其公差。工序尺寸是工件加工過程中，每個工序加工應(yīng)保證的尺寸，工序尺寸允許的變動范圍就是工序尺寸的公差。工序尺寸的確定與加工余量有著密切的關(guān)系。零件圖上的尺寸和公差就是最終的加工工序尺寸和公差。將此尺寸加上加工余量就是上一工序的工序尺寸。六、軸類零件的檢驗（一）加工中的檢驗自動測量裝置，作為輔助裝置安裝在機床上。這種檢驗方式能在不影響加工的情況下，根據(jù)測量結(jié)果，主動地控制機床的工作過程

25、，如改變進給量，自動補償?shù)毒吣p，自動退刀、停車等，使之適應(yīng)加工條件的變化，防止產(chǎn)生廢品，故又稱為主動檢驗。主動檢驗屬在線檢測，即在設(shè)備運行，生產(chǎn)不停頓的情況下，根據(jù)信號處理的基本原理，掌握設(shè)備運行狀況，對生產(chǎn)過程進行預(yù)測預(yù)報及必要調(diào)整。在線檢測在機械制造中的應(yīng)用越來越廣。（二）加工后的檢驗單件小批生產(chǎn)中，尺寸精度一般用外徑千分尺檢驗；大批大量生產(chǎn)時，常采用光滑極限量規(guī)檢驗，長度大而精度高的工件可用比較儀檢驗。表面粗糙度可用粗糙度樣板進行檢驗；要求較高時則用光學(xué)顯微鏡或輪廓儀檢驗。圓度誤差可用千分尺測出的工件同一截面內(nèi)直徑的最大差值之半來確定，也可用千分表借助V形鐵來測量，若條件許可，可用圓度儀檢驗。圓柱度誤差通常用千分尺測出同一軸向剖面內(nèi)最大與最小值之差的方法來確定。主軸相互位置精度檢驗一般以軸兩端頂尖孔或工藝錐堵上的頂尖孔為定位基準(zhǔn)，在兩支承軸頸上方分別用千分表測量。在這次設(shè)計過程中，使我真正的認(rèn)識到自己的不足之處，以前上課沒有學(xué)到的知識，在這次設(shè)計當(dāng)中也涉及到了。使我真正感受到了知識的重要性。經(jīng)過幾個月的努力工作，依據(jù)設(shè)計任務(wù)書，從調(diào)查研究，收集資料，經(jīng)過仔細(xì)縝密的思考，從提出論文方案，到各個零件的確定，圖紙的選擇，都注入了我大量的時間和精力。通過這次畢業(yè)設(shè)計，我學(xué)到了許多書本上學(xué)不到的知識，其中