CA6140型臥式車床主軸的加工工藝過程

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（一）CA6140型臥式車床主軸的加工

主運(yùn)動(dòng)為回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的各種金屬切削機(jī)床的主軸，是軸類零件中最有代表性的零件。主軸上尋常有內(nèi)、外圓柱面和圓錐面，以及螺紋、鍵槽、花鍵、橫向孔、溝槽、凸緣等不同形式的幾何表面。主軸的精度要求高，加工難度大，假使對(duì)主軸加工中一些重要問題（如基準(zhǔn)的選擇、工藝路線的擬定等）能做出正確的分析和解決，則其他軸類零件的加工就能迎刃而解。以CA6140型臥式車床主軸為例，分析軸類零件的加工。如圖3.1.26所示為CA6140車床主軸簡圖，其材料為45鋼。

圖3.1.26CA6140型臥式車床主軸簡圖

1.主軸的功用及技術(shù)要求分析

（1）支承軸頸

主軸的兩支承軸頸A，B與相對(duì)應(yīng)的內(nèi)孔協(xié)同，是主軸組件的裝配基準(zhǔn)，其制造精度將直接影響到主軸組件的旋轉(zhuǎn)精度。當(dāng)支承軸頸不同軸時(shí)，主軸產(chǎn)生徑向圓跳動(dòng)，影響以后車床使用時(shí)工件的加工質(zhì)量，因此，對(duì)支承軸頸提出了很高要求。尺寸精度按IT5級(jí)制造，兩支承軸頸的圓度公差0.005㎜，徑向圓跳動(dòng)公差0.005㎜，表面粗糙度Ra值為0.4μm。

（2）裝夾表面

主軸前端錐孔是用于安裝頂尖或心軸的莫氏錐孔，其中心線必需與支承軸頸中心線嚴(yán)格同軸，否則會(huì)使工作件產(chǎn)生圓度、同軸度誤差，主軸錐孔錐面的接觸率要大于75%；錐孔對(duì)支撐軸頸A，B的圓跳動(dòng)允差：近軸端為0.005㎜，距軸端300㎜處為0.01㎜，表面粗糙度Ra值為0.4μm。

主軸前端短圓錐面是安裝卡盤的定心表面。為了保證卡盤的定心精度，短圓錐面必需與支承軸頸同軸，端面必需與主軸回轉(zhuǎn)中心垂直。短圓錐面對(duì)支撐軸頸A，B圓跳動(dòng)允差為0.008㎜，表面粗糙度Ra值為0.8μm。

（3）螺紋表面

主軸的螺紋表面用于鎖緊螺母的協(xié)同。當(dāng)螺紋表面中心線與支承軸頸中心線歪斜時(shí)，會(huì)引起主軸組件上鎖緊螺母的端面跳動(dòng)，導(dǎo)致滾動(dòng)軸承內(nèi)圈中心線傾斜，引起主軸徑向跳動(dòng)，因此，加工主軸上的螺紋表面時(shí)，必需控制其中心線與支承軸頸中心線的同軸度。

（4）軸向定位面

主軸軸向定位面與主軸回轉(zhuǎn)軸線要保證垂直，否則會(huì)使主軸周期性軸向竄動(dòng)，影響被加工工件的端面平面度，加工螺紋時(shí)則會(huì)造成螺距誤差。

(5)其他技術(shù)要求

為了提高零件的綜合力學(xué)性能，除以上對(duì)各表面的加工要求外，還制訂了有關(guān)材料選用、熱處理等要求。

2.主軸加工工藝分析

（1）定位基準(zhǔn)的選擇

主軸主要表面的加工順序，在很大程度上取決于定位基準(zhǔn)的選擇。軸類零件本身的結(jié)構(gòu)特征和主軸上各主要表面的位置精度要求都決定了以軸線為定位基準(zhǔn)是最理想的。這樣既基準(zhǔn)統(tǒng)一，又使定位基準(zhǔn)與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)重合。一般多以外圓為粗基準(zhǔn)，以軸兩端的頂尖孔為精基準(zhǔn)。具體選擇時(shí)還要注意如下：

①各加工表面間相互位置精度要求較高時(shí)，最好在一次裝夾中完成各個(gè)表面的加工。②加工或不能用兩端頂尖孔定位（如加工主軸錐孔）時(shí)，為提高工件加工時(shí)工藝系統(tǒng)的剛度，可只用外圓表面定位或用外圓表面和一端中心孔作定位基準(zhǔn)。在加工過程中，應(yīng)交替使用軸的外圓和一端中心孔作定位基準(zhǔn)，以滿足相互位置精度要求。

③主軸是帶通孔的零件，在通孔鉆出后將使原來的頂尖孔消失。為了仍能用頂尖孔定位，一般均采用帶有頂尖孔的錐堵或錐套心軸，如圖3.1.27所示。當(dāng)主軸孔的錐度較大（如銑床主軸）時(shí)，可用錐套心軸，當(dāng)主軸錐孔的錐度較?。ㄈ鏑A6140機(jī)床主軸）時(shí)，可采用錐堵。必需注意使用的錐套心軸和錐堵應(yīng)具有較高的精度并盡量減少其安裝次數(shù)。錐堵和錐套心軸上的中心孔既是其本身制造的定位基準(zhǔn)，又是主軸外圓精加工的基準(zhǔn)，因此，必需保證錐堵或錐套心軸上的錐面與中心孔有較高的同軸度。若為中小批生產(chǎn)，則工件在錐堵上安裝后一般中途不更換。若外圓和錐孔需反復(fù)屢屢互為基準(zhǔn)進(jìn)行加工，則在重裝錐堵或心軸時(shí)，必需按外圓找正，或重新修磨中心孔。

a)錐堵b)錐套心軸

圖3.1.27錐堵與錐套心軸

從以上分析來看，如表格3.1.8所示的主軸加工工藝過程中選擇定位基準(zhǔn)正是這樣考慮安排的。工藝過程一開始就以外圓作粗基準(zhǔn)銑端面鉆中心孔，為粗車準(zhǔn)備了定位基準(zhǔn)，而粗車外圓則為鉆深孔準(zhǔn)備了定位基準(zhǔn)；此后，為了給半精加工，精加工外圓準(zhǔn)備定位基準(zhǔn)，又先加工好前后錐孔，以便安裝錐堵，即可用錐堵上的兩個(gè)中心孔作定位基準(zhǔn)；最終，在磨錐孔前磨好軸頸表面，為的是將支承軸頸作定位基準(zhǔn)。上述定位基準(zhǔn)選擇各工序兼顧，也表達(dá)了互為基準(zhǔn)原則。

（2）加工階段的劃分

如表3.1.8所示的主軸加工工藝過程可知，根據(jù)粗、精加工分開原則來劃分階段極為重要的。這是由于主軸毛胚余量較大且不均勻，當(dāng)切除大量金屬后，會(huì)引起內(nèi)應(yīng)力重新分布而變形。因此，主軸加工尋常以主要表面加工為主線，劃分為3個(gè)階段：粗加工階段，包括粗車各檔外圓、鉆中心通孔等；半精加工階段，包括半精車各檔外圓及兩端錐孔、精車中心通孔等；精加工階段，包括粗、精磨各檔外圓或錐孔。其他次要表面適當(dāng)穿插在各個(gè)階段進(jìn)行。各階段的劃分大致以熱處理為界，將整個(gè)加工過程按粗、精加工劃分為不同的階段，這是制訂工藝規(guī)程的一個(gè)原則，目的是為了保證加工質(zhì)量和降低生產(chǎn)費(fèi)用。一般精度的主軸，精磨為最終工序。對(duì)于縝密主軸，還應(yīng)有光整加工階段。

（3）熱處理工序的安排

在主軸加工的整個(gè)工藝過程中，應(yīng)安排足夠的熱處理工序，以保證主軸力學(xué)性能及加工精度要求。并改善工件加工性能。

一般在主軸毛胚鍛造后，首次安排正火處理，以消除鍛造內(nèi)應(yīng)力，細(xì)化晶粒，改善機(jī)加工時(shí)的切削性能。

在粗加工階段，經(jīng)過粗車、鉆孔等工序，主軸的大部分加工余量被切除。粗加工過程中切削力和發(fā)熱都很大，在力和熱的作用下，主軸產(chǎn)生很大內(nèi)應(yīng)力，通過調(diào)質(zhì)處理可消除內(nèi)應(yīng)力，代替時(shí)效處理，同時(shí)可以得到所要求的韌性，因此，粗加工后應(yīng)安排調(diào)質(zhì)處理。

半精加工后，除重要表面外，其他表面均已達(dá)到設(shè)計(jì)尺寸。重要表面僅剩精加工余量，這時(shí)對(duì)支承軸頸、協(xié)同軸頸、錐孔等安排淬火處理，使之達(dá)到設(shè)計(jì)的硬度要求，保證這些表面的耐磨性。而后續(xù)的精加工工序可以消除淬火的變形。

(4)加工工序的安排

機(jī)加工順序的安排依據(jù)“基面先行，先粗后精，先主后次〞的原則進(jìn)行。對(duì)主軸零件一般是準(zhǔn)備好中心孔后，先加工外圓，再加工內(nèi)孔，并注意粗精加工分開進(jìn)行。在CA614型臥式車床主軸加工工藝中，以熱處理為標(biāo)志，調(diào)質(zhì)處理前為粗加工，淬火處理前為半精加工，淬火后為精加工。這樣把各階段分開后，保證了主要表面的精加工最終進(jìn)行，不致因其他表面加工時(shí)的應(yīng)力影響主要表面的精度。

在安排主軸工序的順序時(shí)，還應(yīng)注意以下4點(diǎn)：

①孔加工應(yīng)安排在調(diào)質(zhì)以后進(jìn)行。由于調(diào)質(zhì)處理變形較大，故深孔產(chǎn)生彎曲變形將難以改正，不僅影響以后機(jī)床使用時(shí)棒料的通過，而且會(huì)引起主軸高速旋轉(zhuǎn)的不平衡。此外，深孔加工還應(yīng)安排在外圓粗車或半精車之后，以便有一個(gè)較確切的軸頸作定位基準(zhǔn)，保證孔與外圓同心，使主軸壁厚均勻。若僅從定位基準(zhǔn)考慮，希望始終用中心孔定位，避免使用錐堵，那么深孔加工安排到最終為好，但深孔加工是粗加工，發(fā)熱量大，破壞外圓加工精度，因此，深孔加工只能在半精加工階段進(jìn)行。

②外圓表面加工時(shí)應(yīng)先加工大直徑外圓，然后加工小直徑外圓，以免一開始就降低了工件的剛度。

③主軸上的花鍵、鍵槽等次要表面的加工一般安排在外圓精車或粗磨之后，精磨之前進(jìn)行。由于假使在精車前就銑出鍵槽，一方面，在精車時(shí)，由于斷續(xù)切削而產(chǎn)生振動(dòng)，既影響加工質(zhì)量，又簡單損壞刀具；另一方面，鍵槽的尺寸要求也難以保證。這些表面加工也不宜安排在主要表面精磨后進(jìn)行，以免破壞主要表面的精度。

④主軸上螺紋表面加工宜安排在主軸局部淬火之后進(jìn)行，以免由于淬火后的變形而影響螺紋表面和支承軸頸的同軸度。

(5)主軸錐孔的磨削

主軸的前端錐孔是安裝頂尖或定位心軸的定位基準(zhǔn)，它的質(zhì)量好壞直接影響到車床的質(zhì)量，因此，主軸錐孔磨削是軸加工的關(guān)鍵程序。

對(duì)主軸前端錐孔除其本身精度、接觸面積有較高要求外，對(duì)它的中心線與軸的支承軸頸的同軸度也有較嚴(yán)格的要求。為了保證同軸度的要求，軸的錐孔磨削工序一般選支承軸頸為

定位基準(zhǔn)。

單件小批生產(chǎn)時(shí)，可在一般磨床上進(jìn)行加工。尾端夾持在四爪卡盤上，前端用中心架支撐在前錐附近的縝密外圓上，經(jīng)過嚴(yán)格的校正后方可進(jìn)行加工。這種方法輔助時(shí)間長，生產(chǎn)效率低，質(zhì)量不穩(wěn)定。當(dāng)成批生產(chǎn)時(shí)，大都采用專用夾具進(jìn)行加工。

3.編制主軸的機(jī)械加工工藝過程

對(duì)車床主軸結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和技術(shù)要求進(jìn)行分析后，根據(jù)生產(chǎn)批量、設(shè)備條件，結(jié)合軸類零件的加工特點(diǎn)，編制的車床主軸的加工工藝過程見表3.1.8。

表3.1.8CA6140型臥式車床主軸加工工藝過程

序號(hào)12345678910111213141516171819202122232425自由鍛正火劃兩端面加工線（總長870㎜)銑兩端面（按劃線找正中心）劃兩端中心孔位置鉆兩端面中心孔（按劃線找正中心）車外圓調(diào)質(zhì)工序內(nèi)容外圓外圓中心孔定位基準(zhǔn)設(shè)備端面銑床鉆床或臥式車床臥式車床臥式車床臥式車床臥式車床臥式車床外圓磨床內(nèi)圓磨床臥式銑床萬能車床臥式車床外圓磨床外圓磨床外圓磨床錐孔磨床車大頭外圓、端面及臺(tái)階，調(diào)頭車小頭各部外圓中心孔頂一端夾另一端鉆?48mm通孔夾一端托另一端支承軸頸車大頭錐孔、外短錐及端面（配莫氏6號(hào)錐堵），夾一端托另一端支承軸頸調(diào)頭車小頭錐孔（配1:12錐堵）劃大頭端面各孔鉆大頭端面各孔及攻螺紋（按劃線找正）表面淬火精車外圓并車槽精磨?75h5，?90g5，?100h6外圓磨小頭內(nèi)錐孔（重配1:12錐堵），調(diào)頭磨大頭錐孔（重配莫氏6號(hào)錐堵）粗、精銑花鍵銑12f9車大頭內(nèi)側(cè)，車3處螺紋（配螺母)精磨各外圓及兩端面粗磨兩處1:12外錐面粗精磨兩處1:12外錐面、D端面及短錐面C精磨莫氏6號(hào)內(nèi)孔按圖樣要求全部檢驗(yàn)中心孔頂一端夾另一端兩錐堵中心孔夾一端托另一端支承軸頸兩錐堵中心孔?85h7處外圓兩錐堵中心孔兩錐堵中心孔兩錐堵中心孔兩錐堵中心孔夾小頭托大頭支承軸頸

CA6140型臥式車床主軸加工序簡圖

序號(hào)