本科畢業(yè)論文（設(shè)計）題 目 c616車床主軸加工工藝設(shè)計 學(xué) 院 機電工程學(xué)院 專 業(yè) 機械設(shè)計制造及其自動化 班 級 10機制本03班 學(xué) 號 101101010334 學(xué)生姓名 指導(dǎo)教師 完成日期 西安思源學(xué)院教務(wù)處制二一 年 月5摘要 在機械加工領(lǐng)域中，車床是應(yīng)用最為廣泛，也是最普遍的一種機床。它在機械加工中應(yīng)用也非常的頻繁。因此它的加工精度也就尤其的重要，工件能否達到加工精度就取決與機床本身的精度，而機床的加工精度是由它主軸的決定的。機床主軸把它的旋轉(zhuǎn)扭力及扭力通過主軸前端的夾具傳遞給工件或者刀具，主要用來支撐傳動零件如純，帶輪，傳遞運動及扭矩等。要求有很高的強度和回轉(zhuǎn)精度，其結(jié)構(gòu)為空心階梯軸，外圓表面有花鍵，電建等功能槽及螺紋。隨著社會的發(fā)展人們對機械加工的精度的要求也越來越高。故，機床主軸的加工工藝及方法，對整個機械加工來說都有著非常重要的作用，本文主要闡述了C616車床主軸的工藝過程，加工余量及其切削用量的計算。AbstractIn the field of processing machinery, lathe is the most widely used, a machine tool is the most common. It is used in machining is also very frequent. Therefore, its processing precision is particularly important, the workpiece can achieve the machining accuracy depends on the accuracy of machine tools, and the machining accuracy of machine tool spindle is determined by its. Machine tool spindle rotation torque and torque it transferred to the workpiece or tool through the fixture spindle nose, mainly used to support the transmission parts such as pure, belt wheel, transmission of motion and torque. Requires high strength and precision, the structure is a hollow shaft, the outer circle surface spline, electric power construction, function and thread groove. Therefore, the processing technology and method of machine tool spindle, the whole mechanical processing has a very important role, this article mainly explains the process of C616 lathe spindle machining allowance, cutting the amount of calculation and.目錄摘要11緒論41.1軸類零件的簡單介紹61.2主軸樣圖72.1零件圖的圖樣分析82.毛坯的選擇92.2.毛坯材料的選擇92.3毛坯尺寸的確定102.4熱處理工藝的制定和安排113.定位基準的確定123.1粗基準的選擇123.2精基準的選擇123.3基準的轉(zhuǎn)換134.劃分加工階段144.1劃分加工階段的理由144.2劃分加工工序的原則144.2.1工序集中原則154.2.2工序分散原則154.2.3軸類零件加工工序執(zhí)行原則154.3 ca616車床主要加工面加工工序安排164.4 ca616車床主軸加工工藝卡片1814 1緒論 機床（英文名稱：machine tool）是指制造機器的機器，亦稱工作母機或工具機，習(xí)慣上簡稱機床。一般分為金屬切削機床、鍛壓機床和木工機床等?，F(xiàn)代機械制造中加工機械零件的方法很多：除切削加工外，還有鑄造、鍛造、焊接、沖壓、擠壓等，但凡屬精度要求較高和表面粗糙度要求較細的零件，一般都需在機床上用切削的方法進行最終加工。機床在國民經(jīng)濟現(xiàn)代化的建設(shè)中起著重大作用。 第一次世界大戰(zhàn)后，由于軍火、汽車和其他機械工業(yè)的需要，各種高效自動車床和專門化車床迅速發(fā)展。為了提高小批量工件的生產(chǎn)率，40年代末，帶液壓仿形裝置的車床得到推廣，與此同時，多刀車床也得到發(fā)展。50年代中，發(fā)展了帶穿孔卡、插銷板和撥碼盤等的程序控制車床。數(shù)控技術(shù)于60年代開始用于車床，70年代后得到迅速發(fā)展。 二十世紀初，為了加工精度更高的工件、夾具和螺紋加工工具，相繼創(chuàng)制出坐標(biāo)鏜床和螺紋磨床。同時為了適應(yīng)汽車和軸承等工業(yè)大量生產(chǎn)的需要，又研制出各種自動機床、仿形機床、組合機床和自動生產(chǎn)線。 車床是主要用車刀對旋轉(zhuǎn)的工件進行車削加工的機床。在車床上還可用鉆頭、擴孔鉆、鉸刀、絲錐、板牙和滾花工具等進行相應(yīng)的加工。車床主要用于加工軸、盤、套和其他具有回轉(zhuǎn)表面的工件，是機械制造和修配工廠中使用最廣的一類機床。 車床主軸指的是機床上帶動工件或刀具旋轉(zhuǎn)的軸。通常由主軸、軸承和傳動件（齒輪或帶輪）等組成主軸部件。在機器中主要用來支撐傳動零件如齒輪、帶輪，傳遞運動及扭矩，如機床主軸；有的用來裝夾工件，如心軸。除了刨床、拉床等主運動為直線運動的機床外，大多數(shù)機床都有主軸部件。主軸部件的運動精度和結(jié)構(gòu)剛度是決定加工質(zhì)量和切削效率的重要因素。衡量主軸部件性能的指標(biāo)主要是旋轉(zhuǎn)精度、剛度和速度適應(yīng)性。旋轉(zhuǎn)精度：主軸旋轉(zhuǎn)時在影響加工精度的方向上出現(xiàn)的徑向和軸向跳動（見形位公差），主要決定于主軸和軸承的制造和裝配質(zhì)量。動、靜剛度：主要決定于主軸的彎曲剛度、軸承的剛度和阻尼。速度適應(yīng)性：允許的最高轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)速范圍，主要決定于軸承的結(jié)構(gòu)和潤滑，以及散熱條件.第 14 頁1.1軸類零件的簡單介紹實際中，零件的結(jié)構(gòu)千差萬別，但其基本幾何構(gòu)成不外是外圓、內(nèi)孔、平面、螺紋、齒面、曲面等。很少有零件是由單一典型表面所構(gòu)成，往往是由一些典型表面復(fù)合而成，其加工方法較單一典型表面加工復(fù)雜，是典型表面加工方法的綜合應(yīng)用。軸是機械加工中常見的典型零件之一。它在機械中主要用于支承齒輪、帶輪、凸輪以及連桿等傳動件，以傳遞扭矩。按結(jié)構(gòu)形式不同，軸可以分為階梯軸、錐度心軸、光軸、空心軸、曲軸、凸輪軸、偏心軸、各種絲杠等其中階梯傳動軸應(yīng)用較廣，其加工工藝能較全面地反映軸類零件的加工規(guī)律和共性。在機械設(shè)備中，軸類零件主要支撐傳動零件（如齒輪，帶輪）和傳遞轉(zhuǎn)矩，它是各種機械設(shè)備中重要的受力零件。本課題是圍繞常見的CA616主軸，來簡述軸類零件的加工工藝以及加工方法。1.2主軸樣圖 ca616車床主軸樣圖 1-12.1零件圖的圖樣分析 零件圖分析是制定數(shù)控車削工藝的首要任務(wù)。主要進行尺寸標(biāo)注方法分析、輪廓幾何要素分析以及精度和技術(shù)要求分析。此外還應(yīng)分析零件結(jié)構(gòu)和加工要求的合理性，選擇工藝基準。 由零件簡圖可知，該主軸呈階梯狀，其上有安裝支承軸承、傳動件的圓柱、圓錐面，安裝滑動齒輪的花鍵，安裝卡盤及頂尖的內(nèi)外圓錐面，聯(lián)接緊固螺母的螺旋面，通過棒料的深孔等。下面分別介紹主軸各主要部分的作用及技術(shù)要求： 、 支承軸頸 主軸二個支承軸頸A、B圓度公差為0.005mm，徑向跳動公差為0.005mm；而支承軸頸112錐面的接觸率70%；表面粗糙度Ra為0.4mm；支承軸頸尺寸精度為IT5。因為主軸支承軸頸是用來安裝支承軸承，是主軸部件的裝配基準面，所以它的制造精度直接影響到主軸部件的回轉(zhuǎn)精度。 、 端部錐孔 主軸端部內(nèi)錐孔（莫氏5號）對支承軸頸A、B的跳動在軸端面處公差為0.005mm，離軸端面300mm處公差為0.01 mm；錐面接觸率70%；表面粗糙度Ra為0.4mm；硬度要求4550HRC。該錐孔是用來安裝頂尖或工具錐柄的，其軸心線必須與兩個支承軸頸的軸心線嚴格同軸，否則會使工件（或工具）產(chǎn)生同軸度誤差。 、 端部短錐和端面 頭部短錐C和端面D對主軸二個支承軸頸A、B的徑向圓跳動公差為0.008mm；表面粗糙度Ra為0.8mm。它是安裝卡盤的定位面。為保證卡盤的定心精度，該圓錐面必須與支承軸頸同軸，而端面必須與主軸的回轉(zhuǎn)中心垂直。 、空套齒輪軸頸 空套齒輪軸頸對支承軸頸A、B的徑向圓跳動公差為0.015 mm。由于該軸頸是與齒輪孔相配合的表面，對支承軸頸應(yīng)有一定的同軸度要求，否則引起主軸傳動嚙合不良，當(dāng)主軸轉(zhuǎn)速很高時，還會影響齒輪傳動平穩(wěn)性并產(chǎn)生噪聲。 、螺紋 主軸上螺旋面的誤差是造成壓緊螺母端面跳動的原因之一，所以應(yīng)控制螺紋的加工精度。當(dāng)主軸上壓緊螺母的端面跳動過大時，會使被壓緊的滾動軸承內(nèi)環(huán)的軸心線產(chǎn)生傾斜，從而引起主軸的徑向圓跳動。從上述分析可以看出，主軸的主要加工表面是兩個支承軸頸、錐孔、前端短錐面及其端面、以及裝齒輪的各個軸頸等。而保證支承軸頸本身的尺寸精度、幾何形狀精度、兩個支承軸頸之間的同軸度、支承軸頸與其它表面的相互位置精度和表面粗糙度，則是主軸加工的關(guān)鍵。2.毛坯的選擇2.2.毛坯材料的選擇 軸類零件材料的選取，主要根據(jù)軸的強度、剛度、耐磨性以及制造工藝性而決定，力求經(jīng)濟合理。 常用的軸類零件材料有 35、45、50優(yōu)質(zhì)碳素鋼，以45鋼應(yīng)用最為廣泛。對于受載荷較小或不太重要的軸也可用Q235、Q255等普通碳素鋼。對于受力較大，軸向尺寸、重量受限制或者某些有特殊要求的可采用合金鋼。如40Cr合金鋼可用于中等精度，轉(zhuǎn)速較高的工作場合，該材料經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后具有較好的綜合力學(xué)性能；選用Cr15、65Mn等合金鋼可用于精度較高，工作條件較差的情況，這些材料經(jīng)調(diào)質(zhì)和表面淬火后其耐磨性、耐疲勞強度性能都較好；若是在高速、重載條件下工作的軸類零件，選用20Cr、20CrMnTi、20Mn2B等低碳鋼或38CrMoA1A滲碳鋼，這些港經(jīng)滲碳淬火或滲氮處理后，不僅有很高的表面硬度，而且其心部強度也大大提高，因此具有良好的耐磨性、抗沖擊韌性和耐疲勞強度的性能。 根據(jù)該主軸應(yīng)具有良好的綜合力學(xué)性能跟較高的硬度和耐磨性的工作要求和性能要求，因選用45鋼作為主軸材料。2.3毛坯尺寸的確定由圖可知，該軸為階梯軸，最大直徑（100mm)與最小直徑（43mm）相差較大，選圓鋼毛坯不經(jīng)濟，故應(yīng)選鍛造毛坯為宜，在單件小批生產(chǎn)時，可采用自由鍛生產(chǎn)毛坯；在成批大量生產(chǎn)時，應(yīng)采用模鍛生產(chǎn)毛坯。經(jīng)計算毛坯重量約為30KG。由機械加工工藝手冊表2.3-22得：直徑為80:100的余量及偏差為11直徑為101:125的余量及偏差為11直徑為101:125的余量及偏差為13對主軸的零件進行分析：2.4熱處理工藝的制定和安排選擇合適的材料并在整個加工過程中安排足夠和合理的熱處理工序，對于保證主軸的力學(xué)性能、精度要求和改善其切削加工性能非常重要。車床主軸的熱處理主要包括：1）毛坯熱處理車床主軸的毛坯熱處理一般采用正火，其目的是消除鍛造應(yīng)力，細化晶粒，并使金屬組織均勻，以利于切削加工。2）預(yù)備熱處理在粗加工之后半精加工之前，安排調(diào)質(zhì)處理，目的是獲得均勻細密的回火索氏體組織，提高其綜合力學(xué)性能，同時，細密的索氏體金相組織有利于零件精加工后獲得光潔的表面。3）最終熱處理主軸的某些重要表面（如80軸頸、錐孔及外錐等）需經(jīng)高頻淬火。最終熱處理一般安排在半精加工之后，精加工之前，局部淬火產(chǎn)生的變形在最終精加工時得以糾正。3.定位基準的確定3.1粗基準的選擇 為取得兩中心孔作為精加工的定位基準，所以機械加工的第一道工序是銑兩端面中心孔。為此可選擇前、后支撐軸頸（或其近處的外圓表面）作為粗基準。這樣，當(dāng)反過來再用中心孔定位，加工支撐軸頸時，可以獲得均勻的加工余量，有利于保證這兩個高精度軸頸的加工精度。3.2精基準的選擇 為了避免基準重合誤差，考慮工藝基準與設(shè)計基準和各工序基準的統(tǒng)一，以及盡可能在一次裝夾中加工較多的工作表面，所以在主軸精加工的全部工序中（二端錐孔面本身加工時除外）均采用二中心孔位定位基準。主軸中心通孔鉆出以后，遠中心孔消失，需要采用錐堵，借以重新建立定位精度（二端中心孔）。中心孔在使用過程中的磨損會影響定位精度，故必須經(jīng)常注意保護并及時保修。特別是在關(guān)鍵的精加工工序之前，為了保證和提高定位精度，均需要重新修整中心孔。使用錐堵時應(yīng)注意：當(dāng)錐堵裝入中心孔以后，在使用過程中，不能隨意拆卸和更換，都會引起基準的位置變動，從而造成誤差。3.3基準的轉(zhuǎn)換由于主軸的主要軸頸和大端錐孔的位置精度要求很高，所以在加工過程中藥采用互換基準的原則，在基準相互轉(zhuǎn)換的過程中，精度逐步得到提高。 1）、以軸頸位粗基準加工中心孔； 2）、以中心孔為基準，粗車支承軸頸等外圓各部； 3）、以支承軸頸為基準，加工大端錐孔； 4）、以中心孔（錐堵）為基準，加工支承軸頸等外圓各部； 5）、以支撐軸頸位基準，粗磨大端錐孔； 6）、以中心孔為（重配錐堵）為基準，加工支承軸頸等外圓各部； 7）、以打斷支撐軸頸和60h6外圓表面為基準，粗磨打斷錐孔。主軸外圓表面的加工，應(yīng)該以頂尖孔作為統(tǒng)一的定位基準。但在主軸的加工過程中，歲著通孔的加工，作為定位基面的中心孔消失，工藝上常采用帶有中心孔的錐堵到主軸的兩端孔中，如下圖所示，讓錐堵的頂尖其附加定位基準的作用。 4.劃分加工階段4.1劃分加工階段的理由 加工階段劃分的原因：1有利于保證零件的加工質(zhì)量 加工過程分階段進行的優(yōu)點在于，粗加工后零件的變形和加工誤差可以通過后續(xù)的半精加工和精加工消除和修復(fù)，因而有利于保證零件最終的加工質(zhì)量。2有利于合理使用設(shè)備 劃分加工階段后，就可以充分發(fā)揮機床的優(yōu)勢 3便于及時發(fā)現(xiàn)毛坯的缺陷 先安排零件的粗加工，可及時發(fā)現(xiàn)零件毛料的各種缺陷，采取補救措施，同時可以及時報廢無法挽救的毛料避免浪費時間。4便于熱處理工序的安排 對于有高強度和硬度要求的零件，必須在加工工序之間插入必要的熱處理工序5有利于保護加工表面 精加工、光整加工安排在最后，可避免精加工和光整加工后的表面由于零件周轉(zhuǎn)過程中可能出現(xiàn)的碰、劃傷現(xiàn)象。4.2劃分加工工序的原則 工序的劃分可以采用兩種不同原則，即工序集中原則和工序分散原則。4.2.1工序集中原則 工序集中原則是指每道工序包括盡可能多的加工內(nèi)容，從而使工序的總數(shù)減少。采用工序集中原則的優(yōu)點是有利于采用高效的專用設(shè)備和數(shù)控機床，提高生產(chǎn)效率；減少工序數(shù)目，縮短工序路線，簡化生產(chǎn)計劃和生產(chǎn)組織工作；減少機床數(shù)量、操作工人數(shù)和占地面積；減少工件裝夾次數(shù)，不僅保證了各加工表面間的相互位置精度，而且減少了夾具數(shù)量和裝夾工件的輔助時間。但專用設(shè)備和工藝裝備投資大、調(diào)整維修比較麻煩、生產(chǎn)準備周期較長，不利于轉(zhuǎn)產(chǎn)。4.2.2工序分散原則 加工工序分散就是將工件的加工分散在較多的工序內(nèi)進行，每道工序的加工內(nèi)容很少。采用T序分散原則的優(yōu)點是：加工設(shè)備和工藝裝備結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)整和維修方便，操作簡單，轉(zhuǎn)產(chǎn)容易有利于選擇合理的切削用量，減少機動時間。但工藝路線較長所需設(shè)備及工人人數(shù)多，占地面積大。4.2.3軸類零件加工工序執(zhí)行原則1、基面先行原則用作精基準的表而，應(yīng)優(yōu)先加工。因為定位基準的表而越精確，裝夾誤差就越小，所以任何零件的加工過程，總是首先對定位基準面進行粗加工和半精加工，必要時，還要進行精加工。例如，軸類零件總是先加工中心孔，再以中心孔為精基準加工外圓表而和端面。箱體類零件總是先加工定位用的平面及兩個定位孔，再以平面和定位孔為精基準加工孔系和其他平面。2、先粗后精原則各個表面的加工順序按照粗加工半精加工精加工光整加工的順序依次進行，這樣才能逐步提高加工表面的精度和減小表面粗糙度。3、先主后次原則零件上的工作面及裝配面精度要求較高，屬于主要表面，應(yīng)先加工。自由表面、鍵槽、緊固用的螺孔和光孔等表面，精度要求較低，屬于次要表面，可穿插進行，一般安排在主要表面達到一定精度后、最終精加工之前加工。4、先面后孔原則對于箱體類、支架類、機體類的零件，一般先加工平而，后加工孔。這樣安排加工工序，一方面是用加工過的平面定位穩(wěn)定可靠；另一方面是在加工過的平面上加工孔比較容易，并能提高孔的加工精度。特別是鉆孔，孔的軸線不易偏斜。4.3 ca616車床主要加工面加工工序安排CA616車床主軸主要加工表面是60h5、70h5、75g5、80h5軸頸，兩支承軸頸及大頭錐孔。它們加工的尺寸精度在IT5IT6之間，表面粗糙度Ra為0.40.8mm。 主軸加工工藝過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，即粗車調(diào)質(zhì)（預(yù)備熱處理）半精車精車淬火-回火（最終熱處理）粗磨精磨。 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）外圓表面半精加工（以頂尖孔定位）鉆通孔（以半精加工過的外圓表面定位）錐孔粗加工（以半精加工過的外圓表面定位，加工后配錐堵）外圓表面精加工（以錐堵頂尖孔定位）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主要表面。對凡是需要在淬硬表面上加工的螺孔、鍵槽等，都應(yīng)安排在淬火前加工。非淬硬表面上螺孔、鍵槽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。4.4 ca616車床主軸加工工藝卡片序號工序名稱工序內(nèi)容定位基準設(shè)備1備料2鍛造模鍛立式精鍛機3熱處理正火4鋸頭5銑端面鉆中心孔毛坯外圓中心孔機床6粗車外圓頂尖孔多刀半自動車床7熱處理調(diào)質(zhì)8車大端各部車大端外圓、短錐、端面及臺階頂尖孔臥式車床9車小端各部仿形車小端各部外圓頂尖孔仿形車床10鉆深孔鉆30mm通孔兩端支承軸頸深孔鉆床11車小端錐孔車小端錐孔（配120錐堵，涂色法檢查接觸率50%）兩端支承軸頸臥式車床12車大端錐孔車大端錐孔（配莫氏5號錐堵，涂色法檢查接觸率30%）、外短錐及端面兩端支承軸頸臥式車床13鉆孔鉆大頭端面各孔大端內(nèi)錐孔搖臂鉆床14熱處理局部高頻淬火（70、短錐及莫氏5號錐孔）高頻淬火設(shè)備15精車外圓精車各外圓并切槽、倒角錐堵頂尖孔數(shù)控車床16粗磨外圓粗磨60h5、70g5、80h5外圓錐堵頂尖孔組合外圓磨床17粗磨大端錐孔粗磨大端內(nèi)錐孔（重配莫氏6號錐堵，涂色法檢查接觸率40%）前支承軸頸及60h5外圓內(nèi)圓磨床18銑花鍵銑89f6花鍵錐堵頂尖孔花鍵銑床19銑鍵槽銑12f9鍵槽80h5及M115mm外圓立式銑床20車螺紋車三處螺紋（與螺母配車）錐堵頂尖孔臥式車床21精磨外圓精磨各外圓及E、F兩端面錐堵頂尖孔外圓磨床22粗磨外錐面粗磨兩處112外錐面錐堵頂尖孔專用組合磨床23精磨外錐面精磨兩處兩處112外錐面、D端面及短錐面錐堵頂尖孔專用組合磨床24精磨大端錐孔精磨大端莫氏6號內(nèi)錐孔（卸堵，涂色法檢查接觸率70%）前支承軸頸及60h5外圓專用主軸錐孔磨床25鉗工端面孔去銳邊倒角，去毛刺26檢驗按圖樣要求全部檢驗前支承軸頸及60h5外圓專用檢具