毕业设计（论文）CA6140车床主轴机械加工工艺的设计.doc

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1、题目：CA6140车床主轴机械加工工艺的设计 班 级：农机91班 姓 名： 专 业：农业机械化及其自动化 指导老师： 答辩日期：2012年4月19日目 录摘 要I1 绪 论1.1 本课题的来源、目的及意义(1)1.2 课题背景及国内外研究现状(1)1.3 本课题研究的主要内容(1)2 典型轴类零件加工工艺2.1 轴类零件的功用、分类和结构特点(1)2.2 轴类零件典型工艺路线(2)3 CA6410主轴加工工艺过程的制订3.1概述(2)3.2 主轴加工工艺过程制订的依据(3)3.3 CA6140主轴加工工艺过程(3)4 CA6140主轴技术条件的分析4.1 概述(4)4.2 支承轴颈的技术要求(

2、5)4.3 锥孔的技术要求(5)4.4 短锥的技术要求(5)4.5 空套齿轮轴颈的技术要求.（5）4.6 螺纹的技术要求.（6）5 CA6140主轴加工工艺过程分析5.1 概述(6)5.2 主组后毛坯的制造方法(7)5.3 毛坯的材料和热处理 (7)5.4 定位基准的选择(8)5.5 加工阶段的划分. （9）5.6 加工顺序的安排和工序的确定. （10）5.7加工余量的确定. （11）5.8计算切削速度. (13)6夹具设计6.1定位方案. (14)6.2夹紧方案. (15)6.3对刀方案 . (15)7 CA6140主轴加工中的关键工艺7.1 锥堵和锥堵心轴的使用(16)7.2 顶尖孔的研磨

3、(17)7.3 组合磨削(18)7.4 深孔加工(19)8结论与展望机械8.1本文总结（20）8.2制造工业的现状及展望.（21）致 谢（22）参考文献（22）绪 论1.1 本课题的来源、目的及意义车床主轴是具有代表性零件之一，加工难度大，工艺路线较长，涉及轴类零件加工的许多基本工艺问题。以在校期间的理论课程学习为基础，在多次深入车间实习为参观依据，通过本次对CA6140车床主轴技术条件的分析和工艺过程的讨论，来说明轴类零件加工的一般规律。 2 典型轴类零件加工工艺分析2.1轴类零件的功用、分类和结构特点轴类零件是机器中经常遇到的典型零件之一。轴类零件的功用为支承传动零件（齿轮、皮带轮等）、转

4、动扭矩、承受载荷，以及保证装在主轴上的工件（或刀具）具有一定的回转精度。 轴的长径比小于5的称为短轴，大于20的称为细长轴，大多数轴介于两者之间。轴用轴承支承，与轴承配合的轴段称为轴颈。轴颈是轴的装配基准，它们的精度和表面质量一般要求较高，其技术要求一般根据轴的主要功用和工作条件制定，通常有以下几项：尺寸精度 起支承作用的轴颈为了确定轴的位置，通常对其尺寸精度要求较高（IT5IT7）。装配传动件的轴颈尺寸精度一般要求较低（IT6IT9）。几何形状精度 轴类零件的几何形状精度主要是指轴颈、外锥面、莫氏锥孔等的圆度、圆柱度等，一般应将其公差限制在尺寸公差范围内。对精度要求较高的内外圆表面，应在图纸

5、上标注其允许偏差。相互位置精度 轴类零件的位置精度要求主要是由轴在机械中的位置和功用决定的。通常应保证装配传动件的轴颈对支承轴颈的同轴度要求，否则会影响传动件（齿轮等）的传动精度，并产生噪声。普通精度的轴，其配合轴段对支承轴颈的径向跳动一般为0.010.03mm，高精度轴（如主轴）通常为0.0010.005mm。表面粗糙度 一般与传动件相配合的轴径表面粗糙度为Ra2.50.63m，与轴承相配合的支承轴径的表面粗糙度为Ra0.630.16m。轴类零件按其结构形状的特点，可分为光滑轴、阶梯轴、空心轴和异形轴（包括曲轴、凸轮和偏心轴等）四类。若按轴的长度和直径的比例来分，又可分为刚性轴（L/d12）

6、和挠性轴（L/d12）两类。本课题所设计的轴为CA6140车床主轴，该轴既是阶梯轴又是空心轴，并且是长径比小于12的刚性轴。根据其结构和精度要求，在加工过程中对这种轴的定位基准面选择、深孔加工和热处理变形等方面，为加工技术难点。2.2 轴类零件典型工艺路线对于7级精度、表面粗糙度Ra0.80.4m的一般传动轴，其典型工艺路线是：正火车端面钻中心孔粗车各表面精车各表面铣花键、键槽热处理修研中心孔粗磨外圆精磨外圆检验。对于空心轴（如本课题设计的主轴），为了能使用顶尖孔定位，一般均采用带顶尖孔的锥套心轴或锥堵。若外圆和锥孔需反复多次、互为基准进行加工，则在重装锥堵或心轴时，必须按外圆找正或重新修磨中

7、心孔。轴上的花键、键槽等次要表面的加工，一般安排在外圆精车之后，磨削之前进行。因为如果在精车之前就铣出键槽，在精车时由于断续切削而易产生振动，影响加工质量，又容易损坏刀具，也难以控制键槽的尺寸。但也不应安排在外圆精磨之后进行，以免破坏外圆表面的加工精度和表面质量。3主轴加工工艺过程的制订3.1概述车床主轴是代表性零件之一，加工难度较大，工艺路线较长，涉及轴类零件加工的许多基本工艺问题。下面对本课题CA6140主轴技术条件的分析和工艺过程的讨论，来说明轴类零件加工的技术条件。零件的作用 设计所给的零件为CA6140主轴零件图。他主要用于传递回转运到和扭矩，主轴既是一单线的阶梯轴、空心轴，又是长径

8、比小于12的刚性轴。主要加工表面是内外旋转表面，次要表面有键槽、花键、螺纹和端面结合孔等。它的加工主要是车削和磨削，其次是铣削和转削。3.2主轴加工工艺过程制订的依据主轴加工工艺过程制订的依据是主轴的结构技术要求、生产批量和设备条件等。从CA6140车床主轴的加工，可以知道：主轴的技术要求，如主轴两个支承轴颈的本身精度、表面粗糙度和同轴度，主轴前端内、外锥面与主轴颈的同轴度要求都较高。因此必须正确选择定位基准；工序按粗精加工分开；并合理安排工序。主轴是一种多阶梯的空心轴，而主轴毛坯又往往是实心锻件，因此需要从外圆和中心切去大量的金属，进行深孔加工。对于结构不同和技术条件不同的轴类零件，其加工工

9、艺过程是不同的；即使是同一种轴，其批量不同，或所选的材料不同。或者生产条件不同，其加工工艺过程也是不同的，尤其是批量的大小，对加工工艺过程的影响更为显著。3.3 CA6140主轴加工工艺过程CA6140主轴零件图（见附件图纸1）。批量 中批； 材料：38CrMoAl； 毛坯：模锻件。其工艺过程（见附件工艺卡）。这类属于大批生产规模而又工序分散的主轴加工工艺过程，概括为下列三个阶段： 主轴加工过程中的加工工序和热处理工序会产生不同的加工误差、应力，主轴加工基本上划分为以下四个阶段。1、粗加工阶段 1)、毛坯处理:毛胚，备料,锻造,正火（工序12）。 2)、粗加工:锯除多余部分，铣端面、钻中心孔和

10、粗车外圆等（工序307）。该阶段的主要目的:用大的切削量切除大部分余量,把毛胚加工至接近工件的最终形状和尺寸,只留少量余量。还可以及时发现锻件裂纹等缺陷，采取相应措施。2、半精加工阶段1)、半精加工前热处理:对于38CrMoAl一般采用调质处理以达到220240HBS（工序08）。2)、半精加工:车定位锥孔，半精车外圆端面（工序1911）。3）、车各沉割槽及斜角，倒角，扩深孔（1214）3、精加工阶段1）精加工前热处理：局部高频淬火（工序14）。2）精加工前后处加工：粗磨定位锥面、粗磨处理、铣键槽和花键槽以及车螺纹等（工序1532）。3）精加工：精磨外圆和内外锥面以保证主轴最重要的表面精度（工

11、序3033）。4、去毛刺，检查(工序3435)这阶段主要目的是：把每个表面都加工到规定的要求。4主轴技术条件的分析4.1概述主轴的技术条件是根据主轴的功用和工作条件制定的。而技术条件中各项精度又是以支承在轴承孔中的前后两个轴颈为基准来确定的。本次设计以CA6140主轴技术条件进行分析。4.2支承轴颈的技术要求主轴两支承轴颈A、B的圆度公差0.005mm，径向圆跳动公差0.005mm，两支承轴颈的1：12锥面接触率70%，表面光洁度Ra0.4，支承轴颈直径按IT5级精度制造。机床主轴外圆的圆度要求，对于一般精度的机床，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

12、床，则应在510%之间。主轴支承轴颈的径向跳动将产生主轴的同轴度误差，以此主轴加工工件就会影响工件的加工精度，所以有必要加以严格控制。4.3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0.01mm，锥面的接触率70%，表面光洁度Ra0.4，硬度要求HRC48。主轴锥孔是用来安装顶尖或工具锥柄的，其轴心线要与两个支承轴颈的轴心线尽量重合，否则将影响机床精度，会使工件产生同轴度等误差。4.4短锥的技术要求短锥C对主轴支承轴颈A、B的径向圆跳动公差0.008mm，端面D对轴颈A、B的端面跳动公差0.008mm，锥面及端面的粗糙度均为Ra0

13、.8。这些要求是为了保证安装卡盘时能够很好定位，只要这短圆锥锥面能与支承轴颈同轴，端面与回转轴线垂直，就能提高卡盘的定心精度。4.5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的径向跳动公差为0.015mm。这是由于这些轴颈与齿轮孔相配合的表面，对支承轴颈应有一定的同轴度要求，否则会引起主轴传动齿轮传动啮合不良，当主轴转速很高时，还会影响齿轮传动的平稳性并产生噪音；加工工件时，也会在工件外圆表面产生重复出现的振纹，尤其在精加工时，这种缺陷更为明显。4.6螺纹的技术要求普通螺纹精度中等级。这是用于限制与之配合的压紧螺母的端面圆跳动所必须的要求。因为，如果压紧螺母端面圆跳动过大时，则在压紧

14、滚动轴承的过程中，会造成轴承内环轴心线的倾斜。由于轴承内环是与主轴支承轴颈配合的，这就引起主轴的径向跳动。实践证明，当压紧螺母端面圆跳动0.05mm时，对主轴径向跳动的影响就很显著。引起压紧螺母端面震摆的原因有两个：一是螺母本身制造精度低，例如螺母端面与螺纹轴心线不垂直；另一原因是主轴上的螺纹表面轴心线与支承轴颈的轴心线不重合，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

15、度、支承轴颈与其他表面的相互位置精度和表面光洁度，则是主轴加工的关键。5主轴加工工艺过程分析5.1概述从上面介绍的主轴加工工艺过程中，可以看出，主轴加工常分粗车，半精车、粗精磨三个阶段。而且每阶段之间常插入热处理工序：又在磨削之前常需修研顶尖孔/精度要求越高的主轴，磨的次数越多，修研顶尖孔的次数越多。这些特点，贯穿于轴类零件整个加工过程之中，其原因在于轴件本身的尺寸和几何形状精度以及这些表面之间的同轴度（或径向跳动）和端面垂直度（决定轴向窜动程度）要求较高。这些精度要求（指标），不但取决于轴件的加工精度，而且也取决于轴件加工后的尺寸精度稳定性，前者与加工的定位精度及所用的加工方法有关，后者与选

16、用的材料及热处理方法有关。从这个角度出发，现在重点分析制订主轴工艺过程所要考虑的几个问题。5.2主轴毛坯的制造方法毛坯制造方法主要与使用要求和生产类型有关。毛坯形式有棒料与锻件两种。在单件小批生产中，轴类零件的毛坯往往使用热扎棒料，这尤其适合于那些光滑轴和外圆直径相差不大的阶梯轴。单件小批生产的阶梯轴一般采用自由锻，在大批大量生产时则采用模锻。设定 ：CA6140主轴零件材料38CrMoAl号钢。生产类型为成批生产，采用自由锻，设备上使用胎膜锻毛坯。主轴最大直径为195mm，外锥底面直径为106.373。其次是阶梯端的最大分段尺寸115mm和90mm，总长870mm。考虑到胎膜锻加工的特性，故

17、由上分析可对胚模进行二次拔长，且第一次以115mm的毛胚尺寸拔长为120mm尺寸，再次以90mm拔长，拔长后的尺寸为95mm。5.3毛坯的材料和热处理CA6140车床主轴是传递动力的零件，它应有良好的机械强度和刚度，而其工作表面又应有良好的耐磨性，因此要选用适当的钢材；为了使加工后有良好的尺寸精度稳定性，因而又要求有合适的热处理过程。38CrMoAl，这是常用的主轴材料，在调质处理（T235）之后，在经局部高频淬火，可以使局部硬度达到HRC6265，在经过适当的回火处理，可以降到需要的硬度（例如本课题CA6140主轴规定为HRC52）。一般机床的主轴均可用38CrMoAl，因为它的机械性能（强

18、度、韧性和局部表面硬度等）能满足设计的要求。然而38CrMoAl的淬透性比较差（与合金钢比较而言），需要比较强的淬火剂，淬火后的变形比较大。加上加工后的尺寸精度性较差，在长期使用后会出现微量的尺寸变化，对于高精度的机床主轴就有可能超差。由此可见，主轴质量除与所选钢材种类有关外，还与毛坯热处理有关，一般各种毛坯在机械加工之前，均需进行正火（或退火）处理，以使钢材的晶粒细化（或球化），消除锻造（或轧制）后的内应力，并可降低毛坯的硬度，以利切削的进行。本课题CA6140主轴用的38CrMoAl便规定在精锻后进行正火处理。凡要求局部高频淬火的主轴，要在前道工序中安排调质处理（有的钢材则用正火）。当毛坯

19、余量较大时（如锻件），调质放在粗车之后，半精车之前，以便因粗车产生的内应力得以在调质时消除：毛坯余量较小时（如棒料），调质可放在粗车（相当于锻件的半精车）之前进行。高频淬火处理一般放在半精车之后，由于主轴只需要局部淬硬，故精度有一定要求而不需淬硬部分的加工，如车螺纹，铣键槽等有一定位置要求的工序，均安排在局部淬火和粗磨之后，这是因为局部淬火的变形虽然不大，但总有一些变形，故车螺纹、铣键槽等有一定位置要求的工序，要安排在粗磨之后进行，以消除淬火变形，对于精度较高的主轴（如M1432A砂轮轴），在局部淬火及粗磨之后还需低温时效处理（160油中浸较长时间），低温时效不降低已获得的精度和机械性能，但能

20、消除磨削加工中所引起的内应力以及淬火过程中所产生的应力和残余奥氏体，从而使主轴的金相组织和应力状态保持稳定（由于奥氏体在使用过程中会逐步转变为马氏体，是主轴产生微量膨胀变形，影响主轴的尺寸精度）。在此之后再进行主轴的精加工。主轴精度要求越高，则对材料及热处理要求越高，热处理次数也越多。本课题CA6140主轴采用38CrMoAl经过正火、调质和局部高频淬火后变能满足要求，而无需在采用更高的钢材，并且免去了低温时效的工序。5.4定位基准的选择 为获得两中心孔作为后续精加工的定位基准，所以机械加工的第一道工序铣两端面中心孔 ，可选择AB两支承轴颈作为粗基准。因此，当以中心孔定位，加工支撑轴颈时，可以

21、获得均匀的加工余量，有利于保证这两个高精度轴颈的加工精度。2、精基准的选择 为了避免基准不重合造成的误差，同时也考虑到基准统一原则，以及尽可能在一次装夹中加工较多的工作表面，所以在主轴加工中除锥孔面以外的所有精加工均以两中心孔为定位基准。由于工序07使中心孔消失，所以需要配以锥堵，以重新建立定位精度。3、基准的转换由于支承轴颈和大端锥孔的位置精度要求很高，所以在加工过程中要采用互换基准的原则，在基准相互转换的过程中，精度逐步得到提高。1）、以75h5和90g5 为粗基准加工中心孔；2）、以中心孔为基准，粗车支承轴颈等外圆各部；3）、以支75h5和90g5为基准，加工大端锥孔；4）、以中心孔（配

22、1:20的锥堵）为基准，加工支承轴颈等外圆各部；5）、以75h5和90g5为基准，粗磨大端锥孔；6）、以中心孔为（重配锥堵）为基准，加工支承轴颈等外圆各部；7）、以75h5和90g5外圆表面为基准，粗磨打断锥孔。5.5加工阶段的划分由于主轴的精度要求高，并且在加工过程中要切除大量金属，因此，将主轴的加工过程根据粗、精加工分开原则来划分阶段，极为必要。这是由于加工过程中热处理、切削力、切削热、加紧力等对工件产生较大的加工误差和应力，为了消除前一道工序的加工误差和应力，需要进行另一次新加工，不过这一次加工所带来的误差和应力总是要比前一次为小。因此，加工次数增多以后，精度便逐渐提高。精度表5-1 C

23、A6140车床主轴加工基准转换过程要求越高加工次数越多。由于粗加工之前，毛坯余量较大，而且余量往往不均（如锻件的外形与加工后的形状相差较大且不均匀），因而在粗加工中需用大的切削力，并常常因此产生大量切削热，使主轴在加工中产生受力变形和热变形，而出现形状误差（如圆柱度误差）及大的加工应力。故粗加工之后要进行半精加工（如半精车、精车等），这也是锻件毛坯要比棒料毛坯多车一次的原因。此后即使不插入热处理工序，也还需要进行一些精加工，以提高精度，何况为了改善主轴的机械性能（如增加表面硬度），往往在半精加工（半精车或精车）之后进行淬火处理，因而又需进一步进行一系列的精加工（如磨削等）。后一次加工所带来的切

24、削力和热量，均比前一次为小（因其余量逐渐减小），因而出现的误差和应力亦随之减小，这就是进行多次加工能提高精度的原因。因此，粗、精加工不能同一次安装中完成，而应当把粗、精加工分别为两个工序或者在不同的机床上进行，最好粗、精加工间隔一些时间（一天或几天），让上道工序加工的内应力逐渐消失（自然时效）。5.6加工顺序的安排和工序的确定具有空心和内锥特点的轴类零件，在考虑支承轴颈、一般轴颈和内锥等主要表面的加工顺序时，可有以下几种方案：外表面粗加工钻深孔外表面精加工锥孔粗加工锥孔精加工；外表面粗加工钻深孔锥孔粗加工锥孔精加工外表面精加工；外表面粗加工钻深孔锥孔粗加工外表面精加工锥孔精加工；针对CA614

25、0车床主轴的加工顺序来说，可作这样的分析比较：第一方案：在锥孔粗加工时，由于要用已精工过外圆表面作精基准面，会破坏外圆精度和表面粗糙度，所以此方案不宜采用。第二方案：在精加工外圆表面时，还要再插上锥堵，这样会破坏锥孔精度。另外，在加工锥孔时不可避免地会有加工误差（锥孔的磨削条件比外圆磨削条件差），加上锥堵本身的误差等就会造成外圆表面和内锥面的不同轴，故此方案也不宜采用。第三方案：在锥孔精加工时，虽然也要用已精加工过的外圆表面作为精基准面，但由于锥面精加工的加工余量已很小，磨削力不大；同时锥孔的精加工已处于轴加工的最终阶段，对外圆表面的精度影响不大；加上这一方案的加工顺序，可以采用外圆表面和锥面

26、互为基准，交替使用，能逐渐提高同轴度。经过这一比较可知，CA6140主轴的轴件加工顺序，以第三方案为佳。通过方案的分析比较也可看出，轴类零件各表面先后加工顺序，在很大程度上与定位基准的转换有关。本课题CA6140主轴工艺过程，一开始就铣端面打中心孔，这是为粗车和半精车外圆准备定位基准；半精车外圆又为深孔、加工准备了定位基准；半精车外圆也为前后的锥孔加工贮备了定位基准。反过来，前后锥孔装上锥堵后的顶尖孔，又为此后的半精加工和精加工外圆准备了定位基准；而最后磨锥孔的定位基准则又是上工序磨好的轴颈表面。为了保证主轴支承轴颈与大头端面及短锥间的相互位置精度，在最后加工时应在一次安装中磨出这些表面。检验

27、工序是保证质量，防止废品的重要措施。检验工序一般安排在各加工阶段的前后、重要工序的前后和花费工时较多的工序前后，总检验则放在最后。5.7加工余量的确定1、70h6外圆面工序名称加工余量经济精度基本尺寸标准尺寸半精车2.0h670.70 h6粗车2.3h117272h11毛胚+2.5-1.074.374.32、75h5外圆面工序名称加工余量经济精度基本尺寸标准尺寸金刚石车0.3h575.75.h5半精车2.0h875.375.3h8粗车2.3h1177.377.3h11毛胚+2.5-1.079.63、80h5工序名称加工余量经济精度基本尺寸标准尺寸精磨0.01h58080h5粗磨0.05h680

28、.0180.01h6半精车2.0h880.0682.06h8粗车2.3h1182.0682.06h11毛胚+2.5-1.084.364、75.25工序名称加工余量经济精度基本尺寸标准尺寸精磨0.01h575.2575.25h5粗磨0.05h675.2675.26h6精车0.3h875.3175.31h8粗车2.3h1175.6175.61h11毛胚+2.5-1.077.915、89f6工序名称加工余量经济精度基本尺寸标准尺寸精磨0.01f68989f6粗磨0.05f789.0189.01f7精车2.0f889.0689.06f8粗车2.3f1189.3191.31f11毛胚+3-194.616

29、、90g5工序名称加工余量经济精度基本尺寸标准尺寸精磨0.01g59090g5粗磨0.05g690.0190.01g6半精车2.0g890.0690.06g8粗车2.3g1192.0692.06g11毛胚+3-194.367、105.25工序名称加工余量经济精度基本尺寸标准尺寸精磨0.01105.25105.25粗磨0.05105.26105.26精车0.5105.31105.31粗车2.5105.81105.81毛胚+3-1.5108.318、106.375锥面工序名称加工余量经济精度基本尺寸标准尺寸精磨0.01106.375106.375粗磨0.05106.376106.376精车0.31

30、06.381106.381粗车2.5106.631106.631毛胚+2.5-1.5109.9315.8计算切削速度铣键槽30125.2根据机械加工工艺设计手册第一卷表9.2-4选用硬质合金钢直柄键槽铣刀每齿进给量：根据机械加工工艺手册表2.4-87的切削速度v=1.79m/s采用X53T铣床，根据机械加工工艺手册表3.1-73取则实际切削速度则此时工作台每分钟的进给量为：6夹具设计为提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度，需要设计专用夹具。经过查找资料，决定设计第20道工序铣12f9键槽的铣床夹具。本夹具将用于X53T立式铣床。刀具为硬质合金直柄键槽铣刀，对工件进行铣削加工。6.1. 定

31、位方案1.应当限制的自由度：为加工轴向键槽，应当限制 X、y、z、y、z方向自由度。 2.实际限制的自由度：采用的是两V型块附加一挡块定位，共限制了x、y、z、 y y、z六个方向自由度。3.定位副：左右两V型块分别与75h5和90g5轴段外圆配合，共限制了y、z、y、z方向自由度，附加挡块（与75h5和90g5处的V型块做成一体）限制了X方向自由度。为不完全定位，符合定位要求。当两压板夹紧时，夹紧力垂直于底座。6.2：夹紧方案1 作用点：挡块与轴接触点2 作用方向：垂直挡块向下3 装置：如图所示 6.3：对刀方案 加工键槽使用直角对刀块（GB2240-80）1） 铣削键槽根据X53T铣床工作

32、台T型槽尺寸选择定位键尺寸，保证键槽位置和对称度。主轴加工中的关键工艺7.1顶尖孔的研磨对于实心轴或锥堵上的顶尖孔，因为要承受工件的重量和切削力的作用，而常会磨损；并且工件在热处理时，顶尖孔也会随之变形。因此，在热处理工序之后和磨削加工之前，对顶尖孔要进行研磨，以消除误差。研磨顶尖孔的方法，常用的有以下几种：用铸铁顶尖研磨。用油石或橡胶砂轮研磨。研磨时先将圆柱形油石或橡胶砂轮夹在车床的卡盘上，用装在刀架上的金刚石将油石或橡胶砂轮前端修整成顶图6-2用油石研磨顶尖孔尖形状（60圆锥体），接着将工件顶在油石或橡胶砂轮顶尖和车床后顶尖间（图6-2），在加上少量润滑油（柴油或轻机油），然后开动车床使油

33、石或橡胶砂轮转动，进行研磨。研磨过程中，用手把持工件并使它连续而缓慢地转动。用中心孔磨床磨削。中心孔磨床的磨头结构原理如图6-3所示。磨头机构要求砂轮主轴具有三种运动：主切削运动；行星运动；往复运动： 图6-3中心孔磨头简图砂轮磨料采用白刚玉或铬钢玉；硬度中软（ZR2）；粒度则要依顶尖孔的表面粗糙度和生产率来选择，中心孔表面粗糙度能达到Ra0.2，以这种中心孔定位磨削轴件外圆，其外圆圆度误差可以减少到0.0008 mm，并且有较高的生产率，适与批量生产。据以上各方法分析比较针对本课题CA6140车床主轴整体结构及工装要求中心孔的研磨则采用这种磨削方法。7.2组合磨削组合磨削或称多片砂轮磨削，是

34、利用增大磨削面积以提高磨削效率的一种有效措施。一台磨床上安装几片砂轮（有多达10片以上的），可以同时加工零件的几个表面，在汽车、拖拉机制造业中用来加工曲轴、凸轮轴等甚为普遍，机床制造业亦常应用。它的优点除了提高生产率外，相对地还能减少磨床数量，减少机床占地面积，节省劳动力，并能保证工件有较好的同轴度。本课题CA6140主轴的前后轴颈锥面、短锥面和前端的精加工，均采用组合磨削的方法，如图6-4所示。图6-4 CA6140主轴的组合磨削磨削的方法：先粗磨前后轴颈锥面，磨完后进行砂轮精细修整；分两种工位进行精磨，第I工位精磨前后轴颈锥面，完成后，工作台带着主轴移到第II共位，用设计图纸规定的角度成型

35、砂轮，先后磨削主轴前端支承面和短锥面。采用组合磨削时，由于是磨削锥轴颈，并且前后两锥轴颈是同时进行的，因此有较大磨削力和轴向推力，所以改装或设计组合磨床时，要注意增强机床的刚度。此外，砂轮修整质量直接影响主轴表面的加工质量，因此也要很好解决修整砂轮的问题。7.3深孔加工一般孔的深度与孔径之比L/d5就算深孔。各种枪孔,炮孔是典型的深孔。CA6140主轴内孔L/d18，属深孔加工。深孔加工要比一般的孔加工困难和复杂些,因为孔的深度增大以后,刀杆较长,刀具钢度变差,容易引起振动和钻偏孔；其次是刀刃在工件深处进行切削。冷却液不易注入切削区,散热条件差,使刀具很快磨损;加上切削难于排出,容易堵塞而无法

36、连续加工。因此为了保证精度和提高生产率,必须根据这些工艺特点合理地选择深孔加工的方式,并解决刀具的引导、切屑排出和钻头冷却润滑等问题。加工方式加工深孔时,工件和刀具的相对运动有三种:工件不动,刀具转动并轴向进给。这时如果刀具的回转轴线对工件的轴线有偏移或倾斜,则加工出的孔的轴线必然是偏移或倾斜的。工件转动，同时刀具转动并送进。由于工件与刀具的回转方向相反,所以相对切削速度大,生产率高,加工出来的孔的精度也较高。但对机床和刀杆的刚度要求较高,机床的结构也较复杂,因此应用不很广泛。工件转动,刀具作轴向送进运动。这种方式钻出的孔轴线与工件的回转轴线能达到一致。如果钻头偏斜,则钻出的孔有锥度；如果钻头

37、轴线与工件回转轴线在空间斜交,则钻出的孔的轴向截面是双曲线,但不论如何,孔的轴线与工件的回转轴线仍是一致的,故轴的深孔加工多采用这种方式。据上分析CA6140主轴深孔加工采用最后一种方法并在深孔钻床上实现。深孔加工的冷却与排屑在批量生产中,深孔加工常用专门的深孔钻床和专用刀具,以保证质量和生产率。直径在50 mm以下的孔大都采用深孔钻。深孔钻有单刃和双刃的。这些刀具的冷却与切屑的方法有两种:内冷却外排屑法外冷却内排屑法如图6-5所示,冷却液从钻头外部输入,从钻头内部排出。有一定压力的冷却液沿箭头指示方向经刀杆与孔壁之间的通道进入切削区,起到冷却润滑作用,然后经钻头和刀杆的内孔带着大量切削排出。

38、以上两种冷却与排屑的方法,均要求冷却液具有足够的压力和流量,一保证切屑能顺利地排除并保持钻头良好的冷却和润滑。在加工直径为4060mm的孔时,一般保持冷却液压力24MPa,；流量200400L/min较为合适。图6-5外冷却内排屑深孔喷射钻加工喷射钻适用于加工2065mm的深孔，长径比能达100，比一般外冷却内排屑钻头有更高的效率，同时可获得较好的加工表面质量，是一种新型的孔加工刀具。喷射钻的主要组成部分是钻头、外钻管和内钻管（图6-6）。钻头通过方牙螺纹拧在外钻管的一端。据以上各方法分析比较，根据CA6140主轴整体尺寸较大，装夹定位难以保障精度的要求，且为批量生产等因素，因此采用深孔钻床（

39、工件转动,刀具作轴向送进运动）来完成48深孔的钻削。图6-6喷射钻工作示意图7.4主轴锥孔加工主轴前端锥孔和主轴支承轴颈及主轴前端短锥的同轴度要求高，因此磨削主轴的前端锥孔，成为机床主轴加工的关键工序。本课题CA6140主轴前端锥孔，以支承轴颈作为定位基准，有以下三种安装方式：将前支承轴颈安装在中心架上，后轴颈夹在磨床床头的卡盘内，磨削前严格校正两支承轴颈，前端可调整中心架，后端在卡爪和轴颈之间垫薄纸片来调整。将前后支承轴颈分别装在两个中心架上，用千分表校正好中心架位置。工件通过弹性连轴节或万向接头与磨床床头主轴连接。这种方式可以保证主轴轴颈的定位精度，而又不受磨床床头误差的影响，但调整中心架

40、仍费时，质量也不稳定，一般只在生产规模不大时采用。成批生产时大都采用专用夹具进行加工，图6-7为磨主轴锥孔的一种夹具，夹具是由底座、支承架及浮动卡头三部分组成。图6-7磨主轴锥孔夹具前后两个支承架与底座连成一体。作为工件定位的V形块镶有硬质合金，以提高耐磨性（有的把其中一个元件作为锥轴瓦，以便与主轴上的锥轴颈配合），工件的中心高应调整到正好等于磨头砂轮轴的中心高。后端的浮动卡头装在磨床主轴的锥孔内，工件尾端插于弹性套内。用弹簧把浮动卡头外壳连同工件向后拉，通过钢球压向镶有硬质合金的锥柄端面，这样依靠压缩弹簧的张力就限制了工件的轴向窜动。采用这种联接方式，可以保证主轴支承轴颈的定位精度不受磨床床

41、头误差的影响，也可减小机床本身的振动对加工质量的影响。这种夹具加工精度能达到锥孔对支承轴颈的径向圆跳动为300：（0.0030.005），表面粗糙度为Ra0.32，接触面在80%以上，不仅加工质量好，而且提高了生产率。本课题CA6140主轴为成批生产，且对锥孔精度要求较高，因此采用第三种安装方法。8 结论与展望8.1 本文总结在本文中介绍了典型轴类零件加工工艺分析、CA6140主轴加工工艺过程的制订及技术分析、轴的精度检验、轴加工中常出现的质量问题及其解决办法、CA6140主轴加工中的几个工艺问题等特点。在加工技术分析过程中列举了多种加工方案，既选择出最为适合本课题的解决方案，在关键技术工艺及

42、设备选择上透视了先进制造工业的重要性，我们知道如果没有强大而完整的现代化机械制造工业，就无法用现代的设备来武装国民经济各部门。就不可能独立迅速地发展我国社会主义现代化建设事业。可见机械制造工业的规模和发展水平是反映国民经济实力和科学技术水平的重要标志。8.2机械制造工业的现状及展望解放以来，特别是改革开放以来，机械制造工业贯彻了“经济建设靠科学技术，科学技术工作面向经济建设”的基本方针，执行了上质量、上品种、上水平、提高经济效益即“三上一提高”的工作方针，使机械制造工业跨入了稳步健康发展的历史时期，取得了巨大的成绩。现已拥有一批骨干企业，形成门类比较齐全具有相当规模和一定技术水平，能提供具有先

43、进水平的大型成套技术装备的工业体系。机械制造工业已成为我国最大的产业部门之一。在机械加工方面，我国已大量使用涂层高速钢刀具和涂层硬质合金可转位刀具，普遍采用了50500m/min的切削速度，但与工业发达国家相比，差距在于涂层硬质合金刀具的品种还不能满足需要，超硬刀具应用所占比例很小。我国的镜面磨削机床已商品化，近年来在高速磨削、强力磨削、成形磨削和砂带磨削方面，在应用超硬磨料砂轮磨削方面都有较大发展，但高速磨削和大切深缓进给强力磨削在生产中应用不广，磨削效率与国外相差很大。电火花加工、电化学加工、激光和超声波加工等特种加工在我国广泛应用。与国外相比，对基础理论研究较少，工艺规范不够合理，所生产

44、的机床还不成系列，尤其是高性能的数控特种加工机床生产较少，在国际上缺乏竞争力。总之，我国的机械制造工业获得了巨大的发展，但与世界先进水平相比，还有很大差距。整个水平与国外先进水平相比，至少落后十五年左右。今后机械制造工业的主要任务是要以新兴微电子、光电子技术，重大成套技术装备和基础机械的关键制造技术为重点，不断地依靠技术进步，研究开发优质高效的工艺与装备，提高产品的制造质量和制造技术水平。致 谢通过这次工艺设计，是我们继相关专业学科的课程设计之后，进行的一次更系统、更全面、更专业化的设计。通过本次设计，使我们对正确解决零件在加工过程中遇到的一系列工艺性和技术性问题，进行的一次具体步骤分析和方法的设计，是一次实践性设计，也是对即将踏上社会的我们一次大练兵。，以及实习工厂的师傅们、图书馆老师们的协助，不仅对该设计的最终完成有很大