毕业设计（论文）-CA6140主轴加工工艺路线设计.doc

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1、中中 文文 摘摘 要要 机械制造业是一个国家技术进步和社会发展的支柱产业之一，无论是传统 产业，还是新兴产业，都离不开各式各样的机械装备。而加快产品上市的时间， 提高质量，降低成本，加强服务是制造业追求的永恒主题。 此篇论文主要内容是对 CA6140 主轴加工工艺路线进行的研究、设计，主 轴设计主要是根据零件的加工条件、加工要求、机床配置参数和结构等合理地 选择主轴的主参数。其中包括了各道工序的加工方法，机床、刀具、夹具、辅 具、量具的选择，准面的选取，定位和夹紧方案的拟定。 质量、生产率和经济性,是制定工艺过程所必须满足的技术要求，本次设 计同样需要考虑这三者之间的关系。此外,本设计论文还对

2、计算机辅助编制工 艺规程（ACAPS 系统）进行了简述。 因此，这次设计是对该车床主轴的工艺问题进行必须辨证的、全面的加以 分析，其基本原则是在满足质量要求的前提下，不断提高劳动生产率和降低成 本，以优质、高产、低消耗的工艺方案来完成车床主轴的加工，从而取得综合 的最佳效果。 附设计图纸。 关键词：关键词：车床主轴，优化设计，主参数，加工精度 AbstractAbstract Machinery manufacturing industry is a country of technological progress and social development in one of the p

3、illar industries, both traditional industries, or emerging industries, we can not do without all kinds of machinery and equipment. And speed up product time to market, improve quality, reduce costs, enhance the services industry is the pursuit of the eternal theme. Main contents of this paper is CA6

4、140 main processing line of research, design, spindle design is based mainly parts of the processing conditions, processing requirements, machine configuration parameters and structure reasonable to choose the main parameters of the spindle. Including the various processing methods, processes, machi

5、nes, tools, fixtures, auxiliary equipment, measuring tool of choice, the prospective of the selection, positioning and clamping programme formulation. Quality, productivity and economy, the development process must meet the technical requirements, this design also need to consider the relationship b

6、etween these three. In addition, the paper also computer-aided design of the preparation of a point of order (ACAPS system) were outlined. Therefore, the current design is the lathe spindle of the issues to be dialectical, comprehensive analysis, and the basic principle is to meet the quality requir

7、ements under the premise of continuously improve labor productivity and reduce costs, to high-quality, high-yield, low To complete the programme of the spindle lathe processing, to obtain a comprehensive best results. Key words: spindle lathes, and optimize the design, the main parameters, precision

8、 machining 目目 录录 中文摘要-I Abstract-II 目 录- 绪 论-1 第一章 工艺过程设计概论 11 概 述-1 12 工艺过程的组成-2 13 工艺过程的基本要求及主要的技术依据-3 14 工艺过程的设计方法-4 15 提高质量、生产率和经济性的措施-6 第二章 车床主轴加工工艺及分析 21 概述-12 22 主轴支承轴颈的主轴的装配基准-13 23 主轴工作表面的技术要求-13 24 主轴加工工艺过程分析-16 25 主轴加工中的几个工艺问题-25 2. 6 主轴的机械加工工艺过程-30 第三章 计算机辅助编制工艺规程简述 31 概念- 40 32 ACAPS 系统

9、简述-41 结 论-44 谢 辞-45 参考文献-46 绪 论 机械制造工业是国民经济最重要的部门之一。它不仅能直接提供人民生活 所需的消费品，而且为国民经济各部门提供技术装备，因此是国民经济的重要 基础和支柱产业。 而机械制造工业的发展和进步，又在很大程度上取决于机械制造工艺水平 的发展。在科学技术高度发展的今天，现代工业对机械制造工艺提出了更高的 要求，推动机械制造工艺向前发展，而且科学技术的发展也为机械制造工艺的 发展提供了机遇和条件。而机械制造工艺的发展又为其他高新技术的发展大下 了坚实的基础、提供了可靠的保证，两者互相促进，共同提高，为经济和社会 的快速发展作出了极大的贡献。 当前，

10、机械制造技术的发展主要表现在以下几个方面： 1、向高柔性化和自动化方向发展。以解决中小批量生产自动化问题为主要 目标的 CNC，CAD/CAM、FMS 和 CIMS 等高新技术，越来越受到重视。这 些高新技术的广泛应用，能使整个生产过程在计算机控制下，不仅实现自动化， 而且实现柔性化、智能化，必然使产品质量和生产效率大大提高，生产周期缩 短，产生很好的经济效益。 2、精密加工和超精密加工的应用将日益广泛。在现代高科技领域中，产 品的精度要求越来越高，掌握精密和超精密加工技术，在未来的激烈竞争中具 有重要意义，也是一个国家制造水平的重要标志。 3、发展高速切削、强力切削。这也是提高切削加工效率的

11、重要途径之一。 本次设计将以工艺问题为主线，在介绍常用的加工方法、机床、刀具和 夹具的合理选用、专用夹具的结构和设计方法、机械加工质量的分析与保证， 以及机械装备基础知识等内容的基础上，着重分析并设计车床主轴的工艺。 第一章 机械制造业的概论 11、概 述 111、机械制造业的现状 机械制造工业是国民经济最重要的部门之一，是为国民经济提供装备和为 人民生活提供耐用消费品的产业。国民经济各部门生产技术的进步和经济效益 的高低，在很大程度上取决于它所采用装备的性能和质量。所以机械工业的技 术水平和规模是衡量一个国家科技水平和经济势力的重要标准。在经济和科学 技术方面我国与世界各国的联系日益紧密，中

12、国市场与国际市场进一步接轨， 面对国内外激烈的市场竞争，企业对技术的需要将更加强化和迫切，先进制造 技术将得到更大的重视，机械工业科技发展正面临着挑战与机遇并存的新形势。 我们应当抓住机遇，迎接挑战，坚决贯彻“以科技为先导，以质量为主体”的 方针，进一步推动机械工业的振兴。而要实现机械工业的振兴，就必须不断提 高企业的产品自主开发能力和制造技术水平。 112、质量、生产率和经济性的辨证关系 各种机械产品的用途和零件结构的差别虽然很大，但它们的制造过程却有 着很多共同之处。在制造过程中有很多的工艺技术问题需要解决，这些问题可 以归纳为质量、生产率和经济性三个方面的问题。 本次设计同样需要考虑这三

13、者之间的关系。 第一方面的问题是如何保证和提高产品的质量，包括整台机器的装配精度、 使用寿命和可靠性，以及零件的加工精度合计工表面质量。这就需要研究各种 加工方法和各种加工方案，研究加工过程中可能出现的各种误差因素以及如何 减少和消除这些误差因素对机器和零件质量的影响，研究保证装配精度的方法 等。 第二方面的问题是如何提高劳动生产率，也就是如何用最少的时间完成最 多的工作量。着可以通过提高切削用量和改进工艺方法，采用自动化加工等手 段来实现。 第三方面的问题是如何降低产品的成本，这就必须合理选择和节省材料， 对多种工艺方案进行分析比较、进行优化和作出抉择等。 上述三方面的问题是互相制约又互相联

14、系的。比如，为了保证产品质量， 必须采用精密加工设备，但因为设备的价格昂贵，可能和会使加工成本有所上 升；有时为了降低成本，由不得不采取生产率稍低的加工方法和选择精度较低 的毛坯；随着生产批量的加大，更多的使用先进的、高生产率的设备，虽然一 次性投资较大，但因为生产率高，缩短了加工工时，仍会使总的经济效益等等。 因此，这次设计也必须对该车床主轴的工艺问题进行必须辨证的、全面的 加以分析，其基本原则是在满足质量要求的前提下，不断提高劳动生产率和降 低成本，以优质、高产、低消耗的工艺方案来完成车床主轴的加工，从而取得 综合的最佳效果。 12 工艺过程的组成 工厂的生产过程是将原料或半成品转变成成品

15、所进行的全部过程，在生产 过程中，与改变材料或半成品直接有关的工艺过程占有重要的地位。其中，用 机械加工方法逐步改变毛坯的状态（形状、尺寸和表面质量）的机械加工工艺 过程，有着十分重要的作用，是获得复杂结构形状和高精度零件的主要技术段。 机械加工工艺过程是由一系列工序组成的，毛坯依次要通过这些工序被 加工成成品。在一个工作地点上，对一个工件（或一组工件）进行加工所进行 的连续工作称为工序。 工序是工艺过程的基本组成部分，在组织计划工作中，是基本单元，工 序又可划分为工步，在被加工表面，切削工具和机床的工作用量（转速和进给 量）均保持不变的条件下所进行的工作，称为工步。复合工步：为了提高效率，

16、有时采用多个切削工具同时加工几个表面，每切去一层金属所进行的工作称为 走刀。 在完成一个工序时，需要进行许多基本工作（切削和辅助工作）装卸 工件，开动机床，测量工件等，使工件在机床上占据应有的位置，并夹紧之固 定在这个位置上，称为安装。工件在一次装夹后，在机床上所占有的各个位置， 称为工位，当工件必须在不同位置加工时，常利用夹具来改变其位置以获得多 个工位。 1.3 、 工艺过程的基本要求及主要的技术依据 131、 设计工艺过程的基本要求 1) 保证产品的质量符合设计图提出的全部要求 2) 保证符合要求的劳动生产效率 3) 保证经济的合理性 质量、生产率和经济性,是制定工艺过程所必须满足的技术

17、要求。另外， 在设计工艺过程时，必须特别重视改善劳动条件，保障生产安全。 新技术和新工艺的发展，如毛坯的精化，特种工艺技术和超精工艺技术的 发展，以及计算机技术的应用等，都将对产品的质量和生产周期有很大的影响。 随着技术的发展，工艺过程设计也应不断地优化，以便能全面保证质量、生产 效率和经济性的要求，并保证产品质量的稳定。零件机械加工的工艺过程，取 决于零件的要求、产量的大小和现场的生产条件。所以，在设计工艺过程时， 需对这些主要技术依据进行分析。 132、 零件图及技术条件 零件图及其技术条件，是制造对象的技术要求。在零件图上应包括： 1）构形 有必要的投影、剖视或剖面等，必须使零件定形。另

18、外，还应有确 定构形大小的全部尺寸。 2）技术要求 有关尺寸、形状和位置关系允许的偏差，表面粗糙度以及某些 特殊的技术要求（如平衡、重量等） 。 3）材料 有关材料的牌号，毛坯类型，热处理方法及检验等级，材料的无损 探伤和表面保护要求等。 另外，所有不能用图形或符号表示的要求或说明，一般可用文字写在图纸 或文件上。在设计工艺过程时，应对零件图进行详细的工艺分析，以便掌握工 艺关键从而采取必要的工艺措施。 133、 生产类型 工艺过程必须根据给定的生产量大小来设计。产品产量及劳动量的大小， 是影响生产类型的主要因素。一般生产可分为三种类型：单件生产、成批生产 和大量生产。 134、 生产条件 设

19、计工艺过程，一定要符合现有的生产条件，要充分发挥现场的技术手段 和技术力量的潜力，以提高产品的质量和生产效率。在生产中，机床设备的改 装具有十分重大的技术和经济意义。另外，也应该考虑在现有的生产情况下采 用先进工艺和先进技术，经提高制造水平。 1.4、工艺过程的设计方法 141、由于车床主轴要求有很高的质量，效能和可靠性，因此在构造下的 特点一般有下列几个方面： 1）零件的表面及整体构形复杂、壁薄、刚度差； 2）零件的制造质量要求高，技术要求（精度、粗糙度）以特种技术条件等 要求十分严格； 3）可选用材料的品种多，其中包括很多优质和难加工材料，并广泛地进行 热处理和表面处理。 由于零件在构造上

20、有上述这些要求，因此在工艺上常采用下述工艺措施来 保证生产中的质量、生产效率和经济性的要求。 （1） 合理地选择加工方法，以保证经济地获得精度高，构造形状复杂的表 面； （2） 将工艺过程划分为几个阶段进行加工，以逐步保证低刚度、高精度的 技术要求； （3） 根据集中或分散的原则，合理地将各表面的加工组合成若干个工序， 以保证位置精度和提高生产效率； （4） 合理地选择工艺基准，以利于保证位置精度的要求； （5） 正确地安排热处理工序及其位置，以保证获得规定的机械性能，同时 有利于改善材料的加工性能和减少变形对精度的影响； （6） 合理安排各类辅助工序，使工艺过程顺利的执行其特殊的技术要求。

21、设计工艺过程，就是要设计工序的内容、数目和顺序。一般先进行总体 布局，即进行工艺路线的设计，然后，再对工序进行详细设计。因此，在设 计机械加工工艺过程时，应对组成产品的各种零件进行相似性分析，以便找 出最优化的生产组织形式，还要对各零件和组件整个的工艺过程的全部工序 的工艺尺寸系统，定位基准系统，工序时间，工序成本等等因素进行分析， 以便找出各工序在质量，生产效率和经济性方面的相互联系。从而确定最佳 的加工路线和最优化的加工方式。 142、设计工艺过程的步骤 1、 确定生产类型及组织形式 2、 零件图的工艺分析 零件图是制造零件的主要技术依据，应对其构形、技术要求和材料进行 仔细的工艺分析。特

22、别是对主要表面及重要的技术要求及其保证方法，位置 尺寸的标注等应作重点分析，以掌握在加工过程中的工艺关键问题。 3、 确定毛坯 毛坯的种类及其质量对机械加工有着密切的关系，提高毛坯质量、减少 机械加工劳动量，可大大提高材料的利用效率、降低机械加工的成本，因此， 需根据产量和毛坯车间的现场生产条件来加以综合解决。 4、 设计工艺路线 工艺路线设计是设计工艺过程的关键步骤，常需要进行方案的论证对比 与分析，其内容包括：1） 选择各表面的最后加工方法以及该方法的准备 工序。 2） 依据过程的阶段和工序集中与分散原则的分析，进行工序组合； 3） 设计工艺基准（工序、定位和测量基准）系统，以确定工序的顺

23、序安 排； 4） 选择热处理工序及其位置安排； 5）安排辅助工序。 5、工序详细设计 工艺路线确定后，可进行工序内容的设计，其内容包括： 1）选择加工用的设备及工艺装备； 2）确定加工余量； 3）计算全部工序尺寸及偏差； 4）选择合理的切削用量与润滑冷却液； 在设计工序时，对某些复杂的重点工序，有时需要设计工序的调整卡。 6、计算工时定额 7、填写工艺文件 15、提高质量、生产率和经济性的措施 在制造过程中，质量、生产率和经济性是互相联系、互相影响的。在整个 生产系统中，应从设计、制造、组织和管理几方面来采取措施，以提高产品的 质量、缩短生产周期和降低生产成本，并及时调节生产、更新产品。 15

24、1、设计工艺性 产品的设计工艺性是指产品的设计是否能够或便于制造，以及是否能高效 而又经济地生产。因为，设计工艺性对制造有很大的影响，所以，在设计工艺 过程时，需先对设计工艺性进行分析。 1、改善设计工艺性的基本方向 1） 选择合理的结构方案 一般说来，整个结构方案应使零件数目少，重 量轻，并使构形简单，这不但对生产准备、加工和装配均有很大好处，而且 还会给生产组织工作带来很多方便。 2） 统一化和标准化 采用标准化的零件或组件，使制造周期缩短，生产成 本下降，同时，对维修也会带来很多方便。 3）材料、毛坯和热处理 减少使用贵重金属和加工性差的材料是提高设计 工艺性的途径之一，另外，由于毛坯制

25、造和材料性质与构形有关，且对毛坯 的精度要求不断提高，所以在构形设计方面应符合现代毛坯制造方法的要求， 以期提高材料的利用率和降低机械加工的劳动量。又由于一般重要零件均需 要进行热处理，所以零件的构形应适应热处理的要求，使热处理后的变形较 小且不发生裂纹等。 4） 机械加工 提高构形的设计工艺性可大提高机械加工的质量、生产率和 经济性。如简化外形及加工表面，各部分形状的统一及标准化，使形状能适 应高生产率的加工方法等。另外，需要提高尺寸及精度方面的设计工艺性。 如合理地选择设计基准及尺寸系统，确定合适的精度及粗糙度要求等。 5） 装配工工艺 提高装配的工艺性，不但对制造而且对维修都有重大影响。

26、 一般在构造上要求能够分解成独立的装配单元，以便于组织平行生产。在装 配时，要尽量减少装配时的机械加工量及钳修的劳动量，并尽量减少使用设 备和特种工装等。同时，还必须注意装配线后的分解、调整和检测的方便性。 6）适应先进的工艺方法 构形设计应适应先进工艺方法的要求。如环形的 弯曲、焊接，轴类零件的空心锻造，无余量毛坯的精铸，精压等，在设计构 形时应考虑其工艺性的特点与要求。 （2）机械加工工艺性 在机械制造业中，机械加工是制造过程中最主要的过程之一，一般占总 劳动量的 50%左右。提高机械加工工艺性的几个方面如下： 1） 设计基准及设计尺寸系统 在零件图上，位置尺寸的尺寸系统与设计基 准选择有

27、关。通常在某一方向上 N 个面的定解位置尺寸数为 N-1 个，可供 选用的设计尺寸数有 N*(N-1)/2 个，而位置尺寸的方案数有 NN-2 个，若 标注不合理，会引起工艺尺寸换算而增加制造困难。 零件图上主要的尺寸的标注，首先要考虑工作的性能的要求，在满足上 述前提下，尺寸系统应和加工相适应，避免多尺寸保证而造成的尺寸换算。 在标注尺寸时，还应该注意尺寸标注与加工顺序相适应，不同的阶段加 工的尺寸不宜交叉，也应考虑便于定位与测量，并适应高生产率加工方法的 要求。 2）精度和粗糙度 根据产品的性能指标，确定合理的精度要求。另外，还 必须注意精度的平衡。在一个零件上或一个组件、部件上，最终反映

28、的精度， 都是由很多误差环节综合而成的，在确定这些环节的精度分配时，一定要注 意制造时的难易程度，以使得到最优的组合。 表面粗糙度应与精度相适应，否则要增加附加工序，制造成本也会很快 地增加。 3）构形 从工艺性考虑，零件的构形应满足下列几个方面： 零件或其中某些部分的形状应尽量统一化与规格化。统一化使工具数量 减少，生产易于进行，规格化可易于采用标准工具，如轴上的转接圆弧半径、 空刀槽和键槽宽度等。 零件的外形要便于加工。如切削工具能接近加工表面，保证切削工具有 引入和切出的良好条件。若不允许有退刀之处，则形状应与工具形状相适应。 另外，零件外形应便于提高生产率。如尽量减少安装次数、便于多件

29、加 工，并提高零件的结构刚度，使加工时能采用较大的用量等等。 152、 提高加工质量的途径 影响加工质量的因素很多，而且十分复杂。合理地设计工艺过程，是保 证和提高产品质量的必要条件，如在设计工艺过程时所涉及的几个基本问题 合理地选择加工方法，合理地组织工序的内容和数目，合理地选择工艺 基准和确定工序的顺序等等，都对保证质量有着很大影响，另外，为提高质 量、常采用下列工艺措施： 1） 减少或消除误差 直接减少或消除加工误差，是提高加工质量的有效途径之一，如合理地 选择安装方法和次数以减少其误差，提高机床、夹具、切削工具的几何精度 和调整精度；减少加工中各环节的刚度变形，温度变形和工件的内应力变

30、形 等，均可大大提高加工质量。 2）误差的补偿与转移 在加工过程中，由于技术上或经济上的原因，不能直接采用减少或消除误 差的方法时，常采用误差补偿或转移的办法来提高加工中的精度。如加工时 切削工具的磨损，可利用自动刀的补偿系统来提高加工精度。薄壁盘，细长 轴等工件，一般采用双面车削来减少变形。 3）分组及组合加工 在加工过程中，在时由于以前工序的误差较大，可能要影响本工序的加工 精度（如定位误差大，加工表面余量差大等因素的影响） 。若将工件按误差 大小分组，再进行分组调整加工，就可以提高加工精度。 153、提高劳动生产率的途径 劳动生产率是衡量生产率的一个综合性指标，劳动生产率决定于单位时 间

31、内所生产的产品数量，减少生产产品的所用时间，就能提高劳动生产率。 完成一个零件的一个工序时间，称为工序的单件时间，由基本时间、辅 助时间、服务时间、休息时间组成，在成批生产时，还包括准备终结时间。 缩短单件时间，就可以提高劳动生产率。一般从工艺和组织方面采取措 施。 （1）提高劳动生产率的工艺措施 针对单件的各个组成因素，特别是缩短单件时间中比重较大的因素，是 提高生产率的有力措施。在大量和大批生产中，一般基本时间所占比重较大， 而在单件或小批量生产中，则辅助时间占较大的比重。 1）缩短基本时间 提高切削用量以减少基本时间是广泛采用的工艺措施。 高速切削、强力切削可大大提高生产率。提高毛坯精度

32、以减少加工余量，也 是提高生产率的有效措施。另外，缩短切削行程、重合基本时间均为常用提 高生产率的方法。 2）缩短辅助时间 辅助时间主要用于工件的装卸，刀具和工位转换，检测 等。为此，在大量大批生产中，常用高生产率的先进夹具，使用快速的夹紧 装置。在中、小批生产训，则常驻机构用组合夹具，可调夹具等，另外，使 辅助时间和基本时间重合，即在工件切削加工过程中完成各种辅助动作，如 采用多工位回转式夹具，双工作台的加工中心机床等，可使装卸工件时间和 基本时间重合，采用工序集中方案，加工中心可有效的缩短辅助时间。 （2） 提高生产率的组织措施 最充分而有效地利用工作时间，与组织生产有很大的关系，常用的措

33、施 有： 1）有关工艺过程的组织措施 这方面的措施包括合理地安排工艺过程的进 程，组织工作地点和合理布置等。 2）有关工作地服务的措施 工作地点的服务工作有工作的分配，主要与辅 助材料的分发，设备的调整和维护等，均需要合理地组织，以提高劳动生产 率和工作的顺利进行。 第二章 车床主轴加工工艺及分析 21、概述 车床主轴的功用及结构特点:车床主轴不但传递旋转运动和扭矩，而 且是工件或刀具回转精度的基础，是车床的关键零件之一，所以一般机床主 轴的扭转刚度和弯曲刚度都很高。 机床主轴不但传递旋转运动和扭矩，而且要求工件或刀具的回转精度 （径向圆跳动、端面圆跳动、回转轴心线的稳定性等）很高，从而要求主

34、轴 的回转精度更高。影响主轴回转精度的因素有：主轴本身的结构尺寸及动态 特征（动态刚度、固有频率等） ；高轴本身及轴承的制造精度；轴承的结构 及润滑；装在主轴上齿轮等的布置；主轴及主轴上固定件的动平衡等。 车床主轴既是一单轴线的阶梯轴、空心轴，又是长径比小于 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、 、螺纹和端面结合 孔等。它的机械加工主要是车削和磨削，其次是铣削和钻削。根据其结构特 点和精度要求，在加工过程中，对定位基准的选择、加工顺序的安排以及深 孔加工、热处理工序等均应给予足够的重视。 根据主轴的工作特点，对它的设计要求有：合理的结构设计足够 的刚度一定的尺寸精度

35、、形状精度、位置精度和表面精度足够的耐磨性、 抗振性及尺寸稳定由于主轴在旋转过程中承受交变载荷，因此它还应具有 一定的抗疲劳强度。其中三项要求，主要通过合理的结构设计，正确 的选择主轴材料及热处理工艺来予以解决，而对于主轴的制造精度则应由机 械加工来加以保证 车床主轴是代表性零件之一，加工难度较大，工艺路线较长，涉及到轴 类零件加工的许多基本工艺问题。下面通过对车床主轴的技术条件的分析和 工艺过程的讨论。 22、支承轴颈为主轴的装配基准 支承轴颈制造精度直接影响主轴的回转精度，主轴上各重要表面均以支 承轴颈为设计基准，有严格的位置要求。 支承轴颈采用锥面结构，是为了使轴承内圈能涨大以调整轴承间

36、隙。轴 承内圈是薄壁零件，装配时轴颈上的形状误差会反映到内圈的滚道上，影响 主轴回转精度，故必须涂色检查接触面积，严格控制轴颈形状误差。 主轴在主轴箱中是以它的三个支承轴颈与相应的轴承内孔配合，从而确 定了主轴在主轴箱中的径向位置。主轴支承轴颈表面的制造精度（圆度、素 线平行度、垂直度）将直接影响主轴的工作精度，造成主轴的径向圆跳动和 端面圆跳动。这些跳动又影响工件的加工精度。主轴上的螺帽和轴承端面对 主轴回转轴心线的垂直度误差是使主轴产生端面圆跳动的原因之一。 2.3、 主轴工作表面的技术要求 车床主轴锥孔是用来安装顶尖或刀具柄的，前端圆锥面和端面是安装卡盘 或花盘的。这些安装夹具或刀具的定

37、心表面均是主轴的工作表面。对于它们 的要求有：内外锥面的尺寸精度、形状精度、粗糙度和接触精度；定心表面 相对于支承轴颈 A-B 轴心线的跳动等。它们的误差会造成夹具或刀具的安 装误差，从而影响工件的加工精度。如图： 安装偏心对加工精度的影响 a)卡盘安装偏心 OO 定位面轴心线 O2O1 实际回转轴心线 b)莫氏链孔和支承轴劲不同轴 OO 顶尖孔中心线 O2O1 实际回转中心线 c)定心表面倾斜于回转中心线 OO 定位面轴心线 O1O1 实际回转中心线 当主轴轴外端外锥相对于支承轴颈有同轴度误差时（图 1） ，会使卡盘产 生安装偏心；主轴的莫氏锥度相对于支承轴颈表面的同轴度误差也会使前 后顶尖

38、形成的轴心线与实际的回转轴心线偏离（图 2） 。此外主要端部定心 表面轴心线对支承颈表面的轴心线倾斜，会造成安装在定心表面上的夹具 及工件或刀具和回转中心不同轴，而且是离轴端愈远，同轴度误差值愈大 图 3。因此，在机床精度检验标准中，规定了近主轴端部和离轴端 300mm 处的圆跳动误差。主轴各表面的粗糙度，如表 1 粗糙度要求表面类别 一般机床精密机床 采用滑动轴承 0.320.08 0.080.01支承轴颈表面 采用滚动轴承0.630.32 工作表面0.630.320.08 其它配合表面1.251.250.32 3空套齿轮轴颈的技术要求 空套齿轮轴颈是和齿轮孔相配合的表面，对支承轴颈应有一定

39、的同轴度要 求，否则会引起主轴传动齿轮啮合不良。当主轴转速很高时，还会产生振动 和噪声，使工件外圆产生振纹，尤其在精车时，这种影响更为明显。 空套齿轮轴颈对支承轴颈 A-B 的径向圆跳动允许差为 0.015mm。 4螺纹的技术要求 主轴上的螺纹一般用来固定零件或调整轴承间隙。螺纹的精度要求是限制 压紧螺母端面跳动量所必须的。如果压紧螺母端面跳动过大，在压紧滚动轴 承的过程中，会造成轴承内环轴心线的倾斜，引起主轴的径向跳动（在一定 条件下，甚至会使主轴产生弯曲变形） ，不但影响加工精度，而且影响到轴 承的使用寿命。因此主轴螺纹的精度一般为 6h ;其轴心线与支承轴颈轴心线 A-B 的同轴度允许为

40、0.025mm，拧在主轴螺纹上的螺母支承端面圆跳动允 差是在 50mm 半径上为 0.025mm。 5主轴各工作表面的硬度要求 所有的机床主轴的支承轴颈表面、工作表面及其它配合表面都受到不同 程度的摩擦作用。在滑动轴承配合中，轴颈与轴瓦发生摩擦，要求轴颈表面 有较高的耐磨性。在滚动轴承时，摩擦转移给轴承环和滚动体，轴颈可以不 要求很高的耐磨性，但仍要求适当的提高其硬度，以改善它的装配工艺性和 装配精度。 定心表面（内外锥面、圆柱面、法兰圆锥面等）因相配件（顶尖、卡盘 等）需经常拆卸，易碰伤，拉毛表面，影响接触精度，所以也必须有一定的 耐磨性。当表面硬度在 HRC45 以上时，拉毛现象可大大改善

41、。主轴的工作 表面表面粗糙度值 Ra 在 0.80.2um 之间。 6主轴的材料和热处理 主轴常用材料及热处理见表 3 主轴种类材料预备热处理方法最终热处理方 法 表面 硬度 （HR C） 车床、铣床主轴45 钢正火或调质局部淬火后回 火 455 2 外圆磨床砂轮轴65Cr调质高频淬火后回 火 505 8 专用车床主轴40Cr调质局部淬火后回 火 525 6 齿轮磨床主轴20CrMn Ti 正火渗碳淬火 586 3 卧式镗床主轴 精密外圆磨床砂轮 轴 38CrMo AlA 调质 消除内应力处理 渗氮65 以 上 2.4、主轴加工工艺过程分析 2.41、主轴的毛坯制造和热处理工序的安排 毛坯制造

42、方法根据使用要求和生产类型而定。 毛坯形式有棒料和锻件两种。前者适用于小批量生产，尤其是适用于光滑 轴和外圆直径相差不大的阶梯轴，对于直径相差较大的阶梯轴则往往采用锻 件。锻件还可获得较高的抗拉、抗弯和抗扭强度。单件小批量生产一般采用 自由锻，批量生产则采用模锻，大批量生产时若采用带有贯穿孔的无缝钢管 毛坯，能大大节省材料和机械加工量。结构为直径相差较大的阶梯轴 车床主轴的生产类型为小批量生产，结构为直径相差较大的阶梯轴，所以 本产品采用自由锻。 钢是普通车床主轴的常用材料，淬透性比合金钢差，淬火后变形较大，加工后 尺寸稳定性也较差，要求较高的主轴则采用合金钢材料为宜。因此这里主轴所 采用的是

43、 40Cr。 选材合适和在整个加工过程中安排足够而合理的热处理工序，对于保证主 轴的力学性能、精度要求和改善其切削加工性能很重要。 毛坯热处理以消除锻造应力，细化晶粒，并使金属组织均匀，以利于切削 加工。本设计中对毛坯采用了正火处理。 预备热处理：在粗加工后，安排调质处理，以获得均匀细密的回火索氏体 组织，提高其综合力学性能，同时，细微的索氏体金相组织经加工后，容易获 得光洁的表面。最终热处理：主轴的某些重要表面需要高频淬火，最终热处理 一般安排在半精加工之后，精加工之前，便于纠正局部淬火产生的变形。本设 计中采用了此两种热处理方法。 精度要求高的主轴，在淬火回火后还要进行稳定性处理。稳定性处

44、理的目 的是消除加工的内应力，提高主轴的尺寸的稳定性，使它能长期保持其精度。 稳定性处理是在精车之后进行了的，如低温人工时效或水冷处理。 热处理次 数的多少，决定于主轴的精度要求，经济性以及热处理效果。本设计在主轴精 磨之前，安排了低温人工时效处理。 2.41.1、加工阶段的划分 主轴加工过程中的各加工工序和热处理工序均会不同程度的产生加工误差 和应力，因此要划分加工阶段。主轴加工基本上划分为下列三个阶段。 1粗加工阶段 （1） 毛坯处理 毛坯备料 锻造和正火（工序） （2） 粗加工 锯去多余部分，铣端面、钻中心孔和荒车外圆等（工序） 这个阶段的主要目的是：用大的切削用量切除大部分余量，把毛

45、坯加工到接近工件的最终形状和尺寸，只留下少量的加工余量，通过这 阶段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 40Cr 合金钢一般采用调质处理以达到 HRC2025 (2) 半精加工 车工艺锥面（定位锥孔） 、半精车外圆端面和钻深孔等 （工序） 这个阶段的主要目的是：为精加工作好准备，尤其为精加工作好准备。对 于一些要求不高的表面，在这个阶段加工到图样规定的要求。 3精加工阶段 （1） 精加工前热处理 局部高频淬火（工序） （2） 精加工前各种加工 粗磨定位锥面、粗磨外圆、铣键槽，以及车 螺纹等（工序） （3） 精加工 精磨外圆和内外锥面以保

46、证主轴是重要表面的精度（工 序） 这个阶段的目的是：把各表面都加工到图样规定的要求。各阶段的划分 大体以热处理为界。 由此可见，整个主轴加工的工艺过程，就是以主要表面（支承轴颈、的 粗加工、半精加工、精加工为主，适当的插入其它的表面的加工工序而组成 的，这就说明了，加工阶段的划分起主导作用的是工件的精度要求。对于一 般精度的机床主轴，精磨是最终工序。对精密机床的主轴，还要增加光整加 工阶段，以求获得更高的尺寸精度和更低的表面粗糙度。 2.41.2、定位基准的选择 以两顶尖孔作为轴类零件的定位基准，既符合基准重合原则，又能使基准 统一，所以，只要有可能，就尽量采用顶尖孔作为定位基准。这里所采用的就 是这种方法。 上述所列的工序中的粗车、半精车、精车、粗磨、精磨各外圆表面和端面、 铣键槽和车螺纹等工序，都是顶尖孔作为定位基准。 两顶尖孔的质量好坏，对加工精度影响很大，应尽量做到两顶尖轴线重合、 顶尖接触面积大、表面粗糙度低。否则，将会因工件与顶尖间的接触刚度变化 产生加工误差。因此经常注意保持两顶尖的质量，是轴类零件加工的关键问题 之一。 深孔加工后，可以采用带顶尖孔的锥堵作为定位基准。 为了保证支承轴颈