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CA6140车床主轴加工工艺


车床主轴加工工艺
1.CA6140 车床主轴技术要求及功用 .

图 1 CA6140 车床的主轴简图 图 1 为 CA6140 车床主轴零件简图。由零件简图可知,该主轴呈阶梯状,其上有安装支承轴 承、传动件的圆柱、圆锥面,安装滑动齿轮的花键,安装卡盘及顶尖的内外圆锥面,联接紧 固螺母的螺旋面,通过棒料的深孔等。下面分别介绍主轴各主要部分的作用及技术要求: ⑴ 支承轴颈 主轴二个支承轴颈 A、B 圆度公差为 0.005mm,径向跳动公差为 0.005mm; 而支承轴颈 1∶12 锥面的接触率≥70%; 表面粗糙度 Ra 为 0.4mm; 支承轴颈尺寸精度为 IT5。 因为主轴支承轴颈是用来安装支承轴承, 是主轴部件的装配基准面, 所以它的制造精度直接 影响到主轴部件的回转精度。 ⑵ 端部锥孔 主轴端部内锥孔(莫氏 6 号)对支承轴颈 A、B 的跳动在轴端面处公差为 0.005mm, 离轴端面 300mm 处公差为 0.01 mm; 锥面接触率≥70%; 表面粗糙度 Ra 为 0.4mm; 硬度要求 45~50HRC。该锥孔是用来安装顶尖或工具锥柄的,其轴心线必须与两个支承轴颈 的轴心线严格同轴,否则会使工件(或工具)产生同轴度误差。 ⑶ 端部短锥和端面 头部短锥 C 和端面 D 对主轴二个支承轴颈 A、B 的径向圆跳动公差为 0.008mm;表面粗糙度 Ra 为 0.8mm。它是安装卡盘的定位面。为保证卡盘的定心精度,该 圆锥面必须与支承轴颈同轴,而端面必须与主轴的回转中心垂直。 ⑷ 空套齿轮轴颈 空套齿轮轴颈对支承轴颈 A、B 的径向圆跳动公差为 0.015 mm。由于该

轴颈是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, 否则引起主轴传动啮合 不良,当主轴转速很高时,还会影响齿轮传动平稳性并产生噪声。 ⑸ 螺纹 主轴上螺旋面的误差是造成压紧螺母端面跳动的原因之一, 所以应控制螺纹的加工 精度。 当主轴上压紧螺母的端面跳动过大时, 会使被压紧的滚动轴承内环的轴心线产生倾斜, 从而引起主轴的径向圆跳动。 2.主轴加工的要点与措施 . 主轴加工的主要问题是如何保证主轴支承轴颈的尺寸、形状、位置精度和表面粗糙度,主轴 前端内、外锥面的形状精度、表面粗糙度以及它们对支承轴颈的位置精度。 主轴支承轴颈的尺寸精度、形状精度以及表面粗糙度要求,可以采用精密磨削方法保证。磨 削前应提高精基准的精度。 保证主轴前端内、外锥面的形状精度、表面粗糙度同样应采用精密磨削的方法。为了保证外 锥面相对支承轴颈的位置精度,以及支承轴颈之间的位置精度,通常采用组合磨削法,在一 次装夹中加工这些表面, 如图 2 所示。 机床上有两个独立的砂轮架, 精磨在两个工位上进行, 工位Ⅰ精磨前、后轴颈锥面,工位Ⅱ用角度成形砂轮,磨削主轴前端支承面和短锥面。

图 2 组合磨削

主轴锥孔相对于支承轴颈的位置精度是靠采用支承轴颈 A、B 作为定位基准,而让被加工主 轴装夹在磨床工作台上加工来保证。 以支承轴颈作为定位基准加工内锥面, 符合基准重合原 则。在精磨前端锥孔之前,应使作为定位基准的支承轴颈 A、B 达到一定的精度。主轴锥孔 的磨削一般采用专用夹具,如图 3 所示。 夹具由底座 1、支架 2 及浮动夹头 3 三部分组成,两个支架固定在底座上,作为工件定位基 准面的两段轴颈放在支架的两个 V 形块上,V 形块镶有硬质合金,以提高耐磨性,并减少 对工件轴颈的划痕, 工件的中心高应正好等于磨头砂轮轴的中心高, 否则将会使锥孔母线呈 双曲线,影响内锥孔的接触精度。后端的浮动卡头用锥柄装在磨床主轴的锥孔内,工件尾端 插于弹性套内, 用弹簧将浮动卡头外壳连同工件向左拉, 通过钢球压向镶有硬质合金的锥柄 端面,限制工件的轴向窜动。采用这种联接方式,可以保证工件支承轴颈的定位精度不受内 圆磨床主轴回转误差的影响,也可减少机床本身振动对加工质量的影响。

a) 锥堵 图 3 锥堵与锥套心轴

b) 锥套心轴

主轴外圆表面的加工,应该以顶尖孔作为统一的定位基准。但在主轴的加工过程中,随着通 孔的加工, 作为定位基准面的中心孔消失, 工艺上常采用带有中心孔的锥堵塞到主轴两端孔 中,如图 3 所示,让锥堵的顶尖孔起附加定位基准的作用。 3.CA6140 车床主轴加工定位基准的选择 . 主轴加工中,为了保证各主要表面的相互位置精度,选择定位基准时,应遵循基准重合、基 准统一和互为基准等重要原则,并能在一次装夹中尽可能加工出较多的表面。 由于主轴外圆表面的设计基准是主轴轴心线, 根据基准重合的原则考虑应选择主轴两端的顶 尖孔作为精基准面。用顶尖孔定位,还能在一次装夹中将许多外圆表面及其端面加工出来, 有利于保证加工面间的位置精度。所以主轴在粗车之前应先加工顶尖孔。 为了保证支承轴颈与主轴内锥面的同轴度要求, 宜按互为基准的原则选择基准面。 如车小端 1∶20 锥孔和大端莫氏 6 号内锥孔时, 以与前支承轴颈相邻而它们又是用同一基准加工出 来的外圆柱面为定位基准面(因支承轴颈系外锥面不便装夹) ;在精车各外圆(包括两个支 承轴颈)时,以前、后锥孔内所配锥堵的顶尖孔为定位基面;在粗磨莫氏 6 号内锥孔时,又 以两圆柱面为定位基准面; 精磨两个支承轴颈的 1∶12 锥面时, 粗、 再次用锥堵顶尖孔定位; 最后精磨莫氏 6 号锥孔时, 直接以精磨后的前支承轴颈和另一圆柱面定位。 定位基准每转换 一次,都使主轴的加工精度提高一步。 4.CA6140 车床主轴主要加工表面加工工序安排 . CA6140 车床主轴主要加工表面是 ?75h5、?80h5、?90g5、?105h5 轴颈,两支承轴颈及大 头锥孔。它们加工的尺寸精度在 IT5~IT6 之间,表面粗糙度 Ra 为 0.4~0.8mm。 主轴加工工艺过程可划分为三个加工阶段,即粗加工阶段(包括铣端面、加工顶尖孔、粗车 外圆等) ;半精加工阶段(半精车外圆,钻通孔,车锥面、锥孔,钻大头端面各孔,精车外 圆等) ;精加工阶段(包括精铣键槽,粗、精磨外圆、锥面、锥孔等) 。 在机械加工工序中间尚需插入必要的热处理工序, 这就决定了主轴加工各主要表面总是循着 以下顺序的进行,即粗车→调质(预备热处理)→半精车→精车→淬火-回火(最终热处理) →粗磨→精磨。

综上所述,主轴主要表面的加工顺序安排如下: 外圆表面粗加工(以顶尖孔定位)→外圆表面半精加工(以顶尖孔定位)→钻通孔(以半精 加工过的外圆表面定位)→锥孔粗加工(以半精加工过的外圆表面定位,加工后配锥堵)→ 外圆表面精加工(以锥堵顶尖孔定位)→锥孔精加工(以精加工外圆面定位) 。 当主要表面加工顺序确定后, 就要合理地插入非主要表面加工工序。 对主轴来说非主要表面 指的是螺孔、键槽、螺纹等。这些表面加工一般不易出现废品,所以尽量安排在后面工序进 行,主要表面加工一旦出了废品,非主要表面就不需加工了,这样可以避免浪费工时。但这 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过程中损伤已精加工过的主要 表面。

1—弹簧 2—钢球 3—浮动夹头 4—弹性套内 5—支架 6—底座 图 4 磨主轴锥孔夹具

对凡是需要在淬硬表面上加工的螺孔、 键槽等, 都应安排在淬火前加工。 非淬硬表面上螺孔、 键槽等一般在外圆精车之后,精磨之前进行加工。主轴螺纹,因它与主轴支承轴颈之间有一 定的同轴度要求, 所以螺纹安排在以非淬火-回火为最终热处理工序之后的精加工阶段进行, 这样半精加工后残余应力所引起的变形和热处理后的变形,就不会影响螺纹的加工精度。 5.CA6140 车床主轴加工工艺过程 . 下表 A 列出了 CA6140 车床主轴的加工工艺过程。 生产类型:大批生产;材料牌号:45 号钢;毛坯种类:模锻件

表 A 大批生产 CA6140 车床主轴工艺过程

序 号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

工序名称

工序内容

定位基准

设备

备料 锻造 热处理 锯头 铣端面钻中心孔 粗车外圆 热处理 车大端各部 车小端各部 钻深孔 车小端锥孔 调质 车大端外圆、短锥、端面及台阶 仿形车小端各部外圆 钻 48mm 通孔 车小端锥孔(配 1∶20 锥堵,涂色 法检查接触率≥50%) 顶尖孔 顶尖孔 两端支承轴颈 两端支承轴颈 卧式车床 仿形车床 深孔钻床 卧式车床 毛坯外圆 顶尖孔 中心孔机床 多刀半自动车床 模锻 正火 立式精锻机

12

车大端锥孔

车大端锥孔(配莫氏 6 号锥堵,涂 色法检查接触率≥30%) 外短锥及 、 端面

两端支承轴颈

卧式车床

13 14

钻孔 热处理

钻大头端面各孔 局部高频淬火( 90g5、短锥及莫氏 6 号锥孔)

大端内锥孔

摇臂钻床 高频淬火设备

15 16 17

精车外圆 粗磨外圆 粗磨大端锥孔

精车各外圆并切槽、倒角 粗磨 75h5、 90g5、 105h5 外圆 粗磨大端内锥孔(重配莫氏 6 号锥 堵,涂色法检查接触率≥40%)

锥堵顶尖孔 锥堵顶尖孔 前支承轴颈及 75h5 外圆 锥堵顶尖孔 80h5 及

数控车床 组合外圆磨床 内圆磨床

18 19

铣花键 铣键槽

铣 89f6 花键 铣 12f9 键槽

花键铣床 立式铣床

M115mm 外圆 20 21 22 23 车螺纹 精磨外圆 粗磨外锥面 精磨外锥面 车三处螺纹(与螺母配车) 精磨各外圆及 E、F 两端面 粗磨两处 1∶12 外锥面 精磨两处两处 1∶12 外锥面、D 端 面及短锥面 24 精磨大端锥孔 精磨大端莫氏 6 号内锥孔(卸堵, 涂色法检查接触率≥70%) 25 26 钳工 检验 端面孔去锐边倒角,去毛刺 按图样要求全部检验 前支承轴颈及 75h5 外圆 专用检具 前支承轴颈及 75h5 外圆 专用主轴锥孔磨 床 锥堵顶尖孔 锥堵顶尖孔 锥堵顶尖孔 锥堵顶尖孔 卧式车床 外圆磨床 专用组合磨床 专用组合磨床


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