CA6140車床主軸機(jī)械加工工藝的設(shè)計(jì)

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1、 目 錄 摘 要 I 1 緒 論 1.1 本課題的來源、目的及意義 (1) 1.2 課題背景及國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 (1) 1.3 本課題研究的主要內(nèi)容 (1) 2 典型軸類零件加工工藝 2.1 軸類零件的功用、分類和結(jié)構(gòu)特點(diǎn) (2) 2.2 軸類零件典型工藝路線 (3) 3 CA6410主軸加工工藝過程的制訂 3.1概述 (4) 3.2 主軸加工工藝過程制訂的依據(jù) (4) 3.3 CA6140主軸加工工藝過程 (5) 4 CA6140主軸技術(shù)條件的分析 4.1 概述 (5) 4.2 支承軸頸的技術(shù)要求 (6) 4.3 錐孔的技

2、術(shù)要求 (6) 4.4 短錐的技術(shù)要求 (6) 4.5 空套齒輪軸頸的技術(shù)要求………………………………………….（6） 4.6 螺紋的技術(shù)要求……………………………………………………..（7） 5 CA6140主軸加工工藝過程分析 5.1 概述 (7) 5.2 主組后毛坯的制造方法 (8) 5.3 毛坯的材料和熱處理 (8) 5.4 定位基準(zhǔn)的選擇 (9) 5.5 加工階段的劃分…………………………………………………..（10） 5.6 加工順序的安排和工序的確定…………………………………..（11） 6 CA6140主軸加工中的關(guān)鍵工藝 6.1 錐堵和錐堵心軸的

3、使用 (12) 6.2 頂尖空的研磨 (13) 6.3 組合魔削 (14) 6.4 身空加工 (15) 6.5 主軸錐孔加工……………………………………………………….（17） 7 軸的精度檢驗(yàn) 7.1 概述 (18) 7.2 幾個(gè)形狀精度檢驗(yàn) (18) 7.3 尺寸精度檢驗(yàn) (18) 7.4 相互位置精度檢驗(yàn) (19) 8 軸加工中常出現(xiàn)的自量問題及其解決辦法 8.1概述 （20） 8.2機(jī)床軸錐空加工的質(zhì)量分析……………………………………..（21）8.3 磨削表面缺陷的產(chǎn)生及防止 （23） 9 結(jié)論與展望機(jī)械 9.1本文總結(jié)……………………………………………

4、……………… （25）9.2制造工業(yè)的現(xiàn)狀及展望 .（26） 致 謝……………………………………………………………………（27） 參考文獻(xiàn)…………………………………………………………………（28） 畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書…………………………………………………………（29） 緒 論 1.1 本課題的來源、目的及意義 車床主軸是具有代表性零件之一，加工難度大，工藝路線較長，涉及軸類零件加工的許多基本工藝問題。本人根據(jù)在校期間的理論課程學(xué)習(xí)為基礎(chǔ)，在多次深入車間實(shí)習(xí)為實(shí)踐依據(jù)，通過本次畢業(yè)

5、設(shè)計(jì)對CA6140車床主軸技術(shù)條件的分析和工藝過程的討論，來說明軸類零件加工的一般規(guī)律。 1.2 課題背景及國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 機(jī)械制造工藝技術(shù)是在人類生產(chǎn)實(shí)踐中產(chǎn)生并不斷發(fā)展的。在20世紀(jì)50年代“剛性”生產(chǎn)模式下，通過大量使用的專用設(shè)備而后工裝夾具，提高生產(chǎn)效率和加工的自動化程度，進(jìn)行單一或少品種的大批量生產(chǎn)，以“規(guī)模經(jīng)濟(jì)”實(shí)現(xiàn)降低成本和提高質(zhì)量的目的。在20世紀(jì)70年代主要通過改善生產(chǎn)過程管理來進(jìn)一步提高產(chǎn)品質(zhì)量和降低成本。在20世紀(jì)80年代，較多地采用數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人、柔性制造單元和系統(tǒng)等高技術(shù)的集成來滿足產(chǎn)品個(gè)性話和多樣化的要求，以滿足社會各消費(fèi)群體的不同要求。從20世紀(jì)90年代開

6、始，機(jī)械制造工藝技術(shù)向著高精度、高效率、高自動化發(fā)展。精密加工精度已經(jīng)達(dá)到亞微米級，而超精密加工已經(jīng)進(jìn)入0.01μm級?，F(xiàn)代機(jī)械產(chǎn)品的特點(diǎn)是多品種、更新快、生產(chǎn)周期短。這就要求整個(gè)加工系統(tǒng)及機(jī)械制造工藝向著柔性、高效率、自動化方向發(fā)展。由于成組技術(shù)理論的出現(xiàn)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD），計(jì)算機(jī)輔助工藝設(shè)計(jì)（CAPP）、計(jì)算機(jī)輔助制造（CAM）、數(shù)控加工技術(shù)等在機(jī)械制造業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用，從而大大縮短了機(jī)電產(chǎn)品的生產(chǎn)周期，提高了效率，保證了產(chǎn)品的高精度、高質(zhì)量。 1.3 本課題研究的主要內(nèi)容 本課題就典型的機(jī)床主軸進(jìn)行系統(tǒng)性的講述、設(shè)計(jì)，從中介紹了典型軸類零件加工工藝分析、C

7、A6140主軸加工工藝過程的制訂及技術(shù)分析、軸的精度檢驗(yàn)、軸加工中常出現(xiàn)的質(zhì)量問題及其解決辦法、CA6140主軸加工中的幾個(gè)工藝問題及相關(guān)夾具的設(shè)計(jì)。 機(jī)械制造工藝及夾具的設(shè)計(jì)是以機(jī)械制造中的工藝和工裝設(shè)計(jì)問題為研究對象的一門應(yīng)用性制造技術(shù)。研究范圍主要是零件的機(jī)械加工及加工過程中工件的裝夾和產(chǎn)品的裝配兩個(gè)方面，機(jī)械制造工藝及夾具課程涉及的行業(yè)有百余種，產(chǎn)品品種成千上萬，但是研究的工藝問題則可歸納為質(zhì)量、生產(chǎn)率和經(jīng)濟(jì)性三類。 ⑴保證和提高產(chǎn)品的質(zhì)量：產(chǎn)品質(zhì)量包括整臺機(jī)械的裝配精度、使用性能、使用壽命和可靠性，以及零件的加工精度和加工表面質(zhì)量。近代，由于宇航、精密機(jī)械、電子工業(yè)和國防工業(yè)

8、的需要，對零件的精度和表面質(zhì)量的要求越來越高，相繼出現(xiàn)了各種新工藝新技術(shù)，如精密加工、超精密加工和細(xì)微加工等，加工精度由1μm級提高到了0.1～0.01μm級，目前正在向nm(0.001μm)級精度邁進(jìn)。 ⑵提高勞動生產(chǎn)率：提高勞動生產(chǎn)率的方法一是提高切削用量，采用高速切削、高速磨削和重磨削。近年來出現(xiàn)的聚晶金剛石和聚晶立方氮化硼等新型刀具材料，其切削速度可達(dá)1200m/min,高速磨削的磨削速度達(dá)200m/s。重磨削是高效磨削的發(fā)展方向，包括大進(jìn)給、深切進(jìn)給的強(qiáng)力磨削、荒磨和切斷磨削等。二是改進(jìn)工藝方法、創(chuàng)新工藝。例如，利用鍛壓設(shè)備實(shí)現(xiàn)少無切削加工，對高強(qiáng)度、高硬度的難切削材料采用特種加工

9、等。三是提高自動化程度，實(shí)現(xiàn)高度自動化。例如，采用數(shù)控機(jī)床、加工中心、柔性制造單元（FMC）、柔性制造系統(tǒng)（FMS）、計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（CIMS）和無人化車間或工廠等。 成組技術(shù)的出現(xiàn)，能解決多品種尤其是中、小批生產(chǎn)中存在的生產(chǎn)效率低的問題，也是企業(yè)實(shí)現(xiàn)高度自動化的基礎(chǔ)。 ⑶降低成本：要節(jié)省和合理選擇原材料，研究新材料；合理使用和改進(jìn)現(xiàn)有設(shè)備，研制新的高效設(shè)備等。 對上述三類問題要辨證地全面地進(jìn)行分析。要在滿足質(zhì)量的前提下，不斷提高勞動生產(chǎn)率和降低成本。以優(yōu)質(zhì)、高效、低耗的工藝去完成零件的加工和產(chǎn)品的裝配，這樣的工藝才是合理的和先進(jìn)的工藝。 2 典型軸類零件加工工藝分析 2.1軸

10、類零件的功用、分類和結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 軸類零件是機(jī)器中經(jīng)常遇到的典型零件之一。 軸類零件的功用為支承傳動零件（齒輪、皮帶輪等）、轉(zhuǎn)動扭矩、承受載荷，以及保證裝在主軸上的工件（或刀具）具有一定的回轉(zhuǎn)精度。 軸的長徑比小于5的稱為短軸，大于20的稱為細(xì)長軸，大多數(shù)軸介于兩者之間。 軸用軸承支承，與軸承配合的軸段稱為軸頸。軸頸是軸的裝配基準(zhǔn)，它們的精度和表面質(zhì)量一般要求較高，其技術(shù)要求一般根據(jù)軸的主要功用和工作條件制定，通常有以下幾項(xiàng)： ⑴尺寸精度 起支承作用的軸頸為了確定軸的位置，通常對其尺寸精度要求較高（IT5～I(xiàn)T7）。裝配傳動件的軸頸尺寸精度一般要求較低（IT6～I(xiàn)T9）。 ⑵幾何形

11、狀精度 軸類零件的幾何形狀精度主要是指軸頸、外錐面、莫氏錐孔等的圓度、圓柱度等，一般應(yīng)將其公差限制在尺寸公差范圍內(nèi)。對精度要求較高的內(nèi)外圓表面，應(yīng)在圖紙上標(biāo)注其允許偏差。 ⑶相互位置精度 軸類零件的位置精度要求主要是由軸在機(jī)械中的位置和功用決定的。通常應(yīng)保證裝配傳動件的軸頸對支承軸頸的同軸度要求，否則會影響傳動件（齒輪等）的傳動精度，并產(chǎn)生噪聲。普通精度的軸，其配合軸段對支承軸頸的徑向跳動一般為0.01～0.03mm，高精度軸（如主軸）通常為0.001～0.005mm。 ⑷表面粗糙度 一般與傳動件相配合的軸徑表面粗糙度為Ra2.5～0.63μm，與軸承相配合的支承軸徑的表面粗糙

12、度為Ra0.63～0.16μm。 軸類零件按其結(jié)構(gòu)形狀的特點(diǎn)，可分為光滑軸、階梯軸、空心軸和異形軸（包括曲軸、凸輪和偏心軸等）四類。若按軸的長度和直徑的比例來分，又可分為剛性軸（L/d≤12）和撓性軸（L/d＞12）兩類。 本課題所設(shè)計(jì)的軸為CA6140車床主軸，該軸既是階梯軸又是空心軸，并且是長徑比小于12的剛性軸。根據(jù)其結(jié)構(gòu)和精度要求，在加工過程中對這種軸的定位基準(zhǔn)面選擇、深孔加工和熱處理變形等方面，為加工技術(shù)難點(diǎn)。 2.2 軸類零件典型工藝路線 對于7級精度、表面粗糙度Ra0.8～0.4μm的一般傳動軸，其典型工藝路線是：正火－車端面鉆中心孔－粗車各表面－精車各表面－銑花鍵、鍵槽

13、－熱處理－修研中心孔－粗磨外圓－精磨外圓－檢驗(yàn)。 對于空心軸（如本課題設(shè)計(jì)的主軸），為了能使用頂尖孔定位，一般均采用帶頂尖孔的錐套心軸或錐堵。若外圓和錐孔需反復(fù)多次、互為基準(zhǔn)進(jìn)行加工，則在重裝錐堵或心軸時(shí)，必須按外圓找正或重新修磨中心孔。 軸上的花鍵、鍵槽等次要表面的加工，一般安排在外圓精車之后，磨削之前進(jìn) 行。因?yàn)槿绻诰囍熬豌姵鲦I槽，在精車時(shí)由于斷續(xù)切削而易產(chǎn)生振動，影響加工質(zhì)量，又容易損壞刀具，也難以控制鍵槽的尺寸。但也不應(yīng)安排在外圓精磨之后進(jìn)行，以免破壞外圓表面的加工精度和表面質(zhì)量。 3主軸加工工藝過程的制訂 3.1概述 車床主軸是代表性零件之一，加工難度較大，工藝

14、路線較長，涉及軸類零件加工的許多基本工藝問題。下面對本課題CA6140主軸技術(shù)條件的分析和工藝過程的討論，來說明軸類零件加工的技術(shù)條件。 3.2主軸加工工藝過程制訂的依據(jù) 主軸加工工藝過程制訂的依據(jù)是主軸的結(jié)構(gòu)技術(shù)要求、生產(chǎn)批量和設(shè)備條件等。從CA6140車床主軸的加工，可以知道： ⑴主軸的技術(shù)要求，如主軸兩個(gè)支承軸頸的本身精度、表面粗糙度和同軸度，主軸前端內(nèi)、外錐面與主軸頸的同軸度要求都較高。因此必須正確選擇定位基準(zhǔn)；工序按粗精加工分開；并合理安排工序。 ⑵主軸是一種多階梯的空心軸，而主軸毛坯又往往是實(shí)心鍛件，因此需要從外圓和中心切去大量的金屬，進(jìn)行深孔加工。 對于結(jié)構(gòu)不同和技術(shù)條

15、件不同的軸類零件，其加工工藝過程是不同的；即使是同一種軸，其批量不同，或所選的材料不同?；蛘呱a(chǎn)條件不同，其加工工藝過程也是不同的，尤其是批量的大小，對加工工藝過程的影響更為顯著。 3.3 CA6140主軸加工工藝過程 CA6140主軸零件圖（見附件圖紙1）。 批量：大批； 材料：45鋼； 毛坯：模鍛件。 其工藝過程（見附件工藝卡）。 這類屬于大批生產(chǎn)規(guī)模而又工序分散的主軸加工工藝過程，概括為下列三個(gè)階段： ⑴粗加工階段 ①毛坯處理 毛坯備料、鍛造和正火（工序0～5）。 ②粗加工 鋸去多余部分、銑端面打中心孔和荒車外圓等（工序8～14）。 這階段的主要目的是：用大的切

16、削用量切除大部分余量，把毛坯加工至接近工件的最終形狀和尺寸，只留下小量的加工余量。通過這階段還可即使發(fā)現(xiàn)鍛件裂縫等缺陷，作出相應(yīng)措施。 ⑵半精加工階段 ①半精加工前熱處理 對于45鋼一般采用調(diào)質(zhì)處理以達(dá)到HBS235（工序17）。 ②半精加工 車工藝錐面（定位錐孔）、半精車外圓端面和鉆深孔等（工序20～40）。 這個(gè)階段的主要目的是：為精加工作好準(zhǔn)備、尤其是為精加工作好基面準(zhǔn)備。對一些要求不高的表面，在這個(gè)階段達(dá)到圖紙規(guī)定的要求。 ⑶精加工階段 ①精加工前熱處理 局部高頻淬火（工序42） ②精加工前各種加工 粗磨工藝錐面（定位錐孔）、粗磨外圓、銑鍵槽和花鍵槽，以及車

17、螺紋等（工序45～63）。 ③精加工 精磨外圓和內(nèi)、外錐面一保證主軸最重要表面的精度（工序65～75）。 這階段的目的是：把各表面都加工到圖紙規(guī)定的要求。 4主軸技術(shù)條件的分析 4.1概述 主軸的技術(shù)條件是根據(jù)主軸的功用和工作條件制定的。而技術(shù)條件中各項(xiàng)精度又是以支承在軸承孔中的前后兩個(gè)軸頸為基準(zhǔn)來確定的。本次設(shè)計(jì)以CA6140主軸技術(shù)條件進(jìn)行分析。 4.2支承軸頸的技術(shù)要求 主軸兩支承軸頸A、B的圓度公差0.005mm，徑向圓跳動公差0.005mm，兩支承軸頸的1：12錐面接觸率≥70%，表面光潔度Ra0.4，支承軸頸直徑按IT5級精度制造。 機(jī)床主軸外圓的圓度要求

18、，對于一般精度的機(jī)床，通常不超過尺寸公差的50%，對于提高精度的機(jī)床，則不超過25%，對于高精度的機(jī)床，則應(yīng)在5～10%之間。 主軸支承軸頸的徑向跳動將產(chǎn)生主軸的同軸度誤差，以此主軸加工工件就會影響工件的加工精度，所以有必要加以嚴(yán)格控制。 4.3錐孔的技術(shù)要求 主軸錐孔（莫氏6號）對支承軸頸A、B的跳動，近軸端允差0.005mm，離軸端300mm處允差0.01mm，錐面的接觸率≥70%，表面光潔度Ra0.4，硬度要求HRC48。 主軸錐孔是用來安裝頂尖或工具錐柄的，其軸心線要與兩個(gè)支承軸頸的軸心線盡量重合，否則將影響機(jī)床精度，會使工件產(chǎn)生同軸度等誤差。 4.4短錐的技術(shù)要求 短錐C

19、對主軸支承軸頸A、B的徑向圓跳動公差0.008mm，端面D對軸頸A、B的端面跳動公差0.008mm，錐面及端面的粗糙度均為Ra0.8。 這些要求是為了保證安裝卡盤時(shí)能夠很好定位，只要這短圓錐錐面能與支承軸頸同軸，端面與回轉(zhuǎn)軸線垂直，就能提高卡盤的定心精度。 4.5空套齒輪軸頸的技術(shù)要求 空套齒輪的軸頸對支承軸頸A、B的徑向跳動公差為0.015mm。 這是由于這些軸頸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，否則會引起主軸傳動齒輪傳動嚙合不良，當(dāng)主軸轉(zhuǎn)速很高時(shí)，還會影響齒輪傳動的平穩(wěn)性并產(chǎn)生噪音；加工工件時(shí)，也會在工件外圓表面產(chǎn)生重復(fù)出現(xiàn)的振紋，尤其在精加工時(shí)，這種缺陷更為明

20、顯。 4.6螺紋的技術(shù)要求 普通螺紋精度中等級。 這是用于限制與之配合的壓緊螺母的端面圓跳動所必須的要求。因?yàn)?，如果壓緊螺母端面圓跳動過大時(shí)，則在壓緊滾動軸承的過程中，會造成軸承內(nèi)環(huán)軸心線的傾斜。由于軸承內(nèi)環(huán)是與主軸支承軸頸配合的，這就引起主軸的徑向跳動。實(shí)踐證明，當(dāng)壓緊螺母端面圓跳動≥0.05mm時(shí)，對主軸徑向跳動的影響就很顯著。引起壓緊螺母端面震擺的原因有兩個(gè)：一是螺母本身制造精度低，例如螺母端面與螺紋軸心線不垂直；另一原因是主軸上的螺紋表面軸心線與支承軸頸的軸心線不重合，因此在加工主軸螺紋時(shí)，必須控制螺紋表面軸心線與支承軸頸軸心線的同軸度，一般規(guī)定不超過0.025mm。 從上述分

21、析可以看出，主軸的主要加工表面是兩個(gè)支承軸頸、錐孔、前端短錐面及其端面、以及裝齒輪的各個(gè)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(gè)支承軸頸之間的同軸度、支承軸頸與其他表面的相互位置精度和表面光潔度，則是主軸加工的關(guān)鍵。 5主軸加工工藝過程分析 5.1概述 從上面介紹的主軸加工工藝過程中，可以看出，主軸加工常分粗車，半精車、粗精磨三個(gè)階段。而且每階段之間常插入熱處理工序：又在磨削之前常需修研頂尖孔/精度要求越高的主軸，磨的次數(shù)越多，修研頂尖孔的次數(shù)越多。這些特點(diǎn)，貫穿于軸類零件整個(gè)加工過程之中，其原因在于軸件本身的尺寸和幾何形狀精度以及這些表面之間的同軸度（或徑向跳動）和端面

22、垂直度（決定軸向竄動程度）要求較高。這些精度要求（指標(biāo)），不但取決于軸件的加工精度，而且也取決于軸件加工后的尺寸精度穩(wěn)定性，前者與加工的定位精度及所用的加工方法有關(guān)，后者與選用的材料及熱處理方法有關(guān)。從這個(gè)角度出發(fā)，現(xiàn)在重點(diǎn)分析制訂主軸工藝過程所要考慮的幾個(gè)問題。 5.2主軸毛坯的制造方法 毛坯制造方法主要與使用要求和生產(chǎn)類型有關(guān)。毛坯形式有棒料與鍛件兩種。在單件小批生產(chǎn)中，軸類零件的毛坯往往使用熱扎棒料，這尤其適合于那些光滑軸和外圓直徑相差不大的階梯軸。單件小批生產(chǎn)的階梯軸一般采用自由鍛，在大批大量生產(chǎn)時(shí)則采用模鍛。 本課題CA6140車床主軸為大批量生產(chǎn)，所以毛坯的制造方

23、法采用模鍛制造。 5.3毛坯的材料和熱處理 CA6140車床主軸是傳遞動力的零件，它應(yīng)有良好的機(jī)械強(qiáng)度和剛度，而其工作表面又應(yīng)有良好的耐磨性，因此要選用適當(dāng)?shù)匿摬?；為了使加工后有良好的尺寸精度穩(wěn)定性，因而又要求有合適的熱處理過程。 45鋼，這是常用的主軸材料，在調(diào)質(zhì)處理（T235）之后，在經(jīng)局部高頻淬火，可以使局部硬度達(dá)到HRC62～65，在經(jīng)過適當(dāng)?shù)幕鼗鹛幚?，可以降到需要的硬度（例如本課題CA6140主軸規(guī)定為HRC52）。一般機(jī)床的主軸均可用45鋼，因?yàn)樗臋C(jī)械性能（強(qiáng)度、韌性和局部表面硬度等）能滿足設(shè)計(jì)的要求。然而45鋼的淬透性比較差（與合金鋼比較而言），需要比較強(qiáng)的淬火劑，淬火后

24、的變形比較大。加上加工后的尺寸精度性較差，在長期使用后會出現(xiàn)微量的尺寸變化，對于高精度的機(jī)床主軸就有可能超差。 由此可見，主軸質(zhì)量除與所選鋼材種類有關(guān)外，還與毛坯熱處理有關(guān)，一般各種毛坯在機(jī)械加工之前，均需進(jìn)行正火（或退火）處理，以使鋼材的晶粒細(xì)化（或球化），消除鍛造（或軋制）后的內(nèi)應(yīng)力，并可降低毛坯的硬度，以利切削的進(jìn)行。本課題CA6140主軸用的45鋼便規(guī)定在精鍛后進(jìn)行正火處理。 凡要求局部高頻淬火的主軸，要在前道工序中安排調(diào)質(zhì)處理（有的鋼材則用正火）。當(dāng)毛坯余量較大時(shí)（如鍛件），調(diào)質(zhì)放在粗車之后，半精車之前，以便因粗車產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力得以在調(diào)質(zhì)時(shí)消除：毛坯余量較小時(shí)（如棒料），調(diào)質(zhì)可放在

25、粗車（相當(dāng)于鍛件的半精車）之前進(jìn)行。高頻淬火處理一般放在半精車之后，由于主軸只需要局部淬硬，故精度有一定要求而不需淬硬部分的加工，如車螺紋，銑鍵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，這是因?yàn)榫植看慊鸬淖冃坞m然不大，但總有一些變形，故車螺紋、銑鍵槽等有一定位置要求的工序，要安排在粗 磨之后進(jìn)行，以消除淬火變形，對于精度較高的主軸（如M1432A砂輪軸），在局部淬火及粗磨之后還需低溫時(shí)效處理（160℃油中浸較長時(shí)間），低溫時(shí)效不降低已獲得的精度和機(jī)械性能，但能消除磨削加工中所引起的內(nèi)應(yīng)力以及淬火過程中所產(chǎn)生的應(yīng)力和殘余奧氏體，從而使主軸的金相組織和應(yīng)力狀態(tài)保持穩(wěn)定（由于奧氏體在使

26、用過程中會逐步轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，是主軸產(chǎn)生微量膨脹變形，影響主軸的尺寸精度）。在此之后再進(jìn)行主軸的精加工。 主軸精度要求越高，則對材料及熱處理要求越高，熱處理次數(shù)也越多。本課題CA6140主軸采用45鋼經(jīng)過正火、調(diào)質(zhì)和局部高頻淬火后變能滿足要求，而無需在采用更高的鋼材，并且免去了低溫時(shí)效的工序。 5.4定位基準(zhǔn)的選擇 軸件加工中，為了保證各主要表面的相互位置精度，選擇定位基準(zhǔn)時(shí)應(yīng)盡可能使其與裝配基準(zhǔn)重合和使各工序的基準(zhǔn)統(tǒng)一，并且考慮在一次安裝中盡可能加工出較多的表面。 軸類零件加工的精度指標(biāo)是各段外圓的同軸度以及錐孔和外圓的同軸度。CA6140主軸的裝配基準(zhǔn)主要是前后兩個(gè)支承軸徑面，為了保

27、證卡盤定位面以及前錐孔與支承軸頸面有較高的同軸度，應(yīng)以加工好的支承軸頸為定位基準(zhǔn)來終磨錐孔和卡盤定位面，這就能符合基準(zhǔn)重合的原則。但是為了避免支承軸頸被拉毛或損傷，并考慮到支承軸頸帶有錐度，不便于夾具制造等因素，在實(shí)際生產(chǎn)中也有不選用支承軸頸作為定位基準(zhǔn)，而是同和它靠近的圓柱軸頸作為定位基準(zhǔn)的。 CA6140的主軸毛坯是實(shí)心的，但最后要加工成空心軸，從選擇定位基準(zhǔn)面的角度來考慮，希望采用頂尖孔來定位，而把深入加工工序安排在最后；但深孔加工是粗加工工序，要切除大量金屬，會引起主軸變形而影響加工質(zhì)量，所以只好在粗車外圓之后就把深孔加工出來。在成批生產(chǎn)中深孔加工之后，為了還能用頂尖孔作定位基準(zhǔn)面，

28、可考慮在軸的通孔兩端加工出工藝錐面，插上兩個(gè)帶頂尖孔的錐堵或帶錐堵的心軸來安裝工作。 為了保證支承軸頸與主軸內(nèi)錐面的同軸度要求，在選擇精基準(zhǔn)面時(shí)，要根據(jù)互為基準(zhǔn)的原則。本課題中CA6140主軸在車小端1：20錐孔和大端莫氏6號錐孔時(shí)用的是與前支承軸頸相鄰而又是用同一基準(zhǔn)加工出來的外圓柱面為定位基準(zhǔn)面（直接用前支承軸頸作為定位基準(zhǔn)面當(dāng)然更好，但由于這軸頸有錐度，在制造拖架時(shí)會增加困難）；在工序45精車各外圓包括兩個(gè)支承軸頸的1：12錐度時(shí)，既是以上述前后錐孔內(nèi)所配錐堵的頂尖孔為定位基準(zhǔn)面；在工序50粗磨莫氏6號內(nèi)錐孔時(shí)，又以兩個(gè)圓柱面為定位基準(zhǔn)面，這就是符合互為基準(zhǔn)原則的基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換，由于定位基準(zhǔn)

29、面的精度比上工序有所提高，故這工序的定位誤差有所減??；在工序63和65中，粗精磨兩個(gè)支承軸頸的1：12錐度時(shí)，再次以粗磨的錐孔所配錐堵的頂尖孔為定位基準(zhǔn)，這就是在次轉(zhuǎn)換，定位精度比前又有所提高；在工序68中，最后精磨莫氏6號錐孔時(shí)，直接以精磨后的前支承軸頸和另一圓柱面為定位基準(zhǔn)面，這又再一次轉(zhuǎn)換，提高了定位精度，這些轉(zhuǎn)換過程是提高的過程，使精加工前有精度較高的精基面，這完全符合互為基準(zhǔn)的原則。轉(zhuǎn)換次數(shù)的多少，要根據(jù)加工精度要求而定。 根據(jù)上述分析可知，本課題CA6140的空心主軸，除頂尖孔外還有軸頸外圓表面并且兩者交替使用，互為基準(zhǔn)。 5.5加工階段的劃分 由于主軸的精度要求高，并且在加

30、工過程中要切除大量金屬，因此，將主軸的加工過程根據(jù)粗、精加工分開原則來劃分階段，極為必要。這是由于加工過程中熱處理、切削力、切削熱、加緊力等對工件產(chǎn)生較大的加工誤差和應(yīng)力，為了消除前一道工序的加工誤差和應(yīng)力，需要進(jìn)行另一次新加工，不過這一次加工所帶來的誤差和應(yīng)力總是要比前一次為小。因此，加工次數(shù)增多以后，精度便逐漸提高。精度表5-1 CA6140車床主軸加工基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換過程 要求越高加工次數(shù)越多。 由于粗加工之前，毛坯余量較大，而且余量往往不均（如鍛件的外形與加工后的形狀相差較大且不均勻），因而在粗加工中需用大的切削力，并常常因此產(chǎn)生大量切削熱，使主軸在加工中產(chǎn)生受力變形和熱變形，而出現(xiàn)形狀誤

31、差（如圓柱度誤差）及大的加工應(yīng)力。故粗加工之后要進(jìn)行半精加工（如半精車、精車等），這也是鍛件毛坯要比棒料毛坯多車一次的原因。此后即使不插入熱處理工序，也還需要進(jìn)行一些精加工，以提高精度，何況為了改善主軸的機(jī)械性能（如增加表面硬度），往往在半精加工（半精車或精車）之后進(jìn)行淬火處理，因而又需進(jìn)一步進(jìn)行一系列的精加工（如磨削等）。后一次加工所帶來的切削力和熱量，均比前一次為?。ㄒ蚱溆嗔恐饾u減?。蚨霈F(xiàn)的誤差和應(yīng)力亦隨之減小，這就是進(jìn)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裝中完成，而應(yīng)當(dāng)把粗、精加工分別為兩個(gè)工序或者在不同的機(jī)床上進(jìn)行，最好粗、精加工間隔一些時(shí)間（一天或幾天）

32、，讓上道工序加工的內(nèi)應(yīng)力逐漸消失（自然時(shí)效）。 5.6加工順序的安排和工序的確定 具有空心和內(nèi)錐特點(diǎn)的軸類零件，在考慮支承軸頸、一般軸頸和內(nèi)錐等主要表面的加工順序時(shí)，可有以下幾種方案： ⑴外表面粗加工——鉆深孔——外表面精加工——錐孔粗加工——錐孔精加工； ⑵外表面粗加工——鉆深孔——錐孔粗加工——錐孔精加工——外表面精加工； ⑶外表面粗加工——鉆深孔——錐孔粗加工——外表面精加工——錐孔精加工； 針對CA6140車床主軸的加工順序來說，可作這樣的分析比較： 第一方案：在錐孔粗加工時(shí)，由于要用已精工過外圓表面作精基準(zhǔn)面，會破壞外圓精度和表面粗糙度，所以此方案不宜采用。 第二方案

33、：在精加工外圓表面時(shí)，還要再插上錐堵，這樣會破壞錐孔精度。另外，在加工錐孔時(shí)不可避免地會有加工誤差（錐孔的磨削條件比外圓磨削條件差），加上錐堵本身的誤差等就會造成外圓表面和內(nèi)錐面的不同軸，故此方案也不宜采用。 第三方案：在錐孔精加工時(shí)，雖然也要用已精加工過的外圓表面作為精基準(zhǔn)面，但由于錐面精加工的加工余量已很小，磨削力不大；同時(shí)錐孔的精加工已處于軸加工的最終階段，對外圓表面的精度影響不大；加上這一方案的加工順序，可以采用外圓表面和錐面互為基準(zhǔn)，交替使用，能逐漸提高同軸度。 經(jīng)過這一比較可知，CA6140主軸的軸件加工順序，以第三方案為佳。 通過方案的分析比較也可看出，軸類零件各表面先后加

34、工順序，在很大程度上與定位基準(zhǔn)的轉(zhuǎn)換有關(guān)。本課題CA6140主軸工藝過程，一開始就銑端面打中心孔，這是為粗車和半精車外圓準(zhǔn)備定位基準(zhǔn)；半精車外圓又為深孔、加工準(zhǔn)備了定位基準(zhǔn)；半精車外圓也為前后的錐孔加工貯備了定位基準(zhǔn)。反過來，前后錐孔裝上錐堵后的頂尖孔，又為此后的半精加工和精加工外圓準(zhǔn)備了定位基準(zhǔn)；而最后磨錐孔的定位基準(zhǔn)則又是上工序磨好的軸頸表面。 為了保證主軸支承軸頸與大頭端面及短錐間的相互位置精度，在最后加工時(shí)應(yīng)在一次安裝中磨出這些表面。 檢驗(yàn)工序是保證質(zhì)量，防止廢品的重要措施。檢驗(yàn)工序一般安排在各加工階段 的前后、重要工序的前后和花費(fèi)工時(shí)較多的工序前后，總檢驗(yàn)則放在最后。 6主軸

35、加工中的關(guān)鍵工藝 6.1錐堵和錐堵心軸的使用 對于空心的軸類零件，在深孔加工后，為了盡可能使各工序的定位基準(zhǔn)面統(tǒng)一，一般都采用錐堵（悶頭）或錐堵心軸的頂尖孔作為定位基準(zhǔn)。 當(dāng)錐度較大時(shí)，就用帶錐度的拉桿心軸，當(dāng)主軸錐孔的錐度比較小時(shí)，就常用錐堵，本課題CA6140主軸的錐孔分別為1：20和莫氏6號，錐度較小故選用錐堵。如圖6-1所示。 使用錐堵或錐堵心軸時(shí)的注意點(diǎn): 圖6-1錐堵 圖6-2錐堵 ⑴一般不中途更換錐堵或錐堵心軸，也不要將同一錐堵或錐堵心軸卸下后再重新裝上，因?yàn)椴还苠F堵或錐堵心軸的制造精度怎樣高，其錐面和頂尖也會有程度不等的不同軸度誤差，

36、因此，必然會引起加工后的主軸外圓表面與錐孔之間的同軸度誤差。如果在中途更換或卸下后再裝上，就會在上述誤差的基礎(chǔ)上又增加了新的同軸度誤差，使加工精度降低，特別在精加工時(shí)這種影響就更為明顯。 ⑵用錐堵心軸時(shí)，兩個(gè)錐堵的錐面要求同軸線，否則擰緊螺母后會使工件變形。錐堵心軸結(jié)構(gòu)比較合理，其特點(diǎn)是右端錐堵與拉桿心軸是一體的，其錐面與頂尖孔的同軸度較好，而左端有個(gè)球面墊圈，擰緊螺母時(shí)，能 保證左端錐堵與錐孔配合良好，使錐堵的錐面和工件的錐孔以及拉桿心軸上的頂尖孔，三者有較好的同軸度。 ⑶裝配錐堵或錐堵心軸時(shí)，不能用力過大，特別是對壁厚較薄的軸類零件，如果用力過大，會引起軸件變形，使加工后出現(xiàn)圓度誤

37、差等。為防止這種變形，使用塑料或尼龍制的錐堵心軸有良好效果。 6.2頂尖孔的研磨 對于實(shí)心軸或錐堵上的頂尖孔，因?yàn)橐惺芄ぜ闹亓亢颓邢髁Φ淖饔?，而常會磨損；并且工件在熱處理時(shí)，頂尖孔也會隨之變形。因此，在熱處理工序之后和 磨削加工之前，對頂尖孔要進(jìn)行研磨，以消除誤差。研磨頂尖孔的方法，常用的有以下幾種： ⑴用鑄鐵頂尖研磨。 ⑵用油石或橡膠砂輪研磨。研磨時(shí)先將圓柱形油石或橡膠砂輪夾在車床的卡盤上，用裝在刀架上的金剛石將油石或橡膠砂輪前端修整成頂 圖6-2用油石研磨頂尖孔 尖形狀（60圓錐體），接著將工件頂在油石或橡膠砂輪頂尖和車床后頂尖間（圖6-2），在加上少量潤滑油（柴油或

38、輕機(jī)油），然后開動車床使油石或橡膠砂輪轉(zhuǎn)動，進(jìn)行研磨。研磨過程中，用手把持工件并使它連續(xù)而緩慢地轉(zhuǎn)動。 ⑶用中心孔磨床磨削。中心孔磨床的磨頭結(jié)構(gòu)原理如圖6-3所示。磨頭機(jī)構(gòu)要求砂輪主軸具有三種運(yùn)動： ①主切削運(yùn)動； ②行星運(yùn)動； ③往復(fù)運(yùn)動： 圖6-3中心孔磨頭簡圖 砂輪磨料采用白剛玉或鉻鋼玉；硬度中軟（ZR2）；粒度則要依頂尖孔的表面粗糙度和生產(chǎn)率來選擇，中心孔表面粗糙度能達(dá)到Ra0.2，以這種中心孔定位磨削軸 件外圓，其外圓圓度誤差可以減少到0.0008 mm，并且 有較高的生產(chǎn)率，適與批量生產(chǎn)。據(jù)以上各方法分析比較針對本課題CA6140車床主軸整體結(jié)構(gòu)及工裝要求中心孔的

39、研磨則采用這種磨削方法。 6.3組合磨削 組合磨削或稱多片砂輪磨削，是利用增大磨削面積以提高磨削效率的一種有效措施。一臺磨床上安裝幾片砂輪（有多達(dá)10片以上的），可以同時(shí)加工零件的幾個(gè)表面，在汽車、拖拉機(jī)制造業(yè)中用來加工曲軸、凸輪軸等甚為普遍，機(jī)床制造業(yè)亦 常應(yīng)用。它的優(yōu)點(diǎn)除了提高生產(chǎn)率外，相對地還能減少磨床數(shù)量，減少機(jī)床占地面積，節(jié)省勞動力，并能保證工件有較好的同軸度。 本課題CA6140主軸的前后軸頸錐面、短錐面和前端的精加工，均采用組合磨削的方法，如圖6-4所示。 圖6-4 CA6140主軸的組合磨削 磨削的方法： ⑴先粗磨前后軸頸錐面，磨完后進(jìn)行砂輪精細(xì)修整； ⑵分

40、兩種工位進(jìn)行精磨，第I工位精磨前后軸頸錐面，完成后，工作臺帶著主軸移到第II共位，用設(shè)計(jì)圖紙規(guī)定的角度成型砂輪，先后磨削主軸前端支承面和短錐面。 采用組合磨削時(shí)，由于是磨削錐軸頸，并且前后兩錐軸頸是同時(shí)進(jìn)行的，因此有較大磨削力和軸向推力，所以改裝或設(shè)計(jì)組合磨床時(shí)，要注意增強(qiáng)機(jī)床的剛度。此外，砂輪修整質(zhì)量直接影響主軸表面的加工質(zhì)量，因此也要很好解決修整砂輪的問題。 6.4深孔加工 一般孔的深度與孔徑之比L/d＞5就算深孔。各種槍孔,炮孔是典型的深孔。CA6140主軸內(nèi)孔L/d≈18，屬深孔加工。深孔加工要比一般的孔加工困難和復(fù)雜些,因?yàn)榭椎纳疃仍龃笠院?刀桿較長,刀具鋼度變差,容易引起振動

41、和鉆偏孔；其次是刀刃在工件深處進(jìn)行切削。冷卻液不易注入切削區(qū),散熱條件差,使刀具很快磨損;加上切削難于排出,容易堵塞而無法連續(xù)加工。因此為了保證精度和提高生產(chǎn)率,必須根據(jù)這些工藝特點(diǎn)合理地選擇深孔加工的方式,并解決刀具的引導(dǎo)、切屑排出和鉆頭冷卻潤滑等問題。 ⑴加工方式 加工深孔時(shí),工件和刀具的相對運(yùn)動有三種: ①工件不動,刀具轉(zhuǎn)動并軸向進(jìn)給。這時(shí)如果刀具的回轉(zhuǎn)軸線對工件的軸線有偏移或傾斜,則加工出的孔的軸線必然是偏移或傾斜的。 ②工件轉(zhuǎn)動，同時(shí)刀具轉(zhuǎn)動并送進(jìn)。由于工件與刀具的回轉(zhuǎn)方向相反,所以相對切削速度大,生產(chǎn)率高,加工出來的孔的精度也較高。但對機(jī)床和刀桿的剛度要求較高,機(jī)床的結(jié)構(gòu)也

42、較復(fù)雜,因此應(yīng)用不很廣泛。 ③工件轉(zhuǎn)動,刀具作軸向送進(jìn)運(yùn)動。這種方式鉆出的孔軸線與工件的回轉(zhuǎn)軸線能達(dá)到一致。如果鉆頭偏斜,則鉆出的孔有錐度；如果鉆頭軸線與工件回轉(zhuǎn)軸線在空間斜交,則鉆出的孔的軸向截面是雙曲線,但不論如何,孔的軸線與工件的回轉(zhuǎn)軸線仍是一致的,故軸的深孔加工多采用這種方式。 據(jù)上分析CA6140主軸深孔加工采用最后一種方法并在深孔鉆床上實(shí)現(xiàn)。 ⑵深孔加工的冷卻與排屑 在批量生產(chǎn)中,深孔加工常用專門的深孔鉆床和專用刀具,以保證質(zhì)量和生產(chǎn)率。直徑在50 mm以下的孔大都采用深孔鉆。深孔鉆有單刃和雙刃的。這些刀具的冷卻與切屑的方法有兩種: ①內(nèi)冷卻外排屑法 ②外冷卻內(nèi)排屑法

43、 如圖6-5所示,冷卻液從鉆頭外部輸入,從鉆頭內(nèi)部排出。有一定壓力的冷卻液沿箭頭指示方向經(jīng)刀桿與孔壁之間的通道進(jìn)入切削區(qū),起到冷卻潤滑作用,然后經(jīng)鉆頭和刀桿的內(nèi)孔帶著大量切削排出。 以上兩種冷卻與排屑的方法,均要求冷卻液具有足夠的壓力和流量,一保證切屑能順利地排除并保持鉆頭良好的冷卻和潤滑。在加工直徑為40～60mm的孔時(shí),一般保持冷卻液壓力2～4MPa,；流量200～400L/min較為合適。 圖6-5外冷卻內(nèi)排屑 ⑶深孔噴射鉆加工 噴射鉆適用于加工φ20～65mm的深孔，長徑比能達(dá)100，比一般外冷卻內(nèi)排屑鉆頭有更高的效率，同時(shí)可獲得較好的加工表面質(zhì)量，是一種新型的孔加工刀

44、具。 噴射鉆的主要組成部分是鉆頭、外鉆管和內(nèi)鉆管（圖6-6）。鉆頭通過方牙螺紋擰在外鉆管的一端。 據(jù)以上各方法分析比較，根據(jù)CA6140主軸整體尺寸較大，裝夾定位難以保障精度的要求，且為批量生產(chǎn)等因素，因此采用深孔鉆床（工件轉(zhuǎn)動,刀具作軸向送進(jìn)運(yùn)動）來完成φ48深孔的鉆削。 圖6-6噴射鉆工作示意圖 6.5主軸錐孔加工 主軸前端錐孔和主軸支承軸頸及主軸前端短錐的同軸度要求高，因此磨削主軸的前端錐孔，成為機(jī)床主軸加工的關(guān)鍵工序。 本課題CA6140主軸前端錐孔，以支承軸頸作為定位基準(zhǔn)，有以下三種安裝方式： ⑴將前支承軸頸安裝在中心架上，后軸頸夾在磨床床頭的卡盤內(nèi)，磨削前

45、嚴(yán)格校正兩支承軸頸，前端可調(diào)整中心架，后端在卡爪和軸頸之間墊薄紙片來調(diào)整。 ⑵將前后支承軸頸分別裝在兩個(gè)中心架上，用千分表校正好中心架位置。工件通過彈性連軸節(jié)或萬向接頭與磨床床頭主軸連接。這種方式可以保證主軸軸頸的定位精度，而又不受磨床床頭誤差的影響，但調(diào)整中心架仍費(fèi)時(shí)，質(zhì)量也不穩(wěn)定，一般只在生產(chǎn)規(guī)模不大時(shí)采用。 ⑶成批生產(chǎn)時(shí)大都采用專用夾具進(jìn)行加工，圖6-7為磨主軸錐孔的一種夾具，夾具是由底座、支承架及浮動卡頭三部分組成。 圖6-7磨主軸錐孔夾具 前后兩個(gè)支承架與底座連成一體。作為工件定位的V形塊鑲有硬質(zhì)合金，以提高耐磨性（有的把其中一個(gè)元件作為錐軸瓦，以便與主軸上的錐軸頸配

46、合），工件的中心高應(yīng)調(diào)整到正好等于磨頭砂輪軸的中心高。后端的浮動卡頭裝在磨床主軸的錐孔內(nèi)，工件尾端插于彈性套內(nèi)。用彈簧把浮動卡頭外殼連同工件向后拉，通過鋼球壓向鑲有硬質(zhì)合金的錐柄端面，這樣依靠壓縮彈簧的張力就限制了工件的軸向竄動。采用這種聯(lián)接方式，可以保證主軸支承軸頸的定位精度不受磨床床頭誤差的影響，也可減小機(jī)床本身的振動對加工質(zhì)量的影響。這種夾具加工精度能達(dá)到錐孔對支承軸頸的徑向圓跳動為300：（0.003～0.005），表面粗糙度為Ra0.32，接觸面在80%以上，不僅加工質(zhì)量好，而且提高了生產(chǎn)率。 本課題CA6140主軸為成批生產(chǎn)，且對錐孔精度要求較高，因此采用第三種安裝方法。 7軸

47、的精度檢驗(yàn) 7.1概述 軸類零件在加工過程中和加工完了以后都要按工藝規(guī)程的要求進(jìn)行檢驗(yàn)。檢驗(yàn)的項(xiàng)目包括表面粗糙度、表面硬度、表面幾何形狀精度、尺寸精度和相互位置精度。 軸類零件的精度檢驗(yàn)常按一定的順序進(jìn)行。一般檢驗(yàn)和程序?yàn)椋合葯z驗(yàn)表面幾何形狀精度，然后檢驗(yàn)尺寸精度，最后檢驗(yàn)各表面間的相互位置精度。這樣可以判明和排除不同性質(zhì)誤差之間對測量精度的干擾。 7.2幾何形狀精度檢驗(yàn) 圓度的檢驗(yàn)，一般用千分卡尺按照測量直徑的方法,測出軸的同一橫截面內(nèi)最大直徑與最小直徑之差,其差值就是圓度。精度高的則要用比較儀檢驗(yàn)。 圓柱度（包括圓錐度、鼓形度和鞍形度誤差等）的檢驗(yàn)，同樣可用千分卡尺測出同一軸向

48、剖面內(nèi)最大與最小直徑之差來決定。圓錐度通過測量工件兩端截面上的直徑來檢驗(yàn)，其最大直徑和最小直徑之差就是誤差值。彎曲度可以把工件放在平板上用千分表檢驗(yàn),工件轉(zhuǎn)動一周,千分表讀數(shù)最大變動量就是彎曲度誤差值。 7.3尺寸精度檢驗(yàn) 大批大量生產(chǎn)中，為了減少精密量具的損耗、縮短檢驗(yàn)時(shí)間,則采用界限卡尺規(guī)檢驗(yàn)軸的直徑。 圖7-1軸的主動測量 軸類零件在加工過程中還應(yīng)用主動測量裝置進(jìn)行主動測量。圖7-1為主動測量裝置的一種類型的簡圖。整個(gè)測量裝置在水平方向精確定位。上測量臂1能根據(jù)被測工件尺寸進(jìn)行調(diào)整。下測量臂2隨著工件尺寸的變化繞鉸鏈（一般是片簧鉸鏈）3轉(zhuǎn)動，傳感器4便反映出工件尺寸的變化。傳感器

49、的種類很多，如電容傳感器、電感傳感器以及高壓氣動量儀等,它們都能達(dá)到很高的測量精度,并且這種類型的測量裝置受工藝系統(tǒng)的受力變形、熱變形和振動的影響較小，能測量IT5級精度的軸，同時(shí)測量裝置進(jìn)出方便，易實(shí)現(xiàn)機(jī)床自動化。 7.4相互位置精度檢驗(yàn) 圖7-3軸的相互位置精度檢驗(yàn) 圖7-2支承軸頸同軸度的檢驗(yàn) 檢查相互位置精度時(shí)，一般是用兩支承軸頸作為測量基準(zhǔn)面，這樣可使測量基準(zhǔn)和裝配基準(zhǔn)以及設(shè)計(jì)基準(zhǔn)都重合，而避免因基準(zhǔn)不重合而引起的度量誤差。為了檢驗(yàn)前后支承軸頸對公共基準(zhǔn)的同軸度誤差，采用如圖7-2所示的方法，把軸的兩端頂尖孔（相當(dāng)于軸線）或兩個(gè)工藝孔錐堵頂尖孔作為定位基準(zhǔn)，在支承軸頸上方分別

50、裝千分表1和2,然后慢慢轉(zhuǎn)動軸。在轉(zhuǎn)動過程中，觀察千分表1和2的偏擺，從旋轉(zhuǎn)的一圈中分別讀出表1和2的讀數(shù)，這兩個(gè)讀數(shù)分別代表了這兩個(gè)支承軸頸相對于軸線的徑向圓跳動。徑向圓跳動綜合反映了軸的同軸度誤差和圓度誤差等，如果幾何形狀誤差很小，而可以不考慮其影響，則上述表1和表2的讀數(shù)值的一半即分別為這兩個(gè)支承軸頸相對于軸線的同軸度誤差。 軸的其它表面對支承軸頸的相互位置檢查采用下列方法:將軸的兩支承軸頸放在同一平板上的兩個(gè)V形塊上，并在軸的一端用擋鐵、鋼球和工藝堵錐擋住，限制其軸向移動，如圖7-3所示，其中一個(gè)V形塊的高度是可以調(diào)整的，測量時(shí)先用千分表1、2調(diào)整軸的中心線使其與測量平板平行。平板要

51、有一定角度的傾斜（通常為15），使工件靠自重壓向鋼球而緊密接觸。 對于本課題CA6140主軸，因?yàn)槭强招碾A梯軸，所以要在軸的前錐孔中插入驗(yàn)棒，錐孔近端面的表8用于檢查錐孔對支承軸頸的同軸度，300mm處的表9是檢查錐孔軸心線對支承軸頸軸心線的不平行度之用。測量時(shí)，均勻地轉(zhuǎn)動軸，分別以千分表3、4、5、6、7、8、9測量各軸頸及錐孔中心相對于支承軸頸的徑向跳動，千分表11、12和13分別檢查端面F、E和D的端面跳動，千分表10用于測量軸的軸向竄動。 前端錐孔的形狀和尺寸精度，應(yīng)以專用錐度量規(guī)檢驗(yàn)，并以涂色法檢查錐孔表面的接觸情況。這項(xiàng)精度應(yīng)在相互位置精度的檢查之前進(jìn)行。 8軸加工中常出現(xiàn)的

52、質(zhì)量問題及其解決辦法 8.1概述 對工件進(jìn)行精度檢驗(yàn)，不僅可以確定工件的加工質(zhì)量是否能滿足設(shè)計(jì)或使用上的要求， 而且可以發(fā)現(xiàn)影響加工質(zhì)量的關(guān)鍵所在，以便在誤差分析的基礎(chǔ)上采取有效措施以提高加工質(zhì)量。 8.2 CA6140主軸錐孔加工的質(zhì)量分析 CA6140機(jī)床主軸的錐孔對支承軸頸的徑向跳動，是機(jī)床的主要精度指標(biāo)之一，它主要和定位基準(zhǔn)面的選擇有關(guān)。 機(jī)床主軸錐孔加工中的一個(gè)突出的質(zhì)量問題是加工出的錐面接觸精度不高，因而影響工具錐柄的鎖緊和頂尖的定位精度。其原因： ⑴素線不直 一種情況是兩端成喇叭口。產(chǎn)生這種誤差的原因，主要是砂輪在孔的兩端伸出距離太長（一般不應(yīng)超過砂輪寬度的1/

53、3）。由于砂輪相對于工件作縱向進(jìn)給運(yùn)動，當(dāng)磨桿剛度差時(shí)，在Py力作用下，磨桿會彎曲變形而讓刀，此時(shí)磨出的孔徑比理論值??；但砂輪在錐孔兩端位置磨削時(shí)，由于接觸面積減?。ㄉ拜唽挾扔?/3或更多未參與磨削），砂輪軸的彈性變形有所恢復(fù)而多磨去一些，使兩端孔徑逐漸變大而形成喇叭口。此外工作臺在換向時(shí)的短暫停留，使兩端磨削時(shí)間增多，使工件內(nèi)孔兩端多磨掉一些金屬，也會形成喇叭口。 另一種情況是錐孔母線呈雙曲線形狀，產(chǎn)生這種誤差的原因是砂輪的旋轉(zhuǎn)軸線和工件旋轉(zhuǎn)軸線不等高。不等值h不論高于或低于工件軸心線都會造成雙曲線形狀誤差。H值越大，誤差也越大。在實(shí)際生產(chǎn)中夾具前后支承沒有調(diào)整到使工件軸線和砂輪軸線在等高

54、平面內(nèi)時(shí)，就會產(chǎn)生這種情況。 圖8-1雙曲線誤差 要證明這種誤差是雙曲線形狀，可參看圖8-1。我們知道，錐孔與通過其軸心線（x軸）的平面相截的交線是兩條直線（母線）。在主軸錐孔專用磨床上磨削錐孔時(shí)，工件軸線相對于砂輪軸線要偏轉(zhuǎn)一個(gè)等于工件圓錐斜角α的角度，并保持與錐孔軸線在同一水平面內(nèi)（圖中虛線所示為正確位置），設(shè)錐孔小端半徑為R1，大端半徑為R2，砂輪外圓與錐孔母線接觸點(diǎn)沿縱向進(jìn)給方向上的移動軌跡應(yīng)當(dāng)是一條直線，其方程為： y=(tgα)χ+R1=χ/K+R1 （8-1）

55、 其中 K=1/tgα 當(dāng)砂輪中心高出工件軸線h時(shí)，將使磨削深度比原來的深一些。另外，砂輪中心提高的h，雖然在整個(gè)縱向進(jìn)給行程上一直保持不變，但砂輪外圓與內(nèi)錐孔的接觸點(diǎn)并不能保持在同一水平面內(nèi)，而是隨著錐孔半徑的變化而變化。設(shè)圖中所示的M點(diǎn)為砂輪在任意縱向位置χ處與內(nèi)錐孔的瞬時(shí)接觸點(diǎn)，P和M的坐標(biāo)分別為（x、y），（X、Y），χ=X0因?yàn)镻(x、y)點(diǎn)在直線y=χ/K+R1上，而M點(diǎn)是一個(gè)切點(diǎn)，它必然位于錐孔中心O1和砂輪中心C1的連線上（O1、C1、C2、M在同一截面上），故 （O1M-C1M）2 =（O1P-O2P）2 +（C1C2）2

56、 （8-2） 由于O1M=O1M′=Y，因此式8-2可列為： （Y-ｒ）2 =（y-ｒ）2 +h2 （8-3） 式中ｒ?yàn)樯拜啺霃?。將?-1代入8-3并以X代替χ(∵X=χ)，整理后得 （Y-ｒ）2 / h2 –[X+K(R1-ｒ)] 2 / h2 K2 =1* （8-4） 這方程的圖形是以[-K（R1-ｒ），ｒ]為中心的雙曲線。

57、因此,工件錐孔的母線呈雙曲線，而不是直線。這樣磨削出的工件內(nèi)錐面將為旋轉(zhuǎn)雙曲面。所以工件安裝時(shí)，要保證工件中心與砂輪中心等高，一般偏差不大于0.01mm，根據(jù)要求，有的在0.005mm以內(nèi)。 此外，機(jī)床導(dǎo)軌的直線度也會直接影響工件錐孔母線的直線度。 ⑵圓度誤差 工件內(nèi)孔出現(xiàn)圓度誤差，主要由于作為基準(zhǔn)面的支承軸頸本身就有圓度誤差；或者是由于夾具的滑動軸承調(diào)整過松以及裝夾不正確等造成的。此外，如果工件與機(jī)床主軸不是浮動連接的話，則機(jī)床主軸軸頸的圓度誤差也將是影響因素之一。 為了提高錐孔磨削加工精度，通常在工藝上采取的措施是：提高砂輪速度，選擇小直徑砂輪（使接觸面減小以避免燒傷），將砂輪長度

58、改短并打圓角，選用60～80#粒度和ZR1或ZR2中軟硬度的砂輪等，磨削用量也要選擇合適。工件已生產(chǎn)喇叭口誤差時(shí)，可以試用多次光磨行程來消除。 為了保證錐孔質(zhì)量，對內(nèi)圓磨頭應(yīng)有較高的要求，其徑向跳動對粗糙度有影響，不應(yīng)超過0.003㎜；軸向竄動對錐孔的接觸精度破壞極大，應(yīng)限制在0.001～0.002㎜或以下；潤滑油不宜過多，以浸沒軸承1/3為限，否則主軸高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的阻尼增大，將使溫度升高，嚴(yán)重的熱變形可導(dǎo)致主軸彎曲；若采用巴氏合金滑動軸承，由于比較容易磨損，要注意油槽被磨損而影響油膜的形成，使回轉(zhuǎn)精度下降；軸承裝配間隙盡量要小，但以不引起發(fā)熱磨損為度；滾動軸承的外圈與殼體的配合常選用可K6的

59、配合以獲得輕微的壓應(yīng)力，這對保持機(jī)床精度有好處，但不宜取過盈值否則預(yù)應(yīng)力增大，在轉(zhuǎn)動時(shí)會使皮帶受力端磨頭的溫度升高。 8.3磨削表面缺陷的產(chǎn)生及防止 在精密磨削中，常發(fā)現(xiàn)加工表面有著一些缺陷，這些缺陷在一般磨削中也同樣存在，只不過為粗糙表面所掩蓋，不十分暴露罷了，隨著精度的提高和表面粗糙度的減小，在精密磨削過程中，就相對地顯得突出起來。因此，分析這些缺陷及原因，對一般磨削也有指導(dǎo)意義。這些缺陷主要是： ⑴表面波紋 圖8-2直波形 表面波紋或稱做多棱形或多角形，在外圓、內(nèi)孔、平面、螺旋面和齒面的磨削過程中都會出現(xiàn)。如圖8-2所示，磨過的工件的橫截面周邊呈近似于正弦的波形。從工件的外表看

60、去，可見一條條明暗交錯(cuò)的條紋，明處為波峰暗處為波谷。 表面波紋峰峰值是指相鄰波峰和波谷的半徑之差，其數(shù)值通過測量確定，評定時(shí)用平均峰峰值H平 。H平是指在同一橫剖面波紋曲線上五個(gè)最大峰峰值H1、H2、H3、H4、H5的算術(shù)平均值，即 H平=1/5（H1+H2+H3+H4+H5） 波頻與長波的關(guān)系如下式： ?=πdn/60ι(Hz) 式中：n——工件轉(zhuǎn)速（r/min）； d——工件名義直徑（㎜）； ι——波長（㎜）。ι=v/ ?。v為切削速度，?為刀尖相對加工表面振動的頻率。

61、 表面波紋度目前尚無評定的標(biāo)準(zhǔn)，但其波紋是表面質(zhì)量缺陷之一，嚴(yán)重時(shí)它會影響工件的精度，降低使用性能（如主軸頸出現(xiàn)表面波紋時(shí)油膜不容易形成，軸頸磨損加快，從而回轉(zhuǎn)精度）。 產(chǎn)生表面波紋的原因主要是： ①砂輪系統(tǒng)的動不平衡所引起的強(qiáng)迫振動，使工件外圓表面產(chǎn)生一種與檔輪轉(zhuǎn)速一致的低頻直波形。 ②工件-砂輪-頂尖系統(tǒng)的自激振動。當(dāng)系統(tǒng)剛性差時(shí)，振幅就增大，產(chǎn)生的波幅也大。當(dāng)縱、橫進(jìn)給量增大，工件轉(zhuǎn)速提高，檔輪變鈍，砂輪磨粒較粗，砂輪硬度與工件材料不相適應(yīng)等，都會使Py提高，導(dǎo)致工件和檔輪之間的摩磨擦力增加，而產(chǎn)生直波形。還有一種情況，工藝系統(tǒng)的自激振動也會使檔輪工作面磨損不均勻而形成直波形，

62、其波長比工件直波形波長大V砂輪/V倍（V砂輪為砂輪線速度，V為工件線速度），其波頻與工件因自激振動而產(chǎn)生的直波形波頻一致。若不及時(shí)修整這有直波形缺陷的砂輪，而用它來加工工件也會使加工的工件表面出現(xiàn)直波形。 當(dāng)砂輪系統(tǒng)的動不平衡較嚴(yán)重，而在工件-頂尖系統(tǒng)剛性較好的情況下，產(chǎn)生直波形產(chǎn)要原因是強(qiáng)迫振動；反之，自激振動則成為主要原因。因此防止直波紋形的措施，主要是消除或減小振動；其次是選用合適的磨削用量和合適的砂輪并及時(shí)修整。 ⑵螺旋形 在工作表面上，若出現(xiàn)一條很淺的螺旋線痕跡，其螺距等于工件每轉(zhuǎn)的縱向進(jìn)給量，則這個(gè)痕跡便為螺旋形缺陷。它往往和燒傷、直波形同時(shí)出現(xiàn)。形成燒作螺旋形和螺旋多角形。

63、常見的螺旋形缺陷有下列幾種類型： ①螺旋形在工作全長上連續(xù)不斷。產(chǎn)生原因： i)砂輪架（主要是軸承和V形導(dǎo)軌）的剛性差，當(dāng)受到磨削水平力作用時(shí)，砂輪主軸發(fā)生偏轉(zhuǎn)，引起邊緣接觸而產(chǎn)生螺旋線。 ii)砂輪修整時(shí)，由于工作臺換向是速度不穩(wěn)定，使得砂輪某個(gè)邊緣修整得略少，形成一凸緣；或者砂輪磨鈍后，微刃等高性破壞，局部磨粒凸出，在這種情況下磨削，都會使工件表面產(chǎn)生螺旋線。 iii)由于頭架熱變形，使前頂尖向砂輪一側(cè)偏移，也會造成類似圖所示的螺旋形缺陷。不過，出現(xiàn)這種現(xiàn)象的可能性比較小，而且操作者可以根據(jù)頭架熱變形規(guī)律調(diào)整臺面的角度來克服。 ②工件兩端有螺旋形。這是因?yàn)轭^架、尾座

64、（包括頂尖在內(nèi)）整個(gè)彈性系統(tǒng)剛性不好，在半精磨時(shí)，磨削力大，前后頂尖處的偏移量大，且偏移量隨砂輪磨削位置變化，以致工件被磨成拋物線面形狀。而在精磨時(shí)，因采用另一臺高精度磨床加工，磨削力又較小，頂尖偏移量小，因此形成如(圖8-3)的情況，即磨左端時(shí)左緣接觸；磨右緣接觸；中部是均勻接觸，所以螺旋線只在兩端出現(xiàn)。 ③工件兩端有螺旋線，但不到達(dá)端面。這也是因?yàn)榍昂箜敿鈩傂圆缓?，在Py力作用下，縱向進(jìn)給方向磨左端時(shí)左頂尖偏移，形成砂輪右緣接觸；磨右端面時(shí)右頂尖偏移，形成砂輪左緣接觸，其情況與上述正相反（圖8-4）。在砂輪寬度的三分之一超出端面，則螺旋線便不會到達(dá)端面。 ④工件表面有不規(guī)則的一兩圈或斷

65、續(xù)一兩段螺旋線。這是由于砂輪上破碎和剝落的砂粒及工件上磨下的切屑積附在砂輪表面上而造成的缺陷。 ⑤機(jī)床的工作臺有爬行現(xiàn)象。這種現(xiàn)象也會使工件表面產(chǎn)生螺旋形缺陷。 圖8-3有誤差的工件造成螺旋線 圖8-4頭架、尾座變形的影響 可見，螺旋形缺陷可從精細(xì)修整砂輪；增加機(jī)床剛度；調(diào)整磨削用量，降低Py力的作用；以及排除液壓系統(tǒng)中空氣以減小機(jī)床的爬行等方面入手來消除。 9 結(jié)論與展望 9.1 本文總結(jié) 在本文中介紹了典型軸類零件加工工藝分析、CA6140主軸加工工藝過程的制訂及技術(shù)分析、軸的精度檢驗(yàn)、軸加工中常出現(xiàn)的質(zhì)量問題及其解決辦法、CA6140主軸加工中的幾個(gè)工藝問題等特點(diǎn)。

66、在加工技術(shù)分析過程中列舉了多種加工方案，既選擇出最為適合本課題的解決方案，在關(guān)鍵技術(shù)工藝及設(shè)備選擇上透視了先進(jìn)制造工業(yè)的重要性，我們知道如果沒有強(qiáng)大而完整的現(xiàn)代化機(jī)械制造工業(yè)，就無法用現(xiàn)代的設(shè)備來武裝國民經(jīng)濟(jì)各部門。就不可能獨(dú)立迅速地發(fā)展我國社會主義現(xiàn)代化建設(shè)事業(yè)?？梢姍C(jī)械制造工業(yè)的規(guī)模和發(fā)展水平是反映國民經(jīng)濟(jì)實(shí)力和科學(xué)技術(shù)水平的重要標(biāo)志。 9.2機(jī)械制造工業(yè)的現(xiàn)狀及展望 解放以來，特別是改革開放以來，機(jī)械制造工業(yè)貫徹了“經(jīng)濟(jì)建設(shè)靠科學(xué)技術(shù)，科學(xué)技術(shù)工作面向經(jīng)濟(jì)建設(shè)”的基本方針，執(zhí)行了上質(zhì)量、上品種、上水平、提高經(jīng)濟(jì)效益即“三上一提高”的工作方針，使機(jī)械制造工業(yè)跨入了穩(wěn)步健康發(fā)展的歷史時(shí)期，取得了巨大的成績。現(xiàn)已擁有一批骨干企業(yè)，形成門類比較齊全具有相當(dāng)規(guī)模和一定技術(shù)水平，能提供具有先進(jìn)水平的大型成套技術(shù)裝備的工業(yè)體系。機(jī)械制造工業(yè)已成為我國最大的產(chǎn)業(yè)部門之一。 在機(jī)械加工方面，我國已大量使用涂層高速鋼刀具和涂層硬質(zhì)合金可轉(zhuǎn)位刀具，普遍采用了50~500m/min的切削速度，但與工業(yè)發(fā)達(dá)國家相比，差距在于涂層硬質(zhì)合金刀具的品種還不能滿足需要，超硬刀具應(yīng)用所占比例很小。我國的鏡