车床主轴加工工艺

轴类零件的加工《车床主轴机械加工工艺》课件车床主轴的功用和结构特点及设计要求轴类零件的加工《车床主轴机械加工工艺》课件轴类零件的加工《车床主轴机械加工工艺》课件车床主轴的结构特点•既是阶梯轴，又是空心轴；是长径比小于12的刚性轴•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•主要加工表面有内外圆柱面、圆锥面，次要表面有螺纹、花键、沟槽、端面结合孔等•机械加工工艺主要是车削、磨削，其次是铣削和钻削轴类零件的加工《车床主轴机械加工工艺》课件特别值得注意的工艺问题有：1)定位基准的选择；2)加工顺序的安排；3)深孔加工；4)热处理变形。车床主轴的功用•承受扭转力矩；•承受弯曲力矩；•保证回转运动精度。轴类零件的加工《车床主轴机械加工工艺》课件车床主轴的设计要求•扭转和弯曲刚度高；•回转精度高（径向圆跳动、端面圆跳动、回转轴线稳定）；•制造精度高：1)结构尺寸及动态特性要好；2)主轴本身及其轴承精度高；3)轴承的结构和润滑；4)齿轮的布置；5)固定件的平衡等。轴类零件的加工《车床主轴机械加工工艺》课件主轴结构的设计要求：•1)合理的结构设计；•2)足够的刚度；•3)有具有一定的尺寸、形状、位置精度和表面质量；•4)足够的耐磨性、抗振性及尺寸稳定性•5)足够的抗疲劳强度轴类零件的加工《车床主轴机械加工工艺》课件3．车床主轴技术条件的分析主轴支承轴颈的技术要求•支承轴颈是主轴的装配基准，其精度直接影响主轴的回转精度；主轴上各重要表面又以支承轴颈为设计基准，有严格的位置要求；•支承轴颈为三支承结构，并且跨度大；轴类零件的加工《车床主轴机械加工工艺》课件•支承轴颈采用锥面(1：12)结构，接触率≥70%，可用来调整轴承间隙；•中间支承为IT5~IT6，粗糙度；•支承轴颈圆度误差为0.005mm，径向跳动为0.005mm；•其他外圆的圆度要求，误差小于50%尺寸公差，高精度者为5~10%；•轴颈与有关表面的同轴度误差应很小。mRa63.0轴类零件的加工《车床主轴机械加工工艺》课件主轴工作表面（锥孔）的技术要求•用来安装顶尖或刀具锥柄的；是定心表面；•对锥面的尺寸精度、形状精度、粗糙度、接触精度都要求高；•轴心线应与支承轴颈同轴；•锥孔对轴颈的径向圆跳动近轴端为0.005，离轴端300处为0.01，锥面接触率≥70%，粗糙度Ra≤0.63μm，硬度为HRC48~50。轴类零件的加工《车床主轴机械加工工艺》课件主轴轴端外锥（短锥）的技术要求•用来安装卡盘或花盘的；也是定心表面；•对锥面的尺寸精度、形状精度、粗糙度、接触精度都要求高；•轴心线应与支承轴颈同轴；•对支承轴颈的径向圆跳动为0.008；端面圆跳动为0.008；•粗糙度Ra≤12.5μm，硬度为HRC45~50。轴类零件的加工《车床主轴机械加工工艺》课件空套齿轮轴颈的技术要求•影响传动的平稳性；可能导致噪声；•有同轴度要求，对支承轴颈的径向圆跳动为0.01~0.015；•尺寸精度要求为IT5~IT6；轴类零件的加工《车床主轴机械加工工艺》课件螺纹的技术要求•用来固定零件或调整轴承间隙；•螺母的端面圆跳动（应≤0.05）会影响轴承的内环轴线倾斜；•螺母与轴颈的同轴度误差≤0.025；•螺纹精度为6h。轴类零件的加工《车床主轴机械加工工艺》课件主轴各表面的表面层要求•要有较高的耐磨性；•要有适当的硬度（HRC45以上），以改善其装配工艺性和装配精度；•表面粗糙度。mRa2.0~8.0轴类零件的加工《车床主轴机械加工工艺》课件轴类零件的加工《车床主轴机械加工工艺》课件4.主轴的机械加工工艺过程主轴加工工艺过程制订的依据•主轴的结构；技术要求；生产批量；设备条件。主轴加工工艺过程•批量：大批；材料：45钢；毛坯：模锻件轴类零件的加工《车床主轴机械加工工艺》课件工艺过程：分为三个阶段：•粗加工：工序1~6•半精加工：工序7~13（7为预备）•精加工：工序14~26（14为预备）轴类零件的加工《车床主轴机械加工工艺》课件轴类零件的加工《车床主轴机械加工工艺》课件轴类零件的加工《车床主轴机械加工工艺》课件轴类零件的加工《车床主轴机械加工工艺》课件轴类零件的加工《车床主轴机械加工工艺》课件轴类零件的加工《车床主轴机械加工工艺》课件轴类零件的加工《车床主轴机械加工工艺》课件轴类零件的加工《车床主轴机械加工工艺》课件轴类零件的加工《车床主轴机械加工工艺》课件轴类零件的加工《车床主轴机械加工工艺》课件5.主轴加工工艺过程分析主轴毛坯的制造方法•自由锻件：小批量或单件生产；•模锻件：大批量生产。Moretolearn轴类零件的加工《车床主轴机械加工工艺》课件主轴的材料和热处理热处理工序的安排•毛坯热处理：去锻造应力，细化晶粒；•切削前正火（预备热处理）：改善切削加工性能和机械-物理性能；去锻造应力；•半精加工前调质：去应力，改善切削加工性能，提高综合机械性能；•精加工前局部高频淬火：提高运动表面耐磨性；•精加工后的定性处理：低温时效和水冷处理。轴类零件的加工《车床主轴机械加工工艺》课件加工阶段的划分如前所述，分为三个阶段。•鉴于主轴的技术要求高，毛坯为模锻件，加工余量大，精度高，故应分阶段加工；•分粗、精加工阶段有利于去应力并可加入热处理；•多次切削有利于消除复映误差；•粗、精加工二阶段应间隔一定时间；•粗、精加工二阶段应分粗、精加工机床进行，合理利用设备，保护机床。轴类零件的加工《车床主轴机械加工工艺》课件定位基准的选择•应使定位基准与装配基准重合；•一次安装应多加工几个面；•注意零件的主要精度指标：同轴度、圆度、径向跳动；•主轴的定位过程较复杂：有顶尖、锥堵、支承表面等作为定位基准。轴类零件的加工《车床主轴机械加工工艺》课件加工顺序的安排和工序的确定三种方案•1)粗加工外圆→钻深孔→精加工外圆→粗加工锥孔→精加工锥孔•2)粗加工外圆→钻深孔→粗加工锥孔→精加工锥孔→精加工外圆•3)粗加工外圆→钻深孔→精加工外圆→精加工外圆→精加工锥孔轴类零件的加工《车床主轴机械加工工艺》课件•工序确定的两个原则1)工序中所用的基准应在该工序前加工；2)各表面要粗、精基准分开，先粗后精，多次加工，逐步提高精度。•淬硬表面的键槽、螺纹等应在淬火前加工；•非淬硬表面的键槽、螺纹等应在精车后、精磨前加工；•检验工序应安排在适当工序之后，必要还应探伤。轴类零件的加工《车床主轴机械加工工艺》课件6.主轴加工中的几个工艺问题锥堵和锥堵心轴的使用•锥堵和锥堵心轴的功用：空心轴加工通孔后，定位基准——顶尖孔被破坏。通孔直径小时，可直接在孔口倒出一60°锥面，代替中心孔；当通孔直径较大时，则要采用锥堵或锥堵心轴。Moretolearn轴类零件的加工《车床主轴机械加工工艺》课件•设计锥堵和锥堵心轴时应注意的问题1)一般不中途更换或拆装，以免增加安装误差2)锥堵和锥堵心轴要求两个锥面同轴轴类零件的加工《车床主轴机械加工工艺》课件轴类零件的加工《车床主轴机械加工工艺》课件顶尖孔的研磨研磨的必要性•1)顶尖孔是定位基准，对精度和质量有直接影响•2)顶尖孔的深度：影响定位轴向位置，因而影响余量分布(批量生产时)•3)两顶尖孔同轴度：影响同轴度、影响位置精度轴类零件的加工《车床主轴机械加工工艺》课件•4)顶尖孔锥角和圆度误差：直接反映到工件的圆度上•5)热处理、切削力、重力等的影响，会损坏顶尖孔的精度•6)热处理后和磨削加工前，需要消除误差轴类零件的加工《车床主轴机械加工工艺》课件研磨方法•1)用铸铁顶尖研磨；•2)用油石或橡胶砂轮夹在车床的卡盘上，用金刚钻研磨；•3)用硬质合金顶尖刮研。轴类零件的加工《车床主轴机械加工工艺》课件轴类零件的加工《车床主轴机械加工工艺》课件外圆表面的车削加工车削加工的工艺作用•1)粗加工：切除大部分余量；•2)半精加工：修整预备热处理后的变形；•3)精加工：使磨削前各表面具有一定的同轴度和合理的磨削余量；精加工螺纹及各端面等。轴类零件的加工《车床主轴机械加工工艺》课件车削加工值得考虑的问题•1)生产效率；•2)工序精度（复映误差）；•3)劳动强度。车削加工的设备•1)单件、小批：普通车床•2)成批生产：液压仿形车床•3)大批量生产：液压仿形、多刀半自动车床轴类零件的加工《车床主轴机械加工工艺》课件主轴深孔的加工深孔加工的难点•1)刀具细长，刚性差，易振动，易引偏；•2)排屑困难；•3)钻头散热条件差，冷却困难，易失去切削能力。Moretolearn轴类零件的加工《车床主轴机械加工工艺》课件采取措施•1)采用工件旋转、刀具进给的加工方法，使钻头自定中心；•2)采用特殊结构的深孔钻；•3)预先加工一导向孔，防止引偏；•4)采用压力输送切削润滑液，既使冷却充分，又使切屑排出。轴类零件的加工《车床主轴机械加工工艺》课件主轴锥孔的加工主轴锥孔的作用及要求•1)主轴锥孔是安装顶尖的定位面；•2)主轴支承轴颈及主轴前端短锥的同轴度要求较高。Moretolearn轴类零件的加工《车床主轴机械加工工艺》课件磨削主轴锥孔一般以支承轴颈作为定位基准，有三种安装方式：•1)前支承装于中心架，后支承用卡盘装夹•2)前、后支承装于两个中心架，用万向节与主轴相联；•3)采用专用夹具。轴类零件的加工《车床主轴机械加工工艺》课件轴类零件的加工《车床主轴机械加工工艺》课件剖分轴承、V型夹具、浮动卡头等，使磨头误差及机床振动不影响工件。•该夹具由底座、支承架及浮动卡头三部分组成；前、后两支架与底座连成一体；•作为工件定位的V形架镶有硬质合金，以提高耐磨性；•工件的中心高应与磨头砂轮轴中心等高；•后端的浮动卡头装在磨床主轴的锥孔内；Moretolearn轴类零件的加工《车床主轴机械加工工艺》课件•工件尾部插入弹性套内；•通过弹簧将弹性套（浮动卡头外壳）连同工件向后拉；•钢球1压向镶有硬质合金的锥柄3端面，依靠弹簧2的涨力限制工件的轴向窜动；•该联接方式只传递扭矩，排除磨头和机床误差对加工精度的干扰。轴类零件的加工《车床主轴机械加工工艺》课件主轴各外圆表面的精加工和光整加工主轴的精加工•1)主要采用磨削加工；•2)应在热处理之后进行，纠正热处理后的变形；•3)磨削加工能达到的精度为IT6，表面粗糙度为。mRa2.0~8.0轴类零件的加工《车床主轴机械加工工艺》课件光整加工的作用及特点•1)用于精密主轴上尺寸公差等级为IT5以上或表面粗糙度的加工表面；•2)采用很小的切削用量和单位切削力，变形小；•3)对上道工序要求高，一般要求，表面无较深的加工痕迹；•4)采用浮动的加工方法（自定心）；•5)加工余量很小，一般不超过0.02mm。轴类零件的加工《车床主轴机械加工工艺》课件轴类零件的检验检验项目•1)表面粗糙度；•2)表面硬度；•3)尺寸精度；•4)相互位置精度；•5)表面几何形状精度。检验顺序•几何精度→尺寸精度→位置精度轴类零件的加工《车床主轴机械加工工艺》课件检验方法•1)硬度：硬度计•2)表面粗糙度：触针式表面粗糙度轮廓仪或样板比较法•3)锥孔：着色法•4)尺寸精度：常规检验仪器（万能量具）•5)位置精度：专用检验装置。轴类零件的加工《车床主轴机械加工工艺》课件轴类零件的加工《车床主轴机械加工工艺》课件误差复映现象是在机械加工中普遍存在的一种现象,它是由于加工时毛坯的尺寸和形位误差、装卡的偏心等原因导致了工件加工余量变化,而工件的材质也会不均匀,故引起切削力变化而使工艺系统变形量发生改变产生的加工误差。例如：在车削有圆度误差的毛坯时，工件每转一转，背吃刀量会发生变化。毛坯椭圆长轴方向处为最大背吃刀量ap1，短轴处为最小背吃刀量ap2。假设毛坯材料的硬度是均匀的，则ap1处的切削力Fp1最大，相应的变形y1也最大；ap2处的切削力Fp2最小，相应的变形y2也最小。由此看见，车削圆度误差Δm=ap1－ap2的毛坯时，由于工艺系统受力变形而使工件产生相应的圆度误差Δg=y1－y2。这种现象就叫“误差复映”。轴类零件的加工《车床主轴机械加工工艺》课件轴类零件的加工《车床主轴机械加工工