CA6140主轴的加工工艺及工装夹具设计(共55页).doc
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1、精选优质文档-倾情为你奉上另配有夹具设计图纸cad.proe Qq专心-专注-专业摘 要在机械领域中，车床是应用最为广泛、使用最为频繁的一种机床，特别是车床，它的应用非常的普遍。所以它的加工精度就极其的重要，工件能否达到加工要求就取决于车床本身的精度，而决定车床加工质量的就是它的主轴。车床主轴是把旋转运动及扭矩通过主轴端部的夹具传递给工件和刀具，要求有很高的强度及回转精度。车床主轴设计为空心阶梯轴，外圆表面设有花键、垫键等功能槽及螺纹。此论文详细计算了加工余量、切削用量、尺寸公差并阐述了主轴的加工工艺过程以及生产中所涉及的重要夹具设计方法。经设计的主轴较其传统的车床主轴有更高的强度和回转精度。
2、关键词 车床，主轴，加工工艺，夹具ABSTRACTIn machinery field, the lather is the most extensively and frequently used machine. Easpecially the CA6140 lather, its application is very widespread. So its processing accuracy is very important. Whether the work piece can reach the accuracy required is decided by the lathe
3、r. While, the part deciding the processing quality of CA6140 lather is its mainshaft. The mainshaft of the CA6140 lather is to transmit the rovolve motion and the torque to the workpiece and cutting-tool through the fixture on the end of mainshaft, in which high strengh and rotating accuracy are req
4、uired.In this design, my job contains the things as below. Mainshaft is a hollow stepped shaft. There are functional slots and thread, such as spline, pad key and so on. In the paper, allowance, cutting consumption and tolerance are calculated. Also elaborates the craft processes of the mainshaft of
5、 CA6140 lather, and the design of important fixture. After being designed, compared with traditional lather, the strength and rotating accuracy are enhanced.Key words Lather，Mainshaft，Processing technic，Fixture目 录 1 零件的分析1.1 零件的作用本次设计所给定的零件是主轴零件图。其位于主轴箱部，主要作用是传递回转运动和扭矩。电动机的回转运动和扭矩是通过各级变速齿轮等传递到主轴，再通过
6、主轴传递给工件或刀具的。主轴必须具有较高的回转精度，以保证工件几何形状的正确；为机床附件和有关工艺装备提供安装基面，直接或间接地支持和导向作用；当棒料（毛坯）需从主轴中心通孔通过作贯穿送料时，主轴内孔还具有支承作用。1.2 零件的工艺分析1.2.1 主轴的主要技术要求尺寸精度和表面粗糙度：主轴的支承轴颈和安装传动齿轮的轴颈是决定机床工作精度的关键表面，其精度要求最高，一般不低于IT5级。由于主轴需要在负荷条件下作回转运动，故要求有较高的抗疲劳的能力，表面不允许有裂纹等缺陷。表面几何形状和相互位置精度：主轴支承轴颈的圆度直接影响加工工件的圆度，故要求较高，其误差不大于尺寸的。主轴轴颈对支承轴颈的
7、跳动公差，用标准检验棒检查时，在近主轴端处不大于：在离主轴端处不大于。其他定位表面对支承轴颈的同轴度、平行度或垂直度公差一般为。主轴上螺纹的精度，一般不低于二级。1.2.2 加工阶段的划分加工过程大致划分为四个阶段：顶尖孔之前是预加工阶段；打顶尖孔之后至调质的工序为粗加工阶段；调质处理后至表面淬火的工序为半精加工阶段。表面淬火后工序为精加工阶段。要求较高的支承轴颈和莫氏6号锥孔的精加工，则应在最后进行。整个主轴加工的工艺过程，是以主要表面（特别是支承轴颈）的加工为主线，穿插其它表面的加工工序组成的。这样安排的优点是：粗加工时切除大量金属产生的变形，可以在半精加工和精加工中去掉。而主要表面放在最
8、后，可不受其它表面加工的影响，并方便安排热处理工序，有利于机床的选择。1.2.3 工序顺序安排工序顺序的安排主要根据基面先行、先粗后精、先主后次的原则，并注意下列几点：主轴毛坯锻造后，一般安排正火处理。其目的是消除锻造残余应力，改善金属组织，降低硬度，改善切削加工性能。粗加工后，安排调质处理。其目的是获得均匀细致的索氏体组织，提高零件的综合力学性能，以便在表面淬火时得到均匀致密的硬度层，并使硬化层的硬度由表面向中心逐渐降低。同时索氏体的金属结构经加工后，表面粗糙度较小。最后，还需对有相对运动的轴颈表面和经常与夹具接触的锥面进行淬火或氮处理，以提高其耐磨性。一般高频淬火安排在粗磨之前，氮化安排在
9、粗磨之后，精磨之前。外圆表面的加工顺序先加工大直径外圆，以免一开始就降低工件刚度。深孔加工应安排在调质以后进行，因为调质处理变形大，深孔产生弯曲变形，不仅影响棒料通过，还会造成主轴高速转动的不平衡。深孔加工应安排在外圆粗车或半精车之后，以便有一个较精确的轴颈作定位基面，保证孔与外圆同轴度时主轴壁厚均匀。如果仅从定位基准考虑，希望始终用顶尖孔定位，避免使用锥堵，深孔加工安排在最后为好。但是深孔加工是粗加工，发热量大，会破坏外圆加工的精度，而且钻偏时，要有余量纠正。所以，深孔加工只能在半精加工阶段进行。次要表面的加工安排主轴上的花键、键槽等次要表面，一般都放在外圆精车时，由于断续切削而产生振动，既
10、影响加工质量，又容易损坏刀具；同时也难以控制键槽的尺寸要求。但是，它们的加工也不宜放在主要表面精磨之后进行，以免铣花键产生的变形影响主要表面精度。主轴上的螺纹均有较高的要求，如安排在淬火前加工，淬火后产生的变形，会影响螺纹和支承轴颈的同轴度。因此，车螺纹宜放在主轴局部淬火之后进行。2 工艺规程的设计2.1 毛坯的制造形式零件材料为45钢。主轴在机床运行中要起到传递功率的作用，则其在工作过程中，经常受到扭矩作用，由于零件年生产量为1000件，已达到大批量生产的水平，而且零件的轮廓尺寸不太大。故可采用模锻成型，且为胎模锻。它的毛坯精度较高，加工余量较小，对提高生产率，保证加工质量也是有利的。2.2
11、 基准的选择1、粗基准的选择为取得两中心孔作为精加工的定位基准，所以机械加工的第一道工序是铣两端面中心孔。为此可选择前、后支承轴颈（或其近处的外圆表面）作为粗基准。这样，当反过来再用中心孔定位，加工支承轴颈时，可以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误差，考虑工艺基准与设计基准和各工序定位基准的统一，以及尽可能在一次装夹中加工较多的工件表面，所以在主轴精加工的全部工序中（二端锥孔面本身加工时除外）均采用二中心孔作为定位基准。在主轴中心孔通孔钻出以后，原中心孔消失，需要采用锥堵，借以重新建立定位精度（二端中心孔）。中心孔在使用过程中的磨损会
12、影响定位精度，故必须经常注意保护并及时修整。特别是在关键的精加工工序之前，为了保证和提高定位精度，均需重新修整中心孔。使用锥堵时应注意：当锥堵装入中心孔后，在使用过程中，不能随意拆卸和更换，都会引起基准的位置变动，从而造成误差。3、基准的转换由于主轴的主要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。以轴颈为粗基准加工中心孔；以中心孔为基准，粗车支承轴颈等外圆各部；以支承轴颈为基准，加工大端锥孔；以中心孔（锥堵）为基准，加工支承轴颈等外圆各部；以支承轴颈为基准，粗磨大端锥孔；以中心孔为（重配锥堵）为基准，加工支承轴颈等外圆各部
13、；以大端支承轴颈和外圆表面为基准，精磨大端锥孔。特别是最后精磨主轴锥孔时，由于定位基准选择恰当，起到了互为基准和基准重合双重效果，从而保证了很高的主轴跳动精度。2.3 主要加工表面工序安排要达到高精度的要求，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进行的，即粗车调质半精车精车淬火粗磨精磨。车床主轴主要表面的加工顺序有如下几种方案：1、通孔（以毛坯外圆定位，加工后配锥堵）外圆表面粗加工（以锥堵顶尖孔定位）锥孔粗加工（以半精加工后外圆定位，加工后配锥堵）外圆精加工（以锥堵顶尖孔定位）锥孔精加工（以精加工后的外圆定位）。2、圆表面粗加工（以顶尖孔定位）
14、外圆表面半精加工（以顶尖孔定位）钻通孔（以半精加工后外圆定位，加工后配锥堵）外圆表面精加工（以锥堵顶尖孔定位）锥孔粗加工（以精加工后外圆表面定位）锥孔精加工（以精加工后外圆表面定位）。3、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（以半精加工后外圆表面定位）锥孔粗加工（以精加工后外圆表面定位）锥孔精加工（以精加工后外圆表面定位，加工后配锥堵）外圆表面精加工（以锥堵顶尖孔定位）。4、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（以半精加工后外圆表面定位）锥孔粗加工（以精加工后外圆表面定位，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
15、（以精加工外圆表面定位）。上述四种加工方案各有优缺点，现简要分析如下：方案1：钻通孔放在外圆表面粗加工之前，则需在钻通孔后增加配锥堵的工作；另外，粗加工外圆表面时，加工余量大，切削力、夹紧力也相应较大，所以用锥堵顶尖孔定位不如用实心轴顶尖孔定位稳定可靠。故此方案对毛坯是实心轴的情况则不适宜，对于实心轴在成批生产情况下是可行的。方案2：锥孔粗加工在外圆表面精加工之后，锥孔粗加工时以精加工外圆表面定位，会破坏外圆表面的精度，故此方案不可行。方案3：锥孔精加工放在外圆精加工前，锥孔精加工时以半精加工的外圆表面定位，这会影响锥孔加工精度（内孔磨削条件比外圆磨削条件差）；另外精加工外圆时以锥堵顶尖孔定位
16、，有可能破坏锥孔精度，同时锥堵的加工误差还会使外圆表面和内锥表面产生较大的同轴误差，故此方案也不行。方案4：锥孔精加工放在外圆精加工之后，锥孔精加工时以精加工过的外圆定位，锥孔精加工工序的加工余量小，磨削力不大，故不会破坏外圆表面的精度。此外，以外圆表面定位，定位稳定可靠，相比之下此方案最佳。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。这些表面的加工一般不易出现废品，所以尽量安排在后边进行，主要表面加工一旦出了废品，非主要表面就不需要加工了，这样可以避免工时的浪费。但是也不能放在最后，以防在加工非主要表面过程中损害已精加工过程的主要
17、表面。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完毕，否则表面淬硬后就不易加工。在非淬硬表面上的螺孔、键槽等一般在外圆精车之后精磨之前进行。如果在精车之前就加工出这些表面，精车就将在断续表面上进行，容易产生震动，影响表面质量，还容易损坏车刀，加工精度也难以保证。至于主轴螺纹，因它与主轴支承轴颈之间有一定的同轴度要求，所以螺纹应安排在最终热处理之后的精加工阶段进行，这样半精加工后残余应力重新分布所引起变形和热处理后的变形，就不会影响螺纹的加工精度了。2.4 制定工艺路线由于生产类型为大批生产，故在使零件的几何性状、尺寸精度、几何位置精度等技术要求得到合理的保证的前提下，应采用
18、专用的夹具，并应尽量使工序集中起来提高生产率。除此之外，还应考虑经济效果，提高经济效益。表2-1 CA6140主轴大批量生产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：模锻件阶段划分序号工序名称工序内容定位基准加工设备粗加工1模锻模锻机2热处理正火3铣端面钻中心孔毛坯外圆卧式车床4车粗车各外圆面顶尖孔卧式车床5热处理调质220-240HBW半精加工6车车大端各部顶尖孔卧式车床7车仿形车小端各部顶尖孔仿形车床8钻钻中心通孔深孔两端支撑轴颈深孔钻床9车车小端内锥孔两端支撑轴颈卧式车床10车车大端内锥孔、外短锥及端面前支撑轴颈和75外圆卧式车床11钻钻大端端面各孔100及80外圆摇臂
19、钻床12钻钻4孔前支撑轴颈和E端面、75外圆摇臂钻床13热处理高频淬火90外圆，莫氏6号锥孔及短锥精加工14车精车外圆各段并切槽堵锥顶尖孔数控车床15磨粗磨外圆及两处1:12锥面堵锥顶尖孔外圆磨床16磨粗磨莫氏6号锥孔前支撑轴颈和80外圆锥孔磨床17铣铣键槽F面、77.5外圆及90外圆铣床18铣粗、精铣花键堵锥顶尖孔半自动花键轴铣床19车车大端内侧面及三段螺纹锥堵顶尖孔卧式车床20磨组合磨两处1:12锥面、短锥面及D端面锥堵顶尖孔外圆磨床21磨精磨莫氏6号锥孔前支撑轴颈及80外圆锥孔磨床22钳工4个23钻孔处锐边倒角23检查按图纸要求全部检查2.5 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定2.5
20、.1 毛坯的制造分析主轴零件材料为钢，硬度为。生产类型为大批生产，使用胎膜锻毛坯，毛坯重量约为。由机械加工工艺手册表查得：直径为的余量及偏差为。直径为的余量及偏差为。直径为的余量及偏差为。对主轴的零件进行分析：相差。相差。相差。由于要考虑到胎膜锻加工的特征，故由上分析可得将对坯模进行二次拔长，且第一次拔长是以的毛坯尺寸为拔长对象，第二次拔长是以的毛坯尺寸，毛坯原坯模为，体积为约为立方米。2.5.2 确定各加工表面的加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸、小端端面的加工余量总余量，由附表、车大端外圆的加工余量总余量，由附表、外圆总余量，半精车余量，工序尺寸，粗车，毛坯尺寸、外圆总余量，半精车余量，工序尺寸
21、，粗车，毛坯尺寸、外圆总余量，粗车，毛坯尺寸、外圆锥面总余量，磨削余量，工序尺寸，半精车余量，工序尺寸，粗车，毛坯尺寸、外圆总余量，半精车余量，工序尺寸，粗车，毛坯尺寸、外圆总余量，磨削余量，工序尺寸，半精车余量，工序尺寸，粗车，毛坯尺寸、外圆总余量，磨削余量，工序尺寸，半精车余量，工序尺寸，粗车，毛坯尺寸、外圆总余量，磨削余量，工序尺寸，半精车余量，工序尺寸，粗车，毛坯尺寸、外圆总余量，半精车余量，工序尺寸，粗车，毛坯尺寸、外圆总余量，精车余量，工序尺寸，半精车余量，工序尺寸，粗车，毛坯尺寸、外圆总余量，精车余量，工序尺寸，半精车余量，工序尺寸，粗车，毛坯尺寸、外圆锥面总余量，磨削余量，工序
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