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1、 CA6140機床主軸數(shù)控加工工藝及夾具設計 摘 要 隨著我過國民經濟的快速發(fā)展,數(shù)控機床在國內的應用越來越普遍,數(shù)控機床作為高效率自動化裝備越來越廣大應用,數(shù)控技術是集計算機技術,自動控制技術,測試控制技術,機械知道技術為一體的綜合性高新技術,它將機械裝備的功能,可靠性,效率,質量及自動化程度等提高到一個新的水平。 數(shù)控機床的組成不見大致可以分為機械和電氣兩部分,機械部分通常稱為機床本體,它由對主軸組件的主運動系統(tǒng),進給系統(tǒng),支撐系統(tǒng)和自動換刀系統(tǒng)組成。 主軸組件由主軸,主軸軸承和安裝在主軸的傳動件,密封件等組成。 主軸組件是機床實現(xiàn)旋轉運動的執(zhí)行件,它直接帶動

2、工件或刀具參加表成形運動是機床上的一個關鍵組件。 主軸組件是機床主要部件之一,它的性能,對整機性能有很大的影響,主軸直接承受切削力,速度范圍很大,所以對主軸組件的主要性能提出很高的要求。 在數(shù)控機床中，不論是數(shù)控車床、鉆床還是銑床，其主軸是最關鍵的部件，對機床精度起著至關重要的作用。 因此如何正確地設計機床主軸及其組件對機床加工精度的影響是至關重要的。 關鍵詞：數(shù)控機床；主軸組件；加工精度 6 CA6140 spindle of ncmachining process and fixture design

3、 ABSTRACT With the national economy, I have the rapid development of CNC machine tools in China increasing application, CNC machine tools as an efficient application of the broad masses of more and more automated equipment, numerical control technology is a set of compute

4、r technology, automatic control technology, control of test Technology, machinery and technical know that a comprehensive and high-tech, machinery and equipment will function, reliability, efficiency, quality and degree of automation and so on to a new level. The composition of CNC machine tools

5、not generally be divided into two parts, machinery and electrical and mechanical parts of the body are usually referred to as machine tools, which is the main axis of the main components of the Movement system, feeding system, support system and automatic tool changing system. Spindle assembly b

6、y the spindle, the spindle bearing and spindle installed in the transmission of documents, seals, and other components. Is the main component of the campaign spin machine to achieve the implementation of pieces, which led directly to work or participate in the tool table are Movement forming mac

7、hine tools, a key component. Axis machine tool components is one of the major components, and its performance, on the whole a great performance, cutting force under the direct axis, the speed of a large area, so the main axis of the main components of the proposed high performance. In the CNC m

8、achine tools, both CNC lathes, milling or drilling, the spindle is the most critical components of precision machine tools play a crucial role. Therefore, how to properly design and components for machine tool spindle machining accuracy is essential. Key words:NC machine tool; spindle component

9、s; processing accuracy 目 錄 第一章 緒論........................................................................................................1 第二章 車床主軸的加工工藝.............................................................................2 2.1CA6140車床主軸技術要求及功用....................

10、............................................2 2.2主軸加工的要點與措施...............................................................................3 2.3CA6140車床主軸加工定位基準的選擇.........................................................4 2.4CA6140車床主軸主要加工表面加工工序安排..............................................5

11、 謝 辭...................................................................................................................7 參考文獻..................................................................................................................8

12、 插圖清單 圖1CA6140車床的主軸簡圖.....................................................................................2 圖2組合磨削...............................................................................................................5 圖3錐堵與錐套心軸........................................................

13、...........................................6 圖4磨主軸錐孔夾具...................................................................................................7 第一章 緒 論 機床主軸指的是機床上帶動工件或刀具旋轉的軸。通常由主軸、軸承和傳動件（齒輪或帶輪）等組成主軸部件。除了刨床、拉床等主運動為直線運動的機床外，大多數(shù)機床都有主軸部件。主軸部件的運動精度和

14、結構剛度是決定加工質量和切削效率的重要因素。衡量主軸部件性能的指標主要是旋轉精度、剛度和速度適應性。①旋轉精度：主軸旋轉時在影響加工精度的方向上出現(xiàn)的徑向和軸向跳動（見形位公差），主要決定于主軸和軸承的制造和裝配質量。②動、靜剛度：主要決定于主軸的彎曲剛度、軸承的剛度和阻尼。③速度適應性：允許的最高轉速和轉速范圍，主要決定于軸承的結構和潤滑，以及散熱條件。 　 20世紀40年代以前，大多數(shù)機床的主軸采用單油楔的滑動軸承。隨著滾動軸承制造技術的提高，后來出現(xiàn)了多種主軸用的高精度、高剛度滾動軸承。這種軸承供應方便，價格較低，摩擦系數(shù)小，潤滑方便，并能適應轉速和載荷變動幅度較大的工作條件，因而得

15、到廣泛的應用。但是滑動軸承具有工作平穩(wěn)和抗振性好的優(yōu)點,特別是各種多油楔的動壓軸承，在一些精加工機床如磨床上用得很多。50年代以后出現(xiàn)的液體靜壓軸承，精度高，剛度高，摩擦系數(shù)小，又有良好的抗振性和平穩(wěn)性，但需要一套復雜的供油設備，所以只用在高精度機床和重型機床上。氣體軸承高速性能好,但由于承載能力小,而且供氣設備也復雜，主要用于高速內圓磨床和少數(shù)超精密加工機床上。70年代初出現(xiàn)的電磁軸承，兼有高速性能好和承載能力較大的優(yōu)點，并能在切削過程中通過調整磁場使主軸作微量位移，以提高加工的尺寸精度，但成本較高，可用于超精密加工機床 第二章 車床主

16、軸的加工工藝 車床主軸的加工工藝 ?? 1．CA6140車床主軸技術要求及功用 圖1 CA6140車床的主軸簡圖 圖1為CA6140車床主軸零件簡圖。由零件簡圖可知，該主軸呈階梯狀，其上有安裝支承軸承、傳動件的圓柱、圓錐面，安裝滑動齒輪的花鍵，安裝卡盤及頂尖的內外圓錐面，聯(lián)接緊固螺母的螺旋面，通過棒料的深孔等。下面分別介紹主軸各主要部分的作用及技術要求： ⑴ 支承軸頸? 主軸二個支承軸頸A、B圓度公差為0.005mm，徑向跳動公差為0.005mm；而支承軸頸1∶12錐面的接觸率≥70%；表面粗糙度Ra為0.4mm；支承軸頸尺寸精度為IT5。因為主軸支承軸頸是用來安

17、裝支承軸承，是主軸部件的裝配基準面，所以它的制造精度直接影響到主軸部件的回轉精度。 ⑵ 端部錐孔? 主軸端部內錐孔（莫氏6號）對支承軸頸A、B的跳動在軸端面處公差為0.005mm，離軸端面300mm處公差為0.01 mm；錐面接觸率≥70%；表面粗糙度Ra為0.4mm；硬度要求45~50HRC。該錐孔是用來安裝頂尖或工具錐柄的，其軸心線必須與兩個支承軸頸的軸心線嚴格同軸，否則會使工件（或工具）產生同軸度誤差。 ⑶ 端部短錐和端面? 頭部短錐C和端面D對主軸二個支承軸頸A、B的徑向圓跳動公差為0.008mm；表面粗糙度Ra為0.8mm。它是安裝卡盤的定位面。為保證卡盤的定心精度，該圓錐面

18、必須與支承軸頸同軸，而端面必須與主軸的回轉中心垂直。? ⑷ 空套齒輪軸頸? 空套齒輪軸頸對支承軸頸A、B的徑向圓跳動公差為0.015 mm。由于該軸頸是與齒輪孔相配合的表面，對支承軸頸應有一定的同軸度要求，否則引起主軸傳動嚙合不良，當主軸轉速很高時，還會影響齒輪傳動平穩(wěn)性并產生噪聲。 ⑸ 螺紋 主軸上螺旋面的誤差是造成壓緊螺母端面跳動的原因之一，所以應控制螺紋的加工精度。當主軸上壓緊螺母的端面跳動過大時，會使被壓緊的滾動軸承內環(huán)的軸心線產生傾斜，從而引起主軸的徑向圓跳動。 2．主軸加工的要點與措施 主軸加工的主要問題是如何保證主軸支承軸頸的尺寸、形狀、位置精度和表面粗糙度，主軸

19、前端內、外錐面的形狀精度、表面粗糙度以及它們對支承軸頸的位置精度。 主軸支承軸頸的尺寸精度、形狀精度以及表面粗糙度要求，可以采用精密磨削方法保證。磨削前應提高精基準的精度。 保證主軸前端內、外錐面的形狀精度、表面粗糙度同樣應采用精密磨削的方法。為了保證外錐面相對支承軸頸的位置精度，以及支承軸頸之間的位置精度，通常采用組合磨削法，在一次裝夾中加工這些表面，如圖2所示。機床上有兩個獨立的砂輪架，精磨在兩個工位上進行，工位Ⅰ精磨前、后軸頸錐面，工位Ⅱ用角度成形砂輪，磨削主軸前端支承面和短錐面。 ?圖2 組合磨削 主軸錐孔相對于支承軸頸的位置精度是靠采用支承軸頸A、B作為定位基準，而讓

20、被加工主軸裝夾在磨床工作臺上加工來保證。以支承軸頸作為定位基準加工內錐面，符合基準重合原則。在精磨前端錐孔之前，應使作為定位基準的支承軸頸A、B達到一定的精度。主軸錐孔的磨削一般采用專用夾具，如圖3所示。夾具由底座1、支架2及浮動夾頭3三部分組成，兩個支架固定在底座上，作為工件定位基準面的兩段軸頸放在支架的兩個V形塊上，V形塊鑲有硬質合金，以提高耐磨性，并減少對工件軸頸的劃痕，工件的中心高應正好等于磨頭砂輪軸的中心高，否則將會使錐孔母線呈雙曲線，影響內錐孔的接觸精度。后端的浮動卡頭用錐柄裝在磨床主軸的錐孔內，工件尾端插于彈性套內，用彈簧將浮動卡頭外殼連同工件向左拉，通過鋼球壓向鑲有硬質合金的錐

21、柄端面，限制工件的軸向竄動。采用這種聯(lián)接方式，可以保證工件支承軸頸的定位精度不受內圓磨床主軸回轉誤差的影響，也可減少機床本身振動對加工質量的影響。 ? a) 錐堵?? b) 錐套心軸 圖3 錐堵與錐套心軸 主軸外圓表面的加工，應該以頂尖孔作為統(tǒng)一的定位基準。但在主軸的加工過程中，隨著通孔的加工，作為定位基準面的中心孔消失，工藝上常采用帶有中心孔的錐堵塞到主軸兩端孔中，如圖3所示，讓錐堵的頂尖孔起附加定位基準的作用。 3．CA6140車床主軸加工定位基準的選擇 主軸加工中，為了保證各主要表面的相互位置精度，選擇定位基準時，應遵循基準重合、基準統(tǒng)一和互為基準等重要原則，并能在一次裝

22、夾中盡可能加工出較多的表面。 由于主軸外圓表面的設計基準是主軸軸心線，根據(jù)基準重合的原則考慮應選擇主軸兩端的頂尖孔作為精基準面。用頂尖孔定位，還能在一次裝夾中將許多外圓表面及其端面加工出來，有利于保證加工面間的位置精度。所以主軸在粗車之前應先加工頂尖孔。 為了保證支承軸頸與主軸內錐面的同軸度要求，宜按互為基準的原則選擇基準面。如車小端1∶20錐孔和大端莫氏6號內錐孔時， 以與前支承軸頸相鄰而它們又是用同一基準加工出來的外圓柱面為定位基準面（因支承軸頸系外錐面不便裝夾）；在精車各外圓（包括兩個支承軸頸）時，以前、后錐孔內所配錐堵的頂尖孔為定位基面；在粗磨莫氏6號內錐孔時，又以兩圓柱面為定

23、位基準面；粗、精磨兩個支承軸頸的1∶12錐面時，再次用錐堵頂尖孔定位；最后精磨莫氏6號錐孔時，直接以精磨后的前支承軸頸和另一圓柱面定位。定位基準每轉換一次，都使主軸的加工精度提高一步。 4．CA6140車床主軸主要加工表面加工工序安排 CA6140車床主軸主要加工表面是?75h5、?80h5、?90g5、?105h5軸頸，兩支承軸頸及大頭錐孔。它們加工的尺寸精度在IT5~IT6之間，表面粗糙度Ra為0.4~0.8mm。 主軸加工工藝過程可劃分為三個加工階段，即粗加工階段（包括銑端面、加工頂尖孔、粗車外圓等）；半精加工階段（半精車外圓，鉆通孔，車錐面、錐孔，鉆大頭端面各孔，精車外圓等

24、）；精加工階段（包括精銑鍵槽，粗、精磨外圓、錐面、錐孔等）。 在機械加工工序中間尚需插入必要的熱處理工序，這就決定了主軸加工各主要表面總是循著以下順序的進行，即粗車→調質（預備熱處理）→半精車→精車→淬火-回火（最終熱處理）→粗磨→精磨。 綜上所述，主軸主要表面的加工順序安排如下： 外圓表面粗加工（以頂尖孔定位）→外圓表面半精加工（以頂尖孔定位）→鉆通孔（以半精加工過的外圓表面定位）→錐孔粗加工（以半精加工過的外圓表面定位，加工后配錐堵）→外圓表面精加工（以錐堵頂尖孔定位）→錐孔精加工（以精加工外圓面定位）。 當主要表面加工順序確定后，就要合理地插入非主要表面加工工序。對主軸來

25、說非主要表面指的是螺孔、鍵槽、螺紋等。這些表面加工一般不易出現(xiàn)廢品，所以盡量安排在后面工序進行，主要表面加工一旦出了廢品，非主要表面就不需加工了，這樣可以避免浪費工時。但這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過程中損傷已精加工過的主要表面。 ? 1—彈簧 2—鋼球 3—浮動夾頭 4—彈性套內 5—支架 6—底座 圖4 磨主軸錐孔夾具 對凡是需要在淬硬表面上加工的螺孔、鍵槽等，都應安排在淬火前加工。非淬硬表面上螺孔、鍵槽等一般在外圓精車之后，精磨之前進行加工。主軸螺紋，因它與主軸支承軸頸之間有一定的同軸度要求，所以螺紋安排在以非淬火-回火為最終熱處理工序之后的精加工階段

26、進行，這樣半精加工后殘余應力所引起的變形和熱處理后的變形，就不會影響螺紋的加工精度。 參考文獻 [1] 《幾何量公差與檢測》甘永立，上?？茖W技術出版社，2006 [2] 《數(shù)控機床》夏鳳芳，高等教育出版社，2002 [3]《金屬切削機床設計簡明手冊》范云漲　陳兆年，北京機械工業(yè)出版社，1993 [4]《機械制造工藝學》趙志修，北京機械工業(yè)出版社，1993 [5]《經濟型數(shù)控機床系統(tǒng)設計》張新義，北京機械工業(yè)出版社 2005 [6]《機械零件設計手冊》周開勤，高等教育出版社 2003 [7]《精密機械設計基礎》趙躍進　何獻忠主編，北京理工大學出版社 2002