ca6140車床主軸機械加工工藝的設(shè)計(編輯修改稿)

　

【文章內(nèi)容簡介】 自由鍛，在大批大量生產(chǎn)時則采用模鍛。 設(shè)定 ： CA6140 主軸零件材料 38CrMoAl 號 鋼。生產(chǎn)類型為成批生產(chǎn)，采用自由鍛，設(shè)備上使用胎膜鍛毛坯。 主軸最大直徑為φ 195mm，外錐底面直徑為φ 。其次是階梯端的最大分段尺寸φ 115mm 和φ 90mm，總長 870mm。考慮到胎膜鍛加工的特性，故由上分析可對胚模進行二次拔長，且第一次以φ 115mm 的毛 胚尺寸拔長為φ 120mm 尺寸，再次以φ90mm 拔長，拔長后的尺寸為φ 95mm。 毛坯的材料和熱處理 CA6140 車床主軸是傳遞動力的零件，它應有良好的機械強度和剛度，而其工作表面又應有良好的耐磨性，因此要選用適當?shù)匿摬模粸榱耸辜庸ず笥辛己玫某叽缇确€(wěn)定性，因而又要求有合適的熱處理過程。 38CrMoAl，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，可以使局部硬度達到 HRC62～ 65，在經(jīng)過適當?shù)幕鼗鹛幚恚梢越档叫枰挠捕龋ɡ绫菊n題 CA6140 主軸規(guī)定為 HRC52）。一般機床 的主軸均可用 38CrMoAl，因為它的機械性能（強度、韌性和局部表面硬度等）能滿足設(shè)計的要求。然而 38CrMoAl的淬透性比較差（與合金鋼比較而言），需要比較強的淬火劑，淬火后的變形比較大。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)，一般各種毛坯在機械加工之前，均需進行正火（或退火）處理，以使鋼材的晶粒細化（或球化），消除鍛造（或軋制）后的內(nèi)應力，并可降低毛坯的硬度，以利切削的進行。本課題 CA6140 主軸用的 38CrMoAl 便規(guī)定在精鍛后進行正火處理。 [鍵入文字 ] 南 京 農(nóng) 業(yè) 大 學 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）。當毛坯余量較大時（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)應力得以在調(diào)質(zhì)時消除：毛坯余量較小時（如棒料），調(diào)質(zhì)可放在粗車（相當于鍛件的半精車）之前進行。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，這是因為局部淬火的變形雖然不大，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效處理（ 160℃油中浸較長時間），低溫時效不降低已獲得的精度和機械性能，但能消除磨削加工中所引起的內(nèi)應力以及淬火過程中所產(chǎn)生的應力和殘余奧氏體，從而使主軸的金相組織和應力狀態(tài)保持穩(wěn)定（由于奧氏體在使用過程中會逐步轉(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 38CrMoAl 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，并且免去了低溫時效的工序。 定位基準的選擇 為獲得兩中心孔作為后續(xù)精加工的定位基準，所以機械加工的第一道工序銑兩端面中心孔 ，可選擇 AB 兩支承 軸頸作為粗基準。因此，當以中心孔定位，加工支撐軸頸時，可以獲得均勻的加工余量，有利于保證這兩個高精度軸頸的加工精度。 精基準的選擇 為了避免基準不重合造成的誤差，同時也考慮到基準統(tǒng)一原則，以及盡可能在一次裝夾中加工較多的工作表面 ，所以在主軸加工中除錐孔面以外的所有精加工均以兩中心孔為定位基準。由于工序 07 使中心孔消失，所以需要配以錐堵，以重新建立定位精度。 基準的轉(zhuǎn)換 [鍵入文字 ] 南 京 農(nóng) 業(yè) 大 學 由于支承軸頸和大端錐孔的位置精度要求很高，所以在加工過程中要采用互換基準的原則，在基準相互轉(zhuǎn)換的過程中，精度逐步得到提高。 1）、以 Φ 75h5 和 Φ 90g5 為粗基準加工中心孔； 2）、以中心孔為基準，粗車支承軸頸等外圓各部； 3）、以支 Φ 75h5 和 Φ 90g5 為基準，加工大端錐孔； 4）、以中心孔（配 1:20 的錐堵）為基準，加工支承軸頸等外圓各部； 5）、以 Φ 75h5 和 Φ 90g5 為基準，粗磨大端錐孔； 6）、以中心孔為（重配錐堵）為基準，加工支承軸頸等外圓各部； 7）、以 Φ 75h5 和 Φ 90g5 外圓表面為基準，粗磨打斷錐孔。 加工階段的劃分 由于主軸的精度要求高，并且在加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力，為了消除前一道工序的加工誤差和應力，需要進行另一次新加工，不過這一次加工所帶來的誤差和應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)形狀誤差（如圓柱度誤差）及大的加工應力。故粗加工之后要進行半精加工（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，也還需要進行一些精加工，以提高精度，何況為了改善主軸的機械性能（如增加表面硬度），往往在半精加工（半精車 或精車）之后進行淬火處理，因而又需進一步進行一系列的精加工（如磨削等）。后一次加工所帶來的切削力和熱量，均比前一次為小（因其余量逐漸減小），因而出現(xiàn)的誤差和應力亦隨之減小，這就是進行多次加工能提高精度的原因。 [鍵入文字 ] 南 京 農(nóng) 業(yè) 大 學 因此，粗、精加工不能同一次安裝中完成，而應當把粗、精加工分別為兩個工序或者在不同的機床上進行，最好粗、精加工間隔一些時間（一天或幾天），讓上道工序加工的內(nèi)應力逐漸消失（自然時效）。 加工順序的安排和工序的確定 具有空心和內(nèi)錐特點的軸類零件，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，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，由于要用已精工過外圓表面作精基準面，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：在精加工外圓表面時，還要再插上錐堵，這樣會破壞錐孔精度。另外，在加工錐孔時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，雖然也要用已精加工過的外圓表面作為精基準面，但由于錐面精加工的加工余量已很小，磨削力不大；同時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，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工順序，在很大程度上與定位基準的轉(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備定位基準；半精車外圓又為深孔、加工準備了定位基準；半精車外圓也為前后的錐孔加工貯備了定位基準。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備了定位基準；而最后磨錐孔的定位基準則又是上工序磨好的軸頸表面。 [鍵入文字 ] 南 京 農(nóng) 業(yè) 大 學 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，在最后加工時應在 一次安裝中磨出這些表面。 檢驗工序是保證質(zhì)量，防止廢品的重要措施。檢驗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工時較多的工序前后，總檢驗則放在最后。 加工余量的確定 φ 70h6 外圓面 工序名稱 加工余量 經(jīng)濟精度 基本尺寸 標準尺寸 半精車 h6 Φ 70. Φ 70 h6 粗車 h11 Φ 72 Φ 72h11 毛胚 +