毕业设计（论文）-CA6140主轴工艺与夹具设计（含全套CAD图纸）

黑龙江工程学院本科生毕业设计 I 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 CA6140 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 CA6140 车床加工质量的就是它的 主轴。CA6140 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。 我在本设计中将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。本文设计详细计算了加工余量、切削用量、尺寸公差并阐述了 CA6140 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 CA6140 主轴较 其传统的车床主轴有更高的强度和回转精度。 全套完整版全套完整版 CAD 图纸，联系图纸，联系 153893706 关键词: 车床；主轴；旋转运动；公差；夹具 黑龙江工程学院本科生毕业设计 ABSTRACT In 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 lather. 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 required . 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 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; Rotating Movement; Tolerance; Fixture 黑龙江工程学院本科生毕业设计 目 录 摘要I AbstractII 第 1 章 绪论.1 1.1 概述1 1.2 车床的发展史.1 1.3 本课题研究的内容和设计思想.1 第 2 章 零件的分析4 2.1 零件的作用.4 2.1.1 支承轴颈 .4 2.1.2 头部锥孔.4 2.1.3 头部短锥.4 2.1.4 装配轴颈.4 2.1.5 轴向锁紧.5 2.2 零件的工艺分析.5 2.2.1 加工阶段的划分.5 2.1.3 工序顺序安排.5 2.1.4 主轴锥孔的磨削.6 2.3 本章小结5 第 3 章 工艺规程的设计.7 3.1 主轴的材料、毛坯与热处理.7 3.1.1 主轴的毛坯.7 3.1.2 主轴的材料和热处理.7 3.2 主轴加工工艺过程.8 3.2.1 主轴加工的主要问题和工艺过程设计所应采取的相应措施.8 3.2.2 主轴加工定位基准的选择.9 3.2.3 主轴主要加工表面加工工序的安排.9 3.2.4 各工序工步的排序.11 3.3 本章小结11 黑龙江工程学院本科生毕业设计 第 4 章 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定.12 4.1 各工序工步的加工余量的计算.12 4.2 各工序工步的切削用量的计算.19 4.3 本章小结.49 第 5 章 专用夹具的设计.50 5.1 钻床夹具的设计50 5.2 磨床夹具的设计50 5.3 本章小结51 结论.52 参考文献53 致谢.54 黑龙江工程学院本科生毕业设计 1 第 1 章 绪 论 1.1 概述 精密机床的关键部件是进给系统和主轴系统，不同类型的机床主轴，对所选用 轴承的精度要求既有相同点，也有不同之处。数控机床和轴承磨床可以归于精密机 床一类。 现代精密机床和传统机床的结构，从原理上来说，没有太大的变化，主要还是 区别于导轨加工技术的改进和主轴系统精度的提高。 1.2 车床的发展史 车床的发展大致可区分成四个阶段，雏型期，基本架构期、独立动力期与数值 控制期，底下将针对其发展的过程加以介绍。 车床的诞生不是发明出来的，而是逐渐演进而成，早在四千年前就记载有人利 用简单的拉弓原理完成钻孔 的工作，这是有记录最早的工具机，即使到目前仍可发 现以人力做为驱动力的手工钻床，之后车床衍生而出，并被用于木材的车削与钻孔， 英文中车床的名称 Lathe(Lath 是木板的意思 ) 就是由此而来，经过数百年的演进， 车床的进展很慢，木质的床身，速度慢且扭力低，除了用在木工外，并不适合做金 属切削，直到工业革命前。这段期间可称为车床的雏型期。 18 世纪开始的工业革命，象征着以工匠主导的农业社会结束，取而代之的是强 调大量生产的工业社会，由于各种金属制品被大量使用，为了满足金属另件的加工， 车床成了关键性设备，18 世纪初车床的床身已是金属制，结构强度变大更适合做金 属切削，但因结构简单，只能做车削与螺旋方面的加工，到了 19 世纪才有完全以铁 制零件组合完成的车床，再加上诸如螺杆等传动机构的导入，一部具有基本功能的 车床总算开发出来。但因动力只能靠人力、兽力或水力带动，仍无法满足需求，只 能算是刚完成基本架构的建构。 瓦特发明了蒸气机，使得车床可藉由蒸气产生动力用来驱动车床运转，此时车 床的动力是集中一处，再藉由皮带与齿轮的传递分散到工厂各处的车床，20 世纪初 拥有独立动力源的动力车床(Engine Lathe)终于被开发，也将车床带到新的领域。此 期间拜福特公司大量生产汽车所赐，许多汽车零件必须以车床加工，为了确保零件 供应充足，供货商必须大量采购车床才能应付所需，即使到今天车床的发展仍受到 汽车产业的荣枯所左右。 1.3 本课题研究的内容和设计思想 黑龙江工程学院本科生毕业设计 2 保证主轴支承轴颈的尺寸、形状、位置精度和表面粗糙度，主轴前端内、外锥 面的形状精度、表面粗糙度以及它们对支承轴颈的位置精度。 主轴支承轴颈的尺寸精度、形状精度以及表面粗糙度要求，可以采用精密磨削 方法保证。磨削前应提高精基准的精度。 保证主轴前端内、外锥面的形状精度、表面粗糙度同样应采用精密磨削的方法。 为了保证外锥面相对支承轴颈的位置精度，以及支承轴颈之间的位置精度，通常采 用组合磨削法，在一次装夹中加工这些表面。 主轴加工中，为了保证各主要表面的相互位置精度，选择定位基准时，应遵循 基准重合、基准统一和互为基准等重要原则，并能在一次装夹中尽可能加工出较多 的表面。 由于主轴外圆表面的设计基准是主轴轴心线，根据基准重合的原则考虑应选择 主轴两端的顶尖孔作为精基准面。用顶尖孔定位，还能在一次装夹中将许多外圆表 面及其端面加工出来，有利于保证加工面间的位置精度。所以主轴在粗车之前应先 加工顶尖孔。 为了保证支承轴颈与主轴内锥面的同轴度要求，宜按互为基准的原则选择基准 面。如车小端 120 锥孔和大端莫氏 6 号内锥孔时， 以与前支承轴颈相邻而它们又 是用同一基准加工出来的外圆柱面为定位基准面（因支承轴颈系外锥面不便装夹） ； 在精车各外圆（包括两个支承轴颈）时，以前、后锥孔内所配锥堵的顶尖孔为定位 基面；在粗磨莫氏 6 号内锥孔时，又以两圆柱面为定位基准面；粗、精磨两个支承 轴颈的 112 锥面时，再次用锥堵顶尖孔定位；最后精磨莫氏 6 号锥孔时，直接以 精磨后的前支承轴颈和另一圆柱面定位。定位基准每转换一次，都使主轴的加工精 度提高一步。 对车床主轴的精确要求，就显示出其加工过程中夹具的重要性。夹具的主要功 能是装夹工件，使工件在夹具中定位和夹紧。 在机械加工中，使用机床夹具的目的主要有以下六个方面：1.保证加工精度；2. 提高劳动生产率；3.改善工人劳动条件；4.降低生产成本；5.确保工艺纪律；6.夸大 机床工艺范围。 设计夹具时，应满足下列四项要求：1.保证工件的加工精度要求；2.保证工人的 操作方面安全；3.达到加工的生产率要求；4.满足夹具一定的使用寿命和经济性要求。 黑龙江工程学院本科生毕业设计 3 黑龙江工程学院本科生毕业设计 4 第 2 章 零件的分析 2.1 零件的作用 CA6140 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，其结构为空心阶梯轴，外圆表面有花键、电键等功能 槽及螺纹。 2.1.1 支承轴颈 主轴两主支承轴颈 A、B 和 1：12 锥度与双列向心短圆锥磙子轴承配合，并支承 在主轴箱孔上是主轴部件的装配基准。其圆度和同轴度将引起主轴回转误差，影响被 加工工件的精度，必须严格控制。主支承轴颈圆跳动公差为 0.005mm,1:12 锥面接触 率70%，表面粗糙度 Ra 为 0.4m。 主轴中间辅助支承为单列滚子轴承，用以提高主轴刚性和回转精度。其径向圆跳 动公差为 0.01mm；表面粗糙度 Ra 为 0.4m。尺寸公差等级为 IT6。 2.1.2 头部锥孔 主轴头部莫氏 6 号锥孔是用来安装夹具的定位面的。可安装顶尖，也可安装刀具。 其对支承轴颈 A、B 的圆跳动，近轴端公差为 0.005mm，离轴端 300 公差为 0.01mm。锥面的接触率70%表面粗糙度为 0.4m，硬度要求 HRC52。 主轴锥孔的轴线与支承轴颈线不重合，将使被加工工件产生相对位置误差。 2.1.3 头部短锥 主轴头部短锥 C 和大台阶面 D 是安装卡盘的定位面。其圆跳动为 0.008m，表 面粗糙度 Ra 为 0.8m。 头部短锥 C 对支承轴颈的圆跳动将卡盘产生同轴度误差。大台阶端面 D 对支承 轴颈轴线跳动将卡盘产生垂直度误差。 2.1.4 装配轴颈 主轴上共安装三个齿轮，其中一个空套，一个单键连接，另一个是花键连接。装 配轴颈对支承轴颈径向圆跳动公差为 0.015mm0.9mm。表面粗糙度 Ra 为 0.40.6m，尺寸公差等级为 IT5。 装配轴颈对支承轴颈的同轴度误差，会引起主轴传动齿轮啮合不良，当主轴转速 很高时，还会影响齿轮的传动平稳性，产生噪生。加工工件时，会在工件表面产生重 复出现的震纹，精加工是尤为明显。 黑龙江工程学院本科生毕业设计 5 2.1.5 轴向锁紧 主轴外圆上有三段螺纹，用于轴承等铃部件的轴向锁紧。当主轴螺纹的轴线与支 承轴颈歪斜时，会引起主轴上琐紧螺母端面倾斜，造成主轴内圈轴线的同向倾斜，引 起主轴的径向跳动。因此，控制螺纹轴线与支承轴颈轴线的同轴度0.025mm。 从上面分析看出：CA6140 车床主轴加工面较多，包括内外圆、内外锥、单键和 花键、螺纹等，而且尺寸精度、性为精度以及表面粗糙度要求均较高，部分表面还需 要表面淬火，但主要加工表面是以上五种，其中两主支承轴颈本身的尺寸精度、形状 精度，两支承之间的同轴度和主支承轴颈与其它表面相互位置精度以及表面粗糙度， 则是主轴加工的关键。 2.2 零件的工艺分析 在拟定 CA6140 车床主轴工艺工艺过程时，应考虑一些问题。 2.2.1 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前的工序为粗加工阶段调质处理 后至表面淬火前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是产生的变形，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。 2.1.3 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。棒料毛坯可不进行该道热处理工序。 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，表面粗糙度较细。 最后，还须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；氮化安排在粗磨之后，精磨 之前。 （一）外圆表面的加工顺序 黑龙江工程学院本科生毕业设计 6 先加工大直径外圆，以免一开始就降低工件刚度。 （二）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。 （三）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。 2.1.4 主轴锥孔的磨削 主轴锥孔对主轴支承轴颈的圆跳动和锥孔与锥柄接触率是机床的主要精度指标， 因此锥孔磨削是主轴加工的关键之一。影响锥孔磨削精度的主要因素是定位基准、定 位元件选择的合理性和带动工件旋转的平稳性。所以，加工 CA6140 主轴的关键是锥 孔的加工，亦即加工锥孔是的夹具的设计。 2.3 本章小结 本章主要介绍了主轴的作用,以及它在加工中的工艺分析。 黑龙江工程学院本科生毕业设计 7 第 3 章 工艺规程的设计 3.1 主轴的材料、毛坯与热处理 3.1.1 主轴的毛坯 主轴属于外圆直径相差较大的阶梯轴，为了节省材料和减少加工的劳动量，毛坯 常采用锻件。在热锻过程中金属纤维按轴向排列，组织细密，具有较高的抗拉、抗弯 和抗扭强度。 锻件在铸造方法上又分自由锻和模锻两种。自由锻使用的设备比较简单，但毛坯 的精度较低、余量大、生产率低，只适用于单件、小批生产。 模锻一般在模锻压力机上进行，设备比较昂贵，并须专用锻模，但毛坯精度高、 加工余量小、生产率高。目前国内精锻毛坯公差外径可达0.3mm，内径达0.1mm， 表面粗糙度 Ra 可达 3.21.6um。它适于在大批条件下锻造形状复杂、精度要求高的 主轴。 3.1.2 主轴的材料和热处理 根据主轴的功用，主轴应具有良好的机械强度和刚度；主轴工作表面应具有高的 耐磨性与加工后尺寸精度的稳定性。这些都与主轴的材料与所选用的热处理方法有关。 （一）主轴材料 45 钢是主轴常用的材料，价格较便宜。它经过调质（或正火） 、局部加热淬火后 回火，表面硬度 HRC4552，一般能满足普通机床要求。但与 65Mn、40Cr 等合金 钢比较，45 钢淬透性差、淬火后变形大、加工后尺寸稳定性差，故高精度主轴常用 合金钢。 40Cr 是含碳量为 0.37%0.45%的合金结构钢，经调质淬火后具有较高的综合机 械性能。 38CrMnAlA 是中碳合金氮化钢，由于氮化温度（540550）比淬火温度低， 变形小。此材料硬度高（中心硬度大于 HRC28） ，并具有优良的耐疲劳性能、尺寸稳 定性好，是制造高精度主轴的理想材料。 （二）主轴热处理 1. 改善切削加工性能、消除锻造残余应力的热处理 主轴毛坯在锻造过程中，若温度过高，则将使金属组织的晶粒粗大；若锻造温 度过低，则造成组织不均匀和过大的残余应力，甚至出现裂纹。这两种情况在主轴 黑龙江工程学院本科生毕业设计 8 锻造过程中往往同时存在，致使主轴强度降低，并由于表面泠硬而不易切削。因此 在粗加工前需进行热处理，以改善切削性能，消除锻造残余应力，细化晶粒，并使 金属组织均匀。通常采用退火或正火处理。 2. 预备热处理 主轴在粗加工后，最终热处理以前常进行预备热处理，通常为调质或正火。调质 处理是淬火后高温回火（回火温度为 500 650） ，调质后可得到均匀细密的回火 索氏体组织，使主轴获得较高的强度和韧性等综合机械性能。调质时由于回火温度高， 故主轴容易变形并产生较多的氧化皮。 3. 最终热处理 主轴最终热处理包括局部加热淬火后回火（铅浴炉加热淬火、火焰加热淬火、电 感应加热淬火等） 、渗碳淬火、淡化等。其目的是在保持心部韧性的同时提高表面硬 度，使主轴各工作表面获得较高的耐磨性和抗疲劳强度，以保持主轴的工作精度和提 高使用寿命。最终热处理一般放在半精加工之后，因局部淬火后总会有些变形，故需 在淬火后安排磨削加工工序以消除淬火变形。 3.2 主轴加工工艺过程 3.2.1 主轴加工的主要问题和工艺过程设计所应采取的相应措施 主轴加工的主要问题是如何保持主轴支承轴颈的尺寸、形状、位置精度和表面粗 糙度，主轴前端内、外锥面的形状精度、表面粗糙度以及它们对支承轴颈的位置精度。 主轴支承轴颈的尺寸精度、形状精度以及表面粗糙度要求，可以采用精密磨削方 法保证，磨前应提高精基准的精度。 保证主轴前端内、外锥面的形状精度、表面粗糙度同样应采用精密磨削的方法。 为了保证外锥面相对支承轴颈的位置精度，以及支承轴颈之间的位置精度，通常采用 组合磨削法，在一次装夹中加工这些表面。 主轴锥孔相对于支承轴颈的位置精度是靠采用支承轴颈 A、B 作为定位基准，而 让被加工主轴装夹在磨床工作台上（不是装夹在磨床头架主轴上）加工保证的。以支 承轴颈作为定位基准加工内锥面，符合“基准重合”原则。让被加工主轴装夹在磨床 工作台上而不装夹在磨床头架主轴上，可以避免磨床主轴回转误差对锥孔形状精度的 影响；因为磨床头架主轴与被加工主轴零件只是柔性连接，磨床头架主轴只起带动工 件回转的作用，而工件的回转轴心，则取决于定位基准面 A、B 与定位元件的精度。 在精磨前端锥孔之前，应使作为定位基准的支承轴颈 A、B 达到一定精度。 主轴外圆表面的加工，应该以顶尖孔作为统一的定位基准。如果主轴上有通孔， 黑龙江工程学院本科生毕业设计 9 一旦通孔加工完毕，就要用带顶尖孔的工艺锥堵塞到主轴两端孔中，让锥堵的顶尖孔 起附加定位基准的作用。既然工艺锥堵要起定位作用，所以工艺锥堵与主轴锥孔的配 合质量就十分重要了。随着被加工主轴加工精度的逐步提高，也要相应提高工艺锥堵 的精度。 主轴上的通孔，虽然加工精度要求不高，但深孔的加工比较困难，排屑方式都是 不可忽视的问题。主轴深孔的加工属于粗加工，应安排在工艺过程的前部。 3.2.2 主轴加工定位基准的选择 主轴加工中，为了保证各主要表面的相互位置精度，选择定位基准时，应遵循 “基准重合”与“互为基准”的原则，并能在一次装夹中尽可能加工出较多的表面。 由于主轴外圆表面的设计基准主轴轴心线，根据基准重合的原则考虑选择主轴两 端的顶尖孔作为精基准面。用顶尖孔定位，还能在一次装夹中把许多外圆表面及其端 面加工出来，有利于保证加工面间的位置精度。所以实心轴在粗加工之前先打顶尖孔。 对于空心轴则以外圆定位，加工通孔，并在两端孔口加工出 60 度倒角或内锥孔（工 艺锥面） ，用两个带顶尖孔的锥堵或带锥堵的心轴装夹工件。 为了保证支承轴颈与主轴内锥面的同轴度要求，宜按“互为基准”的原则选择基 准面。例如车小端 1：20 锥孔和大端莫氏 6 号内锥孔时，以与前支承轴颈相邻而它们 又是用同一基准加工出来的外圆柱面为定位基准面（因支承轴颈系外锥面不便装夹） ； 在精车各外圆（包括两个支承轴颈）时，以前、后锥孔内所配锥堵的顶尖孔为定位基 面；在粗磨莫氏 6 号内锥孔时，又以两圆柱面为定位基准面；粗、精磨两个支承轴颈 的 1：12 锥面时，再次用锥堵顶尖孔定位；最后精磨莫氏 6 号内锥孔时，直接以精莫 后的前支承轴颈和另一圆柱面定位。定位基准每转换一次，都使主轴的加工精度提高 一步。 3.2.3 主轴主要加工表面加工工序的安排 要达到高精度要求,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（预备热处理） 半精车精车淬火（最终热处理）粗磨精磨。 主轴加工工艺过程可划分为三个加工阶段，即粗加工阶段（包括铣端面打顶尖孔、 粗车外圆等） ；半精加工阶段（半精车外圆，钻通孔，车锥面、锥孔，钻大头端面各 孔，精车外圆等） ；精加工阶段（包括精铣键槽，粗、精磨外圆、锥面、锥孔等） 。 车床主轴主轴表面的加工顺序有如下几种方案： （一） 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 黑龙江工程学院本科生毕业设计 10 工（以锥堵顶尖孔定位）锥孔粗加工以精加工后的外圆定位） 。 （二）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（以半精加工后外圆定位，加工后配锥堵）外圆表面精加（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） 。 （三）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（以锥 堵顶尖孔定位） （四）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（以锥堵顶尖孔定位）锥孔精加工（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 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，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：锥孔精加工方在外圆精加工之后，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表 黑龙江工程学院本科生毕业设计 11 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。 检验工序的合理安排是保证产品质量的重要措施。每道工序除操作者自检外，还 必须安排单独的检验工序。一般在粗加工结束后安排检验工序以检查主轴是否出现气 孔、裂纹等毛坯缺陷。对重要工序前后安排检验工序，以便及时发现废品。在主轴从 一个车间到另 一个车间时要安排检验工序，使后续车间内产生的废品不致误认为是 前车间产生的。在主轴全部加工结束之后要经全面检验方可入库。 3.2.4 各工序工步的排序 工序 1 铣端面打中心孔 安装 1：工步 1 粗铣右端面，保证尺寸 486mm；工步 2 打中心孔。 0 1 安装 2：工步 1 粗铣左端面，保证总尺寸 874mm；工步 2 打中心孔。 0 1 工序 2 粗车外圆 3.3 本章小结 本章主要介绍主轴材料的前期处理以及在加工过程中采取的措施和相应的加工工 序。 黑龙江工程学院本科生毕业设计 12 第 4 章 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定 4.1 各工序工步的加工余量的计算 CA6140 主轴零件材料为 45 钢 HBS207241，生产类型为小批生产，采用摸锻 毛坯。 根据上述原始资料及加工工艺，分别确定各加工表面的机械加工余量、工序尺寸 及毛坯尺寸如下： 1.加工大端莫氏 6 号锥孔 精磨：大端为 63.348mm 的锥孔查参考文献1表 5.22 确定余量为 0.0100.040mm。则，63.348-0.010=63.338mm；63.348-0.04=63.308mm。即 粗车后 的直径为 63.30863.338mm，取 63.3mm 粗磨：63.3mm 查表 5.44 确定余量为 0.400.55mm 则 63.3-0.4=62.9mm；63.3- 0.55=62.7mm。即 精车后的直径为 62.7562.9mm，根据表 5.32 取 62.898mm 按 照精度等级 H12 其公差为mm 0 1 2.加工锥孔 mm 0 0.256 精车：mm 查表 5.32 精车后的直径为 55.6 55.45mm 按照 H11 公差 0 0.256 等级其公差为。 0 0.1 3.加工 1：12 外锥 精磨：大端 77.5mm，小端 75.2 5mm。表 5.22，零件基本尺寸 5080mm， 直径余量 2Z=0.0080.012mm。则，77.2+0.008=77.508mm；77.5+0.012=77.512mm。 取 75.5mm。75.25+0.008=75.258mm；75.25+0.012=75.262。取 75.35mm。即 mm 粗磨后的直径为大端 75.5mm，小端 75.35mm。 粗磨 1：20 外圆：大端 75.5mm，小端 75.35mm。查1表 5.15 零件基本尺寸 5080mm 折算长度200mm。磨削余量 0.25mm 则， 77.5+0.25=77.75mm；75.35+0.25=75.55mm 即 精车后的直径尺寸为大端 77.75mm， 小端 75.55mm。 精车：根据表 5.21，直径100mm，加工余量为 0.2mm。则，77.5- 0.2=77.55mm；75.55-0.2=75.53mm。即粗车后的直径大端为 77.55mm，小端 75.53mm 半精车：查表 5.14 半精车余量为 2.0mm。则，大端 77.55+2.0=79.55mm 即粗车 前的最小直径为 79.55mm 黑龙江工程学院本科生毕业设计 13 粗车：查表 5.21，加工余量 2Z=2.8mm。则 79.55+2.8=82.35mm 即粗车前毛坯的 最小直径为 82.35mm。 4.加工 1：12 外锥，小端 105.25mm，大端 108.5mm 精磨：查表 5.22 知，直径在 80120mm，直径余量为 0.0100.014mm 则 105.25+0.010=105.260mm，105.25+0.014=105.264mm，108.5+0.010=108.51mm，108.2 5+0.014=108.514mm 即粗磨后的直径为大端为 108.6mm，小端为 105.3mm 粗磨：根据表 5.15 查得粗磨余量为 0.30mm 则 105.3+0.30=105.60mm，108.6+0.30=108.9mm 即粗磨后的直径为大端 108.9mm，小端 105.6mm 精车：查表 5.21 知得精车余量为 0.50mm 则 108.9+0.5=109.4mm，105.6+0.5=106.1mm 即半精车后的短锥直径大端直径为 109.4mm，小端为 106.1mm 半精车：根据 5.14 查得直径为 80120mm 且折算长度200400mm 知其余量 2.0mm 则 109.4+2.0=111.40mm，106.1+2.0=108.1mm 即粗车后的直径为，大端 111.40mm，108 mm 粗车:由表 5.14 知粗车余量为 2.8mm 即粗车前毛坯的最小直径为 110.4+2.8=113.7mm 5 .加工短锥,大端为 106.373mm7 7 30 。0.013 0 精磨:按照表 5.22 直径在 80120mm 时直径余量是 0.0100.014mm 则 106.373+0.010=106.383mm,106.373+0.014=106.387mm 取 106.4mm 。即粗磨后 0.013 0 的直径为 106.4mm。 0.013 0 粗磨:查表 5.15 知粗磨的余量为 0.30mm 则 106.4+0.50=106.90,公差等级为mm H11 即精车后的直径为 106.9mm 0.1 0 精车:查表 5.21,基本尺寸100mm 知直径加工余量为 0.5mm 则, 106.9+0.5=107.4mm,取 107.5mm。且公差等级为 H11 即半精车后的尺寸为 107.5mm 0 0.2 半精车:由表 5.14 查得直径半精车余量为 2.0mm 则 107.5+2.0=109.5mm 即粗车后 的直径为 109.5mm 粗车: 根据表 5.14 知粗车余量是 2.8mm 则, 109.5+2.8=112.3mm 即粗车前毛坯的 最小直径为 112.3mm 6.精磨外圆设计尺寸为 70mm 0 0.013 黑龙江工程学院本科生毕业设计 14 精磨: 按照表 5.22 直径在 80120mm 时直径余量是 0.0080.012m 即粗磨后的 直径为 70mm。粗磨:查表 5.15 知粗磨的余量为 0.50mm 则,70+0.50=70.5mm 直 02. 0 08. 0 径偏差为 00.046mm 即精车后的直径为 70.5mm 0 046 . 0 精车:查表 5.21,基本尺寸100 mm 知直径加工余量为 0.5mm 则, 70.5+0.5=71mm 即半精车后的尺寸为 71mm 半精车:由表 5.14 查得直径半精车余量为 2.0mm 则, 71+2.0=73mm 即 粗车后的直 径为 73mm 粗车: 根据表 5.14 知粗车余量是 2.8mm 则, 73+2.8=76.3mm 即粗车前毛坯的最小 直径为 75.8mm 7.精磨 75mm 0 0.013 精磨: 按照表 5.20 直径余量是 0.15mm 则,75+0.15=75.15mm 即粗磨后的直径为 75.15mm 粗磨:查表 5.15 知粗磨的余量为 0.30mm 则 75.15+0.30=75.45mm,取 75.5mm 即精 车后的直径为 75.5mm,直径偏差 0 046 . 0 0 041 . 0 精车: 查表 5.21,基本尺寸100mm 知直径加工余量为 0.8mm 则 75.5+0.80=76.3mm 即半精车后的尺寸为 76.3mm 半精车:由表 5.14 查得直径半精车余量为 2.0mm 则 76.3+2.0=78.3mm 即粗车后的 直径为 78.3 粗车: 根据表 5.14 知粗车余量是 2.8mm 则 78.3+2.8=81.1mm 即粗车前毛坯的最 小直径为 81.8mm 8.精磨 80mm 0 0.013 精磨: 按照表 5.20 直径余量是 0.15mm 则,80+0.15=80.15mm 即粗磨后的直径为 80.1mm 粗磨:查表 5.15 知粗磨的余量为 0.30mm 则 80.1+0.30=80.40mm,取 80.5mm 直径 偏差 00.0540mm 即精车后的直径为 75.5mm,直径偏差 0 046 . 0 0 041 . 0 精车:查表 5.21,基本尺寸100mm 知直径加工余量为 0.8mm 则 80.5+0.80=81.3mm 即半精车后的尺寸为 81.3mm 半精车:由表 5.14 查得直径半精车余量为 2.0mm 则 81.3+2.0=83.3mm，即粗车后 的直径为 83.3mm 粗车: 根据表 5.14 知粗车余量是 2.8mm 则 83.3+2.8=96.1mm 即粗车前毛坯的最 小直径为 96.1mm 黑龙江工程学院本科生毕业设计 15 9.精磨 89mm 036 . 0 051 . 0 精磨: 按照表 5.20 直径余量是 0.15mm 则 89+0.15=89.15 mm 直径偏差为即 015 . 0 0 粗磨后的直径为 89.15mm 粗磨: 查表 5.15 知粗磨的余量为 0.40mm 则 89.15+0.40=89.50mm,直径偏差 00.0540mm 即精车后的直径为 89.5mm 精车: 查表 5.21,基本尺寸100mm 知直径加工余量 0.8m，则 89.5+0.75=90.25mm,直 径偏差，即半精车后的尺寸为 90.25mm 15 . 0 0 半精车:由表 5.14 查得直径半精车余量为 2.0m 则 90.25+2.0=92.25mm 即粗车后的 直径为 92.25mm 粗车: 根据表 5.14 知粗车余量是 2.8mm 则 92.25+2.8=95.05mm 即粗车前毛坯的 最小直径为 95.05mm (10) 精磨 90mm 012 . 0 027 . 0 精磨:按照表 5.20,直径余量是 0.015mm 则 90+0.015=90.15mm,且直径偏差为 mm。即粗磨后的直径为 90.15mm。 05 . 0 0 粗磨:查表 5.15 知粗磨的余量为 0.40mm 则 90.1+0.40=90.5mm, 直径偏差为 即精车后的直径为 90.5mm 0 054 . 0 精车:查表 5.21,基本尺寸100mm 知直径加工余量为 0.75mm 则 90.5+0.8=91.3mm, 且直径偏差为即半精车后的尺寸为 91.3mm。 15. 0 0 半精车:由表 5.14 查得直径半精车余量为 2.0m 则,91.25+2.0=109.5mm 即粗车后的 直径为 109.5mm。 粗车:根据表 5.14 知粗车余量是 2.8mm 则 109.5+2.8=112.3mm 即粗车前毛坯的最 小直径为 112.3mm。 （11）精磨外圆 105mm 0.012 0.02 精磨:按照表 5.22 直径余量是 0.015mm 则 105+0.15=105.15mm, 直径偏差为 即粗磨后的直径为 105.15mm。 0.05 0 粗磨:查表 5.15 知粗磨的余量为 0.40mm 则 105.1+0.40=105.15mm, 直径偏差为 即精车后的直径为 105.15mm。 0 0.051 精车:查表 5.21,基本尺寸100mm 知直径加工余量为 0.75mm;则 105.5+0.75=106.25mm, 直径偏差为即半精车后的尺寸为 106.25mm。 0.15 0 0.15 0 半精车:由表 5.14 查得直径半精车余量为 2.0mm;则 10.25+2.0=108.25mm 即粗车 黑龙江工程学院本科生毕业设计 16 后的直径为 109.5mm。 粗车:根据表 5.14 知粗车余量是 2.8mm 则 108.25+2.8=110.05mm 即粗车前毛坯的 最小直径为 110.05mm。 （12）车螺纹：M74 1.5g 由表 5.58 查得车螺纹前轴的直径为 74，螺距 p=1.5mm,内径为 d=73.376mm。 精车：查表 5.21 直径余量为 1.25mm 则 74+1.25=75.25mm 即半精车后直径 75.25mm。 半精车：查表 5.14 直径余量为 2.0mm 则 75.25+2.0=77.25mm 即粗车后直径 77.25mm。 粗车：根据表 5.14 知粗车余量是 2.5mm 则 77.25+2.5=79.25mm 即粗车前毛坯的 最小直径为 79.25mm。 （13）车螺纹：M105 1.5g 由表 5.58 查得车螺纹前轴的直径为 105mm，螺距 为 p=1.5mm,内径为 d=103.335mm。 精车：查表 5.21 直径余量为 1.25mm 则 105+1.25=106.25mm 即半精车后直径 106.25mm。 半精车：查表 5.14 直径余量为 2.0mm 则 106.25+2.0=108.25mm 即粗车后直径 108.25mm。 粗车：根据表 5.14 知粗车余量是 2.8mm 则 108.25+2.8=110.03mm 即粗车前毛坯 的最小直径为 110.03mm。 （14）车螺纹：M1151 5g 由表 5.58 查得车螺纹前轴的直径 115mm，螺距为 p=1.5mm,内径为 d=113.335mm 精车：查表 5.21 直径余量为 1.25mm 则 115+1.25=116.25mm 即半精车后直径 106.25mm。 半精车：查表 5.14 直径余量为 1.8mm 则 116.25+1.8=108.05mm 即粗车后直径 108.05mm。 粗车：根据表 5.14 知粗车余量是 2.0mm 则 108.25+2.0=110.25mm 即粗车前毛坯 的最小直径为 110.25mm。 （15）粗精铣键槽 粗铣键槽：查表 5.29 知槽宽 B10mm 则加工余量 2Z=1mm，Z=0.5mm，公差 为 0.20mm。 精铣键槽：查表 5.29 知槽宽 B10mm 则加工余量 2Z=0.3mm，Z=0.15mm，公 差为 0.10mm。 黑龙江工程学院本科生毕业设计 17 （16）粗精铣花键 （17）精车 69.5mm 长 4mm 的外圆 粗铣花键：加工余量为 1.0-1.2mm 精铣花键：根据参考文献20知，加工余量为 0.8-1.0mm 精车：查表 5-21 得 2Z=0.2mm，Z=0.1mm 则 69.5+0.2=69.7mm 即半精车后直径 为 69.7mm 半精车：查表 5.14 2Z=2.0mm 则 69.7+2.0=71.7mm 即粗车前的直径为 71.7mm 粗车：查表 5.14 2Z=2.5mm 则 71.2+2.5=73.5mm 即粗车前最小直径为 73.5mm （18）精车 73.5mm 长 4mm 的外圆 精车：查表 5.21 得 2Z=0.2mm ，Z=0.1mm 则 73.5+0.2=73.7mm 即半精车后直径 为 73.7mm 半精车：查表 5.14 2Z=2.0mm 则 73.7+2.0=75.7mm 即粗车前的直径为 75.7mm 粗车：查表 5.14 2Z=2.5mm 则 75.7+2.5=78.2mm 即粗车前最小直径为 78.2mm （19）精车 74.5mm 长 4mm 的外圆 精车：查参考文献1表 5.21 得 2Z=0.2mm，Z=0.1mm 则 74.5+0.2=74.7mm 即半 精车后直径为 74.7mm 半精车：查表 5.14 2Z=2.0mm 则 74.7+2.0=75.7mm 即粗车前的直径为 76.7mm 粗车：查表 5.14 2Z=2.5mm 则 76.7+2.5=79.2mm 即粗车前最小直径为 79.2mm （20）精车 80mm 长 3.5mm 的外圆 精车：查表 5.21 得 2Z=0.2mm，Z=0.1mm 则 80+0.2=80.2mm 即半精车后直径为 80.2mm 半精车：查表 5.14 2Z=2.0mm 则 80.2+2.0=82.2mm 即粗车前的直径为 82.2mm 粗车：查表 5.14 2Z=2.5mm 则 82.2+2.5=84.7mm 即粗车前最小直径为 84.7mm （21）精车 76.5mm 长 3mm 的外圆 精车：查表 5.21 得 2Z=0.2mm， Z=0.1mm 则 76.5+0.2=76.7mm 即半精车后直径 为 76.7mm 半精车：查表 5.14 2Z=2.0mm 则 76.7+2.0=78.7mm 即粗车前的直径为 78.7mm 粗车：查表 5.14 2Z=2.5mm 则 78.7+2.5=81.2mm 即粗车前最小直径为 81.2mm （22）精车 79.5mm 长 3mm 的外圆 精车：查表 5.21 得 2Z=0.2mm，Z=0.1mm 则 79.5+0.2=79.7mm 即半精车后直径 为 79.7mm 半精车：查表 5.14 2Z=2.0mm 则 79.7+2.0=81.7mm 即粗车前的直径为 81.7mm 粗车：查表 5.14 2Z=2.5mm 则 81.7+2.5=84.2mm 即粗车前最小直径为 84.2mm 黑龙江工程学院本科生毕业设计 1