精密主轴工艺规程制订和工装夹具设计【5张CAD图纸、工艺卡片和说明书】

摘要
机械制造业是一个国家技术进步和社会发展的支柱产业之一，无论是传统产业，还是新型产业，都离不开各式各样的机械设备。而加快产品上市的时间，提高质量，降低成本，加强服务是制造也追求的永恒主题。此篇论文主要内容是对精密主轴加工工艺路线进行的研究、设计，其中包括了各道工序的加工方法，机床、刀具、夹具、辅具、量具的选择，基准面的选取，定位和夹紧方案的拟定。
主轴零件是机床实线旋转运动的执行件，它直接带动工件或刀具参加表面成型运动是机床上的一个关键组件。它是机械加工中经常也遇到的典型零件之一。在机器中，它主要用来支撑传动零件、传递运动和扭矩。
主轴零件是机床主要部件之一，它的性能，对整机性能有很大的影响，主轴直接承受切削力，速度范围很大，所以对主轴组件的主要性能提出很高的要求。
本文论述精密主轴零件的工艺编制，研究零件机械加工工艺规程的设计问题，介绍工艺规程的组成、制定程序等。说明零件的机械加工工艺结构性，结合生产主要从零件分析、毛坯的选择、工艺路线的拟定、工序内容的确定等几个方面详细的讲述了精密主轴零件工艺过程设计以及工艺编制中应注意的问题，以及如何才能达到最理想的表面质量和经济效益。

关键词 工艺；装配图；夹具；轴

目 录

摘要 I
第1章 零件分析 1
1.1 零件的作用 1
1.2 零件的技术要求 1
1.3 零件的工艺分析 1
1.3.1 加工阶段的划分 1
1.3.2 工序顺序安排 1
第2章 工艺规程设计 3
2.1 主轴的材料、毛坯与热处理 3
2.1.1 主轴的毛坯 3
2.1.2 主轴的材料 3
2.1.3 主轴的热处理 4
2.2 主轴加工工艺过程 4
2.2.1 主轴加工的主要问题和工艺过程设计 4
2.2.2 主轴加工定位基准的选择 5
2.2.3 主轴主要加工表面加工工序的安排 6
2.2.4 主轴加工工艺过程 7
2.3 工序内容的拟定 10
1 机床的选择 10
第3章 机械加工余量和工序尺寸的确定 12
3.1 各外圆表面 12
1 用查表方法确定加工余量 12
3.2 各内圆表面 12
第4章 切削用量及基本工时的确定 13
4.1 车端面 13
4.1.1 加工条件 13
4.1.2 切削参数 13
4.2钻中心孔 14
4.2.1 加工条件 14
4.2.2 切削参数 14
4.2.3 切削工时 14
4.3 各粗车外圆工序切削参数 15
4.4 车螺纹M45×1.5，M48×1.5，M64×4 19
4.4.1 加工条件 19
4.4.2 切削参数 19
4.4.3 切削工时 19
4.5 磨削内圆锥面 20
4.5.1 加工条件 20
4.5.2 切削参数 20
4.5.3 加工工时 20
第5章 专用夹具设计 21
5.1 问题的指出 21
5.2 夹具设计 21
5.2.1 定位分析 21
5.2.2 定位基准的选择 21
5.2.3 定位元件的选择 21
5.2.4 力的计算 22
5.3 夹具工作原理 23
结论 24
致谢 25
参考文献 26

第1章 零件分析
1.1 零件的作用
该零件为铣床主轴，属于精密机床主轴零件。它主要起支撑和传动转矩的作用，是旋转体零件。其主要由内外圆柱面、内锥面、螺纹及横向深孔等组成，是空心类机床主轴。所以它的主要表面的精度和表面质量要求很高，而且精度也要求稳定。
1.2 零件的技术要求
1、精密主轴的支撑轴颈是主轴的装配基准，它的制造精度直接影响到主轴部件的旋转精度，故对它提出很高的技术要求。
2、主轴前段锥孔是安装顶尖等小型夹具或工具锥柄的，其中心线必须与支撑轴颈中心线严格同轴。
3、主轴前端圆锥面是安装卡盘等较大型夹具的重要表面，其中心线必须与支撑轴颈中心线同轴。
4、主轴轴向定位面与主轴旋转中心线必须垂直，否则会引起主轴周期性的轴向窜动。因此，必须控制其垂直度要求。
1.3 零件的工艺分析
在拟定精密主轴工艺工艺过程时，应考虑一些问题。
1.3.1 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3:20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。
1.3.2 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。
热处理的安排
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。
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
1、应安排在调质以后进行，因为调质处理变形大，深孔产生弯曲变形后没法纠正，不仅影响棒料通过，还会造成主轴高速转动的不平衡。
2、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。

第2章 工艺规程设计
2.1 主轴的材料、毛坯与热处理
2.1.1 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，组织细蜜，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3.2～1.6um。它适于在大批条件下锻造形状复杂、精度要求高的主轴。图2-1所示为模锻主轴毛坯示意图