数控机床主轴加工工艺及夹具设计（全套含CAD图纸）
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1 (2005) 368378a of 989. It is to be by as et 3 N r 2005 +15088316092; +H. 1. of of of of by 985, y 1 of as a of et 2 is a in to a in a in to of a In 3is a 1. a at of by is of of to a In a to on is An if it be to to 005 100 d, 1609, 4 004; in 004; 0 004Y. of a at 4a be as 5 s on to ys is q*, at a is to be is gi(as 1)as : To be be a ; i 1;2; .; n, (1)n is of q z0;y0;f0;of of q y N Y. 1 (2005) 368378 369(2)of as by q. (3). be if q. (2) to :9=; 6. (3). If is is at of is by If is at be of a be to 6a be to Z O X Y Z O (x0,y0,1. to N of is no on to a to is by it is as to is to If is is of a to or A to of a is of is to of L:As 3, n; i 1;2; .; n; n be as : : : :2637et 7 to a to It et 8 an to of L( of to of It X of r of as (4) (5) (6)l is an of 6 6 6 46 Y. 1 (2005) 368378370WL: : : :7) n 6; is is n be of n n of to N Y. 1 (2005) 368378 371n n of n to of is to be to on of in n a s 2. Y (a1,b1,2,b2,(x1,y1,(x2,y2,(ai,bi,(xi,yi,(3. A N V X 0. (9) q. 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Y. 1 (2005) 3683783745 a of in as 1: 0, 1, 00, 896, ,0, 1, 00, 1060, ,0, 1, 00, 1010, , 977, , 977, , 1034, of 1 0 515:000:896001 0378: 1:06000 1 0 612:00:01000:9955 349 0:0880 445 664 0:86380:9955 349 0:0880 728 664 0:82800:0880 0:0170 960 866:6257998 :2466 0:093626666666643777777775,o6 is It is of ve of 1is L; N 10378:001:06000 1 0 612: :01000:9955 349 0:0880 445 664 0:86380:9955 349 0:0880 728 664 0:82800:0880 0:0170 96 866:6257998 :2466 0:of :8768 607 665 21:3716 0:49953:0551 551 448 32:4448 0956 1:0862 12:0648 764 916044 0:0044 0:0061 061 00:0025 025 0:0065 069 0:0007004 0:0004 0:0284 284 is on ve is as 5. 10 (H. Y. 1 (2005) 368378 375:0551 551 448 32:4448 0956 1:0862 12:0648 764 916044 0:0044 0:0061 061 00:0025 025 0:0065 069 0:0007004 0:0004 0:0284 284 o ve to ,1:876860766521:37160:499526666666643777777775551 551 448 32:4448 0956 1:0862 12:0648 764 916044 0:0044 0:0061 061 00:0025 025 0:0065 069 0:0007004 0:0004 0:0284 284 0266666666437777777750; 13; 432; 706; 0: ; 13; 432; 706; 0:04a by of a 0, a To to of 1in . of if a 1in . is an To an an N Y. 1 (2005) 36837837614wof It an locat 毕业设计 (论文 )外文资料翻译 系 别： 机电信息系 专 业： 机械设计制造及其自动化专业 班 级： 姓 名： 学 号： 外文出处： 机器人和计算机集成制造 21（ 2005） 368 附 件： 1. 原文 ； 2. 译文 2013 年 3 月 夹具定位规划 中 完整性评估和修订 验室，机械工程学系，伍斯特理工学院研究院， 100 路，伍斯特，硕士 01609，美国 2004 年 9 月 14 日收稿 ;2004 年 11 月 9 日修订 ;2004 年 11 月 10 日 发表 摘 要 几何约束是夹具设计中最重要的考虑因素之一。确定位置的解析拟订已发达。然而，如何分析和修改 在 实际夹具设计实践过程中的一个非确定性的定位计划尚未深入研究。在本文中，提出了一种方法来描述 在限制 约束下的重点夹具系统的几何约束状态。 一种限制 约束 下 状态，如果它存在，可以识别给定定位计划。可 以自动识别工件的 所有限制 约束下约束状态的提案。这有助于改善逆差定位计划，并为修订提供指引，以最终实现确定性的定位。 关键词：夹具设计 ;几何约束 ;确定性定位 ;限制 约束 ;过约束 夹具是用 于 制造 工业进 行工件牢固 定 位的一种机制。在零件加工过程中规划一个关键的第一步，夹具设计需要，以确保定位精度和三维工件的精度。 3一般情况下，是最广泛使用的指导原则发展的位置计划。 一个加工夹具定位方案必须满足一些要求。最基本的要求是，必须提供工件确定的位置。 这种观点 指出 ，定位计划生产 的 确定位置，工件不能移动，而至少有一个定位不会失去联系。这一直是夹具设计的最根本的准则之一，许多研究人员关于几何约束状态的研究 表明 ，工件在任何定位计划分为以下三个类别： 1、 良好的约束（确定性）：工件在一个独特的位置 进行配合 ，工件表面 与 6个定位器取得联系。 2、 限制 约束 ：不完全约束工件的自由度。 3、 过约束：工件自由度超过 6 定位的制约。 在 1985年 ,浅田 1提出了满秩为准则雅可比矩阵的约束方程 ,基于分析形成了调研后 ,确定定位。周等 2在 1989年制定了在确定性 定位问题上使用螺旋理论。结果表明 ,定位矩阵的定位需要压力满秩达到确定的位置。该方法的确定通过无数的研究。王等 3考虑定位工件的接触的影响，而采用点接触面积。他们介绍了接触矩阵，并指出，两个接触的机构不应该有平等的，但在接触点曲率相反。卡尔森 4认为，可能没有足够的应用，如一些不是非棱柱的表面或相对误差近似 的 非小线性。他提出一个二阶泰勒展开，其中也考虑到定位误差相互作用。马林和费雷拉 5应用周 对 3定若干按照规则的规划。尽管众多的位置上的确定分析研究 很 少注意非确定性分析的位置。 在浅 田的拟定方案中 ,他们假设工件夹具元件和点之间的联络无阻力。理想的位置 q*,而应放置工件表面和分片，可微函数是 图 1)。 表面函数定义为 :gi(q*)=0是确定的 ,应该有一个独一无二的解决方案为下列所有定位方程组。 gi(q)=0,i=1,2,.,n (1) 其中 向 ,代表了工件的定位和方向。 只有考虑到目标位置 q*附近在 处 : 浅田表明 (2) 阵式所示 （ 3）。确定定位 如果雅可比矩阵满秩，可满足要求。 (2)只有 q=q*一个解决办法 (3) 在 1个 3 ，一个约束方程的雅可比矩阵的 满 秩 的 约束状态如表1所示。如果 定位 是小于 6，工件是 限制约束 的，即存在至少有一个工件 自由 定位议案不 受 限制的。如果矩阵满秩，但定位 大于 6定位，工件 是 过约束，这表明存在至少一个定位等 ;而几何约束工件被删除不影响的状态。 找出一个模型除了3以 建立基准框架提取等效的定位点。胡等 6已经发展出一种系统的方法 ,对这个用途。因此 ,这则能适用于所有的定位方案。 图 1 表 1 等级 数量的定位 地位 6 过分约束 康等 7遵循这些方法和他们实施制定的几何约束分析模块其自动化的计算机辅助夹具设计的核查制度。他们 的 统可以计算出雅可比矩阵和它的排名来确定定位的完整性。它也可以分析工件的位移和灵敏度定位错误。 熊等人 8提出的等级检查方法的定位矩阵 附件 )。他们还介绍了左 /右边的定位矩阵广义逆理论 ,分析了工件的几何误差。结果表明 ,定位及发展方向误差 X 和位置误差 r 的工件定位相关如下 : 在受限 : X=r, (4) 约束 : X=(1r, (5) 过 分 约 束 : X=1 r+(1 , (6) 是 任意一个向量。 他们还介绍了从这些矩阵的几个指标，评价定位配置，其次是通过约束非线性规划的优化。然而，他们的研究分析，不涉及非确定性定位的修订。目前，还没有就如何处理与提供确定的位置 的 夹具设计系统的研究。 如果不确定性的位置达到夹具系统设计的 要求 ，设计师知道约束状态是什么，以如何改善设计是 非常 重要的 条件 。如果夹具系统是过度约束， 是理想定位需要的 不必要的 信息 。而下约束时，所有有关知识约束工件的议案，可以引导设计师选择额外的定位或 使得 修改定位计划更有效。的总体战略定位计划表征几何约束的状态描述图 2。 在本文中 ,定位矩阵秩的几何约束的施加评价状态 (见附件为获得的定位矩阵 )。确定需要六个定位器定位提供矩阵的满秩定位 如图 3 所示 ,在给定的定位器数量 n,定位法向量 ai,bi,定位的位置 xi,yi,每一个定位器 ,i=1,2,.,n,n*6 定位矩阵可以确定如下 : （ 7） 当等级（ =6， n=6 时，是工件良好约束。 当等 级（ =6， n6 时 ;是工件过约束。 这意味着（ 不必要的定位在定位方案上。工件将不存在限制（ 位器。这种状态的数学表示方法 ,那就是（ 定位向量矩阵 ,可表示为线性组合的其他六行向量。 图 2 几何约束状态描述 图 3 一个简化的定位方案。 定位方案，提供了确定性的位置。发达国家的算法使用下列方法确定不必要的定位： 1、找到所有的（ 合定位的。 2、为每个组合 ,从（ 位器确定定位方案。 3、重新计算矩阵秩的定位为左六个定位器。 4、如果等级不变 ,被删除的 (位器是负责过约束状态。 这种方法可能会产生多种解决方案，并要求设计师来决定哪一套不必要的定位应该被删除 以 最佳定位性能。 当等级（ 6,工件的 限制 约束。 3。算法的开发和实施 在这里待开发的算法，将致力于提供信息的不受限运动工件在不足的约束状态。假设有 n 个定位器之间的关系的工件的位置 /定向误差和定位误差可以表示为如下 其中， X， Y， Z 轴和 X， Y， Z 轴的旋转，分别是位移。直 接还原铁 第 i 个定位器的几何误差。 定义是正确的广义逆的定位矩阵 了找出所有未受限运动的工件， V = 绍了 V 0. 由于 X） 6 必须存在有非零 V 满足式 ， 每个非零的解决方案的 V 代表一个无约束 运动。每学期的 V 代表该运动的一个组成部分。例如， 0; 0; 0; 3; 0; 0 说 绕 置 ， 0; 1; 1; 0; 0; 0 工件可以沿着由下式给出的方向向量 0; 1; 1 有可能是无限的解决方案。解空间， 然而， 可以构造 6- 基本的解决方案 ， 致力于以下分析，找出基本的解决方案。 示出， 行向量之间的依赖关系：在特殊情况下，例如，所有 于零， V 具有一个明显的解决方案， 1， 0， 0， 0， 0， 0，表示沿 x 轴的位移还没有限制。这是很容易 理解，因为 =0 在此情况下，这意味着相应的工件的位置误差是不依赖任何定位错误。因此，相关的动议未约束的定位器。此外，结合 动议不约束，如果是 X 的元素之一，可以作为其他元素的线性组合表示。然而，它 可以移动向量 定义的 为了找到解决办法一般情况下，以下策略： 1. 在定位矩阵消除依赖的行（ S）。 2。计算 6 不正确的修改后的定位矩阵的广义逆 3 4 规范的自由运动空间。 5 计算未定的 V 6. 基于该算法，一个 C +程序的目的是为了查明受限的状态下，不受约束的 运动。 实施例 1。在一个表面的磨削操作中，位于一个工件的夹具系统上，如示于图。 正常矢量和每个定位器的位置如下： 因此，定位矩阵被确定。 在有限的定位方案 这种定位系统提供了根据有限的定位因为 =5 6， 该程序，然后计算 正确的定位矩阵的广义逆 第一行是公认的依赖行，因为这一行的去除不影响矩阵的秩。“其他五排是独立的行。发现根据独立的行的线性组合规定下约束状态的程序的步骤 5。这种特殊情况下的解决方案是显而易见的，所有系数均为零。因此，所述 =100000这表明，工件可沿 x 方向移动。基于这个结果，一个额外的定位器应该是采用约束沿 x 轴的工件位移。 实施例 2。 图 5 示出了铰接 3位系统。的法线矢量和每个定位器的位置，在这最初的设计如下： 这种配 置的定位矩阵是 610 真正的设计修改 修改定位矩阵变为 修改后的定位矩阵是正确的广义逆 检查的程序依赖行，每一行是依赖其它五个行。不失概括性的，第一行被视为依赖行。 5 5 改进的逆矩阵 根据第 5 步中，计算五个未确定的 V 条件 该矢量表示的位移的组合定义的自由运动，沿 1， 0， 向结合旋转要修改这个定位的配置，另一种定位器被添加到限制这种自由运动的工件，假设定位 除在步骤 1 中。该程序可以也算自由运动的工件，如果一个定位器以外 除在步骤 1 中。这提供了多的设计师的修订选项。 确定性的位置是一个重要的要求夹具定位方案设计。分析标准决定性的地位已经确立。为了进一步研究非确定性状态，提出了一种用于检查几何约束的状态已经研制成功。该算法可以识别欠约束状态，并指示不受限运动的工件。它也承认过约束的状态和不必要的定位器。输出信息，可以帮助设计师来分析和改进现有的定位方案。 参考文献 1 , B.。自动重构夹具的柔性装配夹具的运动学分析。 机器人 6 2 C， ， M。加工装置的自动配置的数学方法分析和综合。反 英工业 1989;111:299 3 Y, , M.。 夹具运动学分析的基础上充分接触刚体模型。 J 制造业 科学与工程 2003;125： 316 4 S。刚性零件的装夹和定位计划的二次灵敏度分析 “。 制造业 2001 年科学与工程 ;123（ 3）： 462 5 , 位计划的运动学分析和综合加工装置 。 制造业 科学与工程 2001 年 ;123:708 6 士论文中，伍斯特理工学院 ;2001 年。 7 , , , 会2:350 8 Y, H, 士顿：爱思唯尔 ;2005 年。 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 - I - 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，还是新兴产业，都离不开各式各样的机械装备。而加快产品上市的时间，提高质量，降低成本，加强服务是制造业追求的永恒主题。 零件的工艺编制，在机械加工中占有非常重要的地位，零件工艺编制得合不合理，这直接关系到零件最终能否达到质量要求；夹具的设计也是不可缺少的一部分，它关系到能否提高其加工效率的问题。因此这两者在机械加工行业中是至关重要的环节。 此篇论文主要内容是对数控机床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，准面的选取，定位和夹紧方案的拟定。 关键词： 轴；夹具；装配图；工艺 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 - is of a be up is of in or it to is an it is to of So in is is of of a 买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 - 目 录 摘 要 . I . 1 章 绪 论 . 1 述 . 1 床的发展史 . 1 究内容 . 2 术要求 ： . 2 工难点 ： . 2 作要求 ： . 2 第 2 章 零件的分析 . 3 件的作用 及主要零件 . 3 承轴颈 . 3 部锥孔 . 3 部短锥 . 3 配轴颈 . 3 向锁紧 . 4 件的工艺分析 . 4 轴的主要技术要求 . 4 工阶段的划分 . 4 序安排原则 . 5 轴锥孔的磨削 . 5 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 - 章小结 . 6 第 3 章 工艺规程的设计 . 7 轴的材料、毛坯与热处理 . 7 轴的毛坯 . 7 轴的材料和热处理 . 7 轴加工 方案确定 . 8 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 轴加工定位基准的选择 . 9 轴主要加工表面加工工序的安排 . 9 轴加工工序 . 10 章小结 . 12 第 4 章 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定 . 13 定个加工表面的机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸 . 13 定切削用量及基本工时 . 17 章小结 . 55 第 5 章 专用夹具的设计 . 56 床 夹具的设计 . 56 具的分析 . 56 位分析 . 56 位基准的选择 . 57 择定位元件 . 57 位误差的分析 . 57 章小结 . 58 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 - V - 结 论 . 59 参 考文献 . 60 致 谢 . 61 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 - 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 - 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 - 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 - 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 - X - 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 - 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 - 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 - 1 - 第 1 章 绪 论 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，以及电子计算机控制部分的应用。 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、独立动力期与数字信息控制期，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 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 (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。 近几十年来， 随着电子计算机技术的飞速发展，数字信息控制系统被越来越多的应用购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 - 2 - 于机床。 究内容 控机床主轴加工工艺及夹具设计 。 术要求 ： 1)总长度 830)最大直径 195)平均孔径 52)表面硬度 220)主轴材料 45 钢 6)主轴径向跳动偏差 加工难点 ： 1)形位公差保证，尤其是跳动度和圆度 2)莫氏锥面的加工精度 作要求 ： 1)复习 掌握金属材料车削工艺，正确安排工步。 2)在设计过程中，了解零 件加工工艺设计和夹具设计的一般思路。 3)注意 支承轴颈 、 端部锥孔 、 端部短锥和端面 、 空套齿轮 轴颈 、 螺纹 等典型结构形状的加工 要求及加工方法。 4)根据主轴零件的加工要求，运用夹具设计的基本原理和方法，拟定夹具设计方案，设计出高效、省力、经济合理，并且能保证加工质量的夹具。 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 - 3 - 第 2 章 零件的分析 件的作用 及主要零件 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。 承轴颈 主轴两主 支承轴颈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 :12 锥面接触率 70%，表面粗糙度 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 面粗糙度 寸公差等级为 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。其对支承轴颈圆跳动，近轴端公差为 轴端 300 公差为 面的接触率 70%表面粗糙度为 度要求 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。 部短锥 主轴头部短锥和大台阶面是安装卡盘的定位面。其圆跳动为 面粗糙度 头部短锥对支承轴颈的圆跳动将卡盘产生同轴度误差。大台阶端面对支承轴颈轴线跳动将卡盘产生垂直度误差。 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 面粗糙度 寸公差等级为 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。 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 - 4 - 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 从上面分析看出： 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。 件的工艺分析 轴的主要技术要求 主轴的支承轴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 ；表面粗糙度m。 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 30% 。 主轴轴颈对支承轴颈的跳动公差，用标准检验棒检 查时，在近主轴端处不大于 在离主轴端 300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 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。 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 - 5 - 序安排原则 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 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。 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，加工数控机床主轴的关键是锥孔的加工，因此本课题针对锥孔加工设计了专用夹具。 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 - 6 - 章小结 本章主要介绍了主轴的作用，并且根据它的形状特点及要求进行了加工工艺分析。 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 - 7 - 第 3 章 工艺规程的设计 轴的材料、毛坯与热处理 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 径达 面粗糙度 达 适于在大批条件下锻造形状复杂、精度要求高的主轴。 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 本课题加工的主轴材料为 45 钢，是一种常用的材料，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 52，一般能满足普通机床要求。但与 650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。 （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 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 - 8 - 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。 轴加工 方案确定 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，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。 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 - 9 - 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。 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） 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 - 10 - （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。 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。 轴加工工序 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 - 11 - 6140式车床主轴的工艺过程如下： 工序 1 模锻 工序 2 正火热处理 工序 3 车两端面、钻中心孔，毛坯外圆为粗基准，选用 620 3C 卧式车床并加专用夹具。 工序 4 粗车外圆，以顶尖孔为基准，选用 620 3C 卧式车床。 工序 5 调质热处理 工序 6 车大端外圆、短锥、端面和台阶。以顶尖孔为基准，选用 620 3C 卧式车床。 工序 7 车小端各部外圆，以顶尖孔为基准，选用 120自动液压仿形车床。 工序 8 钻 48 通孔，以两端支承轴颈为基准，选用 2120T 深孔钻镗床专用夹具。 工序 9 车小端内锥孔，顶尖孔为基准（配 1:20 锥堵），选用 620 3C 卧式车床专用夹具。 工序 10 车大端锥堵（配莫氏 6 号锥堵）以两端支承轴颈为基准，选用 620 3C 卧式车床专用夹具。 工序 11 钻大头端面各孔（ 4 23 、 8M 、 2 10M ），以大端内锥孔为基准，选用 35 工序 12 钻 74H 孔 ,以前端轴颈基准 , 选用 35 工序 13 热处理，对 90 6g ，短锥及莫氏 6 锥孔进行高频淬火，采用高频淬 火设备。 工序 14 磨削外圆（ 80 5h 、 90
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