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1、 CA6140機(jī)床主軸數(shù)控加工工藝及夾具設(shè)計(jì) 摘 要 隨著我過(guò)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,數(shù)控機(jī)床在國(guó)內(nèi)的應(yīng)用越來(lái)越普遍,數(shù)控機(jī)床作為高效率自動(dòng)化裝備越來(lái)越廣大應(yīng)用,數(shù)控技術(shù)是集計(jì)算機(jī)技術(shù),自動(dòng)控制技術(shù),測(cè)試控制技術(shù),機(jī)械知道技術(shù)為一體的綜合性高新技術(shù),它將機(jī)械裝備的功能,可靠性,效率,質(zhì)量及自動(dòng)化程度等提高到一個(gè)新的水平。 數(shù)控機(jī)床的組成不見(jiàn)大致可以分為機(jī)械和電氣兩部分,機(jī)械部分通常稱(chēng)為機(jī)床本體,它由對(duì)主軸組件的主運(yùn)動(dòng)系統(tǒng),進(jìn)給系統(tǒng),支撐系統(tǒng)和自動(dòng)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(dòng)件,密封件等組成。 主軸組件是機(jī)床實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的執(zhí)行件,它直接帶動(dòng)

2、工件或刀具參加表成形運(yùn)動(dòng)是機(jī)床上的一個(gè)關(guān)鍵組件。 主軸組件是機(jī)床主要部件之一,它的性能,對(duì)整機(jī)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(duì)主軸組件的主要性能提出很高的要求。 在數(shù)控機(jī)床中，不論是數(shù)控車(chē)床、鉆床還是銑床，其主軸是最關(guān)鍵的部件，對(duì)機(jī)床精度起著至關(guān)重要的作用。 因此如何正確地設(shè)計(jì)機(jī)床主軸及其組件對(duì)機(jī)床加工精度的影響是至關(guān)重要的。 關(guān)鍵詞：數(shù)控機(jī)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(chē)床主軸的加工工藝.............................................................................2 2.1CA6140車(chē)床主軸技術(shù)要求及功用....................

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

11、 謝 辭...................................................................................................................7 參考文獻(xiàn)..................................................................................................................8

12、 插圖清單 圖1CA6140車(chē)床的主軸簡(jiǎn)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(jī)床主軸指的是機(jī)床上帶動(dòng)工件或刀具旋轉(zhuǎn)的軸。通常由主軸、軸承和傳動(dòng)件（齒輪或帶輪）等組成主軸部件。除了刨床、拉床等主運(yùn)動(dòng)為直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的機(jī)床外，大多數(shù)機(jī)床都有主軸部件。主軸部件的運(yùn)動(dòng)精度和

14、結(jié)構(gòu)剛度是決定加工質(zhì)量和切削效率的重要因素。衡量主軸部件性能的指標(biāo)主要是旋轉(zhuǎn)精度、剛度和速度適應(yīng)性。①旋轉(zhuǎn)精度：主軸旋轉(zhuǎn)時(shí)在影響加工精度的方向上出現(xiàn)的徑向和軸向跳動(dòng)（見(jiàn)形位公差），主要決定于主軸和軸承的制造和裝配質(zhì)量。②動(dòng)、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(yīng)性：允許的最高轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)速范圍，主要決定于軸承的結(jié)構(gòu)和潤(rùn)滑，以及散熱條件。 　 20世紀(jì)40年代以前，大多數(shù)機(jī)床的主軸采用單油楔的滑動(dòng)軸承。隨著滾動(dòng)軸承制造技術(shù)的提高，后來(lái)出現(xiàn)了多種主軸用的高精度、高剛度滾動(dòng)軸承。這種軸承供應(yīng)方便，價(jià)格較低，摩擦系數(shù)小，潤(rùn)滑方便，并能適應(yīng)轉(zhuǎn)速和載荷變動(dòng)幅度較大的工作條件，因而得

15、到廣泛的應(yīng)用。但是滑動(dòng)軸承具有工作平穩(wěn)和抗振性好的優(yōu)點(diǎn),特別是各種多油楔的動(dòng)壓軸承，在一些精加工機(jī)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(fù)雜的供油設(shè)備，所以只用在高精度機(jī)床和重型機(jī)床上。氣體軸承高速性能好,但由于承載能力小,而且供氣設(shè)備也復(fù)雜，主要用于高速內(nèi)圓磨床和少數(shù)超精密加工機(jī)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(diǎn)，并能在切削過(guò)程中通過(guò)調(diào)整磁場(chǎng)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(jī)床 第二章 車(chē)床主

16、軸的加工工藝 車(chē)床主軸的加工工藝 ?? 1．CA6140車(chē)床主軸技術(shù)要求及功用 圖1 CA6140車(chē)床的主軸簡(jiǎn)圖 圖1為CA6140車(chē)床主軸零件簡(jiǎn)圖。由零件簡(jiǎn)圖可知，該主軸呈階梯狀，其上有安裝支承軸承、傳動(dòng)件的圓柱、圓錐面，安裝滑動(dòng)齒輪的花鍵，安裝卡盤(pán)及頂尖的內(nèi)外圓錐面，聯(lián)接緊固螺母的螺旋面，通過(guò)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(shù)要求： ⑴ 支承軸頸? 主軸二個(gè)支承軸頸A、B圓度公差為0.005mm，徑向跳動(dòng)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?yàn)橹鬏S支承軸頸是用來(lái)安

17、裝支承軸承，是主軸部件的裝配基準(zhǔn)面，所以它的制造精度直接影響到主軸部件的回轉(zhuǎn)精度。 ⑵ 端部錐孔? 主軸端部?jī)?nèi)錐孔（莫氏6號(hào)）對(duì)支承軸頸A、B的跳動(dòng)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(lái)安裝頂尖或工具錐柄的，其軸心線(xiàn)必須與兩個(gè)支承軸頸的軸心線(xiàn)嚴(yán)格同軸，否則會(huì)使工件（或工具）產(chǎn)生同軸度誤差。 ⑶ 端部短錐和端面? 頭部短錐C和端面D對(duì)主軸二個(gè)支承軸頸A、B的徑向圓跳動(dòng)公差為0.008mm；表面粗糙度Ra為0.8mm。它是安裝卡盤(pán)的定位面。為保證卡盤(pán)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(zhuǎn)中心垂直。? ⑷ 空套齒輪軸頸? 空套齒輪軸頸對(duì)支承軸頸A、B的徑向圓跳動(dòng)公差為0.015 mm。由于該軸頸是與齒輪孔相配合的表面，對(duì)支承軸頸應(yīng)有一定的同軸度要求，否則引起主軸傳動(dòng)嚙合不良，當(dāng)主軸轉(zhuǎn)速很高時(shí)，還會(huì)影響齒輪傳動(dòng)平穩(wěn)性并產(chǎn)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(dòng)的原因之一，所以應(yīng)控制螺紋的加工精度。當(dāng)主軸上壓緊螺母的端面跳動(dòng)過(guò)大時(shí)，會(huì)使被壓緊的滾動(dòng)軸承內(nèi)環(huán)的軸心線(xiàn)產(chǎn)生傾斜，從而引起主軸的徑向圓跳動(dòng)。 2．主軸加工的要點(diǎn)與措施 主軸加工的主要問(wèn)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(nèi)、外錐面的形狀精度、表面粗糙度以及它們對(duì)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(yīng)提高精基準(zhǔn)的精度。 保證主軸前端內(nèi)、外錐面的形狀精度、表面粗糙度同樣應(yīng)采用精密磨削的方法。為了保證外錐面相對(duì)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(jī)床上有兩個(gè)獨(dú)立的砂輪架，精磨在兩個(gè)工位上進(jìn)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(duì)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(zhǔn)，而讓

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

21、柄端面，限制工件的軸向竄動(dòng)。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(nèi)圓磨床主軸回轉(zhuǎn)誤差的影響，也可減少機(jī)床本身振動(dòng)對(duì)加工質(zhì)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(yīng)該以頂尖孔作為統(tǒng)一的定位基準(zhǔn)。但在主軸的加工過(guò)程中，隨著通孔的加工，作為定位基準(zhǔn)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(zhǔn)的作用。 3．CA6140車(chē)床主軸加工定位基準(zhǔn)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(zhǔn)時(shí)，應(yīng)遵循基準(zhǔn)重合、基準(zhǔn)統(tǒng)一和互為基準(zhǔn)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(shè)計(jì)基準(zhǔn)是主軸軸心線(xiàn)，根據(jù)基準(zhǔn)重合的原則考慮應(yīng)選擇主軸兩端的頂尖孔作為精基準(zhǔn)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(lái)，有利于保證加工面間的位置精度。所以主軸在粗車(chē)之前應(yīng)先加工頂尖孔。 為了保證支承軸頸與主軸內(nèi)錐面的同軸度要求，宜按互為基準(zhǔn)的原則選擇基準(zhǔn)面。如車(chē)小端1∶20錐孔和大端莫氏6號(hào)內(nèi)錐孔時(shí)， 以與前支承軸頸相鄰而它們又是用同一基準(zhǔn)加工出來(lái)的外圓柱面為定位基準(zhǔn)面（因支承軸頸系外錐面不便裝夾）；在精車(chē)各外圓（包括兩個(gè)支承軸頸）時(shí)，以前、后錐孔內(nèi)所配錐堵的頂尖孔為定位基面；在粗磨莫氏6號(hào)內(nèi)錐孔時(shí)，又以?xún)蓤A柱面為定

23、位基準(zhǔn)面；粗、精磨兩個(gè)支承軸頸的1∶12錐面時(shí)，再次用錐堵頂尖孔定位；最后精磨莫氏6號(hào)錐孔時(shí)，直接以精磨后的前支承軸頸和另一圓柱面定位。定位基準(zhǔn)每轉(zhuǎn)換一次，都使主軸的加工精度提高一步。 4．CA6140車(chē)床主軸主要加工表面加工工序安排 CA6140車(chē)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(guò)程可劃分為三個(gè)加工階段，即粗加工階段（包括銑端面、加工頂尖孔、粗車(chē)外圓等）；半精加工階段（半精車(chē)外圓，鉆通孔，車(chē)錐面、錐孔，鉆大頭端面各孔，精車(chē)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(jī)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(jìn)行，即粗車(chē)→調(diào)質(zhì)（預(yù)備熱處理）→半精車(chē)→精車(chē)→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(guò)的外圓表面定位）→錐孔粗加工（以半精加工過(guò)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(dāng)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(duì)主軸來(lái)

25、說(shuō)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(jìn)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(fèi)工時(shí)。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(guò)程中損傷已精加工過(guò)的主要表面。 ? 1—彈簧 2—鋼球 3—浮動(dòng)夾頭 4—彈性套內(nèi) 5—支架 6—底座 圖4 磨主軸錐孔夾具 對(duì)凡是需要在淬硬表面上加工的螺孔、鍵槽等，都應(yīng)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(chē)之后，精磨之前進(jìn)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(jìn)行，這樣半精加工后殘余應(yīng)力所引起的變形和熱處理后的變形，就不會(huì)影響螺紋的加工精度。 參考文獻(xiàn) [1] 《幾何量公差與檢測(cè)》甘永立，上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，2006 [2] 《數(shù)控機(jī)床》夏鳳芳，高等教育出版社，2002 [3]《金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)》范云漲　陳兆年，北京機(jī)械工業(yè)出版社，1993 [4]《機(jī)械制造工藝學(xué)》趙志修，北京機(jī)械工業(yè)出版社，1993 [5]《經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)設(shè)計(jì)》張新義，北京機(jī)械工業(yè)出版社 2005 [6]《機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)》周開(kāi)勤，高等教育出版社 2003 [7]《精密機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》趙躍進(jìn)　何獻(xiàn)忠主編，北京理工大學(xué)出版社 2002