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1、 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，而决定车床加工质量的就是它的主轴。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。车床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。此论文详细计算了加工余量、切削用量、尺寸公差并阐述了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。经设计的主轴较其传统的车床主轴有更高的强度和回转精度。关键词 车床，主轴，加工工艺，夹具ABSTRACTIn machinery fi
2、eld, 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 processi
3、ng 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 th
4、e 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 import
5、ant fixture. After being designed, compared with traditional lather, the strength and rotating accuracy are enhanced.Key words Lather，Mainshaft，Processing technic，Fixture目 录摘 要IABSTRACTII1 零件的分析1 1.1 零件的作用1 1.2 零件的工艺分析1 1.2.1 主轴的主要技术要求1 1.2.2 加工阶段的划分1 1.2.3 工序顺序安排22 工艺规程的设计3 2.1 毛坯的制造形式3 2.2 基准的选择3
6、2.3 主要加工表面工序安排4 2.4 制定工艺路线5 2.5 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定7 2.5.1 毛坯的制造分析7 2.5.2 确定各加工表面的加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸7 2.6 确定切削用量及基本工时93 磨床夹具设计38 3.1 问题的提出38 3.2 夹具设计38 3.2.1 定位分析38 3.2.2 定位基准的选择38 3.2.3 选择定位元件38 3.2.4 磨削力的计算38 3.2.5 定位误差的分析39 3.2.6 夹紧装置及夹具体设计394 钻床夹具设计41 4.1 钻床夹具的作用及类型41 4.1.1 钻床夹具的作用41 4.1.2 钻床夹具的类型41
7、 4.2 夹具设计41 4.2.1 问题的提出41 4.2.2 定位分析42 4.2.3 定位基准的选择42 4.2.4 选择定位元件42 4.2.5 定位误差分析42 4.2.6 切削力与夹紧力分析42 4.3 钻模板、钻套、衬套选择设计43 4.3.1 钻模板选择43 4.3.2 钻套选择43 4.3.3 衬套选择44 4.4 夹紧装置及夹具体设计455 结论47参考文献48附 录49致 谢501 零件的分析1.1 零件的作用本次设计所给定的零件是主轴零件图。其位于主轴箱部，主要作用是传递回转运动和扭矩。电动机的回转运动和扭矩是通过各级变速齿轮等传递到主轴，再通过主轴传递给工件或刀具的。主
8、轴必须具有较高的回转精度，以保证工件几何形状的正确；为机床附件和有关工艺装备提供安装基面，直接或间接地支持和导向作用；当棒料（毛坯）需从主轴中心通孔通过作贯穿送料时，主轴内孔还具有支承作用。1.2 零件的工艺分析1.2.1 主轴的主要技术要求尺寸精度和表面粗糙度：主轴的支承轴颈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IT5级。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。主轴轴颈对支承轴颈的跳动公差，用标准检验棒检查
9、时，在近主轴端处不大于：在离主轴端处不大于。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。主轴上螺纹的精度，一般不低于二级。1.2.2 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的工序为粗加工阶段；调质处理后至表面淬火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
10、响，并方便安排热处理工序，有利于机床的选择。1.2.3 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。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，表面粗糙度较小。最后，还需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
11、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。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
12、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。492 工艺规程的设计2.1 毛坯的制造形式零件材料为45钢。主轴在机床运行中要起到传递功率的作用，则其在工作过程中，经常受到扭矩作用，由于零件年生产量为1000件，已达到大批量生产的水平，而且零件的轮廓尺寸不太大。故可采用模锻成型，且为胎模锻。它的毛坯精度较高，加工余量较小，对提高生产率，保证加工质量也是有利的。2.2 基准的选择1、粗基准
13、的选择为取得两中心孔作为精加工的定位基准，所以机械加工的第一道工序是铣两端面中心孔。为此可选择前、后支承轴颈（或其近处的外圆表面）作为粗基准。这样，当反过来再用中心孔定位，加工支承轴颈时，可以获得均匀的加工余量，有利于保证这两个高精度轴颈的加工精度。2、精基准的选择为了避免基准不重合误差，考虑工艺基准与设计基准和各工序定位基准的统一，以及尽可能在一次装夹中加工较多的工件表面，所以在主轴精加工的全部工序中（二端锥孔面本身加工时除外）均采用二中心孔作为定位基准。在主轴中心孔通孔钻出以后，原中心孔消失，需要采用锥堵，借以重新建立定位精度（二端中心孔）。中心孔在使用过程中的磨损会影响定位精度，故必须经
14、常注意保护并及时修整。特别是在关键的精加工工序之前，为了保证和提高定位精度，均需重新修整中心孔。使用锥堵时应注意：当锥堵装入中心孔后，在使用过程中，不能随意拆卸和更换，都会引起基准的位置变动，从而造成误差。3、基准的转换由于主轴的主要轴颈和大端锥孔的位置精度要求很高，所以在加工过程中要采用互换基准的原则，在基准相互转换的过程中，精度逐步得到提高。以轴颈为粗基准加工中心孔；以中心孔为基准，粗车支承轴颈等外圆各部；以支承轴颈为基准，加工大端锥孔；以中心孔（锥堵）为基准，加工支承轴颈等外圆各部；以支承轴颈为基准，粗磨大端锥孔；以中心孔为（重配锥堵）为基准，加工支承轴颈等外圆各部；以大端支承轴颈和外圆
15、表面为基准，精磨大端锥孔。特别是最后精磨主轴锥孔时，由于定位基准选择恰当，起到了互为基准和基准重合双重效果，从而保证了很高的主轴跳动精度。2.3 主要加工表面工序安排要达到高精度的要求，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，即粗车调质半精车精车淬火粗磨精磨。车床主轴主要表面的加工顺序有如下几种方案：1、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）锥孔精加工（以精加工后的外圆定位）。2、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）外圆表面精加工（以锥堵顶尖孔定位
