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设计说明书

目录

一零件的分析……………………………………………………………………………2

1.1零件的作用…………………………………………………………………2

1.2零件的工艺分析……………………………………………………………2

二工艺规程设计…………………………………………………………………………3

2.1毛坯的制造形式………………………………………………………………3

2.2基面的选择……………………………………………………………………4

2.3划分加工阶段…………………………………………………………………5

2.4确定主要加工表面的方法……………………………………………………5

2.5加工工序的安排和工序的确定………………………………………………6

2.6确定加工余量和工序尺寸……………………………………………………9

2.7计算切削速度…………………………………………………………………9

三夹具的设计……………………………………………………………………………10

3.1定位方案…………………………………………………………………………10

3.2夹紧方案…………………………………………………………………………11

3.3对刀方案…………………………………………………………………………11

3.4定位键的选择……………………………………………………………………11

四设计心得……………………………………………………………………………11

五参考文献……………………………………………………………………………11

一、零件的分析

（一）零件的作用

题目所给定的零件是CA6140主轴零件图。

它主要位于主轴箱部，主要作用是传递回转和转矩。

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道具的。

主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，直接或间接的支持和导向作用；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。

（二）零件的工艺分析

1.主轴结构

通过上述分析，车床主轴具有以下结构特点；

1）考虑主轴组件装配结构与装配关系以及主轴的加工和装配工艺性，主轴成阶梯形结构。

为了便于通过棒料、拉杆（包括刀具拉杆、自动卡盘拉杆）和取出顶尖等操作，主轴呈空心状，但d/D（d、D分别为中孔直径和主轴直径）不宜大于0.7。

2）主轴材料选用45钢，经调质和表面淬火后，可获得较高的综合力学性能和耐磨性。

3）主轴毛坯多采用锻件，钢材经过锻造，纤维组织均匀致密，提高了抗拉强度、抗弯强度及抗扭强度。

锻造方法采用模锻。

车床主轴既是一单一轴线的阶梯轴、空心轴，又是长径比小于12的刚性轴，其主要加工表面是内、外旋转表面，次要加工表面有键槽、花间、螺纹和端面结合孔等。

2.车床主轴技术要求

⑴支承轴颈 主轴二个支承轴颈A、B圆度公差为0.005mm，径向跳动公差为0.005mm；而支承轴颈1∶12锥面的接触率≥70%；表面粗糙度Ra为0.4mm；支承轴颈尺寸精度为IT5。

因为主轴支承轴颈是用来安装支承轴承，是主轴部件的装配基准面，所以它的制造精度直接影响到主轴部件的回转精度。

⑵、端部锥孔 主轴端部内锥孔（莫氏6号）对支承轴颈A、B的跳动在轴端面处公差为0.005mm，离轴端面300mm处公差为0.01mm；锥面接触率≥70%；表面粗糙度Ra为0.4mm；硬度要求45~50HRC。

该锥孔是用来安装顶尖或工具锥柄的，其轴心线必须与两个支承轴颈的轴心线严格同轴，否则会使工件（或工具）产生同轴度误差。

⑶、端部短锥和端面 头部短锥C和端面D对主轴二个支承轴颈A、B的径向圆跳动公差为0.008mm；表面粗糙度Ra为0.8mm。

它是安装卡盘的定位面。

为保证卡盘的定心精度，该圆锥面必须与支承轴颈同轴，而端面必须与主轴的回转中心垂直。

⑷、空套齿轮轴颈 空套齿轮轴颈对支承轴颈A、B的径向圆跳动公差为0.015mm。

由于该轴颈是与齿轮孔相配合的表面，对支承轴颈应有一定的同轴度要求，否则引起主轴传动啮合不良，当主轴转速很高时，还会影响齿轮传动平稳性并产生噪声。

⑸、螺纹主轴上螺旋面的误差是造成压紧螺母端面跳动的原因之一，所以应控制螺纹的加工精度。

当主轴上压紧螺母的端面跳动过大时，会使被压紧的滚动轴承内环的轴心线产生倾斜，从而引起主轴的径向圆跳动。

从上述分析可以看出，主轴的主要加工表面是两个支承轴颈、锥孔、前端短锥面及其端面、以及装齿轮的各个轴颈等。

而保证支承轴颈本身的尺寸精度、几何形状精度、两个支承轴颈之间的同轴度、支承轴颈与其它表面的相互位置精度和表面粗糙度，则是主轴加工的关键。

二、工艺规程设计

（一）毛坯的制造形式

CA6140主轴零件材料38CrMoAl钢，生产类型为成批量生产，采用自由锻，设备上使用胎膜锻毛坯，经计算毛坯重量约30Kg.

由于考虑到胎膜锻加工的特征，故由上面分析可得将对坯模进行二次拔长，且第一次拔长时以φ120的毛坯尺寸φ131

mm为拔长对象，第2次拔长是以φ90mm的毛坯尺寸φ100

mm，毛坯原坯模为φ208

，体积约为0.03立方米。

（二）基面的选择

1、粗基准的选择

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、后支撑轴颈（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，加工支撑轴颈时，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

为了避免基准重合误差，考虑工艺基准与设计基准和各工序基准的统一，以及尽可能在一次装夹中加工较多的工作表面，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）均采用二中心孔位定位基准。

主轴中心通孔钻出以后，远中心孔消失，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，故必须经常注意保护并及时保修。

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，均需要重新修整中心孔。

使用锥堵时应注意：

当锥堵装入中心孔以后，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，所以在加工过程中药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。

1）、以轴颈为粗基准加工中心孔；

2）、以中心孔为基准，粗车支承轴颈等外圆各部；

3）、以支承轴颈为基准，加工大端锥孔；

4）、以中心孔（锥堵）为基准，加工支承轴颈等外圆各部；

5）、以支撑轴颈位基准，粗磨大端锥孔；

6）、以中心孔为（重配锥堵）为基准，加工支承轴颈等外圆各部；

7）、以大端支撑轴颈和φ75h6外圆表面为基准，精磨大端锥孔。

最后精磨主轴锥孔时，由于定位基准选择恰当，受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。

（三）划分加工阶段（以下表1为基准）

根据图中零件各部分不同的精度要求及主轴加工过程中的加工工序和热处理工序会产生不同程度的加工误差、应力，主轴加工基本上划分为以下三个阶段。

1、粗加工阶段

1）毛坯处理:

备料,锻造,热处理（正火）

2）粗加工:

工序4～6。

锯除多余部分，铣端面、钻中心孔和粗车外圆等

目的:

切除大部分余量,接近最终尺寸,只留少量余量,及时发现缺陷。

2、半精加工阶段

1）半精加工前热处理:

工序7。

2）半精加工:

工序8～13。

车工艺锥面（定位锥孔）半精车外圆端面和钻深孔等

3）精加工:

精磨外圆和内外锥面以保证主轴最主要表面的精度。

3、精加工阶段

1）精加工前热处理：

工序14

2）工序15～24均为精加工阶段。

（四）确定主要表面的加工方法

该主轴主要加工表面是Ø75h5、Ø80h5、Ø90g5、Ø105h5轴颈，两支承轴颈及大头锥孔。

它们加工的尺寸精度在IT5~IT6之间，表面粗糙度Ra为0.4~0.8mm。

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的进行，即粗车→调质（预备热处理）→半精车→精车→淬火-回火（最终热处理）→粗磨→精磨。

那么，主轴主要表面的加工顺序安排如下：

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（以半精加工过的外圆表面定位）→锥孔粗加工（以半精加工过的外圆表面定位，加工后配锥堵）→外圆表面精加工（以锥堵顶尖孔定位）→锥孔精加工（以精加工外圆面定位）。

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。

这些表面加工一般不易出现废品，所以尽量安排在后面工序进行，主要表面加工一旦出了废品，非主要表面就不需加工了，这样可以避免浪费工时。

但这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过程中损伤已精加工过的主要表面。

（五）加工工序的安排和工序的确定

1、加工顺序方案确定

具有空心和内锥特点的轴类零件，在考虑支承颈，一般轴颈和内锥等主要表面的加工顺序时，可有以下几种方案。

1）、外表面粗加工→钻深孔→外表面精加工→锥孔粗加工→锥孔精加工

2）、外表面粗加工→钻深孔→锥孔粗加工→锥孔精加工→外表面精加工

3）、外表面粗加工→钻深孔→锥孔次加工→外表面精加工→锥孔精加工

针对CA6140车床主轴的加工顺序来说，可做如下分析比较：

第一方案：

在锥孔粗加工时，由于要用已精加工过的外圆表面作基准面，会破坏外圆表面的精度和粗糙度，所以此方案不宜采用。

第二方案：

在精加工外圆表面时，还要再插上锥堵，这样会破坏锥孔精度。

另外，在加工锥孔时不可避免的会有加工误差（锥堵本身误差等就会造成外圆表面和内锥孔的不同轴，故此方案也不宜采用）

第三方案：

在锥孔精加工时，虽然也要用已精加工过的外圆表面作为精基准面；但由于锥面精加工的加工余量已很小，磨削力不大:

同时锥孔的精加工已处于轴加工的最终阶段，对外圆表面的精度影响不大；加上这一方案的加工工序，可采用外圆表面和锥孔互为基准，交替使用，能逐步提高同轴度。

经过上述比较可知像CA6140主轴这类的轴件加工顺序，以第三方案为佳。

2、工序确定

工序的确定要按加工顺序进行，应当掌握两个原则：

1）工序中的定位基准面要安排在该工序之前加工。

2）对个表面的加工要粗、精分开，先粗后精，多次加工，已逐步提高其精度和粗糙度。

主要表面的精加工应安排在最后。

为了改善金属组织和加工性能而安排的热处理工序，如退火、正火等，一般应安排在机械加工之前。

为了提高零件的机械性能和消除内应力而安排的热处理工序，如调质、时效处理等，一般应安排在粗加工之后，精加工之前。

3、工艺路线

该主轴零件结构较为复杂，其中涉及到外圆、端面、孔、锥孔、花键、键槽等加工，考虑加工的方便与精确度等因素，制定出表1所示加工方法和加工工艺过程卡片：

表1

序号

工序名称

工序内容

定位基准

设备

1

备料

2

锻造

模锻

立式精锻机

3

热处理

正火

4

锯头

5

铣端面钻中心孔

毛坯外圆

中心孔机床

6

粗车

粗车外圆

顶尖孔

卧式车床

7

热处理

调质220-240HBS

8

车

粗车大端各部

顶尖孔

卧式车床

9

车

仿形车小端各部

端面和顶尖孔

仿形多刀半自动车床CE7120

10

钻

钻48mm主轴内深孔

外圆柱表面

深孔钻床

11

车

车小端锥孔（配1∶20锥堵，涂色法检查接触率≥50%）

外圆柱表面

卧式车床

12

车

车大端锥孔（配莫氏6号锥堵，涂色法检查接触率≥30%）、外短锥及端面

外圆柱表面

卧式车床

13

钻孔

钻大头端面各孔

大端内锥孔

摇臂钻床

14

热处理

局部高频淬火（90g5、短锥及莫氏6号锥孔）

高频淬火设备

15

精车

精车各外圆并切槽、倒角

两端锥堵顶尖孔

数控车床CSK6163

16

粗磨

粗磨外圆各部

两端锥堵顶尖孔

（组合）外圆磨床

17

粗磨

粗磨大端内锥孔（重配莫氏6号锥堵，涂色法检查接触率≥40%）

外圆表面

内圆磨床

18

粗、精铣

粗铣和精铣花键

两端锥堵顶尖孔

半自动花键轴铣床

19

铣

铣12f9键槽

80h5及M115mm外圆

铣床

20

车

车三处螺纹（与螺母配车）

两端锥堵顶尖孔

卧式车床

21

精磨

精磨各外圆及E、F两端面

两端锥堵顶尖孔

外圆磨床

22

粗磨

粗磨两处1∶12外锥面

两端锥堵顶尖孔

专用组合磨床

23

精磨

精磨两处两处1∶12外锥面、D端面及短锥面

两端锥堵顶尖孔

专用组合磨床

24

精磨

精磨大端莫氏6号内锥孔（卸堵，涂色法检查接触率≥70%）（卸锥堆）

前支承轴颈及75h5外圆表面

专用主轴锥孔磨床

25

钳工

端面孔去锐边倒角，去毛刺

26

检验

按图样要求全部检验

前支承轴颈及75h5外圆

专用检具

（六）确定加工余量和工序尺寸

、确定工序尺寸

由于主轴零件中多次加工的表面，如各内、外圆柱面、端面等使用的工序基准、定位基准、测量基准与设计基准重合，因此各工序尺寸只与加工余量有关，即各表面工序尺寸只须在设计尺寸基础上累计加上加工余量即可。

以Φ75h5轴段为例

工序名称

加工余量

经济表面粗糙度Ra（μm）

基本尺寸

工序尺寸

超精磨

0.002

0.8

Φ75

Φ75h5（0-0.017）

精磨

0.008

1.6

Φ75

Φ75﹢0.003﹣0.028

粗磨

0.25

3.2

Φ75

Φ75﹢0.01﹣0.036

半精车

1.8

6.4

Φ75

Φ75﹢0.4﹢0.326

粗车

2.3

Φ77

Φ77﹢0.4﹢0.1

（七）．计算切削速度

铣键槽30×12×5.2

根据《机械加工工艺设计手册》第一卷表9.2-4选用硬质合金钢直柄键槽铣刀

每齿进给量：

根据《机械加工工艺手册》表2.4-87的切削速度v=1.79m/s

采用X53T铣床，根据《机械加工工艺手册》表3.1-73取

则实际切削速度

则此时工作台每分钟的进给量为：

三夹具设计

为提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度，需要设计专用夹具。

经过与指导老师的协商，决定设计第19道工序——铣12f9键槽的铣床夹具。

本夹具将用于X53T立式铣床。

刀具为硬质合金直柄键槽铣刀，对工件进行铣削加工。

一：

定位方案

1.应当限制的自由度：

为加工轴向键槽，应当限制→X、→y、→z、⌒y、⌒z方向自由度。

2.实际限制的自由度：

采用的是两V型块附加一挡板定位，共限制了→x、→y、→z、⌒y、⌒z五个方向自由度。

3.定位副：

左右两V型块分别与Φ80h5和Φ115轴段外圆配合，共限制了→y、→z、⌒y、⌒z方向自由度，附加挡块（与Φ115处的V型块做成一体）限制了→X方向自由度。

为不完全定位，符合定位要求。

当两压板夹紧时，夹紧力垂直于底座。

如图，1为压板，2为V型块，3为V型块上附带的挡块，与V型块为一体式。

二：

夹紧方案

1．作用点：

压板与轴接触点

2．作用方向：

垂直压板向下

3．装置：

如图所示

三：

对刀方案

使用直角对刀块（GB2240-80）

四：

定位键的选择

根据X53T铣床工作台T型槽尺寸选择定位键尺寸，保证键槽位置和对称度。

;四设计心得

三个星期的课程设计已经划上句号，进过三个星期的努力，不仅完成了任务，而且从中一方面巩固之前的理论学习，另一方面也发现了自己学习工艺机械加工中的薄弱环节，经过老师的指导和自己的认真学习，把没有掌握好的知识进一步加深理解。

课程设计是一个系统性、知识点广泛的学习过程。

通过这样的一个系统性的学习和结合，使自己把学过的知识联系起来，运用到各个方面去。

同时，也广泛的运用设计手册，学会了在实际应用中运用工具书，和独立完成每一步查找工作。

最重要的是我深刻体会到团队的含义。

知道了，什么时候1+1>1,什么时候1+1<1。

工艺参观实习很有意思，因为这比坐在课堂里听讲来得更为实际、直观。

通过实地参观，我了解了工厂进行加工实际生产的设备、工艺、工模具、产品缺陷等技术问题，对生产的各个环节和主要设备都有了一定认识，并对这几家工厂或企业有了一定的了解。

我感到自己真的是学到了很多知识，不仅包括需要了解、掌握的与机械专业相关的知识，也提高了我在生产实践中认识、分析问题的能力，还使我能够从机械制造技术、企业战略、经济发展等问题进行综合考虑。

最后对指导老师表示深深的谢意！

参考文献：

1《机床夹具设计》.上海科学技术出版社

2《机械工程手册》.机械工业出版社

3《切削用量简明手册》.机械工业出版社

4《工艺手册》.上海科学技术出版社

5《机械制造工艺设计简明手册》.机械工业出版社