钻床主轴加工工艺.docx

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钻床主轴加工工艺

前言

毕业设计是在学完了机械设计、机械制造工艺与夹具、机械加工工艺、计算机基础、CAD制图、等课程后，是学生在校期间十分重要的综合性实践环节，是学生全面运用所学基础理论、专业知识和基本技能，对实际问题进行研究（或设计）的综合训练，旨在培养学生的专业研究素养，提高分析和解决问题的能力，使学生的创新意识和专业素质得到提升，使学生的创造性得以发挥

随着科技的发展，数控机床的用途十分广阔，在国民经济中所起的作用极为重要。

可以说，机床生产的水平是衡量一个国家工业、农业、国防和科学技术四个现代化水平的重要标志。

机械产品结构越来越合理，其性能，精度和效率日趋提高，更新换代频繁，生产类型由大批量生产向多种小批量转化。

因此，对专业人才的需求也日益增大，对专业人才的技术掌握也日趋提高，看我们掌握了多少专业知识，毕业设计是一个检验我们是否掌握了专业知识、掌握了多少专业知识。

毕业设计是一个，理论向实践转化的过渡。

把理论和实践有机的联合起来。

本设计以熟练掌握数控车床，数控铣车，磨床等，在认真分析零件工艺的基础上，综合运用所学的《机械制图》《数控加工工艺》《公差配合与技术测量》《金属材料与热处理》《数控技术》《数控加工与编程》等课，综合数控实习，按照机械加工工艺规程的内容，制定出的零件加工工艺的说明书。

本说明书中包括零件图的分析，生产类型，如何选择设备，加工工艺路线，毛坯的热处理，定位，加工中的难点，自检等内容，总之，本设计写有比较全面的加工过程。

限于水平和经验，设计难免出现错误和不妥之处，敬请老师批评指正.

第1章零件图分析

1.1图样分析

零件属于细长轴类，其刚性较差，在加工中易弯曲变形，造成较大的加工误差，降低加工精度。

零件总长1030mm，从右向左依次为380mm花键，30mm外螺纹，432mm外圆，138mm处有一内圆孔锥为莫氏四号。

1.1.1尺寸精度分析

1）φ70mm外圆柱面对两处φ40外圆轴线所形成的公共轴线的圆跳动公差为0.01mm。

2）φ40

mm外圆柱面的轴线对两处φ40外圆轴线所形成的公共轴线的同轴度公差为φ0.008mm。

3）φ40

mm外圆柱面对两处φ40外圆轴线所形成的公共轴线的同轴度公差为φ0.008mm。

4）花键轴部份外圆φ32

mm外圆柱面对两处φ40外圆轴线所形成的公共轴线的圆跳动公差为0.03.mm。

5）花键轴的齿侧面对花键轴外圆φ32

mm的轴线，对称度公差为0.012mm。

6）在磨削莫氏4号锥孔时，利用基准轴径A做为支撑部位，用基准轴径B找正工件，保证了锥孔与基准轴的同轴度。

7）莫氏4号的内圆锥孔对两处φ40外圆轴线所形成的公共轴

线的圆跳动公差为0.015mm。

8）φ40

mm×52mm的左端面对两处φ40外圆轴线所形成的公共轴线的圆跳动公差为0.02mm。

9）锥孔接触面涂色检查接解面≥75%。

10）热处理先调质处理269-298HB，尺寸φ70mm×138mm部分淬火42~48HRC。

11）φ70外圆表面粗糙度要求为Ra1.6微米，公差等级为IT7级，查表可知要粗车、半精车、精车方能达到要求。

但是，应为φ70mm×138mm部分淬火42~48HRC，硬度比较硬，难以切削，磨损很大，改为磨销加工达到尺寸，所以该段加工为粗车、半精车、粗

磨。

12）φ40外圆表面表面粗糙度为Ra0.8，公差等级为IT5级，查表可知要粗车、半精车、粗磨、精磨方能达到要求。

1.2材料分析

本设计的材料为40cr钢，硬度比较弱，要正火调质处理后才能有良好的切削性能。

1.3功能分析

1）钻床主轴靠主轴上的花键轴传动，花键轴部对外圆φ32

mm的轴线，有圆跳动公差和对称度公差，此处位置公差是为了保证，钻床主轴的传动精度。

2）φ30的外圆表面：

过渡作用，外螺纹M36×1.5和外圆φ32的衔接过度。

4.

3）M36×1.5处的外螺纹：

此处和钻床主轴箱的内螺纹配合，为了使主轴紧固在主轴箱内，与此处相配套使用的退刀槽一起有限位的作用。

4）φ40圆柱外圆：

φ40圆柱外圆与轴承相配合。

φ40表面粗糙度0.8

是为了减小与轴承配合的摩擦。

该处的公差是为了保证传递的转矩不会造成圆跳动。

5）φ50的表面：

该处表面与轴承起限位作用。

6）削莫氏4号锥孔：

装夹刀具的地方。

1.4零件生产类型

该零件生产50件，要求设计方案必须注重经济性，尽量选用通用工装及设备，减少实际生产加工中的外委加工。

所以单件小批量生产符合任务书的条件要求。

选用单件小批量生产类型,要求经济性好、工艺性、使用性好。

第二章选择装备

2.1机床选择

根据工件的性能，通过查阅《机械制造工艺与装备》选择如下的机床：

cjk6132数控机床，xk714数控铣床，M2110A磨床。

2.2夹具选择

组合夹具与通用夹具，三抓自定心卡盘附带中心架，顶尖，平口钳，分度头等。

2.3量具选择

（1）游标卡尺，量取轮廓的基本尺寸

（2）千分尺，量取轮廓的基本尺寸

（3）莫氏四号园锥量规

（4）百分表，测轴类零件径向跳动误差

（5）对称度量规，检测键槽的对称度

2.4刀具选择

1）数控加工的刀具选择要求编程人员必须掌握刀具的加工参数，数控加工刀具有以下特点：

①刚性好（尤其是粗车加工的刀具）精度高，抗振及热变形小。

②互换性好便于快速换刀。

③寿命高，切削性能稳定可靠。

④刀具的尺寸便于调整，以减少换刀调整时间。

⑤刀具应能可靠的断屑和卷屑，以利于切削的排除。

⑥系列化，标准化，以利于编程与刀具管理

2）刀具角度的作用：

A.前角的作用：

使刀刃锋利，便于切削加工和切屑流动。

B.后角的作用：

减小主后刀面与过渡表面的弹性恢复层之间的摩擦，减轻刀具磨损。

C.主偏角的作用:

主要影响刀具耐用度、以加工表面粗糙度及切削力的大小。

D.副偏角：

.主要影响加工表面的粗糙度，影响副切削刃与已加工表面之间的摩擦和刀具的强度。

E.刃倾角：

主要控制切屑的流动方向。

2）铣削加工时，立铣刀。

立铣刀的主要参数：

刀具直径为φ8圆角半径R0总长80mm

刃长12.1mm切削刃数2，前倾角零度材料：

硬质合金

刀片材料的选择主要依据被加工工件的材料，被加工表面精度及表面质量的要求，切削载荷的大小及切削过程有无冲击和振动，故本次加工次零件选择硬质合金刀片，根据零件的外形结构，加工所需：

硬质合金断面车刀，外切槽刀，外螺纹刀，内孔镗刀，30°外圆尖刀，Φ5mm中心钻，Φ20标准麻花钻，Φ8mm键槽铣刀

数控加工刀具卡

序号

刀具号

刀具规格名称

数量

加工表面

备注

1

T01

45°断面车刀

1

平断面

手动

2

T02

80°外圆车刀

1

粗车零件左端外轮廓

自动

3

T03

55°外圆车刀

1

精车零件左端外轮廓

自动

4

T04

60°外螺纹刀

1

加工外螺纹

自动

5

T05

Φ5mm中心钻

1

钻两端中心孔

手动

6

T06

Φ20mm钻头

1

钻底孔

手动

7

T07

45°外圆车刀

1

粗车零件右端外轮廓

自动

8

T08

30°外圆尖刀

1

精车零件右端外轮廓

自动

9

T09

80°内镗刀

1

粗镗内孔表面

自动

10

T10

90°内孔车刀

1

粗精车圆锥孔

自动

11

T11

55°内镗刀

1

精镗内孔表面

自动

12

T12

Φ8mm铣刀

1

粗精铣花键及槽

自动

2.5切削用量选择

1切削深度（ap）ap=dn-dm/2

2进给量（f）（mm/r）或（M/min）

3切削深度（vc）vc=πdn/1000≈dn/318单位m/min

N=1000vc/πd

粗加工时一般以加工效率为主，通常选择较大的背吃刀量和进给量采用较小的切削速度，精加工时通常选择较小的背吃刀量和进给量，较高的切削速度，镗孔时考虑刀杆刚性背吃刀量和进给量也应相应减小，对干材料45#，零件一粗加工时ap取2㎜，f取0.2mm/r;零件二粗加工外轮廓时ap取0.5㎜，f取0.2mm/r。

精加工时ap取0.1㎜，f取0.1㎜/r。

粗镗f取0.12mm/r,精镗f取0.1mm/r。

车螺纹时ap分别取0.8mm，0.6mm，0.3，0.16mm；F取1.5mm/r

零件如何确定加工时的切削速度，可参考《数控加工技术》表2-1例图，

表2-1数控车削用量推表

工件材料

切削深度mm

切削速度m/min

进给量mm/r

碳素钢（δb>600mpa

粗加工5-7

60-80

0.2-0.4

YT类

粗加工2-3

80-100

0.2-0.4

精加工0.2-0.3

120-150

0.1-0.2

W18gr4

钻中心孔

500-800

钻孔

-30

0.1-0.2

YT类

切断（宽<5mm）

70-110

0.1-0.2

铸铁（200hbs以下）

粗加工

50-70

0.2-0.4

精加工

80-100

0.1-0.2

YT类

切断（宽<5mm）

50-70

0.1-0.2

主轴的转速是由切削刃上选定点相对于工件的主运动的线速度

主运动速度n=1000Vc/πd单位为r/min

零件φ70外圆表面粗加工n=1000x70/（πx70）,取300r/min

零件φ40表面粗加工n=1000x70/（πx40）,取550r/min

零件φ32外圆表面粗加工n=1000x70/（πx32）,取700r/min

零件φ70外圆表面粗加工n=1000x70/（πx70）,取300r/min

零件φ70外圆表面半精加工n=1000x82/（πx70）,取350r/min

零件φ40外圆表面半精加工n=1000x82/（πx40）,取650r/min

零件φ32外圆表面半精加工n=1000x82/（πx32）,取800r/min

零件φ70外圆表面精加工n=1000x94/（πx70）,取420r/min

零件φ40外圆表面精加工n=1000x94/（πx40）,取750r/min

车螺纹时取主轴速度n≤1200/p计算，n≤1200/1.5=800

2.6毛胚类型的选择

根据任务书可知零件属于单件小批量生产类型，查《数控机床加工工艺》铸件由于多种因素影响，常常会出现气孔.针孔.夹渣.裂纹.凹坑.等缺陷.自由气段的特点，工具简单通常性生产准备周期短，这两点很适合本次零件的毛坯气锻造，确定为自由锻件经过锻造后进行正火处理以处理以清除锻件在锻造过程中产生的内应力，提高材料性能，毛坯下料为∮80×1100mm.

第三章拟定零件加工工艺路线分析

3.1选择零件各表面的加工方法

Φ70的外圆柱表面：

表面粗糙度为1.6属于IT7~IT8级需要经过粗车、半精车、精车才能达到。

但是因为该段淬火42~48HRC。

查《机械工程材料》第75页淬火可知在淬火时工件会有很大的内应力，往往会引起工件的变形所以在淬火后腰安排磨销以修正变形的外圆。

硬度又比较高，所以取消精车改为粗磨。

Φ40的外圆柱表面：

表面粗糙度为0.8属于公差等级为IT5级需要经过粗车、半精车、粗磨、精磨才能达到。

M36×1.5—6h外螺纹：

该外螺纹在Φ40的外圆柱表面上所以也要经过粗车、半精车、精车这三部才能进行螺纹切削。

该处外表面车削要

比图纸M36×1.5—6h的外圆直径小0.2mm，这样便于外螺纹的配合。

外螺纹小径=导程×公称直径×0.62=1.5×36×0.62=33.48mm。

Φ30的外圆柱表面：

此外圆没有标注粗糙度要求，也没有长度要求所以安自由公差来切削。

Φ32：

表面粗糙度为1.6属于IT7~IT8级需要经过粗车、半精车、精车才能达到。

此处还有一个花键，要铣削。

3.1.1估算毛坯加工余量

根据《机械工人切削手册》查询可得如下结果：

Φ70粗车5mm半精车4mm粗磨0.6mm

Φ40粗车3mm半精车1.2mm粗磨0.8mm

Φ32粗车42mm半精车1.2mm粗磨0.8mm

Φ30内孔钻→扩→粗车→精车

莫氏锥孔粗镗0.8mm半精镗0.5mm精镗0.5mm粗磨0.2mm

中心孔60°锥角

Φ70外圆键槽粗糙度ITT粗车→半精车→精车

3.1.2零件加工工艺路线的拟定

在数控加工中，刀具定位点相对于工件的运动轨迹和方向称为加工路线

1）应能保证零件的加工精度和表面粗糙度的要求，且效率高

2）应尽量缩短加工践线，既可以减少程序段，又可以减少空程移动时间

3）应使数值计算简单，以减少编程工作量

此外，确定加工路线时，还要考虑工件的加工余量和机度刀具刚度等情况，确定是一次走刀还是多次走刀完成

工艺路线：

准备毛坯——正火——夹一头钻中心孔——粗车中心孔这头外圆——调头——夹另头钻中心孔——粗车这端各处外圆——调质——吊挂——半精车各处外圆——铣，用分度头夹大端顶小端，铣两长孔，至图样要求——热处理φ70mm×138mm部分淬火42~48HRC——夹大端托小端精车各处外圆——车螺纹M36×1.5~6h至图样要求——分度头夹端、顶小端、粗铣、半精铣花键——油煮——吊挂——夹小端，顶大端，粗磨大端外圆——夹小端，中心架托大端φ70mm处，粗磨锥孔——精磨各处

3.1.3保证尺寸精度的方法

在机械加工中获得尺寸精度的方法有试切法、调整法、定尺寸刀具法、自动控制法和主动测量法等五种。

本设计在数控机床上完成的，所以选取自动控制法来保证尺寸精度，保证形状精度方法：

轨迹发，成型法，仿型法，展成法

本设计由于是以车削加工为主要加工方法，选用轨迹法来保证其形状精度，

保证精度的方法：

一次安装法，多次安装法，直接安装法，找正安装法，夹具安装法，该工件要多次装夹才能完工，所以选用多次安装法，夹具安装法使用的夹具制造周期长，费用高。

故广泛应用成批，大量生产。

本次设计属于小批量，所以，不用此种方法。

找正安装法也不适合，该工件有很多公差都与两外∮40外圆轴线所形成的公共轴线有关，所以保证加工表面与定位其面之间的精度选用互为基准来加工，所以选用直接安装法来保证精度。

3.2毛坯的热处理

由于零件有热处理要求，40cr的材料硬度不适合切削，所以在毛坯切削以前先把毛坯进行正火处理，改善材料的切削性能并改善毛坯的内应力将毛坯加热至某一适当温度（ac线以上30°—50°），保温一定时间后在空气中缓慢冷却，得到细化重组织晶粒，消除在锻，轧后的组织缺陷，改善毛坯强度，韧性，和塑性。

3.3加工工艺过程卡

工序号

工序名称

工序内容

工艺装备

1

下料

φ80×1100

锯床

2

锻造

自由锻

3

热处理

正火

4

粗车

1）一端插入主轴孔，夹这端，粗车另端面，钻中心孔A6.3

2）夹粗车过这端部，顶中心孔，车外圆φ70mm留加工余量5mm

3）倒头车φ32

mm处至尺寸φ40

mm长40mm

Cjk6132数控车床

5

粗车

夹大端，上中心架，托φ40

mm处，车小端面，钻中心孔A6.3，总长留加工余量17mm（中心孔工艺凸台），粗车小端外圆各部留加工余量5mm，照顾大端长138mm，留加工余量2mm。

（钻小端中心孔后，改夹大端顶小端中心孔）

Cjk6132数控车床

6

热处理

调质处理269-298HB

7

吊挂

5—8小时

8

车

夹大端，顶小端，半精车小端外圆φ32

mm至φ35

mm长40mm

Cjk6132数控车床

9

车

夹大端，中心架托φ35

mm处，半精车小端面，修研中心孔。

夹大端顶小端，去掉中心架，加工小端外圆各部尺寸，留加工余量3mm

Cjk6132数控车床

10

车

夹小端，托φ40

mm处，半精车φ70mm端面和外圆，总长1045mm（其中有工艺凸台15mm）。

外圆留加工余量1.5mm，钻孔及精车莫氏4号圆锥孔，留余量1.5~2.5mm

Cjk6132数控车床

11

车

夹大端，顶小端，半精车小端各部外圆，留加工余量1.5mm

Cjk6132数控车床

12

划线

划35mm×12mm及32mm×12.2mm长孔线

13

铣

用分度头夹大端顶小端，铣两长孔，至图样要求

XK714数铣

14

热处理

对φ70mm×138mm处，进行局部淬火，硬度42~48HRC

15

精车

夹大端顶小端，精车小端各段外圆，倒角，留磨削加工余量0.8mm

16

精车

夹小端，中心架托φ40

mm，精车φ70mm，倒角，留磨削加工余量0.8mm

中心架改托φ70mm处，精车莫氏4号锥孔，倒角，留磨削加工余量0.3~0.5mm

Cjk6132数控车床

17

车

夹大端顶小端，车螺纹M36×1.5~6h至图样要求

CJK6132

18

铣

分度头夹端、顶小端、粗铣、半精铣花键，留磨削余量0.3mm

XK714数铣

19

磨

夹小端，顶大端（活顶尖），粗磨各段外圆，留精磨余量0.4mm

M2110A磨床

20

磨

夹小端，中心架托大端φ70mm处，粗磨锥孔，留磨削余量0.3mm,装锥堵

内圆磨

21

热处理

时效处理（消除机械加工内应力）

22

油煮

油煮温度120°—160°透平油

23

吊挂

5—6小时

24

磨

修研两端中心孔，采用两中心孔定位夹紧工作，半精磨各段外圆尺寸，留精磨余量0.3mm

25

磨

精磨花键至图样要求

花键轴磨床

26

磨

采用两中心孔定位装夹工作，精磨轴外圆各部尺寸至图样要求

M2110A磨床

27

钳

取出左端（大头）锥堵

28

磨

夹小端用中心架托A基准轴径φ40

mm，以B基准轴径φ40

mm找正，精磨莫氏4号圆锥孔及端面至图样要求

29

车

夹大端，托小端φ30

mm轴径，车掉小端工艺凸台，保图样尺寸1030mm

Cjk6132数控车床

30

检验

检查各部尺寸及精度

3.4原点与换刀点

工件装夹试确定后，即可通过确定工件原点来确定工件

所有加工过程的数值处理都是通过对刀点来计算的

对刀点的设置原则是：

①便于数值处理和简化程序编写

②引起的加工误差小，对刀点可以设置在加工零件上，基准或工艺基准上。

换刀点的位置是指加工过程中需要换刀时的相对位置点，一般设在对刀点xz方向x100z150的位置

第四章零件的定位基准选择

1、基准：

指零件上用来确定其它点、线、面所依据的点、线、面。

在选择基准时应要遵循以下几个原则：

2、基准分类：

分为两大类：

设计基准和工艺基准

其中，工艺基准又可分为：

①工序基准：

是工序图上用来确定本工序所加工表面加工后应达到的尺寸、形状、位置所用的基准。

②定位基准：

是在加工中确定工件位置所用的基准。

③测量基准：

测量时所采用的基准。

④装配基准：

是装配时用来确定零件或部件在产品中的相对位置所采用的基准。

3、定位基准的选择

粗基准：

用未加工过的表面所作的定位基准。

精基准：

用已加工过的表面所作的定位基准。

（1）粗基准的选择原则

选择粗基准时，主要考虑的问题是如何使各道工序均有足够的加工余量以及工件安装的稳定性。

选择原则为：

①为了保证加工面与不加工面之间的位置要求，应选不加工面为粗基准；

②合理分配各加工表面的余量

③尽量选用面积大而平整的表面为粗基准，以保证定位准确、夹紧可靠。

④粗基准一般不重复使用，同一尺寸方向的粗基准一般只能使用一次。

（2）精基准的选择原则

选择精基准时，主要考虑的问题是如何保证零件的加工精度以及安装可靠。

选择原则为：

①基准重合原则。

即选择设计基准作为定位基准，以避免基准不重合误差。

②基准统一原则

即尽可能选用统一的定位基准加工各个表面，以保证各表面间的位置精度。

③自为基准原则

当精加工某些重要表面时，常用其加工表面本身为定位基准。

可以提高加工面本身的尺寸和形状精度，但不能提高加工面的位置精度。

④互为基准

对于有位置精度要求较高的表面，采用互为基准反复加工，更有利于精度的保证。

⑤保证工件定位准确、夹紧可靠、操作方便的原则。

在粗车的时候为了保证加工面与不加工面之间的位置要求，应选不加工面为粗基准；粗基准一般不重复使用，同一尺寸方向的粗基准一般只能使用一次。

在半精加工和精加工的时候即选择设计基准作为定位基准，以避免基准不重合误差。

即尽可能选用统一的定位基准加工各个表面，以保证各表面间的位置精度。

对于有位置精度要求较高的表面，采用互为基准反复加工，更有利于精度的保证。

第五章加工中的难点与解决方案

这些要求主要通过选用合理的刀具及几何参数，正确的粗精加工路线,合理切削用量，冷却液及工序的安排等措施来保证。

通过以上几点的分析措施有：

1）钻床主轴结构比较复杂，又属细长轴类零件，其刚性较差。

因此所有表面加工分为粗加工、半精加工和精加工三次，而且工序分得很细，这样经过多次加工以后，逐次减小了零件的变形误差。

2）安排足够的热处理工序，也是保证消除零件内应力，减少零件变形的手段。

3）为了保证支撑轴和锥孔的同轴度，加工过程中，配用锥堵使外圆和锥孔的加工能达到圆跳动公差为0.015mm要求。

4）无论是车削还是磨削，工件夹紧力要适度，在保证工件无轴向窜动的条件下，应尽量减小夹紧力，避免工件产生弯曲弯形，特别是在最后精车、精磨时，更应重视这一点。

第六章结论与展望

6.1成品的自检数据

零件的加工质量包括加工精度和表面质量：

加工精度是指实际零件的形状，尺寸和理想零件的形状，尺寸相符合的程度，其中加工精度有尺寸精度，形状精度和位置精度，尺寸精度是指实际零件的尺寸和理想零件的尺寸相符合的程度，常用游标卡尺，百分尺，等来检验，零件的形状精度是指零件点线面的实际位置与理想位置的符合程度，位置精度常用游标卡尺，百分表，直角尺等检验，表面质量的指标有表面粗糙度，表面加工硬化的程度，残余应力的性质和大小，表面质量的主要指标是表面粗糙度，表面粗糙度用表面粗糙度样板测量。

6.1.1数控车床操作注意事项

（1）程序输入阶段

①程序输入时正确避免字母数字和符号的输入错误

②程序输入应复活系统格式

（2）加工阶段

①检查开机是否回零

②安装车刀时注意刀号与程序编制一样

严格按照《数控机床设备安全操作规程》要求操作

设计小结

通过此次毕业设计，使自己对所学的专业有了一个系统的认识，也是一次温习以前所学专业知识，弄清楚以前一些，没有弄得明白的地方，通过这次毕业设计，我知道自己那些知识学好了、那些知识没有学的牢固、深入的了解各门课程的相互联系，增加了自己的设计能力，特别是对数控的加工工艺有了进一步的认识，对机床的工作原理及刀具都有了很大的了解，增加了自己对专业知识应用的信心，增加了自己的思考能力，懂得了自己还是要不断学习才能与时俱进，不断提高。

这次设计在画图方面有了很大的提高，最重要的是又重新复习了以前学过的知识，把以前学过的东西又一次的印入了脑海里，并且更进一步的了解了