机械加工工艺规程案例分析

本节以最具有代表性的轴类零件——车床主轴为例，来分析零件的加工工艺。大多数机床主轴具有内外圆柱面和圆锥面以及各种螺纹、键槽、花键、横向孔、沟槽、凸缘等不同形式的几何表面，并且加工精度要求高、加工难度较大。

某车床主轴简图如图10-48所示。它是车床的关键零件之一，其前端直接与卡盘、顶尖等夹具相连接，用以夹持并带动零件旋转，完成零件的加工。主轴的加工质量对机床的工作精度影响很大。因此，主轴必须满足回转精度、刚度、热变形、抗振性、使用寿命等多方面的机床的工作性能要求。该车床主轴材料为45钢，生产类型为大批生产，普通精度等级。

（1）支承轴径

主轴的两支承轴颈是锥度为1∶12的圆锥面，分别与两个双列短圆锥轴承相配合，是主轴组件的装配基准，其制造精度将直接影响主轴组件的回转精度，当两支承轴颈不同轴时，会使主轴产生径向圆跳动影响零件的加工质量。因此，对支承轴颈提出了很高的要求。所以，技术要求为尺寸精度一般为IT5，两支承轴颈的圆度允差和对其公共轴线的斜向圆跳动允差均为0.005mm，表面粗糙度Ra值不大于0.4μm。

（2）装夹表面

主轴前端的莫氏6号锥孔是用来安装夹具或刀具的，是主轴的主要工作表面之一，其中心线必须与支承轴颈中心线同轴，否则会使零件产生圆度、同轴度误差，锥孔锥面的接触率要大于75%。所以，技术要求为其对支承轴颈公共轴线的斜向圆跳动允差在轴端处为0.005mm，在离轴端300mm处为0.01mm，表面粗糙度Ra值不大于0.4μm，锥孔表面须淬火以提高其耐磨性，满足在工作中经常装卸夹具的要求。

主轴前端的短圆锥是安装卡盘或拨盘的定心表面，其锥角为14°15′（锥度1∶4）。短圆锥面需要与支承轴颈同轴，其端面与主轴回转中心垂直，才能保证卡盘的定心精度。所以，技术要求为其对支承轴颈公共轴线的斜向圆跳动允差为0.008mm，表面粗糙度Ra值不大于0.8μm，表面须淬火。

（3）配合轴颈

配合轴颈是用来连接齿轮传动件的，有ϕ80h5、ϕ89f6和ϕ90g5三个，前两个分别用键和花键与齿轮连接，ϕ90g5上空套齿轮，工作时两者之间有相对运动。所以，技术要求为尺寸精度为IT6～IT5，表面粗糙度Ra值不大于0.4μm，ϕ90g5轴颈须淬火。

（4）螺纹表面

如果螺纹表面中心线与支承轴颈中心线歪斜时，会引起与之配合的主轴上锁紧螺母的端面跳动，使滚动轴承内圈中心线倾斜，从而引起主轴径向跳动，最终影响零件的加工精度。所以，技术要求为须保证其中心线与支承轴颈中心线的同轴度。

（5）轴向定位面

主轴的轴向定位面应与主轴回转轴线保证垂直，否则会使主轴周期性轴向窜动，既影响被加工零件的端面平行度，又在加工螺纹时产生螺距误差。

（1）毛坯制造方法选择

由于主轴的加工质量对机床的工作精度和使用寿命影响很大，并且其结构为多阶台空心轴，直径相差很大，加之生产类型为大批生产。所以，毛坯采用模锻制造方法，以便改善和提高主轴的力学性能、节省材料和减少切削工作量。

图10-48 车床主轴简图

（2）定位基准的选择

根据主轴的技术要求，考虑符合基准统一和基准重合的原则，选择其外圆为粗基准，轴两端的中心孔为精基准。

1）首先以外圆为粗基准，铣端面和钻中心孔，为粗车工序准备了定位基准。

2）粗车时，因切削力大，为了提高工艺系统的刚度，应以中心孔为精基准，采用“一夹一顶”的装夹方式粗车各外圆，为深孔加工准备了定位基准。

3）以半精车后的外圆为定位基准，加工前后锥孔，然后安装锥堵或锥套心轴（锥孔锥度较大时用锥套心轴，较小时用锥堵），如图10-49所示，即可用锥堵上的中心孔为精加工外圆准备了定位基准。

图10-49 锥堵和锥套心轴(www.xing528.com)

4）以精加工后的具有较高精度的支承轴颈和阶台端面作定位基准，终磨锥孔。

（3）主要表面的加工方法选择

1）支承轴颈、配合轴颈和短圆锥：粗车——半精车——粗磨——精磨。

2）莫氏6号锥孔：钻孔——车内锥——粗磨——精磨。

3）花键：粗铣——精铣。

4）螺纹：车。

（4）热处理工序安排

1）正火：安排在毛坯锻造后进行。以消除锻造内应力，改善零件的切削性能。

2）调质：安排在粗车之后、半精车之前进行。并进行时效处理，得到所要求的韧性。

3）表面淬火：安排在磨削工序前进行。以便能在后续的精加工工序中消除其变形。

（5）注意事项

在拟订主轴的加工工艺过程时，应注意以下事项：

1）由于各加工表面间的相互位置精度要求较高，故应在一次装夹中完成各个表面的加工；

2）使用的锥堵应具有较高的精度，并尽量减少锥堵的安装次数；

3）因调质处理变形较大，深孔产生弯曲变形难以纠正，加之为保证深孔加工后与外圆同心，所以深孔加工应安排在半精车以后进行；

4）为避免一开始就降低零件的加工刚度，外圆表面的加工须先加工大直径的外圆，然后再加工小直径的外圆；

5）为避免淬火后的变形而影响螺纹表面和支承轴颈的同轴度，所以螺纹的加工须安排在主轴局部淬火之后进行；

6）主轴上的花键和键槽的加工应安排在外圆粗磨之后、精磨之前进行，不然因断续切削产生振动，影响加工质量和容易损坏刀具，并且也较难保证键槽的加工尺寸。

车床主轴加工的工艺过程见表10-10。

表10-10 车床主轴加工工艺过程

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