课题一 主轴加工.ppt
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1、返回 项目三项目三 典型零件加工工艺典型零件加工工艺 圆柱齿轮加工圆柱齿轮加工圆柱齿轮加工圆柱齿轮加工 03 箱体类零件加工箱体类零件加工箱体类零件加工箱体类零件加工 02主轴加工主轴加工主轴加工主轴加工01返回课题一 主轴加工 一、主轴的结构特点及技术要求 主轴是机床的重要零件之一。它传递着大的扭矩和高的旋转运动。在工作中,它承受扭转力矩和弯曲力矩,还必须保证装于其上的工件 刀具有高的回转精度。主轴是设计有五点要求:合理的结构;高的尺寸精度.形位精度与表面质量:足够的刚度;好的抗振性。尺寸稳定性;一定的抗疲劳强度。对于后三项正确选择主轴材料及热处理工艺很重要,对于其制造精度则应由机械加工获得
2、。通常主轴支承形式为两支承结构,也有三支承结构。如图3-1为卧式车床主轴的简图,其各主要加工表面有:支承轴颈1和2,1,2为装配基准,他们的加工误差直接关系到主轴不见的回转精度莫式锥空3,用于安装顶尖或工具锥柄,其中心线必须与芝承轴颈的中心线严格同轴,且锥孔与工具锥柄有良好的配合;返回课题一 主轴加工 前端圆柱面与端面为安装卡盘的定位面,因此,圆柱面必须与支承轴颈同轴,端面应与主轴旋转中心想垂直;安装传动齿轮的轴颈4及5,若他们与支承轴颈有明显的不同轴,回造成齿轮齿合不良;安装锁紧螺母的外螺纹6与7,若其端面圆跳动较大时,回影响整个主轴不见的颈向圆跳动。另外,主轴往往有一个通孔,也需注意此深孔
3、的加工不要偏离中心线;否则,当主轴高速转动时会因离心力而引起振动。车床主轴简图 返回课题一 主轴加工 主轴是机床的重要零件之一。它传递着大的扭矩和高的旋转运动。在工作中,它承受扭转力矩和弯曲力矩,还必须保证装于其上的工件 刀具有高的回转精度。主轴是设计有五点要求:合理的结构;高的尺寸精度.形位精度与表面质量:足够的刚度;好的抗振性。尺寸稳定性;一定的抗疲劳强度。对于后三项正确选择主轴材料及热处理工艺很重要,对于其制造精度则应由机械加工获得。对主轴的技术要求如表所示。普通机床的主轴材料为45钢,常在采用正火或调制处理后,又在某些局部表面进行表面淬火处理,以保证它具有一定的强度,韧性和耐磨性等要求
4、。其毛坯锻造方法制作。返回课题一 主轴加工 返回课题一 主轴加工 对于精度要求较高,切转速较快的机床主轴,一般选用40Cr等合金结构钢,可经调制和表面淬火处理后,使它有较高的综合力性能.高精度磨床主轴无中间通孔,要求 更高的耐磨和耐磨疲劳性能,固采用轴承钢TCr15或弹簧钢65Mn材料.对于高速重载条件下工作的高精度主轴,可选用18CrMnTi.20Mn2B等低碳合金钢或用38CrMoALA渗氮钢作为材料。低碳合金钢竟渗碳淬火处理后,具有高的表面硬度,冲击韧度和心部强度,但热处理变形较大,而渗碳钢经调治和表面渗碳处理后,回有很高的心部强度,很高的白哦面硬度,优良的耐疲劳性,且热处理变形很小。返
5、回课题一 主轴加工二、主轴加工工序分析1、各外圆表面车削主轴加工工艺中,如何提高车削生产率是个问题。在不同批量的生产条件下,车削主轴采用了不同的机床设备:单件小批生产采用卧式车床;成批生产采用带液压仿形刀架的车床或液压仿形车床;大批大量生产采用液压仿形车床或多刀半自动车床。2、支承轴颈的精加工和光整加工 主轴外圆表面的精加工通常采用磨削的方法。一般能达到IT6级精度等级,表面粗糙度R0.80.2m。如果半精磨和精磨分别在两台磨床上进行,且精磨机床精度高、操作认真仔细,则可达IT5级精度。返回课题一 主轴加工 精磨外圆工序中,如用锥堵,则顶尖孔必须先经过研磨,使顶尖与顶尖孔有良好的接触面,如果用
6、锥套心轴,则操作中应按照支承轴颈表面用千分表进行校正,这意味着采用了支承轴颈本身作定位基面,锥套心轴仅起夹持的作用。对于精度要求很高的主轴(如坐标镗床主轴),精磨外圆工序还不到要求,就应进行超精密磨削与镜面磨削,或者采用光整加工。用作超精密磨削和镜面磨削的砂轮需经过精细的修正,将砂轮的磨粒修整出大量等高的微刃。这些等高的微刃能切除工件表面上级微薄的余量(微量缺陷及微量的尺寸、形状误差),从而获得很高的加工精度。等高的微刃在加工表面上尚留下极细微的切削痕迹,使表面粗糙度很小。在无火花光磨时,处于半钝化状态的微刃与工件表面形成一定的磨削压力,产生了擦滑、挤压及抛光的作用,使表面粗糙度进一步地减小,
7、达到镜面的程度。返回课题一 主轴加工 具体实施时,所用的砂轮修整用量和磨削用量如表具体实施时,所用的砂轮修整用量和磨削用量如表所示返回课题一 主轴加工3、内锥孔的精加工 内锥孔精加工是主轴加工工艺的最后一道关键工序。在批量 生产中,大都采用专用锥孔磨床作精磨;或者将原有机床改装为主轴锥孔专用磨床。磨削锥孔时,要求传动平稳,尽可能减少磨床头架主轴的回转误差对工件主轴的影响。为此,头架主轴与工件主轴之间必须采用挠性连接传动。挠性传动的具体结构有各种不同形式,常用的一种结构为浮动卡头,如图3-3所示。其左端插入磨床头架主轴锥孔内。弹簧2将卡头外壳连同工件向左拉,通过钢球1压向镶有硬质合金的端面,限制
8、了工件的轴向窜动。浮动卡头仅通过拨盘及拨销7使工件旋转;而工件主轴与头架主轴间无刚性连结,工件的回转中心线由专用磨夹具决定,不会受头架主轴回转误差的影响。返回课题一 主轴加工精磨主轴内锥孔 磨锥孔专用夹具以工件主轴的两个支承轴颈为定位基准,因此,图3-3中有 两个支承架5,而其结构形式大致有两种(如图3-4所示):a)部分轴瓦式:以铜轴瓦做成支承。刚性较好,每批工件支承轴颈拉毛。b)V形架式:以V形架为支承,左右镶有两块硬质合金垫块,其表面经过研磨,表面粗糙很小,仅为R0.05m。预先制备好几套厚度不同的垫块,可适应不同直径的工作。返回课题一 主轴加工 工件以硬质合金垫块的表面为 支承进行磨削
9、。其特点为:精度高,质量稳定,使用方便,寿命长,有一定的通用性a)部分轴瓦式 b)V形架式 返回课题一 主轴加工三、主轴加工工艺过程1 加工阶段的划分 由于主轴加工精度要求高,且切除的金属量较多,所以无论是小批生产还是大批生产,其加工工艺都被划分为比较明显的三个阶段:(1)粗加工阶段:粗车外院圆,钻深通孔等;(2)半精度加工阶段:半精车外圆及两端锥孔,有时还扩中心通孔等;(3)精加工阶段:半精度各级外圆,精磨个外圆及锥孔等。各阶段的划分往往以热处理为界。对于普通机床的主轴,精度是最终的工序。但是,作为精密机床的主轴,在精磨后还应有光整加工阶段。例如采用超精密磨削,镜面磨削,超精加工,双轮珩磨或
10、研磨等加工方法。返回课题一 主轴加工返回课题一 主轴加工2.定位基准的选取(1)加工顶尖孔的定位 批量大时,主轴毛坯一般采用模锻,各加工表面余量较均匀,且外圆面较平整,因此,不必划线找正,就以毛坯的外圆面作为粗基准。(2)钻通孔工序 小批生产的加工在卧式车床上进行,定位夹紧方式只能是用三爪自定心卡盘夹工件主轴的大端外圆,再用中心架托住小端的外圆,尾座上夹持通用的麻花钻进行钻孔,此法生产率低。当批量较大时,主轴的通孔加工可采用专用的深孔钻在专门的深孔钻床上进行。这样不仅提高了生产率,同时也能保证深孔中心不偏斜。所以,定位基准使用经粗车后的两支承轴颈。(3)为了尽可能使各工序的定位基准统一,在批量
11、生产中,一般都采用锥堵或带有锥堵的心轴。返回课题一 主轴加工 使用时需注意以下几点:锥堵的锥面与顶尖孔之间肯定有一定的同轴误差。因此锥堵装上以后,直到磨内锥孔工序前才拆下,不允许中途更换或拆下;装配时不能用力过大,尤其对于壁厚较小的主轴,用力太大会使主轴变形,加工后生产圆度误差。锥堵及锥堵心轴返回课题一 主轴加工(4)在精加工阶段,内锥孔和支承轴颈的磨削加工采用了互为基准的原则。磨内锥孔工序,最好是直接用两个支承轴颈作定位基准,但是,具体实施时出现两方面的困难。一是主轴前支承轴颈往往是1:12的圆锥面而不是圆柱面,给设计夹具带来了麻烦;二是使用过程中容易被拉毛或划伤。因此,实际生产中应用了靠支
12、承轴颈最近的圆柱轴颈作为定位基准。当然,为了减小定位误差,用作定位的圆柱轴颈和支承轴颈应在一次安装中一起加工。4.热处理工序的安排 热处理工序也是主轴加工的重要工序,用以改变主轴材料的金相组织从而获得必要的力学性能。(1)预备性热处理 即毛坯热处理,安排在粗加工开始之前。其作用为:消除锻造内应硬度一般应在150250HV(140248HBS)范围内。硬度过高,会加剧刀具磨损;硬度太低,则切屑不易断开,会引起所谓粘刀现象。返回课题一 主轴加工(2)主轴经粗加工后常安排调质处理(淬火后再进行高温回火)这样可获得均匀细密的回火所氏体组织,使主轴达到既有一定的硬度及强度,又有好冲击韧度的综合力学性能,
13、使它能承受各种载荷和冲击。但是,调质处理后变形大,且出现较深的氧化皮,因此也将它用作预备热处理。(3)最终热处理 其目的是为了提高表面硬度,即在保持主轴心部韧性的前提下,使其支承轴颈和工作表面具有较高的耐磨性与抗疲劳强度,以保证主轴的工作精度及使用寿命。渗碳和渗氮都属于化学热处理。返回课题一 主轴加工案例:图3-6所示为一阶梯轴,对该零件在CA6140车床上实施车削加工返回课题二 箱体类零件加工一、箱体的结构特点及技术要求 箱体零件的各加工表面主要为平面和孔。下页图为卧式车床的主轴箱箱体零件图。可见主轴箱体结构较复杂,箱壁薄,精度要求较高,下面以它为例讨论其加工工艺。主轴箱体是主轴箱部件的装配
14、基准件。内部装有:主轴、各传动轴、若干传动齿轮和轴承等零件。主轴箱体的加工质量会直接影响主轴的回转精度、主轴轴线与床身导轨的平行度以及各轴的正常运转等。因此,通常对其提出下列各项精度要求:(1)孔的尺寸精度与几何形状精度 同轴线孔的同轴度公差一般为0.010.02mm;三支承主轴的三孔同轴度公差为0.012mm。有传动关系的各轴孔间的中心距公差为0.05左右。各纵向孔轴线的平行度公差为400:0.05300:0.04。返回课题二 箱体类零件加工(3)主要平面的精度 基准平面的平面度用塞尺检查,其公差为0.04。主要平面与基准平面的垂直度公差为300:0.1。(4)孔与装配基准平面的平行度公差为
15、600:0.1。(5)表面粗糙度 主轴孔为R0.4um;其它各纵向孔为R1.6um。基准平面为R0.632.5um。箱体材料一般均采用铸铁,主轴箱常有HT200材料。为了尽量减小铸件内应力,箱体毛坯浇铸后应设退火工序。二、主轴箱箱体加工工序分析(1)平面加工 箱体平面的粗加工及半精加工常采用刨削或铣削。精加工则采用磨削或刮。返回课题二 箱体类零件加工 刨削可以在龙门刨床工作台上一次装夹若干个箱体实现多件加工。既可保证刨削各平面间的相对位置精度,又可提高加工生产率。铣削箱体平面的生产率比刨削高,适用于批量较大的场合。在多轴龙门铣床上利用多把铣刀同时铣削加工,如图所示。端铣刀在结构上比刨刀复杂,但
16、目前从其制造精度、切削部分材料等方面都有了很大进展,例如采用密齿端铣刀进给速度可达15004000/min,表面粗糙度仅为R0.8um。主轴箱装配面和定位基面的精加工,在单件小批量生产中往往采用 刮的方法,也可用以刨代刮的宽刀精刨工序,精刨刀为宽的直线刀刃,在经过检修的刨床上,以412m/min大为525mm/双行程。宽刀精刨后的平面表面粗糙度达R0.632.5um;平面度可达每米长度上不大于0.002mm。返回 主轴箱装配面和定位基面的精加工,在单件小批量生产中往往采用 刮的方法,也可用以刨代刮的宽刀精刨工序,精刨刀为宽的直线刀刃,在经过检修的刨床上,以412m/min大为525mm/双行程
17、。宽刀精刨后的平面表面粗糙度达R0.632.5um;平面度可达每米长度上不大于0.002mm。生产批量较大时,平面精加工一般用磨削的方法。有时还可以采用组合磨,如图3-8所示。此时,磨削形式为周磨,砂轮与工件的接触面较小,排屑与冷却条件好,工件热变形小;既能获得高的磨削质量,各被磨平面间有较高的相互位置精度,而且生产率更得到了提高。课题二 箱体类零件加工主轴箱多刀铣削 组合周磨返回课题二 箱体类零件加工(2)主轴箱孔系加工 所谓孔系是指箱体零件上一系列具有相互位置精度要求的轴承孔的集合。可分成:平行孔系、同轴孔系和交叉孔系三类。各孔径的尺寸精度由孔加工刀具保证;而如何保证各孔之间或孔与其它表面
18、间的相互位置精度,是孔系加工中的关键技术。按照孔系的加工精度和生产批量的不同可分别采用各种方法。例如:划线找正法;用心轴和量块找正法;用样板找正法;用定心套找正法;镗模法;坐标法;数控法。前四种均为校正法;孔的位置精度主要取决于操作者的技术水平,需要借助于有关的量具和精密的块规或样板、模板,进行较复杂的测量及调整试切。孔距精度可达0.02mm。它们仅用于单件小批量生产的场合。下面主要讨论镗模法、坐标法。返回1.镗模(镗夹具)法课题二 箱体类零件加工 镗模制造周期较长,成本较高,镗削速度受到镗模导向套的限制。导向镗模制造周期较长,成本较高,镗削速度受到镗模导向套的限制。导向套与镗杆间有一定的配合
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