磨床主轴的工艺

1常州机电职业技术学院毕业设计（论文）作者：吴寒学号：10941118系部：机械工程系专业：数控技术题目：磨床主轴的机械加工工艺指导者：马雪峰评阅者：2011年6月2目录一、分析零件图纸确定其生产类型----------------------------------61-1、零件工艺分析--------------------------------------------71-2、零件生产类型--------------------------------------------81-3选择毛坯尺寸、设计毛坯等----------------------------------8二、选择加工方法、制定工艺路线----------------------------------112-1、定位基准选择--------------------------------------------112-2、零件表面加工方法选择------------------------------------112-3、制定工艺路线--------------------------------------------122-4、刀具的选择----------------------------------------------132-5、切削用量的选择------------------------------------------142-6、对刀点与换刀点的确定------------------------------------182-7、确定工件坐标系------------------------------------------182-8、工件的装夹方式------------------------------------------182-9、加工刀具的选择------------------------------------------182-10、切削用量计算-------------------------------------------192-11、加工所用的量具-----------------------------------------212-12、加工工序卡---------------------------------------------22三、加工中的难点与解决方案--------------------------------------23四、成品自检数据-----------------------------------------------24五、参考文献-------------------------------------------------26附录3磨床主轴工艺摘要：本设计对磨床主轴的各个加工难点、生产类型进行了分析，针对零件的结构特点进行毛坯设计、对其工艺过程进行了设计。为提高生产效率，设计了各个加工工序的方法，对高硬度，高耐磨材料分析，选用最合理的加工刀具以及对形状精度和表面精度的保证方法。对其它轴类零件的加工有一定的借鉴意义。数控加工技术基础课程是在学完了数控加工工艺学和在部分专业课，并进行了实习的基础上进行的又一个实践性教学环节。这次设计使我们能综合运用数控加工加工技术基础中的基本理论，并结合生产实习中学到的实践知识，独立地分析和解决了零件机械制造工艺问题。该论文通过对磨床主轴的加工过程体现数控机床在机械制造业中的突出特点：数控机床加工精度高，对加工对象的适应性强，生产效率高，良好的经济效益，有利于现代化管理。由于能力所限，经验不足，设计中还有许多不足之处，希望各位老师多加指教。4工艺分析（1）选择定位基准时，为了保证周长挡外圆φ55与其他外圆的位置公差，采用了基准统一原则，即全部件以工件的两个中心孔定位。为保证轴承挡φ55（二处）和其他外圆的形状与位置公差，在主轴的精加工过程中，用石油顶尖三次研磨中心孔。中心孔的表面粗糙度Ra值，逐次减小，圆度精度要逐次增高。精磨前可用千分表检验工件的形位公差，如超差，应检查中心孔，并再进行研磨。（2）为了到达主轴的精度要求，逐步消除工件毛坯的复印误差，工件分粗车、半精车、半精磨、精磨和高精度精磨。（3）磨1：5外圆时，工作台要转动一个角度，因此磨1：5锥度时，始终以另立一道工序进行，这样有利于提高生产效率。（4）φ72外圆右端面磨削，均放在φ55（二处）外圆磨后进行，有利于提高断面相对于外圆轴线的垂直度。进行磨削前要调整好砂轮架位置并精细休整好砂轮端面，要求砂轮与端面是线接触，在无火花的情况下光磨1～2分钟。（5）根据主轴技术要求二端M20左不要求氮化，故氮化后安排一道工序磨螺纹外圆至要求，二端面磨去1mm，至此螺纹外圆及端面的氮化层全部切除。工序14再安排车螺纹（6）根据主轴的技术要求，轴承档φ55（二处）φ40±0.1（二处）必须经过高精度磨削磨削加工后，工件表面粗糙度Ra值在0.1μm和比0.1μm小时，都必须安排高精度磨削加工高精度磨削加工根据Ra值的大小，又分为三种。表面粗糙度Ra在0.1～0.05μm时称为精密磨削，表面粗糙度Ra在0.025～0.012μm时又称为超精磨削；表面粗糙度Ra在为0.006μm时称为镜面磨削。磨床主轴的轴承挡φ55表面粗糙度Ra为0.025μm，故需要安排超精磨削工序。5超精磨φ55（二处）时应注意以下几点：①砂轮选择。磨料一般选用白刚玉，应为白刚玉磨料休整后易呈微刃，刃口锋利，切削性能好，可减少磨削热。粒度一般选用细粒度磨砂，常用320°～W10，并要求同一砂轮的粒度要均匀。为了保证砂轮的自锐性，又能达到砂轮的微刃性和高等性，一般选用中软硬度的砂轮，且要求硬度均匀。②金刚石的选择及安装。金刚石一定要锋利，故金刚石的顶角一般取70～80°。安装休整架位置时要保证砂轮休整的横向位置基本上时砂轮的工作位置（图2-33a）。如果休整砂轮时，其位置与砂轮工作时的的横向变化太大，那么砂轮架导轨与床身纵向导轨的实际位置误差，会影响工件表面的粗糙度Ra值。③高精度磨削参数。休整砂轮时切削用量和磨削时的切削用量见表2-20。（7）工序14安排了沉割φ16.2×6×R1和车两端螺纹。主要是保证工序14前道加工时工件有足够的刚度；另外粗磨外圆后车螺纹主要是保证螺纹部分无氮层和螺纹与轴承挡外圆轴线的同轴度，减少砂轮高速旋转时的振动。6一、分析零件图纸并确定其生产类型1、零件的作用磨床主轴(见实体图1)是磨床砂轮主轴，是一根高速回转的高精度主轴，它主要用来支承滚动轴承等传动零件和传递运动和动力的。图1磨床主轴图7图磨床主轴零件简图2、零件的工艺分析通过对该零件的绘制，知道了得原图的视图正确、完整，尺寸、公差及技术要求齐全。但是该零件外圆和两个中心孔标准B型中心孔位置精度和形状精度要求比较的高，加工会有些难度。该零件是磨床砂轮主轴，精度要求很高，根据这一特点，它的机械加工工艺过程必须精粗的分工序进行。磨床砂轮主轴结构简单，整体对尺寸要求并不高。但对圆度，同轴度，平行度以及表面粗糟度的要求很高。用两顶尖装夹零件可以保证轴以中心线为基准，与滚动轴承配合的表面表面粗糙度要求较高，需用磨床精磨才可保证。两端螺纹无特别要求，可以在精磨以后在进行车削，以便于解决车削螺纹装夹难的问题！端面切槽，可用端面刀车削。83、零件的生产类型依设计题目知：Q=200台/年，n=１件/台；结合生产实际，备品率和废品率分别取为2%和5%。代入《机械制造技术基础课程设计指南》的公式（2—1）得该零件的生产纲领N=200×１×（1+2%）×（1+5%）=214件/年零件是磨床上的主轴，质量为12.36kg，查表2-1可知其属轻型零件，生产类型为小批生产。4、选择毛坯尺寸，设计毛坯1、选择毛坯该零件材料是38CrMoAIA氮化钢，主要用于支承滚动轴承等传动零件，并传递运动和动力，在工作过程中经常承受冲击载荷，要有良好的力学性能，。因此选用锻件，以使金属纤维尽量不被切断，保证零件工作可靠。由于零件的年产量为214件，属小批生产，故可采用自由锻，虽然毛坯精度低，加工余量大，生产率不高，但不需要专用模具，成本较低。2、确定机械加工余量，毛坯尺寸及公差。参见《机械制造技术基础课程设计指南》第五章第一节，钢质模锻件的公差及加工余量按GB/T12362—2003确定。要确定毛坯的尺寸公差及机械加工余量，应先确定如下各项因素。（1）锻件公差等级由该零件的功用和技术要求，确定其锻件公差等级为普通级。（2）锻件质量mf根据零件成品质量6.47kg，估算为mf=12.36kg（3）锻件形状复杂系数SmmSNf/该锻件为圆形，假设其最大直径为φ78mm，长为530mm，则由《机械制造技术基础课程设计指南》的公式（5-4）、公式（5-5）kgmN87.191085.7530784629由于0.622介于0.32和0.63之间，故该零件的形状复杂系数属2S级。（4）锻件材质系数M由于该零件材料为38CrMoAIA氮化钢，含碳量为0.38％材，是含碳量小于0.65％的碳素钢，故该锻件的材质系数属M1级。（5）零件表面粗糙度由零件图可知，除了左右两端M20螺纹的为Ra3.2以外，其余的加工表面Ra＜1.6。（6）确定机械加工余量根据锻件质量、零件表面粗糙度、形状复杂系数查表5-9，由此查得单边余量在厚度方向为2.3～3.0mm，水平方向为2.5～3.5mm，即锻件各外径的单面余量为2.3～3.0mm，各轴向尺寸的单面余量为2.5～3.5mm。锻件中心孔按实心加工。（7）确定毛坯尺寸上面查得的加工余量适用于机械加工表面粗糙度Ra≥1.6um。Ra＜1.6um的表面，余量要适当增大。加上所查得余量值即可（由于有的加工表面只需粗加工，这时可取所查数据中的小值，当表面需经粗加工和半精加工时，可取其较大值）。而表面粗糙度Ra＜1.6um的表面，还需参考外圆磨削余量来确定。表1磨床主轴毛坯（锻件）尺寸零件尺寸单面加工余量铸件尺寸零件尺寸单面加工余量铸件尺寸Φ723Φ785228530Φ550-0.023Φ613462348Φ543.5Φ618311Φ40±0.103Φ46902.5～3.590Φ40圆台3Φ46782.5～3.581M20左（两端）3Φ4610（8）确定毛坯尺寸公差毛坯尺寸公差根据锻件质量、材质系数、形状复杂系数从表5-6、表5-7中查得。本零件毛坯尺寸充许偏差同表2。表2磨床主轴毛坯（锻件）尺寸锻件尺寸偏差根据锻件尺寸偏差根据Φ78+1.9-0.9表5－6530±2.0530Φ61+1.9-0.9348±1.8348Φ61+1.9-0.911±1.111Φ46+1.9-0.990±1.690Φ46+1.9-0.981±1.481Φ46+1.9-0.9（9）设计毛坯图确定圆角半径锻件的外圆角半径按表5-12确定。本锻件大部分的t/H为＞1，故均按表中第二行。为简化起见，本锻件的外圆角均取相同数值，，以台阶高H≤10进行确定，结果为R=2，这样就能保证各表面的加工余量。11图3磨床主轴毛坯图（10）确定毛坯的热处理方式：毛坯锻造完成后正火处理。以消除残余的锻造内应力，并使不均匀的金相组织通过重新结晶而得到细化、均匀的组织，从而改善加工性。二、选择加工方法，制定工艺路线1、定位基准的选择本零件总体是通轴。以轴的中心线为其设计基准（也是装配基准和测量基准），为避免由于基准不重合而产生的误差，应以轴为定位基准，即遵循“基准重合”的原则。具体而言，用两顶尖定位粗基准和精基准。2、零件表面加工方法的选择本零件的加工面有外圆、中心孔、罗纹等，材料为38CrMoAIA。以公差等级和表面粗糙度要求，参考有关指南资料，其加工方法选择如下。外圆的加工方法（1）、两个端面的尺寸精度要求不高，表面粗糙度只有Ra6.3um,经过粗车即可达到要求。（2）、整个外表面表面粗糙度要求高的用磨床精磨可达到要求，表面粗糙度有Ra0.025um，公差等级为IT5。（3