大型精密轴类零件车削实例

1.图样技术分析

图1-16所示为C6140型车床主轴，其为多阶梯空心轴。表面类型有外圆柱面、圆锥面（锥度为1∶12的支承轴颈A、B两处和头部用于安装卡盘的短锥C）、花键、键槽和螺纹，内孔有两头内锥面（大头为莫氏6号，小头为1∶20的工艺锥孔）和中央直径为ϕ48mm的通孔。

1）主轴前后支承轴颈A、B为1∶12的锥面，其接触率≥75%，圆度公差为0.005mm，径向圆跳动公差为0.005mm，表面粗糙度值为Ra0.4μm，直径公差等级为IT5，表面淬火后硬度要求为48HRC。

图1-16 C6140型车床主轴

图1-16 C6140型车床主轴（续）

2）外短锥C及其端面的技术要求。主轴右端面短锥C锥面对A、B两圆锥面共同轴线的径向圆跳动公差为0.008mm，C面、D面的表面粗糙度值分别为Ra0.4μm和Ra0.8μm，C面淬火后硬度要求为48HRC。

3）主轴锥孔的技术要求。C6140型车床主轴内锥为莫氏6号锥孔，为保证卡盘或花盘安装时的定位精度，其中心线对A、B共同轴线的径向圆跳动公差在轴端为0.005mm，在离轴端300mm处为0.01mm，锥面用塞规检验，接触率应≥70%，表面粗糙度值为Ra0.4μm，表面淬火后硬度要求为48HRC。

4）其他配合表面的技术要求。其他配合表面主要是指与齿轮、轴套配合的轴颈表面。为保证齿轮啮合与主轴的运转平稳性，与齿轮配合的轴颈直径公差等级为IT5，表面粗糙度值为Ra0.4μm，对A、B共同轴线的径向圆跳动公差为0.01～0.015mm。

5）螺纹的技术要求。螺纹精度为2级，与螺纹配合，螺母端面圆跳动公差为0.025mm。螺母用来调整轴承间隙，其端面与轴承内圈接触。

6）主轴材料为40Cr，莫氏6号锥孔、1∶12锥面、7°7′30″锥面及轴颈ϕ90g5四处高频感应淬火48HRC，其余调质235HBW。

2.加工工艺分析

（1）毛坯的选择 车床主轴大小端直径相差较大，毛坯采用锻造加工比较合适。批量大时采用模锻，批量小时采用自由锻。锻造后的毛坯，金属纤维组织成轴向排列，抗拉强度、抗弯强度和抗扭强度较高，能较好地满足主轴的工作要求。

（2）加工阶段的划分 加工过程大致分为4个阶段：钻中心孔之前的预加工阶段，从钻中心孔至调质前的工序为粗加工阶段，从调质处理工序至表面淬火工序为半精加工阶段，表面淬火后的工序为精加工阶段。要求较高的支承轴颈和莫氏6号锥孔的精加工，则应放在最后进行。整个主轴加工工艺过程，是以主要表面特别是支承轴颈表面的加工为主线，而其他表面的加工穿插于其中的一个加工过程。这样安排工艺过程的优点是：粗加工切除大量金属时产生的变形，可以在半精加工和精加工中消除；而主要表面放在最后进行加工，可不受其他表面加工时的影响，并方便安排热处理工序，有利于机床的选择。

（3）定位基准的选用 加工外回转面时，应以两端中心孔作为定位基准，但在精车时因主轴已加工出中央通孔，应在轴的两端配上锥堵装夹，找正后重新再钻中心孔，然后用中心孔和外圆作为定位基准装夹加工。

与莫氏6号锥孔配合的锥度工艺定位轴如图1-17所示，与1∶20锥孔配合的锥度工艺定位轴如图1-18所示。

（4）工序顺序的安排 工序顺序的安排主要根据基面先行、先粗后精、先主后次的原则进行。如先钻中心孔，再加工外圆；先加工大直径外圆，再加工小直径外圆等。

（5）热处理的安排 主轴毛坯锻造后，安排正火处理，其目的是消除锻造残余应力，细化晶粒，改善金属组织，降低硬度，从而改善切削加工性能。

粗车后安排调质处理，可使零件获得均匀细致的索氏体组织，提高其综合力学性能，以便在表面淬火时得到均匀致密的硬化层，并使硬化层的硬度由表面向中心逐渐降低。同时，能消除粗车时的内应力，并为以后的热处理作准备。

图1-17 莫氏6号锥度工艺定位轴

图1-18 1∶20锥度工艺定位轴

最后，在粗磨之前安排高频感应淬火，对莫氏6号锥孔、1∶12锥面、7°7′30″锥面及轴颈ϕ90g5四处高频感应淬火48HRC，以提高其耐磨性。

（6）深孔加工 车床主轴的中央通孔长870mm，属于深孔。深孔加工比一般加工困难且复杂。这是因为加工深孔时要求钻杆较长，系统刚性会变差，容易引起振动和钻偏；其次是钻头切削刃在钻到一定深度时切削液不易注入，散热条件差，刀具磨损快；此外，深孔加工时排屑困难，容易堵塞。可用以下方法解决：(www.xing528.com)

1）加长麻花钻的长度。加工孔时，可先用普通钻头焊接上加长钻柄进行钻孔，这时的钻头直径要小于孔径尺寸5～10mm，然后再用深孔麻花钻或专用车刀进行孔的精加工。

图1-19 深孔麻花钻

2）用深孔麻花钻钻孔。深孔麻花钻如图1-19所示，钻心直径为（0.1～0.2）d，钻头的抗弯强度及抗扭强度增强；顶角为130°～140°，易修磨横刃，磨出内圆弧刃、单面分屑槽，提高切削性能、减小进给力，切屑呈碎块状，排屑顺利；螺旋槽的横截面形状为抛物线形，增大容屑空间，冷却排屑好，螺旋角采用45°，可提高排屑能力，降低切削力和切削温度，延长钻头的使用寿命。

3）用专用车刀车削深孔。专用车刀车削深孔如图1-20所示，车刀刀柄上装有圆弧形导向套，与车刀一起移动。导向套与工件内壁接触，增加车削刚性，减少振动。

图1-20 专用车刀车削深孔

（7）次要表面的加工 主轴的花键、键槽等次要表面的加工，一般放在外圆精车或粗磨后、精磨外圆前进行。

3.车床主轴的加工工艺

根据以上分析，在小批量生产的情况下，C6140型车床主轴毛坯用自由锻加工，车削加工分粗车、半精车和精车几个阶段进行，加工工艺过程见表1-7。

图1-21 车床主轴锻件毛坯图

图1-22 车床主轴粗车图

表1-7 C6140型车床主轴加工工艺过程

（续）

（续）

（续）

特别注意：

1）中心孔作为车床主轴的定位基准，要始终注意保持其在加工过程中的质量，特别在精加工之前，应进行中心孔的修整和研磨，两工艺锥度定位轴的配磨及安装，要确保质量要求，从而保证中心孔在车床主轴加工中的正确定位作用。

2）加工车床主轴深孔时，切削用量要适当，以免出现质量问题。