【摘要】随着经济的快速发展，工业中的机械行业也在不断发展中，车床是机械行业中重要组成部分之一，车床也从以前的人工操作演化成为数控车床,但是在生产车床主轴上还存在一定问题,本文就从车床主轴加工工艺过程这方面进行分析。

　　【关键词】车床主轴;加工工艺过程

　　中图分类号：TU74文献标识码： A

　　一、前言

　　在机械行业的发展中，车床起到了最为关键的作用，由于车床上的技术也在不断的进步，但是关于主轴的加工工业过程的所涉及的问题,促使技术人员在不断的努力完善。

　　二、主轴的材料和热处理

　　45钢是普通机床主轴的常用材料,淬透性比合金钢差,淬火后变形较大,加工后尺寸稳定性也较差,要求较高的主轴则采用合金钢材料为宜。选择合适的材料并在整个加工过程中安排足够和合理的热处理工序,对于保证主轴的力学性能、精度要求和改善其切削加工性能非常重要。车床主轴的热处理主要包括以下几方面。

　　1、毛坯热处理。车床主轴的毛坯热处理一般用正火,其目的是消除锻造应力,细化晶粒,并使金属组织均匀,以利于切削加工。

　　2、预备热处理。在粗加工之后半精加工之前,安排调质处理,目的是获得均匀细密的回火索氏体组织,提高其综合力学性能,同时,细密的索氏体金相组织有利于零件精加工后获得光洁的表面。

　　3、最终热处理。主轴的某些重要表面需经高频淬火。最终热处理一般安排在半精加工之后,精加工之前,局部淬火产生的变形在最终精加工时得以纠正。精度要求高的主轴,在淬火回火后还要进行定性处理。定性处理的目的是消除加工的内应力,提高主轴的尺寸稳定性,使它能长期保持精度。定性处理是在精加工之后进行的,如低温人工时效或水冷处理。热处理次数的多少决定于主轴的精度要求、经济性以及热处理效果。车床主轴一般经过正火、调质和表面局部淬火3个热处理工序,无需进行定性处理。主轴加工过程中的各加工工序和热处理工序均会不同程度地产生加工误差和应力。为了保证加工质量，稳定加工精度，车床主轴加工基本上划分为下列三个阶段。

　　(1)粗加工阶段。毛坯处理: 毛坯备料、锻造和正火。粗加工: 铣端面、钻中心孔和粗车外圆等。这一阶段的主要目的是: 用大的切削用量切除大部分余量，把毛坯加工到接近工件的最终形状和尺寸，只留下少量的加工余量。通过这阶段还可以及时发现锻件裂纹等缺陷，采取相应措施。

　　(2)半精加工阶段。半精加工前热处理: 对于 45钢一般采用调质处理，达到 220 ～ 240HBS。半精加工: 车工艺锥面、半精车外圆端面和钻深孔等。这个阶段的主要目的是为精加工做好准备，尤其为精加工做基面准备。对于一些要求不高的表面，如大端端面各孔，在这个阶段加工到图样规定的要求。

　　(3)精加工阶段。精加工前热处理: 局部高频淬火。精加工前各种加工: 粗磨定位锥面、粗磨外圆、铣键槽和花键槽，以及车螺纹等。精加工: 精磨外圆和两处1:12外锥面及莫氏6号内锥孔，从而保证主轴最重要表面的精度。这一阶段的目的是把各表面都加工到图样规定的要求。粗加工、半精加工、精加工阶段的划分大体以热处理为界。可见，整个主轴加工的工艺过程就是以主要表面的粗加工、半精加工和精加工为主，适当插人其他表面的加工工序而组成的。这就说明，加工阶段的划分起主导作用的是工件的精度要求。对于一般精度的机床主轴，精磨是最终机械加工工序。对精密机床的主轴，还要增加光整加工阶段，以求获得更高的尺寸精度和更低的表面粗糙度。

　　三、加工顺序需注意事项

　　在进行轴类零件加工时,前一工序需为后一工序准备好定位基准。粗加工和精加工工序的定位基准选择以后,加工的顺序也就大致确定了。在机械加工工序过程中加入必要的热处理工序,使得机床主轴加工工艺路线可基本确定为:毛坯制造―正火―车端面钻中心孔―粗车处理―调质处理―半精加工表面淬火处理―粗、精磨外圆锥面―磨锥孔。在进行加工工序确定时,需注意以下几个问题。

　　第一,进行外圆加工顺序的安排时,应先加工大直径外圆,再加工小直径外圆,以免降低主轴刚度。

　　第二,基准最好统一,加工过程最好统一选择顶尖作为定位基准,避免使用锥堵,因此将深孔加工工序安排在最后,另一方面由于深孔加工为粗加工工序,需要将大量金属切除,容易造成主轴变形,因此深孔加工最好在粗车外圆之后进行。

　　第三,花键槽和键槽最好安排在精车之后,粗磨之前。如果在精车之前加工键槽,就会使得车削加工不连续,易于损坏刀具。另一方面键槽的表面精度很难控制,为了避免在加工过程中主轴主要表面受到损坏,因此将键槽加工工序放在主要表面加工之前进行。

　　第四,由于主轴的螺纹与主轴轴颈有同轴度要求,且半精加工阶段易产生应力及热处理变形等影响,另一方面为了避免在加工螺纹过程中损伤已经精加工的主要表面,因此将螺纹加工放在淬火处理之后的精加工阶段进行。

　　第五,由于机床主轴的加工要求很高,因此在加工过程中需要进行多次检验工序。各个检验工序需设置在各个加工阶段的前后以及重要加工工序的前后进行,精确度要求较高的零件可以安排探伤工序。

　　四、主轴加工中的关键工艺

　　普通机床进行主轴加工的工艺很复杂，工序也比较多，针对主轴加工的工艺分析，我认为主要要解决下面5关键工艺：

　　1、锥堵和锥堵心轴的使用

　　对于空心的轴类零件，在深孔加工后，为了尽可能使各工序的定位基准面统一，一般都采用锥堵(图1)或锥堵心轴的顶尖孔作为定位基准。当锥度较大时，就用带锥度的拉杆心轴，当主轴锥孔的锥度比较小时，就用锥堵。该主轴的锥孔分别为1：20和莫氏6号，锥度较小故选用锥堵，如图2所示。该轴壁厚较薄，如果用力过大，会引起轴件变形，使轴出现圆度误差等。为防止这种变形，使用塑料或尼龙制的锥堵心轴有良好效果。

　　2、顶尖孔的研磨

　　对于实心轴或锥堵上的顶尖孔，因为要承受工件的重量和切削力的作用，而常会磨损；并且工件在热处理时，顶尖孔也会随之变形。因此，在热处理工序之后和磨削加工之前，对顶尖孔要进行研磨，以消除误差。本文采用油石或橡胶砂轮进行研磨，研磨时先将圆柱形油石或橡胶砂轮夹在车床的卡盘上，用装在刀架上的金刚石将油石或橡胶砂轮前端修整成顶尖形状，接着将工件顶在油石或橡胶砂轮顶尖和车床后顶尖间，在加上少量油，然后开动车床使油石或橡胶砂轮转动，进行研磨。研磨过程中，用手把持工件并使它连续而缓慢地转动。

　　3、组合磨削

　　组合磨削或称多片砂轮磨削，是利用增大磨削面积以提高磨削效率的一种有效措施。一台磨床上安装几片砂轮，可以同时加工零件的几个表面，主轴的前后轴颈锥面、短锥面和前端的精加工，均采用组合磨削的方法。磨削的方法：

　　(1)先粗磨前后轴颈锥面，磨完后进行砂轮精细修整；

　　(2)分两种工位进行精磨，首先精磨前后轴颈锥面，完成后，设计图纸规定的角度成型砂轮，先后磨削主轴前端支承面和短锥面。

　　4、深孔加工

　　该主轴内孔L/d≈18，属深孔加工。深孔加工要比一般的孔加工困难和复杂些,因为孔的深度增大以后,刀杆较长,刀具钢度变差,容易引起振动和钻偏孔；其次是刀刃在工件深处进行切削。冷却液不易注入切削区,散热条件差,使刀具很快磨损;加上切削难于排出,容易堵塞而无法连续加工。该轴加工采用工件转动,刀具作轴向送进运动。这种方式钻出的孔轴线与工件的回转轴线能达到一致。如果钻头偏斜,则钻出的孔有锥度；如果钻头轴线与工件回转轴线在空间斜交,则钻出的孔的轴向截面是双曲线,但不论如何,孔的轴线与工件的回转轴线仍是一致的。深孔加工的排屑和冷却见图2冷却液从钻头外部输入,从钻头内部排出。有一定压力的冷却液沿箭头指示方向经刀杆与孔壁之间的通道进入切削区,起到冷却作用,然后经钻头和刀杆的内孔带着大量切削排出。

　　5、主轴锥孔加工

　　主轴前端锥孔和主轴支承轴颈及主轴前端短锥的同轴度要求高，因此磨削主轴的前端锥孔，成为机床主轴加工的关键工序。该主轴前端锥孔，以支承轴颈作为定位基准，将前后支承轴颈分别装在两个中心架上，用千分表校正好中心架位置。工件通过弹性连轴节或万向接头与磨床床头主轴连接。这种方式可以保证主轴轴颈的定位精度，而又不受磨床床头误差的影响。

　　五、车床主轴的零件检验

　　在车床主轴的零件检测上，一般采用将自动测量装置作为一种辅助的装置安装在机床上，通过这种检验方式能够确保不影响加工的情况下来根据测量结构实现控制机床工作的主动性，可以通过改变进给量及自动补偿刀具磨损的方式实现。这种方式可以在生产不停的状态下，不断适应加工条件的变化，还能够根据信号处理的基本原理来实现对设备运行状况的有效把握，最终达到生产过程的预测预报或者调整。在一些单件的、小批量生产中，尺寸精度可以通过外径千分尺来实现检验，而在进行大批量的生产时，常采用光滑极限量规检验，对那些长度大而精度高的工件可以用比较仪检验。圆度误差是可以用千分尺的方式测出工件同一截面内径的最大差值之半来确定，也可以用千分表借助V形铁来进行测量。在条件允许的情况下可以使用圆度仪进行检测。圆柱度误差一般通过千分尺来进行测量，可测出在同一轴向剖面内最大与最小值之差。主轴相互位置的精度检验一般以轴两端顶尖孔或者工艺锥堵上的顶尖孔为定位基准，在两支承轴上方分别用千分尺测量。

　　六、结束语

　　综上所述，在车床主轴加工工艺过程分析这方面，对于主轴加工工艺过程的了解，知道主轴是车床发展的关键部分，所以，相信在以后的研究中，改善和完善主轴的加工工艺过程是最为关注的问题,更能促使社会的发展更上一层楼。

　　参考文献

　　[1]石洪民 机床主轴加工工艺过程分析 科技资讯 2008年

　　[2]李勇 车床主轴加工的工艺过程 科技向导 2012年

　　[3]杜丽娟 工程材料成型技术基础 电子工业出版社 2003年

标签：加工主轴工序