機(jī)床主軸加工工藝教學(xué)案例分析——以CA6140車床主軸機(jī)械加工為例

1、機(jī)床主軸加工工藝教學(xué)案例分析以ca6140車床主軸機(jī)械加工為例2009年第2期桂林航天工業(yè)高等?？茖W(xué)校(總第54期)journalofguilincollegeofaerospacetechnology教育與教學(xué)研究機(jī)床主軸加工工藝教學(xué)案例分析以ca6140車床主軸機(jī)械加工為例韓興國(guó)王斌武(桂林航天工業(yè)高等?？茖W(xué)校機(jī)械工程系,廣西桂林541004)摘要針對(duì)機(jī)械制造工藝基礎(chǔ)課程中實(shí)驗(yàn)內(nèi)容較少的實(shí)際情況,在教學(xué)過程中,應(yīng)該提倡增加實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié),提高學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力,本文以ca6140機(jī)床主軸加工工藝為例,詳細(xì)說明加工路線的制定,定位基準(zhǔn)的選擇及ca6140機(jī)床主軸的加工工藝過程的制定,使學(xué)生熟悉

2、制訂工藝過程的原則,步驟和方法,培養(yǎng)合理確定工藝過程的技能.關(guān)鍵詞機(jī)床主軸.力工工藝;定位基準(zhǔn);ca6140車床中圖分類號(hào):g642.3文獻(xiàn)標(biāo)志碼:a文章編號(hào):1009-1033(2009)o2一o211一o4機(jī)械制造工藝基礎(chǔ)課程在高校里面向機(jī)械專業(yè)的學(xué)生開設(shè),作為專業(yè)基礎(chǔ)課程之一,在教學(xué)中占有重要的地位.作為一門研究機(jī)械制造工藝方法和過程的學(xué)科,在進(jìn)行教學(xué)時(shí),必須與實(shí)踐聯(lián)系起來,通過實(shí)驗(yàn)和實(shí)訓(xùn)教學(xué)才能使學(xué)生具有一定的感性知識(shí),沒有相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)會(huì)造成理論與實(shí)踐脫節(jié),嚴(yán)重影響教學(xué)質(zhì)量提高.機(jī)械加工工藝規(guī)程的制定及典型零件加工工藝是該課程的重點(diǎn),難點(diǎn),在課堂上講授,既空洞又很難使學(xué)生完全理解,無法達(dá)

3、到預(yù)期的教學(xué)效果,倘若課外安排一定數(shù)量的零件工藝規(guī)程分析,學(xué)生在老師指導(dǎo)下自己動(dòng)手制訂機(jī)械加工工藝過程,這不僅有助于培養(yǎng)學(xué)生合理確定工藝過程的技能,還可以提高學(xué)生獨(dú)立思考,分析問題的能力.本文以機(jī)床主軸加工工藝為例,闡述授課過程中的具體做法.1機(jī)床主軸的機(jī)械加工工藝分析1.1機(jī)床主軸的基本加工路線擬定零件的機(jī)械加工工藝路線是制定工藝規(guī)程的一項(xiàng)重要工作,擬定工藝路線時(shí)需要解決的主要問題是:選定各表面的加工方法,劃分加工階段,安排工序的先后順序,確定工序的集中與分散程度.機(jī)床主軸的機(jī)械加工主要以外圓加工為主,基本加工路線可歸納為三條.(1)粗車一半精車一精車.對(duì)于一般常用材料,這是外圓表面加工采用

4、的最主要的工藝路線.(2)粗車一半精車一粗磨一精磨.對(duì)于黑色金屬材料,精度要求高和表面粗糙度值要求較小,零件需要淬硬時(shí),其后續(xù)工序只能采用磨削.(3)粗車一半精車一精車一金剛石車.對(duì)于有色金屬,用磨削加工通常不易得到所要求的表面粗糙度,因?yàn)橛猩饘僖话惚容^軟,容易堵塞沙粒間的空隙,因此其最終工序多用精車和金剛石車.1.2機(jī)床主軸加工的定位基準(zhǔn)方法(1)以工件的中心孔定位在軸的加工中,零件各外圓表面,錐孔,螺紋表面的同軸度,端面對(duì)旋轉(zhuǎn)軸線的垂直度是其相互位置精度的主要項(xiàng)目,這些表面的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)一般都是軸的中心線,若用兩中心孔定位,符合基準(zhǔn)重合的原則.中心孑l不僅是車削時(shí)的定為基準(zhǔn),也是其它加工工序

5、的定位基準(zhǔn)和檢驗(yàn)基準(zhǔn),又符合基準(zhǔn)統(tǒng)一原則.當(dāng)采用兩中心孔定位時(shí),還能夠最大限度地在一次裝夾中加工出多個(gè)外圓和端面.(2)以外圓和中心孔作為定位基準(zhǔn)(一夾一頂)用兩中心孔定位雖然定心精度高,但剛性差,尤其是加工較重的工件時(shí)不夠穩(wěn)固,切削用量也不能太大.粗加工時(shí),為了提高零件的剛度,可采用軸的外圓表面和一中心孔作為定位基準(zhǔn)來加工.這種定位方法能承受較大的切削力矩,是軸類零件最常見的一種定位方法.(3)以兩外圓表面作為定位基準(zhǔn)在加工空心軸的內(nèi)孔時(shí),(例如:機(jī)床上莫氏錐度的內(nèi)孔加工),不能采用中心孔作為定位基準(zhǔn),可用軸的兩外圓表面作為定位基準(zhǔn).加工機(jī)床主軸時(shí),常以兩支撐軸頸(裝配基準(zhǔn))為定位基準(zhǔn),可保

6、證錐孔相對(duì)支撐軸頸的同軸度要求,消除基準(zhǔn)不重合而引起的誤差.(4)以帶有中心孔的錐堵作為定位基準(zhǔn)在加工空心軸*基金項(xiàng)目:廣西教育廳十一五教改項(xiàng)目(桂教高教e2006194號(hào)).*作者簡(jiǎn)介:韓興國(guó)(1981一),男,山東萊州人,桂林航天工業(yè)高等?？茖W(xué)校機(jī)械工程系教師,工學(xué)碩士,研究方向:數(shù)控技術(shù),計(jì)算機(jī)控制.2112009年第2期桂林航天工業(yè)高等?？茖W(xué)校(總第54期)journalofguilincollegeofaerospacetechnology韓興國(guó)王斌武/文的外圓表面時(shí),往往還采用代中心孑l的錐堵或錐套心軸作為定位基準(zhǔn),見圖1所示.(a)錐堵(b)錐套心軸圖1錐堵和錐套心軸1.3機(jī)床主

7、軸的結(jié)構(gòu)工藝性分析結(jié)構(gòu)工藝性是指所設(shè)計(jì)的零件在能滿足使用要求的前提下,制造的可行性和經(jīng)濟(jì)性.零件的結(jié)構(gòu)要根據(jù)其用途和使用要求來進(jìn)行設(shè)計(jì),機(jī)床主軸的結(jié)構(gòu)工藝性需要注意以下幾個(gè)問題.(1)從加工來考慮,當(dāng)主軸的某段需磨削加工或有螺紋時(shí),須設(shè)計(jì)砂輪越程槽或退刀槽.(2)從裝配角度考慮,應(yīng)合理設(shè)計(jì)非定位軸肩,使軸上不同零件在安裝過程中盡量減少不合理的裝配面,為了裝配方便,軸端應(yīng)設(shè)計(jì)45度的倒角.(3)軸上沿長(zhǎng)度方向開有幾個(gè)鍵槽時(shí),應(yīng)將鍵槽安排在軸的同一母線上.(4)同一根軸上所有圓角半徑和倒角的大小應(yīng)盡量可能一致,以減少刀具規(guī)格和換刀次數(shù).2ca6140車床主軸加工工藝案例分析2.1ca6140車床主

8、軸技術(shù)要求及功用圖2ca6140車床主軸零件簡(jiǎn)圖圖2為ca614o車床主軸零件簡(jiǎn)圖.由零件簡(jiǎn)圖可知,該主軸呈階梯狀,其上有安裝支承軸承,傳動(dòng)件的圓柱面,圓錐面,安裝滑動(dòng)齒輪的花鍵,安裝卡盤及頂尖的內(nèi)外圓錐面,聯(lián)接緊固螺母的螺旋面,通過棒料的深孔等.下面分別介紹主軸各主要部分的作用及技術(shù)要求.(1)支承軸頸.主軸二個(gè)支承軸頸a,b圓度公差為0.005mm,徑向跳動(dòng)公差為0.005mm,而支承軸頸1:12錐面的接觸率7o;表面粗糙度ra為0.4mm;支承軸頸尺寸精度為it5.因?yàn)橹鬏S支承軸頸是用來安裝支承軸承,是主軸部件的裝配基準(zhǔn)面,所以它的制造精度直接影響到主軸部件的回轉(zhuǎn)精度.(2)端部錐孑l.

9、主軸端部?jī)?nèi)錐孔(莫氏6號(hào))對(duì)支承軸頸a,b的跳動(dòng)在軸端面處公差為0.005mm,離軸端面300mm處公差為0.01mm;錐面接觸率7o;表面粗糙度ra為0.4mm;硬度要求4550hrc.該錐孑l是用來安22裝頂尖或工具錐柄的,其軸心線必須與兩個(gè)支承軸頸的軸心線嚴(yán)格同軸,否則會(huì)使工件(或工具)產(chǎn)生同軸度誤差.(3)端部短錐.端面頭部短錐c和端面d對(duì)主軸二個(gè)支承軸頸a,b的徑向圓跳動(dòng)公差為0.008mm;表面粗糙度ra為0.8mm.它是安裝卡盤的定位面.為保證卡盤的定心精度,該圓錐面必須與支承軸頸同軸,而端面必須與主軸的回轉(zhuǎn)中心垂直.(4)空套齒輪軸頸.空套齒輪軸頸對(duì)支承軸頸a,b的徑向圓跳動(dòng)公

10、差為0.015mm.由于該軸頸是與齒輪孑l相配合的表面,對(duì)支承軸頸應(yīng)有一定的同軸度要求,否則引起主軸傳動(dòng)嚙合不良,當(dāng)主軸轉(zhuǎn)速很高時(shí),還會(huì)影響齒輪傳動(dòng)平穩(wěn)性并產(chǎn)生噪聲.(5)螺紋.主軸上螺旋面的誤差是造成壓緊螺母端面跳動(dòng)的原因之一,所以應(yīng)控制螺紋的加工精度.當(dāng)主軸上壓緊螺母的端面跳動(dòng)過大時(shí),會(huì)使被壓緊的滾動(dòng)軸承內(nèi)環(huán)2009年第2期桂林航天工業(yè)高等?？茖W(xué)校(總第54期)journalofguilincollegeofaerospacetechnology韓興國(guó)王斌武/文的軸心2.2ca6140車床主軸加工定位基準(zhǔn)的選擇主軸加工中,為了保證各主要表面的相互位置精度,選擇定位基準(zhǔn)時(shí),應(yīng)遵循基準(zhǔn)重合,基

11、準(zhǔn)統(tǒng)一和互為基準(zhǔn)等重要原則,并能在一次裝夾中盡可能加工出較多的表面.由于主軸外圓表面的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)是主軸軸心線,根據(jù)基準(zhǔn)重合的原則考慮應(yīng)選擇主軸兩端的頂尖孔作為精基準(zhǔn)面.用頂尖孔定位,還能在一次裝夾中將許多外圓表面及其端面加工出來,有利于保證加工面間的位置精度.所以主軸在粗車之前應(yīng)先加工頂尖孔.為了保證支承軸頸與主軸內(nèi)錐面的同軸度要求,宜按互為基準(zhǔn)的原則選擇基準(zhǔn)面.如車小端1:2o錐孔和大端莫氏6號(hào)內(nèi)錐孔時(shí),以與前支承軸頸相鄰而它們又是用同一基準(zhǔn)加工出來的外圓柱面為定位基準(zhǔn)面(因支承軸頸是外錐面,不便裝夾);在精車各外圓(包括兩個(gè)支承軸頸)時(shí),以前,后錐孔內(nèi)所配錐堵的頂尖孔為定位基面;在粗磨莫氏6

12、號(hào)內(nèi)錐孑l時(shí),又以兩圓柱面為定位基準(zhǔn)面;粗,精磨兩個(gè)支承軸頸的1:12錐面時(shí),再次用錐堵頂尖孔定位;最后精磨莫氏6號(hào)錐孔時(shí),直接以精磨后的前支承軸頸和另一圓柱面定位.2.3ca6140車床主軸主要加工表面加工工序安排ca6140車床主軸主要加工表面是75h5,8oh5,b90g5,1o5h5軸頸,兩支承軸頸及大頭錐孔.它們加工的尺寸精度在it5it6之間,表面粗糙度ra為0.40.8mm.主軸加工工藝過程可劃分為三個(gè)加工階段,即粗加工階段(包括銑端面,加工頂尖孔,粗車外圓等);半精加工階段(半精車外圓,鉆通孔,車錐面,錐孔,鉆大頭端面各孔,精車外圓等);精加工階段(包括精銑鍵槽,粗,精磨外圓,

13、錐面,錐孔等).在機(jī)械加工工序中間尚需插入必要的熱處理工序,這就決定了主軸加工各主要表面總是循著以下順序的進(jìn)行,即粗車一調(diào)質(zhì)(預(yù)備熱處理)一半精車一精車一淬火一回火(最終熱處理)一粗磨一精磨.綜上所述,ca614o車床主軸主要表面的加工順序安排如下:外圓表面粗加工(以頂尖孑l定位)一外圓表面半精加工(以頂尖孑l定位)一鉆通孔(以半精加工過的外圓表面定位)一錐孔粗加工(以半精加工過的外圓表面定位,加工后配錐堵)一外圓表面精加工(以錐堵頂尖孔定位)一錐孔精加工(以精加工外圓面定位).當(dāng)主要表面加工順序確定后,就要合理地插入非主要表面加工工序.對(duì)ca6140車床主軸來說非主要表面指的是螺孔,鍵槽,螺

14、紋等.這些表面加工一般不易出現(xiàn)廢品,所以盡量安排在后面工序進(jìn)行,主要表面加工一旦出了廢品,非主要表面就不需加工了,這樣可以避免浪費(fèi)工時(shí).但這些表面也不能放在主要表面精加工后,以防在加工非主要表面過程中損傷已精加工過的主要表面.對(duì)凡是需要在淬硬表面上加工的螺孔,鍵槽等,都應(yīng)安排在淬火前加工.非淬硬表面上螺孑l,鍵槽等一般在外圓精車之后,精磨之前進(jìn)行加工.主軸螺紋,因它與主軸支承軸頸之間有一定的同軸度要求,所以螺紋安排在以非淬火一回火為最終熱處理工序之后的精加工階段進(jìn)行,這樣半精加工后殘余應(yīng)力所引起的變形和熱處理后的變形,就不會(huì)影響螺紋的加工精度.2.4ca6140車床主軸加工工藝過程表1列出了c

15、a6140車床主軸的加工工藝過程.生產(chǎn)類型:大批生產(chǎn);材料牌號(hào):45號(hào)鋼;毛坯種類:模鍛件表1大批量生產(chǎn)ca614o車床主軸工藝過程序號(hào)工序名稱定位基準(zhǔn)加工設(shè)備1備料2鍛造立式精鍛機(jī)3熱處理4鋸頭專用機(jī)床5銑端面鉆中心孔外圓柱面中心孔機(jī)床中心孔及外臥式車床6粗車外圓圓c62ob7熱處理臥式車床8車大端各部頂尖孔c62ob中心孔,短9仿形車小端各部仿形車床錐外圓夾小端,架專用深孔鉆10鉆48深孑l大端床車小端內(nèi)錐孔(配夾小端,架臥式車床111:20錐堵)大端c62ob車大端錐孔(配莫夾小端,架臥式車床12氏6號(hào)錐堵);車大端c62ob外短錐及端面13鉆大端端面各孔大端錐孑l鉆床z5514熱處理精

16、車各外圓并切數(shù)控車床15槽(兩端錐堵定中中心孔csk6163心)萬能外圓磨16粗磨外圓堵頭中心孔床m1432a粗磨莫氏6號(hào)內(nèi)內(nèi)圓磨床17錐孔(重配莫氏6外圓柱面m212o號(hào)錐堵)(續(xù))2132009年第2期桂林航天工業(yè)高等專科學(xué)校(總第54期)journalofguilincollegeofaerospacetechnology韓興國(guó)王斌武/文(續(xù)表1)序號(hào)工序名稱定位基準(zhǔn)加工設(shè)備堵頭,中心花鍵銑床18粗銑和精銑花鍵孔yb6o1619銑鍵槽外圓柱面銑床x25車大端內(nèi)側(cè)面,車堵頭,中心臥式車床20三處螺紋(配螺孔ca6140母)精磨各外圓及e,堵頭,中心萬能外圓磨21f兩端面孔床m1432a粗磨

17、兩處1:12外堵頭,中心專用組合磨22錐面孔床精磨兩處1:12外堵頭,中心專用組合磨23錐面和d端面以孔床及短錐面等粗磨莫氏6號(hào)內(nèi)主軸錐孔磨24外圓柱面錐孑l(卸堵)床25鉗工26檢查3結(jié)束語機(jī)械制造工藝基礎(chǔ)是一門研究機(jī)械制造工藝方法和過程的學(xué)科,在進(jìn)行教學(xué)時(shí),必須與實(shí)踐聯(lián)系起來,通過特定的現(xiàn)場(chǎng)講解和操作,見習(xí)或?qū)嵙?xí)過程才能使學(xué)生具有一定的感性知識(shí),否則會(huì)造成理論與實(shí)踐脫節(jié),嚴(yán)重影響教學(xué)質(zhì)量提高.ca6140車床主軸是典型的機(jī)械零件,在實(shí)踐教學(xué)中,讓學(xué)生對(duì)ca6140車床主軸進(jìn)行加工工藝分析,制定加工工藝過程,使學(xué)生熟悉了制訂工藝過程的原則,步驟和方法,提高了合理確定工藝過程的技能,提高了學(xué)生

18、的動(dòng)手能力,取得了很好的教學(xué)效果.參考文獻(xiàn)13晏初紅.數(shù)控機(jī)床與機(jī)械結(jié)構(gòu)m.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2008.e2夏鳳芳.數(shù)控機(jī)床em3.北京:高等教育出版社,2007.3-1董徽,孫偉山,呂秀英.關(guān)于機(jī)械制造工藝基礎(chǔ)課的教學(xué)探討ej.煤炭職業(yè)技術(shù)教育,2002(12):2627.43俞萬里.對(duì)機(jī)械制造工藝基礎(chǔ)教學(xué)的幾點(diǎn)淺見j.中等職業(yè)教育,2005(16):293o.e5熊良山,嚴(yán)曉光,張福潤(rùn).機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)em.武漢:華中科技大學(xué)出版社,2007.(責(zé)任編輯李衛(wèi)華)(上接第210頁)設(shè)計(jì).對(duì)于部分仿真效果較好,電路設(shè)計(jì)合理且易實(shí)現(xiàn)的電路,可以讓學(xué)生設(shè)計(jì)安裝布線圖,經(jīng)教師確認(rèn)后進(jìn)行電路的制作.電路制作完成后,通過儀器測(cè)量,修改設(shè)計(jì)方案,調(diào)整電路參數(shù),使電路達(dá)到設(shè)計(jì)要求.通過設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)這一環(huán)節(jié),可以促進(jìn)學(xué)生獨(dú)立學(xué)習(xí),獨(dú)立思考,極大地增強(qiáng)了學(xué)生的設(shè)計(jì)和動(dòng)手能力,有利于提高學(xué)生在社會(huì)上的競(jìng)爭(zhēng)力.4結(jié)束語以上從課程的教學(xué)內(nèi)容,教學(xué)方法,教學(xué)手段和實(shí)驗(yàn)教學(xué)等方面對(duì)現(xiàn)代通信原理課程的教學(xué)改革進(jìn)行了探索,目的在于促進(jìn)教學(xué)深入改革,提高學(xué)生動(dòng)手能力,適應(yīng)通信新技術(shù)的發(fā)展.參考文獻(xiàn)eli陶亞雄.現(xiàn)代通信原理em.2版.北京:電子工業(yè)出版社,2007.2譚永明