铣床主轴设计

1 引言本文我将对X6132卧式铣床的传动轴轴进行加工（大批量生产）。

车床是主要用车刀对旋转的工件进行车削加工的机床。

在车床上还可用钻头、扩孔钻、铰刀、丝锥、板牙和滚花工具等进行相应的加工。

车床主要用于加工轴、盘、套和其他具有回转表面的工件，是机械制造和修配工厂中使用最广的一类机床。

主轴是车床的关键零件之一，其前端直接与夹具（卡盘、顶尖等）相连接用以夹持并带动工件旋转完成表面成型运动。

主轴加工的主要问题是如何保证主轴支承轴颈的尺寸、形状、位置精度和表面粗糙度，主轴前端内、外锥面的形状精度、表面粗糙度以及它们对支承轴颈的位置精度。

主轴是典型的轴类零件，而轴类零件的材料常用价格较便宜的45钢，这种材料经调质或正火后，能得到较好的切削性能及较高的强度和一定的韧性，具有良好的综合力学性能。

毛坯制造方法主要与零件的使用要求和生产类型有关，比较重要的轴，多采用锻件毛坯。

在加工主轴的过程中，首先要分析零件图，分析零件所要达到的技术要求。

然后根据加工条件合理的选择加工方案，确定所需刀具、冷却方法以及加工工序等等。

因为主轴比较长，所以要参照细长轴的装夹方式和锥堵与锥堵心轴来确定主轴的装夹。

在加工和加工后都确定了检验方法。

2 CA6140车床及主轴零件的分析2.1 CA6140车床的技术要求及参数2.1.1 CA6140概述CA6140机床中的C表示的是车床，而6140指的是车床的主参数为6140，组代号是6，系代号1，40代表是普通卧式，400mm的旋转直径。

CA6140车床适用于车削内外圆柱面，圆锥面及其它旋转面，车削各种公制、英制、模数和径节螺纹，并能进行钻孔和拉油槽等工作床身宽于一般车床，具有较高的刚度，导轨面经中类淬火，经久耐磨。

机床操作灵便集中，溜板设有快移机构。

采用单手柄形象化操作，宜人性好。

机床结构刚度与传动刚度均高于一般车床，功率利用率高，适于强力高带切削。

主轴孔径大，可选用附件齐全。

主要应用于机械、石化、兵工、航空、电子、汽车、仪表、轻工、铁路等行业，结构外观如图3-1所示。

图1 CA6140外观图2.1.2 CA6140主要组成部件CA6140型普通车床的主要组成部件有：主轴箱、进给箱、溜板箱、刀架、尾架、光杠丝杠和床身。

①主轴箱：又称床头箱，它的主要任务是将主电机传来的旋转运动经过一系列的变速机构使主轴得到所需的正反两种转向的不同转速，同时主轴箱分出部分动力将运动传给进给箱。

主轴箱中等主轴是车床的关键零件。

主轴在轴承上运转的平稳性直接影响工件的加工质量，一旦主轴的旋转精度降低，则机床的使用价值就会降低。

②进给箱：又称走刀箱，进给箱中装有进给运动的变速机构，调整其变速机构，可得到所需的进给量或螺距，通过光杠或丝杠将运动传至刀架以进行切削。

③丝杠与光杠：用以联接进给箱与溜板箱，并把进给箱的运动和动力传给溜板箱，使溜板箱获得纵向直线运动。

丝杠是专门用来车削各种螺纹而设置的，在进工件的其他表面车削时，只用光杠，不用丝杠。

同学们要结合溜板箱的内容区分光杠与丝杠的区别。

④溜板箱：是车床进给运动的操纵箱，内装有将光杠和丝杠的旋转运动变成刀架直线运动的机构，通过光杠传动实现刀架的纵向进给运动、横向进给运动和快速移动，通过丝杠带动刀架作纵向直线运动，以便车削螺纹。

⑤刀架、尾架和床身。

2.2 轴类零件的功用和结构特点轴类零件是机器中应用广泛的一种零件，通常用于支承传动零件（如齿轮、带轮等），传递扭矩和载荷。

构成轴类零件的表面主要有圆柱面、圆锥面、螺纹表面、花键、沟槽等。

（如图3-2所示）按其表面类型和结构特征的不同，轴类零件可分为光轴、阶梯轴、半轴、空心轴、花键轴、凸轮轴、偏心轴、曲轴等。

图2 轴类零件a)光轴b)空心轴c)半轴d)阶梯轴e)花键轴f)十字轴g）偏心轴h)曲轴i)凸轮轴2.3 CA6140车床主轴所选材料的特点及原因选材选用45钢即可因为主轴承受变弯曲应力与扭转应力，但由于承受的载荷并不是很大，转速也不高，冲击作用也不大，所以具有一般的综合力学性能即可。

但因为主轴大端的内锥孔和外锥孔处，因经常与卡盘、顶尖有相对摩擦；花键部位与齿轮有相对滑动，所以这些部位要求较高的硬度与耐磨性。

45钢的钢性虽淬透性较差，但主轴工作时最大应力分布在表面，在粗车后，轴的形状较简单，在调质淬火时一般不会开裂。

因此选用合金调质钢，采用廉价、可锻性和切割加工性皆好的45钢即可。

车床主轴直径较大，阶梯较多，宜选锻件毛坯。

并且节约原材料和减少加工工时。

3 分析图纸选择加工内容3.1 零件的图样分析图3 CA6132卧式铣床主轴零件图图4毛坯图3.2 零件的工艺分析通过CA6132车床主轴零件图工艺分析，来确定零件加工的内容、加工要求，初步确定各个加工结构的加工方法。

3.2.1确定加工内容图1所示零件是车床的主轴，它属于台阶型轴类零件，由圆柱面、轴肩、螺纹、退刀槽和键槽等组成，毛坯为锻件。

根据图纸，得出的加工表面有：（1）轴的两端面（2）外圆表面（3）φ29通孔（4）车锥孔（5）4-φ23孔，φ19沉孔，M8螺纹孔，2-M10透孔（6）各退刀槽（7）定位槽、键槽（8）φ4D孔（9）M85X1.5螺纹、M52X1.5螺纹3.2.2明确加工要求根据零件图纸中各加工表面的尺寸、形位公差、粗糙度等要求的具体分析。

可以得出零件主要加工要求为：（1）支承轴颈的技术要求主轴两支承轴颈A、B的圆度允差 0.005毫米，径向跳动允差 0.005毫米，两支承轴颈的1：12锥面接触率＞70%，表面粗糙度Ra1.6um。

支承轴颈直径按IT5-7级精度制造。

主轴外圆的圆度要求，对于一般精度的机床，其允差通常不超过尺寸公差的50％，对于提高精度的机床，则不超过25%，对于高精度的机床，则应在 5～10％之间。

（2）锥孔的技术要求主轴锥孔（莫氏6号）对支承轴颈 A、B的跳动，近轴端允差 0.005mm，离轴端300mm处允差 0.01毫米，锥面的接触率＞70％，表面粗糙度Ra0.8um，硬度要求 HRC48。

（3）短锥的技术要求短锥对主轴支承轴颈A、B的径向跳动允差0.008mm，端面D对轴颈A、B的端面跳动允差0.008mm，锥面及端面的粗糙度均为Ra1.6um。

（4）空套齿轮轴颈的技术要求空套齿轮的轴颈对支承轴颈A、B的径向跳动允差为 0.015毫米。

（5）螺纹的技术要求这是用于限制与之配合的压紧螺母的端面跳动量所必须的要求。

因此在加工主轴螺纹时，必须控制螺纹表面轴心线与支承轴颈轴心线的同轴度，一般规定不超过0.025mm。

表1 常用的表面粗糙度Ra值与加工方法表面特征示例加工方法适用范围加工面粗加工面粗车、刨、铣、等。

非接触表面：如倒角、钻孔等。

半光面粗铰、粗磨、扩孔、精镗、精车、精铣等。

精度要求不高的接触表面。

光面铰、研、刮、精车、精磨、抛光等。

高精度的重要配合表面。

最光面研磨、镜面磨、超精磨等。

重要的装饰面。

毛坯面经表面清理过的铸、锻件表面、轧制件表面。

不需要加工的表面3.2.3拟定各表面的加工方法根据分析各加工部位的加工要求得出：（1）尺寸φ75h5，φ90g5，φ100d，φ80h5的外圆选择粗车→半精车→磨削。

（2）尺寸φ70h6，φ120d4的外圆选择粗车→半精车。

（3）平面类可用面铣刀粗铣→精铣的方法。

（4）莫氏六号锥孔，1：20锥孔可选用钻中心孔→钻孔→半精车→磨削。

（5）M8螺纹孔，2-M10透孔选择钻底孔→攻丝。

（6）φ4D孔选择钻孔。

（5）两处1:12外锥面、D端面及短锥面C选择半精车→磨削。

（6）其余不重要表面可一次加工至尺寸。

另外，在加工表面的形位公差的要求上，在加工时要根据定位基准来保证。

3.3 加工的流程图示一览表图5 工序1：确定毛坯图6 工序4: 铣两端面图7 工序6: 钻中心孔图8 工序7: 粗车外圆图9 工序9: 半精车外圆图10 工序10: 钻孔φ48图11 工序11: 车内锥孔图12 工序13: 加工各类孔图13 工序14: 铣键槽图14 工序15: 车螺纹图15 工序20: 磨外圆图16 工序17:磨莫氏9号锥孔4 机床的选择4.1 热处理设备的选择工序二、八、十四中的设备选用轴类零件在运转时受扭转和弯曲等交变负荷、冲击负荷的作用下，它的表面层承受着比心部更高的应力。

在受摩擦的场合，表面层还不断地被磨损，因此对一些零件表面层提出高强度、高硬度、高耐磨性和高疲劳极限等要求，只有表面强化才能满足上述要求。

此零件为45钢因为正火的冷却速度比较快，得到的组织较细，工件的强度和硬度可以得到很大提升所以在制作工艺时一开始就进行正火处理采用热处理炉型号为RT2-90-10其图片如下：图21 热处理炉4.2 外圆表面加工设备的选择工序六、七、九、十、十一、十五、车削中的设备选用粗加工时加工整个零件粗车采用普通车床CA6140，CA6140其具备较好的切削性能特别是加工各种轴类零件并利用四爪单动卡盘具备有良好的保证同轴度的功能是机械加工的基础。

机床图片如下：图22 CA6140车床加工轴类零件外圆，螺纹以及各个退刀槽在数控编程时加工，均选用此机床。

工序二十、二十一中磨削的设备选用磨削时采用的是型号为M3150外圆磨床。

机床头架，砂轮架均采用动静压轴承，精度高、刚性好，砂轮架可作大行程移动。

图23 M3150外圆磨床4.3 键槽加工设备的选择工序十七键槽加工中的设备选用选用的是X52K型号的立式铣床，可以铣平面、铣侧面、铣沟槽、铣特型面、铣齿条，与分度头和挂轮配合还可以铣球面和螺旋伞齿轮等。

图25 X52K立式铣床4.4 孔类加工设备的选择工序十、十三中加工孔的设备选用可采用X62W万能铣床，该机床由普通机床发展而来。

它集于机械、液压、气动、伺服驱动、精密测量、电气自动控制、现代控制理论、计算机控制等技术于一体，是一种高效率、高精度能保证加工质量、解决工艺难题，而且又具有一定柔性的生产设备。

图26 X62W万能铣床工序二十二中磨锥孔的设备选用选用WX-004锥孔磨床，机床工作台由液压传动，工作速度能无级调速；砂轮可作微量横进给，工作台每一往复行程砂轮进给一次，也可用手轮或杠杆做手动进给，工件支承在V型式的两个中心架上，由钢球轴向定位，双杆弹性拨盘带动工件转动，床头箱在工作台上能作纵向调整，以适应工件长度的需要；砂轮修整器动作由液压手把操动，并能无级调整修整速度，磨削速度和修整速度能自动变换。

图27 WX-004锥孔磨床5 加工工艺路线的制定5.1 加工阶段划分的依据对于一些加工质量要求较高或较复杂的零件，通常将整个工艺路线划分为以下几个阶段：●粗加工阶段——主要任务是切除各表面上的大部分余量，其关键问题是提高生产率。

●半精加工阶段——完成次要表面的加工，并为主要表面的精加工做准备。