一．主轴的结构特点和技术要求轴类零件是机械加工中的典型零件之一。轴类零件是旋转体零件，其长度大于直径，的主要表面是同轴线的若干个外圆柱面、圆锥面、孔和螺纹等。机床主轴是一种典型的轴类零件，它是机床的关键零件之一，它把回旋运动和转矩通过主轴端部的家具传递给工件或刀具。因此在工作中主轴要承受转矩和弯矩，而且还要求有很高的回转精度。因此，主轴的制造质量将直接影响到整台机床的工作精度和使用寿命。主轴零件图上规定了一系列技术要求，如尺寸精度、形状位置公差、表面粗糙、接触精度和热处理要求等。这些都是为了保证主轴具有高的回转精度和刚度、良好的耐磨性和尺寸稳定性。现以CA6140型卧室机床主轴为例，说明其主要技术要求。CA6140车床主轴零件简图。由零件简图可知，该主轴呈阶梯状，其上有安装支承轴承、传动件的圆柱、圆锥面，安装滑动齿轮的花键，安装卡盘及顶尖的内外圆锥面，联接紧固螺母的螺旋面，通过棒料的深孔等。下面分别介绍主轴各主要部分的作用及技术要求：支承轴颈主轴二个支承轴颈圆度公差为，径向跳动公差为；而支承轴颈112锥面的接触率70%；表面粗糙度Ra为；支承轴颈尺寸精度为IT5。因为主轴支承轴颈是用来安装支承轴承，是主轴部件的装配基准面，所以它的制造精度直接影响到主轴部件的回转精度。主轴工作表面的精度主轴的工作表面是指装夹道具或家具的定心表面，端外锥或法兰外圆等。对那他们要求有：内外锥面的尺寸精度、几何形状精度和接触精度，定心表面对支承轴颈的同轴度，定位端面对颈轴线的垂直度等。它们对机床工作精度的影响会造成家具或工件的装夹误差。在主轴技术要求中还亏定了近主轴端部的径向园跳动和离端面部300mm处的径向圆跳动。另外为了保证锥孔玉顶尖火道具锥柄接触配合良好，规定须用标准锥度塞规以涂色法检验接触面积，具体要求如表11-12所示。11-2主轴莫氏锥孔的精度要求机床类别莫氏锥孔对主轴颈的径向圆跳动/mm莫氏锥孔接触面积300mm普通机床65~80精密机床＞85（3）主轴次要轴颈和其它表面的精度主轴次要轴颈是指装配齿轮、轴套等零件的表面。们的尺寸公差等级要求一般为IT7级，圆度公差为。主轴上的螺纹一般是用来固定零件或者调整轴承间隙的。当调整螺母有端面跳动时，会导致被压紧的轴承环倾斜，从而使主轴径向圆跳动增大。这不但会影响工件的加工精度，而且也会降低轴承寿命。因此主轴螺纹的公差等级一般为6g级，相对主轴颈的同轴度公差不超过相对的螺母支承端面的跳动在500mm半径上小于。（4）主轴各表面粗糙度不同精度机床的主轴各表面的表面粗糙度要求如表11-3所示。主轴表面类别普通机床精密机床主轴颈滑动轴承0,025~0,05滚动轴承工作表面主轴各表面的硬度主轴的各轴颈表面、工作表面和其它滑动表面都会受到不同程度的摩擦作用。在滑动轴承配合中，轴颈与轴瓦发生摩擦，要求轴颈表面耐磨性要高，其硬度则可视轴瓦材料而异。如巴氏合金轴的锡青铜，则轴颈表面硬度应大于60HRC；采用钢套轴承时，轴颈表面硬度应更高，如镗床主轴采用表面渗氮处理后，其硬度大于900HV。在滚动轴承配合中，摩擦是由轴承套圈和滚动体承受的，因此轴颈可以不要求很高的耐磨性，但仍要求适当提高其硬度，以改善它的装配工艺性和装配精度。轴颈表面硬度一般为40~50HRC。对于定心表面，因相配件顶尖和卡盘经常拆卸，易碰伤拉毛而影响接触精度，故必须有一定的耐磨性。为了改善表面拉毛现象，延长机床精度的保持期限，定心表面的硬度一般要求在45HRC以上。主轴材料通常选用4565Mn、40Cr等牌号的钢材。其中65Mn、40Cr调质和表面高频淬火后可获得较高的综合力学性能和耐磨性。当要求主轴在高精度、高转速和重载荷下工作时，可选用18CrMNTi、20Cr、20Mn2B等牌号的低碳合金钢。这些材料经渗碳淬火后，淬火表面层具有压应力，可使其抗弯疲劳强度提高，但热处理工艺性较差，变形较大。精度主轴可选用38CrMoALA渗氮钢，它的表面硬度和疲劳强度更高，而且，渗氮层还具有抗腐蚀、热处理变形小的优点。主轴的毛胚多采用锻件。生产批量较小时常采用自由锻，其所需的设备简单，但毛坯精度较差，余量达10mm以上；采用模锻可以锻造形状较复杂的毛坯，加工余量也较少，有利于减少机械加工劳动量，故在成批生产中广泛应用。精密模锻是锻造生产的一项先进工艺，它能锻造出形状复杂、精度较高的毛坯。此外，也有采用由无缝钢管局部镦粗的多轴自动车床主轴毛坯。二、主轴加工工艺过程工序名称定位基准加工设备锻造立式精锻机铣端面钻中心孔外圆柱面中心孔机床粗车外圆中心孔及外圆卧式车床C620B车大端各部顶尖孔卧式车床仿形车床10?48深孔夹小端、架大端专用深孔钻床11夹小端、架大端卧式车床C620B12车大端锥孔夹小端、架大端卧式车床C620B13钻大端端面各孔大端锥孔钻床Z5514热处理15中心孔数控车床CSK616316M1432A17外圆柱面内圆磨床M212018堵头和中心孔花键铣床YB601619铣键槽外圆柱面铣床X2520车大端内侧面、车三处螺纹堵头和中心孔卧式车床CA614021M1432A221:12外锥面堵头中心孔专用组合磨床231:12外锥面堵头中心孔专用组合磨床24外圆柱面主轴锥孔磨床25钳工26检查制定主轴工艺过程的要求如下：加工阶段的划分主轴加工通常划分为三个阶段，即粗加工、半精加工和精加工。各阶段的划分大致以热处理为界。划分阶段和合理安排工序是为了保证加工质量，达到较高的生产效率和花费最少的生产成本。一般精度的主轴，精磨可作为最终工序。对于精密机床的主轴，还应有光整加工阶段，以获得较小的表面粗糙度值，有时也是为了达到更高的尺寸精度和配合要求。定位肌醇的选择轴类零件一般能以本身中心孔作为统一基准，但带中心通孔的主轴则不能做到这一点，因而必须交替使用中心孔和外圆表面作为定位基准。例如外圆粗加工时可以中心孔为定位基准，但中心孔随着深孔加工而消失，因此必须重新建立外圆加工的基面。一般有以下三种方法：当中心通孔直径较小时，可直接在孔口倒出宽度不大于2mm的60度锥面来代替中心孔。若中心通孔直径较大，则可视具体情况采用其他方法。C6140型机床主轴属于一般要求的主轴，为了简化工艺装备，半精加工外圆和车螺纹工序就可采用小端孔口锥面和大端外圆作为定位基准，同事采取一定的工序措施来保证定位精度。例如热处理后的工序半精车小端面、内孔及倒角，就是为了纠正主轴调质后发生的变形，使工序的小端孔口锥面与尾座顶尖接触良好。又如热处理后的工序14端莫氏锥孔、端面及倒角，是为了保证工序18车螺纹时的定位精度。同时，工艺上还规定工件装夹后应找正、80mm外圆的径向圆跳动小于，如果超差，则需重新修整小端孔口锥面。 采用锥形堵塞或锥套心轴。是一种锥堵的形式， 其锥度与工件端部定位孔的锥度相： 同。当工件孔为圆柱通孔时，锥堵锥度为 1：500。当工件孔的锥度较大时，可采用 锥套心轴。 使用锥堵火锥套心轴时，在加工中途一般不能更换或拆卸，要到精磨完各档外圆， 不需使用中心孔时才能拆卸，否则，会造成工件各加工表面对锥堵中心孔的同轴度 误差而影响各工序已加工表面的相互位置精度。采用锥堵或锥套心轴可使主轴各外 圆和轴肩的加工具有统一基准，减少了定位误差。但它的缺点是要配备许多锥堵或 锥套心轴，而且会引起主轴变形。 精加工主轴外圆时也可用外圆本身来定位，即装夹工件时以支承轴颈表面本身找正。 此时可采用可拆卸式锥套心轴，心轴与工件锥孔间有很小的间隙，用螺母和垫圈将 心轴压紧在主轴两端面上以后，将心轴连同主轴一起装夹到机床前后顶尖上，然后 找正工件支承轴颈以实现外圆本身定位。此时只需备几套心轴，从而简化了工艺装 备及其管理工作。 主轴大端锥孔精磨时也可以主轴颈外圆为定位基准。主轴颈是主轴的装配基准，也 是测量基准，这样，三种基准重和，就不会产生基准不符误差，从而可靠地保证了 大端锥孔相对主轴颈的同轴度要求。 热处理工序的安排热处理工序是主轴加工的重要工序，它包括： （！）毛坯热处理 主轴锻造后要进行正火或退火处理， 以消除锻造内应力， 改善金 相组织、细化晶粒、降低硬度、改善切削加工性。 （2）预备热处理 通常采用调质火正火处理， 安排在粗加工之后进行， 以得到均匀 细密的回火索氏体组织，使主轴既获得一定的硬度和强度，又有良好的冲击韧性， 同时也可以消除粗加工应力。精密主轴经调质处理后，需要切割式样作金相组织检 （3）最终热处理一般安排在粗磨前进行， 目的是提高主轴表面硬度， 并在保持心部 韧性的同时，使主轴颈或工作 表面获得高的耐磨性和抗疲劳性，以保证主轴的工作精度和 使用寿命。 最终热处理的方法有局部加热淬火后回火、 具体应视主轴材料而定。渗碳淬火后还需要进行低温回火处理， 对不需要渗碳的不玩可以镀铜保护或预放加 工余量后再去碳层。 （4）定性处理 对于精度要求很高的主轴，在淬火、回火后或粗磨工序后， 还需要定 性处理。定性处理的方法有低温人工时效和冰冷处理等，目的是消除淬火应力或加工应力， 促使参与奥氏体转变为马氏体， 稳定金相组织， 从而提高主轴的尺寸稳定性， 使之长期保持 精度。普通精度的 CA6140不需要进行定性处理。 加工顺序的安排安排的加工顺序应能使各工序和整个工艺过程最经济合理。按照 粗精分开、 各表面的加工应按由粗到精的顺序按加工阶段进行安排，逐步 提高各表面的精度和减小其表面粗糙度值。同时还应考虑以下各点： （1）主轴深孔加工应安排在外圆粗车之后。 这样可以有一个较精确的外圆来定位加工 深孔，有利于保证深孔加工的壁厚均匀； 而外圆粗加工时又能以深孔钻出前的中心孔为统一 基准。 （2）各次要表面如螺纹、 键槽及螺孔的加工应安排在热处理后、 样可以较好地保证其相互位置精度，又不致碰伤重要的精加工表面。（3）外圆精磨加工应安排在内锥孔精磨之前。 这是因为以外圆定位来精磨内锥孔更容 易保证它们之间的相互位置精度。 （4）各工序定位基准面的加工应安排在该工序之前。这样可以保证各工序的定位精 度，使各工序的加工达到规定的技术要求。 （5）对于精密主轴更要严格按照粗精分开、 而且，各阶段的工序还要细分。 三、主轴加工的主要工序分析 中心孔的修研作为主轴加工定位基准的中心孔的质量对主轴的加工精度有直接影响。 是由于中心孔的形状误差会复映到加工表面上去，中心孔与顶尖接触不良也会影响工艺系统 刚度，造成加工误差。因此，在制定工艺过程时必须十分注意中心孔的加工和修研。 在主轴加工过程中， 中心孔要承受工件重量和切削力，会产生磨损、拉毛和变形。 经过热处 理后，中心孔会产生表面氧化层和变形。因此，在热处理之后，各加工阶段之初，必须对中 心孔进行修研，甚至重钻。 对于精密主轴， 中心孔的精度更是保证主轴质量的一个关键。 所以，在粗磨、 工序钱必须安排中心孔的修研工序。中心孔与顶尖的接触面积要求为：精磨时， 75%，光整加工时， 80%以上。修研中心孔的方法