【专利摘要】本发明涉及高精度主轴的机械加工【技术领域】，具体的是一种高精度主轴加工工艺。它包括以下步骤：（1）下料，（2）正火，（3）粗车外圆并在一端钻内孔，（4）研中心孔，（5）精车外圆及定位槽，（6）滚花键，（7）钻定位销孔，（8）热处理：渗碳淬火，（9）抛丸，（10）校直，（11）热处理后研磨中心孔，（12）热处理后车定位槽，（13）精车内孔；在滚花键及精车内孔步骤中采用专用夹具进行装夹，保证主轴的各项精度及加工要求。

　　[0001]本发明涉及高精度主轴的机械加工【技术领域】，具体的是一种高精度主轴加工工艺。

　　[0002]主轴是重型卡车变速箱的重要零部件，承载着变档及传递扭矩的重要作用。通常重型汽车有十几个档位，主轴又是安装变档齿轮的主要零部件，因此主轴有多个用于齿轮轴向定位用的定位槽。

　　[0003]为了尽可能减小变速箱的体积，节约空间，减轻重量，各档位的齿轮设计的非常紧凑，因此要求齿轮轴向尺寸精度非常高，同时定位槽侧面有垂直度要求。主轴有很长的渐开线花键，用于变档滑套的滑动，实现变档及传递扭矩的功能；为了提高变档的灵活性，降低传动噪音，要求花键精度较高。

　　[0004]目前主轴材料一般选用20CrMnTi等低碳合金钢，长度一般在400mm左右，花键长度在370mm左右，需要经过渗碳淬火热处理工艺。在热处理过程中主轴长度方面要变长，变长量与长度基本成正比，花键公法线长度等也会因为热处理而涨大，同时主轴会产生弯曲变形，这些因素都会对主轴的尺寸精度产生很大的影响，给加工带来很大的困难，按正常工艺很难保证设计要求。

　　[0005]一般主轴的一端设计为带内孔结构，用于安装万向节机构，内孔有跳动要求，内孔底面有垂直度要求，内孔底面与定位槽轴向尺寸要求严格，此尺寸必须采用专用夹具进行定位夹紧，使定位基准与设计基准相同，才可以保证设计精度，如果采用砂轮磨内孔的加工方法无法保证该尺寸精度，由于砂轮的磨损影响孔径的精度，导致孔径不一致，产品质量难以控制；而且磨削加工生产效率低，对加工人员要求较高，增加了人力资源成本。这就是现有技术所存在的不足之处。

　　[0006]本发明所要解决的技术问题，就是针对现有技术所存在的不足，而提供一种高精度主轴加工工艺，保证主轴内孔底面的位置尺寸要求和内孔跳动要求。

　　[0007]本方案是通过如下技术措施来实现的:一种高精度主轴加工工艺，其特征是:包括以下步骤:(I)下料，(2)正火，(3)粗车外圆并在一端钻内孔，(4)研中心孔，(5)精车外圆及定位槽，(6)滚花键，(7)钻定位销孔，(8)渗碳淬火，(9)抛丸，(10)校直，(11)热处理后研磨中心孔，(12)热处理后车定位槽，(13)精车内孔；

　　其中:在精车内孔步骤中采用专用夹具对主轴定位夹紧，所述专用夹具包括弹簧顶尖1、三爪自定心卡盘和卡爪，所述弹簧顶尖I设置在车床主轴的锥孔内，所述三爪自定心卡盘一端与车床主轴连接、另一端与卡爪固定连接。所述卡爪夹紧主轴钻内孔的一端的外圆、弹簧顶尖I顶紧主轴的另一端的中心孔，主轴采用一夹一顶的装夹方式，保证了内孔底面的位置尺寸要求和内孔跳动要求。[0008]上述卡爪设置有三个、并且等间隔的固定在三爪自定心卡盘上。

　　[0009]上述弹簧顶尖I包括顶尖1、锥套、螺母I和弹簧I，所述锥套与车床主轴的锥孔匹配，所述锥套一端设置有与顶尖I匹配的通孔1、锥套另一端与螺母I固定连接，所述螺母I上设置有与顶尖I匹配的通孔II，所述通孔II和通孔I的轴线重合，所述顶尖I上设置有轴肩I，所述轴肩I位于锥套内，所述弹簧I设置在顶尖I的外围、并且弹簧I位于轴肩I与设置有通孔I的锥套一端之间。

　　[0010]上述卡爪包括卡爪体1、定位块和卡爪体II，所述卡爪体I的一端与三爪自定心卡盘固定连接、另一端与卡爪体II固定连接，所述定位块与卡爪体I固定连接。所述定位块的一端与主轴上的定位槽匹配。

　　[0011]在精车内孔步骤中，机床采用CA6140A普通车床，机床转速为560r/min，刀具采用内孔车刀，进给速度为0.2mm/r，加工余量为2_，内孔跳动为0.05mm,内孔底面垂直度为

　　0.03mm。采用专用刀片，磨损慢，保证了产品精度要求，相对于磨削加工降低了刀具成本。

　　[0012]在滚花键步骤中，滚花键前先使用与主轴相同长度的标准芯轴校验尾座，保证芯轴X、Y方向的直线，同时公法线热处理涨量。保证主轴中心孔的精度及花键外圆的跳动。

　　[0013]在滚花键步骤中采用专用夹具对主轴定位夹紧，所述专用夹具包括连接盘、弹簧顶尖I1、夹具体、端面齿盘和回转顶尖，所述连接盘一端与铣床主轴固定连接、连接盘另一端与夹具体的一端固定连接、夹具体的另一端与端面齿盘固定连接，所述弹簧顶尖II与夹具体固定连接。回转顶尖与主轴钻内孔一端的中心孔配合、弹簧顶尖II与主轴另一端的中心孔配合，起到对主轴的定位作用，回转顶尖顶紧主轴钻内孔一端的中心孔、端面齿盘夹紧主轴的另一端。

　　[0014]上述弹簧顶尖II包括顶尖I1、顶尖II套和弹簧II，所述顶尖II套与夹具体螺纹连接，所述顶尖II套一端设置有与顶尖II匹配的通孔III，所述顶尖II上设置有轴肩II，所述轴肩II位于顶尖II套内，所述弹簧II设置在顶尖II的外围，并且弹簧II位于轴肩II与设置有通孔III的顶尖II套一端之间，上述顶尖II套外围设置有螺母II，所述螺母II与顶尖II套螺纹连接。所述螺母II起到对顶尖II套的固定作用，防止加工时顶尖II套与夹具体松脱。

　　[0015]在滚花键步骤中，机床采用YKX6012高效数控花键轴铣床，机床转速为330r/min，刀具采用渐开线mm/min，加工余量为4.4mm，齿圈定向跳动为

　　0.03mm,直线]在精车外圆及定位槽步骤中，所述定位槽槽宽及定位槽槽距的尺寸按0.7%。预留伸长量，确保热处理后有0.1mm的加工余量。

　　2.通过对滚齿机的校对调整，并采用专用夹具对主轴进行定位夹紧，保证了花键的加工精度；

　　5.对所钻内孔采用车削进行精加工，大大提高了生产效率，磨削加工平均每件产品需要2min车削只需要0.6min ;车削加工对操作员的要求低于磨削加工，降低了人力资源成本；在精车内孔的步骤中，主轴采用一夹一顶的装夹方式，保证了内孔底面的位置尺寸要求和内孔跳动要求。

　　[0020]为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过【具体实施方式】，并结合其附图，对本方案进行阐述。

　　(2)正火:对棒料进行正火处理，去除棒料的内应力，降低棒料的硬度，为后序加工做好准备；

　　(3)粗车外圆并在一端钻内孔4.2:采用常规装夹方法将正火处理后的棒料装夹在普通车床上，粗车棒料外圆；利用常规装夹方法将粗车后的棒料装夹在普通钻床上，在主轴一端钻内孔4.2，所述主轴钻内孔一端的直径大于主轴另一端的直径、但小于主轴中段的直径;

　　(4)研中心孔:在主轴4两端加工中心孔，所述主轴4钻内孔一端的中心孔为内孔4.2端部的倒角结构，研中心孔提高中心孔的角度、圆度精度，保证主轴4两端中心孔的同轴度，保证后续步骤的加工精度；

　　(5)精车外圆及定位槽4.1:采用常规装夹方法将经过步骤(4)处理后的主轴4装夹在普通车床上精车外圆及定位槽4.1，通过对热处理涨量的统计分析，确定同类主轴经过热处理后的轴向尺寸伸长量约为0.7%。，定位槽4.1槽宽及定位槽4.2槽距的尺寸按0.7%。预留伸长量，确保热处理后有0.1mm的加工余量；

　　(6)滚花键:滚花键前使用与主轴4相同长度的标准芯轴校验尾座，保证芯轴X、Y方向的直线，同时公法线中心孔的精度及花键外圆的跳动；在滚花键步骤中所用的专用夹具包括连接盘12、弹簧顶尖I1、夹具体17、端面齿盘18和回转顶尖，所述连接盘12 —端与铣床主轴11固定连接、连接盘12另一端与夹具体17的一端固定连接、夹具体17的另一端与端面齿盘18固定连接，所述弹簧顶尖II与夹具体17固定连接，回转顶尖与主轴4钻内孔一端的中心孔配合、弹簧顶尖II与主轴4另一端的中心孔配合，起到对主轴4的定位作用，回转顶尖顶紧主轴4钻内孔一端的中心孔、端面齿盘18夹紧主轴4的另一端；

　　(8)热处理:渗碳淬火:对钻完定位销孔4.3的主轴4进行渗碳淬火处理，增强主轴4表面的硬度，提高主轴4耐磨程度；

　　(10)校直:保证主轴4的直线)热处理后研磨中心孔:消除热处理对中心孔的影响，提高中心孔表面粗糙度；

　　(12)热处理后车定位槽4.1:采用普通车床保证主轴4的定位槽4.1槽宽及定位槽4.1槽距精度要求为±0.025mm；

　　(13)精车内孔:对所钻内孔4.2进行精车加工，在精车内孔步骤中所用专用夹具包括弹簧顶尖I 1、三爪自定心卡盘3和卡爪5，所述弹簧顶尖I I设置在车床主轴2的锥孔内，所述三爪自定心卡盘3 —端与车床主轴2连接、另一端与卡爪5固定连接,卡爪5夹紧主轴4钻内孔4.2 —端的外圆、车床主轴2上安装的弹簧顶尖I I顶紧主轴4的另一端的中心孔，主轴4采用一夹一顶的装夹方式，保证内孔4.2孔底尺寸、垂直度要求及跳动要求。

　　[0022]如图1-3所示，在精车内孔4.2步骤中，所述卡爪5设置有三个、并且等间隔的固定在三爪自定心卡盘3上,在图1中只显示出了一个卡爪5的结构。

　　1.3与车床主轴2的锥孔匹配，所述锥套1.3—端设置有与顶尖I 1.1匹配的通孔I 1.3.1、锥套1.3另一端与螺母I 1.4固定连接，所述螺母I 1.4上设置有与顶尖I 1.1匹配的通孔II 1.4.1，所述通孔II 1.4.1和通孔I 1.3.1的轴线.1位于锥套1.3内，所述弹簧I 1.2设置在顶尖I 1.1的外围、并且弹簧I 1.2位于轴肩I 1.1.1与设置有通孔I 1.3.1的锥套1.3 一端之间。顶尖I 1.1可以在锥套1.3内轴向移动。

　　[0024]所述卡爪5包括卡爪体I 5.1、定位块5.2和卡爪体II 5.3,所述卡爪体I 5.1的一端与三爪自定心卡盘3固定连接、另一端与卡爪体II 5.3固定连接,所述定位块5.2与卡爪体I 5.1固定连接，所述定位块5.2的一端与主轴上的定位槽4.1匹配。在弹簧顶尖I I的作用下，主轴4上的定位槽4.1的一侧与定位块5.2接触，定位块5.2限制主轴4的轴向位置，对主轴4进行定位，保证定位槽4.1与内孔4.2底端的距离尺寸精度。

　　[0025]所述卡爪体I 5.1与三爪自定心卡盘3通过螺栓I 6和螺栓II 7固定连接,所述卡爪体II 5.3和卡爪体I 5.1通过螺钉8和螺栓III 9固定连接，所述定位块5.2与卡爪体I 5.1通过螺栓IV 10固定连接，所述螺栓III 9和螺栓IV 10的轴线的一侧与定位块5.2接触，然后将三爪自定心卡盘3慢慢夹紧，卡爪II 5.3夹紧主轴4钻内孔4.2—端的外圆。在精车内孔步骤中，主轴4采用一夹一顶的装夹方式，保证了主轴4的跳动要求；定位块5.2通过定位槽4.1对主轴4定位，保证定位槽4.1与内孔4.2底端的距离尺寸精度。

　　[0026]在车内4.2孔步骤中，机床采用CA6140A普通车床，机床转速为560r/min，刀具采用内孔车刀，进给速度为0.2mm/r，加工余量为2_，内孔跳动为0.05mm,内孔底面垂直度为

　　0.03mmo[0027]在滚花键步骤中，如图4所示，所述弹簧顶尖II包括顶尖II 13、顶尖II套14和弹簧

　　II15，所述顶尖II套14与夹具体17螺纹连接，所述顶尖II套14 一端设置有顶尖II 13匹配的通孔III 14.1，所述顶尖II 13上设置有轴肩II 13.1，所述轴肩II 13.1位于顶尖II套14内，所述弹簧II 15设置在顶尖II 13的外围，并且弹簧II 15位于轴肩II 13.1与设置有通孔

　　[0028]上述顶尖II套14外围设置有螺母II 16，所述螺母II 16与顶尖II套14螺纹连接。所述螺母II 16起到对顶尖II套14的固定作用，防止加工时顶尖II套14与夹具体17松脱。

　　[0029]在滚花键步骤中，机床采用YKX6012高效数控花键轴铣床，机床转速为330r/min，刀具采用渐开线mm/min，加工余量为4.4mm，齿圈定向跳动为

　　0.03mm,直线]本发明中未经描述的技术特征可以通过或采用现有技术实现，在此不再赘述，当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述实施方式，本领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

　　1.一种高精度主轴加工工艺，其特征是:包括以下步骤:(I)下料，(2)正火，(3)粗车外圆并在一端钻内孔，(4)研中心孔，(5)精车外圆及定位槽，(6)滚花键，(7)钻定位销孔，(8)热处理:渗碳淬火，(9)抛丸，(10)校直，(11)热处理后研磨中心孔，(12)热处理后车定位槽，(13)精车内孔； 其中:在精车内孔步骤中采用专用夹具对主轴定位夹紧，所述专用夹具包括弹簧顶尖1、三爪自定心卡盘和卡爪，所述弹簧顶尖I设置在车床主轴的锥孔内，所述三爪自定心卡盘一端与车床主轴连接、另一端与卡爪固定连接。

　　2.根据权利要求1所述的高精度主轴加工工艺，其特征是:所述卡爪设置有三个、并且等间隔的固定在三爪自定心卡盘上。

　　3.根据权利要求2所述的高精度主轴加工工艺，其特征是:所述弹簧顶尖I包括顶尖1、锥套、螺母I和弹簧I，所述锥套与车床主轴的锥孔匹配，所述锥套一端设置有与顶尖I匹配的通孔1、锥套另一端与螺母I固定连接，所述螺母I上设置有与顶尖I匹配的通孔II，所述通孔II和通孔I的轴线重合，所述顶尖I上设置有轴肩I，所述轴肩I位于锥套内，所述弹簧I设置在顶尖I的外围、并且弹簧I位于轴肩I与设置有通孔I的锥套一端之间。

　　4.根据权利要求2或3所述的高精度主轴加工工艺，其特征是:所述卡爪包括卡爪体1、定位块和卡爪体II，所述卡爪体I的一端与三爪自定心卡盘固定连接、另一端与卡爪体II固定连接，所述定位块与卡爪体I固定连接，所述定位块的一端与主轴上的定位槽匹配。

　　5.根据权利要求1所述的高精度主轴加工工艺，其特征是:在精车内孔步骤中，机床采用CA6140A普通车床，机床转速为560r/min，刀具采用内孔车刀，进给速度为0.2mm/r,加工余量为2mm，内孔跳动为0.05mm,内孔底面垂直度为0.03mm。

　　6.根据权利要求1所述的高精度主轴加工工艺，其特征是:在滚花键步骤中，滚花键前先使用与主轴相同长度的标准芯轴校验尾座，保证芯轴X、Y方向的直线，同时公法线所述的高精度主轴加工工艺，其特征是:在滚花键步骤中采用专用夹具对主轴定位夹紧，所述专用夹具包括连接盘、弹簧顶尖I1、夹具体、端面齿盘和回转顶尖，所述连接盘一端与铣床主轴固定连接、连接盘另一端与夹具体的一端固定连接、夹具体的另一端与端面齿盘固定连接，所述弹簧顶尖II与夹具体固定连接。

　　8.根据权利要求7所述的高精度主轴加工工艺，其特征是:所述弹簧顶尖II包括顶尖I1、顶尖II套和弹簧II，所述顶尖II套与夹具体螺纹连接，所述顶尖II套一端设置有与顶尖II匹配的通孔III，所述顶尖II上设置有轴肩II，所述轴肩II位于顶尖II套内，所述弹簧II设置在顶尖II的外围，并且弹簧II位于轴肩II与设置有通孔III的顶尖II套一端之间，所述顶尖II套外围设置有螺母II，所述螺母II与顶尖II套螺纹连接。

　　9.根据权利要求1所述的高精度主轴加工工艺，其特征是:在滚花键步骤中，机床采用YKX6012高效数控花键轴铣床，机床转速为330r/min，刀具采用渐开线mm/min,加工余量为4.4mm,齿圈定向跳动为0.03mm,直线所述的高精度主轴加工工艺，其特征是:在精车外圆及定位槽步骤中，所述定位槽槽宽及定位槽槽距的尺寸按0.7%。预留伸长量，确保热处理后有0.1mm的加工余量。

　　【发明者】董世恩, 赵盼红, 燕群, 崔若平 申请人:济南中森机械制造有限公司

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