車床主軸零件的機(jī)械加工工藝分析

李堅(jiān)

長(zhǎng)?？h中等職業(yè)技術(shù)專業(yè)學(xué)校 遼寧省大連市 116599

1 引言

在對(duì)車床主軸零件進(jìn)行機(jī)械生產(chǎn)加工制造過(guò)程中，工作人員應(yīng)當(dāng)對(duì)各項(xiàng)工序管控要求進(jìn)行分析考量，對(duì)其中加工精度、加工量進(jìn)行確認(rèn)，實(shí)施全過(guò)程動(dòng)態(tài)化的加工管控，明確各項(xiàng)加工管理標(biāo)準(zhǔn)。車床主軸零件所涉及到的加工程序相對(duì)較為復(fù)雜，工作人員在加工前應(yīng)當(dāng)采取頂層設(shè)計(jì)策略，明確分析設(shè)備以及相關(guān)零件的使用需求，提高加工效率。

2 車床主軸零件加工概論

車床在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域具備較大的作用，相關(guān)設(shè)備主要是利用車刀裝置，通過(guò)對(duì)零部件以及刀具的旋轉(zhuǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)物件的加工處理，而車床主軸作為車床內(nèi)部重要的零部件，其加工質(zhì)量的好壞決定著車床運(yùn)行的質(zhì)量和效率，其承擔(dān)著夾具安裝以及對(duì)零部件、刀具的定位，同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備零部件的旋轉(zhuǎn)管控，通過(guò)在主要軸向進(jìn)行不斷的旋轉(zhuǎn)，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備、刀具以及各項(xiàng)裝備的控制，進(jìn)而完成對(duì)零部件的加工，簡(jiǎn)而言之，車床主軸在實(shí)現(xiàn)對(duì)零部件在切削打磨時(shí)保持高速旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)。

3 車床主軸零件加工流程分析

在對(duì)車床主軸零件進(jìn)行加工管控的過(guò)程中，工程人員需要對(duì)其中所涉及到的技術(shù)流程進(jìn)行嚴(yán)格管控，對(duì)生產(chǎn)加工工序、步驟進(jìn)行有效設(shè)計(jì)，在加工期間，工程員需要對(duì)機(jī)械加工技術(shù)、方式進(jìn)行優(yōu)化、完善，對(duì)工件外部形態(tài)、尺寸、大小、質(zhì)量等多方面數(shù)據(jù)進(jìn)行檢驗(yàn)分析；其次，相關(guān)技術(shù)人員還需要考量相關(guān)設(shè)備的生產(chǎn)管控?cái)?shù)量以及外部設(shè)備使用條件，明確相關(guān)技術(shù)操作規(guī)程，將生產(chǎn)管控模式、管控內(nèi)容有效設(shè)置為相應(yīng)的工藝文件，使得各項(xiàng)工作的開展均具備參考依據(jù)，簡(jiǎn)而言之，在機(jī)械生產(chǎn)加工活動(dòng)中，工程人員需要將所使用到的工程文件進(jìn)行總結(jié)分析，參照零部件的實(shí)際生產(chǎn)狀況來(lái)完成對(duì)各項(xiàng)工藝文件的編寫制作（如圖1所示），在對(duì)車床主軸零件進(jìn)行加工管理的過(guò)程中涉及粗加工、半精加工以及精細(xì)加工。具體操作步驟如下，外圓表面粗加工（以頂尖孔定位）→外圓表面半精加工（以頂尖孔定位）→鉆通孔（以半精加工過(guò)的外圓表面定位）→錐孔粗加工（以半精加工過(guò)的外圓表面定位，加工后配錐堵）→外圓表面精加工（以錐堵頂尖孔定位）→錐孔精加工（以精加工外圓面定位）。

3.1 粗加工

在粗加工段，涉及到對(duì)相關(guān)主軸零件加工材料的科學(xué)選擇，以及對(duì)其實(shí)施相應(yīng)的熱處理，根據(jù)加工需求，完成對(duì)車床主軸零件毛坯的生產(chǎn)制造管控，在此期間，工程人員應(yīng)當(dāng)考量車床主軸的實(shí)際使用情況，科學(xué)合理地選取相應(yīng)的工件材料，之后再對(duì)其進(jìn)行鍛造、塑形，對(duì)相關(guān)材料進(jìn)行必要的熱處理，通過(guò)必要的熱學(xué)處理使得相關(guān)零部件的材料切削性能得到有效提升，最終使得車床主軸零件的綜合性能能夠大幅度增長(zhǎng)。除此之外，在對(duì)零件材料進(jìn)行加工處理管控時(shí)也能夠有效地提升車床主軸零件在運(yùn)動(dòng)期間其表面所具備的耐磨性，之后生產(chǎn)人員需要根據(jù)車床主軸零件毛坯的生產(chǎn)制造情況，根據(jù)數(shù)量、生產(chǎn)需求，選取不同的生產(chǎn)管控模式，比如可以結(jié)合自由鍛造或大批量的生產(chǎn)加工。

例如在粗加工過(guò)程中首先需要經(jīng)過(guò)一系列的鍛造處理，在鍛造期間需要經(jīng)過(guò)必要的磨段工序，而在此過(guò)程中需要借助精鍛機(jī)，在完成鍛造之后則需要進(jìn)行熱處理，借助回火爐，然后再通過(guò)鋸床對(duì)材料進(jìn)行必要的切割處理，參考標(biāo)準(zhǔn)文件選取，據(jù)段加工的長(zhǎng)度，在完成鋸斷操作之后，則需要結(jié)合床銑床，參考小端外形實(shí)施必要的銑端面打孔，在完成端面打孔之后，再進(jìn)行車加工，參長(zhǎng)后續(xù)半精加工的實(shí)際需求，實(shí)現(xiàn)對(duì)主軸零件初步的加工管控。鍛造（磨鍛/立式精鍛機(jī)）→熱處理（正火/回火爐）→鋸（鋸小端，保持總長(zhǎng)為890+2.5mm/鋸床）→洗端面打中心孔（車端面鉆5mm的中心孔，小端外形/洗床、鉆床）→車（粗車各段外徑，均放余量：為2.5～3mm大端外形及 斷即、小端中心孔/車床）。

3.2 半精加工

而在對(duì)應(yīng)的半精加工方面，車床主軸零件的半徑需要得到有效管控，需要對(duì)諸如錐孔、車錐面以及精車外圓等結(jié)構(gòu)進(jìn)行初始加工管理，此部分是車床主軸零件實(shí)現(xiàn)基本功能的關(guān)鍵工序，完成半精加工之后，車床主軸零件的外部形態(tài)已經(jīng)基本可以得到確認(rèn)，此類加工工序涉及到部分機(jī)械加工，其中需要結(jié)合諸如車床、鉆床、銑床、鋸床等多種機(jī)械設(shè)備的結(jié)合使用，然后再對(duì)車床主軸零件進(jìn)行必要的熱處理，實(shí)施相應(yīng)的半精加工。而在對(duì)零件外圓表面的粗加工管理過(guò)程中，需要結(jié)合相應(yīng)的頂尖孔定位，再通過(guò)對(duì)鉆通孔以及錐孔粗加工，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)車床主軸零件的半精加工。

比如在半精加工過(guò)程中，需要通過(guò)相應(yīng)的鉆床完成對(duì)設(shè)備精細(xì)化鉆孔，在完成鉆孔之后結(jié)合熱處理，參照相應(yīng)的規(guī)范要求完成對(duì)局部區(qū)域的熱處理管控，使得車床加工更加高效、快捷，再結(jié)合車床以及仿形車床完成對(duì)主軸零部件外觀初步加工。車（粗車各段外徑，均放余量為2.5～3mm大端外形及小端中心孔/車床）→車（粗車D、E而及 165mm外圓，均放余量為2.5～3mm小端外形，115mm表面/車床）→車（粗車大端后斷面及115mm外圓與上邊工序接平大端外形，小端中心孔/車床）→鉆（鉆45mm的導(dǎo)向孔，小端外形115mm表面/鉆床）→鉆（鉆45mm的通孔小端外形，115mm表面深孔/鉆床）。

3.3 精密加工

而在后續(xù)的精密加工環(huán)節(jié)，則是在通過(guò)半精加工之后來(lái)實(shí)施的，也是車床主軸零件最后加工程序，在半精加工之后，工作人員需要對(duì)精細(xì)化加工流程進(jìn)行確認(rèn)，該項(xiàng)加工工藝需要在上一階段對(duì)車床零件外圓表面以及相關(guān)錐孔部位還未完成加工的結(jié)構(gòu)部件進(jìn)行再次加工處理，結(jié)合必要的車床主軸結(jié)構(gòu)分析，對(duì)其中的螺栓、螺孔、錐孔以及螺紋等進(jìn)行相應(yīng)的加工處理，在完成對(duì)相關(guān)區(qū)域的加工之后則需要對(duì)主軸零件進(jìn)行淬火處理，提升整個(gè)零部件的結(jié)構(gòu)高度以及運(yùn)動(dòng)精度，通過(guò)淬火處理之后，能夠使得主軸零件的扭矩、彎矩以及回轉(zhuǎn)精度能夠達(dá)到相應(yīng)的設(shè)置需求，在完成加工之后，工作人員需要對(duì)其進(jìn)行精細(xì)化檢驗(yàn)，對(duì)車床主軸零件各部位的質(zhì)量實(shí)施全面質(zhì)檢，保證零件加工質(zhì)量能夠滿足車床主體結(jié)構(gòu)剛度、強(qiáng)度、回轉(zhuǎn)精度、運(yùn)作精度的實(shí)際使用需求。

4 車床主軸零件機(jī)械加工基準(zhǔn)設(shè)定

4.1 粗基準(zhǔn)選用

在對(duì)機(jī)床主軸零件進(jìn)行加工管控的過(guò)程中，工程師需要確保相關(guān)加工位置與不加工位置之間的界限明確，一般情況下需要選取不加工表面作為基準(zhǔn)線，在加工過(guò)程中參照各加工表面分析相應(yīng)的加工余量，之后再將其進(jìn)行有效分配。而在選取出基準(zhǔn)的過(guò)程中需要選取重要的加工表面，此外，在加工過(guò)程中相關(guān)基準(zhǔn)不能夠往復(fù)使用，由于粗精準(zhǔn)不具備較高的精細(xì)度，其會(huì)造成較大的加工誤差，因此同一尺寸方向的粗基準(zhǔn)只能夠使用一次。

4.2 精基準(zhǔn)的選擇

而在對(duì)精基準(zhǔn)進(jìn)行選取選用的過(guò)程中，也需要確保設(shè)計(jì)基準(zhǔn)和定位基準(zhǔn)能夠有效重合，盡可能減少在加工過(guò)程中所產(chǎn)生的定位誤差，此外，還需要保證基準(zhǔn)統(tǒng)一的管控原則，簡(jiǎn)言之，工程師需要在相同的定位基準(zhǔn)前提下加工多個(gè)工面，提高各表面的加工位置的精確度。一般情況下，需要將軸類零件的兩頂端作為相應(yīng)的定位基準(zhǔn)；此外還需要嚴(yán)格參照互為基準(zhǔn)的管控原則，若兩個(gè)工件表面具備較高的加工精度要求是可以通過(guò)互為基準(zhǔn)的管控原則實(shí)現(xiàn)往復(fù)多次的加工。在加工期間，當(dāng)加工余量相對(duì)較為均勻且較小時(shí)，可參考工件表面的實(shí)際定位基準(zhǔn)來(lái)開展加工作業(yè)。

4.3 確定零件的定位基準(zhǔn)

在對(duì)零件的定位基準(zhǔn)進(jìn)行確認(rèn)管控時(shí)，工程師需要參照相應(yīng)的管控原則，結(jié)合基準(zhǔn)重合、基準(zhǔn)統(tǒng)一以及互為基準(zhǔn)的重要管控思想，盡可能在一次裝夾過(guò)程中加工出較多的表面，具體來(lái)說(shuō)，為了使得支承軸頸與主軸內(nèi)錐面同軸度能夠保持高度一致，可以結(jié)合互為基準(zhǔn)管控原則選取相應(yīng)的基準(zhǔn)面，例如，結(jié)合車小端1：20錐孔和大端莫氏6號(hào)內(nèi)錐孔，由于其與支軸承頸相鄰，因此可以將其設(shè)置為同一基準(zhǔn)。

5 車床主軸零件機(jī)械加工工藝

5.1 熱處理工藝

通過(guò)上對(duì)車床機(jī)械加工流程進(jìn)行分析、比較可以看出，在當(dāng)前車床主軸零件加工生產(chǎn)制造活動(dòng)中實(shí)施必要的熱處理是必不可少的。在此過(guò)程中，工程人員以及相應(yīng)的生產(chǎn)管控人員需要嚴(yán)格參照工藝流程卡以及標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)指導(dǎo)書，落實(shí)對(duì)各個(gè)工序的嚴(yán)格管控。在結(jié)合熱處理工藝使用的過(guò)程中，工作人員應(yīng)當(dāng)明確相關(guān)工藝所使用的時(shí)間節(jié)點(diǎn)，由于熱處理工藝質(zhì)量的高低直接影響到車床主軸零件加工的品質(zhì)和效率，同時(shí)也會(huì)影響到車床最后的生產(chǎn)效率，因此在對(duì)主軸零件材料進(jìn)行熱處理管控的過(guò)程中需要從零件毛坯階段到后續(xù)的成型階段、精加工階段進(jìn)行必要的熱處理管控，因此整個(gè)熱處理工藝貫穿到車床主軸零件生產(chǎn)制造的各個(gè)時(shí)間。

5.2 車床主軸零件階段工藝要點(diǎn)

在車床主軸零件階段施工管控過(guò)程中所結(jié)合使用到的工藝流程相對(duì)較多，其工作量相對(duì)較大，同時(shí)加工精度要求也相對(duì)較高，在此過(guò)程中，主要是實(shí)現(xiàn)對(duì)后續(xù)精加工的處理管控，在此階段所開展的一系列工作均是為后續(xù)的精加工打下相應(yīng)的基礎(chǔ)。在后續(xù)粗加工、半精加工以及精加工過(guò)程中，工程人員需要將材料的應(yīng)力進(jìn)一步去除，為后續(xù)的熱處理工藝打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。此外，車床主軸零件在經(jīng)過(guò)多次往復(fù)地切削處理之后能夠避免零件加工出現(xiàn)相應(yīng)的誤差，同時(shí)也能夠確保不同機(jī)械設(shè)備之間能夠?qū)崿F(xiàn)合理配合使用，提高加工精度，并且還能夠適當(dāng)?shù)販p少對(duì)機(jī)床的損耗。在初加工過(guò)程中，可以選取不同的機(jī)床設(shè)備進(jìn)行加工管控，提高加工質(zhì)量和效率，同時(shí)還能夠減少對(duì)機(jī)床所造成的磨損。

5.3 工藝路線

在對(duì)工藝路線擬定的過(guò)程中，工程人員需要參考加工物件的幾何形狀、精度位置以及精度要求，選取適當(dāng)?shù)墓に嚶肪€。而基礎(chǔ)的工藝路線涉及到備料、鍛造、熱處理、鋸、車、打孔、鉆孔、打磨、銑、清除毛刺、檢查等相應(yīng)的工序，不同的工藝路線在車削、打磨、鉆孔方面存在相應(yīng)的差異（如表1所示），同時(shí)也具備不同的加工標(biāo)準(zhǔn)以及加工設(shè)備。在此過(guò)程中，工程人員應(yīng)當(dāng)結(jié)合具體的加工管控需求來(lái)選取適當(dāng)?shù)墓に嚶肪€來(lái)滿足生產(chǎn)制造需求。在工業(yè)生產(chǎn)路線方面，主要是采用先銑面后鉆孔的管控思路，結(jié)合先面后孔的管控原則，但是在加工生產(chǎn)過(guò)程中，工程人員也需要對(duì)工件右邊圓柱上平面以及左邊圓柱下平面相關(guān)區(qū)域不便于定位、裝夾的部分進(jìn)行有效管控。因此工程人員需要嚴(yán)格管控各個(gè)工件的加工順序，明確加工量，合理控制加工公差，將加工誤差管控在合理的范圍之內(nèi)。

表1 熱處理工藝

表2

在完成生產(chǎn)加工之后，需要結(jié)合千分尺對(duì)物件的外觀進(jìn)行精度測(cè)量，在完成大量生產(chǎn)制造后也需要通過(guò)光滑極限量規(guī)來(lái)對(duì)其表面進(jìn)行檢驗(yàn)，而針對(duì)長(zhǎng)度較大但是精度較高的工件材料時(shí)可以結(jié)合比較儀進(jìn)行測(cè)驗(yàn)，在對(duì)工件表面的粗糙度進(jìn)行評(píng)估時(shí)也可以結(jié)合粗糙度樣板進(jìn)行查看，而針對(duì)粗糙度要求相對(duì)較高的區(qū)域位置時(shí)可以結(jié)合光學(xué)顯微鏡對(duì)其輪廓進(jìn)行評(píng)測(cè)。

6 結(jié)語(yǔ)

總體來(lái)說(shuō)，在對(duì)車床主軸零件實(shí)施加工管理的過(guò)程中，工作人員應(yīng)當(dāng)對(duì)各項(xiàng)工藝指標(biāo)、工藝文件進(jìn)行分析評(píng)估，對(duì)各項(xiàng)基準(zhǔn)、各項(xiàng)工藝程序進(jìn)行合理編制，明確各項(xiàng)加工管控需求，以此來(lái)提高加工精度以及加工品質(zhì)。