车床主轴的制造工艺

车床主轴的制造与加工

(刘继禹 谷威 甘周群)

(南通大学机械工程学院 机093 江苏南通 226019)

摘要：在传统机械加工中，车床作为一种通用设备，在基层中被广泛应用，具有不可或缺的地位。车床主轴是车床中十分重要的结构件之一，主要用于支撑传动零件（如齿轮，带轮）及传递扭矩。本本文通过分析车床主轴工作条件及使用性能要求，确定毛坯材料及毛坯制造方法，制定其加工工艺路线并对加工工艺过程简要分析。

关键词：车床主轴 毛坯 加工工艺

中图分类号：TH133.2

The Manufacturing and Machining of the Mandrel of a Lathe

(Liu Jiyu Gu Wei Gan Zhouqun)

(Academy of Mechanical Engineering of Nantong University , Jiangsu , Nantong , China) Abstract : In traditional machinery and manufacturing , as a general equipment , a lathe

is essentially and widely used . The mandrel , one of the most important parts in a lathe , is often used to support transmission partsmedium, such as gears or pulleys , and deliver torsional moment . In this paper , we analyse working conditions and service ability of the mandrel , select basic material and make a process route with a brief evaluation in the end. .

Key Words : the mandrel of a lathe basic material machinery process

1.车床主轴工作条件及性能要求

1.1工作条件

轴是机械中广泛使用的重要结构件，其主要作用是支撑传动零件并传递扭矩。主轴的工作条件为：

(1)承受交变扭转载荷，交变弯曲载荷或拉压载荷；

(2)局部（轴颈，花键等处）承受摩擦和磨损；

(3)在特殊条件下受温度和介质作用。车床主轴性能要求

1.2性能要求

轴的失效方式主要是疲劳断裂和轴颈处磨损，有时也发生过载断裂，个别情况下发生塑性变形或腐蚀失效。

根据轴的工作条件及失效方式，轴的材料应具备如下性能：

(1) 高的疲劳强度，防止轴疲劳断裂；

(2) 优良的综合力学性能，即强度和塑性，韧性有良好配合，以防止过载和冲击断裂；

(3) 局部承受摩擦的部位应具有高硬度和耐磨性，防止磨损失效；

(4) 在特殊条件下工作的轴材料应具有特殊性能，如蠕变抗力，耐腐蚀性等。

2.车床主轴毛坯材料及毛坯制造方法

车床主轴是典型的承受交变扭转弯曲应力复合作用的轴件，承受中等载荷及转速，并承受一定冲击载荷作用，故具有一般的综合力学性能即可。但主轴大端内锥孔和外锥体经常与卡盘，顶针有相对摩擦；花键部位与齿轮有相对磕碰或相对滑动；在使用轴承时，轴颈处还要承受一定的摩擦。因而，这些部位要求有较高的硬度及耐磨性。车床主轴大多选用45钢制造，经调制处理，轴颈,花键及锥孔等处再进行表面淬火强化，从而达到规定的硬度值。正火处理可细化组织，调整硬度改善切削加工性；调质处理可获得高的综合力学性能和疲劳

强度；局部表面淬火及低温回火可获得局部高硬度及耐磨性。在机械中，轴包括光滑轴，阶梯轴，凸轮轴和曲轴等，不同的轴，其毛坯制造方法不同。光滑轴毛坯一般采用热轧或冷轧，曲轴毛坯选择铸造加工，阶梯轴毛坯采用锻造方法。车床主轴作为典型的阶梯轴，其毛坯锻造工艺路线为：下料-毛坯质量检验-加热-制坯-预锻-终锻-切断-切边-表面清理-校正-精压-热处理-检验入库

毛坯简图如图所示

3.车床主轴加工工艺过程

加工工艺路线：下料——锻造——正火——粗加工——调质——半精加工——局部表面淬火——低温回火——精磨——成品 具体加工工艺过程，见下表

序 工序内容 加工设备

号

1 备料

2 精锻毛坯 立式精锻

机

3 热处理：正火

4 锯头

5 铣端面，打中心孔 金刚镗

6 粗车各外圆面 普通车床

7 热处理：调质220-240HBS

8 半精车大端各外圆及端面 普通车床

9 仿形车小端各外圆及台阶 仿形车床

10 钻深孔 深孔钻床

11 车小端内锥孔 普通车床

12 车大端内锥孔（配莫氏6号锥堵），车外短锥及端面 普通车床

13 钻大端端面各孔 钻床

14 热处理

15 精车外圆并切槽 数控车床

16 粗磨外圆两段 外圆磨床

17 粗磨锥孔 内圆磨床

18 粗精铣花键 花键铣床

19 洗键槽 铣床

20 车大端内侧面及三段螺纹 普通车床

21 粗精磨各级外圆及两端面 外圆磨床

22 粗精磨三段圆锥面及短圆锥面 专用组合

磨床

23 粗精磨莫氏6号锥孔 主轴锥孔

磨床

24 检验 定位基准 两轴颈外圆及大端面 中心孔及轴颈外圆 两中心孔 大头短锥处外圆及端面，小段中心孔 两轴颈外圆 大头短锥处外圆及端面，小段轴颈外圆 大头轴颈外圆，小端外圆及端面 大头短锥处外圆及端面 两锥堵中心孔 两锥堵中心孔 大头轴颈外圆，小端外圆及端面 两锥堵中心孔 该键槽外圆及端面 两锥堵中心孔 两锥堵中心孔 两锥堵中心孔 支承轴颈外圆

4.车床主轴加工工艺过程分析

（1）定位基准的选择 基准统一原则：轴类零件的定位基准，尽量采用两中心孔，因为轴类零件各外圆表面，锥孔，螺纹等表面的同轴度，以及端面对回转轴线的垂直度等都与主轴的设计基准——轴线有关，采用两中心孔定位，符合基准统一原则。还能够在一次装夹中尽量多的加工各外圆及端面。

（2）加工阶段的划分 由于主轴是多阶梯带通孔的零件，切除大量金属后，会引起残余应力重新分布而变形，故安排工序时，一定要粗精分开，先粗后精。主轴的加工就是以重要表面（特别是支撑轴颈）的粗加工，半精加工和精加工为主线，适当穿插其他表面的加工工序而组成的工艺路线。

粗加工阶段为切端面，钻中心孔，粗车外圆等：半精加工阶段是半精车外圆，各辅助表面（铣槽，花键，车螺旋等）的加工与表面淬火：精加工阶段是主要表面（外圆表面与锥孔）的精加工。

（3）热处理工序的安排 粗加工开始前先对毛坯进行正火处理，消除毛坯的锻造应力，调整硬度，改善切削加工性能，同时也均匀组织细化晶粒，为以后的热处理作组织准备。调质安排在粗车后，主要是使主轴具有高的综合力学性能。表面淬火是为了获得所要求的表面硬度，锥孔和外锥体部分可采用盐浴快速加热并水淬，经回火后，其硬度应达到50~45HRC。花键部分可采用高频淬火，以减少变形。

（4）工序顺序的安排 安排主轴加工工序的顺序时应注意以下几点。

①基准先行 首先加工好定位基准面，主轴加工也总是先安排铣端面钻中心孔，以便为后续工序准备好定位基准。

②深孔加工的安排 为了使中心孔能够在多道工序中使用，希望深孔加工安排在最后。但深孔加工属粗加工，余最大，发热多，变形大，会破坏已加工的表面精度，故不能放到最后。一般，深孔加工安排在外圆半精车之后，以便有一个较为精确的颈轴作为定位基准，这样加工出的孔容易保证主轴壁厚均匀。

③次要表面加工安排 主轴上的花键，键槽，螺纹等次要表面加工。通常均安排在外圆精车或粗磨之后，精磨外圆之前进行。如果精车前已铣出键槽，精车时因断续切削而易产生振动，既影响加工质量，又容易损坏刀具，也难控制键槽的深度。这些加工也不能放到主要表面精磨之后，否则会破坏主要表面已获得的精度

（5）主要工序加工方法

①中心孔的加工 成批生产均用铣端面钻中心孔机床来加工中心孔。精密主轴的中心孔加工尤为重要，应尽量做到两端中心孔轴线相互重合，孔的锥度要准确，与顶尖的接触面积要大。而且在热处理后精磨前要多次修研，可用油石修研，用硬质合金顶尖修研或用中心孔磨床磨削中心孔。

②外圆的加工 外圆车削是粗加工和半精加工外圆表面应用最广泛的加工方法。成批生产时采用转塔车床，数控车床，大批量生产时，采用多刀半自动车床，液压仿形半自动车床等。

磨削是外圆表面主要的精加工方法，适用于加工精度高，表面粗糙度较小的外圆表面，特别适用于加工淬火钢等高硬度材料。当生产批量较大时常采用组合磨削，成形砂轮磨削及无心磨削等高效磨削方法。

③精磨锥孔 主轴锥孔对主轴支承轴颈的径向圆跳动，是一项重要的精度指标，因此锥孔的加工是关键工序。主轴锥孔磨削通常均采用专用夹具。④⑤⑥

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