机床主轴加工工艺过程分析

[摘 要]机床主轴指的是机床上带动工件或刀具旋转的轴。通常由主轴、轴承和传动件（齿轮或带轮）等组成主轴部件。本文主要阐述了机床主轴毛坯的制造、主轴的材料和热处理、加工阶段的划分、机床主轴主要加工表面加工工序安排、定位基准的选择等问题。

[关键词]主轴；加工工艺；

中图分类号：TG51 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）06-0028-01

1.机床主轴

机床主轴主要是用来支承传动零件和传递扭矩的。其加工质量直接影响机床的性能和精度。

2.主轴毛坯

对于单件小批量生产，尤其适用于光滑轴和外圆直径相差不大的阶梯轴，其毛坯通常采用棒料。对于直径较大的阶梯轴则往往采用锻件。锻件与棒料相比可获得较高的抗拉、抗弯和抗扭强度。

3.主轴的热处理

45钢是普通机床主轴的常用材料，主轴的热处理主要包括以下几方面：

（1）毛坯热处理。机床主轴的毛坯热处理一般采正火，其目的是消除锻造应力，细化晶粒，并使金属组织均匀，以利于切削加工。

（2）预备热处理。在粗加工之后半精加工之前，安排调质处理，目的是获得均匀细密的回火索氏体组织，提高其综合力学性能。

（3）最终热处理。主轴的某些重要表面需经高频淬火。最终热处理一般安排在半精加工之后，精加工之前，局部淬火产生的变形在最终精加工时得以纠正。精度要求高的主轴，在淬火回火后还要进行定性处理。定性处理的目的是消除加工的内应力，提高主轴的尺寸稳定性，使它能长期保持精度。

4.加工阶段的划分

为了保证加工质量，稳定加工精度，本文中主轴加工基本上划分为下列三个阶段。

（1）粗加工阶段。毛坯处理：毛坯备料、锻造和正火（工序1～3）。粗加工：铣端面、钻中心孔和粗车外圆等（工序4、5）。

（2）半精加工阶段。半精加工前热处理：对于45钢一般采用调质处理，达到220～240HBS（工序6）。半精加工：车工艺锥面（定位锥孔）、半精车外圆端面和钻深孔等（工序7～12）。主要目的是为精加工做好准备，尤其为精加工做基面准备。对于一些要求不高的表面，如大端端面各孔，在这个阶段加工到图样规定的要求。

（3）精加工阶段。精加工前热处理：局部高频淬火（工序13）。精加工前各种加工：粗磨定位锥面、粗磨外圆、铣键槽和花键槽，以及车螺纹等（工序14～19）。精加工：精磨外圆和两处1：12外锥面及莫氏6号内锥孔，从而保证主轴最重要表面的精度（工序20～23）。这一阶段的目的是把各表面都加工到图样规定的要求。粗加工、半精加工、精加工阶段的划分大体以热处理为界。

5.机床主轴主要加工表面加工工序

本文中主轴主要加工表面是Φ75h5、Φ80h5、Φ90g5、Φ105h5轴颈，两支承轴颈及锥孔。它们加工的尺寸精度在IT5～IT6之间，表面粗糙度Ra为0.4～0.8mm。主轴加工工艺过程可划分为如下三个阶段：

粗加工阶段（包括铣端面、加工顶尖孔、粗车外圆等）；半精加工阶段（半精车外圆，钻通孔，车锥面、锥孔，钻端面各孔，精车外圆等）；

精加工阶段（包括精铣键槽，粗、精磨外圆、锥面、锥孔等）。主轴加工各主要表面总是循着以下的顺序进行，即粗车调质（预备热处理）半精车精车淬火回火（最终热处理）粗磨精磨。

综上所述，主轴主要表面的加工顺序安排如下：外圆表面粗加工（以顶尖孔定位）外圆表面半精加工（以顶尖孔定位）钻通孔（以半精加工过的外圆表面定位）锥孔粗加工（以半精加工过的外圆表面定位，加工后配锥堵）外圆表面精加工（以锥堵顶尖孔定位）锥孔精加工（以精加工外圆面定位）。当主要表面加工顺序确定后，就要合理地插入非主要表面加工工序。对主轴来说非主要表面指的是螺孔、键槽、螺纹等。凡是需要在淬硬表面上加工的螺孔、键槽等，都应安排在淬火前加工。非淬硬表面上螺孔、键槽等一般在外圆精车之后，精磨之前进行加工。

6.机床主轴加工定位基准的选择

主轴加工中，为了保证各主要表面的相互位置精度，选择定位基准时，应遵循基准重合、基准统一和互为基准等重要原则，并能在一次装夹中尽可能加工出较多的表面。

由于主轴外圆表面的设计基准是主轴轴心线，根据基准重合的原则考虑应选择主轴两端的顶尖孔作为精基准面。用顶尖孔定位，还能在一次装夹中将许多外圆表面及其端面加工出来，有利于保证加工面间的位置精度。所以主轴在粗车之前应先加工顶尖孔。

为了保证支承轴颈与主轴内锥面的同轴度要求，宜按互为基准的原则选择基准面。如车小端1：20锥孔和大端莫氏6号内锥孔时，以与前支承轴颈相邻而又是用同一基准加工出来的外圆柱面为定位基准面（因支承轴颈系外锥面不便装夹）；在精车各外圆（包括两个支承轴颈）时，以前、后锥孔内所配锥堵的顶尖孔为定位基面；在粗磨莫氏6号内锥孔时，又以两圆柱面为定位基准面；粗、精磨两个支承轴颈的1：12锥面时，再次用锥堵顶尖孔定位；最后精磨莫氏6号锥孔时，直接以精磨后的前支承轴颈和另一圆柱面定位。定位基准每转换一次，都使主轴的加工精度提高一步。

参考文献

[1]孟少农.机械加工工艺手册[M ]北京： 机械工业出版社，19 8 7