萬曉敏

（東南大學(xué)，江蘇 南京210000）

在現(xiàn)代機(jī)械制造中，車床的應(yīng)用十分廣泛，其最大的用途是加工各種回轉(zhuǎn)表面，輔助多類機(jī)器零件的生產(chǎn)。一般而言，大多數(shù)的機(jī)器零件都不是平直和規(guī)則的，它們均具有一定的回轉(zhuǎn)表面，如圓錐表面、回轉(zhuǎn)曲面、端面，有些還具有一些螺紋面。車床在加工回轉(zhuǎn)面、螺紋面方面的作用是不可替代的。CA6140 臥式車床是當(dāng)下我國(guó)融合新技術(shù)、新理念、新材料制造而成的新型產(chǎn)品。在CA6140 臥式車床工作時(shí)，是主軸帶動(dòng)功件進(jìn)行高質(zhì)量旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)主運(yùn)動(dòng)，這使得整個(gè)車床功能得以發(fā)揮。因此，研究CA6140臥式車床主軸的加工十分必要和重要。

1 CA6140 臥式車床概述

1.1 CA6140 臥式車床簡(jiǎn)介

普通車床的種類頗多，根據(jù)車床的基本結(jié)構(gòu)、車床的最主要用途可將其分為若干種，如臥式車床、落地車床、立式車床、轉(zhuǎn)搭車床等。CA6140 臥式車床是普通車床中較為典型的車床，它是一種新型的產(chǎn)品。CA6140 臥式車床優(yōu)勢(shì)頗多，如外觀更加整潔干凈、車床性能極好、工人操作起來更簡(jiǎn)單、結(jié)構(gòu)更為先進(jìn)現(xiàn)代?！癈A6140 臥式車床”中“CA6140”中的每一個(gè)元素都有著特定的指示與代表。“C”是一種類別的代號(hào)，這里代指“車床類”；“A”字母屬于“結(jié)構(gòu)特性”的一種特殊代號(hào)；數(shù)字“6”是一種組別代號(hào)，再者指的是“臥式”的意思；數(shù)字“1”同樣是一種系別代號(hào)；最后，“40”代表著“主參數(shù)”，這里指的是CA6140臥式車床最大的回轉(zhuǎn)直徑是400mm。CA6140 臥式車床是主運(yùn)動(dòng)傳功，主運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)鏈的兩個(gè)末端是主動(dòng)機(jī)與主軸，主軸帶動(dòng)工件急速旋轉(zhuǎn)，達(dá)到工作目的。在進(jìn)給運(yùn)動(dòng)中，車床主軸依然發(fā)揮著重要的作用。

1.2 CA6140 臥式車床主軸的作用

在CA6140 臥式車床中，車床主軸是最常見的一種零件，但是卻是具有相當(dāng)加工難度的一種零件。車床主軸屬于一種旋轉(zhuǎn)類的零件，它的結(jié)構(gòu)構(gòu)成要素主要有以下幾種，即內(nèi)外圓柱面、內(nèi)外圓錐面、螺紋，花鍵、橫向孔等。在CA6140 臥式車床中，車床主軸是整個(gè)車床的執(zhí)行件，其主要的作用有兩種，即支撐傳動(dòng)件、傳動(dòng)轉(zhuǎn)矩。在CA6140 臥式車床工作時(shí)，主軸直接帶動(dòng)工件，參與車床表面成形運(yùn)動(dòng)。與此同時(shí)，主軸還具有另外一個(gè)作用，即確保工件對(duì)機(jī)床其他部件的相對(duì)位置科學(xué)、正確、合理。從主軸作用可知，車床主軸部件性能的好壞直接關(guān)系CA6140 臥式車床整體加工質(zhì)量，以及車床的加工效率。因此，加工精度較高的車床主軸十分重要。

2 CA6140 臥式車床主軸的技術(shù)要求及選材

2.1 CA6140 臥式車床主軸加工技術(shù)要求

CA6140 臥式車床在工作時(shí)需要承受各種程度的摩擦與磨損，更要能夠承受各種載荷，如彎曲、扭轉(zhuǎn)、沖擊等。因此，所加工出的主軸要具有較高的疲勞強(qiáng)度，更要具有較好的綜合力學(xué)性能。因此，對(duì)于主軸的加工，一定要符合相應(yīng)的技術(shù)要求。主軸共有兩個(gè)支撐軸頸，分別為A、B，二者之間的圓度要在一定的允差范圍之內(nèi)，應(yīng)保持在0.005mm，徑項(xiàng)跳動(dòng)允差也在0.005mm。支撐軸頸直徑應(yīng)該按照更高要求的精度標(biāo)準(zhǔn)，即IT5-7 級(jí)精度制造。關(guān)于車床錐孔的加工，也應(yīng)該有技術(shù)要求，主軸錐孔硬度要求在HRC48，要支撐軸頸A、B 跳動(dòng)，近軸端允差保持在0.005mm，表面的粗糙度應(yīng)與支撐軸頸的粗糙度保持一致，即Ra0.4um。除了以上，主軸加工對(duì)短錐、空套齒輪軸頸、螺紋等均有相應(yīng)的技術(shù)要求。在主軸加工時(shí)，要十分注重主軸部件的技術(shù)要求。

2.2 CA6140 臥式車床主軸的選材

在CA6140 臥式車床主軸加工時(shí)，其技術(shù)要求頗高，這便預(yù)示著其加工選材也會(huì)較為講究。既要確保加工選材硬度符合要求，又要確保選材的經(jīng)濟(jì)實(shí)用性。由于車床主軸在運(yùn)作時(shí)要承受一定的彎曲應(yīng)力和扭轉(zhuǎn)應(yīng)力，通常情況下承受的載荷并不是特別高，轉(zhuǎn)速也普遍不會(huì)較高，因此，可選用性能又好，又經(jīng)濟(jì)廉價(jià)的45 鋼。45 鋼具有一般的綜合力學(xué)性能，完全會(huì)滿足CA6140 臥式車床主軸的制作材料要求。但是不得不考慮的是，車床主軸大端的內(nèi)錐孔、外錐孔經(jīng)常會(huì)有相對(duì)摩擦力出現(xiàn)，這些部分對(duì)加工材料的要求需更高。因此，所選取的材料要具備更高的硬度與耐磨度。再者，考慮到車床主軸具有較大的直徑，而且階梯非常多，這里可選擇鍛件毛坯，如此不僅節(jié)約原材料，還能相應(yīng)減少主軸加工工時(shí)，提高加工效率。

3 CA6140 臥式車床主軸的加工工藝

3.1 CA6140 臥式車床主軸加工路線

擬定車床主軸零件加工路線是推進(jìn)主軸加工工藝實(shí)施的前提。擬定CA6140 臥式車床主軸零件加工路線，應(yīng)提前做好一些準(zhǔn)備性工作，解決一些主要的問題：第一，如何選定各個(gè)表面的加工方法。由于主軸各個(gè)零件表面不同，其所對(duì)應(yīng)的加工方法也有所差異，故應(yīng)科學(xué)選定各表面加工方法。第二，如何合理劃分出加工的階段。應(yīng)明確主軸零件加工的各個(gè)階段，確保主軸加工有序鋪展。第三，如何安排加工工序的先后順序。第四，怎樣確定加工工序的集中與分散。這些問題解決之后，便可開始擬定出主軸零件的機(jī)械加工工藝路線。一般而言，機(jī)床主軸加工以外圓加工為主，外圓加工路線可分為三條，即粗車—半精車—精車，粗車—半精車—粗磨—精磨，粗車—半精車—精車—金剛石車。從整體來說，CA6140 臥式車床主軸從加工始到加工末的工藝路線定為如下：下料、鍛造、退火（或正火）、粗加工、調(diào)質(zhì)、半精加工、淬火、粗磨、低溫時(shí)效、精磨。

3.2 CA6140 臥式車床主軸加工工藝

（1）進(jìn)行科學(xué)的定位基準(zhǔn)選擇

主軸主要表面的加工順序，從一定程度上說，對(duì)定位基準(zhǔn)的選擇依賴性較大，后者對(duì)前者甚至能起到?jīng)Q定性作用。軸零件自身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及CA6140 臥式車床主軸主要表面的位置精度，從這二者綜合考慮，將軸線作為定位基準(zhǔn)是十分理想的。一般情況下，將外圓作為粗基準(zhǔn)，將軸兩端的精尖孔作為精基準(zhǔn)的情況較為常見。當(dāng)然，在具體的定位基準(zhǔn)選擇時(shí)，還應(yīng)考慮到以下注意事項(xiàng)：第一，當(dāng)主軸各表面加工位置精度的要求十分嚴(yán)苛?xí)r，一定要能夠確保在一次性加裝中完成各個(gè)表面的加工。這種情況能有效防止因多次加裝導(dǎo)致的精準(zhǔn)位置選擇不當(dāng)，最終產(chǎn)生較大的加工誤差。第二，如果主軸零件加工不能用兩端頂尖孔來定位，為了確保加工剛度，定位時(shí)一則可直接利用外圓定位。二則，還可利用外圓和其中一端頂尖孔定位，讓基準(zhǔn)選擇盡可能科學(xué)。第三，采用帶有頂尖孔的錐堵，或者錐套心軸。車床主軸是一種帶有通孔的零件，但是，通孔鉆出后，原來的頂尖孔會(huì)逐漸不見、消失，這就讓利用頂尖孔定位成為泡影。為了規(guī)避這一情況，可采用帶頂尖孔的錐堵或錐套心軸。但一定要注意的是，錐堵與錐套心軸選擇不是隨意的，而是要確保其具有較高精度，以能輔助整個(gè)定位基準(zhǔn)的選擇。

（2）對(duì)加工階段進(jìn)行合理劃分

CA6140 臥式車床主軸加工以“主要表面”的加工為主，其加工階段主要可劃分為三個(gè)：第一，粗加工階段。這一階段要做好“毛坯處理”和“粗加工”兩件事。前者的工序主要為毛坯備料、鍛造、正火。后者主要應(yīng)做到銑端面、鉆中心孔和粗車外圓。粗加工階段能有效發(fā)現(xiàn)一些弊端，如鍛件裂紋的問題便可在這一階段被發(fā)現(xiàn)。而這種弊端被發(fā)現(xiàn)后，能在半精加工前得到及時(shí)改進(jìn)。第二，半精加工階段。在進(jìn)行半精加工前，應(yīng)進(jìn)行一定的熱處理，CA6140 臥式車床主軸所采用的是45 鋼，其熱處理的方法一般是調(diào)質(zhì)處理。熱處理之后，便可進(jìn)行半精加工。半精加工階段的目的很明確，即做好精加工開始前的一切準(zhǔn)備工作，尤其是應(yīng)做好基面的精加工準(zhǔn)備工作，對(duì)于有各種精度要求的基面，一定要按照?qǐng)D紙規(guī)定的“半精加工”要求完成。第三，精加工階段。這一階段開始之前，也要進(jìn)行熱處理。精加工這一階段所加工出的主要表面一定要符合圖樣規(guī)定的要求，確保精度合格。

（3）重視熱處理工序的安排

無論是在半精加工，還是在精加工階段，熱處理都是必備的工序。因此，主軸的加工應(yīng)十分重視熱處理工序的安排。進(jìn)行熱處理的意義重大，一方面能最大限度保障主軸的力學(xué)性能，另一方面，還能確保主軸精度達(dá)到一定要求，繼而從整體上改善整個(gè)工件的加工性能。毛坯鍛造之后，會(huì)第一次安排熱處理，即“正火處理”。安排“正火處理”，是為了改善機(jī)床加工時(shí)的切削性能。在粗加工階段，安排熱處理的方式主要是“調(diào)質(zhì)處理”。調(diào)質(zhì)處理的作用是消除主軸內(nèi)應(yīng)力，一定程度上還能有效代替時(shí)效處理，最終能提升整個(gè)主軸的韌性。在半精加工階段，要安排淬火處理，這種熱處理工序安排也是有必要的。半精加工之后，對(duì)錐孔、支承軸頸進(jìn)行淬火處理，可以讓這些零件表面達(dá)到一定的硬度要求，同時(shí)，也能保證其表面具有較高強(qiáng)度的耐磨性。

（4）科學(xué)安排加工工序

整個(gè)機(jī)床加工順序的安排要依據(jù)一定的原則進(jìn)行，以原則為導(dǎo)向，以原則為基準(zhǔn)。這一加工原則為“基面為先、先粗后精、先主后次”。一般而言，對(duì)于主軸零件而言，其加工應(yīng)先準(zhǔn)備好中心孔，對(duì)于外圓與內(nèi)孔的加工要有先后順序，即先外圓，后內(nèi)孔。而粗加工、細(xì)加工也要分開進(jìn)行，不可混在一起，同步進(jìn)行。CA6140 臥式車床主軸的加工工藝是在科學(xué)安排加工工序的基礎(chǔ)上展開的，機(jī)床主軸加工以“熱處理”為主要的分水嶺。處于調(diào)質(zhì)處理前的是“粗加工”，位于淬火處理之前的，一定是“半精加工”，而之后的一定是“精加工”。這樣按照一定的原則、分水嶺等將各個(gè)加工階段分開，使其呈現(xiàn)一定的順序，便可避免主要表面加工受到其他非主要表面加工時(shí)的各種影響，如應(yīng)力影響。當(dāng)然，除此之外，在加工一些次要表面，如花鍵、鍵槽等時(shí)，也要科學(xué)安排加工順序，以免工序安排不當(dāng)破壞主要表面的精度。

綜上所述，對(duì)于各種金屬切削機(jī)床來說，其主軸的主運(yùn)動(dòng)為回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，而這些機(jī)床的主軸是各種軸類零件中最具代表性，且是對(duì)整個(gè)金屬切削機(jī)床運(yùn)動(dòng)起到關(guān)鍵性作用的軸零件。CA6140 臥式車床是普通車床中的代表，其主軸加工工藝關(guān)乎整個(gè)主軸功用的發(fā)揮。眾所周知，主軸精密度要求十分高，故其加工難度較大。在CA6140 臥式車床主軸加工中，只有科學(xué)選材、擬定主軸加工路線，并采用科學(xué)的加工工藝推進(jìn)整個(gè)加工流程，才能確保車床主軸高精度、高質(zhì)量加工。毋庸諱言，一旦車床主軸加工完成，其他更簡(jiǎn)單的軸類零件加工便可游刃有余把控。這樣，整個(gè)車床加工的困境也會(huì)迎刃而解，車床加工的精度與效率得到了最大程度提升，而車床的性能也相應(yīng)達(dá)到了更良、更優(yōu)的狀態(tài)。