砂轮主轴的加工工艺设计
一 、引言
砂轮主轴（以下简称主轴）是旋转的零件，它需要有很高的旋转精度（即主轴前端定位面的径向圆跳动和径向窜动要求）；一般的砂轮主轴是实心的，只有当采用砂轮动平衡时，主轴才做成空心的，以安装砂轮随机动平衡机构。随着工艺装备的不断发展，加工效率和加工的精度不断提高。现以周边磨削机床砂轮主
轴为例，重点介绍其加工工艺过程设计和使用数控编程车削其外圆表面。 二、零件图
1、主轴材料：40Cr 2、生产类型：小批量生产 3、零件图纸（见参考图） 图呢？
三、主轴的技术要求及精度分析 （一）砂轮主轴的主要技术要求：
1、主轴轴颈2～?120的圆度允差0.002mm；圆柱度允差0.002mm； 2、主轴轴颈2～?120对主轴轴心线径向圆跳动允差0.002mm； 3、前端锥体1：5对主轴轴心线的径向圆跳动允差0.003mm； 4、轴有轴向支承面对主轴轴心线的垂直度允差0.003mm； 5、主轴轴颈2～?120的表面粗糙度Ra0.06；
6、主轴轴颈2～?120按静压轴承内孔研孔后的实际尺寸配磨间隙，保证间隙的公差±0.025mm；
7、前端锥体1：5接触面不少于80%，并且靠近大端； （二）精度分析
砂轮主轴是磨床的关键零件，它的精度，尤其是主轴支承轴颈的圆度、圆柱
1
度及其对回转轴心线的径向圆跳动、对磨床的几何精度、位置精度有着至关重要的作用，因此主轴的关键工序是磨削两支承轴颈；而主轴两端60°中心孔的几何形状精度和相互位置精度，对两支承轴颈的加工精度又起着重要的保证作用。所以，为保证砂轮主轴的精度，必须先加工两端中心孔，然后以中心孔定位加工各外圆。
四、主轴加工工艺过程分析 （一）毛坯的选择
零件的生产类型，可分为小批量、中批量和大批量三种生产类型；毛坯的选择一般是采用锻造的钢件或铸造的铸铁，由于主轴材料为40Cr, 所以采用锻造毛坯;单件小批生产时可采用自由锻件，成批大量时则采用模锻，由于零件属于小批量生产，故根据毛坯材料应选择自由锻件。 （二）、定位基准选择
轴类零件的定位基面，最常用的是两中心孔。因为轴类零件各外圆表面、螺纹表面的同轴度及端面对轴线的垂直度是相互位置精度的主要项目，而这些表面的设计基准一般都是轴的中心线，采用两中心孔定位就能符合基准重合原则。而且由于多数工序都采用中心孔作为定位基面，能最大限度地加工出多个外圆和端面，这也符合基准统一原则。
注：下列情况不能采用两中心孔作为定位基面
（1）粗加工外圆时，为提高工件刚度，应采用轴外圆表面为定位基面，或 以外圆和中心孔同时作为定位基面，即一夹一顶。
（2）当轴为通孔零件时，在加工过程中，作为定位基面的中心孔因钻出通 孔而消失。为了在通孔加工后还能用中心孔作为定位基面，工艺上常采用以下三种方法：
①当中心通孔直径较小时，可直接在孔口倒出宽度不大于2mm的内锥面来替代中心孔。
②当轴有圆柱孔时，可采用锥堵，取1∶500锥度；当轴孔锥度较小时，锥堵取锥度与工件两端定位孔锥度相同。
③当轴通孔的锥度较大时，可采用带锥堵的心轴，简称锥堵心轴。 通过以上分析，加工电主轴时，基准选择两中心孔A和B
2
（三）划分加工阶段
该轴加工划分为四个加工阶段， 1、粗加工阶段：
热处理渗碳前（即粗车）：粗车端面、钻中心孔，粗车各外圆。
目的是：切去大部分加工余量,为半精加工提供定位基准和均匀适当的余量。因此，本阶段应以提高生产率为主。 2、半精加工阶段：
目的是：为零件主要表面精加工做好准备（达到一定精度、粗糙度和精加工余量），完成一些次要表面的加工（花键的加工）。 3、精加工阶段：
目的是：使零件主要表面的加工达到图样要求，切去余量很少。 4、光整加工阶段：
目的是：提高加工面的尺寸精度和表面质量，减少加工面粗糙度值，一般不用来纠正形状误差和位置误差。主要适于加工IT6以上Ra<0.2μm的表面。 （四）主轴的热处理安排
①正火：主轴毛坯锻造后，进行正火。
目的：降低硬度，改善切削加工性能；消除应力，防止变形开裂；细化晶粒，均匀组织。
②渗碳：粗车后进行。
目的：为了提高钢件表面的含碳量并在其中形成一定的碳含量梯度，经淬火和低温回火后提高工件表面硬度和耐磨性，使心部保持良好的韧性。 ③淬火：需与适当的回火工艺相吻合。
目的：不仅为了提高零件的硬度，而且对强度、磨削性能、尺寸稳定性、耐磨性、脆性和裂纹都有不同程度的影响，因此淬火是主轴热处理工艺中的重要工序。
④低温回火：主轴在粗磨后进行一道低温回火，强度约160°C。
目的：不仅使淬火和粗磨后产生的内应力得到消除，同时将零件中残存的一部分奥氏体转化为马氏体。因为少量尚未转化的残奥氏体，不但会降低零件的硬度，并且在磨削过程中由于温度升高，促使奥氏体急骤转化而引起裂纹。另外，
3
残奥氏体在整个过程中还会缓慢转变，影响主轴的尺寸稳定性。因此，精密主轴淬火和粗磨后，必须进行低温回火处理，以消除内应力。 （五）中心孔加工分析
由于中心孔为定位基准，整个主轴加工工艺路线中需要一次打中心孔、多次研磨中心孔，它是每次外圆加工前必不可少的工序。这是由于主轴外圆的粗、精加工，都是以中心孔作为工艺基准的。中心孔的精度和接触要求，随着每道工序零件加工精度的提高而提高。 1、精研中心孔
采用中心孔磨床磨削主轴两端中心孔，由于内圆磨具轴心线与主轴旋转轴心线同轴度必然存在误差，从而造成中心孔圆锥角度误差和锥孔母线双曲误差，使磨床顶尖在锥孔中段接触，加剧了中心孔和顶尖的磨损，破坏了中心孔的原始精度，影响磨削真圆度的提高。
对于圆度、圆柱度和径向圆跳动小于0.001mm要求的精密主轴，工件两端中心孔应当采用经验的办法，以提高磨削精度。精研中心孔的方法，一般先用橡胶砂轮顶尖或带有刃口的硬质合金顶尖在车床上进行粗研，然后用涂有金刚砂的铸铁顶尖精研。具体做法是∶工件先在车床上进行粗研中心孔或中心孔磨床上磨削中心孔，然后用和磨床两顶尖在同一次调整锥角后一起磨60°顶角的铸铁（HTOO）顶尖（结构和尺寸与磨床顶尖相同时），装在用于超精磨削的磨床锥孔内对工件两端中心孔进行研磨。经在磨床上修研过中心孔的工件，仍在该台磨床上进行超精磨削，磨削后的圆度和径向圆跳动可以达到0.0001~0.0002mm。 2、中心孔与顶尖的接触面宽度要短些
由于工件两端中心孔同轴度误差，当工件装到顶尖后旋转，会发生工件回转轴心线的漂移，而使外圆磨削后的圆度不高。缩短磨床顶尖与工件中心孔接触母线的长度，有利于提高中心孔的研磨精度和减少精磨工作量；同时相应地能够减小工件中心孔同轴度误差对磨削精度的影响。一般接触母线长度为中心孔锥孔母线长度的~
3112，可在1~2mm范围内选取。
（六）主轴外圆的加工
为了获得高精度、高光洁度的主轴轴颈表面，主轴外圆需要进行多次的磨削
4
加工，其中超精磨工序是主轴加工的关键工序。 （七）花键表面加工
由于花键精度较高（6级精度），分两次加工，粗铣花键安排在淬火后半精加工阶段，精铣安排在低温回火后精加工阶段，这样可以减少淬火应力和脆性，保持淬火后的高硬度（58~64HRC）和耐磨性，更有利于保持零件的加工精度要求。
五、拟定砂轮主轴加工工艺过程如下：
序号 工序 1 2 车加工 粗车 工序内容及工艺要求 车总长至1041，两端面钻中心孔。 粗车各个外圆，淬硬外圆留余量0.85~1.0，不淬硬外圆留余量8~10mm。支承轴颈2~?120 车为?121?0.10，锥体1：5 留余量0.85~1.0mm。 3 4 5 6 7 热处理 渗碳。 数控精车 车除不需要淬硬外圆的渗碳层。 热处理 精车 粗磨 ?120.2淬火。 修研两端中心孔，精车不淬硬外圆。 粗磨各节外圆，均留精磨余量0.15~0.20 轴颈2~?120 磨为?0.05，锥体1：5 留磨量0.15~0.20，各外圆圆度允差0.01。 8 9 10 11 12 13
探伤 划线 粗铣 热处理 车 磨 磁力探伤是否存在花纹。 划花键中心十字线。 粗铣花键。 低温回火。 精光两端面，车螺纹。 中心孔磨床磨两端中心孔（瑞士ZSM）。 精磨各外圆至要求，靠磨台肩面，半精磨轴颈2~?120为5