轴类设计及热处理

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1、绪论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。除了刨床、拉床等主运动为直线运动的机床外，大多数机床都有主轴部件。主轴部件的运动精度和结构刚度是决定加工质量和切削效率的重要因素。衡量主轴部件性能的指标主要是旋转精度、刚度和速度适应性。①旋转精度：主轴旋转时在影响加工精度的方向上出现的径向和轴向跳动，要决定于主轴和轴承的制造和装配质量。②动、静刚度：主要决定于主轴的弯曲刚度、轴承的刚度和阻尼。③速度适应性：允许的最高转速和转速范围，主要决定于轴承的结构和润滑，

2、以及散热条件。图1丄轴的实图图2丄轴的示总图.轴的机械条件与性能1・1轴的工作条件大多数机床主轴的工作条件为：①传动扭矩，受交变扭转载荷，往往还受到弯曲载荷。②轴颈承受较大的摩擦。③大多承受一定的过载和冲击载荷。此外，实际使用的轴，由于结构等各方面的要求，往往设计有轴肩、键槽、螺纹和销孔等,从而使其几何形状复杂化，导致产生应力集中。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。1.2机床主轴的失效形式根据工作特点，主轴的失效形式可分为下三种类型:①过量变形：主轴在使用过程屮产生设计不允许的过

3、度变形，包括弹性变形、塑形变形以及高温蠕变。Q）断裂：包括在严重超载情况下造成的段捏，在一次性高冲击载荷作用下引起的断裂及由交变载荷长期作用而造成的疲劳断裂。疲劳断裂是常见的失效形式，主要是扭转疲劳，也就是弯曲疲劳。③磨损：轴颈处、花键外过度磨损，使其丧失规定的尺寸、集合形状及精度而失效。1.3机床主轴的性能要求根据轴的工作条件和失效形式，可以对轴的材料提出如下的性能要求:①良好的综合力学性能，以防止过载或冲击载荷及过量变形。②高的疲劳强度防止疲劳断裂。③良好的切削加工性能。④轴颈及花键处有良好的耐磨性。二.机

4、床主轴的选材为了兼顾强度和韧性，同时考虑疲劳抗力，轴件一般选用屮碳钢或者合金调质钢制作，对于机床主轴，一般选用45钢即可。因为主轴承受弯曲应力和扭转应力，但是所承受的载荷不是很大，转速不是很高，冲击载荷不是很大，所以具有一般的综合力学性能即可。但因为主轴的大端的内锥孔和外锥孔处，因为经常与卡盘和顶尖有摩擦，花键部位与齿轮有相对滑动，故这些部位要求有较高的耐磨性和硬度。45钢的刚性淬透性虽然较差，但是主轴的最大应力分布在表面，在米II.车以后轴的形状比较简单，在调质淬火时一般不会开裂，因此采用合金调质钢，采用廉价

5、、可加工性好和切割加工性好的45钢即可。三、机床主轴加工工艺路线3・1锻造1、一端在油炉内加热,加热长度为全长的2/3。加热规范：1230°C—-1260C,90—100分钟2、自炉内収出锻件，操作机夹持未加热端，在锤上轻击数次以去除氧化皮。3、从样板未加热一端850伽出作标记，以确保下次锻造的所需的尺寸。4、离加热端250nim一550mm处锻造_端。5、调转送入炉内加热，按上述方法锻出另一端。3.2正火采用箱式电炉。规范：850—870°C,保温1.2—2h,出炉空冷。正火的目的是为了得到合适的硬度，便于机

6、械加工，同时改善锻造组织，也均匀组织细化晶粒，为最终的热处理做好准备。箱式电炉：热电偶将炉温转变成电压信号后，加在微电脑温度控制调节仪上。调节仪将此信号与程控设定相比较，输出一个可调信号。再用可调信号控制触发器，再有触发器触发调压器，达到调节电炉电压和电炉温度的目的。电炉型号：GWL-1700B规格1700B净约265血重炉膛尺寸：300*200*200(mm)屯压：380V功率：12KW仪表型号：AP909-301发热元件及型号：钳棒(@6*180*200*40)连接方式：串联快熔：100A500V保险器：6

7、A交流接触器：5011变压器型号：380V/100V热电偶：B(0-1800度)常使用温度：1600度调压器：160A其它：缺相保护、电流保护、温度上限保护、断偶保护、设定温度上限保护耐火材料：进口摩根材质其它：*表1箱式电炉的相关参数3.3粗加工一-般采用多刀半自动车床来进行粗加工，粗加工阶段主要包括铳端面、加工顶尖孔、粗车外圆等。此时是以顶孔尖定位，留出0.5-1mm的加工余量。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铳端面钻中心孔，以便为后续工序准备好定位基准。①外圆的加工外圆车削是粗加工和半

8、精加工外圆表面应用最广泛的加工方法。成批生产吋采用转塔车床，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。3.3调质加热到A3+（30〜50）°C后在10%左右的盐水溶液中淬冷，然后进行高温回火，加热温度一般为560-600°Co调质安排在粗加工后，主要是使主轴具有高的综合力学性能。调质预处理以后轴的硬度为220—250HBS。3.3半精加工半精加工阶段包插半精车外