車床主軸零件的機械加工工藝分析
2023-3-14 來源：長海縣中等職業技術專業學校 作者：李堅
摘要：車床主軸零件的機械加工、生產制造所涉及到的工藝程序相對較多，在對其進行生產管控的過程中工作人員應當采取頂層設計，明確工件加工管控需求，對其中的工藝流程卡以及工藝指導書進行分析、比較，選取特定的工藝來提高生產加工精度。在對車床主軸零件進行機械加工生產的過程中，工作人員還需要結合精益化的管控思想，明確分析各工位、各區域的生產管控需求，提高生產制造效率。本文對車床主軸零件的機械加工工藝進行分析探討。
關鍵詞：車床 主軸零件 機械加工 工藝
1、引言
在對車床主軸零件進行機械生產加工制造過程中，工作人員應當對各項工序管控要求進行分析考量，對其中加工精度、加工量進行確認，實施全過程動態化的加工管控，確各項加工管理標準。車床主軸零件所涉及到的加工程序相對較為復雜，工作人員在加工前應當采取頂層設計策略，明確分析設備以及相關零件的使用需求，提高加工效率。
2、車床主軸零件加工概論
車床在工業生產領域具備較大的作用，相關設備主要是利用車刀裝置，通過對零部件以及刀具的旋轉來實現對物件的加工處理，而車床主軸作為車床內部重要的零部件，其加工質量的好壞決定著車床運行的質量和效率，其承擔著夾具安裝以及對零部件、刀具的定位，同時實現對設備零部件的旋轉管控，通過在主要軸向進行不斷的旋轉，以此來實現對設備、刀具以及各項裝備的控制，進而完成對零部件的加工，簡而言之，車床主軸在實現對零部件在切削打磨時保持高速旋轉的狀態。
3、車床主軸零件加工流程分析
在對車床主軸零件進行加工管控的過程中，工程人員需要對其中所涉及到的技術流程進行嚴格管控，對生產加工工序、步驟進行有效設計，在加工期間，工程員需要對機械加工技術、方式進行優化、完善，對工件外部形態、尺寸、大小、質量等多方面數據進行檢驗分析；其次，相關技術人員還需要考量相關設備的生產管控數量以及外部設備使用條件，明確相關技術操作規程，將生產管控模式、管控內容有效設置為相應的工藝文件，使得各項工作的開展均具備參考依據，簡而言之，在機械生產加工活動中，工程人員需要將所使用到的工程文件進行總結分析，參照零部件的實際生產狀況來完成對各項工藝文件的編寫制作（如圖 1 所示），在對車床主軸零件進行加工管理的過程中涉及粗加工、半精加工以及精細加工。具體操作步驟如下，外圓表面粗加工（以頂尖孔定位）→外圓表面半精加工（以頂尖孔定位）→鉆通孔（以半精加工過的外圓表面定位）→錐孔粗加工（以半精加工過的外圓表面定位，加工后配錐堵）→外圓表面精加工（以錐堵頂尖孔定位）→錐孔精加工（以精加工外圓面定位）。
表1 熱處理工藝
3.1 粗加工
在粗加工段，涉及到對相關主軸零件加工材料的科學選擇，以及對其實施相應的熱處理，根據加工需求，完成對車床主軸零件毛坯的生產制造管控，在此期間，工程人員應當考量車床主軸的實際使用情況，科學合理地選取相應的工件材料，之后再對其進行鍛造、塑形，對相關材料進行必要的熱處理，通過必要的熱學處理使得相關零部件的材料切削性能得到有效提升，最終使得車床主軸件的綜合性能能夠大幅度增長。除此之外，在對零件材料進行加工處理管控時也能夠有效地提升車床主軸零件在運動期間其表面所具備的耐磨性，之后生產人員需要根據車床主軸零件毛坯的生產制造情況，根據數量、生產需求，選取不同的生產管控模式，比如可以結合自由鍛造或大批量的生產加工。
例如在粗加工過程中首先需要經過一系列的鍛造處理，在鍛造期間需要經過必要的磨孔粗加工（以半精加工過的外圓表面定位，加工后配錐堵）→外圓表面精加工（以錐堵頂尖孔定位）→錐孔精加工（以精加工外圓面定位）。
3.1 粗加工
在粗加工段，涉及到對相關主軸零件加工材料的科學選擇，以及對其實施相應的熱處理，根據加工需求，完成對車床主軸零件毛坯的生產制造管控，在此期間，工程人員應當考量車床主軸的實際使用情況，科學合理地選取相應的工件材料，之后再對其進行鍛造、塑形，對相關材料進行必要的熱處理，通過必要的熱學處理使得相關零部件的材料切削性能得到有效提升，最終使得車床主軸零件的綜合性能能夠大幅度增長。除此之外，在對零件材料進行加工處理管控時也能夠有效地提升車床主軸零件在運動期間其表面所具備的耐磨性，之后生產人員需要根據車床主軸零件毛坯的生產制造情況，根據數量、生產需求，選取不同的生產管控模式，比如可以結合自由鍛造或大批量的生產加工。
例如在粗加工過程中首先需要經過一系列的鍛造處理，在鍛造期間需要經過必要的磨段工序，而在此過程中需要借助精鍛機，在完成鍛造之后則需要進行熱處理，借助回火爐，然后再通過鋸床對材料進行必要的切割處理，參考標準文件選取，據段加工的長度，在完成鋸斷操作之后，則需要結合床銑床，參考小端外形實施必要的銑端面打孔，在完成端面打孔之后，再進行車加工，參長后續半精加工的實際需求，實現對主軸零件初步的加工管控。鍛造（磨鍛 / 立式精鍛機）→熱處理（正火 / 回火爐）→鋸（鋸小端，保持總長為890+2.5mm/ 鋸床）→洗端面打中心孔（車端面鉆 5mm 的中心孔，小端外形 / 洗床、鉆床）→車（粗車各段外徑，均放余量：為 2.5 ～3mm 大端外形及 斷即、小端中心孔 / 車床）。
3.2 半精加工
而在對應的半精加工方面，車床主軸零件的半徑需要得到有效管控，需要對諸如錐孔、車錐面以及精車外圓等結構進行初始加工管理，此部分是車床主軸零件實現基本功能的關鍵工序，完成半精加工之后，車床主軸零件的外部形態已經基本可以得到確認，此類加工工序涉及到部分機械加工，其中需要結合諸如車床、鉆床、銑床、鋸床等多種機械設備的結合使用，然后再對車床主軸零件進行必要的熱處理，實施相應的半精加工。而在對零件外圓表面的粗加工管理過程中，需要結合相應的頂尖孔定位，再通過對鉆通孔以及錐孔粗加工，最終實現對車床主軸零件的半精加工。
比如在半精加工過程中，需要通過相應的鉆床完成對設備精細化鉆孔，在完成鉆孔之后結合熱處理，參照相應的規范要求完成對局部區域的熱處理管控，使得車床加工更加高效、快捷，再結合車床以及仿形車床完成對主軸零部件外觀初步加工。車（粗車各段外徑，均放余量為 2.5 ～ 3mm 大端外形及小端中心孔 /車床）→車（粗車 D、E而及 165mm 外圓，均放余量為 2.5 ～ 3mm 小端外形，115mm 表面 / 車床）→車（粗車大端后斷面及 115mm外圓與上邊工序接平大端外形，小端中心孔 /車床）→鉆（鉆 45mm 的導向孔，小端外形115mm 表面 / 鉆床）→鉆（鉆 45mm 的通孔小端外形，115mm 表面深孔 / 鉆床）。
3.3 精密加工
而在后續的精密加工環節，則是在通過半精加工之后來實施的，也是車床主軸零件最后加工程序，在半精加工之后，工作人員需要對精細化加工流程進行確認，該項加工工藝需要在上一階段對車床零件外圓表面以及相關錐孔部位還未完成加工的結構部件進行再次加工處理，結合必要的車床主軸結構分析，對其中的螺栓、螺孔、錐孔以及螺紋等進行相應的加工處理，在完成對相關區域的加工之后則需要對主軸零件進行淬火處理，提升整個零部件的結構高度以及運動精度，通過淬火處理之后，能夠使得主軸零件的扭矩、彎矩以及回轉精度能夠達到相應的設置需求，在完成加工之后，工作人員需要對其進行精細化檢驗，對車床主軸零件各部位的質量實施全面質檢，保證零件加工質量能夠滿足車床主體結構剛度、強度、回轉精度、運作精度的實際使用需求。
4、車床主軸零件機械加工基準設定
4.1 粗基準選用
在對機床主軸零件進行加工管控的過程中，工程師需要確保相關加工位置與不加工位置之間的界限明確，一般情況下需要選取不加工表面作為基準線，在加工過程中參照各加工表面分析相應的加工余量，之后再將其進行有效分配。而在選取出基準的過程中需要選取重要的加工表面，此外，在加工過程中相關基準不能夠往復使用，由于粗精準不具備較高的精細度，其會造成較大的加工誤差，因此同一尺寸方向的粗基準只能夠使用一次。
4.2 精基準的選擇
而在對精基準進行選取選用的過程中，也需要確保設計基準和定位基準能夠有效重合，盡可能減少在加工過程中所產生的定位誤差，此外，還需要保證基準統一的管控原則，簡言之，工程師需要在相同的定位基準前提下加工多個工面，提高各表面的加工位置的精確度。一般情況下，需要將軸類零件的兩頂端作為相應的定位基準；此外還需要嚴格參照互為基準的管控原則，若兩個工件表面具備較高的加工精度要求是可以通過互為基準的管控原則實現往復多次的加工。在加工期間，當加工余量相對較為均勻且較小時，可參考工件表面的實際定位基準來開展加工作業。
4.3 確定零件的定位基準
在對零件的定位基準進行確認管控時，工程師需要參照相應的管控原則，結合基準重合、基準統一以及互為基準的重要管控思想，盡可能在一次裝夾過程中加工出較多的表面，具體來說，為了使得支承軸頸與主軸內錐面同軸度能夠保持高度一致，可以結合互為基準管控原則選取相應的基準面，例如，結合車小端 1：20 錐孔和大端莫氏 6 號內錐孔，由于其與支軸承頸相鄰，因此可以將其設置為同一基準。
5、車床主軸零件機械加工工藝
5.1 熱處理工藝
通過上對車床機械加工流程進行分析比較可以看出，在當前車床主軸零件加工生產制造活動中實施必要的熱處理是必不可少的。在此過程中，工程人員以及相應的生產管控人員需要嚴格參照工藝流程卡以及標準作業指導書，落實對各個工序的嚴格管控。
在結合熱處理工藝使用的過程中，工作人員應當明確相關工藝所使用的時間節點，由于熱處理工藝質量的高低直接影響到車床主軸零件加工的品質和效率，同時也會影響到車床最后的生產效率，因此在對主軸零件材料進行熱處理管控的過程中需要從零件毛坯階段到后續的成型階段、精加工階段進行必要的熱處理管控，因此整個熱處理工藝貫穿到車床主軸零件生產制造的各個時間。
表2
5.2 車床主軸零件階段工藝要點
在車床主軸零件階段施工管控過程中所結合使用到的工藝流程相對較多，其工作量相對較大，同時加工精度要求也相對較高，在此過程中，主要是實現對后續精加工的處理管控，在此階段所開展的一系列工作均是為后續的精加工打下相應的基礎。在后續粗加工、半精加工以及精加工過程中，工程人員需要將材料的應力進一步去除，為后續的熱處理工藝打下堅實基礎。此外，車床主軸零件在經過多次往復地切削處理之后能夠避免零件加工出現相應的誤差，同時也能夠確保不同機械設備之間能夠實現合理配合使用，提高加工精度，并且還能夠適當地減少對機床的損耗。在初加工過程中，可以選取不同的機床設備進行加工管控，提高加工質量和效率，同時還能夠減少對機床所造成的磨損。
5.3 工藝路線
在對工藝路線擬定的過程中，工程人員需要參考加工物件的幾何形狀、精度位置以及精度要求，選取適當的工藝路線。而基礎的工藝路線涉及到備料、鍛造、熱處理、鋸、車、打孔、鉆孔、打磨、銑、清除毛刺、檢查等相應的工序，不同的工藝路線在車削、打磨、鉆孔方面存在相應的差異（如表 1 所示），同時也具備不同的加工標準以及加工設備。在此過程中，工程人員應當結合具體的加工管控需求來選取適當的工藝路線來滿足生產制造需求。在工業生產路線方面，主要是采用先銑面后鉆孔的管控思路，結合先面后孔的管控原則，但是在加工生產過程中，工程人員也需要對工件右邊圓柱上平面以及左邊圓柱下平面相關區域不便于定位、裝夾的部分進行有效管控。
因此工程人員需要嚴格管控各個工件的加工順序，明確加工量，合理控制加工公差，將加工誤差管控在合理的范圍之內。
在完成生產加工之后，需要結合千分尺對物件的外觀進行精度測量，在完成大量生產制造后也需要通過光滑極限量規來對其表面進行檢驗，而針對長度較大但是精度較高的工件材料時可以結合比較儀進行測驗，在對工件表面的粗糙度進行評估時也可以結合粗糙度樣板進行查看，而針對粗糙度要求相對較高的區域位置時可以結合光學顯微鏡對其輪廓進行評測。
6、結語
總體來說，在對車床主軸零件實施加工管理的過程中，工作人員應當對各項工藝指標、工藝文件進行分析評估，對各項基準、各項工藝程序進行合理編制，明確各項加工管控需求，以此來提高加工精度以及加工品質。
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