箱体类零件加工工艺

课题三箱体类零件的加工 知识点 技能点 掌握箱体类零件的加工工艺 对箱体类零件的认识箱体类零件的主要技术要术箱体类零件机械加工的主要工艺问题 模块五典型零件的加工 一 课题分析 箱体零件是机器的基础零件之一 用于将一些轴 套和齿轮等零件组装在一起 使其保持正确的相互位置 并按照一定的传动关系协调地运动 组装后的箱体部件 用箱体的基准平面安装在机器上 因此 箱体零件的加工质量 对箱体部件装配后的精度有着决定性的影响 1 箱体类零件的功用和种类箱体零件是机器的基础零件之一 用于将一些轴 套和齿轮等零件组装在一起 使其保持正确的相互位置 并按照一定的传动关系协调地运动 组装后的箱体部件 用箱体的基准平面安装在机器上 因此 箱体零件的加工质量 对箱体部件装配后的精度有着决定性的影响 各种箱体由于应用不同 其结构形状差异很大 一般可分为整体式箱体与剖分式箱体两类 如图1所示 其中图a 为整体式箱体 图b 为剖分式箱体 一 对箱体类零件的认识 二 相关知识 箱体零件共同的结构特点是 结构形状复杂 内部呈空腔 箱壁较薄且不均匀 其上有许多精度要求很高的轴承孔和装配用的基准平面 此外还有一些精度要求不高的紧固孔和次要平面 因此 箱体上需要加工的部位较多 加工难度也较大 图1几种箱体零件的结构简图a 组合机床主轴箱b 剖分式减速器箱体c 汽车后桥差速器箱体d 车床主轴箱 2 箱体类零件的材料和毛坯箱体类零件的材料常采用灰铸铁 如HT200 它具有容易成形 吸振性好 耐磨性及切削性好等特点 一些负荷较大的减速箱体 也可采用铸钢件 航空发动机的箱体则常采用铝合金或镁铝合金材料 以减轻质量 当生产批量不大时箱体铸件毛坯采用木模手工造型 制作简单但毛坯精度较低 余量也较大 大批 大量生产时则采用金属模机器造型 毛坯精度高 余量可适当减小 在单件生产时 有时采用焊接件作箱体毛坯 以缩短生产周期 1 轴承孔的尺寸 形状精度要求箱体轴承孔的尺寸精度 形状精度和表面粗糙度直接影响与轴承的配合精度和轴的回转精度 特别是机床主轴的轴承孔 对机床的工作精度影响较大 普通机床的主轴箱 主轴轴承孔的尺寸精度为IT6 形状误差小于孔径公差的1 2 表面粗糙度Ra值为1 6 0 8 m 其他轴承孔的尺寸精度为IT6 形状误差小于孔径公差 表面粗糙度Ra值为3 2 1 6 m 二 箱体类零件的主要技术要求 2 轴承孔的相互位置精度要求 1 各轴承孔的中心距和轴线的平行度箱体上有齿轮啮合关系的相邻轴承孔之间 有一定的孔距尺寸精度与轴线的平行度要求 以保证齿轮副的啮合精度 减小工作中的噪声与振动 还可减小齿轮的磨损 一般机床箱体轴承孔的中心距偏差为 0 025 0 06 mm 轴线的平行度公差在300mm长度内为0 03mm 2 同轴线的轴承孔的同轴度安装同一轴的前 后轴承孔之间有同轴度要求 以保证轴的顺利装配和正常回转 机床主轴轴承孔的同轴度误差一般小于0 008mm 一般孔的同轴度误差不超过最小孔径的公差之半 3 轴承孔轴线对装配基准面的平行度和对端面的垂直度要求机床主轴轴线对装配基准面的平行度误差会影响机床的加工精度 对端面的垂直度误差会引起机床主轴端面圆跳动 一般机床主轴轴线对装配基准面的平行度公差在650mm长度内为0 03mm 对端面的垂直度公差为0 015 0 02mm 4 箱体主要平面的精度要求箱体的主要平面是指装配基准面和加工中的定位基准面 它们直接影响箱体在加工中的定位精度 影响箱体与机器总装后的相对位置与接触刚度 因而具有较高的形状精度 平面度 和表面粗糙度要求 一般机床箱体装配基准面和定位基准面的平面度公差在0 03 0 10mm范围内 表面粗糙度Ra值为3 2 1 6 m 箱体上其他平面对装配基准面的平行度公差 一般在全长范围内为0 05 0 20mm 垂直度公差在300mm长度内为0 06 0 10mm 1 定位基准的选择 1 粗基准的选择首先考虑箱体上要求最高的轴承孔 如主轴轴承孔 的加工余量应均匀 并要兼顾其余加工面均有适当的余量 其次要纠正箱体内壁非加工表面与加工表面的相对位置偏差 防止因内壁与轴承孔位置不正而引起齿轮碰壁 般选择主轴轴承孔和一个与其相距较远的轴承孔作为粗基准 2 精基准的选择首先考虑基准统一原则 以保证箱体上诸多轴承孔和平面之间有较高的相互位置精度 通常选择装配基准面为精基准 由于装配基准面是诸多孔系和平面的设计基准 因此能使定位基准与设计基准重合 三 箱体类零件机械加工的主要工艺问题 2 加工顺序的安排加工顺序按照先粗后精 先主后次 先加工基准面的原则安排 箱体类零件有许多较大的平面和孔 一般按先平面后孔的顺序加工 以便于划线和找正 并使孔的加工余量均匀 加工孔时不会因端面不平而使刀具产生冲击振动 3 热处理工序的安排箱体结构复杂 壁厚不均匀 铸造时因冷却速度不一致 内应力较大 且表面较硬 为了改善切削性能及保持加工后精度的稳定性 毛坯铸造后 应进行一次人工时效处理 对于普通精度的箱体 粗加工后可安排自然时效 对于高精度或形状复杂的箱体 在粗加工后 还应安排一次人工时效处理 以消除内应力 1 主轴箱箱体的加工卧式车床主轴箱结构示意如图2所示 图2主轴箱箱体 四 箱体类零件加工实例 1 零件分析1 主要表面及其精度要求箱体底面及导向面是装配基准面 其平面度允差为0 04 0 06mm 表面粗糙度Ra值为1 6 m 其他平面有侧面和顶面 侧面对底面的垂直度允差为0 04 0 06mm 顶面对底面的平行度允差为0 1mm 主轴轴承孔的孔径精度为IT6 表面粗糙度Ra值为0 8 m 其余轴承孔的精度为IT7 IT6 表面粗糙度Ra值为1 6 m 各轴承孔的圆度和圆柱度公差不超过孔径公差的1 2 主轴轴承孔轴线与基准面距离的尺寸公差为0 05 0 10mm 各轴承孔轴线与端面的垂直度允差为0 06 0 10mm 同轴孔的同轴度允差为最小孔径公差的1 2 各相关轴线间的平行度允差为0 06 0 10mm 2 材料与毛坯工件材料为灰铸铁HT150 毛坯为铸件 加工余量为 底面8mm 顶面9mm 侧面和端面7mm 铸孔7mm 2 单件小批生产时的加工工艺过程卧式车床主轴箱加工工艺过程见表1 表1车床主轴箱箱体机械加工工艺过程 2 减速箱箱体的加工图3所示为剖分式减速箱箱体 1 零件分析1 结构特点箱体为剖分式 工艺过程的制定原则与整体式箱体相同 由于各对轴承孔的轴线在箱盖和底座的对合面 即剖分面 上 所以轴承孔及两端面必须待对合面加工后装配成整体箱体再进行加工 整个加工过程分为两个阶段 第一阶段将箱盖与底座分开加工 完成主要平面 对合面 底面 连接孔 定位孔的加工 为箱体对合做准备 第二阶段先配合好箱体 然后完成两侧端面和轴承孔的加工 在两阶段之间 由钳工工序将箱盖和底座合成一体 并用销子定位 图3剖分式减速箱箱体 2 主要表面及其精度要求三对轴承孔的尺寸精度为1T7 表面粗糙度Ra值为1 6 m 三对同轴轴承孔的同轴度公差为0 073mm 图3 轴线间的平行度公差为0 073mm 各轴线对对合面的位置度公差为0 3mm 3 定位基准的选择剖分式减速箱箱体的粗基准 是指在加工箱盖和底座的对合面前 划加工参照线所依据的基准 为了保证不加工的凸缘 12mm 至对合面间的高度一致 应选择凸缘的上 下不加工表面为粗基准 底座的对合面粗加工后 就可作为加工底平面 连接孔 工艺孔等的精基准 而精加工对合面以及在箱盖 底座对合后加工两侧端面和各对轴承孔时则以底平面为主要精基准 并以位于底面对角线上的两孔为辅助基准 两孔一面定位方式 2 加工工艺过程剖分式减速箱箱盖 图4 加工工艺过程见表2 剖分式减速箱底座 图5 加工工艺过程见表3 剖分式减速箱整体加工工艺过程见表4 图4剖分式减速器箱盖 图5剖分式减速器箱底座 表2减速箱箱盖的机械加工工艺过程 表3减速箱底座的机械加工工艺过程 表4减速箱整体加工的机械加工工艺过程 1 齿轮的主要加工面齿轮的主要加工表面有齿面和齿轮基准表面 后者包括带孔齿轮的基准孔 连轴齿轮的基准轴 切齿加工时的安装端面 以及用以找正齿坯位置或测量齿厚时用作测量基准的齿顶圆柱面 2 齿轮的材料和毛坯常用的齿轮材料有15钢 45钢等碳素结构钢 速度高 受力大 精度高的齿轮常用合金结构钢 如20Cr 40Cr 38CrMoAl 20CrMnTiA等 齿轮的毛坯决定于齿轮的材料 结构形状 尺寸规格 使用条件及生产批量等因素 常用的有棒料 锻造毛坯 铸钢或铸铁毛坯等 1 概述 4 6 4直齿圆柱齿轮加工 1 齿轮精度和齿侧间隙 渐开线圆柱齿轮精度 对齿轮及齿轮副规定 1 2级为超精密等级 3 5级为高精度等级 6 8级为中等精度等级 9 12级为低精度等级 用切齿工艺方法加工 机械中普遍应用的等级为7级 按照齿轮各项误差的特性及它们对传动性能的主要影响 齿轮的各项公差和极限偏差分为三个公差组 表4 27 2 直齿圆柱齿轮的主要技术要求 齿轮副的侧隙是指齿轮副啮合时 两非工作齿面沿法线方向的距离 即法向侧隙 侧隙用以保证齿轮副的正常工作 加工齿轮时 用齿厚的极限偏差来控制和保证齿轮副侧隙的大小 2 齿轮基准表面的精度齿轮基准表面的尺寸误差和形状位置误差直接影响齿轮与齿轮副的精度 因此GB10095附录中对齿坯公差作了相应规定 对于精度等级为6 8级的齿轮 带孔齿轮基准孔的尺寸公差和形状公差为IT6 IT7 连轴齿轮基准轴的尺寸公差和形状公差为IT5 IT6 用作测量基准的齿顶圆直径公差为IT8 基准面的径向和端面圆跳动公差 在11 22 m之间 分度圆直径不大于400mm的中小齿轮 3 表面粗糙度齿轮齿面及齿坯基准面的表面粗糙度 对齿轮的寿命 传动中的噪声有一定的影响 6 8级精度的齿轮 齿面表面粗糙度Ra值一般为0 8 3 2 m 基准孔为0 8 1 6 m 基准轴颈为0 4 1 6 m 基准端面为1 6 3 2 m 齿顶圆柱面为3 2 m 1 定位基准齿轮加工定位基准的选择应符合基准重合的原则 尽可能与装配基准 测量基准一致 同时在齿轮加工的整个过程中 如滚 剃 珩齿等 应选用同一定位基准 以保持基准统一 连轴齿轮的齿坯和齿面加工与一般轴类零件加工相似 直径较小的连轴齿轮 一般采用两端中心孔作为定位基准 直径较大的连轴齿轮 由于自重及切削力较大 不宜用中心孔作定位基准 而应选用轴颈和端面圆跳动较小的端平面作为定位基准 带孔齿轮或装配式齿轮的齿圈 常使用专用心轴 以齿坯内孔和端面作定位基准 这种方法定位精度高 生产率也高 适用于成批生产 单件小批生产时 则常用外圆和端面作定位基准 以省去心轴 但要求外圆对孔的径向圆跳动要小 这种方法生产率较低 3 直齿圆柱齿轮机械加工的主要工艺问题 2 齿坯加工齿坯加工主要包括带孔齿轮的孔和端面 连轴齿轮的中心孔及齿圈外圆和端面的加工 1 齿坯孔加工的主要方案如下 钻孔 扩孔 铰孔 插键槽 钻孔 扩孔 拉键槽 磨孔 车孔或镗孔 拉或插键槽 磨孔2 齿坯外圆和端面主要采用车削 大批 大量生产时 常采用高生产率机床加工齿坯 如多轴或多工位 多刀半自动机床 单件 小批生产时 一般采用通用车床 但必须注意内孔和基准端面的精加工应在一次安装内完成 并在基准端面作标记 3 齿面切削方法的选择齿面切削方法的选择主要取决于齿轮的精度等级 生产批量 生产条件和热处理要求 7 8级精度不淬硬的齿轮可用滚齿或插齿达到要求 6 7级精度不淬硬的齿轮可用滚齿 剃齿达到要求 6 7级精度淬硬的齿轮在生产批量较小时可采用滚齿 或插齿 齿面热处理 磨齿的加工方案 生产批量大时可采用滚齿 剃齿 齿面热处理 珩齿的加工方案 4 圆柱齿