《机械制造技术》第18课 编制车床主轴箱的机械加工工艺过程

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课题编制车床主轴箱的机械加工工艺过程——箱体类零件的加工工艺课时2课时（90min）教学目标知识技能目标：（1）掌握箱体类零件的主要加工工艺（2）了解车床主轴箱的机械加工工艺过程思政育人目标：树立追求卓越、勇于拼搏的奋斗精神教学重难点教学重点：箱体类零件的结构特点，箱体类零件的技术要求，箱体类零件的主要加工工艺教学难点：箱体类零件的主要加工工艺教学方法启发式、讲授法、案例分析法、讨论法、总结法教学用具电脑、投影仪、多媒体课件、教材教学设计→考勤（2min）→教学过程主要教学内容及步骤设计意图课前任务【教师】上传预习资料，发布预习任务，和学生负责人取得联系，让其提醒同学通过文旌课堂APP或其他学习软件，完成课前任务查找箱体类零件的相关资料和加工视频，观察箱体类零件的结构特点，思考箱体类零件和轴类零件、套类零件在工艺特点上的区别，通过发起的线上任务，分析讨论箱体类零件机械加工工艺过程的编制。【学生】完成课前任务通过课前任务，培养学生独立收集资料的能力，加深学生对编制箱体类零件加工工艺过程的理解，锻炼其观察、分析、总结的能力考勤

（2min）【教师】使用文旌课堂APP进行签到【学生】按照老师要求签到培养学生的组织纪律性，掌握学生的出勤情况互动导入

（3min）【教师】讲述“任务引入”案例（详见教材），并提出问题箱体类零件有哪些工艺特点，加工中会有怎样的困难，又该如何克服呢？【学生】聆听、思考、回答通过设置疑问的方式，引导学生主动思考，激发学生的学习兴趣传授新知（40min）【教师】通过学生的回答，引出本节课知识点，讲解箱体类零件的加工工艺一、箱体类零件的工艺特点和毛坯分析1、箱体类零件的结构特点箱体类零件的结构一般较为复杂。不同功用的箱体类零件，其结构形式差异很大，但它们仍有共同特点：内部呈型腔、形状复杂、壁薄且厚度不均匀、加工部位多、加工量大；壁上有很多不同功用、不同精度要求的加工平面和孔（孔系），如各种定位基面、支撑面、轴承孔、紧固孔（孔系）等。其中，定位基面和轴承孔的加工精度要求较高。常见的箱体类零件有机床主轴箱、机床进给箱、泵壳、减速器箱体等。根据结构形式的不同，箱体类零件可分为整体式箱体和分离式箱体两类。前者是整体铸造、整体加工而成的，加工较困难，但装配精度高；后者可分别制造，便于加工和装配，但增加了装配工作量。【头脑风暴】☞【教师】展示“箱体类零件”图（详见教材），提问：“请大家开动脑筋想一想，图中的箱体类零件哪些属于整体式箱体，哪些属于分离式箱体？除此之外，我们身边还有哪些箱体类零件，它们有哪些特点呢？”，安排学生分组讨论并派代表回答问题☞【学生】聆听、分组、思考、讨论、回答问题☞【教师】总结学生的回答2、箱体类零件的技术要求☞【教师】展示“车床主轴箱零件简图”图（详见教材），提问：“箱体类零件的主要技术要求包含哪些内容？”，并随机抽取学生回答问题☞【学生】聆听、思考、回答问题☞【教师】总结学生的回答，详细讲解箱体类零件的技术要求1）孔的尺寸精度和形状精度主轴箱上支撑孔的尺寸误差和形状误差会影响轴与孔的配合精度，进而影响轴的回转精度。一般机床主轴箱主轴轴承孔的尺寸公差为IT6级，其余轴承孔为IT6～IT7级；孔的形状精度除特殊规定外，一般控制在尺寸公差范围内即可。2）孔与孔的位置精度主轴箱同一轴线上各孔的同轴度误差和孔端面对轴线的垂直度误差，会使轴和轴承装配到箱体上之后产生歪斜，致使主轴产生径向跳动和轴向窜动，同时也会加剧轴承的磨损。因此，同一轴线上各孔的同轴度公差一般约为最小尺寸公差的一半。孔系之间的平行度误差会影响齿轮的啮合质量，也应规定相应的精度要求。3）孔与平面的位置精度主轴箱上各轴承孔与装配基面间的平行度决定了主轴与床身导轨的相互位置关系，这项精度是在装配过程中通过刮研获得的。为了确定刮研工作量，一般都要规定轴承孔对装配基面的平行度公差。4）主要平面的精度主轴箱底面和导轨面（装配基面）的平面度会影响主轴箱与床身连接时的接触刚度，若加工过程中装配基面还作为定位基面，则还会影响主要孔的加工精度。因此，规定底面和导向面必须平直，且相互垂直，其平面度和垂直度公差为IT5级。5）表面粗糙度主轴箱上的重要孔和主要表面的表面粗糙度会影响连接面的配合性质和接触刚度，一般要求主轴孔的表面粗糙度Ra为0.4μm，其他各纵向孔的表面粗糙度Ra为1.6μm，孔端面的表面粗糙度Ra为3.2μm，装配基面和定位基面的表面粗糙度Ra为0.63～2.5μm，其他平面的表面粗糙度Ra为2.5～10μm。3、箱体类零件的材料和毛坯箱体类零件的材料一般采用各种牌号的灰铸铁，如HT200、HT250、HT300等，也可根据要求采用铝合金、铸钢、钢板或其他材料。箱体类零件的毛坯一般采用铸件；对于动力机械中的某些箱体，如减速器壳体等，其形状复杂、结构紧凑、体积小、质量轻，可采用铝合金压铸件；对于承受重载和冲击的工程机械、锻压机床等机器的箱体，可采用铸钢件或钢板焊接件；对于一些简易箱体，常采用钢板焊接件。二、箱体类零件的主要加工工艺☞【教师】提问：“根据之前所学的轴类零件和套类零件分析方法，思考箱体类零件的主要加工工艺包含哪些内容？”，安排学生分组讨论并派代表回答问题☞【学生】聆听、分组、思考、讨论、回答问题☞【教师】总结学生的回答，引出箱体类零件的主要加工工艺相关知识1、箱体类零件的装夹方法按照定位方式的不同，箱体类零件的装夹方法可分为划线找正定位装夹、简单定位元件定位装夹、划线与简单定位元件配合使用定位装夹和夹具定位装夹等四种。1）划线找正定位装夹当箱体类零件的毛坯形状复杂且误差较大时，可用划线法分配余量，按划线找正装夹。这种方法增加了划线工序，且对工人的技术水平要求较高，操作费时、费事，加工误差较大，故只适于单件小批生产。2）简单定位元件定位装夹简单定位元件是指定位用的平板、平尺、角钢和V形钢等。采用简单定位元件定位装夹时，在工作前要先将简单定位元件装在机床工作台上，用仪表校正或装上工件试刀，以调整简单定位元件的位置并紧固。后续工件只需要用这些元件定位，再夹紧就可以加工了。这种方法简单、方便、成本低，一套定位元件对多种箱体类零件都可使用，但定位的可靠性较差，工件的装卸比较费时，适用于单件小批生产。3）划线与简单定位元件配合使用定位装夹这种方法通常是以一个已加工表面作主要定位基准，将工件安放在简单定位元件上，再用装在机床主轴或机头上的划针，按划线找正工件其余方向的位置，然后夹紧。这种方法虽然结合了以上两种方法，但操作仍比较费时，加工误差较大，适用于单件小批生产。4）夹具定位装夹用夹具装夹，工件定位可靠，装卸迅速、方便，但箱体类零件的夹具一般较为复杂、庞大，制造成本较高且周期较长，因此只适用于成批大量生产和加工精度要求较高的箱体类零件。☞【教师】提问：“思考轴类零件、套类零件和箱体类零件装夹方法之间的区别？”，安排学生分组讨论并派代表回答问题☞【学生】聆听、分组、思考、讨论、回答问题☞【教师】总结学生的回答工件的装夹原则是统一的，不同零件的结构决定了不同装夹方式的选择。轴类零件和套类零件都是以外圆表面或内孔表面定位，箱体类零件则使用划线找正定位装夹、简单定位元件定位装夹、划线与简单定位元件配合使用定位装夹和夹具定位装夹等四种方式。2、箱体类零件的结构工艺性1）基本孔箱体类零件上的基本孔可分为通孔、阶梯孔、交叉孔和盲孔等四种。（1）通孔。通孔的工艺性最好，特别是长径比的短圆柱孔。长径比的深孔，当其尺寸精度要求较高、表面粗糙度要求较小时，其工艺性不好。（2）阶梯孔。阶梯孔的孔径相差越小，工艺性越好；孔径相差越大，工艺性越差，当其中最小的孔径很小时，工艺性更差。（3）交叉孔。交叉孔的工艺性较差。（4）盲孔。盲孔的工艺性最差，因为在精铰或精镗盲孔时，要手动或采用特殊工具进给才行。此外，盲孔内端面的加工也非常困难，在设计时应尽量避免。……（详见教材）2）同轴孔【多媒体】展示“不同孔径同轴孔的排列方式”的图片（详见教材），引出同轴孔的相关知识箱体类零件上不同孔径同轴孔的排列方式有孔径大小单向排列、孔径大小双向排列和孔径大小无规则排列三种。（1）孔径大小单向排列同轴孔的孔径大小向同一方向递减，且相邻两孔的直径差大于孔的加工余量。加工时，镗杆可从一端伸入，逐个加工或同时加工同轴线上的几个孔。单件小批生产时一般采用这种排列方式。（2）孔径大小双向排列同轴孔的孔径大小从两边向中间递减，加工时镗杆从两边进入，这样不仅可以缩短镗杆长度，提高镗杆刚性，而且为双面同时加工创造了条件。大批大量生产时常采用这种排列方式。（3）孔径大小无规则排列同轴孔的孔径大小无规则排列时，要将镗杆伸进箱体后装刀和对刀，工艺性差，设计时应尽量避免，……详见教材3）端面（1）孔内端面。箱体类零件孔内端面的加工比较困难，必须加工时，在设计中应尽可能使内端面尺寸小于刀具需要穿过的孔加工之前的直径，这样可避免损伤其他的孔。（2）外凸台。箱体类零件的外凸台应尽可能在一个平面上，以便可以在一次走刀中加工出来，使加工简便。……详见教材3、箱体类零件定位基准的选择1）精基准的选择箱体类零件的精基准应根据其生产类型进行选择。（1）中小批生产时精基准的选择中小批生产时，箱体类零件的加工通常以装配基准作为精基准。……（详见教材）（2）大批大量生产时精基准的选择大批大量生产时，箱体类零件的加工通常以顶面和两定位销孔（一面两孔）作精基准。这种定位方法箱口朝下，中间导向支架可固定在夹具上，简化了夹具结构，提高了夹具刚性，有利于保证加工精度；而且工件装卸方便，减少了辅助时间，有利于提高生产率。……详见教材2）粗基准的选择箱体类零件的加工通常选择主要孔（如主轴孔）作为粗基准，这样可以使主要孔的余量较均匀，利于保证加工质量。其中，中小批生产且毛坯精度较低时，一般采用划线找正装夹；大批大量生产且毛坯精度较高时，一般采用夹具装夹。4、箱体类零件的加工路线拟定箱体类零件的加工路线时，应先加工基准面，后加工其他面，并遵循“先面后孔”的原则，将粗、精加工分阶段进行。此外，还要合理安排热处理工序。根据生产类型的不同，箱体类零件的加工一般可选择以下两种不同的加工路线。中小批生产的加工路线：毛坯铸造→时效处理→划线→粗、精加工精基准面→粗、精加工各平面→粗、半精加工各主要孔→精加工主要孔→加工各次要孔（包括螺纹孔、紧固孔等）→去毛刺→清洗→检验。大批大量生产的加工路线：毛坯铸造→时效处理→粗、半精加工精基准面→粗、半精加工各平面→精加工精基准面→粗、半精加工主要孔→精加工主要孔→加工各次要孔（包括螺孔、紧固孔、油孔等）→精加工各平面→去毛刺→清洗→检验（1）改进装夹方法。5、箱体类零件的加工方法☞【教师】提问：“根据加工路线，请同学们思考一下，箱体类零件会使用哪些加工方法？”，安排学生小组讨论并派代表回答问题☞【学生】聆听、分组、思考、讨论、回答问题☞【教师】总结学生的回答，引出箱体类零件加工方法的相关知识1）箱体类零件平面的加工方法箱体类零件平面的粗加工和半精加工主要采用铣削和刨削的方法，此外也可采用车削。当生产批量较大时，为有效提高生产率，可采用各种专用组合铣床，对箱体类零件各平面同时进行多刀、多面铣削，对于尺寸较大的箱体类零件，还可采用多轴龙门铣床进行组合铣削。2）箱体类零件孔系的加工方法对于箱体类零件上的孔系，不仅孔的精度要求高，而且孔距精度和相互位置精度的要求也很高，这是箱体类零件加工的关键。生产中，孔系的加工最常用的方法是镗模法。镗模法是指利用镗模加工孔系的方法，它既可在通用机床上加工，也可在专用机床或组合机床上加工。用镗模法加工孔系时，工件装夹在镗模上，镗杆被支撑在镗模的导套里，由导套引导镗杆在工件的正确位置上镗孔。……详见教材【学生】聆听、理解、记忆以箱体类零件加工工艺过程的编制为典型案例，结合多媒体课件，进一步加强学生对机械加工工艺规程的理解，开展课堂活动，加强学生的学习兴趣和积极性，训练学生的逻辑性思维能力项目实践（40min）编制箱体类零件的机械加工工艺过程【教师】组织学生以小组形式开展项目训练活动，描述任务并发布任务要求如图所示（详见教材）的车床主轴箱，该零件的毛坯为灰铸铁铸件，生产类型为大批生产。试分析、编制车床主轴箱的机械加工工艺过程。【学生】分组练习，组内分工，带入实际工作人员角色，编制机械加工工艺卡片【教师】巡堂辅导，重点强调以下问题1.注意箱体类零件的工艺性分析2.注意箱体类零件的结构工艺性【教师】项目训练活动结束后，对各小组进行点评，从技能操作、参与程度与合作意识等多个方面综合评价各组的实践情况【学生】互相评价，并结合评价结果及教师评价进行自我总结引入实际的箱体类零件加工工艺过程编制案例，引导学生运用理论知识解决实际问题，培养学生的综合实践能力，实现知识学习与技能训练目标通过学生的实时反馈进行针对性指导，引导学生查漏补缺，夯实基础课堂小结

（3min）【教师】简要总结本节课的要点本节课以典型零件中的箱体类零件为例，示范了机械加工工艺过程的编制方法和步骤，包括零件工艺特点和毛坯分析、装夹方法、加工路线、加工方法等内容，强调了箱体类零件的结构工艺性，希望同学们课后能及时复习巩固这些知识，并提前预习下节