《机电产品生产工艺流程》-项目五

单元一认识箱体零件一、箱体零件的结构与技术要求

(一)结构箱体是机器的基础零件，它将机器中有关部件的轴、套、齿轮等相关零件连接成一个整体，并使之保持正确的相互位置，以传递转矩或改变转速来完成规定的运动。故箱体的加工质量，直接影响到机器的性能、精度和寿命。箱体类零件的结构复杂，壁薄且不均匀，加工部位多，加工难度大。据统计资料表明，一般中型机床制造厂花在箱体类零件的机械加工工时约占整个产品加工工时的15%~20%.箱体机械加工的结构工艺性对实现优质、高产、低成本具有重要的意义。图5.1为几种常见的箱体。下一页返回单元一认识箱体零件

1.基本孔箱体的基本孔，可分为通孔、阶梯孔、盲孔、交叉孔等几类。通孔工艺性最好，通孔内又以孔长L与孔径D之比L/D=1~1.5的短圆柱孔工艺性为最好;L/D>5的孔，称为深孔，若深度精度要求较高、表面粗糙度值较小时，加工就很困难。阶梯孔的工艺性与“孔径比”有关。孔径相差越小则工艺性越好;孔径相差越大，且其中最小的孔径又很小，则工艺性越差。相贯通的交叉孔的工艺性也较差。盲孔的工艺性最差，因为在精镗或精铰盲孔时，要用手动送进，或采用特殊工具送进。上一页下一页返回单元一认识箱体零件此外，盲孔的内端面的加工也特别困难，故应尽量避免。2.同轴孔同一轴线上孔径大小向一个方向递减(如图5-1中的Φ62K7,Φ47K7)，可使镗孔时，镗杆从一端伸入，逐个加工或同时加工同轴线上的几个孔，以保证较高的同轴度和生产率。单件小批生产时一般采用这种分布形式。同轴线上的孔的直径大小从两边向中间递减(如C620-1,CA6140主轴箱轴孔等)，可使刀杆从两边进入，这样不仅缩短了镗杆长度，提高了镗杆的刚性，而且为双面同时加工创造了条件。所以大批量生产的箱体，常采用此种孔径分布形式。上一页下一页返回单元一认识箱体零件同轴线上孔的直径的分布形式，应尽量避免中间隔壁上的孔径大于外壁的孔径。因为加工这种孔时，要将刀杆伸进箱体后装刀、对刀，结构工艺性差。3.装配基面为便于加工、装配和检验，箱体的装配基面尺寸应尽量大，形状应尽量简单。4.凸台箱体外壁上的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。而无须调整刀具的位置，使加工简单方便。5.紧固孔和螺孔上一页下一页返回单元一认识箱体零件箱体上的紧固孔和螺孔的尺寸规格应尽量一致，以减少刀具数量和换刀次数。此外，为保证箱体有足够的动刚度与抗振性，应酌情合理使用肋板、肋条，加大圆角半径，收小箱口，加厚主轴前轴承口厚度。

(二)箱体零件的主要技术要求箱体类零件中，机床主轴箱的精度要求较高，可归纳为以下五项精度要求:1.孔径精度孔径的尺寸误差和几何形状误差会造成轴承与孔的配合不良。上一页下一页返回单元一认识箱体零件孔径过大，配合过松，使主轴回转轴线不稳定，并降低了支承刚度，易产生振动和噪声;孔径太小，会使配合偏紧，轴承将因外环变形，不能正常运转而缩短寿命。装轴承的孔不圆，也会使轴承外环变形而引起主轴径向圆跳动。从上面分析可知，对孔的精度要求是较高的。主轴孔的尺寸公差等级为IT6，其余孔为IT8~IT7。孔的几何形状精度未作规定的，一般控制在尺寸公差的1/2范围内即可。2.孔与孔的位置精度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内出现歪斜，从而造成主轴径向圆跳动和轴向窜动，也加剧了轴承磨损。上一页下一页返回单元一认识箱体零件孔系之间的平行度误差，会影响齿轮的啮合质量。一般孔距允差为±0.025~±0.060mm(机床主轴，要求较高)，而同一中心线上的支承孔的同轴度约为最小孔尺寸公差之半。

3.孔和平面的位置精度主要孔对主轴箱安装基面的平行度，决定了主轴与床身导轨的相互位置关系。这项精度是在总装时通过刮研来达到的。为了减少刮研工作量，一般规定在垂直和水平两个方向上，只允许主轴前端向上和向前偏。

4.主要平面的精度装配基面的平面度影响主轴箱与床身连接时的接触刚度，加工过程中作为定位基面则会影响主要孔的加工精度。上一页下一页返回单元一认识箱体零件因此规定了底面和导向面必须平直，为了保证箱盖的密封性，防止工作时润滑油泄出，还规定了顶面的平面度要求，当大批量生产将其顶面用作定位基面时，对它的平面度要求还要提高。

5.表面粗糙度一般主轴孔的表面粗糙度为Ra0.4µm，其它各纵向孔的表面粗糙度为Ra1.6µm;孔的内端面的表面粗糙度为Ra3.2µm，装配基准面和定位基准面的表面粗糙度为Rat.50.63µm，其它平面的表面粗糙度为Ra12.5µm。如图中二、箱体零件的材料及毛坯上一页下一页返回单元一认识箱体零件箱体零件材料常选用各种牌号的灰铸铁，因为灰铸铁具有较好的耐磨性、铸造性和可切削性，而且吸振性好，成本又低。某些负荷较大的箱体采用铸钢件。也有某些简易箱体为了缩短毛坯制造的周期而采用钢板焊接结构的。上一页返回单元二编制箱体机械加工工艺任务一加工原则与加工方法:一、制订箱体工艺过程的共同性原则1.加工顺序为先面后孔箱体类零件的加工顺序均为先加工面，以加工好的平面定位，再来加工孔。

2.加工阶段粗、精分开箱体的结构复杂，壁厚不均，刚性不好，而加工精度要求又高，故箱体重要加工表面都要划分粗、精加工两个阶段，这样可以避免粗加工造成的内应力、切削力、夹紧力和切削热对加工精度的影响，有利于保证箱体的加工精度。下一页返回单元二编制箱体机械加工工艺粗、精分开也可及时发现毛坯缺陷，避免更大的浪费;同时还能根据粗、精加工的不同要求来合理选择设备，有利于提高生产率。3.工序间合理按排热处理箱体零件的结构复杂，壁厚也不均匀，因此，在铸造时会产生较大的残余应力。普通精度的箱体零件，一般在铸造之后安排一次人工时效处理。对一些高精度或形状特别复杂的箱体零件，在粗加工之后还要安排一次人工时效处理，以消除粗加工所造成的残余应力。有些精度要求不高的箱体零件毛坯，有时不安排时效处理，而是利用粗、精加工工序间的停放和运输时间，使之得到自然时效。箱体零件人工时效的方法，除了加热保温法外，也可采用振动时效来达到消除残余应力的目的。上一页下一页返回单元二编制箱体机械加工工艺4.用箱体上的重要孔作粗基准箱体类零件的粗基准一般都用它上面的重要孔作粗基准，这样不仅可以较好地保证重要孔及其它各轴孔的加工余量均匀，还能较好地保证各轴孔轴心线与箱体不加工表面的相互位置。二、箱体平面的加工方法箱体平面加工的常用方法有刨、铣和磨三种。刨削和铣削常用作平面的粗加工和半精加工，而磨削则用作平面的精加工。刨削加工的特点是:刀具结构简单，机床调整方便，通用性好。在龙门刨床上可以利用几个刀架，在工件的一次安装中完成几个表面的加工，能比较经济地保证这些表面间的相互位置精度要求。上一页下一页返回单元二编制箱体机械加工工艺精刨还可代替刮研来精加工箱体平面。精刮时采用宽直刃精刨刀，在经过拉修和调整的刨床上，以较低的切削速度(一般为4~12m/min)，在工件表面上切去一层很薄的金属(一般为0.007~0.1mm)。精刨后的表面粗糙度值可达0.63~2.51mm，平面度可达0.002mm/m。因为宽刃精刨的进给量很大(5~25mm/双行程)，生产率较高。铣削生产效率高于刨削，在中批以上生产中多用铣削加工平面。当加工尺寸较大的箱体平面时，常在多轴龙门铣床上，用几把铣刀同时加工各有关平面，以保证平面间的相互位置精度并提高生产率。近年来端铣刀在结构、制造精度、刀具材料和所用机床等方面都有很大进展。如不重磨刃端铣刀的齿数少，平行切削刃的宽度大，每齿进给量af可达数毫米。上一页下一页返回单元二编制箱体机械加工工艺平面磨削的加工质量比刨削和铣削都高，而且还可以加工淬硬零件。磨削平面的粗糙度Ra可达0.32~1.25µm。生产批量较大时，箱体的平面常用磨削来精加工。为了提高生产率和保证平面间的相互位置精度，工厂还常采用组合磨削来精加工平面。三、箱体孔系的加工方法箱体上若干有相互位置精度要求的孔的组合，称为孔系。孔系可分为平行孔系、同轴孔系和交叉孔系(图5.3)。孔系加工是箱体加工的关键，根据箱体加工批量的不同和孔系精度要求的不同，孔系加工所用的方法也是不同的，现分别予以讨论。(一)平行孔系的加工上一页下一页返回单元二编制箱体机械加工工艺

1.找正法找正法是在通用机床(镗床、铣床)上利用辅助工具来找正所要加工孔的正确位置的加工方法。这种找正法加工效率低，一般只适于单件小批生产。找正时除根据划线用试镗方法外，有时借用心轴量块或用样板找正，以提高找正精度。图5.4所示为心轴和量块找正法。镗第一排孔时将心轴插入主轴孔内(或直接利用镗床主轴)，然后根据孔和定位基准的距离组合一定尺寸的块规来校正主轴位置，校正时用塞尺测定块与心轴之间的间隙，以避免块规与心轴直接接触而损伤块规。镗第二排孔时，分别在机床主轴和已加工孔中插入心轴，采用同样的方法来校正主轴轴线的位置，以保证孔心距的精度，这种找正法其孔心距精度可达±0.03mm。上一页下一页返回单元二编制箱体机械加工工艺图5.5所示为样板找正法，用10~20mm厚的钢板制成样板1，装在垂直于各孔的端面上(或固定于机床工作台上)，样板上的孔距精度较箱体孔系的孔距精度高(一般±0.01~±0.03mm)，样板上的孔径较工件的孔径大，以便于镗杆通过。样板上的孔径要求不高，但要有较高的形状精度和较小的表面粗糙度值，当样板准确地装到工件上后，在机床主轴上装一个千分表2，按样板找正机床主轴，找正后，即换上镗刀加工。此法加工孔系不易出差错，找正方便，孔距精度可达±0.05mm。这种样板的成本低，仅为镗模成本的1/7~1/9，单件小批生产中大型的箱体加工可用此法。

2.镗模法上一页下一页返回单元二编制箱体机械加工工艺在成批生产中，广泛采用镗模加工孔系，如图5.6所示。工件5装夹在镗模上，镗杆4被支承在镗模的导套6里，导套的位置决定了镗杆的位置，装在镗杆上的镗刀3将工件上相应的孔加工出来。当用两个或两个以上的支承1来引导镗杆时，镗杆与机床主轴2必须浮动联接。当采用浮动联接时，机床精度对孔系加工精度影响很小，因而可以在精度较低的机床上加工出精度较高的孔系。孔距精度主要取决于镗模，一般可达±0.05mm。能加工公差等级IT7的孔，其表面粗糙度可达Ra5~1.25µm。当从一端加工、镗杆两端均有导向支承时，孔与孔之间的同轴度和平行度可达0.02~0.03mm;当分别由两端加工时，可达0.04~0.05mm.上一页下一页返回单元二编制箱体机械加工工艺用镗模法加工孔系，既可在通用机床上加工，也可在专用机床上或组合机床上加工，图5.7为在组合机床上用镗模加工孔系的示意图。

3.坐标法坐标法镗孔是在普通卧式镗床、坐标镗床或数控镗铣床等设备上，借助于精密测量装置，调整机床主轴与工件间在水平和垂直方向的相对位置，来保证孔心距精度的一种镗孔方法。采用坐标法加工孔系时，要特别注意选择基准孔和镗孔顺序，否则，坐标尺寸累积误差会影响孔距精度。基准孔应尽量选择本身尺寸精度高、表面粗糙度值小的孔(一般为主轴孔)，这样在加工过程中，便于校验其坐标尺寸。上一页下一页返回单元二编制箱体机械加工工艺孔心距精度要求较高的两孔应连在一起加工;加工时，应尽量使工作台朝同一方向移动，因为工作台多次往复，其间隙会产生误差，影响坐标精度。(二)同轴孔系的加工成批生产中，箱体上同轴孔的同轴度几乎都由镗模来保证。单件小批生产中，其同轴度用下面几种方法来保证。1.利用已加工孔作支承导向如图5.7所示，当箱体前壁上的孔加工好后，在孔内装一导向套，以支承和引导镗杆加工后壁上的孔，从而保证两孔的同轴度要求。这种方法只适于加工箱壁较近的孔。上一页下一页返回单元二编制箱体机械加工工艺2.利用撞床后立柱上的导向套支承导向如图5.8这种方法其镗杆系两端支承，刚性好。但此法调整麻烦，镗杆长，很笨重，故只适于单件小批生产中大型箱体的加工。3.采用调头撞当箱体箱壁相距较远时，可采用调头镗。工件在一次装夹下，镗好一端孔后，将镗床工作台回转180°，调整工作台位置，使已加工孔与镗床主轴同轴，然后再加工另一端孔。当箱体上有一较长并与所镗孔轴线有平行度要求的平面时，镗孔前应先用装在镗杆上的上一页下一页返回单元二编制箱体机械加工工艺百分表对此平面进行校正(图5.9a)，使其和镗杆轴线平行，校正后加工孔B，孔B加工后，回转工作台，并用镗杆上装的百分表沿此平面重新校正，这样就可保证工作台准确地回转180°，见图5-8b。然后再加工孔A，从而保证孔A,B同轴。任务二制定箱体零件的加工工艺与实例箱体零件是机器或部件的基础零件，轴、轴承、齿轮等有关零件按规定的技术要求装配到箱体上，连接成部件或机器，使其按规定的要求工作，因此箱体零件的加工质量不仅影响机器的装配精度和运动精度，而且影响机器的工作精度、使用性能和寿命。上一页下一页返回单元二编制箱体机械加工工艺一、箱体类零件的材料及毛坯箱体零件的材料常用铸铁，这是因为铸铁容易成形，切削性能好，价格低，且吸振性和耐磨性较好。根据需要可选用HT150~350，常用HT200。在单件小批量生产情况下，为缩短生产周期，可采用钢板焊接结构。某些大负荷的箱体有时采用铸钢件。在特定条件下，可采用铝镁合金或其它铝合金材料。铸铁毛坯在单件小批生产时，一般采用木模手工造型，毛坯精度较低，余量大;在大批量生产时，通常采用金属模机器造型，毛坯精度较高，加工余量可适当减小。单件小批生产直径大于50mm的孔，成批生产大于30mm的孔，一般都铸出预孔，以减少加工余量。上一页下一页返回单元二编制箱体机械加工工艺铝合金箱体常用压铸制造，毛坯精度很高，余量很小，一些表面不必经切削加即可使用。二、箱体类零件的加工工艺过程箱体零件的主要加工表面是孔系和装配基准面。如何保证这些表面的加工精度和表面粗糙度，孔系之间及孔与装配基准面之间的距离尺寸精度和相互位置精度，是箱体零件加工的主要工艺问题。箱体零件的典型加工路线为:平面加工-孔系加工-次要面(紧固孔等)加工。表4.1为车床主轴箱体零件的加工工艺过程。三、箱体类零件的加工工艺过程分析(一)主要表面的加工方法选择上一页下一页返回单元二编制箱体机械加工工艺箱体的主要加工表面有平面和轴承支承孔。箱体平面的粗加工和半精加工主要采用刨削和铣削，也可采用车削。当生产批量较大时，可采用各种组合铣床对箱体各平面进行多刀、多面同时铣削;尺寸较大的箱体，也可在多轴龙门铣床上进行组合铣削，可有效提高箱体平面加工的生产率。箱体平面的精加工，单件小批量生产时，除一些高精度的箱体仍需手工刮研外，一般多用精刨代替传统的手工刮研;当生产批量大而精度又较高时，多采用磨削。为提高生产效率和平面间的位置精度，可采用专用磨床进行组合磨削等。箱体上公差等级为IT7级精度的轴承支承孔，一般需要经过3~4次加工。上一页下一页返回单元二编制箱体机械加工工艺可采用扩一粗铰一精铰，或采用粗镗-半精镗一精镗的工艺方案进行加工(若未铸出预孔应先钻孔)。以上两种工艺方案，表面粗糙度值可达Ra0.8~1.6µm。铰的方案用于加工直径较小的孔，镗的方案用于加工直径较大的孔。当孔的加工精度超过IT6级，表面粗糙度值Ra小于0.4µm时，还应增加一道精密加工工序，常用的方法有精细镗、滚压、琦磨、浮动镗等。

(二)箱体加工定位基准的选择1.粗基准的选择粗基准的选择对零件主要有两个方面影响，即影响零件上加工表面与不加工表面的位置和加工表面的余量分配。为了满足上述要求，一般宜选箱体的重要孔的毛坯孔作粗基准。上一页下一页返回单元二编制箱体机械加工工艺因此实际生产中，一般以轴孔为粗基准。2.精基准的选择选择精基准主要是应能保证加工精度，所以一般优先考虑基准重合原则和基准同一原则，本零件的各孔系和平面的设计基准和装配基准为为G,H面和P盖，因此可采用G,H面和P三面作精基准定位。

(三)箱体加工顺序的安排箱体机械加工顺序的安排一般应遵循以下原则:1.先面后孔的原则箱体加工顺序的一般规律是先加工平面，后加工孔。上一页下一页返回单元二编制箱体机械加工工艺先加工平面，可以为孔加工提供可靠的定位基准，再以平面为精基准定位加工孔。平面的面积大，以平面定位加工孔的夹具结构简单、可靠，反之则夹具结构复杂、定位也不可靠。2.先主后次的原则箱体上用于紧固的螺孔、小孔等可视为次要表面，因为这些次要孔往往需要依据主要表面(轴孔)定位，所以这些螺孔的加工应在轴孔加工后进行。对于次要孔与主要孔相交的孔系，必须先完成主要孔的精加工，再加工次要孔，否则会使主要孔的精加工产生断续切削、振动，影响主要孔的加工质量。3.孔系的数控加工上一页下一页返回单元二编制箱体机械加工工艺由于箱体零件具有加工表面多，加工的孔系的精度高，加工量大的特点，生产中常使用高效自动化的加工方法。过去在大批、大量生产中，主要采用组合机床和加工自动线，现在数控加工技术，如加工中心、柔性制造系统等已逐步应用于各种不同的批量的生产中。车床主轴箱体的孔系也可选择在卧式加工中心上加工，加工中心的自动换刀系统，使得一次装夹可完成钻、扩、铰、镗、铣、攻螺纹等加工，减少了装夹次数，实行工序集中的原则，提高了生产率。任务三箱体零件的加工实例加工如图5.10所示的某减速箱。生产类型:小批生产，材料牌号:HT200。毛坯种类:铸件。上一页下一页返回单元二编制箱体机械加工工艺一、零件特点减速箱体的主要加工表面可归纳为以下3类。

(一)主要平面。箱盖的对合面和顶部方孔端面、底座的底