《机械制造技术》-任务八

8.1项目任务书下一页返回8.1项目任务书上一页返回8.2箱体类零件加工的相关知识8.2.1箱体的功用和结构特点１.箱体类零件的功用和结构特点箱体零件是机器的基础零件，它将机器和部件中的轴、套、齿轮等有关零件连接成一个整体，以传递运动或动力。箱体的加工质量直接影响机器的工作精度、使用性能和寿命。箱体的结构形状复杂，壁薄且不均匀，需要有足够的刚度，采用较复杂的截面形状和加强筋等。２.箱体类零件的结构工艺性分析箱体类零件结构形状复杂，加工部位多，精度要求高，难度大，以孔和平面为主。因此，设计时应使其结构合理，具有较好的结构工艺性。下一页返回8.2箱体类零件加工的相关知识（１）孔的结构工艺性箱体类零件加工的重点和难点是孔系。箱体的孔可分为通孔、阶梯孔、盲孔和交叉孔等。（２）平面的结构工艺性平面加工在箱体类零件加工中也占有较大的比重，平面作为箱体的加工、装配基准，其加工精度能否达到要求将直接影响孔系的加工质量和生产效率。箱体的外端面应尽可能等高，以便一次性加工，以减少机床的调整次数。8.2.2箱体的技术要求箱体类零件中机床主轴箱的精度要求最高，现以图８－１所示车床主轴为例进行分析。上一页下一页返回8.2箱体类零件加工的相关知识１.孔的尺寸、形状精度孔径的尺寸误差和几何形状误差会使轴承与孔的配合不良，影响主轴的回转精度、轴承寿命等。孔径过大，配合过松，会使主轴的回转轴线不稳定，并降低了支承刚度，易产生振动和噪声；孔径过小，使配合过紧，轴承将因外圈变形而不能正常运转，寿命缩短。装轴承的孔不圆，也会使轴承外圈变形而引起主轴的旋转精度和轴承寿命下降。上一页下一页返回8.2箱体类零件加工的相关知识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垂直度误差会使轴和轴承装配困难，产生歪斜，影响轴的回转精度和轴承寿命，造成主轴产生径向跳动和轴向窜动，同时，也使温度升高，加剧轴承的磨损；孔系之间的平行度误差会影响齿轮的啮合。一般孔距精度等级为IT6~IT7，同轴上各孔的同轴度约为最小孔尺寸公差的一半。３.孔和平面的位置精度主要孔对箱体装配基面的平行度决定了主轴与工作面（导轨）的相互位置关系，这项精度是在总装时通过修配刮研来达到的。上一页下一页返回8.2箱体类零件加工的相关知识４.主要平面的精度装配基面的平面度误差影响箱体与机座连接时的接触刚度，若在加工过程中作为定位基准，还会影响主要孔的加工精度。因此，底面和导向面必须平直和相互垂直，其平面度、垂直度公差等级为５级。５.表面粗糙度重要孔和主要平面的粗糙度会影响连接面的配合性质或接触刚度。上一页下一页返回8.2箱体类零件加工的相关知识8.2.3箱体常用的材料、毛坯及热处理箱体零件一般选用HT200~HT400的各种牌号的灰铸铁，灰铸铁抗压性能较好、成本较低；较精密的箱体零件（如坐标镗床主轴箱）则选用耐磨铸铁。在某些简易箱体、单件生产的箱体中为了缩短毛坯制造的周期可采用钢板焊接结构。箱体零件的结构复杂，壁厚不均匀，刚性差，铸造时因为热胀冷缩易产生残余应力。为了消除残余应力，减少加工后应力释放产生的变形、保证加工精度的稳定，应注意安排退火或时效处理。上一页返回8.3箱体表面常用的加工方法及装备8.3.1铣削加工１.铣削加工工艺特点及应用（１）生产效率高由于铣削属于多刃切削，且可选用较大的切削速度，所以铣削效率较高，但不稳定。（２）断续切削铣刀刀齿切入或切出时产生冲击，一方面使刀具的寿命下降，另一方面引起周期性的冲击和振动。下一页返回8.3箱体表面常用的加工方法及装备（３）半封闭切削由于铣刀是多齿刀具，刀齿之间的空间有限，若切屑不能顺利排出或没有足够的容屑槽，则会影响铣削质量或造成铣刀的破损，所以，选择铣刀时要把容屑槽当做一个重要因素考虑。２.铣床（１）铣床的种类及组成铣床是用铣刀进行铣削加工的机床。主运动是铣刀的旋转运动，进给运动是铣刀或工件的移动。主要类型有升降台式铣床、龙门铣床、工具铣床、仿形铣床和数控铣床等。上一页下一页返回8.3箱体表面常用的加工方法及装备１）立式升降台铣床立式铣床与卧式升降台铣床的区别在于主轴采用立式布置，与工作台面垂直，如图８－２所示。２）卧式万能升降台铣床３）龙门铣床龙门铣床是一种大型高效通用铣床，主要用来加工大型工件上的平面和沟槽。如图８－４所示，龙门铣床主体结构呈龙门式框架。上一页下一页返回8.3箱体表面常用的加工方法及装备（２）铣床工艺范围及应用铣床的主要特点是用旋转的多刃刀具进行切削，有利于采用高速切削，其加工效率高，适应的工艺范围广，可加工各种平面、台阶、沟槽、螺旋面等，如图８－５所示。３.铣刀的类型铣刀的分类及用途见表８－１。４.铣削用量要素和切削层几何参数（１）铣削速度铣削速度指铣刀旋转时的切削速度：上一页下一页返回8.3箱体表面常用的加工方法及装备（２）进给量进给量指工件在进给运动方向上相对刀具的移动量。（３）铣削深度铣削深度指平行于铣刀轴线方向测量的切削层尺寸。（４）铣削宽度铣削宽度指垂直于铣刀轴线并垂直于进给方向测量的切削层尺寸。５.铣削方式（１）周铣和端铣用刀齿分布在圆周表面的铣刀进行铣削的方式叫做周铣，如图８－６（ａ）所示。上一页下一页返回8.3箱体表面常用的加工方法及装备（２）顺铣和逆铣周铣可分为顺铣和逆铣。如图８－７（ａ）所示，铣削时铣刀的旋转方向与工件的进给方向相反称为逆铣。如图８－７（ｂ）所示，铣削时铣刀的旋转方向与工件的进给方向相同称为顺铣。8.3.2刨削加工刨床主要用于加工各种平面和沟槽，机床的主运动和进给运动均为直线移动。按能够完成加工零件的大小、刀具切削的方向不同，又可以分为牛头刨床、插床和龙门刨床。上一页下一页返回8.3箱体表面常用的加工方法及装备如图８－８所示，牛头刨床滑枕３带着刀架２上的刀具在水平方向做往复直线主运动，而工作台６带着工件在横梁５上做间歇的横向直线进给运动，横梁可在床身４上升降。8.3.3磨削加工简介用磨料磨具（如砂轮、砂带）对工件进行切削加工称为磨削。磨削所采用的机床称为磨床。磨削加工的主运动是砂轮的旋转运动，经过磨削的工件，可以获得高精度和较高表面质量，主要应用于零件的精加工。如图８－９所示为平面磨床。上一页下一页返回8.3箱体表面常用的加工方法及装备8.3.4光整加工简介对于尺寸精度和表面粗糙度要求很高的零件，一般都要进行光整加工。１.刮研刮研适用于未淬火的工件，它可使两个平面之间达到紧密接触，能获得较高的形状和位置精度。２.研磨研磨是应用较广的一种光整加工。研磨时，在研具和工件表面间存在分散的细粒度砂粒（磨料和研磨剂），在两者之间施加一定的压力，并使其产生复杂的相对运动，这样经过砂粒的磨削和研磨剂的化学、物理作用，在工件表面上去掉极薄的一层材料，使研磨表面粗糙度低，质量好，零件可获得很高的形状精度和尺寸精度。上一页返回8.4箱体零件常用的安装方式8.4.1常用的装夹方式１.划线找正安装加工前按照零件图在毛坯上先划出各加工表面的位置轮廓线，然后按划线在机床上找到工件正确的加工位置，使工件得以正确安装。２.镗模安装镗模预先在机床上安装好，再将工件装夹在镗模上，镗杆被支承在镗模的导向套里，由导向套引导镗杆在工件的正确位置上镗孔。下一页返回8.4箱体零件常用的安装方式３.一面二销安装箱体以一面两孔定位，是为了实现基准统一，提高生产效率和加工精度。这种组合定位方式所采用的定位元件为支承板、圆柱销和菱形销，故又称为一面两销定位。8.4.2铣床夹具的分类及其结构形式铣床夹具主要用于加工零件上的平面、沟槽、缺口、花键以及成形面等。按图８－１０单件加工直线进给式铣床夹具照工件的进给方式，通常将铣床夹具分为两种：直线进给式、圆周进给式。其中，直线进给式铣床夹具应用最广。上一页下一页返回8.4箱体零件常用的安装方式8.4.3铣床夹具设计要点铣床夹具设计要点如下：①铣削力较大，振动也较大，故需要较大的夹紧力，夹具刚性要好。②借助对刀装置确定刀具相对夹具定位元件的位置，此装置一般固定在夹具体上。③借助定位键确定夹具在工作台上的位置。④由于铣削加工中切削时间一般较短，因而单件加工时辅助时间相对较长，需特别注意降低辅助时间。上一页返回8.5箱体类零件的加工实践8.5.1确定加工方案、选择加工设备及工装设备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方法：单件小批量生产—刨削加工；成批和大量生产—铣削加工。箱体平面的精加工：单件小批量生产—精刨加工；成批和大量生产—磨削加工。8.5.2划分加工阶段根据加工表面的技术要求和加工方法的经济精度，对主要表面采用粗加工—半精加工—精加工，对次要表面采用粗加工—半精加工。下一页返回8.5箱体类零件的加工实践8.5.3制定加工工艺过程１.精基准的确定应尽量选设计基准为精基准，使基准重合，且可作为箱体其他各表面加工的定位基准，做到基准统一。还要注意保证主轴孔的加工余量均匀。２.粗基准的选择选粗基准时应注意保证最重要的主轴孔有足够而均匀的加工余量，装入箱内的回转零件如齿轮等距离内壁有足够的空隙。上一页下一页返回8.5箱体类零件的加工实践３.热处理工序安排箱体结构复杂，壁厚不均匀，铸造后会形成较大的内应力。为了保证其加工后精度的稳定性，铸造后应安排自然时效处理，以消除内应力。４.加工工序安排（１）先面后孔、先基准后其他（２）粗精加工分开，先粗后精（３）工序集中，先主后次上一页下一页返回8.5箱体类零件的加工实践５.确定工序尺寸工序尺寸是工件在加工过程中各工序应保证的加工尺寸，当加工表面需要经过多次加工，各工序的工序尺寸取决于各工序的加工余量和每一种加工方法能达到的经济精度。其计算顺序是由最后一道工序往前推算。具体步骤如下：①确定各工序余量和毛坯总余量。②确定各工序尺寸的经济精度和表面粗糙度。③计算各工序尺寸的基本尺寸。上一页下一页返回8.5箱体类零件的加工实践④标注各工序尺寸的上、下偏差。最后一道工序尺寸按设计尺寸取，其余工序尺寸公差按“公差入体原则”单向标注，毛坯尺寸公差按双向对称分布。６.填写工艺过程卡片主轴箱体机械加工工艺过程（见表８－４），按单件小批量生产制定。上一页返回8.6拓展知识———箱体零件的测量１.箱体类零件测量方法箱体主要检验项目包括以下几方面：①各加工表面的表面粗糙度及外观检查。②孔、平面的尺寸精度及几何形状精度。③孔距尺寸精度及相互位置精度（孔的轴心线之间的同轴度、平行度、垂直度、孔的轴心线与平面的平行度、垂直度等）。２.坐标镗床坐标镗床是具有精密坐标定位装置，用于加工高精度孔或孔系的一种镗床。返回思考题１.箱体零件的结构特点及主要技术要求是什么？这些技术要求对箱体零件在机器中的作用有何影响？２.箱体加工中是否需要安排热处理工序？它起什么作用？安排在工艺过程的哪个阶段较合适？３.拟订箱体零件机械加工工艺的基本原则是什么？４.保证箱体平行孔系，孔距精度的方法有哪些？各适用于哪种场合？下一页返回思考题５.图８－１所示的主轴箱，若为大批量生产，试制定其机械加工工艺过程。６.箱体类零件常用什么材料？箱体类零件加工工艺要点如何？７.箱体的结构特点和主要的技术要求有哪些？为什么要规定这些要求？８.何谓孔系？孔系加工方法有哪几种？试举例说明各种加工方法的特点和适用范围。上一页返回图８－１车床主