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1机械制造工艺学第四章典型零件加工4.3箱体类零件的加工24.3.1箱体零件概述1.箱体零件的功用与结构特点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l5％～20％。34.3.1箱体零件概述箱体类零件的结构特点箱体的种类很多，其尺寸大小和结构形式随着机器的结构和箱体在机器中功用的不同有着较大的差异。但从工艺上分析它们仍有许多共同之处，其结构特点是：1．外形基本上是由六个或五个平面组成的封闭式多面体，又分成整体式和组合式两种；2．结构形状比较复杂。内部常为空腔形，某些部位有“隔墙”，箱体壁薄且厚薄不均。3．箱壁上通常都布置有平行孔系或垂直孔系；4．箱体上的加工面，主要是大量的平面，此外还有许多精度要求较高的轴承支承孔和精度要求较低的紧固用孔。4图4-18某车床主轴箱简图4.3.1箱体零件概述54.3.1箱体零件概述62.轴承支承孔的尺寸精度、形状精度、表面粗糙度要求。位置精度包括孔系轴线之间的距离尺寸精度和平行度，同一轴线上各孔的同轴度，以及孔端面对孔轴线的垂直度、孔轴线对安装面的平行度或垂直度等。此外，为满足箱体加工中的定位需要及箱体与机器总装要求，箱体的装配基准面与加工中的定位基准面应有一定的平面度和表面粗糙度要求；各支承孔与装配基准面之间应有一定距离尺寸精度的要求。箱体的技术要求根据箱体的工作条件和使用性能的不同而有所不同。一般箱体零件为：轴孔的尺寸精度为IT6～IT7，圆度不超过孔径公差的一半，表面粗糙度Ｒａ为0.4～0.8µm。作为装配基准和定位基准的重要平面的平面度要求较高，表面粗糙度Ｒａ为５～0.63µm。4.3.1箱体零件概述73.箱体零件材料常选用各种牌号的灰铸铁,常用的牌号有HT100～HT400。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,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。4.3.1箱体零件概述8毛坯多为铸铁件单件小批生产多用木模手工造型，毛坯精度低，加工余量大。大批生产常用金属模机器造型，毛坯精度较高，加工余量可适当减小。毛坯铸造时,应防止砂眼和气孔的产生。为了消除铸造时形成的内应力，减少变形，保证其加工精度的稳定性，应使箱体壁厚尽量均匀,毛坯铸造后要安排人工时效处理。精度要求高或形状复杂的箱体还应在粗加工后多加一次人工时效处理，以消除粗加工造成的内应力，进一步提高加工精度的稳定性。毛坯的加工余量与生产批量、毛坯尺寸、结构、精度和铸造方法等因素有关。具体数值可从有关手册中查到。4.3.1箱体零件概述9在拟定箱体零件机械加工工艺规程时,有一些基本原则应该遵循。1、工艺路线的安排工艺特点：要求加工的表面很多。在这些加工表面中，平面加工精度比孔的加工精度容易保证，工艺关键问题：箱体中主要孔的加工精度、孔系加工精度。在工艺路线的安排中应注意几个问题：(1)先面后孔。先加工平面,后加工孔是箱体加工的一般规律。平面面积大,用其定位稳定可靠;从加工难度来看，平面比孔加工容易。支承孔大多分布在箱体外壁平面上,先加工外壁平面可切去铸件表面的凹凸不平及夹砂等缺陷,这样可减少钻头引偏,防止刀具崩刃等,对孔加工有利。4.3.2拟定箱体零件机械加工工艺规程的原则10(2)粗精分开、先粗后精：箱体均为铸件，加工余量较大，在粗加工中切除的金属较多，因而夹紧力、切削力都较大，切削热也较多。加之粗加工后，工件内应力重新分布也会引起工件变形，因此，对加工精度影响较大。为此，把粗精加工分开进行，有利于把已加工后由于各种原因引起的工件变形充分暴露出来，然后在精加工中将其消除。粗、精加工分开的原则：对于刚性差、批量较大、要求精度较高的箱体，一般要粗、精加工分开进行，即在主要平面和各支承孔的粗加工之后再进行主要平面和各支承孔的精加工。这样，可以消除由粗加工所造成的内应力、切削力、切削热、夹紧力对加工精度的影响，并且有利于合理地选用设备等。4.3.2拟定箱体零件机械加工工艺规程的原则11粗、精加工分开进行，会使机床，夹具的数量及工件安装次数增加，而使成本提高，所以对单件、小批生产、精度要求不高的箱体，常常将粗、精加工合并在一道工序进行，但必须采取相应措施，以减少加工过程中的变形。例如粗加工后松开工件，让工件充分冷却，然后用较小的夹紧力、以较小的切削用量，多次走刀进行精加工。(3)工序集中,先主后次。箱体零件上相互位置要求较高的孔系和平面,一般尽量集中在同一工序中加工,以保证其相互位置要求和减少装夹次数。紧固螺纹孔、油孔等次要工序的安排,一般在平面和支承孔等主要加工表面精加工之后再进行加工。4.3.2拟定箱体零件机械加工工艺规程的原则12（4）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。为了消除残余应力，减少加工后的变形和保证精度的稳定，所以，在铸造之后必须安排人工时效处理。人工时效的工艺规范为：加热到500℃～550℃，保温4h～6h，冷却速度小于或等于30℃/h，出炉温度小于或等于200℃。普通精度的箱体零件，一般在铸造之后安排1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1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。4.3.2拟定箱体零件机械加工工艺规程的原则132、基准的选择箱体定位基准的选择，直接关系到箱体上各个平面与平面之间，孔与平面之间，孔与孔之间的尺寸精度和位置精度要求是否能够保证。在选择基准时，首先要遵守“基准重合”和“基准统一”的原则，同时必须考虑生产批量的大小，生产设备、特别是夹具的选用等因素。4.3.2拟定箱体零件机械加工工艺规程的原则14(1)粗基准的选择粗基准的作用主要是决定不加工面与加工面的位置关系，以及保证加工面的余量均匀。在选择粗基准时，通常应满足以下几点要求：第一，在保证各加工面均有余量的前提下，应使重要孔的加工余量均匀,孔壁的厚薄尽量均匀，其余部位均有适当的壁厚；第二，装入箱体内的回转零件(如齿轮、轴套等)应与箱壁有足够的间隙；第三，注意保持箱体必要的外形尺寸。此外，还应保证定位稳定，夹紧可靠。4.3.2拟定箱体零件机械加工工艺规程的原则15如图箱体零件，尺寸H有公差△H，当工第一道工序以示下面定位加工上平面，第二道工序再以上面定位加工孔，出现加工余量不均匀，严重时出现余量不足。为了满足上述要求，通常选用箱体重要孔的毛坯孔作粗基准。4.3.2拟定箱体零件机械加工工艺规程的原则16箱体零件的粗基准一般都用它上面的重要孔和另一个相距较远的孔作粗基准,以保证孔加工时余量均匀。根据生产类型不同，实现以主轴孔为粗基准的工件安装方式也不一样。大批大量生产时，由于毛坯精度高,可以直接用箱体上的重要孔在专用夹具上定位，工件安装迅速，生产率高。在单件、小批及中批生产时，一般毛坯精度较低，按上述办法选择粗基准，往往会造成箱体外形偏斜，甚至局部加工余量不够，因此通常采用划线找正的办法进行第一道工序的加工，即以主轴孔及其中心线为粗基准对毛坯进行划线和检查，必要时予以纠正，纠正后孔的余量应足够，但不一定均匀。4.3.2拟定箱体零件机械加工工艺规程的原则17（2）、精基准的选择精基准选择一般采用基准统一的方案,常以箱体零件的装配基准或专门加工的一面两孔为定位基准,使整个加工工艺过程基准统一,夹具结构简单,基准不重合误差降至最小甚至为零(当基准重合时)。4.3.2拟定箱体零件机械加工工艺规程的原则184.3.3主要表面加工方法箱体的主要表面有平面和轴承支承孔。平面的加工对于中、小件，一般在牛头刨床或普通铣床上进行。对于大件，一般在龙门刨床或龙门铣床上进行。刨削的刀具结构简单，机床成本低，调整方便，但生产率低；在大批、大量生产时，多采用铣削；当生产批量大且精度又较高时可采用磨削。单件小批生产精度较高的平面时，除一些高精度的箱体仍需手工刮研外，一般采用宽刃精刨。当生产批量较大或为保证平面间的相互位置精度，可采用组合铣削和组合磨削，如图8-68所示。194.3.3主要表面加工方法204.3.3主要表面加工方法214.3.3主要表面加工方法22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(如图所示)。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。孔系加工4.3.3主要表面加工方法231.下面主要介绍如何保证平行孔系孔距精度的方法。1)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。4.3.3主要表面加工方法24图4-20所示为心轴和块规找正法。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规与心轴之间的间隙,以避免块规与心轴直接接触而损伤块规(如图4-20(a)所示)。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,以保证孔中心距的精度(如图4-20(b)所示)。这种找正法其孔心距精度可达±0.03mm。4.3.3主要表面加工方法25图4-20用心轴和块规找正4.3.3主要表面加工方法26图4-21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(一般为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,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。4.3.3主要表面加工方法27图4-21样板找正法4.3.3主要表面加工方法282)在成批生产中,广泛采用镗模加工孔系,如图4-22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。4.3.3主要表面加工方法29图4-22用镗模加工孔系4.3.3主要表面加工方法30图4-23在组合机床上用镗模加工孔系4.3.3主要表面加工方法313)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,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心距精度。基准孔应尽量选择本身尺寸精度高、表面粗糙度小的孔(一般为主轴孔),这样在加工过程中,便于校验其坐