箱体零件加工

　　sunny_boy1986的箱体零件加工

　　一、概述

　　箱体夹具设计装配图（一）箱体零件的功用及结构：

　　1、功用：箱体是用来支承或安置其它零件或部件的基础零件。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，并使之保持正确的相互，以传递转矩或改变转速来完成的动作。

　　2、箱体的结构特点：箱体的壁厚较薄约10～30mm且壁厚不均匀，形状比其它零件复杂。尽管箱体零件的结构形状随其在机器中的功用不同而有很大差别，但也有其共同的特点其内部呈腔形，在箱体壁上有多种形状的凸起平面及较多的轴承交承孔和紧固孔。这些平面和轴承孔的精度要求较高、粗糙度要求较低，且有较高的相互精度要求。箱体零件不但加工部位较多，而且加工的难度也较大。箱体的加工表面主要是平面和孔系。

　　3、分类：箱体零件从结构功能上看可分为两大类：

　　整体式

　　箱体

　　分体式

　　（二）箱体零件的主要技术要求：

　　1、孔的尺寸精度、几何形状精度和表面粗糙度。

　　一般情况下，主轴孔的尺寸精度为IT6，表面粗糙度Ra为1。6～0。4um，其他支承孔的尺寸精度一般应在孔的公差范围内，要求高的孔的形状公差不超过孔公差的1/2～1/3。

　　2、支承孔之间的相互精度和孔距尺寸精度。

　　同轴孔之间应有一定的同轴度要求。否则，轴的装配困难，轴承的运转情况恶化，磨损加剧及温度升高，从而影响机器的精度和正常运转。

　　一般，各支承孔轴心线的平行度为（0.01~0.02）/100mm，主轴孔的同轴度为0.012mm，其他支承孔的同轴度为0.02mm。

　　3、主要平面的加工精度和表面粗糙度。

　　平面加工精度包括平面的形状精度和相互精度。因为箱体的主要平面往往是装配基面或是加工中的定位基面，故其加工精度直接影响机器的总装精度和加工时的定位精度。

　　一般，主要平面的平面度为0.03～0.06mm；表面粗糙度Ra为1.6～0.4um；平面间的平行度在全长范围内约为0.05～0.2mm；垂直度为0.1/300mm。

　　3、支承孔与主要平面间的尺寸精度及相互精度。

　　箱体上各支承孔对装配基面有一定的距离尺寸精度和平行度要求，对端面有一定的垂直度要求。这些精度要求都将影响箱体部件装配后的精度。

　　(三)、零件的材料与毛坯

　　一般箱体零件的材料多采用灰铸铁。常用牌号为HT150和HT200。

　　铸造毛坯的造型方式一般与生产批量有关。当单件小批生产时，采用木模手工造型，其缺点是毛坯铸造精度低，加工余量较大；当大批大量生产且毛坯尺寸不太大时，常采用金属模机器造型。这种毛坯的精度较高，加工余量可适当减小。根据工厂的生产经验，下列数据可供参考：一般平面的加工总余量为6～12mm；孔半径方向的总余量为5～15mm，对手工木模造型应取大值。成批生产直径小于30mm的孔，或单件小批生产直径小于50mm的孔，均不预先铸出。零件铸造后应进行时效处理，以便消除铸件内应力，其加工后精度的稳定性。

　　在单件小批生产条件下，形状简单的箱体也可采用钢板焊接。对其些特定场合，也可采用其它材料。如飞机发动机箱体，为减轻重量，常用镁铝合金。

　　二、零件的结构工艺性

　　箱体零件的结构形状比较复杂，不同的结构形状和使用要求有其不同的结构工艺性。下面仅从机械加工的角度，分析箱体零件结构工艺性的共性问题。

　　1、基本孔

　　箱体上的孔通常有通孔、阶梯孔、盲孔和相交孔等。通孔最为常见，其中以短圆柱孔为多。

　　在通孔内又以孔长L与孔径D之比L/D＜1.5的短圆柱孔工艺性为最好（箱体外壁上多为这种孔）。

　　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，且其中最小孔径又很小，则工艺性越差。阶梯孔的孔径相差越小，其工艺性越好，若孔径相差较大，即存在较大的内端面时，则一般情况下，锪镗内端面比较困难，难以达到精度和表面粗糙度的要求。

　　相贯通的交叉孔的工艺性也较差，如图所示，为改善工艺性，可将其中直径小的孔不铸通，先加工主轴大孔，再加工小孔。

　　盲孔的工艺性最差，不易加工，在精镗或精铰盲孔时，要用手动送进，其内端面更难加工，故盲孔的工艺性差，设计时应量避免。若结构上允许，可将盲孔钻通而改成阶梯孔，以改善其工艺性。

　　2、同轴线上的孔

　　同一轴线上孔径的大小向一个方向递减，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，以较高的同轴度和生产率。

　　为使同轴线的各孔能同时加工，必须使相邻两孔的直径差大于加工余量，否则刀具无法通过前孔到达后孔的加工（如图所示）此外，在设有中间导向时如图所示，除导套直径D2应小于前孔尺寸D1减去余量外，后孔尺寸D3也应小于导套尺寸D2，以免刀具刮中间导套。

　　同轴线上的孔的直径大小从两边向中间递减，可使刀杆从两边进入箱体加工同轴线上各孔，这样，不仅缩短了镗杆的长度，提高了镗杆的刚性，而且为双面同时加工创造了条件，所以大批大量生产的床头箱，常采用此种孔径分布形式。

　　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上的孔径。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、工艺孔

　　为加工或装配的需要，可增设必要的工艺孔。

　　4、装配基面

　　为便于加工和检验，箱体的装配基面尺寸应尽量大，形状应尽量简单。

　　5、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，使加工简单方便。

　　6、紧固孔与螺孔

　　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，为箱体有足够的动刚度与抗振性，应酌情合理使用筋板、筋条，加大圆角半径，收小箱口，加厚主轴前轴承口厚度。

　　（二）箱体加工工艺分析：

　　1、箱体类零件加工的一般工艺线

　　对于中小批生产，其加工工艺线大致是：

　　铸造——划线——平面加工——孔系加工——钻小孔——攻丝；

　　大批大量生产的工艺线大致是：

　　铸造——加工精基准平面及两工艺孔——粗加工其它各平面——精加工精基准平面——粗、精镗各纵向孔——加工各横向孔和各次要孔——钳工去毛刺。

　　以上为整体式箱体的加工工艺线，对于分离式箱体，同样按“先面后孔”及“粗、精分阶段加工”这两个原则安排工艺线。但是整个加工过程必须先对箱盖和底座分别加工对合面、底面、紧固孔和定位销孔，然后再合箱加工轴承孔及其端面等。

　　2、不同批量箱体生产的共性

　　(1)加工顺序为先面后孔

　　(2)加工阶段粗、精分开

　　(3)工序间安排时效处理

　　普通精度的箱体，一般在铸造之后安排一次人工时效处理。

　　一些高精度的箱体或形状特别复杂的箱体，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应力。

　　(4)一般都用箱体上的重要孔作粗基准

　　箱体零件的粗基准一般都用它的重要孔作粗基准，如主轴箱都用主轴孔作粗基准。

　　3、不同批量箱体生产的特殊性

　　(1)粗基准的选择

　　虽然箱体类零件一般都选择重要孔为粗基准，随着生产类型不同，实现以主轴孔为粗基准的工件装夹方式是不同的。

　　中小批生产时，由于毛坏精度较低，一般采用划线装夹。

　　大批大量生产时，毛坯精度较高，可采用夹具装夹。

　　(2)精基准的选择

　　箱体加工精基准的选择也与生产批量大小有关。

　　单件小批生产用装配基准作定位基准。符合基准重合原则，消除了基准不重合误差，这种定位方式也有它的不足之处。刀具系统的刚度不足，当在箱体内部相应的部位设置镗杆导向支承时，由于箱体底部是封闭的，中间支承只能从箱体顶面的开口处把吊架伸入箱体内，每加工一件需装卸一次，且吊架刚性差，制造安装精度较低，经常装卸也容易产生误差，增加辅助时间，因此这种定位方式只适用于单件小批生产。

　　大批量生产时采用一面双孔作为精基准。主轴箱常以顶面和两定位销孔为精基准，这种定位方式，箱口朝下，中间导向支架可固定在夹具上。由于简化了夹具结构，提高了夹具的刚度，同时工件装卸也比较方便，因而提高了孔系的加工质量和劳动生产率。

　　应该指出：这一定位方式也存在一定的问题，由于定位基准与设计基准不重合，产生了基准不重合误差。为箱体的加工精度，必须提高作为定位基准的箱体顶面和两定位销孔的加工精度。

　　(3)所用设备依批量不同而异

　　单件小批生产一般都在通用机床上加工，各工序原则上靠工人技术熟练程度和机床工作精度来。而大批量箱体的加工则广泛采用组合加工机床、专用夹具等，这就大大地提高了生产率。

　　四、箱体零件的平面加工（略）

　　五、箱体类零件的孔系加工

　　孔系——在箱体上一系列有相互精度要求的孔

　　平行孔系

　　孔系同轴孔系

　　交叉孔系

　　孔系的加工方法不仅与生产规模有关，而且也与孔系的精度要求相关。下面分别介绍各种孔系加工及其精度要求的方法。

　　(一)、平行孔系加工

　　平行孔系的主要技术要求是各孔中心线之间及孔中心线与基准面之间的距离尺寸精度和相互精度。平行孔系精度要求的方法有以下几种：

　　1、找

　　找是在通用机床上借助一些辅助装置去找正各个被加工孔的正确。

　　（1）划线找

　　(2)心轴块规找

　　1、心轴2、主轴3、块规4、塞尺5、镗床工作台

　　(3)样板找

　　2、镗模法

　　镗模是一种镗孔夹具。它既具有工件的定位夹紧装置，又有支承和引导镗刀杆的模板装置如图所示。由于镗杆与机床多采用浮动连接，故机床精度对加工精度的影响甚小。

　　3、坐标法

　　（1）定义：坐标法是把被加工孔之间的孔距尺寸换算为两个互相垂直的坐标尺寸，然后按此坐标尺寸，通过控制机床的坐标位移，精确地调整机床主轴与工件在水平和垂直方向的相对，以间接孔距精度。如图所示

　　（2）测量装置：为工作台和主轴的位移精度，必须在镗床上加上坐标测量装置。金属线纹尺

　　镗床坐标测量精密测量装置光学读数头

　　用块规和百分表的测量装置光栅数字显示装置

　　镗床测量装置用游标尺加放大镜的测量装置精密丝杆（加校正尺）

　　坐标镗床的坐标精密测量装置光电瞄准、光栅、磁尺

　　激光仪

　　（3）原始孔的选择

　　首先加工的第一排孔应位于箱壁的一侧，依次加工其他各孔时，工作台只朝一个方向移动。

　　原始孔还应有较高的尺寸精度和较低的表面粗糙度，以加工过程中重新校验坐标原点的准确性。

　　另外，安排加工顺序时要把有孔距要求的两孔紧密地连在一起，以减少坐标尺寸的累积误差对孔距精度的影响。

　　（二）同轴孔系加工

　　在成批生产中为同轴孔系的同轴度常用镗模加工。

　　单件小批生产时，在通用机床上加工，一般不采用镗模。这时可用如下方法同轴线孔的同轴度。

　　1、利用已加工孔作交承导向

　　如图所示，箱体前壁孔加工好后，在孔内装一导向套，借以支承和引导镗杆来加工后壁上的同轴孔。这种方法适用于加工前后两壁相隔较近时的同轴孔。一般需有专用的导套。

　　2、利用镗床后立柱上的导向套作支承导向

　　利用镗床后立柱上的导向套作支承导向解决了因镗杆悬伸过长而挠度大。进而影响同轴度的问题。但需用较长的镗杆，且后立柱导套的调整麻烦、费时。因此，适用于大型箱体的孔系加工。

　　3、从箱体两侧进行镗孔

　　从箱体两侧进行镗孔，即采用调头镗或两次装夹的办法。

　　(三)、交叉孔系加工

　　交叉（或相交）孔系主要应各孔的垂直度要求。加工时应先将精度要求高或表面粗糙度要求较低的孔全部加工好，然后加工另外与之相交叉（或相交）的孔。一般在普通镗床上用工作台上的直角对准装置进行加工控制。由于它是挡块装置，故结构简单，但精度较低。欲提高精度，可用芯棒与百分表找找正。

　　六、孔系加工的精度分析

　　（一）、镗孔时的受力变形

　　1、镗杆受力变形的影响

　　如果忽略工件材质和切削余量不均匀等所引起的切削力变化，

　　在镗孔过程中，相对于被加工孔表面Fyz力的方向随着镗杆的回传而不断改变，若由力Fyz所引起的刀尖径向位移为fF，则镗杆中心偏离了原来的理想中心，但刀尖的运动轨迹仍然呈圆形，所镗出孔的直径比原来减少2fF。

　　镗杆自重

　　镗杆自重ｑ的大小和方向是不变的，由Ｑ力所产生的镗杆最大挠曲变形fQ也始终铅垂向下。如图看出，此时镗刀实际回转中心低于理想中心fQ值，刀尖的运动轨迹仍呈圆形，且圆的大小基本上不变。高速镗削时，fQ很小；低速精镗时，由于切削力及其所产生的fF较小，故相比之下fQ较大，即自重Ｑ对孔加工精度的影响较大。

　　实际上，镗杆在每一瞬间的挠曲变形，是切削力和自重所产生的挠曲变形的合成。而且，由于材质和加工余量的不均匀、切削用量的不一及镗杆伸出长度的变化等，故镗杆的实际回转中心在镗孔过程中作无规律变化，从而引起孔系加工的多种误差。

　　由上分析可知，为了减少镗杆的挠曲变形，以提高孔系加工的几何精度和相对精度，通常可采用下列措施：

　　1）加大镗杆直径和减小悬伸长度；

　　2）采用导向装置，以约束镗杆挠曲变形；

　　3）减小镗杆自重和切削力对挠曲变形的影响。

　　2、镗床受力变形的影响

　　镗床的受力变形主要产生在主轴本身和主轴轴承上。

　　3、工件夹紧变形的影响

　　（二）、镗杆与导套几何形状精度及配合间隙的影响

　　当采用固定式导向装置时，镗杆轴颈在导套内回转。精镗时，由于Ｑ＞Fyz故切削力不能抬起镗杆。随着镗杆的回转，镗杆轴颈表面以不同部位沿导套内孔下方一小范围内接触。因此，镗杆及导套内孔的圆度误差将引起被加工孔的圆度误差。如图所示：

　　（三）、镗削方式的影响

　　1、悬臂镗、镗杆送进

　　采用镗杆送进时，在镗杆不断伸长过程中，由于切削力的作用，使刀尖的挠度值不断增大。切削力与自重综合对被加工孔的影响见图b，使孔径不断减小，轴线弯曲。

　　图a图b

　　2、悬臂镗工作台送进（图a）

　　虽然刀尖在切削力与重力作用下有挠度，但由于采用工作台送进，镗刀伸出长度不变，这个挠度为定值。所以被加工孔的孔径减小一个定值，同时孔的直线性好图b所示。此法的缺点是，机床工作台导轨的不直度会引起孔轴线的偏移和弯曲。当工作台送进方向与主轴回转轴线不平行时，会使孔出现椭圆度。当然，如前所述，这项误差并不十分严重。

　　图a图b

　　3、支承镗、工作台送进（图a）

　　显然，由于工作台送进，两支承点间距离很长，要超过孔长的两倍。但由于是支承镗，其刀尖挠度比以上的减小一倍本方案的特征和方案2相同，即孔轴线的直线性好，孔径尺寸只均匀减小一个更小的定值。

　　4、支承镗、镗杆送进

　　本方案镗杆伸出长度不变。当刀尖处于两支承中间时，切削力产生的挠度比方案3小：所以，抗振性好，但是，由于是镗杆送进，故键刀在支承间的是变化的，因而镗杆自重造成的弯曲度就会影响工件孔轴线的弯曲误差，所以尽管本方案镗杆变形比方案３小，但因轴线的弯曲不易进一步纠正。故并不如方案3好。

　　5、在镗模里加工

　　本方案和前四个方案相比，其变形最小。但由于镗模是和工件以一个整体送进的，在镗削过程中，刀尖处的挠度是一个变值，故镗出的孔的轴线是弯曲的。而纠正孔轴线的弯曲度是不容易的。

　　6、双支承镗、工作台送进

　　这时虽然这时镗杆的跨距比方案4大一倍，但因仅仅由工件送进，双支承与刀具的相对关系未变，所以刀尖挠度为定值，加工出的孔的轴线是直的。就这一点看，比工件镗模里加工又有优越之处。