项目32箱体类零件机械加工工艺编制

任务3.2箱体类零件的工艺路线拟定

3.2-1

概述（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位置，以传递转矩或改变转速来完成规定的动作。（一）

箱体零件的功用及结构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，且有较高的相互位置精度要求。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。（一）

箱体零件的功用及结构3、

分类：箱体零件从结构功能上看可分为两大类：整体式、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。（二）

箱体零件的主要技术要求：2、支承孔之间的相互位置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。（二）

箱体零件的主要技术要求：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位置精度。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。（二）

箱体零件的主要技术要求：4、支承孔与主要平面间的尺寸精度及相互位置精度。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。

(三)、零件的材料与毛坯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，保证其加工后精度的稳定性。

(三)、零件的材料与毛坯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。3.2-2、箱体零件的结构工艺性

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，以保证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位置（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，而无须调整刀具的位置，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，为保证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。3.2-3工艺路线的拟定一、加工经济精度与加工方法的选择加工经济精度：指在正常的加工条件下（采用符合质量标准的设备和工艺装备，使用标准技术等级的工人、不延长加工时间），一种加工方法所能保证的加工精度和表面粗糙度。3.2-3工艺路线的拟定

加工精度与成本关系：任何一种加工方法的加工精度与加工成本之间有如图3.2-7所示关系。图中δ为加工误差，表示加工精度，C表示加工成本。由图中曲线可知，两者关系的总趋势是加工成本随着加工误差的下降而上升，但在不同的误差范围内成本上升的比率不同。3.2-3工艺路线的拟定3.2-3工艺路线的拟定图3.2-8加工精度与年代的关系3.2-3工艺路线的拟定表3-1,表3-2,分别给出了外圆表面，内孔及平面加工中各种加工方法所对应的经济加工精度和表面粗糙度。可供选择时参考。p66p75外圆表面的加工路线图3.2-9给出了外圆表面的典型加工路线，以及路线中各工序所能达到的精度和粗糙度。这些路线有可概括成四条基本路线：1.粗车-半精车-精车这是应用最广泛的一条工艺路线。只要工件材料可以进行切削加工，精度要求不高于IT7、粗糙度Ra≥0.8μm的零件表面，均可采用此加工路线。如果精度要求较低，可只取到半精车，甚至只取到粗车。

2.粗车-半精车-粗磨-精磨此工艺路线主要用于黑色金属材料，特别是结构钢零件和半精车后有淬火要求的零件。表面精度要求不高于IT6、粗糙度Ra值不小于0.16μm的外圆表面，均可安排此工艺路线。

3．粗车-半精车-粗磨-精磨-光整加工若采用第二条工艺路线仍不能满足精度、尤其是粗糙度的要求，可采用此工艺路线，即在精磨以后增加一道光整加工工序。常用的光整加工方法有研磨、砂带磨削、低粗糙度磨削、超精加工以及抛光等。

4.粗车-半精车-精车-金刚石车此加工路线主要适用于工件材料不宜采用磨削加工的高精度外圆表面，如铜、铝等有色金属及其合金以及非金属材料的零件表面。图3.2-10是典型的孔的加工路线框图。可把它归纳为以下四条基本的加工路线：1)钻（粗镗）-粗拉-精拉此加工路线多用于大批量生产中加工盘套类零件的圆孔、单键孔和花键孔。加工出的孔的尺寸精度可达IT7，且加工质量稳定，生产效率高。当工件上无铸出或锻出的毛坯孔时，第一道工序安排钻孔；若有毛坯孔，则安排粗镗孔；如毛坯孔的精度好，也可直接拉孔。2)钻-扩-铰此工艺路线主要用于直径D＜φ50mm的中小孔加工，是一条应用最为广泛的加工路线，在各种生产类型中都有应用。加工后孔的尺寸精度通常达IT6～8，表面粗糙度Ra0.8～3.2μm。若尺寸﹑形状精度和粗糙度要求还要高，可在铰后安排一次手铰。由于铰削加工对孔的位置误差的纠正能力差，因此孔的位置精度主要由钻-扩来保证；位置精度要求高的孔不宜采用此加工方案。3)钻（粗镗）-半精镗-精镗-浮动镗（或金刚镗）这也是一条应用非常广泛的加工路线，在各种生产类型中都有应用。用于加工未经淬火的黑色金属及有色金属等材料的高精度孔和孔系（IT5～7级，Ra0.16～1.25μm）。与钻-扩-铰工艺路线不同的是：1.所能加工的孔径范围大，一般孔径D≥φ18mm即可采用装夹式镗刀镗孔；2.加工出孔的位置精度高，如金刚镗多轴镗孔，孔距公差可控制在±0.005～±0.01mm，常用于加工位置精度要求高的孔或孔系，如连杆大小头孔，机床主轴箱孔系等。4)钻（粗镗）-半精镗-粗磨-精磨-研磨（或珩磨）这条工艺路线用于黑色金属特别是淬硬零件的高精度的孔加工。其中研磨孔的原理和工艺与前述外圆研磨相同，只是此时研具是一圆棒。图3.2-11为常见平面加工路线框图，可概括为五条基本工艺路线：1)粗铣-半精铣-精铣-高速精铣铣削是平面加工中用得最多的方法。若采用高速精铣作为终加工，不但可达到较高的精度，而且可获得较高的生产效率。高速精铣的工艺特点是：高速（V=200～300m/min），小进给（f=0.03～0.10mm/Z）,小吃深（ap＜2mm＝，其精度和效率，主要取决于铣床的精度和铣刀的材料﹑结构和精度，以及工艺系统的刚度。2)粗刨-半精刨-精刨-宽刀精刨或刮研此工艺路线以刨削加工为主。通常，刨削的生产率较铣削低，但机床运动精度易于保证刨刀的刃磨和调整也较方便，故在单件小批生产﹑特别在重型机械生产中还应用较多。宽刀精刨可以达到较高的精度和较低的表面粗糙度，在大平面精加工中用以代替刮研。刮研是获得精密平面的传统加工方法，由于其生产率低，劳动强度大，已逐渐被其它机械加工方法代替，但在单件小批生产中仍普遍采用。3)粗铣（刨）-半精铣（刨）-粗磨-精磨-研磨﹑精密磨﹑砂带磨或抛光此工艺路线主要用于淬硬表面或高精度表面的加工，淬火工序可安排在半精铣（刨）之后。4)粗拉-精拉这是一条适合于大批量生产的加工路线，主要特点是生产率高，特别是对台阶面或有沟槽的表面，优点更为突出。如发动机缸体的底平面﹑曲轴轴瓦的半圆孔及分界面，都是一次拉削完成的。由于拉削设备和拉刀价格昂贵，因此只有在大批量生产中使用才经济。5)粗车-半精车-精车-金刚石车此加工路线主要用于有色金属零件的平面加工，这些零件有时就是外圆或内孔的端面。如果是黑色金属，则在精车以后安排精磨﹑砂带磨等工序。二、

加工阶段的划分为了保证零件的加工质量﹑生产效率和经济性，通常在安排工艺路线时，将其划分成几个阶段。对于一般精度零件，可划分成粗加工﹑半精加工和精加工三个阶段。对精度要求高和特别高的零件，还需安排精密加工（含光整加工）和超精密加工阶段。二、

加工阶段的划分1）粗加工阶段主要去除各加工表面的大部分余量，并加工出精基准。

2）半精加工阶段减少粗加工阶段留下的误差，使加工面达到一定的精度，为精加工做好准备，并完成一些精度要求不高表面的加工。

二、

加工阶段的划分3）精加工阶段主要是保证零件的尺寸﹑形状﹑位置精度及表面粗糙度，这是相当关键的加工阶段。大多数表面至此加工完毕，也为少数需要进行精密加工或光整加工的表面做好准备。二、

加工阶段的划分4）精密和超精密加工阶段精密和超精密加工采用一些高精度的加工方法，如精密磨削﹑珩磨﹑研磨﹑金刚石车削等，进一步提高表面的尺寸、形状精度，降低表面粗糙度，最终达到图纸的精度要求。二、

加工阶段的划分划分加工阶段的好处

1）有利于保证零件的加工质量。

2）便于及时发现毛坯的缺陷，可以避免以后精加工的经济损失。

3）可以合理安排加工设备和操作工人，有利于延长精加工设备的寿命。

4）便于组织生产。三、机械加工工序顺序的安排原则

1)先基准面后其它应首先安排被选作精基准的表面的加工，再以加工出的精基准为定位基准，安排其它表面的加工。该原则还有另外一层意思，是指精加工前应先修一下精基准。例如，精度要求高的轴类零件，第一道加工工序就是以外圆面为粗基准加工两端面及顶尖孔，再以顶尖孔定位完成各表面的粗加工；精加工开始前首先要修整顶尖孔，以提高轴在精加工时的定位精度，然后再安排各外圆面的精加工。

三、机械加工工序顺序的安排原则

2)先粗后精这是指先安排各表面粗加工，后安排精加工。

三、机械加工工序顺序的安排原则

3)先主后次主要表面一般指零件上的设计基准面和重要工作面。这些表面是决定零件质量的主要因素，对其进行加工是工艺过程的主要内容，因而在确定加工顺序时，要首先考虑加工主要表面的工序安排，以保证主要表面的加工精度。在安排好主要表面加工顺序后，常常从加工的方便与经济角度出发，安排次要表面的加工。三、机械加工工序顺序的安排原则

4)先面后孔这主要是指箱体和支架类零件的加工而言。一般这类零件上既有平面，又有孔或孔系，这时应先将平面（通常是装配基准）加工出来，再以平面为基准加工孔或孔系。此外，在毛坯面上钻孔或镗孔，容易使钻头引偏或打刀。此时也应先加工面，再加工孔，以避免上述情况的发生。四、热处理和表面处理工序的安排1）为改善材料切削性能而进行的热处理工序（如退火、正火等），应安排在切削加工之前进行。2）为消除内应力而进行的热处理工序（如退火、人工时效等），最好安排在粗加工之后，精加工之前进行；有时也可安排在切削加工之前进行。

四、热处理和表面处理工序的安排3）为改善工件材料的力学物理性质而进行的热处理工序（如调质、淬火等）通常安排在粗加工后、精加工前进行。其中渗碳淬火一般安排在切削加工后，磨削加工前进行。而表面淬火和渗氮等变形小的热处理工序，允许安排在精加工后进行。四、热处理和表面处理工序的安排4）为了提高零件表面耐磨性或耐蚀性而进行的热处理工序以及以装饰为目的的热处理工序或表面处理工序（如镀铬、镀锌、氧化、煮黑等）一般放在工艺过程的最后。检验工序的安排

检验工序的安排

在工艺规程中，应在下列情况下安排常规检验工序:

1）重要工序的加工前后；

2）不同加工阶段的前后，如粗加工结束﹑精加工前；精加工后﹑精密加工前；

3)工件从一个车间转到另一个车间前后；

4）零件的全部加工结束以后。五、工序的集中与分散

零件的加工顺序确定以后，在确定各工序的具体加工内容时，可有两种设计思路：一种是工序数多而各工序的加工内容少，称之为工序分散；另一种是工序数少而各工序的加工内容多，称之为工序集中。工序集中特点

1）在一次安装中可加工出多个表面，不但减少了安装次数，而且易于保证这些表面之间的位置精度；

2）有利于采用高效的专用机床和工艺装备；

3）所用机器设备的数量少，生产线的占地面积小，使用的工人也少，易于管理；

4）机床结构通常较为复杂，调整和维修比较困难。工序分散的特点是:

1）使用的设备较为简单，易于调整和维护；

2）有利于选择合理的切削用量；

3）使用的设备数量多，占地面积较大，使用的工人数量也多。

工序集中与工序分散的应用

工序设计时究竟是采取工序分散还是工序集中，应根据生产纲领﹑零件的技术要求﹑产品的市场前景以及现场的生产条件等因素综合考虑后决定。传统的流水线、自动线生产，多采用工序分散的组织形式（个别工序亦有相对集中的情况，例如，箱体类零件采用组合机床加工孔系），对于大批量生产而言，这种组织形式可以获得高的生产效率和低的生产成本，缺点是柔性差，转换困难。对于多品种、中小批量生产，为便于转换和管理，多采用工序集中方式。数控加工中心采用的便是典型的工序集中方式。由于市场需求的多变性，对生产过程的柔性要求越来越高，工序集中将越来越成为生产的主流方式。定位基准的选择定位基准包括粗基准和精基准。

用未加工过的毛坯表面做基准称粗基准，用已加工过的表面做基准称精基准。1）精基准的选择精基准的选择（1）基准重合原则即选用设计基准作为定位基准，以避免定位基准与设计基准不重合而引起的基准不重合误差。精基准的选择（2）基准统一原则应采用同一组基准定位加工零件上尽可能多的表面，这就是基准统一原则。这样可以简化工艺规程的制订工作，减少夹具设计、制造工作量和成本，缩短生产准备周期；由于减少了基准转换，便于保证各加工面的相互位置精度。精基准的选择（3）自为基准原则某些要求加工余量小而均匀的精加工工序，选择加工表面本身作为定位基准，称为自为基准原则。例如图5.2-5所示的导轨面磨削，在导轨磨床上，用百分表找正导轨面相对机床运动方向的正确位置，然后加工导轨面以保证导轨面余量均匀，满足对导轨面的质量要求。精基准的选择（4）互为基准原则当对工件上两个相互位置精度要求很高的表面进行加工时，需要用两个表面互相作为基准，反复进行加工，以保证位置精度要求。例如车床主轴要求前后轴径与前锥孔同心如图5.2-6所示，工艺上先以前后轴径定位，加工通孔、后锥孔和前锥孔，再以前锥孔及后锥孔（附加定位基准）定位加工前后轴径，经过几次反复，由粗加工、半精加工至精加工，最后以前后径定位，加工前孔，保证的较高的同轴度。精基准的选择精基准的选择（5）所选精基准应保证工件安装可靠，夹具设计简单、操作方便。2）粗基准选择原则（1）如果要求保证工件上某种重要表面的加工余量均匀，则应选用该表面为粗基准。例如，车床床身粗加工时，为保证导轨面均匀的金相组织和较高的耐磨性，应使其加工余量适当而且均匀，因此应选择导轨面A作为粗基准先加工床脚面，再以床脚面B为精基准加工导轨面。如图5.2-7所示。2）粗基准选择原则（2）若主要要求保证加工面与不加工面之间的位置要求，则应选不加工面为粗基准，如图5.2-7示零件，选不加工的外圆A为粗基准，从而保证其壁厚均匀。2）粗基准选择原则如果工件上有好几个不加工面，则应选择其中与加工面位置要求不高的加工面为粗基准，以便于保证精度要求，使外形对称等。如果零件上每个表面都要加工，则应选加工余量最小的表面为粗基准，以避免该表面在加工时因余量不足而留下部分毛坯面，造成工件废品。2）粗基准选择原则（3）作为粗基准的表面，应尽量平整光洁，有一定面积，以使工件定位可靠、夹紧方便。2）粗基准选择原则（4）粗基准在同一尺寸方向上只能使用一次。因为毛坯面粗糙且精度低，重复使用将产生较大的误差。

实际上，无论精基准还是粗基准的选择，上述原则都不可能同时满足，有时还是互相矛盾的。因此，在选择时应根据具体情况进行分析，权衡利弊，保证其主要的要求。任务3.4箱体类零件工艺规程编制如图所示，各种箱体的工艺过程虽然随着箱体的机构、精度要求和生产批量的不同而有较大差异，但亦有共同特点。下面结合实例来分析一般箱体加工中的共性问题。主轴箱是整体式箱体中结构较为复杂、要求又高的一种箱体，其加工的难度较大，现以此为例来分析箱体的工艺过程。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。因为箱体孔的精度要求高，加工难度大，先以孔为粗基准加工平面，再以平面为精基准加工孔，这样不仅为孔的加工提供了稳定可靠的精基准，同时还可以使孔的加工余量较为均匀。由于箱体上的孔分布在箱体各平面上，先加工好平面，钻孔时，钻头不易引偏，扩孔或铰孔时，刀具也不易崩刃。一、制订箱体工艺过程的共同性原则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。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。一、制订箱体工艺过程的共同性原则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。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℃。一、制订箱体工艺过程的共同性原则普通精度的箱体零件，一般在铸造之后安排1次人工时效出理。对一些高精度或形状特别复杂的箱体零件，