典型零件工艺分析

第五讲

典型零件加工工艺分析12/16/20231

实际中，零件的结构千差万别，但其基本几何构成不外是外圆、内孔、平面、螺纹、齿面、曲面等。

很少有零件是由单一典型表面所构成，往往是由一些典型表面复合而成。其加工方法较单一表面加工复杂，是典型表面加工方法的综合应用。12/16/202321、轴类零件2、盘、套类零件——齿轮、轴套3、箱体类零件12/16/20233一、轴类零件加工工艺分析（一）轴类零件的功用、结构特点及技术要求轴类零件是机器中经常遇到的典型零件之一。它在机械中主要用于支承齿轮、带轮、凸轮以及连杆等传动件，传递扭矩和承受载荷。

按结构形式不同，轴可以分为阶梯轴、锥度心轴、光轴、空心轴、曲轴、凸轮轴、偏心轴、各种丝杠等，其中阶梯传动轴应用较广，其加工工艺能较全面地反映轴类零件的加工规律和共性。

12/16/2023412/16/20235

轴类零件是旋转体零件，其长度大于直径，一般由同心轴的外圆柱面、圆锥面、内孔和螺纹及相应的端面所组成。

轴的长径比小于5的称为短轴，大于20的称为细长轴，大多数轴介于两者之间。12/16/20236

轴通过轴承支承在箱体上，与轴承配合的轴段称为轴颈。

轴颈是轴的装配基准，它们的精度和表面质量一般要求较高，其技术要求一般根据轴的主要功用和工作条件制定，通常有以下几项：1、尺寸精度2、几何形状精度3、相互位置精度4、表面粗糙度12/16/202371）尺寸精度

轴类零件的主要表面常为两类：

一类是与轴承的内圈配合的外圆轴颈，即支承轴颈，用于确定轴的位置并支承轴，尺寸精度要求较高，通常为IT5~IT7；另一类为与各类传动件配合的轴颈，即配合轴颈，其精度稍低，常为IT6~IT9。12/16/20238

轴类零件的几何形状精度主要是指轴颈、外锥面、莫氏锥孔等的圆度、圆柱度等，一般应将其公差限制在尺寸公差范围内。

对精度要求较高的内外圆表面，应在图纸上标注其允许偏差。2）几何形状精度12/16/202393）相互位置精度

轴类零件的位置精度要求主要是由轴在机械中的位置和功用决定的。

通常应保证装配传动件的轴颈对支承轴颈的同轴度要求，否则会影响传动件（齿轮等）的传动精度，并产生噪声。普通精度的轴，其配合轴段对支承轴颈的径向跳动一般为0.01～0.03mm，

高精度轴（如主轴）通常为0.001～0.005mm。12/16/2023104）表面粗糙度

轴的加工表面都有粗糙度的要求，一般根据加工的可能性和经济性来确定。

一般与传动件相配合的轴径表面粗糙度为Ra2.5～0.63μm，

与轴承相配合的支承轴径的表面粗糙度为Ra0.63～0.16μm。12/16/202311（二）轴类零件的毛坯和材料1、轴类零件的毛坯

轴类零件可根据使用要求、生产类型、设备条件及结构，选用棒料、锻件等毛坯形式。12/16/202312对于外圆直径相差不大的轴，一般以棒料为主；

对于外圆直径相差大的阶梯轴或重要的轴，常选用锻件，这样既节约材料又减少机械加工的工作量，还可改善机械性能。根据生产规模的不同，毛坯的锻造方式有自由锻和模锻两种。

中小批生产多采用自由锻，大批大量生产时采用模锻。12/16/202313

毛坯经过加热锻造后，可使金属内部纤维组织沿表面均匀分布，获得较高的抗拉、抗弯及抗扭强度,一般用于重要的轴。大型轴或结构复杂的轴采用铸件。12/16/2023142、轴类零件的材料

轴类零件材料的选取，主要根据轴的强度、刚度、耐磨性以及制造工艺性而决定，力求经济合理。

轴类零件应根据不同的工作条件和使用要求选用不同的材料并采用不同的热处理规范（如调质、正火、淬火等），以获得一定的强度、韧性和耐磨性。

12/16/202315

常用的轴类零件材料有35、45、50优质碳素钢，以45钢应用最为广泛。对于受载荷较小或不太重要的轴也可用Q235、Q255等普通碳素钢。12/16/202316

对于受力较大，轴向尺寸、重量受限制或者某些有特殊要求的可采用合金钢。如40Cr合金钢可用于中等精度，转速较高的工作场合，该材料经调质处理后具有较好的综合力学性能；选用Cr15、65Mn等合金钢可用于精度较高，工作条件较差的情况，这些材料经调质和表面淬火后其耐磨性、耐疲劳强度性能都较好；12/16/202317

若是在高速、重载条件下工作的轴类零件，选用20Cr、20CrMnTi、20Mn2B等低碳钢或38CrMoA1A渗碳钢，这些钢经渗碳淬火或渗氮处理后，不仅有很高的表面硬度，而且其心部强度也大大提高，因此具有良好的耐磨性、抗冲击韧性和耐疲劳强度的性能。12/16/202318归纳：

轴类零件材料常用45钢，

精度较高的轴可选用40Cr、轴承钢GCr15、弹簧钢65Mn，也可选用球墨铸铁；

对高速、重载的轴，选用20CrMnTi、20Mn2B、20Cr等低碳合金钢或38CrMoAl氮化钢。12/16/202319（三）轴类零件的热处理

锻造毛坯在加工前，均需安排正火或退火处理，使钢材内部晶粒细化，消除锻造应力，降低材料硬度，改善切削加工性能。

调质一般安排在粗车之后、半精车之前，以获得良好的物理力学性能。

表面淬火一般安排在精加工之前，这样可以纠正因淬火引起的局部变形。

精度要求高的轴，在局部淬火或粗磨之后，还需进行低温时效处理。12/16/202320（四）轴类零件加工的工艺分析

(1)轴类零件加工的工艺路线

1)基本加工路线

外圆加工的方法很多，基本加工路线可归纳为四条。

①粗车—半精车—精车

对于一般常用材料，这是外圆表面加工采用的最主要的工艺路线。

12/16/202321②粗车—半精车—粗磨—精磨

对于黑色金属材料，精度要求高和表面粗糙度值要求较小、零件需要淬硬时，其后续工序只能用磨削而采用的加工路线。

③粗车—半精车—精车—金刚石车

对于有色金属，用磨削加工通常不易得到所要求的表面粗糙度，因为有色金属一般比较软，容易堵塞沙粒间的空隙，因此其最终工序多用精车和金刚石车。12/16/202322

④粗车—半精—粗磨—精磨—光整加工

对于黑色金属材料的淬硬零件，精度要求高和表面粗糙度值要求很小，常用此加工路线。12/16/202323

2)典型加工工艺路线

轴类零件的主要加工表面是外圆表面，也还有常见的特形表面，因此针对各种精度等级和表面粗糙度要求，按经济精度选择加工方法。

对普通精度的轴类零件加工，其典型的工艺路线如下：

毛坯及其热处理—预加工—车削外圆—铣键槽—（花键槽、沟槽）—热处理—磨削—终检。

12/16/202324(1)轴类零件的预加工

轴类零件的预加工是指加工的准备工序，即车削外圆之前的工艺。

“

校直”

毛坯在制造、运输和保管过程中，常会发生弯曲变形，为保证加工余量的均匀及装夹可靠，一般冷态下在各种压力机或校直机上进行校直，12/16/202325(2)轴类零件加工的定位基准和装夹1）以工件的中心孔定位

在轴的加工中，零件各外圆表面，锥孔、螺纹表面的同轴度，端面对旋转轴线的垂直度是其相互位置精度的主要项目，

这些表面的设计基准一般都是轴的中心线，若用两中心孔定位，符合基准重合的原则。12/16/202326

中心孔不仅是车削时的定为基准，也是其它加工工序的定位基准和检验基准，又符合基准统一原则。当采用两中心孔定位时，还能够最大限度地在一次装夹中加工出多个外圆和端面。

一般以重要的外圆面作为粗基准定位，加工出中心孔，再以轴两端的中心孔为定位精基准；尽可能做到基准统一、基准重合、互为基准，并实现一次安装加工多个表面。12/16/202327归纳：

中心孔是工件加工统一的定位基准和检验基准，它自身质量非常重要，其准备工作也相对复杂，常常以支承轴颈定位，车（钻）中心锥孔；

再以中心孔定位，精车外圆；以外圆定位，粗磨锥孔；以中心孔定位，精磨外圆；最后以支承轴颈外圆定位，精磨（刮研或研磨）锥孔，使锥孔的各项精度达到要求。12/16/2023282）以外圆和中心孔作为定位基准

——（一夹一顶）

用两中心孔定位虽然定心精度高，但刚性差，尤其是加工较重的工件时不够稳固，切削用量也不能太大。

粗加工时，为了提高零件的刚度，可采用轴的外圆表面和一中心孔作为定位基准来加工。这种定位方法能承受较大的切削力矩，是轴类零件最常见的一种定位方法。12/16/2023293）以两外圆表面作为定位基准

——在加工空心轴的内孔时

例如：机床上莫氏锥度的内孔加工，不能采用中心孔作为定位基准，可用轴的两外圆表面作为定位基准。

当工件是机床主轴时，常以两支撑轴颈（装配基准）为定位基准，可保证锥孔相对支撑轴颈的同轴度要求，消除基准不重合而引起的误差。

12/16/20233012/16/2023314）以带有中心孔的锥堵作为定位基准

——在加工空心轴的外圆表面时

往往采用代中心孔的锥堵或锥套心轴作为定位基准，见下图所示。

12/16/202332

锥堵或锥套心轴应具有较高的精度，锥堵和锥套心轴上的中心孔即是其本身制造的定位基准，又是空心轴外圆精加工的基准。

因此必须保证锥堵或锥套心轴上锥面与中心孔有较高的同轴度。在装夹中应尽量减少锥堵的安装次数，减少重复安装误差。实际生产中，锥堵安装后，中途加工一般不得拆下和更换，直至加工完毕。12/16/202333轴的加工工艺过程实例一

图所示为一蜗杆轴，材料选用40Cr钢12/16/202334该轴φ20j6，φ17k5两外圆表面为支撑轴颈；锥体部分是装配离合器的表面；M18×1处装配圆螺母来固定轴承的轴向位置。根据外形结构其毛坯选用φ50mm的圆钢（棒料），在锯床上按240mm长度下料。

12/16/202335蜗杆轴加工工艺过程

序号工序名称工序内容定位基准1车削车端面钻中心孔粗车左边各外圆，留余量2-3mm，长度上留余量1mm掉头车右端面到238mm，钻中心孔粗车右边各外圆，留余量2-3mm粗车蜗杆螺旋部分，留余量外圆外圆及中心孔外圆及中心孔外圆及中心孔外圆及中心孔2热处理调质处理12/16/2023363车削修研中心孔精车φ22mm到尺寸，φ17mm留余量0.2mm车退刀槽及卡圈槽，倒角掉头精车左侧各外圆到φ26mm、φ20.2mm、φ18mm、φ16mm及φ14mm。车退刀槽，倒角精车蜗杆螺纹，留磨削余量0.1mm。精车锥面，留余量0.2mm。车螺纹M18×1、M12两中心孔两中心孔两中心孔4热处理淬火5磨削修研中心孔，磨φ17k5、φ20j6外圆及锥面到尺寸，磨蜗杆螺纹到尺寸两中心孔12/16/202337轴的加工工艺过程实例二CA6140车床主轴加工工艺分析1．CA6140车床主轴技术要求及功用12/16/20233812/16/20233912/16/20234012/16/202341

由零件简图可知，该主轴呈阶梯状，其上有安装支承轴承、传动件的圆柱、圆锥面，安装滑动齿轮的花键，安装卡盘及顶尖的内外圆锥面，联接紧固螺母的螺旋面，通过棒料的深孔等。12/16/202342⑴支承轴颈

主轴二个支承轴颈圆度公差为0.005mm，径向跳动公差为0.005mm；而支承轴颈1∶12锥面的接触率≥70%；表面粗糙度Ra为0.4

m；支承轴颈尺寸精度为IT5。

因为主轴支承轴颈是用来安装支承轴承，是主轴部件的装配基准面，所以它的制造精度直接影响到主轴部件的回转精度。12/16/202343⑵端部锥孔

主轴端部内锥孔（莫氏6号）对支承轴颈的跳动在轴端面处公差为0.005mm，离轴端面300mm处公差为0.01mm；锥面接触率≥70%；表面粗糙度Ra为0.4

m；硬度要求45~50HRC。

该锥孔是用来安装顶尖或工具锥柄的，其轴心线必须与两个支承轴颈的轴心线严格同轴，否则会使工件（或工具）产生同轴度误差。12/16/202344⑶端部短锥和端面

头部短锥和端面对主轴二个支承轴颈的径向圆跳动公差为0.008mm；表面粗糙度Ra为0.8

m。它是安装卡盘的定位面。

为保证卡盘的定心精度，该圆锥面必须与支承轴颈同轴，而端面必须与主轴的回转中心垂直。12/16/202345⑷空套齿轮轴颈

空套齿轮轴颈对支承轴颈的径向圆跳动公差为0.015mm。

由于该轴颈是与齿轮孔相配合的表面，对支承轴颈应有一定的同轴度要求，否则引起主轴传动啮合不良，当主轴转速很高时，还会影响齿轮传动平稳性并产生噪声。

12/16/202346⑸螺纹

主轴上螺旋面的误差是造成压紧螺母端面跳动的原因之一，所以应控制螺纹的加工精度。

当主轴上压紧螺母的端面跳动过大时，会使被压紧的滚动轴承内环的轴心线产生倾斜，从而引起主轴的径向圆跳动。

12/16/2023472．主轴加工的要点与措施

主轴加工的主要问题是如何保证主轴支承轴颈的尺寸、形状、位置精度和表面粗糙度，主轴前端内、外锥面的形状精度、表面粗糙度以及它们对支承轴颈的位置精度。12/16/202348（1）主轴支承轴颈的尺寸精度、形状精度以及表面粗糙度要求，可以采用精密磨削方法保证。

磨削前应提高精基准的精度。

12/16/202349（2）保证主轴前端内、外锥面的形状精度、表面粗糙度同样应采用精密磨削的方法。

为了保证外锥面相对支承轴颈的位置精度，以及支承轴颈之间的位置精度，通常采用组合磨削法，在一次装夹中加工这些表面。12/16/202350

主轴锥孔相对于支承轴颈的位置精度是靠采用支承轴颈作为定位基准，而让被加工主轴装夹在磨床工作台上加工来保证。

以支承轴颈作为定位基准加工内锥面，符合基准重合原则。在精磨前端锥孔之前，应使作为定位基准的支承轴颈达到一定的精度。

主轴锥孔的磨削一般采用专用夹具。12/16/202351

主轴外圆表面的加工，应该以顶尖孔作为统一的定位基准。但在主轴的加工过程中，随着通孔的加工，作为定位基准面的中心孔消失，工艺上常采用带有中心孔的锥堵塞到主轴两端孔中，让锥堵的顶尖孔起附加定位基准的作用。

12/16/2023523．CA6140车床主轴加工定位基准的选择

主轴加工中，为了保证各主要表面的相互位置精度，选择定位基准时，应遵循基准重合、基准统一和互为基准等重要原则，并能在一次装夹中尽可能加工出较多的表面。

12/16/202353（1）由于主轴外圆表面的设计基准是主轴轴心线，根据基准重合的原则考虑应选择主轴两端的顶尖孔作为精基准面。

用顶尖孔定位，还能在一次装夹中将许多外圆表面及其端面加工出来，有利于保证加工面间的位置精度。所以主轴在粗车之前应先加工顶尖孔。12/16/202354（2）为了保证支承轴颈与主轴内锥面的同轴度要求，宜按互为基准的原则选择基准面。

如车小端锥孔和大端莫氏内锥孔时，以与前支承轴颈相邻而它们又是用同一基准加工出来的外圆柱面为定位基准面（因支承轴颈系外锥面不便装夹）；在精车各外圆（包括两个支承轴颈）时，以前、后锥孔内所配锥堵的顶尖孔为定位基面；12/16/202355

（3）在粗磨莫氏内锥孔时，又以两圆柱面为定位基准面；

粗、精磨两个支承轴颈的锥面时，再次用锥堵顶尖孔定位；

最后精磨莫氏锥孔时，直接以精磨后的前支承轴颈和另一圆柱面定位。定位基准每转换一次，都使主轴的加工精度提高一步。12/16/202356CA6140车床主轴主要加工表面是

75h5、

80h5、

90g5、

105h5轴颈，两支承轴颈及大头锥孔。

它们加工的尺寸精度在IT5~IT6之间，表面粗糙度Ra为0.4~0.8

m。

4．CA6140车床主轴主要加工表面加工工序安排

12/16/202357

一般来说，主轴加工工艺过程可划分为三个加工阶段：即粗加工阶段（包括铣端面、加工顶尖孔、粗车外圆等）；

半精加工阶段（半精车外圆，钻通孔，车锥面、锥孔，钻大头端面各孔，精车外圆等）；

精加工阶段（包括精铣键槽，粗、精磨外圆、锥面、锥孔等）。

12/16/202358

在机械加工工序中间尚需插入必要的热处理工序，这就决定了主轴加工各主要表面总是循着以下顺序的进行，即粗车→调质（预备热处理）→半精车→精车→淬火-回火（最终热处理）→粗磨→精磨。

12/16/202359外圆表面粗加工（以顶尖孔定位）→外圆表面半精加工（以顶尖孔定位）→钻通孔（以半精加工过的外圆表面定位）→锥孔粗加工（以半精加工过的外圆表面定位，加工后配锥堵）→外圆表面精加工（以锥堵顶尖孔定位）→锥孔精加工（以精加工外圆面定位）。主轴主要表面的加工顺序安排如下：

12/16/202360

当主要表面加工顺序确定后，就要合理地插入非主要表面加工工序。

对主轴来说非主要表面指的是螺孔、键槽、螺纹等。这些表面加工一般不易出现废品，所以尽量安排在后面工序进行，主要表面加工一旦出了废品，非主要表面就不需加工了，这样可以避免浪费工时。

但这些表面也不能放在主要表面精加工后，以防在加工非主要表面过程中损伤已精加工过的重要表面。12/16/202361

对凡是需要在淬硬表面上加工的螺孔、键槽等，都应安排在淬火前加工。

非淬硬表面上螺孔、键槽等一般在外圆精车之后，精磨之前进行加工。主轴螺纹，因它与主轴支承轴颈之间有一定的同轴度要求，所以螺纹安排在以非淬火-回火为最终热处理工序之后的精加工阶段进行，这样半精加工后残余应力所引起的变形和热处理后的变形，就不会影响螺纹的加工精度。12/16/2023625．CA6140车床主轴加工工艺过程

生产类型：大批生产；材料牌号：45号钢；毛坯种类：模锻件12/16/202363大批生产CA6140车床主轴工艺过程序号工序名称工序内容定位基准设备1备料

2锻造

模锻

立式精锻机

3热处理

正火

4锯头

5铣端面钻中心孔

毛坯外圆

中心孔机床

6粗车外圆

顶尖孔

多刀半自动车床

7热处理

调质

12/16/202364序号工序名称工序内容定位基准设备9车小端各部

仿形车小端各部外圆

顶尖孔

仿形车床

10钻深孔

钻

48mm通孔

两端支承轴颈

深孔钻床

11车小端锥孔

车小端锥孔（配1∶20锥堵，涂色法检查接触率≥50%）

两端支承轴颈

卧式车床

12车大端锥孔

车大端锥孔（配莫氏6号锥堵，涂色法检查接触率≥30%）、外短锥及端面

两端支承轴颈

卧式车床

13钻孔

钻大头端面各孔

大端内锥孔

摇臂钻床

14热处理

局部高频淬火（

90g5、短锥及莫氏6号锥孔）

高频淬火设备

12/16/202365序号工序名称工序内容定位基准设备15精车外圆

精车各外圆并切槽、倒角

锥堵顶尖孔

数控车床

16粗磨外圆

粗磨

75h5、

90g5、

105h5外圆

锥堵顶尖孔

组合外圆磨床

17粗磨大端锥孔

粗磨大端内锥孔（重配莫氏6号锥堵，涂色法检查接触率≥40%）

前支承轴颈及

75h5外圆

内圆磨床

18铣花键

铣

89f6花键

锥堵顶尖孔

花键铣床

19铣键槽

铣12f9键槽

80h5及M115mm外圆

立式铣床

20车螺纹

车三处螺纹（与螺母配车）

锥堵顶尖孔

卧式车床

12/16/202366序号工序名称工序内容定位基准设备21精磨外圆

精磨各外圆及E、F两端面

锥堵顶尖孔

外圆磨床

22粗磨外锥面

粗磨两处1∶12外锥面

锥堵顶尖孔

专用组合磨床

23精磨外锥面

精磨两处两处1∶12外锥面、D端面及短锥面

锥堵顶尖孔

专用组合磨床

24精磨大端锥孔

精磨大端莫氏6号内锥孔（卸堵，涂色法检查接触率≥70%）

前支承轴颈及

75h5外圆

专用主轴锥孔磨床

25钳工

端面孔去锐边倒角，去毛刺

26检验

按图样要求全部检验

前支承轴颈及

75h5外圆

专用检具

12/16/202367二、箱体类零件的加工工艺分析12/16/202368（一）箱体类零件的功用和结构特点

箱体类零件是机器或箱体部件的基础件。它将机器或箱体部件中的轴、轴承、套和齿轮等零件按一定的相互位置关系装联在一起，按一定的传动关系协调地运动。

因此，箱体类零件的加工质量，不但直接影响箱体的装配精度和运动精度，而且还会影响机器的工作精度、使用性能和寿命。

12/16/202369

上图是几种常见箱体零件的简图。

由图可见，各种箱体零件尽管形状各异、尺寸不一，但其结构均有以下的主要特点：12/16/202370箱体零件结构的主要特点

1）形状复杂

箱体通常作为装配的基础件，在它上面安装的零件或部件愈多，箱体的形状愈复杂，因为安装时要有定位面、定位孔，还要有固定用的螺钉孔等；为了支撑零部件，需要有足够的刚度，采用较复杂的截面形状和加强筋等；

为了储存润滑油，需要具有一定形状的空腔，还要有观察孔、放油孔等；考虑吊装搬运，还必需做出吊钩、凸耳等。

12/16/202371

2）体积较大

箱体内要安装和容纳有关的零部件，因此必然要求箱体有足够大的体积。例如，大型减速器箱体长达4～6m、宽约3～4m。

3）壁薄容易变形

箱体体积大，形状复杂，又要求减少质量，所以大都设计成腔形薄壁结构。但是在铸造、焊接和切削加工过程中往往会产生较大内应力，引起箱体变形。即使在搬运过程中，由于方法不当也容易引起箱体变形。

12/16/202372

4）有精度要求较高的孔和平面

这些孔大都是轴承的支承孔，平面大都是装配的基准面，它们在尺寸精度、表面粗糙度、形状和位置精度等方面都有较高要求。其加工精度将直接影响箱体的装配精度及使用性能。因此，一般说来，箱体不仅需要加工部位较多，而且加工难度也较大。据统计资料表明，一般中型机床厂用在箱体类零件的机械加工工时约占整个产品的15%～20%。

12/16/202373

（二）箱体类零件的技术要求

上图为某车床主轴箱简图，现以它为例，可归纳为以下5项精度要求：

12/16/202374主轴箱箱体类零件的5项主要精度要求

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。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；孔径过小，会使配合过紧，轴承将因外圈变形而不能正常运转，缩短寿命。装轴承的孔不圆，也使轴承外圈变形而引起主轴径向跳动。

12/16/202375

因此，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IT6～IT7。孔的几何形状精度未作规定，一般控制在尺寸公差范围内。12/16/202376

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，会使轴和轴承装配到箱体内出现歪斜，从而造成主轴径向跳动和轴向窜动，也加剧了轴承磨损。孔系之间的平行度误差，会影响齿轮的啮合质量。

一般同轴上各孔的同轴度约为最小孔尺寸公差之半。

12/16/202377

3）孔和平面的位置精度

一般都要规定主要孔和主轴箱安装基面的平行度要求，它们决定了主轴和床身导轨的相互位置关系。

这项精度是在总装通过刮研来达到的。为了减少刮研工作量，一般都要规定主轴轴线对安装基面的平行度公差。在垂直和水平2个方向上，只允许主轴前端向上和向前偏。

12/16/2023784）主要平面的精度

装配基面的平面度影响主轴箱与床身联接时的接触刚度，加工过程中作为定位基面则会影响主要孔的加工精度。

因此规定底面和导向面必须平直，用涂色法检查接触面积或单位面积上的接触点数来衡量平面度的大小。顶面的平面度要求是为了保证箱盖的密封性，防止工作时润滑油泄出。

当大批大量生产将其顶面用作定位基面加工孔时，对它的平面度的要求还要提高。

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5）表面粗糙度

重要孔和主要平面的粗糙度会影响联接面的配合性质或接触刚度，其具体要求一般用Ra值来评价。

一般主轴孔Ra值为0.4μm，其它各纵向孔Ra值为1.6μm，孔的内端面Ra值为3.2μm，装配基准面和定位基准面Ra值为0.63μm～2.5μm，其它平面的Ra值为2.5μm～10μm。

12/16/202380（三）箱体类零件的材料、毛坯及热处理

箱体零件有复杂的内腔，应选用易于成型的材料和制造方法。铸铁容易成型、切削性能好、价格低廉，并且具有良好的耐磨性和减振性。

因此，箱体零件的材料大都选用HT200～HT400的各种牌号的灰铸铁。最常用的材料是HT200，而对于较精密的箱体零件（如坐标镗床主轴箱）则选用耐磨铸铁。

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某些简易机床的箱体零件或小批量、单件生产的箱体零件，为了缩短毛坯制造周期和降低成本，可采用钢板焊接结构。

某些大负荷的箱体零件有时也根据设计需要，采用铸钢件毛坯。在特定条件下，为了减轻质量，可采用铝镁合金或其它铝合金制做箱体毛坯，如航空发动机箱体等。

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铸件毛坯的精度和加工余量是根据生产批量而定的。

对于单件小批量生产，一般采用木模手工造型。这种毛坯的精度低，加工余量大，其平面余量一般为7～12mm，孔在半径上的余量为8～14mm。

在大批大量生产时，通常采用金属模机器造型。

此时毛坯的精度较高，加工余量可适当减低，则平面余量为5～10mm，孔（半径上）的余量为7～12mm。12/16/202383

为了减少加工余量，对于单件小批生产直径大于50mm的孔和成批生产大于30mm的孔，一般都要在毛坯上铸出预孔。另外，在毛坯铸造时，应防止砂眼和气孔的产生；

应使箱体零件的壁厚尽量均匀，以减少毛坯制造时产生的残余应力。

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热处理是箱体零件加工过程中的一个十分重要的工序，需要合理安排。由于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500oC～550oC，保温4h～6h，冷却速度小于或等于30oC/h，出炉温度小于或等于200oC。12/16/202385

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。

12/16/202386（四）箱体类零件的加工方法

箱体零件主要是一些平面和孔的加工，其加工方法和工艺路线常有：

平面加工可用粗刨—精刨、粗刨—半精刨—磨削、粗铣—精铣或粗铣—磨削（可分粗磨和精磨）等方案。其中：刨削生产率低，多用于中小批生产。铣削生产率比刨削高，多用于中批以上生产。

当生产批量较大时，可采用组合铣和组合磨的方法来对箱体零件各平面进行多刃、多面同时铣削或磨削。12/16/20238712/16/202388

箱体零件上轴孔加工可用粗镗（扩）—精镗（铰）或粗镗（钻、扩）—半精镗（粗铰）—精镗（精铰）方案。对于精度在IT6，表面粗糙度Ra值小于1.25μm的高精度轴孔（如主轴孔）则还需进行精细镗或珩磨、研磨等光整加工。

对于箱体零件上的孔系加工，当生产批量较大时，可在组合机床上采用多轴、多面、多工位和复合刀具等方法来提高生产率。

12/16/20238912/16/20239012/16/202391（五）典型箱体零件加工工艺分析

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。12/16/202392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。

12/16/20239312/16/202394主轴箱小批生产工艺过程

序号工序内容定位基准1铸造2时效3漆底漆4划线：考虑主轴孔有加工余量，并尽量均匀。划C、A及E、D加工线5粗、精加工顶面A按线找正6粗、精加工B、C面及侧面D顶面A并校正主轴线7粗、精加工两端面E、FB、C面8粗、半精加工各纵向孔B、C面9精加工各纵向孔B、C面10粗、精加工横向孔B、C面11加工螺孔及各次要孔12清洗、去毛刺倒角13检验12/16/202395主轴箱大批生产工艺过程序号工序内容定位基准1铸造2时效3漆底漆4铣顶面AI孔与II孔5钻、扩、绞2-Ф8H7工艺孔（将6-M10mm先钻至Ф7.8mm,绞2-Ф8H7）顶面A及外形6铣两端面E、F及前面D顶面A及两工艺孔7铣导轨面B、C顶面A及两工艺孔8磨顶面A导轨面B、C12/16/2023969粗镗各纵向孔顶面A及两工艺孔10精镗各纵向孔顶面A及两工艺孔11精镗主轴孔I顶面A及两工艺孔12加工横向孔及各面上的次要孔13磨B、C导轨面及前面D顶面A及两工艺孔14将2-Ф8H7及4-Ф7.8mm均扩钻至Ф8.5mm，攻6-M10mm15清洗、去毛刺倒角16检验12/16/202397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，扩孔或绞孔时，刀具也不易崩刃。

特别注意！12/16/202398

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。

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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。

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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。

12/16/20231011）粗基准的选择

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

定位基准的选择

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①中小批生产时，由于毛坯精度较低，一般采用划线装夹。

加工箱体平面时，按线找正装夹工件，这样，就体现了以主轴孔为粗基准。12/16/2023103

②大批大量生产时，毛坯精度较高，可直接以主轴孔在夹具上定位。以主轴孔为粗基准铣顶面的夹具

1、3、5—支承2—辅助支承4—支架6—挡销7—短轴8—活动支柱9、10—操纵手柄11—螺杆12—可调支承13—夹紧块

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先将工件放在1、3、5预支承上，并使箱体侧面紧靠支架4，端面紧靠挡销6，进行工件预定位。然后操纵手柄9，将液压控制的两个短轴7伸人主轴孔中