机械制造工艺第4章-典型零件加工工艺箱体

第四章典型零件加工4.2箱体类零件的加工12组合机床主轴箱剖分式减速器箱体车床主轴箱一、箱体零件概述3图

某车床主轴箱简图

4箱体类零件的结构特点

1．结构形状比较复杂，有内腔；2、体积较大，箱体壁薄且厚薄不均；

3．有许多精度要求很高的孔（孔系）和装配用的基准平面

4．精度要求较低的紧固用孔。

51、孔的尺寸、形状精度要求箱体轴承孔的尺寸精度、形状精度和表面粗糙度直接影响与轴承的配合精度和轴的回转精度。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;孔径太小,会使配合偏紧,轴承将因外环变形,不能正常运转而缩短寿命。装轴承的孔不圆,也会使轴承外环变形而引起主轴径向圆跳动。因此，对孔的精度要求是较高的。箱体类零件的主要技术要求62、孔的相互位置精度要求各轴承孔的中心距和轴线的平行度箱体上有齿轮啮合关系的相邻轴承孔之间，有一定的孔距尺寸精度与轴线的平行度要求，以保证齿轮副的啮合精度，减小工作中的噪声与振动，还可减小齿轮的磨损。

同轴线的轴承孔的同轴度同一轴线上各孔的同轴度误差和孔端面对轴线的垂直度误差,会使轴和轴承装配到箱体内出现歪斜,从而造成主轴径向圆跳动和轴向窜动,也加剧了轴承磨损。

73、轴承孔轴线对装配基准面的平行度要求

机床主轴轴线对装配基准面的平行度误差会影响机床的加工精度。4、箱体主要平面的精度要求

箱体的主要平面是指装配基准面和加工中的定位基准面，它们直接影响箱体在加工中的定位精度，影响箱体与机器总装后的相对位置与接触刚度，因而具有较高的形状精度(平面度)和表面粗糙度要求。8二、箱体零件的材料、毛坯和热处理箱体零件材料常选灰铸铁,常用的牌号有HT100～HT400。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。某些简易箱体为了缩短毛坯制造的周期而采用钢板焊接结构。非铸铁材料例：飞机发动箱体采用铝镁合金摩托车曲轴箱采用铝合金9铸件毛坯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。单件小批生产直径大于50、成批生产直径大于30的孔，铸出毛坯孔10铸件热处理毛坯铸造时,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，毛坯铸造后要安排退火或时效处理。

精度要求高或壁薄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。11（一）拟定加工工艺原则。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。三、箱体零件机械加工工艺分析12

1、先面后孔（1）平面面积大,用其定位稳定可靠;（2）平面比孔加工容易。（3）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。132、粗精分开粗、精加工分开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。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143、基准的选择精基准的选择①用装配基准定位消除基准不重合误差，箱口朝上，更换导向套、安装调整刀具、测量孔径尺寸、观察加工情况等都很方便。

加工箱体内部隔板上的孔时，设置刀杆的导向支承，使用活动结构的吊架镗模刚度较差，精度不高，且操作费事。适合生产批量不大或无中间孔壁的简单箱体15②“一面两孔”定位基准统一，一次装夹，可加工除定位面以外的五个平面和孔系；夹具结构简单，装卸工件方便，定位可靠；适合大批量生产，组合机床和自动线上加工箱体16粗基准的选择①重要孔余量均匀②旋转零件与箱内壁间隙足够③保持必要外形尺寸④定位夹紧可靠。—般选择主轴轴承孔和一个与其相距较远的轴承孔作为粗基准。主轴孔为粗基准时的装夹方式单件、中小批——毛坯精度较低，划线找正法安装工件大批量——专用夹具定位，工件安装迅速，生产率高171,3,4支承5支架9挡销8操纵手柄6轴7支承柱10可调支承2辅助支承11夹紧块选主轴承孔毛坯面和距主轴孔较远的Ⅰ轴孔作粗基准。保证主轴孔加工余量均匀，还可保证箱体内壁与各装配件间有足够的间隙。184．工序集中大批大量生产中，箱体类零件的加工广泛采用组合机床、专用机床或数控机床等其他高效机床来使工序集中。这样可以有效地提高生产率，减少机床数目和占地面积，同时有利于保证各表面之间的相互位置精度。5．合理安排热处理普通精度箱体零件毛坯铸造后人工时效处理、粗加工前进行。高精度箱体或形状特复杂箱体，通常粗加工后还要安排一次人工时效处理。196．加工方法和加工设备的选择箱体上的轴承孔通常在卧式镗床上进行加工，轴承孔的端面可以在镗孔时的一次安装中加工出来。导轨面、底面、顶面或对合面等主要表面的粗、精加工，通常在龙门铣床或龙门刨床上加工，小型的也可在普通铣床上加工。联接孔、螺纹孔、销孔、通油孔等可以在摇臂钻床、立式钻床或组合专用机床上加工。20（二）箱体零件孔系加工1、平行孔系的加工

平行孔系的轴线要互相平行且孔距也有精度要求。

⒈找正法⑴划线找正法——加工前按照零件图在毛坯上划出各孔的位置轮廓线，然后按划线一一进行加工。21生产率低，孔距精度较低，一般在0.5~1mm左右。22⑵心轴和块规找正法

孔距精度可达±0.03㎜.23⑶样板找正法

用10~20㎜厚的钢板制成样板，装在垂直于各孔的端面上。孔距精度可达±0.05㎜。样板成本低，单件小批大型箱体加工24（2）镗模法利用镗模加工孔系。镗孔时，工件装夹在镗模上，镗杆被支承在镗模的导套里，增加了系统刚性。

孔距精度主要取决于镗模,一般可达0.05mm25

（3）坐标法将孔系所有孔距尺寸及其公差换算成直角坐标系中的坐标尺寸及公差，按换算后的坐标尺寸，调整机床镗削加工。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。26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,便于校验其坐标尺寸。基准孔应位于箱壁的一侧，这样依次加工各孔时，工作台朝一个方向移动，以避免往返移动误差；孔心距精度要求较高的两孔应连在一起加工。272.同轴孔系的加工成批生产时，一般用镗模加工，同轴度由镗模保证单件小批生产时1)利用已加工孔作支承导向只适于加工距箱壁较近的孔

图利用已加工孔导向

282)利用镗床后立柱上的导向套支承导向这种方法其镗杆系两端支承,刚性好。但此法调整麻烦,镗杆长,较笨重,故只适于单件小批生产中大型箱体的加工。29

3)采用调头镗

当箱体与箱壁相距较远时,可采用调头镗。工件在一次装夹下,镗好一端孔后,将镗床工作台回转180°,再调整工作台位置,使已加工孔与镗床主轴同轴,然后再加工另一端孔。

图调头镗孔时工件的校正

30车床主轴箱箱体零件的加工工艺过程A31序号工序内容定位基准1铸造

2时效3漆底漆某主轴箱大批生产工艺过程325顶面A及外形6顶面A及两工艺孔7顶面A及两工艺孔8导轨面B、C9顶面A及两工艺孔10顶面A及两工艺孔11顶面A及两工艺孔1213顶面A及两工艺孔序号工序内容定位基准钻、扩、绞2-Ф8H7工艺孔（将6-M10mm先钻至Ф7.8mm,绞2-Ф8H7）铣两端面E、F及前面D铣导轨面B、C磨顶面A粗镗各纵向孔精镗各纵向孔精镗主轴孔I加工横向孔及各面上的次要孔磨B、C导轨面及前面D14将2-Ф8H7及4-Ф7.8mm均扩钻至Ф8.5mm，攻6-M10mm4I孔与II孔

铣顶面A33

15清洗、去毛刺倒角

16检验序号工序内容定位基准34353637383940414243445顶面A及外形6顶面A及两工艺孔7顶面A及两工艺孔8导轨面B、C9顶面A及两工艺孔10顶面A及两工艺孔11顶面A及两工艺孔1213顶面A及两工艺孔序号工序内容定位基准钻、扩、绞2-Ф8H7工艺孔（将6-M10mm先钻至Ф7.8mm,绞2-Ф8H7）铣两端面E、F及前面D铣导轨面B、C磨顶面A粗镗各纵向孔精镗各纵向孔精镗主轴孔I加工横向孔及各面上的次要孔磨B、C导轨面及前面D14将2-Ф8H7及4-Ф7.8mm均扩钻至Ф8.5mm，攻6-M10mm4I孔与II孔

铣顶面A重要表面原则基准统一先面后孔※45五、箱体的检验

1.箱体零件的主要检验项目

⑴各加工的表面粗糙度及外观检查；⑵孔的尺寸精度、孔距精度；⑶孔和平面的尺寸精度、几何形状精度；⑷孔系的相互位置精度（孔轴线的同轴度、平行度、垂直度、孔轴线与平面的平行度、垂直度）46表面粗糙度检验通常用目测或样板比较法，只有当Ra值很小时，才考虑使用光学量仪或用粗糙度仪；孔的尺寸精度：一般用塞规检验；单件小批生产时可用内径千分尺或内径千分表检验；若精度要求很高可用气动量仪检验。平面的直线度：可用平尺和厚薄规或水平仪与样板检验；平面的平面度：可用自准直仪或水平仪与样板检验，也可用涂色检验。三坐标测量机可同时对零件的尺寸、形状和位置等进行高精度的测量。472.箱体零件孔系位置精度及孔距精度的检验用检验棒检验同轴度是一般工厂最常用的方法。当孔系同轴度精度要求不高时，可用通用的检验棒配上检验套进行检验。当孔系同轴度精度要求较高时，可采用专用检验棒检验。48孔间距检验当孔距的精度要求不高时，可直接用游标卡尺检验。当孔距精度要求较高时，可用心轴与千分尺检验。1.孔距:A=L+(d1+d2)/2A=L-(d2+d3)/22.轴线间平行度:f∥=L1-L249孔的轴线对基面的平行度检验孔的轴线之间的平行度检验孔平行度的检验50测量孔轴线与端面的垂直度a）采用模拟心轴及百分表（或千分表）；b）将带有检验圆盘的心轴插入孔内，用着色法检验圆盘与端面的接触情况；或者用塞尺检查圆盘与端面的沟隙Δ，可确定孔轴线与端面的垂直度误差。51一、齿轮零件的加工齿轮传动在现代机器和仪器中的应用极为广泛，其功用是按照规定的速比传递运动和动力。第三节其他典型零件加工52531、齿轮的选材齿轮的材料一般采用中碳结构钢和低、中碳合金结构钢，如45、20Cr、40Cr、20CrMnTi等；对于一些重载、高速、、有冲击载荷的齿轮，可选用18CrMnTi、38CrMoAIA、18CrMoTi等强度和韧性较好的合金材料，以提高齿轮的硬度、耐磨性和抗冲击能力；对于传力较小的齿轮，可以选用铸铁、加布胶木和尼龙等材料。有色金属：黄铜HPb59-1、青铜QSnPl0-1、铝合金542、齿轮毛坯的制造齿轮毛坯的形式主要有：棒料、锻件、铸件。棒料：用于小尺寸、结构简单而且对强度要求低的齿轮。锻件：多用于齿轮要求强度高，还要耐磨、耐冲击的场合。锻造后要进行正火处理，消除锻造应力，改善晶粒组织和切削性能。铸件：多用于直径大于400～600mm的齿轮。大尺寸、低精度的齿轮，可以直接铸造出轮齿；小尺寸、形状复杂的齿轮，可纵采用精密铸造、压力铸造、粉末冶金、热轧、冷轧等新工艺来制造，以提高劳动生产率，节约原材料。553、齿坯热处理钢料齿坯常用的热处理：正火或调质。锻件或铸件：采用正火或退火，安排在铸造或锻造之后，切削加工之前。这样可消除残留的铸造或锻造的应力，使组织重新结晶得到细化，从而改善了切削性能和表面粗糙度。棒料齿坯：采用正火或调质处理，一般安排在粗车之后，这样可以消除粗车形成的内应力4、轮齿的热处理轮齿常用的热处理：高频淬火、渗碳、氮化。

56（二）齿轮机械加工工艺1、圆柱齿轮的机械加工工艺过程一般可归纳为以下的工艺路线。毛坯制造—齿坯热处理—齿坯加工—齿形加工—轮齿热处理—轮齿主要表面精加工—轮齿精加工。572、齿坯加工方案的选择

①大批大量生产的齿坯加工。多采用“钻—拉—多刀车”的工艺方案：

以毛坯外圆及端面定位进行钻孔或扩孔、拉孔；以孔定位在多刀半自动车床上粗、精车外圆、端面、车槽及倒角等。②成批生产的齿坯加工。常采用“车—拉—车”的工艺方案：

以齿坯外圆或轮毂定位，粗车外圆、端面和内孔；以端面支承拉孔(或花键孔)；以孔定位精车外圆及端面等。③单件小批生产：内孔、外圆、端面的粗精加工都可在普通车床上进行。58齿坯的大量生产的两个发展趋势：1、向切削加工自动化方向发展2、向少无切削加工方向发展。热轧齿轮、冷轧齿轮、精锻、粉末冶金等新工艺。这些工艺方法具有生产率高、材料消耗少、成本低等一系列优点，但加工精度较低，生产批量小时成本高。593、齿形加工①仿形法：所用刀具切削刃的形状与被切削齿轮齿槽的形状相同。常用方法：铣齿，拉齿应用：单件小批和加工精度要求不高的齿轮②展成法：应用齿轮啮合的原理来加工工件。常用方法：滚齿、插齿、剃齿、珩齿、磨齿加工精度和生产效率高，刀具通用性好，应用广泛60

直齿圆柱齿轮的成形铣削61

滚齿的运动加工6-10级精度齿轮62插齿就是用插齿刀在插齿机上加工齿轮的齿形。加工7-9级精度齿轮63剃齿剃齿是利用一对交错轴斜齿轮啮合的原理在剃齿机上进行的。剃齿一般可达到5～7级精度，剃齿的生产率高，在成批生产中主要用于滚(或插)齿预加工后，淬火前的精加工。64珩齿珩齿原理和运动与剃齿相同，主要区别就是刀具不同，以及珩磨轮的转速比剃齿刀高。珩齿主要用来切除热处理后齿面上的氧化皮及毛刺。其加工精度取决于前工序的加工精度和热处理的变形量。一般能加工6～7级精度齿轮，轮齿Ra0.8～0.4µm。珩齿的生产率高，在大批量生产中得到广泛的应用。多用于剃齿和淬火后齿形的精加工

65磨齿磨齿是目前齿形精加工中加工精度最高的方法，对磨齿前的加工误差及热处理变形有较强的修正能力。加工精度可达3～6级，轮齿表面粗糙度Ra0.8～0.2µm。但加工成本高，生产率较低，多用于齿形淬硬后的光整加工。66加工方法加工原理加工质量生产率设

备应用范围精度等级齿面粗糙度Ra/µm铣齿成形法96.3～3.2较插齿、滚齿低普通铣床单件修配生产中，加工低精度外圆柱齿轮、锥齿轮、蜗轮拉齿成形法71.6～0.4高拉床大批量生产7级精度的内齿轮，因外齿轮拉刀制造甚为复杂，故少用插齿展成法9～73.2～1.6一般较滚齿低插齿机单件成批生产中，加工中等质量的内外圆柱齿轮、多联齿轮滚齿展成法10～63.2～1.6较高滚齿机单件和成批生产中，加工中等质量的外圆柱齿轮、蜗轮剃齿展成法7～50.8～0.4高剃齿机精加工未淬火的圆柱齿轮珩齿展成法7～60.8～0.4很高珩齿机光整加工已淬火的圆柱齿轮，适用于成批和大量生产磨齿成形法展成法7～30.8～0.2成形法高于展成法磨齿机精加工已淬火的圆柱齿轮常用的齿形加工方法67定位基准的选择小直径轴齿轮，采用两端中心孔或锥体作定位基准大直径轴齿轮，采用轴颈定位，并以一大端面作支承带孔齿轮通常以内孔与端面定位68直齿圆柱齿轮加工实例HRC51-5569工序工序名称工序内容定位基准加工机床0备料1锻自由锻毛坯空气锤2热处理正火703车粗车全部加工表面，均留余量2mm外圆、端面4车精车内孔至于，总长及B面留余量0.2mm，其余量达图样规定尺寸外圆、端面5滚齿滚制齿面，留磨齿余±0.2～0.3余量，达Ra值1.6µm内孔、端面B6钳齿端面倒角并去毛剌7热处理齿部高频淬火，52～58HRC8磨靠磨大端面B内孔9磨磨端面C，总长至尺寸大端面B10插插键槽至尺寸大端面B，内孔11磨磨内孔至要求，加工前找正内孔及大端面(允差0.01mm)内孔、大端面B12磨齿磨齿达图样规定尺寸内孔、大端面B外圆磨床平面磨床插床磨齿机内圆磨床滚齿机13钳去全部毛刺14检验按图样规定要求检查71二、套筒类零件加工72（一）概述：1、套筒类零件的结构特点：功用——支承旋转轴，引导刀具等结构特点——同轴度较高的内外回转面；壁薄易变形；长度大于直径

内孔是套筒类零件的最主要表面，起导向和支撑作用，通常与旋转轴、刀具、活塞等相配合。外圆是支承表面，常以过盈或过渡配合同箱体或机架上的孔相连接。733、套筒类零件的材料及毛坯

材料：钢、铸铁、粉末冶金、铜及其合金、尼龙和工程塑料。有的滑动轴承用离心铸造法在钢或铸铁内壁上浇铸巴士合金材料。

毛坯：孔径小的一般选热轧或冷拉棒料，也可以采用实心铸件。孔径较大的采用无缝钢管或带孔空心铸件或锻件。大批量生产可采用冷挤压或粉末冶金等先进毛坯制造工艺。74（二）机械加工工艺套类零件的主要加工表面有内孔、外圆和端面，内孔既是装配基准又是设计基准，加工精度和表面粗糙度一般要求较高；内外圆之间的同轴度及端面与孔的垂直度也有一定技术要求。保证套筒表面位置精度的方法：

①一次安装完成内外圆表面及端面的加工；②主要加工面内外圆面互为基准反复加工；③采用定位精度高的夹具。75外圆表面加工：车削和磨削。孔加工方法：要考虑零件的结构特点、孔径大小、长径比、精度和表面粗糙度要求以及生产规模等各种因素。对于加工精度要求较高的孔，常用的方案是：钻孔—半精车孔或镗孔—粗磨孔—精磨孔。76精基准的选择(1)以内孔作为精基准：通过内孔安装在心轴上，简单方便，刚性较好，应用普遍。(2)以外圆作为精基准：当内孔的直径太小或长度太短或不适于定位时，则先加工外圆，再以外圆定位加工内孔。这种方法一般采用卡盘装夹，动作迅速可靠。如果采用弹性膜片卡盘、液性塑料夹头等定心精度较高的专用夹具，可获得较高的位置精度。77防止套筒变形的工艺措施如下：1、减少夹紧力的影响，改变夹紧力的方向，即径向夹紧为轴向夹紧。2、用过渡套或弹簧套夹紧，做出工艺凸边或工艺螺纹夹紧工件也可采用软卡爪装夹套筒。78典型的工艺路线大致是：调质（或正火）—粗车端面、外圆—钻孔、粗精镗孔—钻法兰小孔、插键槽等—热处理—磨外圆—磨端面、磨内孔。79长套筒零件的加工

8081三、叉杆零件的加工（一）概述叉杆是一些外形不规则的中小型零件，如机床拨叉、连杆、铰链杠杆等。结构外形不太规则，刚性较差。为此必须合理选择定位基准和装夹方式，以确保准确定位和避免加工中的变形。由于零件功能的需要，这类零件一般都有1-2个主要孔，既是装配基准又是设计基准，因此它本身的精度及与其他表面之间的位置精度要求较高。叉杆零件的材料多为碳钢，毛坯一般为模锻件，少数受力不大的叉杆零件也可以采用铸铁毛坯。82

83（二）机械加工工艺装配基准面为φ15.81mm的孔因此选择定位基准时应该以该孔为主要的精基准，并辅以端面和其他表面定位，既能使大多数表面的位置精度要求符合“基准重合”原则，定位又比较稳定，夹具结构也比较简单。84孔加工的两种方案：当生产批量不太大时，常采用钻一扩一铰的典型方案，一次安装下把孔加工出来，孔的尺寸精度容易保证；当批量较大时，常采用钻一拉