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1、5.3 箱体类零件加工 工艺设计（一）主要内容箱体零件结构特点分析1箱体零件不同型面加工策略23箱体零件技术要求、加工路线5.3.1 箱体零件的功用、结构特点l箱体是各类机器的基础零件，用于将机器和部件箱体是各类机器的基础零件，用于将机器和部件中的轴、套、轴承和齿轮等有关零件连成一个整中的轴、套、轴承和齿轮等有关零件连成一个整体，使之保持正确的相对位置，并按照一定的传体，使之保持正确的相对位置，并按照一定的传动关系协调地运转和工作。动关系协调地运转和工作。l箱体的加工质量直接影响机器的性能、精度和寿箱体的加工质量直接影响机器的性能、精度和寿命。命。l如汽车上的变速器壳、发动机缸体和机床上的主如
2、汽车上的变速器壳、发动机缸体和机床上的主轴箱等。轴箱等。几种箱体的结构简图（a a）组合机床主轴箱；（）组合机床主轴箱；（b b）车床进给箱；）车床进给箱；（c c）分离式减速箱；）分离式减速箱；（d d）泵壳）泵壳箱体类零件的结构特点箱体类零件的结构特点箱体零件的尺寸大小、结构形式，随其用途不同箱体零件的尺寸大小、结构形式，随其用途不同有很大差别！但是，在结构上仍有有很大差别！但是，在结构上仍有共同的特点：共同的特点：l结构复杂、箱壁薄且壁厚不均匀、内部呈腔型。结构复杂、箱壁薄且壁厚不均匀、内部呈腔型。l在箱壁上既有精度要求较高的轴承孔和装配用的在箱壁上既有精度要求较高的轴承孔和装配用的基准
3、平面，也有精度要求较低的紧固孔和次要平基准平面，也有精度要求较低的紧固孔和次要平面。面。l箱体零件的加工部位多、加工精度高、加工难度箱体零件的加工部位多、加工精度高、加工难度大！大！5.3.2 箱体零件的主要技术要求对毛坯铸造质量要求较严格，不允许有气孔、砂对毛坯铸造质量要求较严格，不允许有气孔、砂眼、疏松和裂纹等铸造缺陷。眼、疏松和裂纹等铸造缺陷。为了便于切削加工，多数铸铁箱体需要经过退火为了便于切削加工，多数铸铁箱体需要经过退火处理，以降低表面硬度。处理，以降低表面硬度。为了确保使用过程中不变形，重要箱体往往安排为了确保使用过程中不变形，重要箱体往往安排较长时间的自然时效以释放内应力。较长
4、时间的自然时效以释放内应力。（1 1）支承孔的尺寸精度、形状精度和表面粗糙度）支承孔的尺寸精度、形状精度和表面粗糙度l箱体上的主要支承孔（如主轴孔），其尺寸公差箱体上的主要支承孔（如主轴孔），其尺寸公差等级为等级为IT6IT6，圆度允差为，圆度允差为0.0060.0080.0060.008、表面粗、表面粗糙值为糙值为Ra0.80.4mRa0.80.4m。l箱体上的其他支承孔，其尺寸公差等级为箱体上的其他支承孔，其尺寸公差等级为IT6IT7IT6IT7级，圆度允差为级，圆度允差为0.010.01左右，表面粗糙度值为左右，表面粗糙度值为Ra1.60.8mRa1.60.8m。（2 2）支承孔之间的相
5、互位置精度）支承孔之间的相互位置精度l箱体上有齿轮啮合关系的孔系之间，应有一定的箱体上有齿轮啮合关系的孔系之间，应有一定的孔距尺寸精度、平行度要求。孔距尺寸精度、平行度要求。l保证齿轮的啮合精度，减少噪声和振动，保证齿保证齿轮的啮合精度，减少噪声和振动，保证齿轮寿命。轮寿命。l同一轴线的孔应有一定的同轴度要求。同一轴线的孔应有一定的同轴度要求。l支承孔间中心距公差一般为支承孔间中心距公差一般为0.050.05。l轴线的平行度公差为轴线的平行度公差为0.030.10.030.1/300/300。l同轴线孔的同轴度公差一般为同轴线孔的同轴度公差一般为0.020.02。（3 3）主要平面的形状精度、
6、相互位置精度和表面粗）主要平面的形状精度、相互位置精度和表面粗糙度糙度l箱体的主要平面，一般都是装配或加工中的定位箱体的主要平面，一般都是装配或加工中的定位基准面，它直接影响箱体和机器总装时的相对位基准面，它直接影响箱体和机器总装时的相对位置精度、接触刚度、定位精度等。置精度、接触刚度、定位精度等。l一般箱体上装配和定位基面，平面度公差在一般箱体上装配和定位基面，平面度公差在0.050.05范围内；表面粗糙度值在范围内；表面粗糙度值在Ra1.6mRa1.6m以内。以内。l主要结合平面，一般需要进行刮研、磨削等精加主要结合平面，一般需要进行刮研、磨削等精加工，以保证接触良好工，以保证接触良好。（
7、4 4）支承孔与主要平面间的相互位置精度）支承孔与主要平面间的相互位置精度l箱体的主要支承孔与装配基面的位置精度，由该箱体的主要支承孔与装配基面的位置精度，由该部件装配后精度要求确定，一般为部件装配后精度要求确定，一般为0.020.02左右，左右，多采用修配法进行调整。多采用修配法进行调整。l如采用完全互换法，则应由加工精度来保证，且如采用完全互换法，则应由加工精度来保证，且精度要求较高。精度要求较高。箱体加工的一般原则（1 1）先面后孔原则）先面后孔原则l先加工平面，后加工支承孔，是箱体零件加工的先加工平面，后加工支承孔，是箱体零件加工的一般规律。一般规律。l原因在于：箱体类零件的加工一般是
8、以平面为精原因在于：箱体类零件的加工一般是以平面为精基准来加工孔，按照先基准、后其他的原则，作基准来加工孔，按照先基准、后其他的原则，作为精基准的先加工；平面的面积较大，定位准确为精基准的先加工；平面的面积较大，定位准确可靠，先面后孔容易保证孔系的加工精度，先加可靠，先面后孔容易保证孔系的加工精度，先加工平面可以切去铸件表面的凸凹不平等缺陷，对工平面可以切去铸件表面的凸凹不平等缺陷，对孔加工有利。如减少钻头引偏、刀具崩刃等。孔加工有利。如减少钻头引偏、刀具崩刃等。（2 2）粗精分开、先粗后精原则）粗精分开、先粗后精原则l由于箱体的结构形状复杂，主要表面的精度高，由于箱体的结构形状复杂，主要表面
9、的精度高，一般应将粗、精工序分开，并分别在不同精度的一般应将粗、精工序分开，并分别在不同精度的机床上加工。机床上加工。（3 3）先主后次原则）先主后次原则l紧固螺钉孔、油孔等小孔的加工，一般应放在支紧固螺钉孔、油孔等小孔的加工，一般应放在支承孔粗加工半精加工之后、精加工之前进行。承孔粗加工半精加工之后、精加工之前进行。（4 4）合理安排时效处理）合理安排时效处理l对普通精度的箱体类零件，一般在毛坯铸造之后对普通精度的箱体类零件，一般在毛坯铸造之后安排一次人工时效即可；对一些高精度或形状特安排一次人工时效即可；对一些高精度或形状特别复杂的箱体，应在粗加工之后再安排一次人工别复杂的箱体，应在粗加工
10、之后再安排一次人工时效。时效。箱体类零件的工艺过程铸造毛坯铸造毛坯退火退火 划线划线粗加工主要平面粗加工主要平面粗加粗加工支承孔工支承孔时效时效 划线划线精加工主要平面精加工主要平面精加工精加工支承孔支承孔 加工其他次要表面加工其他次要表面检验。检验。箱体类零件的材料与毛坯箱体类零件常用材料多为普通灰铸铁，其牌号可箱体类零件常用材料多为普通灰铸铁，其牌号可根据需要选用根据需要选用HT150 HT350HT150 HT350，用得较多的是，用得较多的是HT200HT200。灰铸铁的铸造性、可加工性好，价格低廉，具有灰铸铁的铸造性、可加工性好，价格低廉，具有较好的吸振性、耐磨性等。较好的吸振性、耐
11、磨性等。在特别需要减轻箱体质量的场合，可采用有色金在特别需要减轻箱体质量的场合，可采用有色金属合金。如航空发动机箱体，常用镁属合金。如航空发动机箱体，常用镁-铝合金等有铝合金等有色轻金属制造色轻金属制造。箱体零件的结构工艺性（1 1）箱体的基本孔）箱体的基本孔l可分为通孔、阶梯孔、盲孔和交叉孔等几类。可分为通孔、阶梯孔、盲孔和交叉孔等几类。l通孔的工艺性为最好，尤其是孔的长度与孔径通孔的工艺性为最好，尤其是孔的长度与孔径之比之比L/D11.5L/D11.5的短圆柱孔，工艺性为更好。的短圆柱孔，工艺性为更好。lL/DL/D5 5的孔，称为深孔。若深孔精度要求较高、的孔，称为深孔。若深孔精度要求较
12、高、表面粗糙度值较小时，加工就比较困难。表面粗糙度值较小时，加工就比较困难。l阶梯孔的工艺性较差，尤其当孔径相差很大而阶梯孔的工艺性较差，尤其当孔径相差很大而其中小孔又较小时，工艺性就更差。其中小孔又较小时，工艺性就更差。l盲孔的工艺性很差，应尽量避免，或将箱体的盲孔的工艺性很差，应尽量避免，或将箱体的盲孔钻通而改为阶梯孔，以改善其工艺性。盲孔钻通而改为阶梯孔，以改善其工艺性。l交叉孔的工艺性也较差。交叉孔的工艺性也较差。（2 2）箱体的同轴孔）箱体的同轴孔l箱体上同一轴线上各孔的孔径排列方式有三种：箱体上同一轴线上各孔的孔径排列方式有三种：（a a）孔径大小向一个方向递减；）孔径大小向一个方
13、向递减；（b b）孔径大小从两边向中间递减；）孔径大小从两边向中间递减；（c c）孔径大小不规则排列）孔径大小不规则排列 （a a）为孔径大小向一个方向递减，且相邻两孔径直径之差大）为孔径大小向一个方向递减，且相邻两孔径直径之差大于孔的毛坯加工余量，这种排列方式便于镗杆和刀具从一端深于孔的毛坯加工余量，这种排列方式便于镗杆和刀具从一端深入同时加工同轴线上的各孔，在单位小批生产中，这种结构最入同时加工同轴线上的各孔，在单位小批生产中，这种结构最为方便。为方便。（b b）为孔径大小从两边向中间递减。加工时可使刀杆从两边）为孔径大小从两边向中间递减。加工时可使刀杆从两边进入，这样不仅缩短了镗杆长度，
14、提高了镗杆的刚度，而且为进入，这样不仅缩短了镗杆长度，提高了镗杆的刚度，而且为双面同时加工创造了条件，所以大批量生产的箱体常采用这种双面同时加工创造了条件，所以大批量生产的箱体常采用这种形式。形式。（c c）所示为孔径大小不规则排列，工艺性差，应尽量避免。）所示为孔径大小不规则排列，工艺性差，应尽量避免。（3 3）箱体的端面）箱体的端面l箱体的外端面凸台，应尽可能在同一平面箱体的外端面凸台，应尽可能在同一平面上，否则加工就比较麻烦。上，否则加工就比较麻烦。l箱体的内端面加工比较困难，如果结构上箱体的内端面加工比较困难，如果结构上必须加工时，应尽可能使内端面尺寸小于必须加工时，应尽可能使内端面尺
15、寸小于刀具需穿过的孔加工前的直径，如图（刀具需穿过的孔加工前的直径，如图（a a）所示，结构合理。所示，结构合理。l若如图（若如图（b b）所示，加工时镗杆伸进后才能）所示，加工时镗杆伸进后才能装刀，镗杆退出前又需将刀卸下，结构不装刀，镗杆退出前又需将刀卸下，结构不合理。合理。l当内端面尺寸过大时，还需采用专用的径当内端面尺寸过大时，还需采用专用的径向进给装置，工艺性更差。向进给装置，工艺性更差。（4 4）箱体的装配基面）箱体的装配基面l尺寸应尽可能大，形状应尽量简单，以利于加工、尺寸应尽可能大，形状应尽量简单，以利于加工、装配和检验。装配和检验。l箱体上紧固孔的尺寸规格应尽可能一致，以减少箱
16、体上紧固孔的尺寸规格应尽可能一致，以减少加工中换刀的次数。加工中换刀的次数。5.3.3 箱体零件不同型面加工策略1.箱体零件的平面加工：l箱体平面的加工，常用的是箱体平面的加工，常用的是刨、铣、磨刨、铣、磨3 3种方法。种方法。l刨削、铣削常用做平面的粗加工、半精加工；磨刨削、铣削常用做平面的粗加工、半精加工；磨削则用做平面的精加工。削则用做平面的精加工。（1 1）刨削）刨削l刀具结构简单，机床调整方便。刀具结构简单，机床调整方便。l在龙门刨床上可以利用几个刀架，在一次装夹中在龙门刨床上可以利用几个刀架，在一次装夹中同时或依此完成若干个表面的加工，能保证表面同时或依此完成若干个表面的加工，能保
17、证表面间相互位置精度要求。间相互位置精度要求。l精刨可以代替刮削。精刨后的表面粗糙度值可达精刨可以代替刮削。精刨后的表面粗糙度值可达Ra2.50.63mRa2.50.63m，平面度可达，平面度可达0.002mm/m0.002mm/m。（2 2）铣削）铣削l生产率高。在中批以上生产中多用铣削加工平面。当加生产率高。在中批以上生产中多用铣削加工平面。当加工尺寸较大的箱体平面时，多利用龙门铣床，用几把铣工尺寸较大的箱体平面时，多利用龙门铣床，用几把铣刀、同时加工几个平面。刀、同时加工几个平面。l端铣刀在结构、制造精度、刀具材料等方面都有很大改端铣刀在结构、制造精度、刀具材料等方面都有很大改进，生产率
18、比普通精加工端铣刀高进，生产率比普通精加工端铣刀高3535倍，表面粗糙度倍，表面粗糙度达达Ra1.25mRa1.25m。（3 3）平面磨削）平面磨削l加工质量，比刨、铣都高。磨削表面的表面粗糙度值达加工质量，比刨、铣都高。磨削表面的表面粗糙度值达Ra1.250.32mRa1.250.32m。l生产批量较大时，箱体的主要平面常用磨削来精加工。生产批量较大时，箱体的主要平面常用磨削来精加工。2.箱体类零件的孔系加工l箱体上一系列有相互位置精度要求的孔的组合，箱体上一系列有相互位置精度要求的孔的组合，成为孔系。成为孔系。l孔系可分为：孔系可分为：平行孔系、同轴孔系、交叉孔系平行孔系、同轴孔系、交叉孔
19、系。l孔系加工是箱体加工的关键。孔系加工是箱体加工的关键。（1 1）平行孔系的加工）平行孔系的加工l所谓平行孔系，是指孔的轴线相互平行且孔距也所谓平行孔系，是指孔的轴线相互平行且孔距也有精度要求的孔系。有精度要求的孔系。l平行孔系的加工时，主要考虑如何保证各孔间位平行孔系的加工时，主要考虑如何保证各孔间位置精度的保证问题，包括各孔轴线之间、轴线与置精度的保证问题，包括各孔轴线之间、轴线与基准之间的尺寸精度和平行度等。基准之间的尺寸精度和平行度等。l平行孔系采用的加工方法主要有平行孔系采用的加工方法主要有三种三种：找正法。找正法。镗模法。镗模法。坐标法。坐标法。（2 2）同轴孔系的加工同轴孔系的
20、加工l成批生产中箱体同轴孔系的同轴度几乎都由镗模成批生产中箱体同轴孔系的同轴度几乎都由镗模保证。保证。l同轴度可用下面几种方法来保证：同轴度可用下面几种方法来保证：利用已加工孔作为支承导向。利用已加工孔作为支承导向。利用镗床后立柱上的导向套支撑导向。利用镗床后立柱上的导向套支撑导向。采用调头镗。采用调头镗。（3 3）交叉孔系的加工）交叉孔系的加工l箱体上交叉孔系的加工，主要是控制有关孔的垂箱体上交叉孔系的加工，主要是控制有关孔的垂直度误差。直度误差。l在多面加工的组合机床上加工交叉孔系，其垂直在多面加工的组合机床上加工交叉孔系，其垂直度主要由机床和模板保证。度主要由机床和模板保证。l在普通镗床上加工交叉孔系，其垂直度主要靠机在普通镗床上加工交叉孔系，其垂直度主要靠机床的挡板保证，但其定位精度较低。床的挡板保证，但其定位精度较低。l为了提高其定位精度，可以用心轴和百分表找正。为了提高其定位精度，可以用心轴和百分表找正。