轴承箱零件的加工工艺分析

7.3　轴承箱零件的加工工艺分析

7.3.1　轴承箱零件的加工方法

轴承箱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，多用于中小批量生产。铣削生产率比刨削高，多用于中批量以上生产。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。轴承箱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。对于轴承箱零件上的孔系加工，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。

7.3.2　制订轴承箱零件工艺过程的原则

轴承箱零件的工艺过程虽然随着轴承箱的机构、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。下面结合东方汽轮机厂60万中间轴承箱实例来分析一般轴承箱零件加工中的共性问题。

60万中间轴承箱组合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，现以此为例来分析轴承箱零件的工艺过程。

（1）加工顺序为先面后孔　轴承箱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。因为轴承箱孔的精度要求高，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。由于轴承箱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。

（2）加工阶段粗、精分开　轴承箱零件的结构复杂，壁厚不均，刚性不好，而加工精度要求又高，故轴承箱零件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，有利于保证轴承箱的加工精度。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。

（3）工序间合理安排热处理　轴承箱零件的结构复杂，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4～6h，冷却速度小于或等于30℃/h，出炉温度小于或等于200℃。

普通精度的轴承箱零件，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轴承箱零件，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。轴承箱零件人工时效的方法，除了加热保温法外，也可采用震动时效来达到消除残余应力的目的。

（4）用轴承箱上的重要孔作粗基准　轴承箱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他各轴孔的加工余量均匀，还能较好地保证各轴孔轴心线与轴承箱不加工表面的相互位置。

7.3.3　轴承箱零件定位基准的选择

1．粗基准的选择

虽然轴承箱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。

（1）中小批量生产时，由于毛坯精度较低，一般采用画线装夹，其方法如下：

首先将轴承箱用千斤顶安放在平台上，如图7.4（a）所示，调整千斤顶，使主轴孔I和A面与台面基本平行，D面与台面基本垂直，根据毛坯的主轴孔画出主轴孔的水平线I-I，在4个面上均要画出，作为第1校正线。画此线时，应根据图样要求，检查所有加工部位在水平方向是否均有加工余量，若有的加工部位无加工余量，则需要重新调整I-I线的位置，做必要的借正，直到所有的加工部位均有加工余量，才将I-I线最终确定下来。I-I线确定之后，即画出A面和C面的加工线。然后将轴承箱翻转90°，D面一端置于3个千斤顶上，调整千斤顶，使I-I线与台面垂直（用大角尺在两个方向上校正），根据毛坯的主轴孔并考虑各加工部位在垂直方向的加工余量，按照上述同样的方法画出主轴孔的垂直轴线II-II作为第2校正线，如图7.4（b）所示，也在4个面上均画出。依据II-II线画出D面加工线。再将箱体翻转90°如图7.4（c）所示，将E面一端至于3个千斤顶上，使I-I线和II-II线与台面垂直。根据凸台高度尺寸，先画出F面，然后再画出E面加工线。

在加工轴承箱平面时，按线找正装夹工件，这样，就体现了以主轴孔为粗基准。

图7.4　轴承箱的画线

（2）大批大量生产时，毛坯精度较高，可直接以主轴孔为准在夹具上定位，采用图7.5的夹具装夹。

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伸入主轴孔中。每个短轴上有3个活动支柱8，分别顶住主轴孔的毛面，将工件抬起，离开1、3、5各支承面。这时，主轴孔轴心线与两短轴轴心线重合，实现了以主轴孔为粗基准定位。为了限制工件绕两短轴的回转自由度，在工件抬起后，调节两可调支承12，辅以简单找正，使顶面基本成水平，再用螺杆11调整辅助支承2，使其与箱体底面接触。最后操纵手柄10，将液压控制的两个夹紧块13插入轴承箱两端相应的孔内夹紧，即可加工。

虽然轴承箱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。

60万中间轴承箱加工为单件小批生产，由于毛坯精度较低，一般采用画线装夹，粗基准选择的方法是：

首先将60万中间轴承箱用千斤顶安放在平台上，如图7.6所示，调整千斤顶，使2号支持轴承孔水平中心线与基准台面基本平行，2号支持轴承轴孔垂直中心线与基本面垂直，根据毛坯轴承孔画出2号支持轴承孔的水平中心线和垂直中心线，作为第1校正线。画此线时，应根据图样要求，检查所有加工部位在水平方向是否均有加工余量，若有的加工部位无加工余量，则需要重新调整基准线的位置，做必要的借正，直到所有的加工部位均有加工余量，才将两条基准线最终确定下来。两条基准线确定之后，即画出中分面和底平面的加工线。在加工60万中间轴承箱平面时，按线找正装夹工件，这样，就体现了是以主轴孔为粗基准的。

图7.5　以主轴孔为粗基准铣顶面的夹具

图7.6　中间轴承箱定位基准

2．精基准的选择

轴承箱加工精基准的选择也与生产批量大小有关。

（1）单件小批生产用装配基面作定位基准。在60万中间轴承箱单件小批量加工孔系时，选择轴承箱底面键槽和中分面作定位基准，底面键槽和中分面既是轴承箱的装配基准，又是主轴孔的设计基准，并与轴承箱的两端面、侧面及各主要纵向轴承孔在相互位置上有直接联系，故选择底面键槽和中分面作定位基准，不仅消除了轴承孔加工时的基准不重合误差，而且用导轨面底面键槽和中分面定位稳定可靠，装夹误差较小。在加工各孔时，由于箱口朝上，所以更换导向套、安装调整刀具、测量孔径尺寸、观察加工情况等都很方便。

这种定位方式也有它的不足之处。加工轴承箱中间壁上的孔时，为了提高刀具系统的刚度，应当在轴承箱内部相应的部位设置刀杆的导向支承。由于轴承箱底部是封闭的，中间支承只能用如图7.7所示的吊架从轴承箱顶面的开口处伸入箱体内，每加工一件需装卸一次，吊架与镗模之间虽有定位销定位，但吊架刚性差，制造安装精度较低，经常装卸也容易产生误差，且使加工的辅助时间增加，因此这种定位方式只适用于单件小批量生产。

图7.7　吊架式镗模夹具

（2）量大时采用一面两孔作定位基准。大批量生产的轴承箱常以顶面和两定位销孔为精基准，如图7.8所示。

这种定位方式在加工时箱体口朝下，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，同时工件的装卸也比较方便，因而提高了孔系的加工质量和劳动生产率。

图7.8　轴承箱以一面两孔定位

这种定位方式的不足之处在于定位基准与设计基准不重合，产生了基准不重合误差。为了保证轴承箱的加工精度，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。另外，由于箱口朝下，加工时不便于观察各表面的加工情况，因此，不能及时发现毛坯是否有砂眼、气孔等缺陷，而且加工中不便于测量和调刀。所以，用轴承箱顶面和两定位销孔作精基准加工时，必须采用定径刀具（扩孔钻和绞刀等）。

上述两种方案的对比分析，仅仅是针对类似上述轴承箱而言，许多其他形式的轴承箱，采用一面两孔的定位方式，上面所提及的问题也不一定存在。在实际生产中，一面两孔的定位方式在各种轴承箱加工中应用得十分广泛。因为这种定位方式很简便地限制了工件6个自由度，定位稳定可靠；在一次安装下，可以加工除定位以外的所有5个面上的孔或平面，也可以作为从粗加工到精加工的大部分工序的定位基准，实现“基准统一”；此外，这种定位方式夹紧方便，工件的夹紧变形小，易于实现自动定位和自动夹紧。因此，在组合机床与自动线上加工轴承箱时，多采用这种定位方式。

由以上分析可知轴承箱精基准的选择有两种方案：一是以三平面为精基准（主要定位基面为装配基面）；一是以一面两孔为精基准。这两种定位方式各有优缺点，在实际生产中的选用与生产类型有很大的关系。在中小批量生产时，尽可能使定位基准与设计基准重合，即一般选择设计基准作为统一的定位基准；在大批大量生产时，优先考虑的是如何稳定加工质量和提高生产率，不过分地强调基准重合问题，一般多用典型的一面两孔作为统一的定位基准，由此而引起的基准不重合误差，可采用适当的工艺措施去解决。

3．定位基准的选择

（1）粗基准的选择　在选择粗基准时，通常应满足以下几点要求：

第一，在保证各加工面均有余量的前提下，应使重要孔的加工余量均匀，孔壁的厚薄尽量均匀，其余部位均有适当的壁厚；

第二，装入轴承箱内的回转零件（如齿轮、轴套等）应与箱壁有足够的间隙；

第三，注意保持轴承箱必要的外形尺寸。此外，还应保证定位稳定，夹紧可靠。

为了满足上述要求，通常选用轴承箱重要孔的毛坯孔作粗基准。由于铸造轴承箱毛坯时，形成主轴孔、其他支承孔及轴承箱内壁的型芯是装成一整体放入的，它们之间有较高的相互位置精度，因此不仅可以较好地保证轴孔和其他支承孔的加工余量均匀，而且还能较好地保证各孔的轴线与轴承箱不加工内壁的相互位置，避免装入轴承箱内的齿轮、轴套等旋转零件在运转时与轴承箱内壁相碰。

根据生产类型不同，实现以主轴孔为粗基准的工件安装方式也不一样。在大批大量生产时，由于毛坯精度高，可以直接用轴承箱上的重要孔在专用夹具上定位，工件安装迅速，生产率高。在单件、小批量及中批量生产时，一般毛坯精度较低，按上述办法选择粗基准，往往会造成轴承箱外形偏斜，甚至局部加工余量不够，因此通常采用画线找正的办法进行第一道工序的加工，即以主轴孔及其中心线为粗基准对毛坯进行画线和检查，必要时予以纠正，纠正后孔的余量应足够，但不一定均匀。

（2）精基准的选择　为了保证轴承箱零件孔与孔、孔与平面、平面与平面之间的相互位置和距离尺寸精度，轴承箱零件精基准选择常用两种原则：基准统一原则、基准重合原则。

① 一面两孔（基准统一原则）　在多数工序中，箱体利用底面（或顶面）及其上的两孔作定位基准，加工其他的平面和孔系，以避免由于基准转换而带来的累积误差。如图7.7所示的大批生产工艺过程中，以顶面及其上两孔为定位基准，采用基准统一原则。

② 三面定位（基准重合原则）　轴承箱上的装配基准一般为平面，而它们又往往是轴承箱上其他要素的设计基准，因此以这些装配基准平面作为定位基准，避免了基准不重合误差，有利于提高轴承箱各主要表面的相互位置精度。

由分析可知，这两种定位方式各有优缺点，应根据实际生产条件合理确定。在中、小批量生产时，尽可能使定位基准与设计基准重合，以设计基准作为统一的定位基准。而在大批量生产时，优先考虑的是如何稳定加工质量和提高生产率，由此而产生的基准不重合误差通过工艺措施解决，如提高工件定位面精度和夹具精度等。

另外，轴承箱中间孔壁上有精度要求较高的孔需要加工时，需要在轴承箱内部相应的地方设置镗杆导向支承架，以提高镗杆刚度。因此可根据工艺上的需要，在轴承箱底面开一矩形窗口，让中间导向支承架伸入轴承箱。产品装配时窗口上加密封垫片和盖板用螺钉紧固。这种结构形式已被广泛认可和采纳。

若轴承箱结构不允许在底面开窗口，而又必须在轴承箱内设置导向支承架，中间导向支承须用吊架装置悬挂在轴承箱上方，如图7.9所示。由于吊架刚度差，安装误差大，影响孔系精度；且吊装困难，影响生产率。