箱体类零件加工

7.3.1 概述

1.箱体类零件的功用与结构特点

箱体类零件是各类机器的基础零件，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，并使之保持正确的位置，以传递转矩或改变转速来完成规定的运动。其加工质量直接影响机器的性能、精度和寿命。按其功用，可分为主轴箱、变速箱、操纵箱、进给箱等。图7－8所示为常见的几种箱体零件。

箱体类零件结构一般较复杂，壁薄且壁厚不均匀；加工部位多，既有一个或数个基准面及一些支承面，又有一对或数对加工难度大的轴承支承孔。

图7－8 几种箱体类零件的结构简图

2.箱体类零件的主要技术要求

现以车床主轴箱为例归纳如下。

1）孔径精度

孔径的尺寸误差和形状误差会造成轴承与孔配合不良，主轴孔尺寸精度一般为IT6，其余孔一般为IT7～IT6。孔的形状精度未作规定，一般控制在尺寸精度范围内即可。

2）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的垂直度误差，会使轴和轴承装配到箱体内后出现歪斜，从而造成主轴径向圆跳动和轴向圆跳动，也加剧了轴承磨损。为此，一般同一轴上各孔的同轴度约为最小孔尺寸公差的一半。孔系之间的平行度误差，会影响齿轮的啮合质量，也必须规定相应的位置精度。

3）孔和平面的位置公差

孔和主轴箱安装基面的平行度要求决定了主轴与床身导轨的位置关系。这项精度是在总装中通过刮研达到的，为了减少刮研量，一般都要规定主轴轴线对安装基面的平行度公差，在垂直和水平两个方向上，只允许主轴前端向上和向前偏。

4）主要平面的精度

装配基面的平面度影响主轴箱与床身连接时的接触刚度，并且加工过程中常作为定位基面，会影响孔的加工精度，因此必须规定底面和导向面平直。顶面的平面度要求是为了保证箱盖的密封，防止工作时润滑油的泄出。当大批、大量生产中将其顶面作为定位基面加工孔时，对其平面度要求还要提高。

5）表面粗糙度

重要孔和主要平面的表面粗糙度会影响连接面的配合性质或接触刚度，一般要求主轴孔表面粗糙度为Ra0.4μm，其余各纵向孔的表面粗糙度为Ra1.6 μm，孔的内端面表面粗糙度为Ra3.2μm，装配基准面和定位基准面表面粗糙度为Ra2.5～0.63μm，其他平面表面粗糙度为Ra10～2.5μm。

3.箱体材料及毛坯

箱体毛坯制造方法有铸造和焊接两种。对于金属切削机床的箱体，可采用铸铁；对于动力机械中的某些箱体及减速器壳体等，可采用铝合金压铸；对于承受重载和冲击的工程机械、锻压机床的一些箱体，可采用铸钢或钢板焊接；某些简易箱体为缩短毛坯制造周期，常采用钢板焊接，但焊接件的残余应力较难消除干净。

箱体铸铁材料采用最多的是各种牌号灰铸铁，如HT200、HT250、HT300等。对一些要求较高的箱体，如镗床主轴箱、坐标镗床箱体，可采用耐磨合金铸铁（密烘铸铁，如MTCr Mo Cu－300）、高磷铸铁（如MTP－250），以提高铸件质量。

7.3.2 箱体类零件的结构工艺性

箱体上的孔分为通孔、阶梯孔、盲孔、交叉孔等。通孔工艺性最好，通孔内又以孔长L与孔径d之比不大于1的短圆柱孔工艺性为最好；当L／d＞5的深孔精度要求较高、表面粗糙度值较小时，加工就很困难；阶梯孔的工艺性较差，孔径相差越大，其中最小孔径又很小时，工艺性越差；相贯通的交叉孔的工艺性也较差，如图7－9（a）所示，φ100mm孔与φ70mm孔相交，加工时，刀具走到贯通部分，由于径向力不等会造成孔轴线偏斜。如图7－9（b）所示，工艺上可以将φ70mm孔预先不铸通，加工φ100mm孔后再加工φ70mm孔，这样可以保证交叉孔的加工质量。盲孔工艺性最差，因为精镗或精铰盲孔时，要用手动或采用特殊工具送进才行，故应尽量避免。

图7－9 相贯通的交叉孔的工艺性

箱体上同轴孔的孔径排列方式有三种，如图7－10所示。

如图7－10（a）所示为孔径大小向一个方向递减，且相邻两孔直径之差大于孔的毛坯加工余量的排列方式。这种排列方式便于镗杆和刀具从一端伸入，同时加工同轴线上的各孔。对于单件、小批生产，这种结构加工最为方便。

如图7－10（b）所示为孔径大小从两边向中间递减的排列方式，加工时可使刀杆从两边进入，这样不仅缩短了镗杆长度，提高了镗杆的刚性，而且为双面同时加工创造了条件，所以大批生产的箱体常采用此种孔径排列方式。

如图7－10（c）所示为孔径大小不规则的排列方式，这种方式工艺性差，应尽量避免。

图7－10 同轴线上孔径的排列方式

加工箱体内端面比较困难，当必须加工时，应尽可能使内端面尺寸小于刀具需穿过的孔加工前的直径，如图7－11（a）所示，这样就可避免伤着另外一孔。若设计成如图7－11（b）所示的结构，加工时镗杆伸进后才能装刀，镗杆退出前又需将刀卸下，加工时很不方便。

图7－11 孔内端面的结构工艺性

当内端面尺寸过大时，还需采用专用径向进给装置。

箱体的外端面凸台应尽可能在同一平面上，如图7－12（a）所示。若采用图7－12（b）所示的形式，加工要麻烦一些。

箱体装配基面的尺寸应尽可能大，形状应尽量简单，以利于加工、装配和检验。箱体上紧固孔的尺寸规格应尽可能一致，以减少加工中的换刀次数。

图7－12 孔外端面的结构工艺性

7.3.3 制定箱体类零件加工工艺应注意的问题

1.定位基准的选择

1）粗基准的选择

箱体类零件一般都选择重要孔（例如主轴孔）和另一个相距较远的孔作为粗基准。根据生产类型不同，以主轴孔为粗基准的工件装夹方式有所区别。对于中小批量生产，通常毛坯精度较低，一般采用划线找正的办法；对于大批、大量生产，一般毛坯制造精度较高，可直接以主轴孔在夹具上定位，采用专用夹具装夹，此类专用夹具可参阅机床夹具图册。

2）精基准的选择

箱体类零件加工精基准的选择与生产批量的大小有关。

单件、小批生产通常用装配基准作为定位基准。批量大时采用顶面及两个销孔（一面两孔）作为定位基准，如图7－13所示。采用这种定位方式加工时，箱体口朝下，中间导向支承架可以紧固在夹具体上，提高了夹具刚度，有利于保证各支承孔加工的位置精度，而且工件装卸方便，减少了辅助时间，提高了生产效率。这种定位方式由于主轴箱顶面不是设计基准，故定位基准与设计基准不重合，出现基准不重合误差。为了保证加工要求，应进行工艺尺寸的换算。

图7－13 用箱体顶面及两销孔定位的镗模

1，3—镗模板；2—中间导向支承架；4—工件

2.加工顺序的安排

1）先面后孔加工

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。这是因为箱体类零件上的孔通常为轴承孔，其精度要求高，加工难度大，先以孔为粗基准加工好平面，再以平面为精基准加工孔，这样既能为孔的加工提供稳定可靠的精基准，同时可以使孔的加工余量较为均匀。由于箱体类零件上的孔均布在箱体零件的各平面上，先加工好平面，钻孔时钻头不易引偏，扩孔或铰孔时刀具不易崩刃。

2）加工阶段粗、精分开

箱体类零件的结构比较复杂、壁厚不均匀、刚性不好，而加工精度要求又高，因此其重要的加工表面一般都要划分粗、精两个加工阶段。但对于单件、小批生产的箱体或大型箱体类零件的加工，如果从工序安排上也安排粗、精分开，则机床、夹具数量需增加，工件运转也费时费力，所以实际生产中并不是这样做，而是将粗、精加工放在一道工序中完成。但是从工步上来讲，粗、精加工仍然可以分开，采取的方法是粗加工后，将工件松开一点，然后再用较小的夹紧力夹紧工件，使工件因夹紧而产生的弹性变形在精加工之前得以恢复。如用导轨磨床磨大的主轴箱导轨时，粗磨后不应马上进行精磨，而是等工件充分冷却，残余应力释放后再进行精磨。

3）工序间安排时效处理

箱体类零件结构复杂，壁厚不均，如果毛坯为铸件，铸造残余应力比较大，则在铸造之后必须安排人工时效。人工时效的规范：加热到500～550℃，保温4～6h，冷却速度≤300℃／h，出炉温度＜200℃。对于普通精度的箱体类零件，一般在铸造之后安排一次人工时效处理；对一些精度要求很高或形状特别复杂的箱体类零件，在粗加工之后还要再安排一次人工时效处理。对于精度要求不高的箱体毛坯，可不安排专门的人工时效处理时间，而是利用粗、精加工工序的停放和运输时间来完成时效处理。

3.设备的选择

单件、小批生产一般都在通用机床上进行，除非必须用专用夹具才能保证加工质量，一般不用专用夹具装夹。

而大批量箱体类零件的加工则广泛采用专用机床，如多轴龙门铣床、组合磨床等。各主要孔的加工采用多工位组合机床、专用机床等，并配以专用夹具，能大大提高生产率。