數(shù)控加工箱體類零件工藝分析

1、 數(shù)控加工箱體類零件工藝分析及選擇 作者： 黃曉龍 1.1 箱體類零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 箱體類零件種類很多，其尺寸大小和結(jié)構(gòu)形式隨著機(jī)器的結(jié)構(gòu)和箱體在機(jī)器中功用的不同有著較大的差異，但從工藝上分析它們?nèi)稳挥性S多共同之處，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是：（1）外形基本上是由六個(gè)或者五個(gè)平面組成的封閉式多面體，又分成整體式和組合式兩種。（2）結(jié)構(gòu)形狀比較復(fù)雜、內(nèi)部常為空腔形，某些部位有“隔墻”，箱體壁薄且厚薄不均。（3）箱壁上通常都布置有平行孔系或垂直孔系。（4）箱體上的加工面，主要是大量的平面，此外還有許多精度要求較高的軸承支撐孔和精度要求較低的緊固用孔。1.2箱體類零件的技術(shù)要求（1）軸承支撐孔的尺寸精度、形狀精度、

2、表面粗糙度要求。（2)位置精度：包括孔系軸線之間的距離尺寸精度和平行度，同一軸線上各孔的同軸度，以及孔端面對軸線的垂直度等。（3）此外，為滿足箱體加工中的定位需要及箱體與機(jī)器總裝要求，箱體的裝配基準(zhǔn)面與加工中的定位基準(zhǔn)面應(yīng)有一定的平面度和表面粗糙度要求；各支軸承孔與裝配基準(zhǔn)面之間應(yīng)有一定距離尺寸精度的要求。1.3箱體類零件的材料和毛坯 箱體類零件的材料一般用灰口鑄鐵，常用的牌號由HT100-HT400，毛坯為鑄鐵件，其鑄造的方法視鑄件精度和生產(chǎn)批量而定，單件小批量生產(chǎn)多用木模手工造型，毛坯精度低，加工余量大。有時(shí)也采用鋼板焊接方式，大批量生產(chǎn)常用金屬模型機(jī)器造型，毛坯精度較高，加工余量可適當(dāng)減

3、小，為了消除鑄造時(shí)形成的內(nèi)應(yīng)力，減小變形，保證其加工精度的穩(wěn)定性，毛坯鑄造后要安排人工時(shí)效處理，精度要求高或形狀復(fù)雜的箱體還應(yīng)在粗加工后多加一次人工時(shí)效處理，以消除粗加工造成的內(nèi)應(yīng)力，進(jìn)一步提高加工精度的穩(wěn)定性。2 加工工藝路線的確定原則 加工中心是適用于復(fù)雜零件加工的高效自動化機(jī)床，在中小批量的生產(chǎn)條件下，箱體類零件采用加工中心加工具有工序集中、精度高的特點(diǎn)。其加工工藝路線的確定不只是簡單的工藝設(shè)計(jì)問題，而是一項(xiàng)有一定規(guī)模的技術(shù)應(yīng)用工程，要求工藝設(shè)計(jì)人員：（1）熟悉機(jī)床、機(jī)制工藝、夾具、刀具、檢測等專業(yè)知識，能根據(jù)加工零件的尺寸、精度和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，確定合理的工藝方案，編制出正確合理的工藝卡。（

4、2）熟悉加工中心生產(chǎn)流程方面的管理知識。（3）懂編程，數(shù)控加工是在數(shù)控程序的控制下自動完成的，工藝設(shè)計(jì)的具體內(nèi)容將貫穿數(shù)控編程的始終。（4）有較強(qiáng)的數(shù)控加工工藝分析能力。因此，加工中心上箱體零件的工藝設(shè)計(jì)和普通機(jī)床與專用機(jī)床流水線生產(chǎn)有很大不同，其加工工藝路線的確定應(yīng)遵循以下原則： （1）可靠的保證零件加工質(zhì)量; （2）充分的發(fā)揮加工中心的功能； （3）優(yōu)化工藝過程與走刀路線，高效率生產(chǎn)； （4）提高加工中心的使用質(zhì)量，盡量降低制造成本； （5）安全生產(chǎn)，刀具、工件與機(jī)床主體及冷卻、防護(hù)裝置在加工中不得發(fā)生任何干涉與碰撞。3,、加工工藝路線的確定 擬定工藝路線是工藝規(guī)程設(shè)計(jì)最關(guān)鍵、最重要的內(nèi)容

5、，需要順序完成以下幾方面的工作：選擇定位基準(zhǔn)、確定各表面加工方法、劃分加工階段、安排工序順序等。 擬定工藝路線，需同時(shí)提出幾種可能的方案，通過對比分析后，最后確定一種最優(yōu)方案。3.1定位基準(zhǔn)的選擇 箱體定位基準(zhǔn)的選擇直接關(guān)系到箱體上各個(gè)平面之間，孔與平面之間、孔與孔之間的尺寸精度和位置精度要求是否能夠保證，正確選擇定位基準(zhǔn)對保證零件技術(shù)要求，合理安排加工順序有著至關(guān)重要的影響。箱體零件通常用一個(gè)支撐面，一個(gè)導(dǎo)向面和一個(gè)限位面的三平面裝夾方法，這是最簡單、可靠的定位方法，但是安裝面不能加工，因而最好采用一面兩銷定位，方便刀具對其它各表面的加工，但定位精度低于三面法。 傳統(tǒng)的一面兩銷定位，通常以底

6、面作為定位基準(zhǔn)，然而，為滿足加工要求，我們應(yīng)該視情況選擇其它的定位基準(zhǔn)。下面我就以變速箱加工為例，對其加工工藝方案的分析，說明合理的側(cè)面定位基準(zhǔn)，能更好的達(dá)到技術(shù)要求，是最佳的工藝方案。3.1 變速箱體零件工藝技術(shù)分析 變速箱體零件如圖所示，主要技術(shù)要求如下： （1）N,H,F,K平面需加工到Ra6.3 （2）1-1 孔80K7 2-2 孔50K7 3-3 孔25K7 Ra3.2 （3）3組撥叉孔2-15H9，同組孔壁距離為171mm，其同軸度公差為0.02mm。 （4）孔組1-1對N面的垂直度公差為0.06mm. 3.1.2 加工基準(zhǔn)的選擇和工藝方案的分析 對于箱體類的零件一面兩銷定位具有獨(dú)

7、特的優(yōu)點(diǎn)，定位可靠，夾緊變形小，操作方便，因此我們同樣采取一面兩銷的定位原理，對變速箱體采用兩類四種加工方案的設(shè)計(jì)： 第一種 傳統(tǒng)的直立式定位方法 方案1：以平面A和A面上兩孔作為定位基準(zhǔn)，定位面在下，夾緊力從上到下將工件夾緊看，優(yōu)點(diǎn)是敞開性好，夾具設(shè)計(jì)簡單，維修方便，操作容易。 工藝分析：對前述的加工難點(diǎn)4作誤差分析： （1）由于定位基準(zhǔn)A面與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)N面不重合，存在著基準(zhǔn)不重合的誤差S1，因?yàn)锳面與N面分兩次銑削加工，根據(jù)加工經(jīng)驗(yàn)，兩面間的垂直度可達(dá)0.03MM，所以S1=0.03MM。 （2）定位銷與定位孔一般都采用間隙配合，由于間隙的存在工件存在著轉(zhuǎn)角定位誤差： tgmax=(SD1+

8、Sd1+1+SD2+Sd2+2)/2L SD1 , SD2-兩定位孔公差 SD1=SD2=0.018mm Sd1 , Sd2-兩定位銷公差 Sd1=Sd2=0.011mm 1,2-最小間隙 1=2=0.015mm L-兩定位銷之間的中心距，L=219mm 所以tgmax=0.0002 S2=L1tgmax=183.50.0002=0.037mm L1為 N 面有效長度 max=S1+S2=0.067mm, 遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于公差0.06的1/3（3）由于A面不需要加工，若以此定位，需要增加三到加工工序（粗精銑A面 ，鉆擴(kuò)鉸A面兩定位孔）因此，此方案不可取。 方案2： 以F面及面上的兩螺紋底孔定位。 工藝

9、流程為：粗銑K,F面-精銑K,F面-鉆F面螺紋底孔，擴(kuò)鉸兩定位孔-銑N，H面，粗鏜6大孔-半精鏜6大孔-鉆三組撥叉孔-擴(kuò)三組撥叉孔-鉸撥叉孔-精鏜6大孔-鉆，攻絲各螺紋孔。 由于三對大孔與3組撥叉孔分兩次加工，前述的定位轉(zhuǎn)角誤差可能導(dǎo)致大孔與撥叉孔軸線間的平行誤差，其最大值為;(L2+L3)L/Ltg=(224+171)219/235.60.0002=0.073mm 式中的L為F面上兩定位孔之間的距離。（圖中未標(biāo)注）0.073已經(jīng)超過平行度誤差0.1的1/3，同樣道理，其定位誤差已經(jīng)超過垂直度公差1/3，另外也要增加三道工序，同樣不可取。 第二種：側(cè)面定位方式 改變傳統(tǒng)的直立定位方式，而是以側(cè)

10、面定位，夾緊力呈水平方向作用于工件上，這種定位方式是夾具設(shè)計(jì)比較復(fù)雜，但是對技術(shù)難度3、4能較好解決，具體方案如下： 方案3: 選用定位基準(zhǔn)與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)重合，由于基準(zhǔn)重合，不會引起定位誤差，則能滿足垂直度允差要求，以N面，H面-鉆N面上的螺紋底孔，擴(kuò)鉸兩定位孔-銑K,F面-粗鏜6大孔，鉆6撥叉孔-半精鏜（擴(kuò)）12孔 -精鉸12孔-鉆，攻各面螺紋孔。 工藝分析：（1）對垂直度和平行度有利，較好解決技術(shù)上的難點(diǎn)。（2）N面上的M10螺紋底孔只有8.4mm，采取側(cè)面定位，定位銷要承受工件重量，定位銷直徑太小，強(qiáng)度和剛度差，容易變形，嚴(yán)重影響定位的可靠性，加之N面較小，兩定位孔間距為L=169.4，轉(zhuǎn)角

11、誤差較大，對孔加工尺寸精度影響較大。（3）由于6孔都要粗精鏜，軸向切削力很大，且與夾緊力方向相反，這樣勢必采用較大夾緊力，因而導(dǎo)致夾緊力過大引起工件變形，影響加工精度。方案4:以H面及面上的兩螺紋底孔定位，其工藝過程為: 粗銑N,H面-精銑N,H面-銑K,F面-粗鏜6大孔，鉆6撥叉孔，-半精鏜（擴(kuò)）12孔-精鉸12孔-鉆攻各面螺紋孔 工藝分析: (1)H面M12螺紋底孔可以加工到10.2mm,定位銷的強(qiáng)度剛度有較大提升，且H面積大，兩孔距達(dá)L=231mm,轉(zhuǎn)角誤差較小有利于保證和提高產(chǎn)品的加工精度。（2）H面上僅兩孔需加工，夾緊力較方案3大為減小，從而減小變形，保證了加工精度。（3）對于難點(diǎn)4

12、，該方案雖存在著基準(zhǔn)不重合誤差，即N,H面的平行度誤差影響1-1軸線N面垂直度誤差，但因N,H是采用雙面銑削加工工藝，對機(jī)床調(diào)整好，可使兩面平行度控制在0.02mm以內(nèi)，因此其定位誤差為：max0.02mm,小于垂直度公差的1/3.。 （4）以H面定位，將K面置于下方，可以較方便的從K面的窗口處設(shè)置中間導(dǎo)向裝置，實(shí)現(xiàn)12孔同時(shí)加工，減少三道加工工序，較好的保證了各組孔的同軸度和平行度。 經(jīng)分析，比較和研究計(jì)算，綜合各方面的情況，選擇側(cè)面定位方式，對于技術(shù)難點(diǎn)的加工3.4的解決方便易行，此方案可行。 結(jié)果分析：序號定位基準(zhǔn)以設(shè)計(jì)面的關(guān)系加工精度加工工序數(shù)方案1 A面不重合不能保證17方案2 F面不重合不能保證14方案3 N面重合難以保證11方案4 H面不重合可以保證11 由上表可以看出：選擇四個(gè)平面作為定位基準(zhǔn)，有四個(gè)不同的加工方案，定位基準(zhǔn)與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)重合，雖然不會引起定位誤差和它所導(dǎo)致的形位誤差，但對該零件因夾緊力和定位孔小的原因，影響加工精度，這說明：基準(zhǔn)重合不一定是最優(yōu)方案，具體問題具體分析。5、 結(jié)論 加工中心在生產(chǎn)實(shí)際中的應(yīng)用越來越廣泛，使得機(jī)械制造的理念與過程