課題22 箱體類零件的加工中心加工工藝分析

課題二十二

箱體類零件的加工中心加工工藝分析

加工如圖6-37所示減速箱，材料為HT200，小批量生產(chǎn)，試制訂減速箱的機(jī)械加工工藝。

一）鏜孔與攻螺紋加工用刀具及其選擇鏜孔是加工中心的主要加工內(nèi)容之一，它能精確的保證孔系的尺寸精度和形位精度，并糾正上道工序的誤差。加工中心用的鏜刀，就其切削部分而言，與外圓車刀沒有本質(zhì)區(qū)別，但在加工中心上進(jìn)行鏜孔加工通常是采用懸臂方式，因此要求鏜刀有足夠的剛性和較好的精度。鏜孔加工精度一般可達(dá)IT7～I(xiàn)T6，表面粗糙度值可達(dá)Ra6.3～0.8um。為適應(yīng)不同的切削條件，鏜刀有多種類型。按鏜刀的切削刃數(shù)量可分為單刃鏜刀(圖6-5a))和雙刃鏜刀(圖6-5b))。二、講解

①單刃鏜刀大多數(shù)單刃鏜刀制成可調(diào)結(jié)構(gòu)，如圖6-25所示，螺釘1用于調(diào)整尺寸，螺釘2起鎖緊作用。單刃鏜刀剛性差，切削時容易引起振動，所以鏜刀的主偏角選得較大，以減小徑向力。鏜鑄鐵或精鏜時，一般取主偏角Kr=90°；粗鏜鋼件孔時，取主偏角Kr=60°～75°，以提高刀具的耐用度。所鏜孔徑的大小要靠調(diào)整刀具的懸伸長度來保證，調(diào)整麻煩，效率低，一般用于粗鏜或單件小批生產(chǎn)零件的粗、精鏜。圖6-25單刃鏜刀a)通孔鏜刀b)階梯孔鏜刀c)盲孔鏜刀

1—調(diào)節(jié)螺釘

2—緊固螺釘在孔的精鏜孔中，目前較多地選用精鏜微調(diào)鏜刀，如圖6-26所示。這種鏜刀的徑向尺寸可以在一定范圍內(nèi)進(jìn)行微調(diào)，且調(diào)節(jié)方便，精度高。調(diào)整尺寸時，只要轉(zhuǎn)動調(diào)整螺母5，與它相配合的螺桿（即刀頭）就會沿其軸線方向移動。尺寸調(diào)整好后，把螺桿尾部的螺釘6緊固后，即可使用。圖6-26微調(diào)鏜刀1—刀體2—刀片3—調(diào)整螺母4—刀桿5—螺母6—拉緊螺釘7—導(dǎo)向鍵②雙刃鏜刀雙刃鏜刀有兩個對稱的切削刃同時工作，不僅可以消除切削力對鏜桿的影響，而且切削效率高，如圖6-27所示。雙刃鏜刀可用于大直徑孔的鏜削，最大鏜孔直徑可達(dá)10000mm。

圖6-27雙刃鏜刀

2.攻螺紋刀具與刀柄①絲錐絲錐是數(shù)控機(jī)床加工內(nèi)螺紋的一種常用刀具，它能直接獲得螺紋的尺寸。絲錐一般由合金工具鋼或高速鋼制成，其基本結(jié)構(gòu)是一個軸向開槽的外螺紋，如圖6-28所示。前端切削錐部分制成圓錐，有鋒利的切削刃，以便逐漸切去全部余量；中間為導(dǎo)向校正部分，起修光和引導(dǎo)絲錐軸向運動的作用；柄部為方頭，用于連接。一般絲錐的容屑槽制成直的，也有的做成螺旋形，螺旋形容易排屑。圖6-28絲錐結(jié)構(gòu)

絲錐示例

②攻螺紋刀柄剛性攻螺紋中通常使用浮動攻螺紋刀柄，如圖6-29所示，這種攻螺紋刀柄采用棘輪機(jī)構(gòu)來帶動絲錐，當(dāng)攻螺紋扭矩超過棘輪機(jī)構(gòu)的扭矩時，絲錐在棘輪機(jī)構(gòu)中打滑，從而防止絲錐折斷。6-29浮動攻絲刀柄

二）鏜孔與攻螺紋加工工藝

1.

鏜孔加工工藝（1）鏜孔尺寸的控制粗鏜刀刀尖位置的調(diào)整，一般采用敲刀法來實現(xiàn)，敲出的量大多憑手感經(jīng)驗來控制，也有借助百分表來控制敲出量的，情況如圖6-23所示。采用以上方法控制鏜削孔徑尺寸時，常通過試切法來獲得準(zhǔn)確的孔徑。試切時，先在孔口鏜深lmm，經(jīng)測量檢查，認(rèn)為尺寸符合要求后再正式鏜孔。6-23精鏜刀及其刀頭1—鏜刀桿；2—緊固螺釘；3—鏜刀頭；4—百分表

精鏜孔尺寸控制較為方便，通常采用如下兩種方法來控制：第一種方法是試切削調(diào)整法，先用粗調(diào)好的精鏜刀在孔口試切，根據(jù)試切后的尺寸調(diào)節(jié)帶刻度的螺母，然后進(jìn)行精鏜。第二種方法是機(jī)外調(diào)整法，將精鏜刀在機(jī)外對刀儀上對刀并調(diào)整至要求尺寸，再將精鏜刀裝入主軸進(jìn)行加工。（2）剛性問題的解決方案a.選擇截面積大的刀桿

鏜刀刀桿的截面積通常為內(nèi)孔截面積的1／4。因此，為了增加刀桿的剛性，應(yīng)根據(jù)所加工孔的直徑和預(yù)孔的直徑，盡可能選擇截面積大的刀桿。通常情況下，孔徑在φ30～120mm范圍內(nèi)，鏜刀桿直徑一般為孔徑的0.7～0.8倍?？讖叫∮讦?0mm時，鏜刀桿直徑取孔徑的0.8～0.9倍。

b.刀桿的升出長度盡可能短

鏜刀刀桿伸得太長，會降低刀桿剛性，容易引起振動。因此，為了增加刀桿的剛性，選擇刀桿長度時，只需選擇刀桿伸出長度略大于孔深即可。c.選擇合適的切削角度

為了減小切削過程中由于受徑向力作用而產(chǎn)生振動，鏜刀的主偏角Kr一般選得較大。鏜鑄鐵孔或精鏜時，一般取Kr＝90°；粗鏜鋼件孔時，取Kr＝60°～75°，以提高刀具的壽命。（3）排屑問題的解決方案排屑問題主要通過控制切削流出方向來解決。精鏜孔時，要求切屑流向待加工表面（即前排屑），此時，選擇正刃傾角的鏜刀。加工盲孔時，通常向刀桿方向排屑，此時，選擇負(fù)刃傾角的鏜刀。2.攻螺紋加工工藝

（1）攻螺紋底孔直徑的確定攻螺紋時，絲錐在切削金屬的同時，還伴隨較強(qiáng)的擠壓作用。因此，金屬產(chǎn)生塑性變形形成凸起擠向牙尖，使攻出的螺紋的小徑小于底孔直徑。攻螺紋前的底孔直徑應(yīng)稍大于螺紋小徑，否則攻螺紋時因擠壓作用，使螺紋牙頂與絲錐牙底之間沒有足夠的容屑空間，將絲錐箍住，甚至折斷絲錐。這種現(xiàn)象在攻塑性較大的材料時將更為嚴(yán)重。但底孔值不宜過大，否則會使螺紋牙型高度不夠，降低強(qiáng)度。

底孔直徑大小，可根據(jù)螺紋的螺距查閱手冊或按下面經(jīng)驗公式確定。加工鋼件等塑性材料時，D底≈d－P；鑄鐵等脆性材料時，D底≈d－1.05P

式中：D底──底孔直徑，mm；

d──螺紋公稱直徑，mm；

P──螺距，mm。

螺紋的螺距，對于細(xì)牙螺紋，其螺距已在螺紋代號中作了標(biāo)記。而對于粗牙螺紋，每一種尺寸規(guī)格螺紋的螺距也是固定的（2）盲孔螺紋底孔深度的確定攻盲孔螺紋時，由于絲錐切削部分有錐角，端部不能切出完整的牙型，所以鉆孔深度要大于螺紋的有效深度(圖6-16)。一般取

H鉆＝h有效＋0.7d

式中：H鉆──底孔深度，mm；

h有效──螺紋有效深度，mm；

d──螺紋公稱直徑，mm；

6-16不通孔螺紋底孔長

6-17攻螺紋軸向起點與終點（3）螺紋軸向起點和終點尺寸的確定在數(shù)控機(jī)床上攻螺紋時，沿螺距方向的Z向進(jìn)給應(yīng)和機(jī)床主軸的旋轉(zhuǎn)保持嚴(yán)格的速比關(guān)系，但在實際攻螺紋的開始時，伺服系統(tǒng)不可避免地有一個加速的過程，結(jié)束前也相應(yīng)有一個減速的過程。在這兩段時間內(nèi)，螺距得不到有效保證。為了避免這種情況的出現(xiàn)，在安排其工藝時要盡可能考慮圖6-17所示合理的導(dǎo)入距離δ1和導(dǎo)出距離δ2(即前節(jié)所說的“超越量”)。δ1和δ2的數(shù)值與機(jī)床拖動系統(tǒng)的動態(tài)特性有關(guān)，還與螺紋的螺距和螺紋的精度有關(guān)。一般δ1取2～3P，對大螺距和高精度的螺紋則取較大值；δ2一般取1～2P。此外，在加工通孔螺紋時，導(dǎo)出量還要考慮絲錐前端切削錐角部位的長度。三）切削用量的選擇

1.零件圖樣分析箱體零件是機(jī)器或部件的基礎(chǔ)零件，它承載著軸、軸承、齒輪等有關(guān)零件，連接成部件或機(jī)器，因此箱體零件的加工質(zhì)量至關(guān)重要，它影響著機(jī)器的裝配精度、工作精度、使用性能和壽命。該箱體零件是機(jī)床運屑器使用的兩級變速的減速箱體，材料為HT200鑄鐵，中批量生產(chǎn)。其主要加工表面是平面和孔，下面對平面和孔的技術(shù)要求進(jìn)行分析。三、任務(wù)執(zhí)行

平面的精度要求。該減速箱體零件的設(shè)計基準(zhǔn)是其上蓋面（M面），它有較高的平面度和較小表面粗糙度要求；4個小凸臺面（Q面）是為工藝需要而設(shè)置的輔助基準(zhǔn)，是工藝基準(zhǔn)；2個凸緣端面用于安裝軸承端蓋。

孔系的主要技術(shù)要求。箱體上有孔間距和同軸度要求的一系列孔，稱為孔系。本減速箱體的孔系是三組軸承支撐孔，用于安裝軸承。為保證箱體孔與軸承外圈配合及軸的回轉(zhuǎn)精度，孔的尺寸精度為IT7級，孔的同軸度由尺寸精度控制；為保證箱體中安裝的齒輪副嚙合精度，箱體孔軸線間的間距尺寸、孔軸線間的平行度均有較高要求?？紫蹬c平面間的位置精度。圖樣中由尺寸50±0.1mm公差控制減速箱體位置精度。此外，該減速箱體是一個小箱體，它的裝配基準(zhǔn)是同一軸線的2個φ18H9的孔。2.毛坯的選擇該減速器箱體的材料為鑄鐵，中批量生產(chǎn)，故選用鑄件毛坯。3.定位基準(zhǔn)的選擇選擇基準(zhǔn)的思路是：首先考慮以什么表面為精基準(zhǔn)定位加工工件的主要表面，然后考慮以什么面為粗基準(zhǔn)定位加工出精基準(zhǔn)表面，即先確定精基準(zhǔn)，然后選出粗基準(zhǔn)。（1）精基準(zhǔn)的選擇。由零件圖樣分析可知，減速箱體的主要加工表面為3組軸承支撐孔，它的設(shè)計基準(zhǔn)為上蓋面、凸臺面以及右側(cè)外壁。根據(jù)基準(zhǔn)重合的原則，應(yīng)盡量選擇它們作為精基準(zhǔn)，以保證零件的加工精度。（2）粗基準(zhǔn)的選擇。粗基準(zhǔn)的選擇對零件主要有兩個方面的影響，一是零件上加工表面與不加工表面的位置；二是加工表面的余量分配。減速箱上的3組軸承支撐孔是主要表面，毛坯上已鑄出毛坯孔，要求它的加工余量均勻，從這一點出發(fā)，應(yīng)選擇軸孔為粗基準(zhǔn)。本箱體不加工表面中，內(nèi)壁面與加工面（軸孔）間位置關(guān)系重要，因為相同中的大齒輪與不加工內(nèi)壁間隙很?。?mm），若是加工出的軸承孔與內(nèi)壁有較大的位置誤差，會使大齒輪與內(nèi)壁相碰。從這一點出發(fā)，應(yīng)選擇內(nèi)壁為粗基準(zhǔn)，但是夾具的定位結(jié)構(gòu)不易實現(xiàn)以內(nèi)壁定位。由于鑄造時內(nèi)壁和軸孔是同一個型心澆鑄的，以軸孔為粗基準(zhǔn)可同時滿足上述兩方面的要求，因此實際生產(chǎn)中，一般以軸孔為粗基準(zhǔn)。在本零件的工藝過程（表6-15）中第三道工序是劃線，即以軸孔為粗基準(zhǔn)劃加工平面的線，加工時按線找正，裝夾工件。即粗基準(zhǔn)是以劃線基準(zhǔn)來體現(xiàn)的。4.減速箱體的工藝過程設(shè)計在加工箱蓋平面和凸臺面時，由于是按劃線找正加工，工件安裝時間較長，因此選用普通立式銑床來加工；加工軸承孔、端面等內(nèi)容時，由于加工精度高、內(nèi)容多、需多工位、多把刀具才能完成，因此采用臥式加工中心來加工。具體生產(chǎn)工藝過程如表6-15所示。5.加工中心加工工藝路線的擬定（1）加工方法的選擇①2個φ45H7的軸承孔。尺寸精度為IT7級，表面粗糙度為Ra1.6μm，且有較高的同軸度和平行度要求，由于有預(yù)制孔，可按粗鏜→半精鏜→精鏜的加工方案進(jìn)行，在加工時要前后孔一起加工。②2個φ58H9的孔。尺寸精度為IT9級，表面粗糙度為Ra3.2μm，可按粗鏜→半精鏜→精鏜的加工方案進(jìn)行。③φ35H7和φ25H7的軸承孔。尺寸精度為IT7級，表面粗糙度為Ra1.6μm，且有較高的同軸度和平行度要求，由于φ35H7得孔有預(yù)制孔，可按鉆孔→擴(kuò)孔→鉸孔的加工方案進(jìn)行，④8個M8及M18、M16的螺紋孔?？砂淬@中心孔→鉆孔→攻絲的加工方案進(jìn)行。⑤2個φ18H9的裝配基準(zhǔn)孔。尺寸精度為IT9級，表面粗糙度為Ra3.2μm，可按鉆中心孔→鉆孔→擴(kuò)孔→鉸孔的加工方案進(jìn)行。⑥2個凸緣端面和左右兩側(cè)的小凸臺面。這些平面的加工，可隨孔加工一起完成，可按粗銑→精銑的加工方案進(jìn)行。（2）加工順序的安排在安排該箱體零件的加工中心加工順序時，可按以下幾個原則來確定。①先面后孔由于箱體上的孔分布在平面上，先加工平面可以去除鑄件毛坯表面的凹凸不平、夾砂等缺陷，對孔加工有利，如可減小鉆頭的歪斜、防止刀具崩刃，同時對刀調(diào)整也方便。②先主后次箱體上用于緊固的螺孔、小孔等可視為次要表面，因為這些次要孔往往需要依據(jù)主要表面（軸孔）定位，所以這些螺孔的加工應(yīng)在軸孔加工后進(jìn)行。對于次要孔與主要孔相交時的孔系，必須先完成主要孔的精加工，再加工次要孔，否則會使主要孔的精加工產(chǎn)生斷續(xù)切削、振動，影響主要孔的加工質(zhì)量。③先粗后精