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机械加工

箱体类零件的加工工艺

时间:2011-09-09 19:43:16   作者:未知   来源:   阅读:1098   评论:0

         箱体零件是机器或部件的基础零件,轴、轴承、齿轮等有关零件按规定的技术要求装配到箱体上,连接成部件或机器,使其按规定的要求工作,因此箱体零件的加工质量不仅影响机器的装配精度和运动精度,而且影响机器的工作精度、使用性能和寿命。下面以图4-3所示齿轮减速箱体零件的加工为例讨论箱体类零件的工艺过程。

1 ` 箱体类零件的结构特点和技术要求分析 

图4-3所示零件为某车床主轴箱体类零件,属于中批生产,零件的材料为HT200铸铁。一般来说,箱体零件的结构较复杂,内部呈腔形,其加工表面主要是平面和孔。对箱体类零件的技术要求分析,应针对平面和孔的技术要求进行分析。

1.平面的精度要求  箱体零件的设计基准一般为平面,本箱体各孔系和平面的设计基准为G面、H面和P面,其中G面和H面还是箱体的装配基准,因此它有较高的平面度和较小表面粗糙度要求。

2.孔系的技术要求 箱体上有孔间距和同轴度要求的一系列孔,称为孔系。为保证箱体孔与轴承外圈配合及轴的回转精度,孔的尺寸精度为IT7,孔的几何形状误差控制在尺寸公差范围之内。为保证齿轮啮合精度,孔轴线间的尺寸精度、孔轴线间的平行度、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,均应有较高的要求。

3.孔与平面间的位置精度  箱体上主要孔与箱体安装基面之间应规定平行度要求。本箱体零件主轴孔中心线对装配基面(G、H面)的平行度误差为0.04mm。

4.表面粗糙度  重要孔和主要表面的粗糙度会影响连接面的配合性质或接触刚度,本箱体零件主要孔表面粗糙度为0.8μm,装配基面表面粗糙度为1.6μm。

2  箱体类零件的材料及毛坯

箱体零件的材料常用铸铁,这是因为铸铁容易成形,切削性能好,价格低,且吸振性和耐磨性较好。根据需要可选用HT150~350,常用HT200。在单件小批量生产情况下,为缩短生产周期,可采用钢板焊接结构。某些大负荷的箱体有时采用铸钢件。在特定条件下,可采用铝镁合金或其它铝合金材料。

铸铁毛坯在单件小批生产时,一般采用木模手工造型,毛坯精度较低,余量大;在大批量生产时,通常采用金属模机器造型,毛坯精度较高,加工余量可适当减小。单件小批生产直径大于50mm的孔,成批生产大于30mm的孔,一般都铸出预孔,以减少加工余量。铝合金箱体常用压铸制造,毛坯精度很高,余量很小,一些表面不必经切削加即可使用。

3  箱体类零件的加工工艺过程

箱体零件的主要加工表面是孔系和装配基准面。如何保证这些表面的加工精度和表面粗糙度,孔系之间及孔与装配基准面之间的距离尺寸精度和相互位置精度,是箱体零件加工的主要工艺问题。

箱体零件的典型加工路线为:平面加工-孔系加工-次要面(紧固孔等)加工。

图4-3某车床主轴箱体零件,其生产类型为中小批生产;材料为HT200;毛坯为铸件。该箱体的加工工艺路线如表4-2。

表4-2 车床主轴箱体零件的加工工艺过程

4  箱体类零件的加工工艺过程分析

    一、主要表面的加工方法选择

    箱体的主要加工表面有平面和轴承支承孔。

    箱体平面的粗加工和半精加工主要采用刨削和铣削,也可采用车削。当生产批量较大时,可采用各种组合铣床对箱体各平面进行多刀、多面同时铣削;尺寸较大的箱体,也可在多轴龙门铣床上进行组合铣削,可有效提高箱体平面加工的生产率。箱体平面的

精加工,单件小批量生产时,除一些高精度的箱体仍需手工刮研外,一般多用精刨代替传统的手工刮研;当生产批量大而精度又较高时,多采用磨削。为提高生产效率和平面间的位置精度,可采用专用磨床进行组合磨削等。

   箱体上公差等级为IT 7级精度的轴承支承孔,一般需要经过3~4次加工。可采用扩一粗铰一精铰,或采用粗镗-半精镗一精镗的工艺方案进行加工(若未铸出预孔应先钻孔)。以上两种工艺方案,表面粗糙度值可达Ra0. 8~1. 6μm。铰的方案用于加工直径较小的孔,镗的方案用于加工直径较大的孔。当孔的加工精度超过IT 6级,表面粗糙度值Ra小于0. 4μm时,还应增加一道精密加工工序,常用的方法有精细镗、滚压、珩磨、浮动镗等。

二、箱体加工定位基准的选择

1.粗基准的选择  粗基准的选择对零件主要有两个方面影响,即影响零件上加工表面与不加工表面的位置和加工表面的余量分配。为了满足上述要求,一般宜选箱体的重要孔的毛坯孔作粗基准。本箱体零件就是宜主轴孔Ⅲ和距主轴孔较远的Ⅱ轴孔作为粗基准。本箱体不加工面中,内壁面与加工面(轴孔)间位置关系重要,因为箱体中的大齿轮与不加工内壁间隙很小,若是加工出的轴承孔与内壁有较大的位置误差,会使大齿轮与内壁相碰。从这一点出发,应选择内壁为粗基准,但是夹具的定位结构不易实现以内壁定位。由于铸造时内壁和轴孔是同一个型心浇铸的,以轴孔为粗基准可同时满足上述两方的要求,因此实际生产中,一般以轴孔为粗基准。

2.精基准的选择  选择精基准主要是应能保证加工精度,所以一般优先考虑基准重合原则和基准同一原则,本零件的各孔系和平面的设计基准和装配基准为为G、H面和P盖,因此可采用G、H面和P三面作精基准定位。

三、箱体加工顺序的安排

箱体机械加工顺序的安排一般应遵循以下原则:

1.先面后孔的原则  箱体加工顺序的一般规律是先加工平面,后加工孔。先加工平面,可以为孔加工提供可靠的定位基准,再以平面为精基准定位加工孔。平面的面积大,以平面定位加工孔的夹具结构简单、可靠,反之则夹具结构复杂、定位也不可靠。由于箱体上的孔分布在平面上,先加工平面可以去除铸件毛坯表面的凹凸不平、夹砂等缺陷,对孔加工有利,如可减小钻头的歪斜、防止刀具崩刃,同时对刀调整也方便。

2.先主后次的原则  箱体上用于紧固的螺孔、小孔等可视为次要表面,因为这些次要孔往往需要依据主要表面(轴孔)定位,所以这些螺孔的加工应在轴孔加工后进行。对于次要孔与主要孔相交的孔系,必须先完成主要孔的精加工,再加工次要孔,否则会使主要孔的精加工产生断续切削、振动,影响主要孔的加工质量。

3.孔系的数控加工

由于箱体零件具有加工表面多,加工的孔系的精度高,加工量大的特点,生产中常使用高效自动化的加工方法。过去在大批、大量生产中,主要采用组合机床和加工自动线,现在数控加工技术,如加工中心、柔性制造系统等已逐步应用于各种不同的批量的生产中。车床主轴箱体的孔系也可选择在卧式加工中心上加工,加工中心的自动换刀系统,使得一次装夹可完成钻、扩、铰、镗、铣、攻螺纹等加工,减少了装夹次数,实行工序集中的原则,提高了生产率。

图4-3 某车床主轴箱体简图

 拨动杆零件机械加工工艺规程

四. 零件的工艺分析

图4-4所示零件是某机床变速箱体中操纵机构上的拨动杆,用作把转动变为拨动,实现操纵机构的变速功能。本零件生产类型为中批生产。下面对该零件进行精度分析。对于形状和尺寸(包括形状公差、位置公差)较复杂的零件,一般采取化整体为部分的分析方法,即把一个零件看作由若干组表面及相应的若干组尺寸组成的,然后分别分析每组表面的结构及其尺寸、精度要求,最后再分析这几组表面之间的位置关系。由图4-4零件图样中可以看出,该零件上有三组加工表面,这三组加工表面之间有相互位置要求,具体分析如下:

三组加工表面中每组的技术要求是:

1.以尺寸φ16H7mm为主的加工表面,包括φ25h8mm外圆、端面,及与之相距74±0.3mm的孔φ10H7mm。其中φ16H7mm孔中心与φ10H7mm孔中心的连线,是确定其它各表面方位的设计基准,以下简称为两孔中心连线。

2.粗糙度Ra6.3μm平面M,以及平面M上的角度为130°的槽。

3.P、Q两平面,及相应的2-M8mm螺纹孔。

对这三组加工表面之间主要的相互位置要求是:

第⑴组和第⑵组为零件上的主要表面。第⑴组加工表面垂直于第⑵组加工表面,平面M是设计基准。第⑵组面上的槽的位置度公差φ0.5mm,即槽的位置(槽的中心线)与B面轴线垂直且相交,偏离误差不大于φ0.5mm。槽的方向与两孔中心连线的夹角为22°47’±15’。第⑶组及其它螺孔为次要表面。第⑶组上的P、Q两平面与第⑴组的M面垂直,P面上螺孔M8mm的轴线与两孔中心连线的夹角45°。Q面上的螺孔M8mm的轴线与两孔中心连线平行。而平面P、Q位置分别与M8的轴线垂直,P、Q位置也就确定了。

2毛坯的选择

此拨动杆形状复杂,其材料为铸铁,因此选用铸件毛坯。

3定位基准的选择

1.精基准的选择  选择基准思路的顺序是,首先考虑以什么表面为精基准定位加工工件的主要表面,然后考虑以什么面为粗基准定位加工出精基准表面,即先确定精基准,然后选出粗基准。由零件的工艺分析可以知道,此零件的设计基准是M平面和φ16mm和φ10mm两孔中心的连线,根据基准重合原则,应选设计基准为精基准,即以M平面和两孔为精基准。由于多数工序的定位基准都是一面两孔,也符合基准同一原则。

2.粗基准的选择  根据粗基准选择应合理分配加工余量的原则,应选φ25mm外圆的毛坯面为粗基准(限制四个自由度),以保证其加工余量均匀;选平面N为粗基准(限制一个自由度),以保证其有足够的余量;根据要保证零件上加工表面与不加工表面相互位置的原则,应选R14mm圆弧面为粗基准(限制一个自由度),以保证φ10mm孔轴线在R14mm圆心上,使R14mm处壁厚均匀。

4工艺路线的拟定

1.各表面加工方法的选择  根据典型表面加工路线,M平面的粗糙度Ra6.3μm,采用面铣刀铣削;130°槽采用“粗刨-精刨”加工;平面P、Q用三面刃铣刀铣削;孔φ16H7mm、φ10H7mm可采用“钻-扩-铰”加工;φ25mm外圆采用“粗车-半精车-精车”,N面也采用车端面的方法加工;螺孔采用“钻底孔-攻丝加工”。

2.加工顺序的确定  虽然零件某些表面需要粗加工、半精加工、精加工,由于零件的刚度较好,不必划分加工阶段。根据基准先行、先面后孔的原则,以及先加工主要表面(M平面与φ25mm外圆和φ16mm孔 ),后加工次要表面(P、Q平面和各螺孔)的原则,安排机械加工路线如下所示:

①以N面和φ25mm毛坯面为粗基准,铣M平面。

②以M平面定位,同时按φ25mm毛坯外圆面找正,“粗车-半精车-精车”φ25mm外圆到设计尺寸,“钻-扩-铰”φ16mm孔到设计尺寸,车端平面N到设计尺寸。

③以M面(三个自由度)、φ16mm(两个自由度)和R14mm(一个自由度)为定位基准,“钻-扩-铰”φ10mm孔到设计尺寸。

④以N平面和φ16mm、φ10mm两孔为基准,“粗刨-精刨”130°槽。

⑤铣P、Q平面。(一面两孔定位)。

⑥“钻-攻丝”加工螺孔。(一面两孔定位)。

5确定加工余量及工序尺寸(略)

6 填写工艺文件

该零件的“机械加工工艺过程卡片”见表4-3所示。其中第30工序的“机械加工工序片”见表4-4 所示。其余略。

 

图4-4拨动杆零件简图

    表4-3 机械加工工艺过程卡片               

 

 

 

 

机械加工工艺过程卡片

 

产品型号

 

 

 

零件

图号

 

 

 

共1页

 

 

 

产品名称

 

 

 

零件

名称

 

拨动杆

 

第1页

 

 

 

材料

牌号

 

HT200

 

毛坯

种类

 

铸件

 

毛坯外

形尺寸

 

 

 

每毛坯可制件数

 

 

 

每件

台数

 

 

 

备注

 

 

 

 

 

序号

 

工序

名称

 

     工序内容

 

车间

 

工段

 

设备

 

工艺装备

 

工时

 

 

 

准终

 

单件

 

 

 

10

 

 

铣M平面

 

机加

 

 

 

X62

 

V口虎钳、面铣刀

 

 

 

 

 

 

 

20

 

 

车φ25mm外圆成,钻-扩-铰φ16H7mm孔成,车N面,倒角

 

机加

 

 

 

C6140

 

车夹具、锥柄钻头等

 

 

 

 

 

 

 

30

 

 

钻-扩-铰φ10H7mm孔成

 

机加

 

 

 

Z35

 

钻夹具,钻头等

 

 

 

 

 

 

 

40

 

 

粗刨-精刨130°槽

 

机加

 

 

 

B665

 

刨夹具、成型刨刀

 

 

 

 

 

 

 

50

 

 

铣P、Q面

 

机加

 

 

 

X62

 

铣夹具,三面刃铣刀

 

 

 

 

 

 

 

60

 

 

钻2-M8mm底孔2-φ6.5mm

 

机加

 

 

 

Z35

 

回转钻模,钻头

 

 

 

 

 

 

 

70

 

 

攻丝2-M8mm

 

机加

 

 

 

Z35

 

回转钻模、M8丝锥

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

设计(日期)

 

审核(日期)

 

会签

(日期)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

标记

 

处数

 

更改

文件号

 

签字

 

日期

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                                                                         

 

 

表4-4 机械加工工序卡片

 

 

 

 

机械加工工序卡片

 

产品型号

 

 

 

零件图号

 

 

 

共1页

 

产品名称

 

 

 

零件名称

 

拨动杆

 

第1页

 

(表3-11图)

 

车间

 

工序号

 

工序名称

 

材料牌号

 

 

 

30

 

钻-扩-铰孔

φ10H7mm

 

HT200

 

毛坯种类

 

毛坯外形尺寸

 

每毛坯可制件数

 

每台件数

 

铸件

 

 

 

1

 

1

 

设备名称

 

设备型号

 

设备编号

 

同时加工件数

 

摇臂钻床

 

Z35

 

 

 

1

 

工步号

 

工步内容

 

工艺装备

 

主轴转速/(r/min)

 

切削速度/(m/min)

 

进给量/(mm/r)

 

切削深度/mm

 

进给次数

 

工步工时

 

机动

 

辅助

 

1

 

钻孔φ10H7mm至尺寸φ9mm

 

钻夹具、φ9mm钻头

 

195

 

13.5

 

0.3

 

 

 

1

 

 

 

 

 

2

 

扩孔φ10H7mm至尺寸φ9.8mm

 

扩孔刀φ9.8mm

 

68

 

6.2

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

3

 

铰孔φ10H7mm成

 

铰刀φ10H7mm

 

68

 

7.5

 

0.18

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

设计(日期)

 

审核(日期)

 

会签(日期)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

标记

 

处数

 

更改文件号

 

签字

 

日期

 

 

 

 

 

 

 

 


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