车床主轴箱体的生产工艺过程

 

图1 CA6140车床主轴箱体零件简图

1、图1所示为CA6140车床主轴箱箱体的零件简图。其加工工艺过程如表1、2所示。

 

 

表1 主轴箱小批生产工艺过程

序 号	工 序 内 容	定 位 基 准
1	铸造
2	时效
3	漆底漆
4	划线：考虑主轴孔有加工余量，并尽量均匀。划 C、A及E、D加工线
5	粗、精加工顶面 A	按线找正
6	粗、精加工 B、C面及侧面D	顶面 A并校正主轴线
7	粗、精加工两端面 E、F	B、C面
8	粗、半精加工各纵向孔	B、C面
9	精加工各纵向孔	B、C面
10	粗、精加工横向孔	B、C面
11	加工螺孔及各次要孔
12	清洗、去毛刺倒角
13	检验

 

表2 主轴箱大批生产工艺过程

序 号	工 序 内 容	定 位 基 准
1	铸造
2	时效
3	漆底漆
4	铣顶面 A	I孔与II孔
5	钻、扩、绞 2-Ф8H7工艺孔（将6-M10mm先钻至Ф7.8mm,绞2-Ф8H7）	顶面 A及外形
6	铣两端面 E、F及前面D	顶面 A及两工艺孔
7	铣导轨面 B、C	顶面 A及两工艺孔
8	磨顶面 A	导轨面 B、C
9	粗镗各纵向孔	顶面 A及两工艺孔
10	精镗各纵向孔	顶面 A及两工艺孔
11	精镗主轴孔 I	顶面 A及两工艺孔
12	加工横向孔及各面上的次要孔
13	磨 B、C导轨面及前面D	顶面 A及两工艺孔
14	将 2-Ф8H7及4-Ф7.8mm均扩钻至Ф8.5mm，攻6-M10mm
15	清洗、去毛刺倒角
16	检验

 

2、制订箱体工艺过程的共同性原则

1）加工顺序为先面后孔 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。因为箱体孔的精度要求高，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。由于箱体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 箱体的结构复杂，壁厚不均，刚性不好，而加工精度要求又高，故箱体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，有利于保证箱体的加工精度。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）工序间合理按排热处理 箱体零件的结构复杂，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500oC～550oC ，保温4h～6h ，冷却速度小于或等于30oC/h ，出炉温度小于或等于200oC 。

 

普通精度的箱体零件，一般在铸造之后安排 1次人工时效出理。对一些高精度或形状特别复杂的箱体零件，在粗加工之后还要安排1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。箱体零件人工时效的方法，除了加热保温法外，也可采用振动时效来达到消除残余应力的目的。

 

4）用箱体上的重要孔作粗基准 箱体类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它各轴孔的加工余量均匀，还能较好地保证各轴孔轴心线与箱体不加工表面的相互位置。

 

定位基准的选择

 

1）粗基准的选择 虽然箱体类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中小批生产时，由于毛坯精度较低，一般采用划线装夹，其方法如下：

 

首先将箱体用千斤顶安放在平台上（图2a），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，根据毛坯的主轴孔划出主轴孔的水平线I-I，在4个面上均要划出，作为第1校正线。划此线时，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，作必要的借正，直到所有的加工部位均有加工余量，才将I-I线zui终确定下来。I-I线确定之后，即画出A面和C面的加工线。然后将箱体翻转90o，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划出主轴孔的垂直轴线II-II作为第2校正线（图2b），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90o（图2c），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。

 

 

 

图2 主轴箱的划线

 

加工箱体平面时，按线找正装夹工件，这样，就体现了以主轴孔为粗基准。

 

② 大批大量生产时，毛坯精度较高，可直接以主轴孔在夹具上定位，采用图3的夹具装夹。

1、3、5—支承 2—辅助支承 4—支架 6—挡销 7—短轴
8—活动支柱 9、10—操纵手柄 11—螺杆 12—可调支承 13—夹紧块
图3 以主轴孔为粗基准铣顶面的夹具

 

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伸人主轴孔中。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。zui后操纵手柄10，将液压控制的两个夹紧块13插入箱体两端相应的孔内夹紧，即可加工。

 

① 单件小批生产用装配基面做定位基准。图1车床床头箱单件小批加工孔系时，选择箱体底面导轨B、C面做定位基准，B、C面既是床头箱的装配基准，又是主轴孔的设计基准，并与箱体的两端面、侧面及各主要纵向轴承孔在相互位置上有直接，故选择B、C面作定位基准，不仅消除了主轴孔加工时的基准不重合误差，而且用导轨面B、C定位稳定可靠，装夹误差较小，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。

 

2）精基准的选择 箱体加工精基准的选择也与生产批量大小有关。

 

 

 

这种定位方式也有它的不足之处。加工箱体中间壁上的孔时，为了提高刀具系统的刚度，应当在箱体内部相应的部位设置刀杆的导向支承。由于箱体底部是封闭的，中间支承只能用如图4所示的吊架从箱体顶面的开口处伸人箱体内，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生产。

 

 

 

 图4 吊架式镗模夹具

 

 

 

② 量大时采用一面两孔作定位基准。大批量生产的主轴箱常以顶面和两定位销孔为精基准，如图5所示。

 

图5 箱体以一面两孔定位

 

这种定位方式是加工时箱体口朝下，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。

 

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。为了保证箱体的加工精度，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，用箱体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，仅仅是针对类似床头箱而言，许多其它形式的箱体，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。实际生产中，一面两孔的定位方式在各种箱体加工中应用十分广泛。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箱体时，多采用这种定位方式。

 

以上分析可知：箱体精基准的选择有两种方案：一是以3平面为精基准（主要定位基面为装配基面）；另一是以一面两孔为精基准。这两种定位方式各有优缺点，实际生产中的选用与生产类型有很大的关系。通常从“基准统一”，中小批生产时，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；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。