箱体类零件加工中的平面精度和尺寸规格要求

2023-06-25 理论教育版权反馈

【摘要】：箱体上平面的加工精度及相互位置精度箱体上的平面有：装配基准面、加工中的定位基准面等，它们有较高的平面度要求，一般为0.02～0.10mm，表面粗糙度值为Ra1.6～0.4μm。箱体上紧固孔的尺寸规格应尽可能一致，以减少加工中换刀的次数。以箱体的底面和侧面作为精基准，可以符合基准重合原则。

箱体是机器和部件的基础零件，它支承着轴、轴承和其他零件，使它们按照一定的要求连接起来，保持正确的相互位置，完成一定的运动。

根据不同的使用要求，可以把箱体设计成不同的结构形式，如整体式和分离式箱体等。一般箱体的外形很不规则，内部成空腔型，形状比较复杂，内部空腔的中间隔以肋板，箱体壁较薄且不均匀。箱体的加工表面多，孔、平面的尺寸、形状和位置精度的要求较高。常见箱体零件如图3-38所示。

图3-38 常见箱体零件简图

a）组合机床主轴箱 b）车床进给箱 c）磨床尾座壳体 d）分离式减速箱 e）泵壳 f）曲轴箱

1.箱体的技术要求

（1）孔的尺寸精度、形状精度和表面粗糙度箱体上的孔大都与轴承配合，它起支承作用。对轴承孔的加工质量要求较高，一般情况下，重要的支承孔（如机床床头箱主轴孔）精度为IT6级，表面粗糙度为Ra1.6～0.4μm，其余孔的精度为IT6～IT8级，表面粗糙度为Ra3.2～0.8μm。孔的形状精度一般不超过孔公差的1/2～1/3。

（2）支承孔的孔距尺寸精度和相互位置精度轴通过轴承支承在箱体轴承孔上，轴上安装齿轮，若中心距偏小，会使齿轮啮合时齿侧间隙过小，齿轮“咬死”；若中心距偏大，则齿侧间隙增大，传动中产生冲击，破坏传动精度。一般箱体的中心距允许偏差为±（0.025～0.06）mm。

孔与孔之间的位置精度是指支承孔之间的平行度、同轴线孔的同轴度等。这些误差会使轴心线安装时倾斜，影响齿轮啮合传动，使轴的装配困难。也会使轴承内外滚道相对倾斜，引起回转轴线的径向和轴向跳动，加剧轴承的磨损。一般箱体的轴心线平行度公差在100mm长度上为0.01～0.02mm。

（3）孔与平面的尺寸精度和相互位置精度主要是指支承孔与装配基准面之间的尺寸精度和相互位置精度（如平行度）以及支承孔与端面的垂直度等。

（4）箱体上平面的加工精度及相互位置精度箱体上的平面有：装配基准面、加工中的定位基准面等，它们有较高的平面度要求，一般为0.02～0.10mm，表面粗糙度值为Ra1.6～0.4μm。否则，箱体在加工时会影响定位精度，再装配后会影响接触刚度和相互位置精度。

2.箱体零件的结构工艺性

箱体上的孔主要以通孔、阶梯孔、不通孔、交叉孔等为主。通孔工艺性最好，通孔内又以孔长L与孔径d之比L/d≤1～1.5的短孔最好；阶梯孔的工艺性较差，孔径相差越大，工艺性也越差；相贯通的交叉孔的工艺性也较差，如图3-39所示，ϕ100⁺⁰^.035₀mm孔与ϕ70⁺⁰^.03₀mm孔相交，加工时，刀具进给贯通部分，由于同一圆周表面切削的不连续性使得贯通部分孔产生形状误差。如图3-39b所示工艺图上，可以将ϕ70⁺^0.03₀mm孔预先不铸通，先加工ϕ100⁺⁰^.035₀mm孔后再加工ϕ70⁺⁰^.03₀mm孔，这样可以保证交叉孔的质量。由于不通孔的工艺性最差，所以在箱体结构的设计中应尽量避免采用。

图3-39 相贯孔的工艺性

a）交叉孔 b）交叉孔毛坯

箱体上同轴孔的孔径排列方式有三种，如图3-40所示。图3-40a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。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。图3-40b为孔径大小从两边向中间递减，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，常采用此种孔径分布。图3-40c为孔径大小不规则排列，工艺性差，应尽量避免。

图3-40 同轴孔系孔的排列

a）孔径大小单向排列 b）孔径大小双向排列 c）孔径大小无规则排列

箱体内端面加工比较困难，结构上必须加工时，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，这样就可避免伤着另外的孔。箱体的外端面凸台应尽可能在同一平面上。

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，以减少加工中换刀的次数。

3.箱体机械加工工艺过程与工艺分析

箱体零件的结构复杂，加工的表面多，根据生产批量的大小和生产条件确定其加工的方法。图3-41是车床主轴箱图，表3-4是主轴箱的生产工艺过程。

（1）粗基准的选择主轴孔是箱体加工中要求较高的加工表面，粗基准的选择应在保证各表面有足够加工余量的前提下，使主轴孔的加工余量、孔壁厚度均匀；同时，还应保证箱体内壁与装入的零件（主要是旋转的齿轮）之间有足够的空隙。

根据上述要求，可以选择箱体上的重要孔（如车床床头箱的主轴孔）为粗基准。因为箱体在铸造时，其内腔和主轴孔的泥芯是以一个整体放入箱体型腔的，如以主轴孔为粗基准，可以保证孔系的相互位置，也保证了孔与箱体不加工的内壁之间的相互位置。

以箱体主轴孔为粗基准的安装方式有以下两种：

1）小批生产中一般采用划线找正法。在机械加工前，先对箱体毛坯进行划线。首先划出箱体毛坯主轴孔的轴心线，根据此线来检查各加工面上是否有足够的加工余量，若某一加工面上加工余量不够，则重新调整主轴孔轴线的位置，以作修正。在机床上进行加工时，就按线找正安装工件。图3-42为一箱体的划线示意图。首先用千斤顶将箱盖顶起，调整使主轴孔Ⅰ的轴心线基本上与平板平行，垂直面基本与台面垂直。然后根据主轴孔毛坯面划出水平轴心线A-A，调整千斤顶使A-A线与台面垂直，用上述同样方法划出主轴孔垂直轴心线B-B，根据B-B线划出垂直方向各加工面的加工线。

图3-41 车床主轴箱简图

表3-4 主轴箱生产工艺过程

图3-42 箱体的划线

2）大批生产中，可以将主轴孔直接放在夹具的定位元件上定位，以节省划线校正的大量工时。

（2）精基准的选择精基准的选择与箱体的类型、结构形式和技术要求有很大的关系。一般情况下，应考虑基准重合的原则，即尽可能使定位基准与设计基准重合。选择的定位基准应有足够的面积，才能使定位和夹紧可靠。常用的基准选择方法有以下两种：

1）以装配基准面为精基准。以箱体的底面和侧面作为精基准，可以符合基准重合原则。箱体的底面往往是箱体的装配基准，箱体上的孔的尺寸标注也是以底面和侧面为设计基准的。同时，底面的接触面积也较大，使得定位可靠、夹紧稳固；箱体口朝上，也便于观察、测量和换刀。

但是，当箱体中间壁上支承孔的精度要求较高，而两端面上孔的间距又较长时，加工中间壁上的支承孔时必须设置镗杆导向支承，以提高镗杆的刚性。这时，导向支承只能吊挂在夹具上面，称为吊架，吊架的装卸很不方便，每加工一个工件需装拆一次，使孔的加工精度受到影响。

2）一面两孔定位。这种定位方法是大批生产中普遍采用的，尤其在自动线上加工箱体时都用此法定位。如图3-43所示，镗孔时箱体的口朝下，一次安装后，可以同时加工除底面以外的五个面和面上的孔，易于实现基准统一。另外，中间导向支承固定在夹具体上，刚度较好，有利于保证同轴线孔的位置精度。工件的装拆也比较方便。

图3-43 一面两孔定位

必须指出，一面两孔的定位方式，因为以顶面为定位基准，使设计基准与定位基准不重合，产生了基准不重合误差，这样会给提高孔系加工精度带来一定困难。但可以采取下列措施来弥补：

①提高定位表面（箱体顶面）的加工精度。精铣或磨削顶面，以控制顶面至底面（设计基准）的尺寸精度和平行度。

②钻、扩、铰两个定位销孔。使孔的尺寸精度达到H7，由于加工过程中无法观察、测量孔径和调整刀具，应采用事先调好尺寸的刀具，以保证孔的尺寸精度。

4.箱体平面的加工

当端面尺寸不大时，可用刮端面的锪刀加工，如图3-44所示，镗床主轴带动镗杆旋转和轴向移动，镗杆支承在镗模架的镗套内，调节锁紧螺母的轴向位置，可以控制端面的轴向尺寸。

图3-44 加工箱体端面

镗杆的支承和导向也可以利用箱体上已加工的孔如图3-45a所示或在孔内增加一个衬套如图3-45b所示。

图3-45 加工箱体端面的刀杆支承

加工尺寸较大的端面，用锪刀有困难时，可采用镗床平旋盘径向滑座上的刀具进行加工，平旋盘旋转的同时，径向滑座作径向进给，使刀具作垂直于旋转轴线方向的进给，如图3-46所示。

5.箱体孔系的加工

（1）同轴孔系的镗削同轴孔系是指两个或者两个以上的孔位于同一个轴线上。

图3-46 在镗床上加工箱体端面

同轴孔系镗削的关键是：既要保证轴线上孔的尺寸精度和形状精度，又要满足各个孔间的同轴度要求。同轴孔系的镗削方法如下：

1）悬臂式镗削法。按进给方式不同，悬臂式镗削可以分为两种：即主轴进给镗孔和工件进给镗孔。

主轴进给镗孔时如图3-47，主轴既作旋转运动，又作进给运动。适用于长度较短孔的加工。

工件进给镗孔时如图3-48所示，工件作进给运动，刀具作旋转运动，主轴和镗杆伸出长度不变，这种方式镗孔要比主轴送进镗孔的精度高。

图3-47 主轴进给镗孔

图3-48 工件进给镗孔

2）多支承镗削。在镗削间距较大的同轴线孔时，因为主轴悬伸长度大，刚性差变形大，难以保证孔的加工精度，此时，可以采用辅助支承的镗削方法，以缩短悬伸长度，提高刀杆的刚度。常用的支承方式有两种：一种是利用已镗好的孔作为辅助支承如图3-49所示；另一种是利用镗床尾座的支承如图3-50所示，此法的缺点是调整较困难。

3）调头镗削。如图3-51所示，工件在镗好一端的孔后，将工作台旋转180°，再镗另一端的孔，与上述方法相比，操作方便，也不需长刀杆及支承套。

图3-49 采用辅助支承镗孔

图3-50 利用镗床尾座支承镗孔

调头镗削要达到同轴度要求，必须进行精心的调整，调整方法如下：

①调整工作台回转180°的定位误差。如图3-52a所示，先使工作台紧靠在回转定位机构上，在台面上放一平尺，用装在主轴上的百分表找正其一侧面，将其固定，回转工作台180°，再测量平尺的另一侧面，微调回转定位机构，使回转定位误差小于0.02mm/1000mm。

图3-51 调头镗削

图3-52 调头镗削时工作台调整

1—指示表 2—镗床工作台 3—镗床主轴

②调整坐标原点。如图3-52b所示，将指示表1固定在工作台上，工作台2回转180°，先后测量主轴3两侧，使其误差小于0.01mm，表示了主轴轴线通过工作台回转中心，这时，工作台在X轴上的坐标值为原点的坐标值。当镗完一端孔后，调头时应保证坐标值相等，方向相反，这样就可以达到同轴度的要求。

（2）垂直孔系的镗削垂直孔系的镗削可以采用以下的方法：

1）将工件安装在回转工作台上，镗好一孔后，工作台回转90°，镗削另一垂直孔如图3-53所示，此法的加工精度取决于镗床工作台的回转精度。

图3-53 用回转法镗削垂直孔系

2）如果镗床回转精度较低时，可以在镗削第一个孔时，同时镗削A面如图3-54a所示，使A面与孔轴线垂直，然后旋转工作台，校正A面使之与机床主轴轴线或机床导轨平行，保证镗出的第二个孔与A面平行，也就垂直于第一孔轴线。

图3-54 用校正法镗削垂直孔系

3）也可以在镗完第一孔后，在孔内插入一根心棒B，然后旋转工作台，通过装在主轴上的指示表进行校正，使心棒轴线与主轴轴线垂直，以保证镗削的第二个孔轴线与第一孔轴线垂直如图3-54b所示。

（3）平行孔系的镗削平行孔系的镗孔方法有下列几种：

1）找正法

①划线找正。在加工前按照零件图在毛坯上划出各加工面和孔的位置轮廓线，根据孔的轮廓线进行找正。按划线找正的误差较大，为了提高划线找正的精度，可以采用试切法，如图3-55所示，先镗出孔1，然后在孔2的位置试镗一个比图样尺寸小的孔，测量两孔的中心距，按误差大小和方向微调孔2的位置，再进行第二次试镗，再测量，再调整，直到两孔中心距达到图样要求，最后将孔2镗到图样规定尺寸。