机械制造及工艺箱体孔系加工Word文档下载推荐.docx
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这种找正法的孔心距精度可达±
0.3mm。
（3）样板找正法。
用10～20mm厚的钢板制造样板，
装在垂直于各孔的端面上（或固定于机床工作台上），如图8-37所示。
样板上的孔距精度较箱体孔系的孔距精度高（一般为±
0.1mm～±
0.3mm），样板上的孔径较工件孔径大，以便于镗杆通过。
样板上孔
径尺寸精度要求不高，但要有较高的形状精度和较细的表面粗糙度。
当样板准确地装到工件上后，在机床主轴上装一千分表，按样板找正机床主轴，找正后，即换上镗刀加工。
此法加工孔系不易出差错，找正方便，孔距精度可达±
0.05mm，这种样板成本低，仅为镗模成本的1/7～1/9，单件小批的大型箱体加工常用此法。
（4）定心套找正法。
如图8-38所示，先在工件上划线，再按线攻螺钉孔、然后装上形状精度高而光洁的定心套，定心套与螺钉间有较大间隙，然后按图样要求的孔心距公差的1/3～1/5调整全部定心套的位置，并拧紧螺钉。
复查后即可上机床，按定心套找正镗床主轴位置，卸下定心套，镗出一孔。
每加工一个孔，找正一次，直至孔系加工完毕。
此法工装简单，可重复使用，特别适宜于单件生产下的大型箱体和缺乏坐标镗床条件下加工钻模板上的孔系。
2．镗模法
镗模法即利用镗模夹具加工孔系。
镗孔时，工件装夹在镗模上，镗杆被支承在镗模的导套里，增加了系统刚性。
这样，
镗刀便通过模板上的孔将工件上相应的孔加工出来。
机床精度对孔系加工精度影响很小，孔距精度主要取决于镗模的制造精度，因而可以在精度较低的机床上加工出精度较高的孔系。
当用两个或两个以上的支承来引导镗杆时，镗杆与机床主轴必须浮动连接。
镗模法加工孔系时，镗杆刚度大大提高，定位夹紧迅速，节省了调整、找正的辅助时间，生产效率高，是中批生产、大批大量生产中广泛采用的加工方法。
但由于镗模自身存在的制造误差，导套与镗杆之间存在间隙与磨损，所以孔距的精度一般仅为±
0.05mm，同轴度和平行度从一端加工时为0.02～0.03mm，当分别从两端加工时为0.04～0.05mm。
此外，镗摸的制造要求高、周期长、成本高，对于大型箱体较少采用镗模法。
用镗模法加工孔系，既可在通用机床上加工，也可在专用机床或组合机床上加工。
图8-39所示为组合机床上用镗模加工孔系的示意。
3．坐标法
坐标法镗孔是在普通卧式镗床、坐标镗床或数控镗铣床等设备上，借助于测量装置，调整机床主轴与工件间在水平和垂直方向的相对位置，来保证孔距精度的一种镗孔方法。
在箱体的设计图样上，因孔与孔间有齿轮啮合关系，对孔距尺寸有严格的公差要求，采用坐标法镗孔之前，必须把各孔距尺寸及公差借助三角几何关系及工艺尺寸链规律，换算成以主轴孔中心为原点的相互垂直的坐标尺寸及公差。
目前许多工厂编制了主轴箱传动轴坐标计算程序，用微机很快即可完成该项工作。
图8-40（a）所示为二轴孔的坐标尺寸及公差计算的示意。
两孔中心距LOB＝
mm,YOB＝54mm。
加工时，先镗孔O后，调整可见度在X方向移动XOB、在Y方向移动YOB，再加工孔B。
由此可见中心距LOB，是由XoB和YoB间接保证的。
下面着重分析XOB和YOB的公差分配计算。
注意，在计算过程中应把中心距公差化为对称偏差，即：
＝（166.75±
0.05）mm。
在确定两坐标尺寸公差时，要利用平面尺寸链的解算方法。
现介绍一种简便的计算方法。
如图8-40（b）所示：
采用等公差法并以公差值代替增量，即
令△XOB＝△YOB＝ε，则：
上式是如图8-40（b）所示尺寸链公差计算的一般式。
将本例数据代人，可得ε＝0.041mm
即XOB＝（154.764±
0.041）mm，YOB=（54±
0.041）mm。
由以上计算可知：
在加工孔O以后，只要调整机床在X方向移动XOB＝（154.764±
0.041）mm，，在y方向移动YOB=（54±
0.041）mm，再加工孔B，就可以间接保证两孔中心距
。
在箱体类零件上还有三根轴之间保持一定的相互位置要求的情况。
如图8-41所示，其中
LAB=
，
YOB=54mm。
加工时，镗完孔O以后，调整机床在X方向移动XOA，在Y方向移动YOA，再加工孔A；
然后用同样的方法调整机床再加工孔B。
由此可见孔A和孔B的中心距是由两次加工间接保证的。
在加工过程中应先确定两组坐标．即（XOA，YOA）和（XOB，YOB）及其公差。
由图8-41通过数学计算可得:
XOA＝50.918mm；
YOA＝119.298mm;
XOB＝157.76mm,YOB＝54mm。
在确定坐标公差时，为计算方便，可分解为几个简单的尺寸链来研究，如图8-42所示，首先由图8*42（a）求出为满足中心距LAB公差而确定的XAB和YAB的公差。
由式（8－1）得：
XAB=XOB一XOA＝（106.846士0.036）mm，
YAB=YOB－YOA=（65.298士0.036）mm，
但XAB和YAB是间接得到保证的，由图8-42（b）和图8-42（c）所示，两尺寸链采用等公差法，即可求出孔A和孔B的坐标尺寸及公差：
XOA＝（50.918±
0.018）mm，YOA＝（129.298±
0.018）mm。
XOB＝（54±
0.018）mm，YOB＝（157.76±
为保证按坐标法加工孔系时的孔距精度，在选择原始孔和考虑镗孔顺序时，要把有孔距精度要求的两孔的加工顺序紧紧地连在一起，以减少坐标尺寸累积误差对孔距精度的影响，同时应尽量避免因主轴箱和工作台的多次往返移动而由间隙造成对定位精度的影响。
此外，选择的原始孔应有较高的加工精度和较低的表面粗糙度，以保证加工过程中检验镗床主轴相对于坐标原点位置的准确性。
坐标法镗孔的孔距精度取决于坐标的移动精度，实际上就是坐标测量装置的精度。
坐标测量装置的主要形式介绍如下。
①普通刻线尺与游标尺加放大镜测量装置。
其位置精度为±
0.1～±
②百分表与块规测量装置。
一般与普通刻线尺测量配合使用，在普通镗床用百分表和块规来调整主轴垂直和水平位置，百分表装在镗床头架和横向工作台上。
位置精度可达±
0.02～0.04mm，这种装置调整费时，效率低。
③经济刻度尺与光学读数头测量装置。
这是用得最多的一种测量装置，该装置操作方便，精度较高，经济刻度尺任意两划线间误差不超过5μm，光学读数头的读数精度为0.01mm。
④光栅数字显示装置和感应同步器测量装置。
其读数精度高，为0.0025～0.01mm。
（二）同轴孔系的加工成批生产中，一般采用镗模加工孔系，其同轴度由镗模保证。
单件小批生产其同轴度用以下几种方法来保证。
1．利用已加工孔作支承导向
如图8-43所示，当箱体前壁上的孔加工好后，在孔内装一导向套支承和引导镗杆加工后壁上的孔，以保证两孔的同轴度要求。
此法适于加工箱壁较近的孔。
2利用镗床后立枉上的导向套支承镗杆
这种方法其镗杆系两端支承刚性好，但此法调整镗杆麻烦，镗杆要长，很笨重，故只适于大型箱体的加工。
3．采用调头镗
当箱壁相距较远时，可采用调头镗，如图8-44所示，工件在一次装夹下，镗好一端孔后将镗床工作台回转180O，调整工作台位置，使已加工孔与镗床主轴同轴，然后再加工另一端孔。
当箱体上有一较长并与所镗孔轴线有平行度要求的平面时，镗孔前应先用装在镗杆上的百分表对此平面进行校正，使其与镗杆轴线平行，如图8-44（a）所示，校正后加工孔A，孔A加工后，再将工作台回转180O，并用装在镗杆上的百分表沿此平面重新校正．如图8-44（b）所示，然后再加工B孔，就可保证A孔和B孔同轴。
若箱体上无长的加工好的工艺基面，也可用平行长铁置于工作台上，使其表面与要加工的孔轴线平行后固定。
调整方法同上，也可达到两孔同轴的目的。
悬臂镗杆在镗孔过程中，受到切削力矩M、切削力F及镗杆自重G的作用，如图8-46和图8-47所示。
切削力矩
M使镗杆产生弹性扭曲，主要影响工件的表面粗糙度和刀具的寿命；
切削力Fr，和自重G使镗杆产生弹性弯曲（挠曲变形），对孔系加工精度的影响严重。
下面主要分析Fr和G的影响。
1．由切削力F所产生的挠曲变形
作用在镗杆上的切削力Fr，随着镗杆的旋转不断地改变方向由此而引起的镗杆的挠曲变形也不断地改变方向，如图8-46所示，使镗杆的中心偏离了原来的理想中心。
由图可见，当切削力大小不变时，刀尖的运动轨迹仍然呈
正圆，只不过所镗出孔的直径比刀具调整尺减少了2fF，fF的大小与切削力Fr和镗杆的伸出长度有关，Fr越大或镗杆伸出越长，则fr就越大。
但应该指出，在实际生产中由于实际加工余量的变化和材质的不匀，切削力Fr是变化的，因此刀尖运动轨迹不可能是正圆。
同理，在被加工孔的轴线方向上，由于加工余量和材质的不匀，或者采用镗杆进给时，镗杆的挠曲变形也是变化的。
2．镗杆自重G所产生的挠曲变形
镗杆自重G在镗孔过程中，其大小和方向不变。
因此，由它所产生的镗杆挠曲变形fG的方向也不变。
高速镗削时，由于陀螺效应，自重所产生的挠曲变形很小；
低速精镗时，自重对镗杆的作用相当于均布载荷作用在悬臂梁上,使镗杆实际回转中心始终低于理想回转中心一个fG值。
G越大或镗杆悬伸越长，则fG越大，如图8-47所示。
3．镗杆在自重G和切别力Fr共同作用下的挠曲变形
事实上，镗杆在每一瞬间所产生的挠曲变形，是切削力Fr和自重G所产生的挠曲变形的合成。
可见，在Fr和G的综合作用下，镗杆的实际回转中心偏离了理想回转中心。
由于材质不匀、加工余量的变化、切削用量的不一，以及镗杆伸出长度的变化，使镗杆的实际回转中心在切削过程中作无规律的变化，从而引起了孔系加工的各种误差：
对同一孔的加工，引起圆柱差；
对同轴孔系引起同轴度误差；
对平行孔系引起孔距误差和平行度误差。
粗加工时，切削力大，这种影响比较显著；
精加工时，切削力小，这种影响比较小。
从以上分析可知，镗杆在自重和切削力作用下的挠曲变形，对孔的几何形状精度和相互位置精度都有显著的影响。
因此，在镗孔时必须十分注意提高镗杆的刚度，一般可采取下列措施：
第一，尽可能加粗镗杆直径和减少悬伸长度；
第二，采用导向装置，使镗杆的挠曲变形得以约束。
此外，也可通过减小镗杆自重和减小切削力对挠曲变形的影响来提高孔系加工精度：
对镗杆直径较大时（Φ80mm以上），应加工成空心，以减轻重量；
合理选择定位基准使加工余量均匀；
精加工时采用较小的切削用量，并使加工各孔所用的切削用量基本一致，以减小切削力影响。
（二）镗杆与导向套的精度及配合间隙的影响
采用导向装置或镗模镗孔时，镗杆由导套支承，镗杆的刚度较悬臂镗时大大提高。
此时，与导套的几何形状精度及其相互的配合间隙，将成为影响孔系加工精度的主要因素之一，现分析如下。
由于镗杆与导套之间存在着一定的配合间隙，在镗孔过程中．当切削力Fr大于自重G时，刀具不管处在任何切削位置，切削力都可以推动镗杆紧靠在与切削位置相反的导套内表面，这样，随着镗杆的旋转，镗杆表面以一固定部位沿导套的整个内圆表面滑动。
因此，导套的圆度误差将引起被加工孔的圆度误差，而镗杆的圆度误差对被加工孔的圆度没有影响。
精镗时，切削力很小，通常Fr≤G，切削力Fr不能抬起镗杆。
随着镗杆的旋转，镗杆轴颈以不同部位沿导套内孔的下方摆动，如图8-48所示。
显然，刀尖运动轨迹为一个圆心低于导套中心的非正园，直接造成了被加工孔的圆度误差；
此时，镗杆与导套的圆度误差也将反映到被加工孔上而引起圆度误差。
当加工余量与材质不匀或切削用量选取不一样时，使切削力发生变化，引起镗杆在导套内孔下方的摆幅也不断变化。
这种变化对同一孔的加工，可能引起圆柱度误差；
对不同孔的加工可能引起相互位置的误差和孔距误差。
所引起的这些误差的大小与导套和镗杆的配合间隙有关：
配合间隙越大，在切削力作用下，镗杆的摆动范围越大，所引起的误差也就越大
综上所述，在有导向装置的镗孔中，为了保证孔系加工质量，除了要保证镗杆与导套本身必须具有较高的几何形状精度外，尤其要注意合理地选择导向方式和保持镗杆与导套合理的配合间隙，在采用前后双导向支承时，应使前后导向的配合间隙一致。
此外，由于这种影响还与切削力的大小和变化有关，因此在工艺上应注意合理选择定位基准和切削用量，精加工时，应适当增加走刀次数，以保持切削力的稳定和尽量减少切削力的影响。
（三）机床进给运动方式的影响
镗孔时常有两种进给方式：
由镗杆直接进给；
由工作台在机床导轨上进给。
进给方式对孔系加工精度的影响与镗孔方式有关，当镗杆与机床主轴浮动连接采用镗模镗孔时，进给方式对孔系加工精度无明显的影响；
而采用镗杆与主轴刚性连接悬臂镗孔时，进给方式对孔系加工精度有较大的影响。
悬臂镗孔时，若以镗杆直接进给，如图8-49（a）所示，在镗孔过程中，随着镗杆的不断伸长，刀尖处的挠曲变形量越来越大，使被加工孔越来越小，造成圆往度误差．同理，若用镗杆直接进给加工同轴线上的各孔，则造成同轴度误差。
反之若镗杆伸出长度不变，而以工作台进给，如图849（b）所示，在镗孔过程中，刀尖处的挠度值不变（假定切削力不变）,因此镗杆的挠曲变形对被加工孔的几何形状精度和孔系的相互位置精度均无影响。
但是，当用工作台进给时，机床导轨的直线度误差会使被加工孔产生圆柱度误差，使同袖线上的孔产生同轴度误差。
机床导轨与主轴轴线的平行度误差，使被加工孔产生圆度误差，如图8-50所示，在垂直于镗杆旋转轴线的截面A－A内，被加工孔是正圆；
而在垂直于进给方向的截面B－B内，被加工孔为椭圆。
不过所产生圆度误差在一般情况下是极其微小的，可以忽略不计。
例如当机床导轨与主轴轴线在100mm长上倾斜1mm，对直径为100mm的被加工孔，所产生的圆度误差仅为0.005mm。
此外，工作台与床身导轨的配合间隙对孔系加工精度也有一定影响，因为当工作台作正、反向进给时，通常是以不同部位与导轨接触的，这样，工作台就会随着进给方向的改变而发生偏摆，间隙越大，工作台越重，其偏摆量越大。
因此，当镗同轴孔系时，会产生同轴度误差；
镗相邻孔系时，则会产生孔距误差和平行度误差。
比较以上两种进给方式，在悬臂镗孔中，镗杆直接进给，镗杆的挠曲变形较难控制；
而机床的工作台进给采用合理的操作方式时，比镗杆进给较易保证孔系的加工质量。
因此，在一般的悬臂镗孔中，特别是当孔深大于200mm时，大都采用工作台进给；
但当加工大型箱休时．镗杆的刚度好，用工作台进给十分沉重，易产生爬行，反而不如镗杆直接进给快，此时宜用镗杆进给。
另外，当孔深小于200mm时镗杆悬伸短．也可直接采用镗杆进给。
减速箱传动轴加工工艺分析
一、阶梯轴加工工艺过程分析
图6－34为减速箱传动轴工作图样。
表6－13为该轴加工工艺过程。
生产类型为小批生产。
材料为45﹟热轧圆钢。
零件需调质。
表613传动轴加工工艺过程
（一）结构及技术条件分析
该轴为没有中心通孔的多阶梯轴。
根据该零件工作图，其轴颈M和N，外圆P和Q及轴肩G,H,I有较高的尺寸精度和形状位置精度要求，并要有较小的表面粗糙度值，该轴有调质热处理要求。
（二）加工工艺过程分析
1．确定主要表面加工方法和加工方案
传动轴大多是回转表面，主要是采用车削和外圆磨削。
由于该轴主要表面M、N、P、Q的公差等级较高（IT6），表面粗糙度Ra值较小（0.8μm），最终加工应采用磨削。
其加工方案可参考表3－14。
2．划分加工阶段
该轴加工划分为三个加工阶段，即粗车（粗车外圆、钻中心孔）；
半精车（半精车各处外圆、台肩和修研中心孔等）；
粗精磨各处外圆。
各加工阶段大致以热处理为界。
3．选择定位基准
轴类零件的定位基面，最常用的是两中心孔。
因为轴类零件各外圆表面、螺纹表面的同轴度及端面对轴线的垂直度是相互位置精度的主要项目，而这些表面的设计基准一般都是轴的中心线，采用两中心孔定位就能符合基准重合原则。
而且由于多数工序都采用中心孔作为定位基面能最大限度地加工出多个外圆和端面，这也符合基准统一原则。
但下列情况不能用两中心孔作为定位基面。
（1）粗加工外圆时，为提高工件刚度则采用轴外圆表面为定位基面，或以外圆和中心孔同作定位基面，即一夹一顶。
（2）当轴为通孔零件时，在加工过程中，作为定位基面的中心孔因钻出通孔而消失。
为了在通孔加工后还能用中心孔作为定位基面，工艺上常采用三种方法。
①当中心通孔直径较小时，可直接在孔口倒出宽度不大于2mm的600内锥面来代替中心孔。
②当轴有圆柱孔时，可采用如图6－35（a）所示的锥堵，取l：
500锥度，当轴孔锥度较小时取锥堵锥度与工件两端定位孔锥度相同。
③当轴通孔的锥度较大时，可采用带锥堵的心轴，简称锥堵心轴，如图6－35（b）所示。
使用锥堵或锥堵心轴时应注意，一般中途不得更换或拆卸，直到精加工完各处加工面，不再使用中心孔时方能拆卸。
4．热处理工序的安排
该轴需进行调质处理。
它应放在粗加工后，半精加工前进行。
如采用锻件毛坯，必须首先安排退火或正火处理。
该轴毛坯为热轧钢，可不必进行正火处理。
5．加工顺序安排
除了应遵循加工顺序安排的一般原则如先粗后精、先主后次等还应注意以下几点：
（1）外圆表面加工顺序应为：
先加工大直径外圆然后再加工小直径外圆，以免一开始就降低了工件的刚度。
（2）轴上的花键、键槽等表面的加工应在外圆精车或粗磨之后，精磨外圆之前。
轴上矩形花键的加工，通常采用铣削和磨削加工，产量大时常用花键滚刀在花键铣床上加工。
以外径定心的花键轴，通常只磨削外径键侧，而内径铣出后不必进行磨削，但如经过淬火而使花键扭曲变形过大时，也要对侧面进行磨削加工。
以内径定心的花键，其内径和键侧均需进行磨削加工。
（3）轴上的螺纹一般有较高的精度，如安排在局部淬火之前进行加工，则淬火后产生的变形会影响螺纹的精度。
因此螺纹加工宜安排在工件局部淬火之后进行。
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