箱体类零件加工工艺课件.ppt

课题三课题三 箱体类零件的加工箱体类零件的加工知识点知识点技能点技能点l掌握箱体类零件的加工工艺掌握箱体类零件的加工工艺l对箱体类零件的认识对箱体类零件的认识l箱体类零件的主要技术要术箱体类零件的主要技术要术l箱体类零件机械加工的主要工艺问题箱体类零件机械加工的主要工艺问题模块五模块五 典型零件的加工典型零件的加工一一.课题分析课题分析1、箱体类零件的功用和种类、箱体类零件的功用和种类 箱体零件是机器的基础零件之一，用于将一些轴、套和齿轮等零件组装在一起，使其保持正确的相互位置，并按照一定的传动关系协调地运动。组装后的箱体部件，用箱体的基准平面安装在机器上。因此，箱体零件的加工质量，对箱体部件装配后的精度有着决定性的影响。各种箱体由于应用不同，其结构形状差异很大，一般可分为整体式箱体与剖分式箱体两类，如图1所示，其中图a)为整体式箱体，图b)为剖分式箱体。（一）对箱体类零件的认识（一）对箱体类零件的认识二二.相关知识相关知识箱体零件共同的结构特点是：结构形状复杂，内部呈空腔，箱壁较薄且不均匀，其上有许多精度要求很高的轴承孔和装配用的基准平面，此外还有一些精度要求不高的紧固孔和次要平面。因此，箱体上需要加工的部位较多，加工难度也较大。图图1 1 几种箱体零件的结构简图几种箱体零件的结构简图a)组合机床主轴箱 b)剖分式减速器箱体 c)汽车后桥差速器箱体 d)车床主轴箱2、箱体类零件的材料和毛坯、箱体类零件的材料和毛坯 箱体类零件的材料常采用灰铸铁，如HT200，它具有容易成形、吸振性好、耐磨性及切削性好等特点。一些负荷较大的减速箱体，也可采用铸钢件。航空发动机的箱体则常采用铝合金或镁铝合金材料，以减轻质量。当生产批量不大时箱体铸件毛坯采用木模手工造型，制作简单但毛坯精度较低，余量也较大；大批、大量生产时则采用金属模机器造型，毛坯精度高，余量可适当减小；在单件生产时，有时采用焊接件作箱体毛坯，以缩短生产周期。1、轴承孔的尺寸、形状精度要求、轴承孔的尺寸、形状精度要求 箱体轴承孔的尺寸精度、形状精度和表面粗糙度直接影响与轴承的配合精度和轴的回转精度。特别是机床主轴的轴承孔，对机床的工作精度影响较大。普通机床的主轴箱，主轴轴承孔的尺寸精度为IT6，形状误差小于孔径公差的1/2，表面粗糙度Ra值为1.60.8m；其他轴承孔的尺寸精度为IT6，形状误差小于孔径公差，表面粗糙度Ra值为3.21.6m。（二）箱体类零件的主要技术要求2、轴承孔的相互位置精度要求、轴承孔的相互位置精度要求 （1）各轴承孔的中心距和轴线的平行度 箱体上有齿轮啮合关系的相邻轴承孔之间，有一定的孔距尺寸精度与轴线的平行度要求，以保证齿轮副的啮合精度，减小工作中的噪声与振动，还可减小齿轮的磨损。一般机床箱体轴承孔的中心距偏差为(0.0250.06)mm，轴线的平行度公差在300mm长度内为0.03mm。（2）同轴线的轴承孔的同轴度 安装同一轴的前、后轴承孔之间有同轴度要求，以保证轴的顺利装配和正常回转。机床主轴轴承孔的同轴度误差一般小于0.008mm，一般孔的同轴度误差不超过最小孔径的公差之半。（3）轴承孔轴线对装配基准面的平行度和对端面的垂直）轴承孔轴线对装配基准面的平行度和对端面的垂直度要求度要求 机床主轴轴线对装配基准面的平行度误差会影响机床的加工精度，对端面的垂直度误差会引起机床主轴端面圆跳动。一般机床主轴轴线对装配基准面的平行度公差在650 mm长度内为0.03 mm，对端面的垂直度公差为0.0150.02mm。（4）箱体主要平面的精度要求）箱体主要平面的精度要求 箱体的主要平面是指装配基准面和加工中的定位基准面，它们直接影响箱体在加工中的定位精度，影响箱体与机器总装后的相对位置与接触刚度，因而具有较高的形状精度(平面度)和表面粗糙度要求。一般机床箱体装配基准面和定位基准面的平面度公差在0.030.10 mm范围内，表面粗糙度Ra值为3.21.6m。箱体上其他平面对装配基准面的平行度公差，一般在全长范围内为0.050.20mm，垂直度公差在300mm长度内为0.060.10mm。1、定位基准的选择、定位基准的选择 （1）粗基准的选择 首先考虑箱体上要求最高的轴承孔(如主轴轴承孔)的加工余量应均匀，并要兼顾其余加工面均有适当的余量。其次要纠正箱体内壁非加工表面与加工表面的相对位置偏差，防止因内壁与轴承孔位置不正而引起齿轮碰壁。般选择主轴轴承孔和一个与其相距较远的轴承孔作为粗基准。（2）精基准的选择 首先考虑基准统一原则，以保证箱体上诸多轴承孔和平面之间有较高的相互位置精度，通常选择装配基准面为精基准。由于装配基准面是诸多孔系和平面的设计基准，因此能使定位基准与设计基准重合。（三）箱体类零件机械加工的主要工艺问题2、加工顺序的安排、加工顺序的安排 加工顺序按照先粗后精、先主后次、先加工基准面的原则安排。箱体类零件有许多较大的平面和孔，一般按先平面后孔的顺序加工，以便于划线和找正，并使孔的加工余量均匀，加工孔时不会因端面不平而使刀具产生冲击振动。3、热处理工序的安排、热处理工序的安排 箱体结构复杂，壁厚不均匀，铸造时因冷却速度不一致，内应力较大，且表面较硬。为了改善切削性能及保持加工后精度的稳定性，毛坯铸造后，应进行一次人工时效处理。对于普通精度的箱体，粗加工后可安排自然时效；对于高精度或形状复杂的箱体，在粗加工后，还应安排一次人工时效处理，以消除内应力。1、主轴箱箱体的加工、主轴箱箱体的加工 卧式车床主轴箱结构示意如图2所示。图2 主轴箱箱体（四）箱体类零件加工实例 （1）零件分析）零件分析 1）主要表面及其精度要求 箱体底面及导向面是装配基准面，其平面度允差为0.040.06mm，表面粗糙度Ra值为1.6m。其他平面有侧面和顶面，侧面对底面的垂直度允差为0.040.06mm；顶面对底面的平行度允差为0.1mm。主轴轴承孔的孔径 精度为IT6，表面粗糙度Ra值为0.8m;其余轴承孔的精度为IT7IT6，表面粗糙度Ra值为1.6m。各轴承孔的圆度和圆柱度公差不超过孔径公差的1/2，主轴轴承孔轴线与基准面距离的尺寸公差为0.050.10mm；各轴承孔轴线与端面的垂直度允差为0.060.10mm。同轴孔的同轴度允差为最小孔径公差的1/2；各相关轴线间的平行度允差为0.060.10mm。2）材料与毛坯 工件材料为灰铸铁HT150，毛坯为铸件，加工余量为：底面8mm，顶面9mm，侧面和端面7mm，铸孔7mm。（2）单件小批生产时的加工工艺过程）单件小批生产时的加工工艺过程卧式车床主轴箱加工工艺过程见表1。工序工序工序名称工序名称工序内容工序内容定位基准定位基准加工机床加工机床0铸铸造造铸铸造毛坯，清砂造毛坯，清砂1热处热处理理人工人工时时效效2钳钳划各平面加工划各平面加工线线主主轴轴轴轴承孔和与相承孔和与相距最距最远远的一个孔的一个孔3刨刨粗刨粗刨顶顶面，留精刨余量面，留精刨余量22.5mm按划按划线线找正找正龙门龙门刨床刨床4刨刨粗刨底面和粗刨底面和导导向面，留余向面，留余22.5mm顶顶面面龙门龙门刨床刨床5刨刨粗刨粗刨侧侧面和两端面，留余量面和两端面，留余量2mm底面及底面及导导向向(V形形)面面龙门龙门刨床刨床6镗镗粗加工粗加工纵纵向各孔，主向各孔，主轴轴轴轴承孔留余量承孔留余量22.5mm，其，其余各孔留余量余各孔留余量1.52mm底面及底面及导导向面向面卧式卧式镗镗床床7热处热处理理人工人工时时效效8刨刨精刨精刨顶顶面至尺寸面至尺寸底面及底面及导导向面向面龙门龙门刨床刨床9刨刨精刨底面和精刨底面和导导向面，留刮研量向面，留刮研量0.1mm顶顶面及面及侧侧面面龙门龙门刨床刨床10钳钳刮研底面和刮研底面和导导向面至尺寸向面至尺寸11刨刨精刨精刨侧侧面和两端面至尺寸面和两端面至尺寸底面及底面及导导向面向面龙门龙门刨床刨床12镗镗(1)半精加工各半精加工各纵纵向孔，主向孔，主轴轴轴轴承孔留余量承孔留余量0.150.2mm，其余各孔留余量，其余各孔留余量0.10.15 mm;(2)精加工各精加工各纵纵向孔，主向孔，主轴轴轴轴承孔留余量承孔留余量0.050.08 mm，其余各孔至尺寸，其余各孔至尺寸(3)精精细镗细镗主主轴轴轴轴承孔至尺寸承孔至尺寸底面及底面及导导向面向面卧式卧式镗镗床床13钳钳(1)加工螺加工螺纹纹底孔、底孔、紧紧固孔及油孔固孔及油孔;(2)攻螺攻螺纹纹，去毛刺，去毛刺钻钻床床14检验检验按按图样图样要求要求检查检查表1 车床主轴箱箱体机械加工工艺过程2、减速箱箱体的加工、减速箱箱体的加工 图3所示为剖分式减速箱箱体。（1）零件分析 1）结构特点 箱体为剖分式，工艺过程的制定原则与整体式箱体相同。由于各对轴承孔的轴线在箱盖和底座的对合面(即剖分面)上，所以轴承孔及两端面必须待对合面加工后装配成整体箱体再进行加工。整个加工过程分为两个阶段：第一阶段将箱盖与底座分开加工，完成主要平面(对合面、底面)、连接孔、定位孔的加工，为箱体对合做准备；第二阶段先配合好箱体，然后完成两侧端面和轴承孔的加工。在两阶段之间，由钳工工序将箱盖和底座合成一体，并用销子定位。图3 剖分式减速箱箱体 2）主要表面及其精度要求 三对轴承孔的尺寸精度为1T7，表面粗糙度Ra值为1.6m，三对同轴轴承孔的同轴度公差为0.073mm(图3)，轴线间的平行度公差为0.073 mm，各轴线对对合面的位置度公差为0.3mm。3）定位基准的选择 剖分式减速箱箱体的粗基准，是指在加工箱盖和底座的对合面前，划加工参照线所依据的基准。为了保证不加工的凸缘(12mm)至对合面间的高度一致，应选择凸缘的上、下不加工表面为粗基准。底座的对合面粗加工后，就可作为加工底平面、连接孔、工艺孔等的精基准，而精加工对合面以及在箱盖、底座对合后加工两侧端面和各对轴承孔时则以底平面为主要精基准，并以位于底面对角线上的两孔为辅助基准(两孔一面定位方式)。（2）加工工艺过程剖分式减速箱箱盖(图4)加工工艺过程见表2。剖分式减速箱底座(图5)加工工艺过程见表3。剖分式减速箱整体加工工艺过程见表4。图4 剖分式减速器箱盖图5 剖分式减速器箱底座表2 减速箱箱盖的机械加工工艺过程工序工序工序名称工序名称工序内容工序内容定位基准定位基准0铸铸造造铸铸造毛坯，清砂造毛坯，清砂1热处热处理理人工人工时时效效2油漆油漆涂红丹底漆涂红丹底漆3钳钳划各平面加工划各平面加工线线凸凸缘缘上表面上表面4刨刨刨刨对对合面，留余量合面，留余量0.5mm按划按划线线找正找正5刨刨刨刨顶顶面至面至图样图样要求要求对对合面及合面及-侧侧面面6磨磨(或精刨或精刨)磨磨(或精刨或精刨)对合面，平面度公差对合面，平面度公差 0.03mm，Ra1.6m 顶顶面及面及-侧侧面面7钻钻钻钻10-14mm14mm孔孔,锪锪10-10-28mm孔，孔，钻钻2-M12底孔并倒角，攻底孔并倒角，攻2-M12螺孔螺孔对对合面合面8钻钻钻钻6-M6底孔并倒角，攻底孔并倒角，攻6-M6螺孔螺孔对对合面合面9检验检验表3 减速箱底座的机械加工工艺过程工序工序工序名称工序名称工序内容工序内容定位基准定位基准0铸铸造造铸铸造毛坯，清砂造毛坯，清砂1热处热处理理人工人工时时效效2油漆油漆涂涂红红丹底漆丹底漆3钳钳划各平面加工划各平面加工线线凸凸缘缘下表面下表面4刨刨刨刨对对合面，留余量合面，留余量0.5mm按划按划线线找正找正5刨刨刨底面刨底面对对合面合面6钻钻钻钻4-17mm孔，锪其中对角两孔至孔，锪其中对角两孔至 mm(工艺用工艺用)，锪，锪4-35mm孔孔 对对合面合面7钻钻钻、铰钻、铰 mm量油孔至要求，锪量油孔至要求，锪20mm孔孔 底面及两工底面及两工艺艺孔孔8钻钻钻钻M161.5放油螺孔底孔，锪放油螺孔底孔，锪28mm孔，攻孔，攻M161.5螺孔螺孔 底面及两工底面及两工艺艺孔孔9磨（或精刨）磨（或精刨）磨（或精刨）对合面，平面度公差磨（或精刨）对合面，平面度公差0.03mm，Ra1.6 m底面底面10检验检验表4 减速箱整体加工的机械加工工艺过程工序工序工序名称工序名称工序内容工序内容定位基准定位基准l钳钳将箱盖、底座对准合拢并夹紧，钻、铰将箱盖、底座对准合拢并夹紧，钻、铰2-2-10mm10mm锥锥销孔，打入锥销销孔，打入锥销 2钻钻钻钻10-10-14mm14mm孔，锪孔，锪10-10-28mm28mm孔（配钻）孔（配钻）底面、底面、顶顶面面3钳钳拆箱，分开箱盖与底座，清除拆箱，分开箱盖与底座，清除对对合面上的毛刺与切屑，合面上的毛刺与切屑，再合再合拢拢箱体，打入箱体，打入锥销锥销，拧紧拧紧2M12螺栓螺栓4铣铣铣两端面，保证铣两端面，保证 mm底面及两工底面及两工艺艺孔孔5镗镗粗粗镗镗3对轴对轴承孔，留精承孔，留精镗镗余量余量11.5mm底面及两工底面及两工艺艺孔孔6镗镗精镗精镗3对轴承孔，镗对轴承孔，镗6个卡簧槽个卡簧槽 mm底面及两工底面及两工艺艺孔孔7钳钳拆开箱体，清除毛刺和切屑拆开箱体，清除毛刺和切屑8检验检验（1）齿轮的主要加工面）齿轮的主要加工面 齿轮的主要加工表面有齿面和齿轮基准表面，后者包括带孔齿轮的基准孔、连轴齿轮的基准轴、切齿加工时的安装端面，以及用以找正齿坯位置或测量齿厚时用作测量基准的齿顶圆柱面。（2）齿轮的材料和毛坯）齿轮的材料和毛坯 常用的齿轮材料有15钢、45钢等碳素结构钢；速度高、受力大、精度高的齿轮常用合金结构钢，如20Cr，40Cr，38CrMoAl，20CrMnTiA等。齿轮的毛坯决定于齿轮的材料、结构形状、尺寸规格、使用条件及生产批量等因素，常用的有棒料、锻造毛坯、铸钢或铸铁毛坯等。1概述4.6.4直齿圆柱齿轮加工直齿圆柱齿轮加工（1）齿轮精度和齿侧间隙）齿轮精度和齿侧间隙 渐开线圆柱齿轮精度对齿轮及齿轮副规定：12级为超精密等级；35级为高精度等级；68级为中等精度等级；912级为低精度等级。用切齿工艺方法加工、机械中普遍应用的等级为7级。按照齿轮各项误差的特性及它们对传动性能的主要影响，齿轮的各项公差和极限偏差分为三个公差组(表4-27)。2直齿圆柱齿轮的主要技术要求 齿轮副的侧隙是指齿轮副啮合时，两非工作齿面沿法线方向的距离(即法向侧隙)，侧隙用以保证齿轮副的正常工作。加工齿轮时，用齿厚的极限偏差来控制和保证齿轮副侧隙的大小。（2）齿轮基准表面的精度）齿轮基准表面的精度 齿轮基准表面的尺寸误差和形状位置误差直接影响齿轮与齿轮副的精度。因此GB10095附录中对齿坯公差作了相应规定。对于精度等级为68级的齿轮，带孔齿轮基准孔的尺寸公差和形状公差为IT6IT7，连轴齿轮基准轴的尺寸公差和形状公差为IT5IT6，用作测量基准的齿顶圆直径公差为IT8；基准面的径向和端面圆跳动公差，在1122m之间(分度圆直径不大于400mm的中小齿轮)。（3）表面粗糙度）表面粗糙度 齿轮齿面及齿坯基准面的表面粗糙度，对齿轮的寿命、传动中的噪声有一定的影响。68级精度的齿轮，齿面表面粗糙度Ra值一般为0.83.2m，基准孔为0.81.6m，基准轴颈为0.41.6m，基准端面为1.63.2m，齿顶圆柱面为3.2m。（1）定位基准）定位基准 齿轮加工定位基准的选择应符合基准重合的原则，尽可能与装配基准、测量基准一致，同时在齿轮加工的整个过程中(如滚、剃、珩齿等)应选用同一定位基准，以保持基准统一。连轴齿轮的齿坯和齿面加工与一般轴类零件加工相似。直径较小的连轴齿轮，一般采用两端中心孔作为定位基准；直径较大的连轴齿轮，由于自重及切削力较大，不宜用中心孔作定位基准，而应选用轴颈和端面圆跳动较小的端平面作为定位基准。带孔齿轮或装配式齿轮的齿圈，常使用专用心轴，以齿坯内孔和端面作定位基准。这种方法定位精度高，生产率也高，适用于成批生产。单件小批生产时，则常用外圆和端面作定位基准，以省去心轴，但要求外圆对孔的径向圆跳动要小，这种方法生产率较低。3直齿圆柱齿轮机械加工的主要工艺问题（2）齿坯加工）齿坯加工 齿坯加工主要包括带孔齿轮的孔和端面、连轴齿轮的中心孔及齿圈外圆和端面的加工。1）齿坯孔加工的主要方案如下：钻孔-扩孔-铰孔-插键槽 钻孔-扩孔-拉键槽-磨孔 车孔或镗孔-拉或插键槽-磨孔 2）齿坯外圆和端面主要采用车削。大批、大量生产时，常采用高生产率机床加工齿坯，如多轴或多工位、多刀半自动机床；单件、小批生产时，一般采用通用车床，但必须注意内孔和基准端面的精加工应在一次安装内完成，并在基准端面作标记。（3）齿面切削方法的选择）齿面切削方法的选择 齿面切削方法的选择主要取决于齿轮的精度等级、生产批量、生产条件和热处理要求。78级精度不淬硬的齿轮可用滚齿或插齿达到要求；67级精度不淬硬的齿轮可用滚齿-剃齿达到要求；67级精度淬硬的齿轮在生产批量较小时可采用滚齿(或插齿)-齿面热处理-磨齿的加工方案，生产批量大时可采用滚齿-剃齿-齿面热处理-珩齿的加工方案。（4）圆柱齿轮的加工工艺过程）圆柱齿轮的加工工艺过程 1）只需调质热处理的齿轮 毛坯制造-毛坯热处理(正火)-齿坯粗加工-调质-齿坯精加工-齿面粗加工-齿面精加工。2）齿面须经表面淬火的中碳结构钢、合金结构钢齿轮 毛坯制造-正火-齿坯粗加工-调质-齿坯半精加工-齿面粗加工(半精加工)-齿面表面淬火-齿坯精加工-齿面精加工。3）齿面须经渗碳或渗氮的齿轮 毛坯制造-正火-齿坯粗加工-正火或调质-齿坯半精加工齿面粗加工齿面半精加工渗碳淬火或渗氮齿坯精加工齿面精加工。4直齿圆柱齿轮加工实例HRC51-55工序工序工序名称工序名称工序内容工序内容定位基准定位基准加工机床加工机床0备备料料1锻锻自由自由锻锻毛坯毛坯空气空气锤锤2热处热处理理正火正火3车车粗粗车车全部加工表面，均留余量全部加工表面，均留余量2mm外外圆圆、端面、端面卧式卧式车车床床4车车精精车车内孔至于内孔至于 ，总长总长及及B面留余量面留余量0.2mm，其余量达，其余量达图样规图样规定尺寸定尺寸外外圆圆、端面、端面卧式卧式车车床床5滚齿滚齿滚制齿面，留磨齿余滚制齿面，留磨齿余0.20.3余量，达余量，达Ra值值1.6 m内孔、端面内孔、端面B滚齿滚齿机机6钳钳齿齿端面倒角并去毛剌端面倒角并去毛剌7热处热处理理齿齿部高部高频频淬火，淬火，5258HRC8磨磨靠磨大端面靠磨大端面B内孔内孔外外圆圆磨床磨床9磨磨磨端面磨端面C，总长总长至尺寸至尺寸大端面大端面B平面磨床平面磨床10插插插插键键槽至尺寸槽至尺寸大端面大端面B，内孔，内孔插床插床11磨磨磨内孔磨内孔 至要求，加工前找正内孔至要求，加工前找正内孔及大端面及大端面(允差允差0.01mm)内孔、大端面内孔、大端面B内内圆圆磨床磨床12磨磨齿齿磨磨齿齿达达图样规图样规定尺寸定尺寸内孔、大端面内孔、大端面B磨磨齿齿机机13钳钳去全部毛刺去全部毛刺14检验检验按按图样规图样规定要求定要求检查检查表4-28 主轴箱传动齿轮机械加工工艺过程