箱体类典型零件的数控加工工艺分析

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箱体类典型零件的数控加工工艺分析

摘要

论文首先介绍了数控机床的趋势：工序集中、高速化、高效、高精度、多功能等。从数控加工工艺基础讲起，由浅入深的分析了数控加工工艺的特点及技术要求。对典型箱体类零件的数控加工工艺分析及举例分析。

数控加工工艺是采用数控机床加工零件时所运用各种方法和技术手段的总和，应用于整个数控加工工艺过程。数控加工工艺是伴随着数控机床的产生和发展而逐步完善起来的一种应用技术，它是人们大量数控加工实践的总结。数控加工工艺是数控编程的前提和依据，没有符合实际的、科学合理的数控加工工艺，就不可能有真正可行的数控加工程序。数控编程就是将制定的数控加工工艺内容程序化。

箱体类零件的加工精度高，工艺难度较大。除了一般零件的共性外有其铣平面，铣孔，热处理特殊特点。

因此对箱体类零件的加工工艺分析对数控加工工艺方面的一个丰富的积累。

关键词：数控机床；箱体类零件；加工工艺。

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Box-type parts of a typical CNC machining process analysis

Abstract

Paper introduces the trend of CNC machine tools: process focus, high-speed, high efficiency, high precision, multi-function, such as. From talking about the basis of numerical control processing, easy-to-digest analysis of the characteristics of CNC machining technology and technical requirements. The typical box-type parts on the CNC machining process analysisand example analysis.

CNC machining process is the use of CNC machining parts by using various methods and techniques of the sum of the means applied to the entire CNC machining process. CNC machining process is accompanied by the emergence of CNC machine tools and development with a gradual improvement of application technology, it is the practice of a large number of CNC machining summary. CNC Machining NC programming process is the prerequisite and basis for, not in line with the practical, scientific and rational CNC machining process, there can be no real NC machining process possible. NC programming is to formulate the contents of the NC processing program.

Box-type high-precision machining, process more difficult. In addition to the general common parts outside the plane of its milling, hole milling, heat treatment of special features.

Box-type parts on the process of analysis of the aspects of CNC machining process to a rich accumulation.

Keywords: CNC machine tools; box components; processing technology.

目录

第1章概述 (3)

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1.1 数控加工技术的发展和趋势 ................................................................................ 3 1.2 数控加工的定义 .................................................................................................... 5 1.3数控加工工艺的定义 ............................................................................................. 5 1.4数控加工工艺的特点 ............................................................................................. 6 第2章 数控加工工艺基础 ........................................................................................ 6 2.1 数控加工工艺分析 ................................................................................................ 6 2.2零件图的分析审查 ................................................................................................. 8 2.3零件机械加工工艺规程的制定 ............................................................................. 9 第3章 数控机床加工箱体类零件的工艺分析 ...................................................... 13 3.1箱体类零件的结构及特点 ................................................................................... 14 3.2箱体类零件的材料及毛胚 ................................................................................... 14 3.3箱体类零件的主要技术要求 ............................................................................... 15 3.4箱体零件的加工工艺分析 ................................................................................... 15 第4章 分离式齿轮箱体加工工艺过程及其分析 .................................................. 21 4.1 分离式箱体的主要技术要求 .............................................................................. 22 4.2 分离式箱体的工艺特点 ...................................................................................... 22 第5章 总结 ................................................................................................................ 26 参考文献 ...................................................................................................................... 27 答谢词 .. (28)

第1章 概述

1.1 数控加工技术的发展和趋势

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1.1.1数控机床的发展

美国麻省理工学院于1952年成功地研制出世界上第一台的数控铣床。我国数控机床的研究始于1958年，由清华大学研制出了最早的样机。1966年我国诞生了第一台用直线-圆弧插补的晶体管控制系统。1970年初研制成功集成电路控制系统。1980年以来，通过研究和引进技术，我国数控机床发展很快，现已掌握了5~6轴联动、螺距误差补偿、图形显示和高精度司法系统等多项关键技术。目前已有几十个单位在从事不同层次的数控机床的生产和开发，形成了具有小批量生产能力的生产基地。数控机床的品种已超过500种，其中金属切削机床品种的数控化率达20%以上。

1.1.2数控机床的趋势

数控机床总的发展趋势是工序集中、高速、高效、高精度、高可靠性以及方便使用。

1．工序集中

加工中心使工序集中在一台机床上完成，减少了由于工序分散、工件多次装夹引起的定位误差，提高了加工精度，减少了工序间的辅助时间，同时也减少了机床的台数和占地面积，有效提高了数控机床的生产效率和数控加工的经济效益。

2． 高速化

由于数控装置及伺候系统功能的改进，其主轴转速和进给速度大大提高，减少了切削时间。加工中心的主轴转速现已达到8000~12000r/min ，最高的可达100000r/min 以上，磨床的砂轮线速度提高到100~200m/s 。正在开发的采用64位CPU 的新型数控系统，可实现快速进给、高速加工、多轴控制功能，指控轴数最多可达到24个，同时联动轴数可达3~6轴，进给速度为20~24m/min ，最快可达60m/min 。

3．高效

数控机床的自动换刀和自动交换工作台时间大大缩短，现在数控车床刀架的转位时间可达0.4~0.6s ，加工中心自动交换刀具时间可达3s ，最快能达到1s 以内，交换工作台时间也可达到6~10s ，个别可达到2.5s ，提高了机床的加工效益。

4．高精度化

用户对产品精度要求的日益提高，促使数控机床的精度不断提高。工件的加工精度主要取决于：机床精度、编程精度、插补精度和伺服精度。目前，数控机床配置了新型、高速、多功能的数控系统，其分辨率可达到0.1ｕｍ，有的可达到0.01um ，实现了高精度加工。伺服系统采用前馈控制技术高分辨率的位置检测元件、计算机数控的补偿功能等，保证了数控机床的高加工精度。

5．多功能化

CNC 装置功能的不断扩大，促进了数控机床的高度自动化及多功能化。数控机床的数控系统大多采用CRT 显示，可实现二维图形的轨迹显示，有的还可以实现三维彩色动态图形显示，有

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的系统具有自适应控制系统，能在在加工条件下改变机床的切削用量，以适应任一瞬间实际发生的加工情况，实现无人化管理。

6．结构新型化

一种完全不同于原来数控机床结构的新兴数控机床，近几年被开发成功，这种被称为“6条腿的加工中心”或虚轴机床的数控机床，没有任何导轨和滑台，采用能够伸缩的“6条腿”支撑并联，并与安装主轴头的上平台和安装工件的下平台相连。它可以实现多坐标联动加工，其控制系统结构复杂，加工精度、加工效率较普通加工中心提高2~10倍。

7．编程技术自动化

随着数控加工技术的迅速发展，设备类型的增多，零件品种的增加以及形状的日益复杂，迫切需求速度快、精度高的编程，以便于直观检查。为弥补手工编程和NC 语言编程的不足，近几年开发出多种自动编程系统，如图形交互化编程系统、数字化自动编程系统、语言数控编程系统等，其中图形交互式编程系统的应用越来越广泛。“图形交互自动编程”是一种计算机辅助编程技术，以计算机辅助设计（CAD ）软件为基础。其特点是速度快、精度高、直观性好、使用简便，已成为国内外先进的CAD/CAM 软件所采用的编程方法。目前常用的图形交互式自动编程软件有GU 、Pro/E 、MasterCAM 等。

1.2 数控加工的定义

随着社会生产和科学技术的不断发展，机械产品日趋精密、复杂，人们对机械产品的质量和生产效率也提出了越来越高的要求。尤其是航空航天、军事、造船等领域所需要的零件，精度要求越来越高，形状也越来越复杂，这些零件用普通机床是难以加工的。

数控机床是用数字化信号对机床的运动及其加工过程进行控制的机床，或者说是装备了数控系统的机床。它是一种技术密集度及自动化程度很高的机电一体化加工设备，是数控技术与机床所结合的产物。

数控加工则是根据被加工零件的图样和工艺要求，编制出以数码表示的程序，输入到机床的数控装置或控制计算机中，以控制工件和工具的相对运动，使之加工出合格的零件的方法。在数控加工过程中，如果数控机床是硬件的话，数控工艺和数控程序就相对于软件，两者缺一不可。数控加工工艺是伴随着数控机床的产生、发展而逐步完善的一种应用技术。实现数控加工，编程是关键。编程前必须要做好准备工作，编程后还要进行不要的善后处理工作。严格来说，数控编程也是属于数控加工工艺的范畴。

1.3数控加工工艺的定义

数控加工工艺是采用数控机床加工零件时所运用各种方法和技术手段的总和，应用于整个数控加工工艺过程。数控加工工艺是伴随着数控机床的产生和发展而逐步完善起来的一种应用技

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术，它是人们大量数控加工实践的总结。

数控加工工艺是数控编程的前提和依据，没有符合实际的、科学合理的数控加工工艺，就不可能有真正可行的数控加工程序。数控编程就是将制定的数控加工工艺内容程序化。

1.4数控加工工艺的特点

1．数控加工的工艺内容十分明确而且具体，进行数控加工时，数控机床接受数控系统的指令，完成各种运动，实现加工要求。因此，在编制加工程序之前，需要对影响加工过程的各种工艺因素，如切削用量、进给路线、刀具的几何形状，甚至工步的划分与安排等一一作出定量描述，对每一个问题都要给出确切的答案和选择，而不能像用通用机床加工那样，在大多数情况下，许多具体的工艺问题是由操作工人依据自己的实践经验和习惯自行考虑和决定的。也就是说，本来由操作工人在加工中灵活掌握并可通过适时调整来处理的许多工艺问题，在数控加工时就转变为编程人员必须事先具体设计和明确安排的内容。

2．数控加工的工艺要求相当准确而且严密。数控加工不能像通用机床加工那样，可以对加工过程中初相的问题由操作者根据自己的靖安自由地进行调整。比如加工内螺纹，在普通机床上操作时可以随时根据孔中是否挤满了切屑而决定是否需要退一下刀或先清理一下切屑；而数控机床并不知道孔中是否挤满了切屑以及何时需要退一次刀以待清除切屑后再进行加工。因此，在数控机床的工艺设计中必须注意加工过程中的每一个细节，做到万无一失。在实际工作中，一个字符、一个小数点或一个逗号的差错都有可能酿成重大机床事故和质量事故。因为数控机床比同类普通机床价格高很多，其加工的也往往是一些形状比较复杂、价值也较高的工作，所以万一损坏机床或工件报废都会造成较大损失。

根据大量加工实力分析，数控工艺考虑不周和计算与编程时粗心大意是造成数控加工失误的主要原因。因此，要求编程人员除必须具备较扎实的工艺基本知识和较丰富的实际工作经验外，还必须具有耐心和严谨的工作作风。

3．数控加工的工序相对集中。一般来说，在普通机床上是根据机床的种类进行单工序加工，而在数控机床上往往是在工件的一次装夹中完成钻、扩、铰、铣、镗、攻螺纹等多工序的加工。这种“多序合一”的现象也属于“工序集中”的范畴，极端情况下，在一台加工中心上可以完成工件的全部加工内容。

第2章 数控加工工艺基础

2.1 数控加工工艺分析

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2.1.1生产过程和工艺过程

1．生产过程

机械产品制造时，由原材料到该机械产品出厂的全部劳动过程称为机械产品的生产过程。其过程包拈以下部分：

（1）准备工作。如产品的开发设计和工艺设计，专用装备的设计与制造。

（2)原材料及半成品的运输和保管。

（3)毛坏的制造过程。如铸造、锻造和冲压等。

（4)零件的各种加丁过程。如机械加工、焊接、热处理和表面处理等。

（5)部件和产品的装配过程。包括组装和部装等。

（6)产品的检验、调试、油漆和包装等。

需指出的是：上述的“原材料”和“产品”的概念是相对的。一个工厂的“产品”可能是另一个工厂的“原材料”，因为在现代制造业中，专业化生产的程度越来越高，如汽车上的轮胎、仪表、电器元什、标准件及其他许多零件都是由其他专业厂生产的。

2．工艺过程

在机械产品的生产过程中，与原材料变为成品直接有关的过程称为工艺过程，如毛坯的制造、机械加工、热处理和装配等。而在工艺过程中，用机械加工的方法直接改变毛坯形状、尺寸和表面质量，使之成为合格零件的那部分工艺过程称为机械加工工艺过程。

2.1.2 机械加工工艺过程的组成

机械加工工艺过程一般由一个或若干个工序组成。而工序又可分为安装、工位、工步和进给，它们按一定顺序排列，逐步改变毛坯的形状、尺寸和材料的性能，使之成为合格的零件。

1．工序

工序是指一个(或一组)工人，在一个工作地点(如一台设备)对一个(或同时对几个)工件所连续完成的那一部分工艺过程。

工序是工艺过程的基本单元，划分工序的主要依据是零件加工过程中工作地点(设备)是否变动，以及该工序的工艺过程是否连续。

2．安装

机械加工中，使工件在机床或夹具中占据某一正确位置并被夹紧的过程，称为装夹。工件经一次装夹后所完成的那一部分工序称为安装。

3．工位

为了减少工件的安装次数，在大批量生产时，常采用各种回转工作台、回转夹具或移位夹具，使工件在一次安装中先后处于几个不同位置进行加工。工件在一次安装下相对于机床或刀具每占据一个加工位置所完成的那部分工艺过程称为工位。图2．1所示为一种用回转工作台在—

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次安装中顺次完成装卸工件、钻孔、扩孔和铰孔4个工位加工的实例。

4．工步

工步是指加工表面、加工工具和切削用量中切削速度和进给量不变的情况下所完成的那部分工序内容。一道丁序可以包括几个工步，也可以只包括一个工步。

构成工步的任一因素改变后，一般即为另一工步。但对于那些在一次安装中连续进行的若干相同工步，可看成一个下步。有时为了提高生产率，用几把不同的刀具同时加上几个不同表面，此类工步称为复合工步如图2．2所示。在工艺文件上，复合工步应视为一个工步。

5．进给

在一个工步内，若被加工表面要切除的金属层很厚，需要分几次切削，则每进行一次切削就是一次进给。

2.2零件图的分析审查

在制订零件的机械加工工艺规程之前，对零件进行工艺性分析，以及对产品零件图提出 修改意见，是制订工艺规程的一项重要工作。

首先应熟悉零件在产品中的作用、位置、装配关系和工作条件，搞清楚各项技术要求对零件装配质量和使用性能的影响，找出主要的和关键的技术要求，然后对零件图样进行分析。

1．检查零件图的完整性和正确性

在了解零件形状和结构之后，应检查零件视图是否正确、足够，表达是否直观、清楚，绘制是否符合国家标准，尺寸、公差以及技术要求的标注是否齐全、合理等。

2．零件的技术要求分析

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零件的技术要求包括下列几个方面：加工表面的尺寸精度；主要加工表面的形状精度；主要加工表面之间的相互位置精度；加工表面的粗糙度以及表面质量方面的其它要求；热处理要求；其它要求(如动平衡、未注圆角或倒角、去毛刺、毛坯要求等)。

要注意分析这些要求在保证使用性能的前提下是否经济合理，在现有生产条件下能否实现。特别要分析主要表面的技术要求，因为主要表面的加工确定了零件工艺过程的大致轮廓。

3．零件的材料分析

即分析所提供的毛坯材质本身的机械性能和热处理状态，毛坯的铸造品质和被加工部位的材料硬度，是否有白口、夹砂、疏松等。判断其加工的难易程度，为选择刀具材料和切削用量提供依据。所选的零件材料应经济合理，切削性能好，满足使用性能的要求。

4．合理的标注尺寸

（1）零件图上的重要尺寸应直接标注，而且在加工时应尽量使工艺基准与设计基准重

合，并符合尺寸链最短的原则。

（2）零件图上标注的尺寸应便于测量，不要从轴线、中心线、假想平面等难以测量的基准标注尺寸。

（3）零件图上的尺寸不应标注成封闭式，以免产生矛盾。

（4）零件上非配合的自由尺寸，应按加工顺序尽量从工艺基准注出。

（5）零件上各非加工表面的位置尺寸应直接标注，而非加工面与加工面之间只能有一个联系尺寸。

2.3零件机械加工工艺规程的制定

零件机械加工工艺规程是规定零件机械加工工艺过程和方法等的工艺文件。它是在具体的生产条件下，将最合理或较合理的工艺过程，用图表（或文字）的形式制成文本，用来指导生产、管理生产的文件。

2.3.1机械加工工艺规程的内容及作用

工艺规程的内容，一般有零件的加工工艺路线、各工序基本加工内容、切削用量、工时定额及采用的机床和工艺装备（刀具、夹具、量具、模具）等。

工艺规程的主要作用如下：

1．工艺规程是指导生产的主要技术文件。合理的工艺规程是建立在正确的工艺原理和实践基础上的，是科学技术和实践经验的结晶。因此，它是获得合格产品的技术保证，一切生产和管理人员必须严格遵守。

2．工艺规程是生产组织管理工作、计划工作的依据。原材料的准备、毛坯的制造、设备和工具的购置、专用工艺装备的设计制造、劳动力的组织、生产进度计划的安排等工作都是依据工艺规程来进行的。

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3．工艺规程是新建或扩建工厂或车间的基本资料。在新建扩建或改造工厂或车间时，需依据产品的生产类型及工艺规程来确定机床和设备的数量及种类，工人工种、数量及技术等级，车间面积及机床的布置等。

2.3.2制定工艺规程的原则、原始资料

1．制定工艺规程的原则

制定工艺规程的原则是：在保证产品质量的前提下，以最快的速度、最少的劳动消耗和最低的费用，可靠加工出符合设计图纸要求的零件。同时，还应在充分利用本企业现有生产条件的基础上，尽可能保证技术上先进、经济上合理、并且有良好的劳动条件。

2．制定工艺规程的原始资料

(1）产品零件图样及装配图样。零件图样标明了零件的尺寸和形位精度以及其他技术要求，产品的装配图有助于了解零件在产品中的位置、作用，所以，它们是制定工艺规程的基础。

（2）产品的生产纲领。

（3）产品验收的质量标准。

（4）本厂现有生产条件，如机床设备、工艺装备、工人技术水平及毛坯的制造生产能力等。

(5) 国内、外同类产品的生产工艺资料。

2.3.3制定工艺规程的步骤

1．零件图样分析

零件图样分析的目的在于：

（1）分析零件的技术要求，主要了解各加工表面的精度要求、热处理要求，找出主要表面并分析它与次要表面的位置关系，明确加工的难点及保证零件加工质量的关键，以便在加工时重点加以关注。

（2）审查零件的结构工艺性是否合理，分析零件材料的选取是否合理。

2．毛坯选择

毛坯的选择主要依据以下几方面的因素：

（1）零件的材料及机械性能零件的材料一旦确定，毛坯的种类就大致确定了。例如材料为铸铁，就应选铸造毛坯；钢质材料的零件，一般可用型材；当零件的机械性能要求较高时要用锻造；有色金属常用型材或铸造毛坯。

（2）零件的结构形状及尺寸例如，直径相差不大的阶梯轴零件可选用棒料作毛坯，直径相差较大时，为节省材料，减少机械加工量，可采用锻造毛坯；尺寸较大的零件可采用自由锻，形状复杂的钢质零件则不宜用自由锻。对于箱体、支架等零件一般采用铸造毛坯，大型设备的支架可采用焊接结构。

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（3）生产类型 大量生产时，应采用精度高、生产率高的毛坯制造方法，如机器造型、熔模铸造、冷轧、冷拔、冲压加工等。单件小批生产则采用木模手工造型、焊接、自由锻等。 （4）毛坯车间现有生产条件及技术水平以及通过外协获得各种毛坯的可能性。

3．拟订工艺路线

（1）定位基准的选择 正确选择定位基准，特别是主要的精基准，对保证零件加工精度、合理安排加工顺序起决定性的作用。所以，在拟定工艺路线时首先应考虑选择合适的定位基准。基准的选择方法见第一章。

（2）零件表面加工工艺方案的选择 由于表面的要求（尺寸、形状、表面质量、机械性能等）不同，往往同一表面的加工需采用多种加工方法完成。某种表面采用各种加工方法所组成的加工顺序称为表面加工工艺方案。

（3）加工阶段的划分 对于那些加工质量要求高或比较复杂的零件，通常将整个工艺路线划分为以下几个阶段：

1）粗加工阶段 主要任务是切除毛坯的大部分余量，并制出精基准。该阶段的关键问

题是如何提高生产率。

2）半精加工阶段 任务是减小粗加工留下的误差，为主要表面的精加工做好准备，同

时完成零件上各次要表面的加工。

3）精加工阶段 任务是保证各主要表面达到图样规定要求。这一阶段的主要问题是如

何保证加工质量。

4）光整加工阶段 主要任务是减小表面粗糙度值和进一步提高精度。

划分加工阶段的好处是按先粗后精的顺序进行机械加工，可以合理的分配加工余量以及

合理的选择切削用量，充分发挥粗加工机床的效率，长期保持精加工机床的精度，并减少工件在加工过程中的变形，避免精加工表面受到损伤；粗精加工分开，还便于及时发现毛坯缺陷，同时有利于安排热处理工序。

（4）加工顺序的安排 加工顺序的安排对保证加工质量，提高生产率和降低成本都有重要作用，是拟定工艺路线的关键之一。可按下列原则进行。

1）切削加工顺序的安排

① 先粗后精 先安排粗加工，中间安排半精加工，最后安排精加工。

② 先主后次 先安排零件的装配基面和工作表面等主要表面的加工，后安排如键槽、

紧固用的光孔和螺纹孔等次要表面的加工。

③ 先面后孔 对于箱体、支架、连杆、底座等零件，其主要表面的加工顺序是先加工

用作定位的平面和孔的端面的加工，然后再加工孔。

④ 先基准后其它 即选作精基准的表面应在一开始的工序中就加工出来，以便为后续

工序的加工提供定位精基准。

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2）热处理工序的安排

零件加工过程中的热处理按应用目的，大致可分为预备热处理和最终热处理。 预备热处理 预备热处理的目的是改善机械性能、消除内应力、为最终热处理作准备，

它包括退火、正火、调质和时效处理。铸件和锻件，为了消除毛坯制造过程中产生的内应力，改善机械加工性能，在机械加工前应进行退火或正火处理；对大而复杂的铸造毛坯件（如机架、床身等）及刚度较差的精密零件（如精密丝杠），需在粗加工之前及粗加工与半精加工之间安排多次时效处理；调质处理的目的是获得均匀细致的索氏体组织，为零件的最终热处理作好组织准备，同时它也可以作为最终热处理，使零件获得良好的综合机械性能，一般安排在粗加工之后进行。

最终热处理 最终热处理的目的主要是为了提高零件材料的硬度及耐磨性，它包括淬

火、渗碳及氮化等。淬火及渗碳淬火通常安排在半精加工之后、精加工之前进行；氮化处理由于变形较小，通常安排在精加工之后。

3）辅助工序的安排

辅助工序包括：检验、清洗、去毛刺、防锈、去磁及平衡去重等。其中检验是最主要的、

也是必不可少的辅助工序，零件加工过程中除了安排工序自检之外，还应在下列场合安排检验工序：

① 粗加工全部结束之后、精加工之前； ② 工件转入、转出车间前后； ③ 重要工序加工前后； ④ 全部加工工序完成后。

2.3.4工艺文件的编制

零件的机械加工工艺过程确定之后，应将有关内容填写在工艺卡片上，这些工艺卡片总称为工艺文件。生产中常用的工艺文件有下列三种形式：

1．机械加工工艺过程卡片 是以工序为单位，简要说明零件整个加工工艺过程的一种工艺文件，其内容包括工序号、工序名称、工序内容、加工车间、设备及工艺装备、各工序时间定额等，其格式见表2-3。在单件小批生产中，常以这种卡片直接指导生产。

表2-1 机械加工工艺过程卡片 表2-1

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2．机械加工工序卡片 是针对每道工序所编制的、用来具体指导工人进行生产的工艺文件。它通过工序简图详细说明了该工序的加工内容、尺寸及公差、定位基准、装夹方式、刀具的形状及其位置等，并注明切削用量、工步内容及工时等。工序卡片多用于大批大量生产中，每个工序都要有工序卡片。

成批生产中的主要零件，或一般零件的关键工序，有时也要有工序卡片。

3．机械加工工艺（综合）卡片 是以工序为单位，比较详细的说明零件加工工艺过程的一种工艺文件，简称工艺卡。它不但包含了工艺过程卡片的内容，而且详细说明了每一工序的工位及工步的工作内容，对于复杂工序，还要绘出工序简图，标注工序尺寸及公差等。机械加工工艺卡片是用来指导工人生产和帮助技术管理人员掌握整个加工过程的主要技术文件，常用于成批生产和小批生产中比较重要的零件。

各工厂所用的工艺文件的格式有多种多样，可视具体情况和参照相关规定来编制。

第3章 数控机床加工箱体类零件的工艺分析

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3.1箱体类零件的结构及特点

箱体类零件是机器及其部件的基础零件。它将机器及其部件中的轴、轴承套和齿轮等零件按一定的相互关系装配成一整体，并按预定的传动关系协调运动。因此，箱体的加工质量，直接影响着机器的性能，精度和寿命

箱体的结构形式虽然多种多样，但仍有共同的主要特点：形状复杂、壁薄且不均匀，内部呈腔形，加工部位多，加工难度大，既有精度要求较高的孔系和平面，也有许多精度要求较低的紧固孔。因此，一般中型机床制造厂用于箱体类零件的机械加工劳动量约占整个产品加工量的15%~20%。

因此，箱体类零件的加工不仅加工部位多，而且加工难度也大。图3-1所示是几种常见的箱

体类零件简图；

图3-1 几种箱体结构

3.2箱体类零件的材料及毛胚

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尽量均匀，箱体材料一般选用HT200~400的各种牌号的灰铸铁，而最常用的为HT200。灰铸铁不仅成本低，而且具有较好的耐磨性、可铸性、可切削性和阻尼特性（减震性）。在单件生产或某些简易机床的箱体，为了缩短生产周期和降低成本，可采用钢材焊接结构。此外，精度要求较高的坐标镗床主轴箱则选用耐磨铸铁。负荷大的主轴箱也可采用铸钢件。

毛坯的加工余量与生产批量、毛坯尺寸、结构、精度和铸造方法等因素有关。有关数据可查有关资料及根据具体情况决定。

毛坯铸造时，应防止砂眼和气孔的产生。为了减少毛坯制造时产生残余应力，应使箱体壁厚箱体浇铸后应安排时效或退火工序。

3.3箱体类零件的主要技术要求

零件的主要技术要求是为了保证箱体的装配精度，达到机器设备对它提出的要求，箱体零件的主要技术要求有以下几个方面。

1、孔的尺寸精度、几何形状精度和表面粗糙度轴承支撑孔应有较高的尺寸精度、几何形状精度和较小的表面粗糙度要求，否则将影响轴承外圈与箱体上孔的配合精度，使轴的旋转精度降低；若是主轴支撑孔，还会进一步影响机床的加工精度。一般机床床头箱，主轴支撑孔精度为IT6级，表面粗糙度为Ra0.8~1.6μm，其他支撑孔精度为IT6~IT7级，表面粗糙度为Ra1.6~3.2μm.几何形状精度一般应在孔的公差范围内，要求高的应不超过孔公差的1/2~1/3。

2、支撑孔之间的孔距尺寸精度及相互位置精度在箱体上有齿轮啮合关系的相邻孔之间，应有一定的孔距尺寸精度及平行度要求，否则会影响齿轮的啮合精度，工作时会产生噪音和振动，并影响齿轮寿命。这项精度主要取决于传动齿轮副的中心距和齿轮啮合精度。一般机床的中心距公差为0.02~0.08mm,轴心线平行度0.03~0.1mm。箱体上同轴线孔应有一定的同轴度要求。同轴线孔的同轴度超差，不仅会给箱体中轴的装配带来困难，且使轴的运转情况恶化，轴承磨损情况加剧，温度升高。影响机器的精度和正常运转。同轴度为0.03~0.1mm。

3、主平面的形状精度、相互位置精度和表面粗糙度箱体的主平面就是装配基面或加工中的定位基面，它们直接影响箱体与机器总装时的相对位置及接触刚性，影响箱体加工中的定位精度，因而有较高的平面度和平面粗糙度。如一般机床箱体装配基面和定位基面的平面度为

0.03~0.1mm表面粗糙度为Ra1.6~3.2μm。其他平面对装配基面也有一定的尺寸精度和平面度要求，如一般平面的平行度为0.05~0.2mm,平面间的垂直度为0.1mm。

4、支撑孔与主平面的尺寸精度及相互位置精度箱体上个支持孔对装配基面有一定的尺寸精度和平面度要求；对断面有一定的垂直度要求。如车床主轴孔轴心线对装配基面在水平平面内有偏斜，则加工时会产生锥度；主轴孔轴心线对端面的垂直度超差，装配会将引起机床主轴的端面跳动等。

3.4箱体零件的加工工艺分析

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1. 主要表面加工方法的选择

箱体的主要表面有平面和轴承支承孔。

主要平面的加工，对于中、小件，一般在牛头刨床或普通铣床上进行。对于大件，一般在龙门刨床或龙门铣床上进行。刨削的刀具结构简单，机床成本低，调整方便，但生产率低；在大批、大量生产时，多采用铣削；当生产批量大且精度又较高时可采用磨削。单件小批生产精度较高的平面时，除一些高精度的箱体仍需手工刮研外，一般采用宽刃精刨。当生产批量较大或为保证平面间的相互位置精度，可采用组合铣削和组合磨削，如图3-2

所示。

图 3-2 组合铣削和组合磨削

箱体支承孔的加工，对于直径小于50mm 的孔，一般不铸出，可采用钻－扩(或半精镗)－铰(或精镗)的方案。对于已铸出的孔，可采用粗镗－半精镗－精镗(用浮动镗刀片)的方案。由于主轴轴承孔精度和表面质量要求比其余轴孔高，所以，在精镗后，还要用浮动镗刀片进行精细镗。对于箱体上的高精度孔，最后精加工工序也可采用珩磨、滚压等工艺方法。

2.拟定工艺过程的原则 (1)先面后孔的加工顺序

箱体主要是由平面和孔组成，这也是它的主要表面。先加工平面，后加工孔，是箱体加工的一般规律。因为主要平面是箱体往机器上的装配基准，先加工主要平面后加工支承孔，使定位基准与设计基准和装配基准重合，从而消除因基准不重合而引起的误差。另外，先以孔为粗基准加工平面，再以平面为精基准加工孔，这样，可为孔的加工提供稳定可靠的定位基准，并且加工平面时切去了铸件的硬皮和凹凸不平，对后序孔的加工有利，可减少钻头引偏和崩刃现象，对刀调整也比较方便。

(2)粗精加工分阶段进行

粗、精加工分开的原则：对于刚性差、批量较大、要求精度较高的箱体，一般要粗、精加工分开进行，即在主要平面和各支承孔的粗加工之后再进行主要平面和各支承孔的精加工。这样，可以消除由粗加工所造成的内应力、切削力、切削热、夹紧力对加工精度的影响，并且有利于合理地选用设备等。

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粗、精加工分开进行，会使机床，夹具的数量及工件安装次数增加，而使成本提高，所以对单件、小批生产、精度要求不高的箱体，常常将粗、精加工合并在一道工序进行，但必须采取相应措施，以减少加工过程中的变形。例如粗加工后松开工件，让工件充分冷却，然后用较小的夹紧力、以较小的切削用量，多次走刀进行精加工。

(3)合理地安排热处理工序

为了消除铸造后铸件中的内应力，在毛坯铸造后安排一次人工时效处理，有时甚至在半精加工之后还要安排一次时效处理，以便消除残留的铸造内应力和切削加工时产生的内应力。对于特别精密的箱体，在机械加工过程中还应安排较长时间的自然时效（如坐标镗床主轴箱箱体）。箱体人工时效的方法，除加热保温外，也可采用振动时效。

3.定位基准的选择

(1)粗基准的选择在选择粗基准时，通常应满足以下几点要求：

第一，在保证加工面均有余量的前提下，应使重要孔的加工余量均匀,孔壁的厚薄尽量均匀，其余部位均有适当的壁厚；

第二，装入箱体内的回转零件(如齿轮、轴套等)应与箱壁有足够的间隙；

第三，注意保持箱体必要的外形尺寸。此外，还应保证定位稳定，夹紧可靠。

为了满足上述要求，通常选用箱体重要孔的毛坯孔作粗基准。例表3-2大批生产加工规程中，以I孔和Ⅱ孔作为粗基准。由于铸造箱体毛坯时，形成主轴孔、其它支承孔及箱体内壁的型芯是装成一整体放入的，它们之间有较高的相互位置精度，因此不仅可以较好地保证轴孔和其它支承孔的加工余量均匀，而且还能较好地保证各孔的轴线与箱体不加工内壁的相互位置，避免装入箱体内的齿轮、轴套等旋转零件在运转时与箱体内壁相碰。

根据生产类型不同，实现以主轴孔为粗基准的工件安装方式也不一样。大批大量生产时，由于毛坯精度高,可以直接用箱体上的重要孔在专用夹具上定位，工件安装迅速，生产率高。在单件、小批及中批生产时，一般毛坯精度较低，按上述办法选择粗基准，往往会造成箱体外形偏斜，甚至局部加工余量不够，因此通常采用划线找正的办法进行第一道工序的加工，即以主轴孔及其中心线为粗基准对毛坯进行划线和检查，必要时予以纠正，纠正后孔的余量应足够，但不一定均匀。

如表3-2大批生产工艺规程中，铣顶面以I孔和Ⅱ孔直接在专用夹具上定位。在单件小批生产时，由于毛坯精度低，一般以划线找正法安装。表3-1小批生产工艺规程中的序号40规定的划线，划线时先找正主轴孔中心，然后以主轴孔为基准找出其它需加工平面的位置。加工箱体时，按所划的线找正安装工件，则体现了以主轴孔作粗基准。

(2)精基准的选择为了保证箱体零件孔与孔、孔与平面、平面与平面之间的相互位置和距离尺寸精度，箱体类零件精基准选择常用两种原则：基准统一原则、基准重合原则。

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①一面两孔 (基准统一原则) 在多数工序中，箱体利用底面(或顶面)及其上的两孔作定位基准，加工其它的平面和孔系，以避免由于基准转换而带来的累积误差。如表3-5所示的大批生产工艺过程中，以顶面及其上两孔2-?8H7为定位基准，采用基准统一原则。

②三面定位(基准重合原则) 箱体上的装配基准一般为平面，而它们又往往是箱体上其它要素的设计基准，因此以这些装配基准平面作为定位基准，避免了基准不重合误差，有利于提高箱体各主要表面的相互位置精度。表3-1小批生产过程中即采用基准重合原则。

图3-3为某车床主轴箱简图，表3-1为该主轴箱小批量生产的工艺过程。表3-2为该主轴箱大批

量生产的工艺过程。

图3-3 为某车床主轴箱简图

表3－1某主轴箱小批生产工艺过程

序号工序内容定位基准

10 铸造

20 时效

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30 油漆

40 划线：考虑主轴孔有加工余量，并尽量均匀。划C、A及E、D

面加工线

50 粗、精加工顶面A 按线找正

60 粗、精加工B、C面及侧面D B、C面

70 粗、精加工两端面E、F B、C面

80 粗、半精加工各纵向孔B、C面

90 精加工各纵向孔B、C面

100 粗、精加工横向孔B、C面

110 加工螺孔各次要孔

120 清洗去毛刺

130 检验

表3－2某主轴箱大批生产工艺过程

序号工序内容定位基准

10 铸造

20 时效

30 油漆

40 铣顶面A I孔与Ⅱ孔

50 钻、扩、铰2-?8H7工艺孔顶面A及外形60 铣两端面E、F及前面D 顶面A及两工艺孔70 铣导轨面B、C 顶面A及两工艺孔

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80 磨顶面A 导轨面B、C

90 粗镗各纵向孔顶面A及两工艺孔100 精镗各纵向孔顶面A及两工艺孔110 精镗主轴孔I 顶面A及两工艺孔120 加工横向孔及各面上的次要孔

130 磨B、C导轨面及前面D 顶面A及两工艺孔140 将2-?8H7及4- ?7.8mm均扩钻至?8.5mm，攻6-M10

150 清洗、去毛刺、倒角

160 检验

由分析可知，这两种定位方式各有优缺点，应根据实际生产条件合理确定。在中、小批量生产时，尽可能使定位基准与设计基准重合，以设计基准作为统一的定位基准。而大批量生产时，优先考虑的是如何稳定加工质量和提高生产率，由此而产生的基准不重合误差通过工艺措施解决，如提高工件定位面精度和夹具精度等。

另外，箱体中间孔壁上有精度要求较高的孔需要加工时，需要在箱体内部相应的地方设置镗杆导向支承架，以提高镗杆刚度。因此可根据工艺上的需要，在箱体底面开一矩形窗口，让中间导向支承架伸入箱体。产品装配时窗口上加密封垫片和盖板用螺钉紧固。这种结构形式已被广泛认可和采纳。

若箱体结构不允许在底面开窗口，而又必需在箱体内设置导向支承架，中间导向支承需用吊架装置悬挂在箱体上方，如图3-4所示。由于吊架刚度差，安装误差大，影响孔系精度；且吊装困难，影响生产率。