箱体类零件的加工.doc

第二节 箱体类零件的加工

一、箱体零件概述
箱体类零件通常作为箱体部件装配时的基准零件。它将一些轴、套、轴承和齿轮等零件装配起来，使其保持正确的相互位置关系，以传递转矩或改变转速来完成规定的运动。因此，箱体类零件的加工质量对机器的工作精度、使用性能和寿命都有直接的影响。
箱体零件结构特点：多为铸造件，结构复杂，壁薄且不均匀，加工部位多，加工难度大。
箱体零件的主要技术要求：轴颈支承孔孔径精度及相互之间的位置精度，定位销孔的精度与孔距精度；主要平面的精度；表面粗糙度等。
箱体零件材料及毛坯：箱体零件常选用灰铸铁，汽车、摩托车的曲轴箱选用铝合金作为曲轴箱的主体材料，其毛坯一般采用铸件，因曲轴箱是大批大量生产，且毛坯的形状复杂，故采用压铸毛坯，镶套与箱体在压铸时铸成一体。压铸的毛坯精度高，加工余量小，有利于机械加工。为减少毛坯铸造时产生的残余应力，箱体铸造后应安排人工时效。
二、箱体类零件工艺过程特点分析
下面我们以某减速箱为例说明箱体类零件的加工。
1．箱体类零件特点
一般减速箱为了制造与装配的方便，常做成可剖分的，如图6-6所示，这种箱体在矿山、冶金和起重运输机械中应用较多。剖分式箱体也具有一般箱体结构特点，如壁薄、中空、形状复杂，加工表面多为平面和孔。

（沿用吴拓主编《机械制造工程》（第2版）机械工业出版社2005年9月图5-38）

图6-6 减速箱体结构简图
1—箱盖 2—底座 3—对合面
减速箱体的主要加工表面可归纳为以下三类：
⑴ 主要平面 箱盖的对合面和顶部方孔端面、底座的底面和对合面、轴承孔的端面等。
⑵ 主要孔 轴承孔（Ø150H7、Ø90H7）及孔内环槽等。
⑶ 其它加工部分 联接孔、螺孔、销孔、斜油标孔以及孔的凸台面等。
2．工艺过程设计应考虑的问题
根据减速箱体可剖分的结构特点和各加工表面的要求，在编制工艺过程时应注意以下问题：
⑴ 加工过程的划分 整个加工过程可分为两大阶段，即先对箱盖和底座分别进行加工，然后再对装合好的整个箱体进行加工——合件加工。为保证效率和精度的兼顾，就孔和面的加工还需粗精分开；
⑵ 箱体加工工艺的安排 安排箱体的加工工艺，应遵循先面后孔的工艺原则，对剖分式减速箱体还应遵循组装后镗孔的原则。因为如果不先将箱体的对合面加工好，轴承孔就不能进行加工。另外，镗轴承孔时，必须以底座的底面为定位基准，所以底座的底面也必须先加工好。
由于轴承孔及各主要平面，都要求与对合面保持较高的位置精度，所以在平面加工方面，应先加工对合面，然后再加工其它平面，还体现先主后次原则。
⑶ 箱体加工中的运输和装夹 箱体的体积、重量较大，故应尽量减少工件的运输和装夹次数。为了便于保证各加工表面的位置精度，应在一次装夹中尽量多加工一些表面。工序安排相对集中。箱体零件上相互位置要求较高的孔系和平面，一般尽量集中在同一工序中加工，以减少装夹次数，从而减少安装误差的影响，有利于保证其相互位置精度要求。
⑷ 合理安排时效工序 一般在毛坯铸造之后安排一次人工时效即可；对一些高精度或形状特别复杂的箱体，应在粗加工之后再安排一次人工时效，以消除粗加工产生的内应力，保证箱体加工精度的稳定性。
3．剖分式减速箱体加工定位基准的选择
⑴ 粗基准的选择 一般箱体零件的粗基准都用它上面的重要孔和另一个相距较远的孔作为粗基准，以保证孔加工时余量均匀。 剖分式箱体最先加工的是箱盖或底座的对合面。由于分离式箱体轴承孔的毛坯孔分布在箱盖和底座两个不同部分上，因而在加工箱盖或底座的对合面时，无法以轴承孔的毛坯面作粗基准，而是以凸缘的不加工面为粗基准，即箱盖以凸缘面A，底座以凸缘面B为粗基准。这样可保证对合面加工凸缘的厚薄较为均匀，减少箱体装合时对合面的变形。
⑵ 精基准的选择 常以箱体零件的装配基准或专门加工的一面两孔定位，使得基准统一。剖分式箱体的对合面与底面（装配基面）有一定的尺寸精度和相互位置精度要求；轴承孔轴线应在对合面上，与底面也有一定的尺寸精度和相互位置精度要求。为了保证以上几项要求，加工底座的对合面时，应以底面为精基准，使对合面加工时的定位基准与设计基准重合；箱体装合后加工轴承孔时，仍以底面为主要定位基准，并与底面上的两定位孔组成典型的一面两孔定位方式。这样，轴承孔的加工，其定位基准既符合基准统一的原则，也符合基准重合的原则，有利于保证轴承孔轴线与对合面的重合度及与装配基准面的尺寸精度和平行度。
4．分离式减速箱体加工的工艺过程
表6-2所列为某厂在小批生产条件下加工图6-6所示减速箱体的机械加工工艺过程。
生产类型：小批；毛坯种类：铸件；材料牌号：HT200。
表6-2 减速箱体机械加工工艺过程
（沿用吴拓主编《机械制造工程》（第2版）机械工业出版社2005年9月表5-6）
序号
工序名称
工序内容
加工设备
1
铸造
铸造毛坯

2
热处理
人工时效

3
油漆
喷涂底漆

4
划线
箱盖：根据凸缘面A划对合面加工线；划顶部C面加工线；划轴承孔两端面加工线
底座：根据凸缘面B划对合面加工线；划底面D加工线；划轴承孔两端面加工线
划线平台
5
刨削
箱盖：粗、精刨对合面；粗、精刨顶部C面
底座：粗、精刨对合面；粗精刨底面D
牛头刨床或龙门刨床
6
划线
箱盖：划中心十字线，各联接孔、销钉孔、螺孔、吊装孔加工线
底座：划中心十字线；底面各联接孔、油塞孔、油标孔加工线
划线平台
7
钻削
箱盖：按划线钻各联接孔，并锪平；钻各螺孔的底孔、吊装孔
底座：按划线钻底面上各联接孔、油塞底孔、油标孔，各孔端锪平；将箱盖与底座合在一起，按箱盖对合面上已钻的孔，钻底座对合面上的联接孔，并锪平
摇臂钻床
8
钳工
对箱盖、底座各螺孔攻螺纹；铲刮箱盖及底座对合面；箱盖与底座合箱；按箱盖上划线配钻、铰二销孔，打入定位销

9
铣削
粗、精铣轴承孔端面
端面铣床
10
镗削
粗、精镗轴承孔；切轴承孔内环槽
卧式镗床
11
钳工
去毛刺、清洗、打标记

12
油漆
各不加工外表面

13
检验
按图样要求检验

5．箱体零件的检验
表面粗糙度检验通常用目测或样板比较法，只有当Ra值很小时，才考虑使用光学量仪或作用粗糙度仪；
孔的尺寸精度：一般用塞规检验；单件小批生产时可用内径千分尺或内径千分表检验；若精度要求很高可用气动量仪检验。
平面的直线度：可用平尺和厚薄规或水平仪与桥板检验；
平面的平面度：可用自准直仪或水平仪与桥板检验，也可用涂色检验。
同轴度检验：一般工厂常用检验棒检验同轴度；
孔间距和孔轴线平行度检验： 根据孔距精度的高低，可分别使用游标卡尺或千分尺，也可用块规测量；
三坐标测量机可同时对零件的尺寸、形状和位置等进行高精度的测量。

第三节 圆柱齿轮加工

一、圆柱齿轮加工概述
齿轮是机械工业的标志性零件，它是用来按规定的速比传递运动和动力的重要零件，在各种机器和仪器中应用非常普遍。
1．圆柱齿轮结构特点和分类
齿轮的结构形状按使用场合和要求不同变化，图6-7是常用圆柱齿轮的结构形式，其分为：盘形齿轮（图a单联、b双联、c三联）、内齿轮（图d）、连轴齿轮（图e）、套筒齿轮（图f）、扇形齿轮（图g）、齿条（图h）、装配齿轮（图i）。

（沿用吴拓主编《机械制造工程》（第2版）机械工业出版社2005年9月图5-39）

图6-7 圆柱齿轮的结构形式
2．圆柱齿轮的精度要求
齿轮自身的精度影响其使用性能和寿命，通常对齿轮的制造提出以下精度要求：
1）运动精度 确保齿轮准确的传递运动和恒定的传动比，要求最大转角误差不能超过相应的规定值。
2）工作平稳性 要求传动平稳，振动、冲击、噪声小。
3）齿面接触精度 为保证传动中载荷分布均匀，齿面接触要求均匀，避免局部载荷过大、应力集中等造成过早磨损或折断。
4）齿侧间隙 要求传动中的非工作面留有间隙以补偿温升、弹性形变和加工装配的误差并利于润滑油的储存和油膜的形成。
3．齿轮材料、毛坯和热处理
⑴ 材料选择 根据使用要求和工作条件选取合适的材料，普通齿轮选用中碳钢和中碳合金钢，如40、45、50、40MnB、40Cr、45Cr、42SiMn、35SiMn2MoV等；要求高的齿轮可选取20Mn2B、18CrMnTi、30CrMnTi、20Cr等低碳合金钢；对于低速轻载的开式传动可选取ZG40、ZG45等铸钢材料或灰口铸铁；非传力齿轮可选取尼龙、夹布胶木或塑料。
⑵ 齿轮毛坯 毛坯的选择取决于齿轮的材料、形状、尺寸、使用条件、生产批量等因素，常用的毛坯种类油：
1）铸铁件：用于受力小、无冲击、低速的齿轮；
2）棒料：用于尺寸小、结构简单、受力不大的齿轮；
3）锻坯：用于高速重载齿轮；
4）铸钢坯：用于结构复杂、尺寸较大不宜锻造的齿轮。
⑶ 齿轮热处理 在齿轮加工工艺过程中，热处理工序的位置安排十分重要，它直接影响齿轮的力学性能及切削加工的难易程度。一般在齿轮加工中有两种热处理工序：
1）毛坯的热处理 为了消除锻造和粗加工造成的残余应力、改善齿轮材料内部的金相组织和切削加工性能，在齿轮毛坯加工前后通常安排正火或调质等预热处理。
2）齿面的热处理 为了提高齿面硬度、增加齿轮的承载能力和耐磨性而进行的齿面高频淬火、渗碳淬火、氮碳共渗和渗氮等热处理工序。一般安排在滚齿、插齿、剃齿之后，珩齿、磨齿之前。
二、圆柱齿轮齿面（形）加工方法
1．齿轮齿面加工方法的分类
按齿面形成的原理不同，齿面加工可以分为两类方法：
⑴ 成形法 用与被切齿轮齿槽形状相符的成形刀具切出齿面的方法，如铣齿、拉齿和成型磨齿等；
⑵ 展成法 齿轮刀具与工件按齿轮副的啮合关系作展成运动切出齿面的方法，工件的齿面由刀具的切削刃包络而成，如滚齿、插齿、剃齿、磨齿和珩齿等。
加工原理及装备详见《金属切削加工及装备》（吴拓主编，机械工业出版社2006年1月出版第六、七章）。
2．圆柱齿轮齿面加工方法选择
齿轮齿面的精度要求大多较高，加工工艺复杂，选择加工方案时应综合考虑齿轮的结构、尺寸、材料、精度等级、热处理要求、生产批量及工厂加工条件等。常用的齿面加工方案见表6-3。

表6-3 齿面加工方案
（沿用吴拓主编《机械制造工程》（第2版）机械工业出版社2005年9月表5-7）
齿 面 加 工 方 案
齿轮精度等 级
齿面粗糙度Raμm
适 用 范 围
铣齿
9级以下
6.3~3.2
单件修配生产中，加工低精度的外圆柱齿轮、齿条、锥齿轮、蜗轮
拉齿
7级
1.6~0.4
大批量生产7级内齿轮，外齿轮拉刀制造复杂，故少用
滚齿
8~7级
3.2~1.6
各种批量生产中，加工中等质量外圆柱齿轮及蜗轮
插齿
1.6
各种批量生产中，加工中等质量的内、外圆柱齿轮、多联齿轮及小型齿条
滚（或插）齿—淬火—珩齿
0.8~0.4
用于齿面淬火的齿轮
滚齿—剃齿
7~6级
0.8~0.4
主要用于大批量生产
滚齿—剃齿—淬火—珩齿
0.4~0.2
滚（插）齿—淬火—磨齿
6~3级
0.4~0.2
用于高精度齿轮的齿面加工，生产率低，成本高
滚（插）齿—磨齿
6~3级
三、圆柱齿轮零件加工工艺过程示例
1． 工艺过程示例
圆柱齿轮的加工工艺过程一般应包括以下内容：齿轮毛坯加工、齿面加工、热处理工艺及齿面的精加工。
在编制齿轮加工工艺过程中，常因齿轮结构、精度等级、生产批量以及生产环境的不同，而采用各种不同的方案。
图6-8为一直齿圆柱齿轮的简图，表6-4列出了该齿轮机械加工工艺过程。从中可以看出，编制齿轮加工工艺过程大致可划分如下几个阶段：
1）齿轮毛坯的形成：锻件、棒料或铸件；
2）粗加工：切除较多的余量；
3）半精加工：车，滚、插齿面；
4）热处理：调质、渗碳淬火、齿面高频淬火等；
5）精加工：精修基准、精加工齿面（磨、剃、珩、研齿和抛光等）。

（沿用吴拓主编《机械制造工程》（第2版）机械工业出版社2005年9月图5-40）

图6－8 直齿圆柱齿轮零件图
表6－4 直齿圆柱齿轮加工工艺过程
（沿用吴拓主编《机械制造工程》（第2版）机械工业出版社2005年9月表5-8）
工序号
工序名称
工序内容
定位基准
1
锻造
毛坯锻造

2
热处理
正火

3
粗车
粗车外形、各处留加工余量2mm
外圆和端面
4
精车
精车各处，内孔至Ø84.8,留磨削余量0.2mm，其余至尺寸
外圆和端面
5
滚齿
滚切齿面，留磨齿余量0.25～0.3mm
内孔和端面A
6
倒角
倒角至尺寸（倒角机）
内孔和端面A
7
钳工
去毛刺

8
热处理
齿面：HRC52

9
插键槽
至尺寸
内孔和端面A
10
磨平面
靠磨大端面A
内孔
11
磨平面
平面磨削B面
端面A
12
磨内孔
磨内孔至Ø85H5
内孔和端面A
13
磨齿
齿面磨削
内孔和端面A
14
检验
终结检验

2．齿轮加工工艺过程分析
⑴ 定位基准的选择 对于齿轮定位基准的选择常因齿轮的结构形状不同，而有所差异。带轴齿轮主要采用顶尖定位，孔径大时则采用锥堵。顶尖定位的精度高，且能做到基准统一。带孔齿轮在加工齿面时常采用以下两种定位、夹紧方式：
1）以内孔和端面定位 即以工件内孔和端面联合定位，确定齿轮中心和轴向位置，并采用面向定位端面的夹紧方式。这种方式可使定位基准、设计基准、装配基准和测量基准重合，定位精度高，适于批量生产。但对夹具的制造精度要求较高。
2）以外圆和端面定位 工件和夹具心轴的配合间隙较大，用千分表校正外圆以决定中心的位置，并以端面定位；从另一端面施以夹紧。这种方式因每个工件都要校正，故生产效率低；它对齿坯的内、外圆同轴度要求高，而对夹具精度要求不高，故适于单件、小批量生产。
⑵ 齿轮毛坯的加工 齿面加工前的齿轮毛坯加工，在整个齿轮加工工艺过程中占有很重要的地位，因为齿面加工和检测所用的基准必须在此阶段加工出来；无论从提高生产率，还是从保证齿轮的加工质量，都必须重视齿轮毛坯的加工。
在齿轮的技术要求中，应注意齿顶圆的尺寸精度要求，因为齿厚的检测是以齿顶圆为测量基准的，齿顶圆精度太低，必然使所测量出的齿厚值无法正确反映齿侧间隙的大小。所以，在这一加工过程中应注意下列三个问题：
1）当以齿顶圆直径作为测量基准时，应严格控制齿顶圆的尺寸精度；
2）保证定位端面和定位孔或外圆相互的垂直度；
3）提高齿轮内孔的制造精度，减小与夹具心轴的配合间隙。
⑶ 齿端的加工 齿轮的齿端加工有倒圆、倒尖、倒棱和去毛刺等方式，如图6-9所示。倒圆、倒尖后的齿轮在换档时容易进人啮合状态，减少撞击现象。倒棱可除去齿端尖边和毛刺。 图6-10是用指状铣刀对齿端进行倒圆的加工示意图。倒圆时，铣刀高速旋转，并沿圆弧作摆动，加工完一个齿后，工件退离铣刀，经分度再快速向铣刀靠近加工下一个齿的齿端。 齿端加工必须在齿轮淬火之前进行，通常都在滚（插）齿之后，剃齿之前安排齿端加工。

（沿用吴拓主编《机械制造工程》（第2版）机械工业出版社2005年9月图5-41）

图6-9 齿端加工形式
a）倒棱 b）倒圆 c）导尖

（沿用吴拓主编《机械制造工程》（第2版）机械工业出版社2005年9月图5-42）

图6－10齿端倒圆工艺

思考题和习题

6-1 主轴的结构特点和技术要求有哪些？为什么要对其进行分析？它对制定工艺规程起什么作用？
6-2 主轴毛坯常用的材料有哪几种？对于不同的毛坯材料在各个加工阶段中所安排的热处理工序有什么不同？它们在改善材料性能方面起什么作用？
6-3 轴类零件的安装方式和应用有哪些？顶尖孔起什么作用？试分析其特点。
6-4 试分析主轴加工工艺过程中，如何体现“基准统一”、“基准重合”、“互为基准”、“自为基准”的原则？
6-5 箱体类零件常用什么材料？箱体类零件加工工艺要点如何？
6-6 箱体的结构特点和主要的技术要求有哪些？为什么要规定这些要求？
6-7 举例说明箱体零件选择粗、精基准时应考虑哪些问题？试举例比较采用“一面两销”或“几个面”组合两种定位方案的优缺点和适用的场合。
6-8 何谓孔系？孔系加工方法有哪几种？试举例说明各种加工方法的特点和适用范围。
6-9 圆柱齿轮规定了哪些技术要求和精度指标？它们对传动质量和加工工艺有些什么影响？
6-10 齿形加工的精基准选择有几种方案？各有什么特点？齿轮淬火前精基准的加工和淬火后精基准的修整通常采用什么方法？
6-11 试比较滚齿与插齿、磨齿和珩齿的加工原理、工艺特点及适用场合。
6-12 齿端倒圆的目的是什么？其概念与一般的回转体倒圆有何不同？