某箱体零件加工实践分析

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箱体类零件-般用于支撑及固定其 内部的各类传动零件或功能部件 ，通常其结构复杂、空间尺寸 、形位 、位置、表面质量要求高、难于装夹等。本文以蜗轮蜗杆箱体零件加工为例 ，力求从实践层 面针对其加工难点进行工艺分析 、提 出解决方案并进行过程优化。

1蜗轮蜗杆箱体零件工艺分析1.1 技术要求分析蜗轮蜗杆箱体的基本情况：外型尺寸(23lx146170)mm、材质 ：ZL102、毛坯为成型铸件 、加工批量 1000件；箱体零件 由上下两部分组成，上部本体及底部凸缘 ：加工要素有不同规格的螺纹孔 、销孔 、安装孔 、平面、沟槽等。零件加工成品如图 1所示，零件图如图 2所示 。

零件主要加工技术难点为高精度孔的尺寸公差 、表面质量、形位公差的控制：①2个 80删0.04 mm孔同轴度修稿 日期 ：2013-04-10作者简介：丁宾(1978-)，男，讲师，数控车工技师。主要从事机械 cAD/c vI/cAE方面的教学及研究工作，并多年担任全国数控大赛北京集训队软件教 练工作。

156公差 0.04ram、2孔轴心线与端 面垂 直 度 公 差 0.02ram：粗 糙 度Ra1.6 m；②2个 40枷0.0 mm孔同 轴 度 公 差 0.04ram：粗 糙 度Ra1.6 m；③ 2个 400-0.33mm孔 图1箱体加工成品图与 2个 P80o- 孔的垂直度公差 0. 。.O2mm 04由以上分析可以得出：周向上2个 80： mm和2个中40.。0. 0：mil的正交孔若采用工序分散的原则进行加工 ，会因重复定位误差 、夹具制造误差、安装误差等因素导致垂直度公差、同轴度公差无法控制。导致加工失败 。若采用工序集 中原则 ，在立式加工中心上利用 四轴分度功能 ，设计并应用四轴夹具 ，可实现-次装夹 中完成零件安装孔的加工 ，保证其形位公差。

图 2 某型蜗轮蜗杆箱体零件图·数控机床世界 ·1.2 加工条件分析箱体毛坯为精铸件 ，铸件-致性非常好 ，零件整体外观非常平整 ，飞边集 中于底部安装平 面的周边 ，铸造分型面穿过 2- 40加0.Ⅲ003mm 的孔轴心线且垂直于底平面 。

箱 体 加 工 可 选 用 设 备 为 VTC-160A 立 式 加 工 中心和 RN250四轴 。加 工 中心加 工精度 及 重复定 位 误差在±0.01mm以内，完全满足加工需求 。

1.3 工艺路线制定(1)定位基准的选择。选用凸缘的小平面、工件侧面、工件端面为粗基准 .这些面的表面质量较好 ，拔模斜度对定位的影响很小，可以保证底板粗加工定位要求；遵循 基准统-”和 基准重合”原则，精加工基准选用已加工的大平面为精基准 ，改制凸缘上的 4-M6螺纹孔中的 2个 为 5H7的销 孔 ，采用-面两销的定位方 式 ，实现了在-次安装完成周向所有要素的加工。

(2)箱体零件关键要素的加工及检测方法。根据工艺分析结果，确定了各加工表面的关键要素的加工及检测方法 ，如表 1所示。

(3)拟定加工工艺路线。根据加工基本原则、零件结构特点、现场条件，制定了零件加工工艺路线 ，如表 2所示。

2 专用夹具的设计及应用2.1 通用夹具改造设计加工底平面夹具时 ，利用 四个定位块 4顶部平面作为定位面 、利用定位块 5、固定钳口支撑板 3的端面作为定位支撑点 ，实现工件定位。同时 ，利用了虎钳的螺旋夹紧机构实现工件的快速夹紧 。生产 中这种夹具的设计完全满足了零件定位及夹紧要求。夹具设计及使用简图如图 3所示。

夹具固定钳口支撑板 3要制作形 成 5mm 凹槽 ，以避免和支撑板和工件上 40 0. 003mm孔位置的冒口形成干涉。

1.活动钳 口 2.活动 钳 口支撑板 3.固定钳 口支撑板4.固定钳 口 5.定位块 6.工件图 3 夹具设计及使用简图2.2 箱体四轴专用夹具的设计四轴专用夹具设计采用了-面两销的定位方法 ，结构如图4所示。为保护夹具基村 1，采用了可更换台阶套7的设计方案。压紧元件中开口垫片 3实现了箱体工件的快装、快卸，降低了操作者的劳动强度。夹具基村与四轴联接采用了中间定位圆柱 8进行定位 ，保证表 1各加工表面的关键要素的加工及检测方法-览表 了夹具二次安装时的快速定位。

加工面 关键要素 加工及控制方法 检测方法5H7销孔(改制定位孔) 定心钻(90度)-钻-铰孔 中5H7通止规底面 中l0 mm深 75ram TL 钻-铰(定尺寸平底铰刀) 数显高度尺芯轴面铣削(铣铝专用刀具) 手持式粗糙度仪 平面8O十oO.o204mm孔 铣削-精镗 内径百分表工 面 机床保证大蜗轮面 四 四轴保证◎ 0.025c 2个中80mm孔-刀成。

I 夹具找正(平面度<0.01mm) 三坐标钻-铣削-铣螺纹 螺纹塞规 4- M20x1.5ram螺纹2-40o - 铣削 精镗 内径百分表小蜗杆面 050[ 内沟槽 定制刀具 内沟槽游标卡尺西 夹具找正并计算(操作环节) 三坐标表 2加工工艺路线简表工序 工序主要内容 设备及夹具1 加工底平面成；加工 2-中5H7销孔成；加工 中1 mm深 75mm孔成。 VTC-160A自制夹具0度 ：加工 2-中800O，0204mm孔成；加工 2-M20xi.5mm螺纹成；加工蜗轮面 90o mm单侧面成。

2 90度：加工 (I)40.O l3lilm孔成；加工da50.5mm、qb40.5mm内沟槽成。 VTC-160ARN250自制四轴夹具180度 ：加工 90o0 o4mm尺寸成；加工 2-M20x1.5mIn螺纹成。

加工 170rnm顶面成；加工65ram高平面成；加工 7.8ram孔；加工 3 VTC- l60A自制夹具 M12螺纹孔成。

5 检验6 入库1.夹具基村 2.压板 3.开 口垫片 4.压 紧螺钉5.工件 6.定位销 7.台阶套 8.定位 圆柱图 4四轴夹具设计及使用简图加工工件顶面的夹具设计方案和四轴夹具设计方案原理-致 ，在此不再赘述 。

2.3 四轴专用夹具的使用箱体类零件通常在镗床或卧式加工中心上完成加工 ，而本 例中零件是在立式加工 中心上应用旋转 四轴完成箱体零件加工 .影响零件加工质量的因素很多 ，对生产者的操作技能提出了更高的要求，生产中应注意以下环节的控制：(1)充分利用四轴分度功能，采用粗精分开的工艺顺序加工蜗轮蜗杆的安装孑L。

首先整体进行安装孔的铣削粗加工 。再进行孔 的精镗加 工。铣 削粗加工后孔 的加工余量应保证均匀。

157· 数控机床世界 ·(2)安装孔的铣削粗加工中，选用铝合金专用大前角(约 20度 )铣刀刀片，减小切削力及振动对工件定位造成的影响。

(3)夹具安装中，要对夹具的基村端面进行精确找正，控制其端面跳动量小于0.02mm，实现工件 X向位移控制 ；同时，要对夹具基村上 的预制基准孔进行找正，控制其圆周跳动量小于 0.02mm，实现工件 Y向位移控制 ；通过两个方向的找正 ∝制蜗轮蜗杆的安装孔的同轴度公差。

3 加工优化3.1 优延工刀具、保证加工质量零件共有 6个方向不同高度的 10个平面需要加工 ，在加工初期 ，使用 qb50mm的面刀 。安装某通用型涂层硬质合金刀片，刀片前角 3度。切削参数是主轴转速3800r/min、每齿 进给量 0.07-0.1mm、切 深 2-3mm。加工结果满足零件图纸要求。但随着切削时间的增加，刀片涂层很快消失，加工表面质量和尺寸都不稳定，Ra1.6txm粗糙度控制 困难。经过分析发现 ，刀片角度 、积屑瘤等因素都对加工结果产生不利影响。改进的方案更换了面刀刀片.采用了 APETl6o4PDFR-NL刀片.刀片采用 20度的大前角设计 ，使用 的刀体及刀片如图 5所示。在主 轴转速380r/min，每齿 i .70表l面m三体持 鲤 6喜04P田DF R-N LTJ量得到了明显提升， 图5面刀刀及铝合金专用刀片 - ～粗糙度达到 Ra0.8 m。

3.2 优化加工工艺 。减少准备时间- 般高精度孔加工工艺顺序是 粗 镗-半精镗-精镗”。采用这种工艺顺序存在刀具调整准备时间长 ，加工尺寸不稳定 等缺陷 。为更好控 制2-(I)800。 和 -.02mm 240 0.0 3mm安装孔的加工余量 ，减少准备时间，本例 中采用了 铣削-精镗”的加工工艺顺序完成了孔的加工。

铣削采 用了 SB90-20R2AP10-B20可转位立铣刀 ，安装APET1003PDFR-NL刀 片 主轴 转速 7000r/min、进 给1400mm/min、每层切深 1.5ram、螺旋铣削刀具路径。在l58中国机械工业联合会主管 主办：邮发代号 82.401保证加工精度及加工效率的情况下 ，减少了传统 自制或外购粗镗刀的加工准备时间和调整时间，提高了生产效率。

3.3 优延工刀具、缩短走刀路径本例箱体零件有大量的螺纹孔需要加工(M6螺纹22个 ，M2Ox1.5mm螺纹 3个).小螺纹加工充分利用 了数控机床提供的高性能刚性攻丝功能，使用 M6高性能螺旋丝锥 、攻丝速度从普 通丝锥的 200～300r/min提高到 了2000r/min，极大提高了螺纹孔的加工效率 。

M20x1.5深 15mm螺纹加工有三个加工方案 ：攻丝、单齿螺纹铣削 、螺纹梳刀铣削 。由于夹紧力较小 ，攻丝的加工方法无法使用，试切中使用了单齿螺纹铣刀进行螺纹铣削加工 ，单个螺纹加工时间 2min。量产时优化了加 工方 案 ，采用 了螺 纹 梳 刀加 工 螺 纹 ，刀 片 型 号 ：14N1.5IS0 GY03.刀具路径缩短成 1圈多 。单个螺纹加工时间缩短为为 0.5min，使螺纹的加工效率得到了极大提高。螺纹单齿螺纹铣刀和多齿螺纹梳刀的刀具及走刀路径对比如图 6所示I I(a)单齿螺纹铣刀及走刀路径 (b)螺纹梳刀及走刀路径图 6 螺纹铣刀、梳刀刀具及走刀路径对比图4 结论(1)使用专用夹具与四轴配合 ，在立式加工中心上完全可以生产高精度箱体类零件。

(2)控制四轴夹具的端面跳动及周向跳动量对保证箱体零件安装孔的同轴度至关重要。

(3)采用铣削-精镗”的加工工艺顺序进行铝合金铸件加工，可以减少加工准备时间，保证高精孔的加工精度。