毕业设计(箱体零件工艺设计)

编号：

沙洲工学院

2008届毕业论文 题目：对箱体零件加工工艺的分析及研究

动力工程 系 数控技术 专业 班 级： 05数控技术 学 号: xxx 姓 名： xxx

指导教师： xxx

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2008 年 7 月

沙洲工学院毕业设计（论文）

摘 要

本文主要对箱体零件的加工方法的研究和说明,箱体类零件是机器及其部件的基础件，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位置关系装配成一个整体，并按预定传动关系协调其运动。因此，箱体的加工质量不仅影响其装配精度及运动精度，而且影响到机器的工作精度、使用性能和寿命。 关键词：加工工艺 精度 定位

Abstract :This article mainly to the box body components' processing method's research and showing, the box body class components is the machine and part's foundation, it components and so on machine and part's axis, bearing, wrap and gear assembles according to certain mutual position relations a whole, and is coordinated its movement according to the predetermined transmission relations. Therefore, the box body's processing quality not only affects its assembly precision and the movement precision, moreover affects machine's work precision, the operational performance and the life. Keywords :Processing craft precision Localization

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目录

引 言 ……………………………………………………………(1) 第1章 企业概况……………………………………………………(2) 第2章 箱体零件加工工艺及案例分析…………………………(2) 第2.1节 主轴箱加工工艺过程………………………………………………………(2) 第2.2节 箱体类零件加工工艺分析…………………………………………………(3) 第3章 分离式齿轮箱体加工工艺过程及其分析……………………………(6) 第3.1节 分离式箱体的主要技术要求……………………………………………（7） 第3.2节 分离式箱体的工艺特点…………………………………………………（8） 第4章 总结体会……………………………………………………………………（9） 第4.1节 概述………………………………………………………………………（9） 第4.2节 平面加工方法和平面加工方案…………………………………………（12） 参考文献 ……………………………………………………………………………（21）

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引言

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。

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第1章 企业概况

张家港中利机械始创于2003年12月26日，现拥有2个厂区，现有员工100余人。公司位于长江三角洲新兴港口城市张家港市锦丰镇耕余村。

第2章 箱体零件加工工艺及案例分析 第2.1节 减速器箱体加工工艺过程

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如图8-2所示为某减速器箱体图，表8-8为该主轴箱小批量生产的工艺过程。表8-9为该主轴箱大批量生产的工艺过程。

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第2.2节 箱体类零件加工工艺分析

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8-68所示。

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箱体支承孔的加工，对于直径小于 Φ50mm 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

（l）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。

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（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。

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（如坐标镗床主轴箱箱体），在机械加工过程中还应安排较长时间的自然时效。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

（l）粗基准的选择。在选择粗基准时，通常应满足以下几点要求。

① 在保证各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。

② 装人箱体内的回转零件（如齿轮、轴套等）应与箱壁有足够的间隙。 ③ 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。表8-9某主轴箱大批生产工艺过程中，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、

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其他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主轴孔和其他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，避免装人箱体内的齿轮、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。

表8-9某主轴箱大批生产工艺过程中，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8-8某主轴箱小批生产工艺过程中的序号40规定划线，划线时先找正主轴孔中心，然后以主轴孔为基准找出其他需加工平面的位置。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。

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，加工其他平面和孔系，以避免由于基准转换而带来的累积误差。如表8-9某主轴箱大批生产工艺过程中以顶面及其上两孔 2－Φ8H7为定位基准，采用基准统一原则。

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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他要素的设计基准。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8-8某主轴箱小批生产过程中即采用基准重合原则。

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人箱体。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8-69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。

图2-11

第3章 分离式齿轮箱体加工工艺过程及其分析

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一般

减速箱，为了制造与装配的方便，常做成可分离的。如图8-70所示：

第3.1节 分离式箱体的主要技术要求 ① 对合面对底座的平行度误差不超过 0.5 / 10000 。

② 对合面的表面粗糙度 Ra 值小于 1.6 μm ，两对合面的接合间隙不超过。 0.03mm 。

③ 轴承支承孔必须在对合面上，误差不超过 ±0.2 mm 。

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④ 轴承支承孔的尺寸公差为 H7 ，表面粗糙度 Ra 值小于 1.6 μm ，圆柱度误差不超过孔径公差之半，孔距精度误差为 ±0.05 ～ 0.08mm 。

第3.2节 分离式箱体的工艺特点 分离式箱体的工艺过程见表8-10 ～ 表8-12 。

由表可见，分离式箱体虽然遵循一般箱体的加工原则，但是由于结构上的可分离性，因而在工艺路线的拟订和定位基准的选择方面均有一些特点。

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1．工艺路线

分离式箱体工艺路线与整体式箱体工艺路线的主要区别在于整个加工过程分为两大阶段：第一阶段先对箱盖和底座分别进行加工，主要完成对合面及其他平面与紧固孔和定位孔的加工，为箱体的合装做准备；第二阶段在合装好的箱体上加工孔及其端面。在两个阶段之间安排钳工工序，将箱盖和底座合装成箱体，并用两销定位，使其保持一定的位置关系，以保证轴承孔的加工精度和拆装后的重复精度。

2．定位基准

（l）粗基准的选择。分离式箱体最先加工的是箱盖和箱座的对合面。分离式箱体一般不能以轴承孔的毛坯面作为粗基准，而是以凸缘不加工面为粗基准，即箱盖以凸缘 A 面，底座以凸缘 B 面为粗基准。这样可以保证对合面凸缘厚薄均匀，减少箱体合装时对合面的变形。

（2）精基准的选择。分离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；箱体合装后加工轴承孔时，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’原则，也符合“基准重合”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面的尺寸精度和平行度。

第4章 总结体会

通过细心观察,我总结了箱体类零件加工的一般工艺过程。

第4.1节 概述 一、箱体类零件的功用和结构特点

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箱体类是机器或部件的基础零件，它将机器或部件中的轴、套、齿轮等有关零件组装成一个整体，使它们之间保持正确的相互位置，并按照一定的传动关系协调传递运动或动力。因此，箱体的加工质量将直接影响机器或部件的精度、性能和寿命。

常见的箱体类零件有：机床主轴箱、机床进给箱、变速箱体、减速箱体、发动机缸体和机座等。根据箱体零件的结构形式不同可分为整体式箱体 [图8-1（a）、（b）、（d）] 和分离式箱体，「图8-1(c)］两大类。前者是整体铸造、整体加工，加工较困难，但装配精度高：后者可分别制造，便于加工和装配．但增加了装配工作量。

箱体的结构形式虽然多种多样，但主要特点仍有共同之处：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 ％。

二、箱体类零件的主要技术要求、材料和毛坯

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（一）箱体零件的主要技术要求

箱体类零件中以机床主轴箱的精度要求最高。以某车床主轴箱，图8-2为例，箱体零件的技术要求主要可归纳如下。

1．主要平面的形状精度和表面粗糙度

箱体的主要平面是装配基准，并且往往是加工时的定位基准，所以，应有较高的平面度和较小的表面粗糙度值，否则，直接影响箱体加工时的定位精度，影响箱体与机座总装时的接触刚度和相互位置精度。

一般箱体主要平面的平面度在 0.1 ～ 0.03mm ，表面粗糙度 Ra 值为 2.5 ～ 0.63 mm，各主要平面对装配基准面垂直度为 01 / 300。

2．孔的尺寸精度、几何形状精度和表面粗糙度

箱体上的轴承支承孔本身的尺寸精度、形状精度和表面粗糙度都要求较高，否则，将影响轴承与箱体孔的配合精度，使轴的回转精度下降，也易使传动件（如齿轮）产生振动和噪声。一般机床主轴箱的主轴支承孔的尺寸精度为 IT6 ，圆

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度、圆柱度公差不超过孔径公差的一半，表面粗糙度 Ra 值为 0.63 ～ 0.32 μm 。其余支承孔尺寸精度为 IT7 ～ T6，表面粗糙度 Ra 值为 2.5 ～ 0.63 μm 。

3．主要孔和平面相互位置精度

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同一轴线的孔应有一定的同轴度要求，各支承孔之间也应有一定的孔距尺寸精度及平行度要求，否则，不仅装配有困难，而且使轴的运转情况恶化，温度升高，轴承磨损加剧，齿轮啮合精度下降，引起振动和噪声，影响齿轮寿命。支承孔之间的孔距公差为 0.12 ～ 0.05mm ，平行度公差应小于孔距公差，一般在全长取 0.1 ～ 0.04mm 。同一轴线上孔的同轴度公差一般为 0.04 ～ 0.01mm 。支承孔与主要平面的平行度公差为 0.1 ～ 0.05mm 。主要平面间及主要平面对支承孔之间垂直度公差为 0.1 ～ 0.04mm 。

第4.2节 平面加工方法和平面加工方案

平面加工方法有刨、铣、拉、磨等，刨削和铣削常用作平面的粗加工和半精加工，而磨削则用作平面的精加工。此外还有刮研、研磨、超精加工、抛光等光整加工方法。采用哪种加工方法较合理，需根据零件的形状、尺寸、材料、技术要求、生产类型及工厂现有设备来决定。

一、刨削

刨削是单件小批量生产最常用的平面加工方法，加工精度一般可达 IT9 ～ IT7 级，表面粗糙度 Ra 值为 12.5 ～ 1.6 μm 。刨削可以在牛头刨床或龙门刨床上进行，如图8-3所示。

刨削的主运动是变速往复直线运动。因为在变速时有惯性，了切削速度的提高，并且在回程时不切削，所以刨削加工生产效率低。但刨削所需的机床、刀具结构简单，制造安装方便，16 沙洲工学院毕业设计（论文）

调整容易，通用性强。因此在单件、小批生产中，特别是加工狭长平面时被广泛应用。

当前，普遍采用宽刃刀精刨代替刮研，能取得良好的效果。采用宽刃刀精刨，切削速度较低（2 ～ 5m / min ），加工余量小（预刨余量 0.08 ～ 0.12 mm ，终刨余量 0.03 ～ 0.05 mm ），工件发热变形小，可获得较小的表面粗糙度值（Ra值为 0.8 ～ 0.25 μm）和较高的加工精度（直线度为 002 / 1000 ），且生产率也较高。图8-4所示为宽刃精刨刀．前角为 －100 ～ －150 有挤光作用；后角为50，可增加后面支承，防止振动；刃倾角为 30 ～ 50 。加工时用煤油作切削液。

二、铁削

铣削是平面加工中应用最普遍的一种方法，利用各种铣床、铣刀和附件，可以铣削平面、沟槽、弧形面、螺旋槽、齿轮、凸轮和特形面，如图8-5所示。一般经粗铣、精铣后，尺寸精度可达 IT9 ～ IT7，表面粗糙度 Ra 值可达 12.5 ～ 0.63 μm 。

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铣削的主运动是铣刀的旋转运动，进给运动是工件的直线运动。图8-6所示为圆柱铣刀和面铣刀的切削运动。

（一）铣削的工艺特征及应用范围

铣刀由多个刀齿组成，各刀齿依次切削，没有空行程，而且铣刀高速回转，因此与刨削相比，铣削生产率高于刨削，在中批以上生产中多用铣削加工平面。当加工尺寸较大的平面时，可在龙门铣床上，用几把铣刀同时加工各有关平面，这样，既可保证平面之间的相互位置精度，也可获得较高的生产率。铣削工艺特点如下。

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1．生产效率高但不稳定

由于铣削属于多刃切削，且可选用较大的切削速度，所以铣削效率较高。但由于各种原因易导致刀齿负荷不均匀，磨损不一致从而引起机床的振动，造成切削不稳，直接影响工件的表面粗糙度。

2．断续切削

铣刀刀齿切入或切出时产生冲击，一方面使刀具的寿命下降，另一方面引起周期性的冲击和振动。但由于刀齿间断切削，工作时间短，在空气中冷却时间长，故散热条件好，有利于提高铣刀的耐用度。

3．半封闭切削

由于铣刀是多齿刀具，刀齿之间的空间有限，若切屑不能顺利排出或没有足够的容屑槽，则会影响铣削质量或造成铣刀的破损。所以选择铣刀时要把容屑槽当作一个重要因素考虑。

（二）铣削用量四要素

如图8-7所示，铣削用量四要素如下。

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1 铣削速度

铣削速度指铣刀旋转时的切削速度。 式中： υc ― 铣削速度， m / min ;

do ― 铣刀直径， mm ; n ― 铣刀转速， r: / min

2．进给量

进给量指工件相对铣刀移动的距离，分别用三种方法表示：

① 每转进给量 f ，指铣刀每转动一周，工件与铣刀的相对位移量，单位为 m ／ r ② 每齿进给量 fz ，指铣刀每转过一个刀齿，工件与铣刀沿进给方向的相对位移量，单位为 mm / z 。

③ 进给速度 υf ，指单位时间内工件与铣刀沿进给方向的相对位移量，单位为 mm / min 。通常情况下，铣床加工时的进给量均指进给速度υf 。三者之间的关系为：

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式中： z ― 铣刀齿数；

n ― 铣刀转数， r / min 。

3．铣削深度

铣削深度。p指平行于铣刀轴线方向测量的切削层尺寸。 4．铣削宽度

铣削宽度。指垂直于铣刀轴线并垂直于进给方向度量的切削层尺寸。 （三）铣削方式及其合理选用 1．铣削方式的选用

铣削方式是指铣削时铣刀相对于工件的运动关系。

（1）周铣法（圆周铣削方式）。周铣法铣削工件时有两种方式，即逆铣与顺铣。铣削时若铣刀旋转切人工件的切削速度方向与工件的进给方向相反称为逆铣，反之则称为顺铣。

① 逆铣。如图8-8（a）所示，切削厚度从零开始逐渐增大，当实际前角出现负值时，刀齿在加工表面上挤压、滑行，不能切除切屑，既增大了后刀面的磨损，又使工件表面产生较严重的冷硬层。当下一个刀齿切人时，又在冷硬层表面上挤压、滑行，更加剧了铣刀的磨损，同时工件加工后的表面粗糙度值也较大。逆铣时，铣刀作用于工件上的纵向分力Ff总是与工作台的进给方向相反，使得工作台丝杠与螺母之间没有间隙，始终保持良好的接触，从而使进给运动平稳；但是，垂直分力 FfN 的方向和大小是变化的，并且当切削齿切离工件时， FfN 向上，有挑起工件的趋势，引起工作台的振动，影响工件表面的粗糙度。

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