加工中心加工工艺

第 6章 加工中心加工工艺 【 案例引入 】 典型盖板类零件如图 6-1所示，材料为 HT150，加工数量为 5000个 /年。底平面、两侧面和 40H8型腔已在前面工序加工完成，试对 端盖的 4个沉头螺钉孔和 2个销孔进行加工中心加工工艺分析。 任务 制订端盖零件的沉头 螺钉孔和销孔的加工 中心 加工工艺 本章知识（或技能）要点 1.加工中心的加工特点； 2.加工中心的刀具系统 3.加工中心加工工艺的主要内容； 4.加工中心加工工艺文件的编制； 5.制订加工中心加工 工艺规程 。 6-1 端盖零件图 6.1 加工中心简介 6.1.1 加工中心概述 1.加工中心的含义 加工中心（ machining center,简称 MC）是指配备有刀库和自动换刀装 置，在一次装卡下可实现多工序（甚至全部工序）加工的数控机床。目前主 要有镗铣类加工中心和车削类加工中心两大类。通常我们所说的加工中心是 指镗铣类加工中心。 镗铣类加工中心是在数控铣床（镗床）的基础上演化而来的，其数控系 统能控制机床自动地更换刀具，连续地对工件各加工表面自动进行铣削、钻削、 扩削、铰削、镗削、攻丝等多种工序的加工，工序高度集中。 2.加工中心的分类 （ 1）按照加工中心的结构方式分类 立式加工中心 立式加工中心指主轴轴线为垂直状态设置的加工中心，如图 6-2所示。 图 6-2 立式加工中心 a）带刀库和机械手的加工中心 b）无机械手的加工中心 卧式加工中心 卧式加工中心指主轴轴线为水平状态设置的加工中心，如图 6-3所示。 图 6-3 卧式加工中心 龙门式加工中心 图 6-4 龙门式加工中心 万能加工中心 图 6-5 万能加工中心 虚轴加工中心 图 6-6 虚轴加工中心 （ 2）按换刀形式分类 带刀库、机械手的加工中心 加工中心的换刀装置 (Automatic T00l Changer， ATC)是由刀库和机械手组 成，换刀机械手完成换刀工作。这是加工中心最普遍采用的形式，如图 6-2a） 所示。 无机械手的加工中心 这种加工中心的换刀是通过刀库和主轴箱的配合动作来完成的，如图 6-2b） 所示。 转塔刀库式加工中心 一般在小型立式加工中心上采用转塔刀库形式，主要以孔加工为主，如图 6-7所示。 （ 3）按工作台数量和功能分类 加工中心可分为 单工作台加工中心 、 双工作台加工中心 和 多工作台加工中心 。 图 6-7 转塔刀库式加工中心 6.1.2 加工中心的主要加工对象 针对加工中心的工艺特点，加工中心适宜于加工形状复杂、加工内容多、 要求较高、需用多种类型的普通机床和众多的工艺装备，且经多次装夹和调整 才能完成加工的零件。主要的加工对象有下列几种： 1.既有平面又有孔系的零件 （ 1)箱体类零件 图 6-8 热电机车主轴箱体 （ 2)盘、套、板类零件 图 6-9 板类零件 2.结构形状复杂、普通机床难以加工的零件 （ 1)凸轮类零件 （ 2)整体叶轮类 图 6-10 轴向压缩机涡轮 （ 3)模具类 常见的模具有锻压模具、铸造模具、注塑模具及橡胶模具等。 3.外形不规则的异形零件 异形件是指支架、基座、样板、靠模等这一类外形不规则的零件。例 如图 6-11所示的异形支架，这类零件大多需要点、线、面多工位混合加工。 图 6-11 异形零件 6.1.3 加工中心的刀具系统 加工中心和数控铣床上使用的刀具由刃具和刀柄两部分组成。刃具包括铣刀、 钻头、扩孔钻、镗刀、铰刀和丝锥等。刀柄是机床主轴与刀具之间的连接工具， 应满足机床主轴的自动松开和夹紧定位，准确安装各种切削刃具、 适应机械手 的夹持和搬运、储存和识别刀库中各种刀具的要求。 1.刀柄的结构 刀柄的结构现已系列化、标准化，其标准有很多种，见表 6-1所示。 表 6-1 工具柄部型式代号 代 号 工 具 柄 部 型 式 JT 自动换刀机床用 7： 24圆锥工具柄 GB/T10944-89 BT 自动换刀机床用 7： 24圆锥 BT型工具柄 JIS B6339 ST 手动换刀机床用 7： 24圆锥工具柄 GB/T3837.3-83 MT 带扁尾莫氏圆锥工具柄 GB/T1443-85 MW 带扁尾莫氏圆锥工具柄 GB/T1443-85 ZB 直柄工具柄 GB/T6131-85 图 6-12 加工中心 /数控铣床 7:24圆锥工具柄结构 图 6-13 A型拉钉结构 图 6-14 B型拉钉结构 2.镗铣类工具系统 由于在加工中心和数控铣床上要适应多种形式零件不同部位的加工，故刀具 装夹部分的结构、形式、尺寸也是多种多样的。把通用性较强的几种装夹工具 （例如装夹铣刀、镗刀、铰刀、钻头和丝锥等）系列化、标准化就发展成为不同 结构的镗铣类工具系统。镗铣类工具系统一般分为整体式结构和模块式结构两大 类。 （ 1）整体式工具系统 整体式工具系统把工具柄部和装夹刀具的工作部分做成一体。不同品种和规 格的工作部分都必须带有与机床主轴相连接的柄部。其优点是：结构简单，使用 方便、可靠，更换迅速等。缺点是所用的刀柄规格品种和数量较多。图 6-15为 TSG工具系统图，表 6-2为 TSG工具系统用途代号的含义。 图 6-15 TSG工具系统图 表 6-2 TSG工具系统用途代号的含义 代号 代号的含义 代 号 代号的含 义 代 号 代号的含义 J 装接长刀杆用锥柄 KJ 用于装扩、 铰刀 TF 浮动镗刀 Q 弹簧夹头 BS 倍速夹头 TK 可调镗刀头 KH 7： 24锥柄快换夹头 H 倒锪端面 刀 X 用于装铣削刀具 Z(J) 用于装钻夹头（莫氏锥 度注 J） T 镗孔刀具 XS 装三面刃铣刀 MW 装无扁尾莫氏锥柄刀具 TZ 直角镗刀 XM 装面铣刀 M 装有扁尾莫氏锥柄刀具 TQW 倾斜型微 调镗刀 XD Z 装直角端铣刀 G 攻螺纹夹头 TQC 倾斜型粗 镗刀 XD 装端铣刀 C 切内槽刀具 TZC 直角型粗 镗刀 注：用数字表示工具的规格，其含义随工具不同而异：对于有些工 具，该数字为轮廓尺寸（ D-L）；对另一些工具，该数字表示应用 范围；还有表示其他参数值的，如锥度号等。 （ 2）模块式工具系统 把工具的柄部和工作部分分开，制成系统化的主柄模块、中间模块和工作模 块，每类模块中又分为若干小类和规格，然后用不同规格的中间模块，组装成不 同用途、不同规格的模块式工具。这样既方便了制造，也方便了使用和保管，大 大减少了用户的工具储备。目前，模块式工具系统已成为数控加工刀具发展的方 向。图 6-16为 TMG工具系统的示意图。 图 6-16 TMG工具系统示意图 6.2 加工中心加工工艺的主要内容 6.2.1 零件图的工艺分析 1.加工中心加工内容的选择 一般选择下列表面在加工中心上加工： （ 1）尺寸精度要求较高的表面。 （ 2）相互位置精度要求较高的表面。需要多次调整的工件必须在一次装夹中 完成各工序的表面。 （ 3）普通机床加工难以保证的复杂曲线、曲面或难以通过测量调整进给的不 够敞开的复杂型腔表面。 （ 4）能够集中在一次装夹中合并完成的多工序（或工步）表面。 在选择和决定加工中心的加工内容时，还要考虑生产批量、生产周期以及工序 间的周转情况等，要合理利用加工中心，以达到产品质量、生产率及综合经济效 益都为最佳的目的。 2.加工中心加工零件的结构工艺性分析 结构工艺性除应符合第五章数控铣削结构工艺性外，还应具备以下几 点要求： （ 1）切削余量要小，以减少切削时间，降低加工成本。 （ 2）零件上孔和螺纹孔的尺寸规格尽可能少，以减少相应刀具的数 量和换刀时间，同时防止刀库容量不够。 （ 3）零件的尺寸尽量标准化，以便采用标准刀具。 （ 4）零件加工表面应具有加工的方便性和可能性。 （ 5）零件的刚性应足够，以减少夹紧和切削中的变形。 表 6-3列出了部分零件的孔加工工艺性对比实例。 6.2.2 加工阶段的划分和加工顺序的安排 1.加工阶段的划分 在加工中心上加工，加工阶段的划分主要依据工件的精度要求确定，同 时还需考虑到生产批量、毛坯质量、加工中心的加工条件等因素。 一般情况下，在加工中心上加工的零件已经过粗加工，加工中心只是 完成最后的精加工，因此，可以不划分加工阶段。 对零件的加工精度要求不高，而毛坯质量较高、加工余量不大、生产 批量又很小的零件，则可在加工中心上利用加工中心的良好冷却系统，把 粗、精加工合并进行，完成加工工序的全部内容，但粗、精加工应划分成 两道工序分别完成。在加工过程中，对于刚性较差的零件，可采取相应的 工艺措施，如粗加工后安排暂停指令，由操作者将压板等夹紧元件（装置） 稍稍放松一些，以恢复零件的弹性变形，然后再用较小夹紧力将零件夹紧， 最后再进行精加工。 2.加工顺序的安排 在安排加工顺序时同样要遵循 “ 基面先行 ” 、 “ 先面后孔 ” 、 “ 先主后次 ” 及 “ 先粗后精 ” 的一般工艺原则。 若零件的尺寸精度要求较高，考虑零件尺寸精度、零件刚性和变形等因素， 则采用同一表面粗加工 半精加工 精加工顺序完成。 若零件的加工位置精度要求较高，则全部加工表面按先粗加工，然后半精 加工、最后精加工的顺序分开进行。 在不影响加工精度的前提下，为了减少换刀次数、空行程和不必要的定位 误差，应采取刀具集中的原则安排加工顺序。刀具集中原则是指一把刀具将零 件上所有由该刀具加工的表面全部加工完后，再换下一把刀具进行加工。 对于同轴度要求很高的孔系，不能采取刀具集中原则。应该在一次定位后，通 过顺序连续换刀，顺序连续加工完该同轴孔系的全部孔后，再加工其他坐标位置 孔，以提高孔系同轴度。 对于既有铣面又有镗孔的零件应先铣后镗，以提高孔的加工精度。因为铣削时， 切削力较大，工件易发生变形。先铣面后镗孔，使其有一段时间恢复，减少由变 形引起的对孔的精度的影响。反之，如果先镗孔后铣面，则铣削时，必然在孔口 产生飞边、毛刺，从而破坏孔的精度。 每道工序尽量减少刀具的空行程移动量，按最短路线安排加工表面的加工顺序。 6.2.3 装夹方案的确定 1.定位基准的选择 加工中心定位基准的选择，主要注意以下几方面： 尽量选择零件上的设计基准作为定位基准，可避免基准不重合误差，提高零 件的加工精度。 保证一次装夹中完成尽可能多的加工内容。为此，需考虑便于各个表面都能 被加工的定位方式，如对箱体类零件加工，最好采用 “ 一面两销（孔） ” 的定位 方案，以便刀具对其他表面进行加工，若工件上没有合适的孔，可增加工艺孔进 行定位。 当零件的定位基准与设计基准不能重合，且加工面与其设计基准又不能在一 次装夹中同时加工时，应认真分析装配图样，确定该零件设计基准的设计功能， 通过尺寸链的计算，严格规定定位基准与设计基准间的公差范围，确保加工精度。 批量生产时，零件定位基准应尽可能与对刀基准重合，以减少对刀误差。 但在单件加工时（每加工一件对一次刀），工件坐标系原点和对刀基准的选 择应主要考虑便于编程和测量，可不与定位基准重合。如图 6-17所示零件， 在加工中心上单件加工 4 25H7孔。 4 25H7孔都以 80H7孔为设计基 准，编程原点应选在 80H7孔中心上，加工时以 80H7孔中心为对刀基准 建立工件坐标系，而定位基准为 A、 B两面，定位基准与对刀基准和编程原点 不重合，这样的加工方案同样能保证各项精度。但批量加工时，工件采用 A、 B面为定位基准，即使将编程原点选在 80H7孔中心上并按 80H7孔中心对 刀，仍会产生基准不重合误差。因为再安装的工件的 80H7孔中心的位置 是变动的。 图 6-17 工件坐标系原点的确定 必须多次装夹时应遵从基准统一原则。如图 6-18所示的铣头体，其中 80H7、 80K6、 90K6、 95H7、 140H7孔及 D-E孔两端面要在卧式加工中心上加工， 显然必须经两次装夹才能完成上述孔和面的加工。第一次装夹加工 80K6、 90K6、 80H7孔及 D-E孔两端面；第二次装夹加工 95H7及 140H7孔。为 保证孔与孔之间、孔与面之间的相互位置精度，应选用同一定位基准。根据该零 件的结构及技术要求，可选 A面和 A面上 2 16H6孔作为一面两孔的定位基准， 这样可减少因定位基准转换而引起的定位误差。 图 6-18 铣头体 2.夹具的选择 加工中心常用的夹具包括通用夹具、组合夹具和专用夹具等。一般夹具的选择顺 序是：在单件生产中尽可能采用通用夹具；批量生产时优先考虑组合夹具，其次 考虑可调夹具，最后考虑成组夹具和专用夹具；当装夹精度要求很高时，可配置 工件统一基准定位装夹系统。 6.2.4 加工方法选择 在加工中心上可以采用铣削、钻削、扩削、铰削、镗削和攻螺纹等加工方法， 完成平面、平面轮廓、曲面、孔和螺纹等加工，所选加工方法要与零件的表面特 征、所要达到的精度及表面粗糙度相适应。 1.平面、平面轮廓及曲面在铣镗类加工中心上的加工方法就是铣削，见第五章。 2.孔加工的方法 加工中心有钻孔、扩孔，锪孔、铰孔、镗孔及铣孔等孔加工方式。孔的具 体加工方案可按下述方法确定： 对于直径小于 30mm无预制孔的孔加工，通常采用锪平端面 打中心孔 钻 扩 孔口倒角 铰加工方案，对有同轴度要求的小孔，需采用锪平端面 打 中心孔 钻 半精镗 孔口倒角 精镗 (或铰 )加工方案。为了提高孔的位置精度， 在钻孔工序前必须安排锪平端面和打中心孔工步。孔口倒角安排在半精加工之后、 精加工之前，以防止孔内产生毛刺。 对于直径大于 30mm的已铸出或锻出的毛坯孔的孔加工，一般采用粗镗 半精镗 孔口倒角 精镗的加工方案；有空刀槽时可用锯片铣刀在半精镗之后、 精镗之前用圆弧插补方式铣削完成。 孔径较大的可采用立铣刀或键槽铣刀以圆弧插补方式通过粗铣 精铣加工来 完成。 对于同轴孔系，若相距较近，用穿镗法加工；若跨距较大，应采用调头镗的 方法加工，以缩短刀具的伸长，减小其长径比，提高加工质量。 在孔系加工中，先加工大孔，再加工小孔，特别是在大小孔相距很近的情况 下，更要采取这一措施。 3.孔加工余量的选择 在确定了孔加工方案后，就要确定孔加工中各工序（或工步）余量的大小。在加 工 IT7、 IT8级精度的孔时可参看表 6-4和表 6-5来确定。 6.2.5 刀具的选择 1.钻孔刀具 钻孔刀具较多，有普通麻花钻、可转位浅孔钻、喷吸钻及扁钻等。应根据工 件材料、加工尺寸及加工质量要求等合理选用。 钻削直径在 20 60mm、孔的深径比小于等于 5的中等浅孔时，可选用可 转位浅孔钻，如图 6-19所示。 图 6-19 可转位浅孔钻 2.扩孔刀具 扩孔多采用扩孔钻，也有采用镗刀扩孔的。 标准扩孔钻通常有 3 4条主切削刃及棱 带，没有横刃，前、后角沿切削刃变化小，因此扩孔时导向好，轴向力小，一般能到达 IT10 IT11级精度， 表面粗糙度值可达 Ra6.3 3.2m。切削部分的材料为高速钢或硬质 合金，结构形式有直柄式、锥柄式和套式等。 扩孔直径在 20 60 mm之间，并且机床刚性好、功率大时，可选用如图 6-20 所示的可转位扩孔钻。 图 6-20 可转位扩孔钻 3.铰孔刀具 铰孔是用铰刀对已经粗加工的孔进行精加工，也可用于磨孔或研孔前的预加工。 铰孔只能提高孔的尺寸精度、形状精度及表面质量，而不能提高孔的位置精度， 也不能纠正孔的轴心线歪斜。一般铰孔的尺寸精度可达 IT7 IT9级，表面粗糙度 可达 Ra1.6 0.8m。 在加工中心上铰孔时，一般采用通用的标准铰刀。此外，也可采用机夹硬质合 金刀片的单刃铰刀和浮动铰刀等。 标准铰刀 图 6-21 标准铰刀 a）直柄铰刀 b）锥柄铰刀 c）套式铰刀 d）铰刀切削刃角度 标准铰刀有 4 12齿，在刀具直径一定时，齿数多，导向 好，齿间容屑槽小，芯部粗，刚性好，铰孔获得的精度较高，但刀具的制 造刃磨较困难，且刀齿的强度会降低，易崩刃；齿数少，铰削时稳定性差， 刀齿负荷大，容易产生形状误差。铰刀齿数可参照表 6-6选择。 表 6-6 铰刀齿数的选择 铰刀直径 /mm 1.5 3 3 14 14 40 40 齿数 一般加工精度 4 4 6 8 高加工精度 4 6 8 10 12 机夹硬质合金刀片的单刃铰刀 图 6-22 使用机夹硬质合金的单刃铰刀 1、 7 螺钉 2 导向块 3 刀片 4 楔套 5 刀体 6 销子 浮动铰刀 图 6-23 加工中心上使用的浮动铰刀 1 刀杆体 2 可调式浮动铰刀体 3 圆锥端螺钉 4 螺母 5 定位滑块 6 螺钉 4.镗孔刀具 镗孔是加工中心的主要加工内容之一，它能精确的保证孔系的尺寸精度和形位 精度，并纠正上道工序的误差。加工中心用的镗刀，就其切削部分而言，与外圆 车刀没有本质区别，但在加工中心上进行镗孔加工通常是采用悬臂方式，因此要 求镗刀有足够的刚性和较好的精度。 镗孔加工精度一般可达 IT7 IT6，表面粗糙度值可达 Ra6.3 0.8um。为适应 不同的切削条件，镗刀有多种类型。按镗刀的切削刃数量可分为单刃镗刀 (图 6- 24a)和双刃镗刀 (图 6-24b)。 单刃镗刀 图 6-24 单刃 镗刀 a)通孔镗刀 b)阶梯孔镗刀 c)盲孔镗刀 1 调节螺钉 2 紧固螺钉 图 6-25 微调镗刀 1 刀体 2 刀片 3 调整螺母 4 刀杆 5 螺母 6 拉紧螺钉 7 导向键 双刃镗刀 图 6-26 双刃镗刀 5.攻螺纹刀具与刀柄 丝锥 丝锥是数控机床加工内螺纹的一种常用刀具，它能直接获得螺纹的尺寸。 图 6-27 丝锥结构 6-28 浮动攻丝刀柄 攻螺纹刀柄 刚性攻螺纹中通常使用浮动攻螺纹刀柄，如图 6-28所示， 这种攻螺纹刀柄采用棘轮机构来带动丝锥，当攻螺纹扭矩超过棘轮机构 的扭矩时，丝锥在棘轮机构中打滑，从而防止丝锥折断。 6.2.6 加工路线的确定 在加工中心上加工，刀具的加工路线包括铣削加工路线和孔加工路线。铣削 加工路线在第五章已介绍，下面介绍孔加工路线。 加工中心加工孔时，一般首先将刀具在 xy平面内快速定位到孔的中心上，然 后再 z向进行加工。因此，孔加工进给路线的确定包括以下内容： 1在 xy平面内的进给路线。 加工孔时，刀具在 xy 平面内属点位运动，因此确定进给加工路线时主要考虑 以下两点： （ 1）定位要迅速。 a） b） c） 图 6-29 最短进给路线设计示例 a）零件 b）进给路线 c）进给路线 （ 2）定位要准确 a） b） c） 图 6-30 准确定位进给路线的设计 a）零件 b）进给路线 c）进给路线 2 Z向（轴向）的进给路线 确定 Z向的进给路线时，主要考虑孔加工时的导入量和超越量。孔加工导入量（图 6- 31中 Z）是指在孔加工过程中，刀具自快进转为工进时，刀尖点位置与孔上表面间的距 离。孔加工导入量可参照表 6-7选取。 孔加工超越量（图 6-31中的 Z），当钻通孔时，超越量通常取 ZP（ 1 3） mm， ZP为钻尖高度（通常取 0.3倍钻头直径）；铰通孔时，超越量通常取 3 5mm；镗通孔时， 超越量通常取 1 3mm；攻螺纹时，超越量通常取 5 8mm。 图 6-31 孔加工导入量与超 越量 表 6-7 孔加工导入量 表 面 状 态 加 工 方 法 已加工表面 毛坯表面 钻孔 2 3 5 8 扩孔 3 5 5 8 镗孔 3 5 5 8 铰孔 3 5 5 8 铣削 3 5 5 8 攻螺纹 5 10 5 10 6.2.7 切削参数的确定 孔加工切削参数的计算方法同铣削加工。表 6-8至表 6-12中列出了部分孔和攻 螺纹加工切削用量，供选择时参考。 6.3 案例的决策与执行 6.3.1 盖板类零件的加工中心加工工艺分析 1.零件图分析，选择加工内容 盖板类零件是机械加工中的常见零件，主要加工面有平面和孔，通常需 经铣平面、钻孔、扩孔、铰孔、镗孔及攻螺纹等多个工步加工。 该盖板材料为铸铁（ HT150），切削加工性能好。现需对盖板的 4个沉头 螺钉孔和 2个销孔进行加工，其中销孔的尺寸精度为 IT7级，表面粗糙度为 Ra1.6m，精度要求较高，而沉头螺钉孔的精度要求较低，因此该零件好加工。 零件图尺寸标注完整、合理。 2.选择加工中心 由于加工内容集中在上平面内，只需单工位加工即可完成，故选择立式 加工中心。工件一次装夹中自动完成钻、锪、铰等工步的加工。 3.工艺设计 （ 1）选择加工方法 2个 10H7销孔的尺寸精度为 IT7级，表面粗糙度为 Ra1.6m，为防止钻 偏，需按钻中心孔 钻孔 扩孔 铰孔方案进行加工； 4个 9mm通孔是用来装 螺钉的，故精度要求较低，可按钻中心孔 钻孔方案进行加工； 4个 15mm沉 孔可在通孔再后锪孔。 （ 2）确定加工顺序 选择了加工方法之后，在本工序中可根据刀具集中的原则确定加工顺序，加工顺 序为钻所有孔的中心孔 钻孔 扩孔 锪孔 铰孔，具体加工过程见表 6-13。 （ 3）确定装夹方案和选择夹具 由于该零件为中大批量生产，可利用专用夹具进行装夹。由于底面、 40H8内腔 和侧面已在前面工序加工完毕，本工序可以采用 40H8内腔和底面为定位面，侧面加防转 销限制六个自由度，用压板夹紧。 （ 4）选择刀具 2个 10H7销孔的加工方案为钻中心孔 钻孔 扩孔 铰孔，故采用 5mm中心钻、 9mm麻花钻、 9.85mm扩孔钻及 10H7铰刀； 4个 15mm沉孔可采用 15mm的锪钻。 具体所选刀具如表 6-14所示。 （ 5）进给路线的确定 由于各孔的位置精度要求并不高，因此在 xy平面内的进给路线以路线最短的原则来 确定，在 xy平面和 z向的进给路线具体如图 6-32至图 6-34所示。 图 6-32 钻中心孔和钻 9mm孔的进给路线 图 6-33 锪 4个 15mm沉孔进给路线 图 6-34 扩、铰 2个 10H7削孔的进给路线 （ 6）选择切削用量 切削用量可参考表 6-9和表 6-10允许的范围进行取值，然后计算出主轴转速和进给 速度，其值如表 6-14所示。 （ 7）填写盖板零件的加工中心加工工艺文件 盖板零件的数控加工工序卡如表 6-13所示；数控加工刀具卡如表 6-14所示；数控 加工走刀路线卡略；数控加工程序单略。 图 6-35 盖板零件的工序简图 6.3.2 箱体类零件的加工中心加工工艺分析 加工如图 6-36所示减速箱，材料为 HT200，小批量生产，试制订减速箱的机械加工工艺。 图 6-36 减速箱体零件简图 1.零件图样分析 箱体零件是机器或部件的基础零件，它承载着轴、轴承、齿轮等有关零件，连接成 部件或机器，因此箱体零件的加工质量至关重要，它影响着机器的装配精度、工作精度、 使用性能和寿命。 该箱体零件是机床运屑器使用的两级变速的减速箱体，材料为 HT200铸铁，小批 量生产。其主要加工表面是平面和孔，下面对平面和孔的技术要求进行分析。 平面的精度要求。该减速箱体零件的设计基准是其上盖面（ M面），它有较高的平 面度和 较小表面粗糙度要求； 4个小凸台面（ Q面）是为工艺需要而设置的辅助基准，是 工艺基准； 2个凸缘端面用于安装轴承端盖。 孔系的主要技术要求。箱体上有孔间距和同轴度要求的一系列孔，称为孔系。本 减速箱体的孔系是三组轴承支撑孔，用于安装轴承。为保证箱体孔与轴承外圈配合及轴的 回转精度，孔的尺寸精度为 IT7级，孔的同轴度由尺寸精度控制；为保证箱体中安装的齿 轮副啮合精度，箱体孔轴线间的间距尺寸、孔轴线间的平行度均有较高要求。 孔系与平面间的位置精度。图样中由尺寸 50 0.1mm公差控制减速箱体位置精 度。 此外，该减速箱体是一个小箱体，它的装配基准是同一轴线的 2个 18H9的孔。 2.毛坯的选择 该减速器箱体的材料为铸铁，小批量生产，故选用铸件毛坯。 3.定位基准的选择 选择基准的思路是：首先考虑以什么表面为精基准定位加工工件的主要表面，然 后考虑以什么面为粗基准定位加工出精基准表面，即先确定精基准，然后选出粗基准。 （ 1）精基准的选择。由零件图样分析可知，减速箱体的主要加工表面为 3组轴承支撑 孔，它的设计基准为上盖面、凸台面以及右侧外壁。根据基准重合的原则，应尽量选择 它们作为精基准，以保证零件的加工精度。 （ 2）粗基准的选择。粗基准的选择对零件主要有两个方面的影响，一是零件上加工表面 与不加工表面的位置；二是加工表面的余量分配。减速箱上的 3组轴承支撑孔是主要表面， 毛坯上已铸出毛坯孔，要求它的加工余量均匀，从这一点出发，应选择轴孔为粗基准。本 箱体不加工表面中，内壁面与加工面（轴孔）间位置关系重要，因为相同中的大齿轮与不 加工内壁间隙很小（ 5mm），若是加工出的轴承孔与内壁有较大的位置误差，会使大齿 轮与内壁相碰。从这一点出发，应选择内壁为粗基准，但是夹具的定位结构不易实现以内 壁定位。由于铸造时内壁和轴孔是同一个型心浇铸的，以轴孔为粗基准可同时满足上述两 方面的要求，因此实际生产中，一般以轴孔为粗基准。在本零件的工艺过程（表 6-15）中 第三道工序是划线，即以轴孔为粗基准划加工平面的线，加工时按线找正，装夹工件。即 粗基准是以划线基准来体现的。 4.减速箱体的工艺过程设计 在加工箱盖平面和凸台面时，由于是按划线找正加工，工件安装时间较长，因此选用 普通立式铣床来加工；加工轴承孔、端面等内容时，由于加工精度高、内容多、需多工位、 多把刀具才能完成，因此采用卧式加工中心来加工。具体生产工艺过程如表 6-15所示。 5.加工中心加工工艺路线的拟定 （ 1）加工方法的选择 2个 45H7的轴承孔。尺寸精度为 IT7级，表面粗糙度为 Ra1.6m，且有较高的同轴 度和平行度要求，由于有预制孔，可按粗镗 半精镗 精镗的加工方案进行，在加工时要 前后孔一起加工。 2个 58H9的孔。尺寸精度为 IT9级，表面粗糙度为 Ra3.2m，可按粗镗 半精镗 精镗的加工方案进行。 35H7和 25H7的轴承孔。尺寸精度为 IT7级，表面粗糙度为 Ra1.6m，且有较高的 同轴度和平行度要求，由于 35H7得孔有预制孔，可按钻孔 扩孔 铰孔的加工方案进行， 8个 M8及 M18、 M16的螺纹孔。可按钻中心孔 钻孔 攻丝的加工方案进行。 2个 18H9的装配基准孔。尺寸精度为 IT9级，表面粗糙度为 Ra3.2m，可按 钻中心 孔 钻孔 扩孔 铰孔的加工方案进行。 2个凸缘端面和左右两侧的小凸台面。这些平面的加工，可随孔加工一起完成，可按 粗铣 精铣的加工方案进行。 （ 2）加工顺序的安排 在安排该箱体零件的加工中心加工顺序时，可按以下几个原则来确定。 先面后孔 由于箱体上的孔分布在平面上，先加工平面可以去除铸件毛坯表面的凹凸不平、 夹砂等缺陷，对孔加工有利，如可减小钻头的歪斜、防止刀具崩刃，同时对刀调整也方便。 先主后次 箱体上用于紧固的螺孔、小孔等可视为次要表面，因为这些次要孔往往需要依据 主要表面（轴孔）定位，所以这些螺孔的加工应在轴孔加工后进行。对于次要孔与主要孔 相交时的孔系，必须先完成主要孔的精加工，再加工次要孔，否则会使主要孔的精加工产 生断续切削、振动，影响主要孔的加工质量。 先粗后精 即先安排粗加工，后安排精加工。在表 6-18数控加工工序卡中， 20工步前都是粗加工， 20工步后，是半精加工、精加工。 加工顺序具体见表 6-18。 6.填写减速箱体的机械加工工艺文件 （ 1）工序 40 图 6-37 工序 40的工序简图 （ 2）工序 50 图 6-38 工序 50的工序简图 （ 3）工序 60 图 6-39 工序 60的 B0 工位工序简图 图 6-40 工序 60的 B90 工位工序简图 图 6-41 工序 60的 B270 工位工序简图