箱体类零件的加工方法优化

1.箱体平面的加工

箱体上平面的粗加工和半精加工一般采用铣削或刨削的方法，精加工则采用磨削的方法。在成批大量生产中，常在专用机床上铣削平面。

（1）铣削加工平面

箱体上的平面可在铣床上进行铣削。常用的铣床有卧式升降台铣床、立式升降台铣床和龙门铣床等。铣床除了用来加工平面外，还能用来加工各种成形面、沟槽等，此外在铣床上安装孔加工刀具，如用钻头、铰刀、镗刀来加工孔。

铣削常用的方式有两种：用圆柱铣刀加工平面的方法叫周铣法；用面铣刀加工平面的方法叫端铣法。加工时，这两种铣削方法又形成了不同的铣削方式。在选择铣削方法时，要充分注意它们各自的特点，选取合理的铣削方式，以保证加工质量及提高生产率。

周铣法有逆铣和顺铣两种铣削方式，铣刀主运动方向与进给运动方向之间的夹角为锐角时称为逆铣，为钝角时称为顺铣，如图6-57所示。

如图6-57（a）所示，逆铣时，每齿的切削厚度从零增加到最大值，切削力也由零逐渐增加到最大值，避免了刀齿因冲击而破损。但由于铣刀刀齿每当切入工件的初期，都要先在工件已加工表面上滑行一段距离，直到切削厚度足够大时，才切入工件，故刀齿后刀面在已加工表面的冷硬层上挤压、滑行而加剧磨损，因而刀具使用寿命降低，且使工件表面质量变差。在铣削过程中，还有铣刀对工件上抬的分力Fcn影响工件夹持的稳定性。

图6-57　逆铣与顺铣

（a）逆铣；（b）顺铣

顺铣如图6-57（b）所示，刀齿切削厚度从最大开始，因而避免了挤压、滑行现象。同时，铣刀工作刀刃对工件垂直方向的铣削分力Fcn始终压向工件，不会使工件向上抬起，因而顺铣能提高铣刀的使用寿命和加工表面质量。但由于顺铣时渐变的水平分力Fct与工件进给运动的方向相同，而铣床的进给丝杆与螺母间必然有间隙。如果铣床纵向进给机构没有消除间隙的装置：则当水平分力Fct较小时，工作台进给由丝杆驱动；当水平分力Fct变得足够大时，则会使工作台突然向前窜动，使工件进给量不均匀，甚至可能打刀。如果铣床纵向工作台的丝杆螺母有消除间隙装置（如双螺母或滚珠丝杆），则窜动不会发生，因而采用顺铣是适宜的。如果铣床上没有消隙机构，最好还是采用逆铣，逆铣时Fct与Ff方向相同，不会产生上述问题。

用面铣刀加工平面时，根据铣刀和工件相对位置不同，可分为三种不同的铣削方式，如图6-58所示。

图6-58　面铣刀的铣削方式

（a）对称铣；（b）不对称逆铣；（c）不对称顺铣

①对称铣削，如图6-58（a）所示。面铣刀安装在与工件对称的位置上，即面铣刀中心线在铣削接触弧深度的对称位置上，切入的切削层与切出的切削层对称，平均的公称切削厚度较大，即使每齿进给量fz较小，也可使刀齿在工件表面的硬化层下工作。因此，常用于铣削淬硬钢或精铣机床导轨，工件表面粗糙度均匀，刀具寿命较高。

②不对称逆铣，如图6-58（b）所示。这种铣削方式在切入时公称切削厚度最小，切出时公称切削厚度较大。由于切入时的公称切削厚度小，可减小冲击力而使切削平稳，并可获得最小的表面粗糙度，如精铣45钢，Ra值比不对称顺铣小一半。用于加工碳素结构钢、合金结构钢和铸铁，可提高刀具寿命1～3倍；铣削高强度低合金钢（如16Mn）可提高刀具寿命l倍以上。

③不对称顺铣如图6-58（c）所示。面铣刀从较大的公称切削厚度处切入，从较小的公称切削厚度处切出，切削层对刀齿压力逐渐减小，金属黏刀量小，在铣削塑性大、冷硬现象严重的不锈钢和耐热钢时，可较显著地提高刀具寿命。

铣削为断续切削，冲击、振动很大。铣刀刀齿切入或切出工件时产生冲击，面铣刀尤为明显。当冲击频率与机床固有频率相同或为倍数时，冲击振动加剧。此外，高速铣削时刀齿还经受时冷时热的温度骤变，硬质合金刀片在这样的力和热的剧烈冲击下，易出现裂纹和崩刃，使刀具寿命下降。

铣削时箱体直接装夹在工作台上，如图6-59所示。可在卧式铣床上用圆柱铣刀铣削，也可在立式铣床上用端铣刀铣削，如图6-60所示。

图6-59　工件的装夹

（a）铣床工作台；（b）平口虎钳；（c）分度头；（d）V形架

图6-60　平面铣削

（a）圆柱铣刀平面铣削；（b）端铣刀立铣；（c）端铣刀卧铣

（2）刨削加工平面

刨削是最普遍的平面加工方法之一，它的主运动为直线往复运动，并断续地加工零件表面，由于空行程、冲击和惯性力等，限制了刨削生产率和精度的提高，因此，刨削加工的特点是：

①机床和刀具的结构较简单，通用性较好。刨削主要用于加工平面，机座、箱体、床身等零件上的平面常采用刨削。如将机床稍加调整或增加某些附件，也可用来加工齿轮、齿条、花键、母线为直线的成形面等。特别是牛头刨床，刀具简单，机床成本低，现在单件修配中应用仍很广泛。

②生产率较低。由于刨削回程不进行切削，加工不是连续进行的，冲击较严重。另外，刨削时常用单刃刨刀切削，刨削用量也较低，故刨削加工生产率较低，一般仅用于单件小批生产。但在龙门刨床上加工狭长平面时，可进行多件或多刀加工，生产率有所提高。

③刨削的加工精度一般可达IT8～IT7，表面粗糙度可控制在Ra6.3～1.6 μm，但刨削加工可保证一定的相互位置精度，故常用龙门刨床来加工箱体和导轨的平面。当在龙门刨床上采用较大的进给量进行平面的宽刀精刨时，平面度公差可达0.02 mm/1 000 mm，表面粗糙度可控制在Ra1.6～0.8 μm。

因刨削的切削速度、加工表面质量、几何精度和生产率，在一般条件下都不太高，所以在批量生产中常被铣削、拉削和磨削所取代。但在加工一些中小型零件上的槽时（如V形槽、T形槽、燕尾槽），刨削也有突出的优点。如图6-61所示导轨的燕尾槽配合面，加工时只要将牛头刨床的刀架调整到所要求的角度，只需采用普通刨刀和通用量具，即可进行加工，而且加工前的准备工作较少，适应性强。如采用铣削加工，还需要预先制造专用铣刀，加工前的准备周期长。因此，对于单件小批量生产工件上的燕尾槽，一般多用刨削加工。

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图6-61　燕尾槽的刨削

铣削和刨削相比，铣削的生产率高。如果平面通过铣削或刨削后还不能满足要求，这时可进行磨削或钳工刮削，平面的表面粗糙度可达Ra0.32～1.25 μm。

（3）磨削加工平面

表面质量要求较高的各种平面的半精加工和精加工，常采用平面磨削方法，如：汽缸体面、缸盖面、箱体及机床导轨面等。平面磨削常用的机床是平面磨床，砂轮的工作表面可以是圆周表面，也可以是端面。用砂轮周边磨削，砂轮与工件接触面积小，发热量小，冷却和排屑条件好，可获得较高的加工精度和较小的表面粗糙度值，但生产率较低。用砂轮的端面磨削，因砂轮与工件的接触面积大，磨削力增大，发热量增加，而冷却、排屑条件差，加工精度及表面质量低于周边磨削方式，但生产率较高。

当采用砂轮周边磨削方式时，磨床主轴按卧式布局；当采用砂轮端面磨削方式时，磨床主轴按立式布局。平面磨削时，工件可安装在做往复直线运动的矩形工作台上，也可安装在做圆周运动的圆形工作台上。按主轴布局及工作台形状的组合，平面磨床可分为四类：卧轴矩台式、立轴矩台式、立轴圆台式和卧轴圆台式。它们的加工方式、砂轮和工作台的布置及运动如图6-62所示。图中砂轮旋转为主运动no，矩台的直线往复运动或圆台的回转为纵向进给运动fw，用砂轮的周边磨削时，通常砂轮的宽度小于工件的宽度，所以卧式主轴平面磨床还需要横向进给运动fa，且fa是周期性的。

图6-62　平面磨削的加工示意图

（a）卧轴矩台式；（b）立轴矩台式；（c）立轴圆台式；（d）卧轴圆台式

（4）平面的光整加工

光整加工是继精加工之后的工序，可使零件获得较高的精度和较小的表面粗糙度。

①刮削。刮削平面可使两个平面之间达到良好接触和紧密吻合，能获得较高的形状精度，成为具有润滑油膜的滑动面。因此，可以减少相对运动表面间的磨损和增强零件接合面间的刚度，可靠地提高设备或机床的精度。

刮削是平面经过预先精刨或精铣加工后，利用刮刀刮除工件表面薄层的加工方法。刮削表面质量是用单位面积上接触点的数目来评定的。刮削表面接触点的吻合度，通常用红油粉涂色作显示，以标准平板、研具或配研的零件来检验。

刮削的最大优点是不需要特殊设备和复杂的工具，却能达到很高的精度和很小的表面粗糙度，且能加工很大的平面。但生产效率很低、劳动强度大、对操作者的技术要求高，目前多采用机动刮削方法来代替繁重的手工操作。

②研磨。研磨平面的工艺特点和研磨外圆相似，并可分为手工研磨和机械研磨。研磨后尺寸精度可达IT5级，表面粗糙度可达Ra0.1～0.006 μm。手工研磨平面必须有准确的研磨板，合适的研磨剂，并需要有正确的操作技术，且生产效率较低。机械研磨适用于加工中小型工件的平行平面，其加工精度和表面粗糙度由研磨设备来控制。机械研磨的加工质量和生产率比较高，常用于大批大量生产。

2.箱体孔系的加工方法

箱体上一系列有相互位置精度要求的孔的组合称为孔系。孔系可分为平行孔系、同轴孔系和交叉孔系等。

（1）平行孔系的加工

平行孔系是指孔的轴线相互平行的一组孔。平行孔系的主要技术要求是各平行孔轴心线之间，孔轴心线与基准面之间的距离尺寸度和平行度。单件小批生产中的中小型箱体及大型箱体的平行孔系，一般采用找正法和坐标法来加工；批量较大的中小型箱体则经常采用镗模法加工，如图6-63所示。

（2）同轴孔系的加工

同轴孔系是指有同轴度要求的孔系，在生产中，一般采用镗模加工孔系，其同轴度由镗模保证。单件小批生产，其同轴度可利用已加工孔系作支承导向，利用镗床后立柱上的导向套支承镗杆，采用调头镗等几种方法保证，如图6-64所示。

图6-63　平行孔系的加工

（a）找正法镗平行孔系；（b）坐标法镗平行孔系；（c）镗模法加工平行孔系

图6-64　同轴孔系的加工

（a）用已加工孔导向；（b）用镗床后立柱上的导向套支承镗杆；（c）调头镗

（3）交叉孔系的加工

交叉孔系主要技术要求是控制有关孔的垂直度。交叉孔系在普通镗床上主要靠机床工作台上的90°对准装置对准，其精度需凭经验。要提高对准精度，可用心棒与百分表找正的方法，如图6-65所示。

图6-65　找正法加工交叉孔系

目前，箱体在单件小批生产中都采用加工中心，不仅生产率高，加工精度高，而且适用范围广，设备利用率高。

箱体在大量生产中广泛采用自动线进行加工，大大提高了劳动生产率，降低了成本，减轻了工人的劳动强度，而且能稳定地保证加工质量。