機械制造工藝學(xué)機械制造工藝課程組車床主軸箱加工工藝如圖3-1所示為某車窗主軸箱簡圖，材料為HT200，中小批生產(chǎn)，制定其機械加工工藝過程卡。項目三模塊二任務(wù)一箱體類零件典型特點是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，壁薄且壁厚不均勻；孔和面的尺寸精度、表面粗糙度及形位精度要求多，如何保證孔系之間的尺寸精度、形位精度，孔面之間的位置精度往往是加工的重點；加工中要特別注意定位精準(zhǔn)的選擇，以保證各形位精度的實現(xiàn)，毛坯多采用鑄件，需進(jìn)行時效處理，保證零件加工后的性能穩(wěn)定性。一、鏜桿受力變形的影響鏜桿受力變形是影響孔系加工質(zhì)量的主要原因之一。懸臂鏜桿在鏜孔過程中，受到切削力距M、切削力Fr及鏜桿自重力G的作用。切削力距M使鏜桿產(chǎn)生彈性扭曲，主要影響工件的表面粗糙度和刀具的壽命；切削力Fr和自重力G使鏜桿產(chǎn)生彈性彎曲(撓曲變形)，對孔系加工精度產(chǎn)生較大的影響。鏜桿與主軸剛性聯(lián)接采用懸臂鏜孔方式時,鏜桿受力變形分析：(一)由切削力Fr所產(chǎn)生的撓曲變形作用在鏜桿上的切削力Fr，如圖3-43所示箱體孔系加工精度分析鏜桿旋轉(zhuǎn)不斷改變方向，使鏜桿的中心偏離了原來的理想中心。(一)由切削力Fr所產(chǎn)生的撓曲變形作用在鏜桿上的切削力Fr，如圖3-43所示圖3-43切削力對鏜桿撓曲變形的影響假定切削力Fr不變時，刀尖的運動軌跡仍呈正圓，由切削力Fr所產(chǎn)生的撓曲變形使所鏜出的孔的直徑比原尺寸減少了2fF。fF的大小與切削力Fr和鏜桿的伸出長度有關(guān)。Fr越大或鏜桿伸長越長，則fF就越大。實際由于實際加工余量的變化和材質(zhì)的不均勻，切削力Fr是變化的，因此刀尖運動軌跡不可能是正圓。同理，在被加工孔的軸線方向上，由于加工余量和材質(zhì)的不均勻，或鏜桿懸伸長度的變化，鏜桿的撓曲變形也是變化的。(二)由鏜桿自重力G所產(chǎn)生的撓曲變形因鏜桿自重力G在鏜孔過程中其方向不變。故由其所產(chǎn)生的鏜桿撓曲變形fG的方向也不變。①高速鏜削時，由于陀螺效應(yīng)，自重力所產(chǎn)生的撓曲變形很??；②低速鏜削時，自重力對鏜桿的作用相當(dāng)于均布載荷作用在懸臂梁上，使鏜桿實際回轉(zhuǎn)中心始終低于理想回轉(zhuǎn)中心一個fG值，被加工孔的中心也就始終低于理想的回轉(zhuǎn)中心一個fG值，如圖3-44所示。G越大或鏜桿懸伸越長，則fG越大。圖3-44自重力對鏜桿撓曲變形的影響(三)鏜桿在自重力G和切削力Fr共同作用下的撓曲變形鏜桿在每一瞬間所產(chǎn)生的撓曲變形，是自重力G和切削力Fr共同作用下所產(chǎn)生的撓曲變形的合成。對同一孔的加工：①產(chǎn)生孔徑誤差—孔徑變小，隨鏜桿伸長，孔徑越來越??；②產(chǎn)生孔中心線直線度誤差—軸線低且彎，隨鏜桿伸長，軸線越來越低越彎；③產(chǎn)生孔的圓度、圓柱度誤差—沿徑向不圓，沿軸向大小不一；圖3-45切削力和自重力共同作用下鏜桿的撓曲變形—--—為理想孔的形狀、位置對孔系的加工：產(chǎn)生相互位置誤差—同軸孔的同軸度誤差，平行孔的孔距誤差和平行度誤差，孔對端面的垂直度誤差等。粗加工，切削力大，影響較顯著；精加工時，切削力小，影響也較小。鏜桿在自重力和切削力作用下的撓曲變形，對孔的加工精度有顯著的影響。因此，在鏜孔中必須十分注意提高鏜桿的剛度。為減少鏜桿撓曲變形對孔加工精度的影響，通常可采取下列措施:①盡可能加粗鏜桿直徑和減少懸伸長度；②采用導(dǎo)向裝置，使鏜桿的撓曲變形得以約束；③鏜桿直徑較大時(>?80mm)，應(yīng)做成空心，以減輕重量；④合理選擇定位基準(zhǔn)，使加工余量均勻；⑤選擇合理的切削用量和合理的刀具幾何參數(shù)，以減少切削力的影響。二、鏜桿與導(dǎo)套的精度及配合間隙的影響采用導(dǎo)向裝置或鏜模鏜孔時，鏜桿與導(dǎo)套的幾何形狀精度及其相互的配合間隙，將成為影響孔系加工精度的主要因素之一，現(xiàn)分析如下：①當(dāng)切削力Fr大于自重力G時，切削力都可以推動鏜桿緊靠在與切削位置相反的導(dǎo)套內(nèi)表面上，導(dǎo)套內(nèi)孔的圓度誤差將引起被加工孔的圓度誤差，而鏜桿的圓度誤差對被加工孔的圓度沒有影響。②精鏜時，切削力很小，若Fr<G，切削力Fr不能抬起鏜桿。隨著鏜桿的旋轉(zhuǎn)，鏜桿軸頸表面以不同部分沿導(dǎo)套內(nèi)孔的下方擺動，如圖3-46所示。切削力越大，配合間隙越大，鏜桿擺動的范圍也越大。刀尖運動軌跡為一個圓心低于導(dǎo)套中心的非正圓，直接造成了被加工孔的圓度誤差，鏜桿的圓度誤差將直接反映到被加工孔上引起圓度誤差，而導(dǎo)套內(nèi)孔的圓度誤差對被加工孔的圓度誤差影響較小。圖3-46Fr<G時鏜桿在導(dǎo)套下方的擺動③當(dāng)加工余量與材質(zhì)不均勻或切削用量不一致時，使切削力發(fā)生變化，引起鏜桿在導(dǎo)套內(nèi)孔下方的擺幅也不斷變化。對同一孔的加工，可能引起圓柱度誤差；對不同孔的加工，可能引起孔距誤差和相互位置誤差。措施：在有導(dǎo)向裝置的鏜孔中，為了保證孔系加工質(zhì)量①要保證鏜桿與導(dǎo)套本身必須具有較高的幾何形狀精度外②合理地選擇導(dǎo)向方式和保持鏜桿與導(dǎo)套的合理配合間隙③在采用前后雙支承導(dǎo)向時，應(yīng)使前后導(dǎo)向的配合間隙一致④注意合理選擇定位基準(zhǔn)、切削用量和刀具的幾何參數(shù)，精加工時，應(yīng)適當(dāng)增加走刀次數(shù)，以保持切削力的穩(wěn)定，盡量減少切削力的影響。三、機床進(jìn)給方式的影響鏜孔時常有兩種進(jìn)給方式:一由鏜桿直接進(jìn)給；二由工作臺在機床導(dǎo)軌上進(jìn)給。進(jìn)給方式對孔系加工精度的影響與鏜孔方式有關(guān)，當(dāng)鏜桿與機床主軸浮動聯(lián)接采用鏜模鏜孔時，進(jìn)給方式對孔系加工精度無明顯的影響；而采用鏜桿與主軸剛性聯(lián)接懸臂鏜孔時，進(jìn)給方式對孔系加工精度有較大的影響。懸臂鏜孔時，若以鏜桿直接進(jìn)給，隨著鏜桿的不斷伸長，刀尖處的撓曲變形量越來越大，使被加工孔越來越小，孔軸心線越來越低(圖3-45)，造成孔徑誤差、形狀誤差和相互位置誤差。圖3-45切削力和自重力共同作用下鏜桿的撓曲變形—--—為理想孔的形狀、位置圖3-47工作臺進(jìn)給的影響——為理想孔的形狀、位置若以工作臺在機床導(dǎo)軌上進(jìn)給，鏜桿伸出長度不變，如圖3-47所示，則在鏜孔過程中，刀尖處的撓曲變形量不變(假定切削力不變時)，則被加工孔孔徑縮小量不變，孔軸心線下沉的量不變，而對被加工孔的形狀誤差、同軸度誤差、平行度誤差等無明顯的影響，但對孔距精度有所影響。當(dāng)用工作臺進(jìn)給時，機床導(dǎo)軌的直線度誤差、平行度誤差會使被加工孔產(chǎn)生圓柱度等形狀誤差和同軸度、平行度等相互位置誤差。此外，工作臺與床身導(dǎo)軌的配合間隙對孔系加工也有一定的影響，特別當(dāng)工作臺作正、反向進(jìn)給時，工作臺會隨進(jìn)給方向的改變而發(fā)生偏擺，也會造成孔系間的相互位置誤差。結(jié)論：以工作臺進(jìn)給，并采用合理的操作方式，比鏜桿進(jìn)給較易保證孔系的加工質(zhì)量。①在一般的懸臂鏜孔中，特別是當(dāng)孔深大于200mm時，多采用工作臺進(jìn)給。②當(dāng)加工大型箱體時，鏜桿的剛度好，而用工作臺進(jìn)給十分沉重，易產(chǎn)生爬行，反而不如鏜桿直接進(jìn)給輕快，此時宜用鏜桿進(jìn)給。③當(dāng)孔深小于200mm時，鏜桿懸伸短，也可直接采用鏜桿進(jìn)給。四、切削熱和夾緊力的影響1.切削熱對孔系加工精度的影響粗加工時，有大量的切削熱產(chǎn)生。同樣的熱量傳遞到箱體的不同壁厚處，會有不同的溫升。薄壁處的金屬少，溫度升高快；厚壁處的金屬多，溫度升得慢。薄壁處的溫度高，向外膨脹的熱變形量大；而厚壁處的溫度低，向外膨脹的熱變形量小。如果粗加工后不等工件冷卻下來就立即進(jìn)行精加工，加工時在孔內(nèi)薄壁處所實際切除的金屬要比厚壁處的少，孔在加工時是正圓，由于冷卻后收縮量不同，就會產(chǎn)生圓度誤差。因此箱體孔系的加工通常要粗精分開，粗加工后，待工件充分冷卻后再進(jìn)行精加工，以消除熱變形的影響。2.夾緊力對孔系加工精度的影響鏜孔中若夾緊力過大或作用點不當(dāng)，容易產(chǎn)生夾緊變形。箱體的夾緊變形也將影響孔系的相互位置精度。圖3-48箱體的夾緊變形為