180箱體零件的加工工藝與夾具設計的分析

張軍 崔聯合

摘 要：本篇文章主要論述箱體類零件中，180箱體機械加工工藝路線的制定、定位基準的選擇、箱體重要表面的加工工藝。提出了準確的表面機加工工藝路線并指出：夾具設計的合理性成為保證箱體類零件精度的關鍵。

關鍵詞：工藝路線制定；定位基準的選擇；重要表面加工；夾具設計

180箱體是箱體類零件中一種較為典型的零件，它主要應用于火車傳動系統中，是傳動機器中的一個基礎零件。它是將其他零部件如軸、支臂、螺桿等連接為一體的主要基座。因此，箱體的機加工質量將直接影響到整個傳動系統的傳動精度，對于整個火車的性能以及壽命都將有非常大的影響。

1 工藝路線的制定

180箱體在實際工作中，應用較多的是其表面，對那些重要孔系進行加工的時候也均是通過表面的定位來實現加工精度。所以，在對該箱體進行工藝路線擬定的時候，應該著重考慮對重要表面工藝的編排?，F分析如下：

1.1 粗、精加工階段應分開

在粗加工階段，主要任務是切除該箱體零件毛坯件的大部分加工余量，使毛坯件在形狀和尺寸上盡可能接近成品的要求。所以，第一加工階段要優化箱體機加工工藝結構以此來提高企業的實際生產率；半精加工階段，在對于箱體零件不重要表面加工結束后，同時也準備對箱體的后續精加工；精加工階段，確保重要表面能滿足圖紙上加工要求的同時，精加工階段最為主要的目的是保證箱體零件的加工質量；光整加工階段，主要分析箱體的零件圖紙可以知道哪些表面較為重要，對于這類表面要求較高的，需要對其進行光整加工，這樣就可以更高的保證工件的尺寸精度和表面粗糙度。但是這個階段通常不能改正工件的形狀誤差和位置誤差。

1.2 先面后孔的機加工順序

在對該箱體零件進行平面加工的時候，不僅去除掉了毛坯件中的余量，同時對表面夾砂與鑄造時產生的凹坑都有很大的改善。最為重要的是為表面重要孔系的加工提供了基準，也減輕了在鉆孔時因表面不平而產生的振動以及刀具的損耗。因此，大大提高了機加工效率與精度。

1.3 安排熱處理

180箱體材料為ZG50Cr，形狀結構較為復雜，上下表面較厚，傾斜的內墻面相對較薄，因此，在鑄造時冷卻速度不一致，從而導致內應力的產生，使得表面硬度變大。所以，在鑄造以及加工過程中，應適當安排調質、時效處理，從而改變內部金屬粒子間的結構，消除內應力，減小因內應力而產生的形變。

2 定位基準的選擇

在對180箱體零件加工定位基準，將會直接影響到重要表面間、孔與平面間、孔與孔間的尺寸精度以及位置精度的要求。

2.1 粗基準的選擇

按照粗基準的選擇原則，當零件有不加工表面的時候，應該選取這些不加工的表面作為粗基準；如果在工件的所有表面中相互位置精度非常高且不需要加工的表面，我們通常選取這類表面作為工件加工的粗基準。

因此，根據本次設計的箱體結構特點，現取箱體上表面作為定位基準，消除X，Y的轉動和Z的移動三個自由度。

2.2 精基準的選擇

在對精基準進行選取時多涉及基準是否統一，對于那些設計基準和加工工序基準不相統一的情況下，要對其尺寸值計算。對于本次箱體零件上表面作為尺寸測量的基準，同時也為箱體的設計基準，以此做箱體精基準，可以讓工件的加工滿足“基準重合”的原則，其它的不同表面和多個孔的加工也可以選取上表面來定位，因此就可以使得整個工藝路線滿足 “基準統一”的選擇原則。另外，箱體的上表面非常大，用這個面來定位相對穩定，在采用手動夾緊方式，相對來說工作非常簡潔、可靠，操作方便。

根據企業的實際生產，該生產類型為大批生產，所以要使用數控加工中心和箱體加工的專用夾具相結合，盡可能的將工序進行整合以此來提高企業的生產率，也減少了生產成本的投入。

3 重要表面的加工

由圖可知箱體表面的基本尺寸基本相同，但從技術要求是不同的，箱體的下表面與基座體有著配合關系，所以表面粗糙度有著較高要求，表面粗糙度Ra不大于3.2μm。由于箱體上下表面的粗糙度要求高，從而有利于數控銑床上加工的裝夾更加能達到加工的精度。現在對箱體下表面的尺寸計算：

增環為： 2； 減環為：3； ；封閉環為A0：

1）A0極限尺寸為：

4）A0的基本尺寸為：

A0=A2-A3

= 497-5

= 492 mm

5）A0的最終工序尺寸為：

4 夾具設計

對該箱體零件專用夾具設計的合理性，將直接影響箱體零件的加工質量，所以，在對夾具設計時應考慮其可靠性以及夾緊力大小應滿足要求。

4.1 定位元件的放置

由零件立體圖可看出，箱體的上表面和后側面較為平整，因此，在設計夾具時，主要利用零件的該特點。在夾具體上放置三個支承釘，與工件上表面接觸，限制工件3個自由度。在夾具體上放置兩個支承釘，與工件后側面接觸，限制工件兩個自由度。還有1個自由度，將通過夾具體側面上的支承釘限制。

在對定位元件進行放置的時候，也應合理。如圖相比較可知，雖然圖1在理論上也限定了工件的6個自由度，但在實際生產中，由于支承釘與夾具體后背上的支承板相距過近，還將會讓工件延Z軸轉動，因此，設計成圖二的時候，將可以消除這一影響。

4.2 定位誤差的分析與計算

在夾具設計過程中，通常情況下會有定位誤差的出現，主要原因可以整理為兩點：第一點為定位基準何工序基準不相互重合，因此而產生的基準不重合誤差用Δb表示；第二點為定位基準和限位基準不相互重合，因此而產生基準位移誤差用Δy表示。

端面上專用銑夾具在設計過程中，由于所要加工箱體的尺寸的工序尺寸的工序基準為箱體的下表面，但是定位基準為箱體的上表面，所要由于兩個基準不相互重合，所以存在基準不重合誤差。其值為：

ΔD=δD+δd+Δmin

=0.033+0.012+0

=0.045 mm

ΔDw —— 箱體平面的定位誤差；

δD——箱體的表面平面度形位公差；

δd——支承板要保證的形位公差；

Δmin——箱體上表面與支承板之間的最小保證間隙。

4.3 切削力及夾緊力的計算

對于夾具所要承受切削力的計算：根據《機械組合機床》（表6-15）可知：

F=9.81×61.2d0 f 0.7kF=1902.538N

對于夾具所要承受的夾緊力計算：

根據《機床夾具手冊》（表3-4）可以知道：當采取六角螺母夾緊的時候，所要考慮的參數：M=20mm， P=1.75mm，L=200mm，通過查表計算可得作用力F的大小為70N，夾緊力W0的大小為6370N。

因為夾緊力的值比切削力值大，所以對于本次所設計的夾具可以安全準確的使用。

5 結論

隨著，機械制造水平的不斷發展，越來越多的機械生產傾向于自動化，本文所論述的180箱體的機加工工藝以及夾具的設計，具有良好的使用效能，同時也能滿足實際生產需求。在今后的研究與設計中，將使得該夾具連接氣缸或液壓缸，實現自動化。

參考文獻：

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