普通銑床加工立式軸承座淺析

張朝剛，曾 亦，葉俊吉，徐志杰 侍中樓

（江漢大學工程訓練中心，湖北武漢 430056）

0 引言

軸承座能夠支撐軸承并固定軸承外圈，具有安裝拆卸方便等優點。大型機械如軋機中的支撐輥軸承座主要工作在高溫、高強度沖擊的環境下，一般通過鑄造制造。普通的小型軸承座主要起支撐軸防止軸徑向移動和軸向竄動的作用，通常工作在小載荷無沖擊的情況下，一般通過鑄造制造。本文研究的這種立式軸承座工作在受較大彎矩（彎矩約70 N·m）的環境中，這種立式軸承座一般安裝在橫梁或凸臺上，其下方槽需要卡在凸臺或橫梁上，上方需要與軸配合，故上方孔的形狀精度、尺寸精度、位置精度和表面質量要求較高，下方槽的位置精度和表面質量要求較高。6061 鋁合金加工性能好，成本低且具有一定強度（抗拉強度276 MPa，屈服強度310 MPa），故擬用6061 鋁合金做毛坯，用立式銑床X5032 加工。

1 加工工藝

1.1 圖樣分析及加工策略

由零件圖可以看出（圖1）：立式軸承座材料為鋁6061，加工平面較多，加工要素多，加工較為復雜；除去直徑為30 mm 的孔內壁和上方下方槽的內壁外，零件表面的表面粗糙度為6.3，擬采用粗銑、半精銑；上方槽內壁對于中心線的對稱度為0.02 mm，對于基準B 的垂直度為0.02 mm，表面粗糙度為1.6，加工擬采用粗銑、精銑；下方槽對于中心線的對稱度為0.02 mm，對于基準B 的垂直度0.04 mm，加工擬采用粗銑、精銑，直徑為36 mm 的孔無精度要求，可以直接鉆孔；直徑30 mm的孔圓度為0.006，兩孔同軸度為Φ0.015，孔內壁表面粗糙度為1.6，由于其加工需要去除的材料多，精度要求高，為降低加工難度和提高加工精度，加工孔擬采用3 次鉆孔，第一次鉆直徑15 mm，第二次鉆孔直徑28 mm，第三次擴孔至29.8 mm，然后粗鉸至29.95 mm，精鉸至直徑30 mm。銑4 個側面時，第一面銑后，工件轉90°將已加工表面靠在固定鉗口一側，重新夾固零件，以第一面為基準銑第二面，以第一面和第二面為基準銑第三面，然后以3 個面為基準銑第四面，可保證平面之間的垂直度要求。

圖1 立式軸承座零件

加工完4 個側面和上下面后可用直角尺檢驗垂直度。

1.2 加工難點及解決方案

立式軸承座的加工難點如表1。

表1 難點問題及原因分析

1.2.1 工序的安排

在零件圖中，立式軸承座上方直徑30 mm 孔的精度要求較高，孔的壁厚較薄，若先銑出上方槽再鉆孔，會使孔發生變形，達不到精度要求，所以應先鉆孔后銑槽（圖1）。加工立式軸承座下方槽口時，由于槽口的厚度較薄，故應先銑出槽口再銑下方槽。下方槽尺寸較大，而且精度要求高，壁厚也較薄，若太早加工，容易發生變形，不能保證精度，故應在加工好上方槽之后再加工下方槽。加工30 mm 孔時需要進行精對刀以保證孔的位置精度。常用的對刀方法有試切法、貼紙法、對刀塊對刀法等。試切法一般用于粗對刀；對刀塊對刀法需要用到對刀塊，操作較為復雜，故選用貼紙法對刀。

機械加工先后順序安排一般遵循以下原則：①先加工定位基面，再加工其他表面；②先加工主要表面，后加工次要表面；③先粗加工后精加工；④先加工面后加工孔。單邊留出5 mm 的加工余量，故選用150 mm×118 mm×250 mm 毛坯。綜合以上原則，應先銑出基準面，即將毛坯粗銑半精銑至140 mm×108 mm×240 mm，然后粗銑半精銑出上方凸臺形狀，然后銑下方槽口，鉆零件圖（圖1）上兩個孔，然后粗銑半精銑上方槽，粗銑精銑下方槽，最后粗鉸、精鉸零件圖（圖1）上直徑為30 mm 的孔。為減少加工工序和減少裝夾次數，可以在銑基準面的同時銑出上方凸臺的端面、銑槽口、鉆孔。為減少換刀次數，可選用直徑為75 mm的立銑刀銑基準面和上方凸臺。

1.2.2 順銑和逆銑的選擇

采用順銑還是逆銑是影響工件的表面粗糙度和刀具壽命的重要因素之一，為保證工件精度和刀具壽命，合理選擇順銑和逆銑是非常有必要的。順銑加工的工件表面粗糙度比逆銑加工小，刀具壽命比逆銑長，但是順銑會受到較大沖擊。經查找《實用切削手冊》，粗銑上方槽擬用直徑為36 mm 的直柄立銑刀，切削深度為12 mm，每齒進給量為0.1 mm，銑削速度為180 m/min。粗銑對表面粗糙度要求低，切削深度大，進給量大，宜選用逆銑加工。在精銑上方槽時，需要切除的余量少，要求保證工件的表面粗糙度和尺寸精度，宜選用順銑加工。銑下方槽時同理，粗銑采用逆銑，精銑采用順銑。

1.3 工藝過程

表2 為自行擬定的工藝過程，僅供參考。

表2 工藝過程

2 銑削力的計算

銑上方槽時銑削刀具用直徑為36 mm 的直柄立銑刀，材料是高速鋼，齒數為4，粗銑平面時銑削力是最大的，由經驗式（1）計算銑削力。

式中 P——切削力，N

ap——背吃刀量，mm

af——每齒進給量，mm

D——銑刀直徑，mm

Z——銑刀齒數，個

aw——銑削寬度，mm

Cp——在用高速鋼銑刀銑削時，考慮工件材料及銑刀類型的系數

背吃刀量根據加工余量確定。粗加工時，只要機床功率許可，粗加工余量應盡可能在一次走刀中全部切除，故選擇背吃刀量ap=12 mm。查表查得直徑為36 mm 的直柄立銑刀齒數Z 為4，系數Cp=17。銑削寬度aw=36 mm，銑刀直徑D=36 mm，af=0.1 mm。帶入式（1）算得P=1813.3 N。

3 夾緊力的計算

查表得夾緊力計算經驗公式為FJ=KP，取安全系數K=2.5。帶入算得FJ=4533.25 N。經查JB/T 2329—2011 得規格為400的機用平口虎鉗的許用夾緊力為50 kN，故應選擇規格為400的機用平口虎鉗。

4 結語

本文對立式軸承座的加工工藝和加工難點及所需裝夾的平口虎鉗規格進行了選擇。文中立式軸承座加工難點包括工序安排及順銑逆銑的選擇，已給出了解決方案，對類似軸承座的加工工作有積極借鑒和參考意義。

基金資助：湖北省大學生創新項目“種新型的助老功能床”（2020zd137）成果。