基于加工中心的箱体类零件数控技术加工工艺研究

0 前言

　　箱体是机器的基础零件，它将机器和部件中的轴、齿轮等有关零件连接成一个整体，并保持正确的相互位置，以传递转矩或改变转速来完成规定的运动。因此箱体的加工质量直接影响机器的工作精度、使用性能和寿命。一般箱体类零件结构复杂，有内腔，体积较大，壁薄且不均匀；箱体类零件上需要加工的表面很多，有精度较高的孔和平面以及紧固螺纹孔。而加工中心是一种功能很强大的综合性机床，可以通过一次装夹实现多方位、多表面的加工，所以使用加工中心加工箱体类零件既能最大限度地发挥机床的性能，又能保证箱体零件各加工表面间的精度要求。

1 加工中心简介

　　加工中心是由机械设备与数控系统组成的用于加工复杂形状工件的高效率自动化机床。加工中心备有刀具库，具有自动换刀功能，是对工件一次装夹后进行多工序加工的数控机床。加工中心是高度机电一体化的产品，工件装夹后，数控系统能控制机床按不同工序自动选择、更换刀具，自动对刀，自动改变主轴转速、进给量等，可连续完成钻、镗、铣、铰、攻丝等多种工序，因而大大减少了工件的装夹、测量和机床调整等辅助工序时间，且在自动加工中能排除许多人为因素的影响，加工质量好且稳定、生产率高。对加工形状比较复杂、精度要求较高的零件具有良好的经济效果。

2 箱体零件加工的定位夹紧分析

　　箱体类零件结构复杂，加工表面多，在加工中心上加工既要考虑工序长，一次定位装夹需加工多个表面，还要能适应零件粗加工时切削力、夹紧力大以及精加工时定位精度高的要求，同时还要考虑刀具与夹具的干涉碰撞以及夹具和程序间的对应关系。在确定定位装夹方案时要注意：（1）尽量选择工序基准为定位基准，以减小定位误差，提高加工精度；（2）尽可能选择一个定位基准，完成所有能够加工的表面， 以减少工件的装夹次数， 缩短辅助时间；（3） 尽量选择一个大而平的表面作为定位基准，使定位稳定可靠；（4）在确定夹紧方案时，尽量采用联动夹紧，使工件受力均匀，以减小受力变形；（5）要求装卸工件方便， 缩短装夹工件的辅助时间以提高生产效率；（6） 对工件基准点不方便测定的工件，应在夹具上设置找正面，把编程原点设置在夹具上。综上所述， 箱体类零件的底平面是装配基准，选择底面为定位基准，满足基准重合原则。故箱体类零件加工一般采用“一面两孔”定位（在这里需要指出的是，如果工件上没有用于定位的两孔，可以先加工出2 个工艺孔，待工件加工完成后根据情况处理），其定位方案如图1 所示。图1 中支承板6 限制了3 个自由度（z，x，y），圆柱销7 限制了2 个自由度（x，y），削边销5 限制了一个自由度（z），工件实现了完全定位，符合定位要求。而且工件在空间的位置唯一确定，方便加工过程中对刀。

　　使用这种定位方式应该注意：（1）用于定位的平面应该大而且平， 这样才能实现稳定的定位；（2）两孔之间的距离应尽可能地大，可减小定位误差；（3）菱形销应在两销连线的方向削边，否则会出现过定位和欠定位。

　　工件在加工中心上的装夹常用螺栓压板装夹和平口钳装夹。而螺栓压板装夹速度较慢，劳动强度大，生产率低；平口钳装夹适用于形状比较规则的小型工件。这2 种装夹方式对于形状复杂的箱体类零件，一般都不太适用。结合前面的定位方式分析，箱体类零件可以采用如图1 所示的联动夹紧机构。

　　该夹紧机构虽然也采用的是螺栓压板式的装夹方式， 但由于是联动夹紧， 只要拧紧夹紧螺母4就可以使工件的2 个夹紧点处同时得到夹紧力，简化夹紧动作，同时使工件受力均匀，减小变形。在实际中，可以根据工件的大小、批量而设计成气动夹紧等自动夹紧方式。另外，压板的具体结构形式，应根据工件的结构而定，这里只是通过图1 说明联动夹紧的工作原理及其特点。