知识准备
一、箱体零件平面常用的加工方法
箱体零件平面的加工方法有刨、铣、拉、磨等。采用何种加工方法，要根据零件的结构形状、尺寸大小、材料、技术要求、零件刚性、生产类型及企业现有设备等条件决定。
1．刨削加工
在刨床上使用刨刀对工件进行切削加工，称为刨削加工，常用作平面的粗加工和半精加工。刨削加工生产率较低，一般用于单件或小批量生产中。
刨削加工主要用于加工水平面、垂直面和斜面等各种平面，以及T形槽、燕尾槽和V形槽等沟槽，如图4-7所示。
图4-7 刨削的加工范围
（a）刨平面；（b）刨垂直面；（c）刨台阶面；（d）刨直角沟槽；（e）刨斜面；（f）刨燕尾槽；（g）刨T形槽；（h）刨V形槽；（i）刨曲面；（k）刨键槽；（n）刨齿条；（m）刨复合面
刨削加工范围刨垂直沟槽
想一想：回顾任务一所学车床、铣床的加工范围，对比刨削加工适用范围，分析它们有什么不同。
1）刨削机床
刨削加工常见的机床有牛头刨床和龙门刨床。牛头刨床主要用于单件小批生产中刨削中小型工件上的平面、成形面和沟槽，如图4-8所示。龙门刨床主要用于刨削大型工件，也可在工作台上装夹多个零件同时进行加工，是工业的母机，如图4-9所示。
图4-8 牛头刨床
1—工作台；2—刀架；3—滑枕；4—横梁；5—床身
图4-9 龙门刨床
1—床身；2—工作台；3—立柱；4—顶梁；5—垂直刀架；6—横梁；7—侧刀架
2）刨刀
刨刀的结构与车刀相似，其几何角度的选取原则也与车刀基本相同。但因刨削过程中有冲击，所以刨刀的前角比车刀小5°～6°；而且刨刀的刃倾角也应取较大的负值，以使刨刀切入工件时产生的冲击力作用在离刀尖稍远的切削刃上。刨刀的刀杆截面比较粗大，以增加刀杆刚性和防止折断。
刨刀刀杆有直杆和弯杆之分，直杆刨刀刨削时，如遇到加工余量不均或工件上的硬点，切削力的突然增大将增加刨刀的弯曲变形，造成切削刃扎入已加工表面，降低已加工表面的精度和表面质量，也容易损坏切削刃；若采用弯杆刨刀，当切削力突然增大时，刀杆产生的弯曲变形会使刀尖离开工件，以避免扎入工件。如图4-10所示。
3）刨削工艺特点
（1）通用性好。
机床和刀具结构简单，可以加工多种零件上的平面和各种截形的直线槽，如T形槽和燕尾槽等。
（2）生产率低。
由于刨削的主运动为往复直线运动，故冲击现象严重，有空行程损失，导致刨削生产率难以提高。但刨削狭长平面，或在龙门刨上进行刨削、多刀刨削时生产率较高。
（3）刨削精度一般不高。
多用于粗加工和半精加工。刨削平面精度一般为IT9～IT8，表面粗糙度Ra值可达6.3～1.6 μm。
图4-10 刨刀刀杆形状
（a）直头刨刀； （b）弯头刨刀
应知应会
刨削、插削加工通用工艺守则（摘自JB/T 9168.4—1998）
1.工件的装夹
1.1 在平口钳上装夹。
1.1.1 首先要保证平口钳在工作台上的正确位置，必要时应用百分表进行找正。
1.1.2 工件下面垫适当厚度的平行垫铁，夹紧工件时应使工件紧密地靠在垫铁上。
1.1.3 工件高出钳口或伸在钳口两端不应太多，以保证夹紧可靠。
1.2 多件划线毛坯同时加工时，必须按各件的加工线找正到同一平面上。
1.3 在龙门刨床上加工重而窄的工件需偏于一侧加工时，应尽量两件同时加工或加配重。
1.4 在刨床工作台上装夹较高的工件时应加辅助支承，以使装夹牢靠。
1.5 工件装夹以后，应先用点动开车，检查各部位是否碰撞，然后校准行程长度。
2.刀具的装夹
2.1 装夹刨刀时，刀具伸出的长度应尽量短，并注意刀具与工件的凸出部分不要相碰。
2.2 插刀杆应与工作台面垂直。
2.3 装夹插槽刀和成形插刀时，其主切削刃中线应与圆工作台中心平面线重合。
2.4 装夹平头插刀时，其主切削刃应与横向进给方向平行，以保证槽底与侧面的垂直度。
3.刨、插削加工
3.1 刨削薄板类工件时，根据余量情况多次翻面装夹加工，以减少工件的变形。
3.2 刨、插削有空刀槽的面时，应降低切削速度，并严格控制刀具行程。
3.3 在精刨时发现工件表面有波纹和不正常声音时，应停机检查。
3.4 在龙门刨床上应尽量采用多刀刨削。
2．铣削加工
铣削生产率高于刨削，在中批以上生产中多用铣削加工平面，常用作平面的粗加工和半精加工。铣削与刨削工艺特点的比较见表4-6。
铣床加工范围
表4-6 铣削与刨削工艺特点的比较
想一想：回顾任务一所学的铣床相关知识，说说铣床有什么特点。
3．磨削加工
磨削加工是用磨料磨具（砂轮、砂带、油石和研磨料）作为刀具对工件进行切削加工的方法，如图4-11所示。磨削可加工外圆、内孔、平面、螺纹、齿轮、花键、导轨和成形面等，其加工精度可达IT5～IT6级，表面粗糙度一般可达Ra0.08 μm。磨削尤其适合于加工难以切削的超硬材料（如淬火钢）。磨削在机械制造业中的用途非常广泛。
1）模具
凡在加工中起磨削、研磨、抛光作用的工具，统称磨具。根据所用磨料的不同，磨具可分为普通磨具和超硬磨具两大类。
普通磨具是用普通磨料制成的磨具，如用刚玉类磨料、碳化硅类磨料和碳化硼磨料制成的磨具。普通磨具按照磨料的结合形式分为固结磨具、涂覆磨具和研磨膏。根据使用方式，固结磨具可制成砂轮、油石、砂瓦、磨头、抛磨块等；涂覆磨具可制成纱布、砂纸、砂带等；研磨膏可分成硬膏和软膏。
超硬磨具是用人造金刚石或立方氮化硼超硬磨料所制成的磨具，如金刚石砂轮、立方氮化硼砂轮等，适用于磨削如硬质合金、光学玻璃、陶瓷和宝石以及半导体等极硬的非金属材料。
2）砂轮
砂轮是由结合剂将磨料颗粒黏结而成的多孔体，是磨削加工中最常用的工具，如图4-12所示。掌握砂轮的特性，合理选择砂轮，是提高磨削质量和磨削效率、控制磨削加工成本的重要措施。
图4-11 磨削加工
图4-12 砂轮
砂轮的磨料、粒度、结合剂、硬度和组织等五要素决定了砂轮的特性。
（1）磨料。
磨料是砂轮中的硬质颗粒。常用的磨料主要是人造磨料，其性能及适用范围如表4-7所示。
（2）粒度。
粒度表示磨料颗粒的尺寸大小。磨料的粒度可分为磨粒和微粉两大类，基本颗粒尺寸大于40 μm的磨料，用机械筛选法来决定粒度号，其粒度号数就是该种颗粒正好能通过筛子的网号。网号就是每英寸（25.4 mm）长度上筛孔的数目。因此粒度号数越大，颗粒尺寸越小；反之，颗粒尺寸越大。颗粒尺寸小于40 μm的磨料用显微镜分析法来测量，其粒度号数是基本颗粒最大尺寸的微米数，以其最大尺寸前加W来表示。
表4-7 磨料性能及适用范围
（3）结合剂。
结合剂的作用是将磨粒黏合在一起，使砂轮具有必要的形状和强度。结合剂的性能对砂轮的强度、耐冲击性、耐腐蚀性及耐热性有突出的影响，并对磨削表面质量有一定影响。
①陶瓷结合剂（V）：化学稳定性好、耐热、耐腐蚀、价廉，占90%，但性脆，不宜制成薄片，不宜高速，线速度一般为35 m/s。
②树脂结合剂（B）：强度高弹性好，耐冲击，适于高速磨或切槽切断等工作，但耐腐蚀耐热性差（300℃），自锐性好。
③橡胶结合剂（R）：强度高弹性好，耐冲击，适于抛光轮、导轮及薄片砂轮，但耐腐蚀耐热性差（200℃），自锐性好。
④金属结合剂（M）：青铜、镍等，强度、韧性高，成形性好，但自锐性差，适于金刚石和立方氮化硼砂轮。
（4）硬度。
砂轮的硬度是指磨粒在磨削力的作用下，从砂轮表面脱落的难易程度。砂轮硬即表示磨粒难以脱落，砂轮软即表示磨粒容易脱落。所以，砂轮的硬度主要由结合剂的黏结强度决定，而与磨粒本身的硬度无关。
黏结强度指砂轮工作时在磨削力作用下磨粒脱落的难易程度，取决于结合剂的结合能力及所占比例，与磨料硬度无关。
硬度高，磨料不易脱落；硬度低，自锐性好。
硬度通常可分为7大级（超软、软、中软、中、中硬、硬、超硬）、16小级。
选用砂轮时，应注意硬度选择适当。若砂轮选得太硬，会使磨钝的磨粒不能及时脱落，因而产生大量磨削热，造成工件烧伤；若选得太软，会使磨料脱落得太快而不能充分发挥其切削作用。
砂轮硬度选择原则：
①磨削硬材，选软砂轮；磨削软材，选硬砂轮。
②磨导热性差的材料，因不易散热，故选软砂轮，以免工件烧伤。
③砂轮与工件接触面积大时选较软的砂轮。
④成形磨精磨时选硬的砂轮，粗磨时选较软的砂轮。
（5）组织。
砂轮的组织是指磨粒在砂轮中占有体积的百分数（即磨粒率），它反映了磨粒、结合剂、气孔三者之间的比例关系。磨粒在砂轮总体积中所占的比例大、气孔小，即组织号小，则砂轮的组织紧密；反之，磨粒的比例小、气孔大，即组织号大，则组织疏松。
砂轮组织分紧密、中等、疏松三类13级。紧密组织成形性好，加工质量高，适于成形磨、精密磨和强力磨削；中等组织适于一般磨削工作，如淬火钢、刀具刃磨等；疏松组织不易堵塞砂轮，适于粗磨、磨软材及磨平面、内圆等；接触面积较大时，磨热敏性强的材料或薄件。
砂轮上未标出组织号时，即为中等组织。
应知应会
磨削加工通用工艺守则（摘自JB/T 9168.8—1998）
1.工件的装夹
1.1 轴类工件装夹前应检查中心孔，不得有椭圆、棱圆、碰伤、毛刺等缺陷，并把中心孔擦净。经过热处理的工件，须修好中心孔，精磨的工件应研磨好中心孔，并加好润滑油。
1.2 在两顶尖间装夹轴类工件时，装夹前要调整尾座，使两顶尖轴线重合。
1.3 在内、外圆磨床上磨削易变形的薄壁工件时，夹紧力要适当，在精磨时应适当放松夹紧力。
1.4 在内、外圆磨床上磨削偏重工件，装夹时应加好配重，保证磨削时的平衡。
1.5 在外圆磨床上用尾座顶尖顶紧工件磨削时，其顶紧力应适当，磨削时还应根据工件的涨缩情况调整顶紧力。
1.6 在外圆磨床上磨削细长轴时，应使用中心架并调整好中心架与床头架、尾座的同轴度。
1.7 在平面磨床上用磁盘吸住磨削支承面较小或较高的工件时，应在适当位置增加挡铁，以防磨削时工件飞出或倾倒。
2.砂轮的选用和安装
2.1 根据工件的材料、硬度、精度和表面粗糙度的要求，合理选用砂轮牌号。
2.2 安装砂轮时，不得使用两个尺寸不同或不平的法兰盘，并应在法兰盘与砂轮之间放入橡皮、牛皮等弹性垫。
2.3 装夹砂轮时，必须在修砂轮前后进行静平衡，并在砂轮装好后进行空运转试验。(www.xing528.com)
2.4 修砂轮时应不间断地充分使用冷却液，以免金刚钻因骤冷、骤热而碎裂。
3.磨削加工
3.1 磨削工件时，应先开动机床，根据室温的不同，空转的时间一般不少于5 min，然后进行磨削加工。
3.2 在磨削过程中不得中途停车，要停车时必须先停止进给并退出砂轮。
3.3 砂轮使用一段时间后，如发现工件产生多棱形振痕，应拆下砂轮重新校平衡后再使用。
3.4 在磨削细长轴时，不应使用切入法磨削。
3.5 在平面磨床上磨削薄片工件时，应多次翻面磨削。
3.6 由干磨转湿磨或由湿磨转干磨时，砂轮应空转2 min左右，以便散热和除去水分。
3.7 在无心磨床上磨削工件时，应调整好砂轮与导轮夹角及支板的高度，试磨合格后方可磨削工件。
3.8 在立轴平面磨床上及导轨磨床上采用端面磨削精磨平面时，砂轮轴必须调整到与工作台垂直或与导轨移动方向垂直。
3.9 磨深孔时，磨杆刚性要好，砂轮转速要适当降低。
3.10 磨锥面时，要先调好工作台的转角；在磨削过程中要经常用锥度量规检查。
3.11 在精磨结束前，应无进给量地多次走刀至无火花为止。
4．拉削加工
拉削加工是利用多齿的拉刀，逐齿依次从工件上切下很薄的金属层，使表面达到较高的精度和较小的粗糙度值，可在一次行程完成粗、精加工，具有生产率高、加工精度高、表面粗糙度较小的特点。加工时，若刀具所受的力不是拉力而是推力，则称为推削，所用刀具称为推刀。拉削所用的机床称为拉床，推削一般在压力机上进行。图4-13所示为平面拉刀，拉削原理示意图如图4-14所示。
图4-13 平面拉刀
图4-14 拉削原理示意图
1—工件；2—拉刀
二、平面常用的加工方案
平面的加工路线如图4-15所示。
图4-15 平面的加工路线
常见的平面加工方案见表4-8。
表4-8 常见的平面加工方案
三、内圆表面（孔）常用的加工方法
内圆表面加工方法一般需根据被加工工件的外形、孔的直径、公差等级、孔深（通孔或圆孔）等情况，综合选择合适的加工方法。内圆表面（孔）常见的加工方法有钻削、镗削、拉削和磨削等。
1．钻削加工
用钻头在实体材料上加工孔的方法称为钻孔，用扩孔钻对已有孔进行扩大再加工的方法称为扩孔。它们统称为钻削加工，即在钻床上加工时，工件固定不动，刀具做旋转运动（主运动）的同时沿轴向移动（进给运动）。如图4-16～图4-18所示。
图4-16 钻削加工
图4-17 钻头
钻削加工精度低，尺寸精度为IT3～IT12，表面粗糙度为Ra12.5～6.3 μm。
2．镗削加工
镗削加工是用镗刀在已加工孔的工件上使孔径扩大并达到精度和表面粗糙度要求的加工方法，其加工范围广泛，实践中较为常用。根据工件的尺寸形状、技术要求及生产批量的不同，镗孔可以在镗床、车床、铣床、数控机床和组合机床上进行。一般回旋体零件上的孔，多用车床加工；而箱体类零件上的孔或孔系（即要求相互平行或垂直的若干孔），则可以在镗床上加工。
一般镗孔的精度可达IT8～IT7，表面粗糙度Ra值可达1.6～0.8 μm；精细镗时，精度可达IT7～IT6，表面粗糙度Ra值为0.8～0.1 μm。
1）镗刀
镗刀有多种类型，按其切削刃数量可分为单刃镗刀、双刃镗刀和多刃镗刀；按其加工表面可分为通孔镗刀、盲孔镗刀、阶梯孔镗刀和端面镗刀；按其结构可分为整体式、装配式和可调式。图4-19所示为单刃镗刀和多刃镗刀的结构。
图4-18 钻床
图4-19 镗刀
（a）单刃镗刀；（b）多刃镗刀
2）镗床
镗床主要用于加工尺寸较大且精度要求较高的孔，特别是分布在不同表面且孔距和位置精度要求很严格的孔系。镗床工作时，由刀具做旋转主运动，进给运动则根据机床类型和加工条件的不同，或者由刀具完成或者由工件完成。
镗床主要类型有卧式镗床（见图4-20）、立式镗床（见图4-21）、坐标镗床以及金刚镗床等。
图4-20 卧式镗床
1—后立柱；2—前立柱；3—工作台
图4-21 立式镗床
1—工作台；2—主轴；3—立柱
学点历史
由于制造武器的需要，15世纪出现了水力驱动的炮筒镗床。1774年英国人威尔金森发明了炮筒镗床，1776年他又制造了一台较为精确的气缸镗床。1880年前后，在德国开始生产带前后立柱和工作台的卧式镗床。为适应特大、特重工件的加工，20世纪30年代发展了落地镗床。随着铣削工作量的增加，20世纪50年代出现了落地镗铣床。20世纪初，由于钟表仪器制造业的发展，需要加工孔距误差较小的设备，在瑞士出现了坐标镗床。为了提高镗床的定位精度，已广泛采用光学读数头、数字显示装置，应用数字控制系统实现坐标定位和加工过程自动化。
四、孔加工方案
孔加工路线如图4-22所示，表4-9所示为孔加工常用方案。
五、孔系加工方法
箱体上一系列有相互位置精度要求的孔的组合，称为孔系。按照孔的位置关系，孔系可分为平行孔系、同轴孔系和交叉孔系。
孔系加工是箱体加工的关键。根据箱体和孔系精度要求的不同，孔系加工所用的加工方法也不同。
图4-22 孔加工路线
表4-9 孔加工常用方案
续表
1．平行孔系加工
各孔的轴心线之间以及轴心线与基面之间的尺寸精度和位置精度是平行孔系的主要技术要求。
1）找正法
根据图样要求在毛坯或半成品上划出界线作为加工依据，并按线加工的方法称为划线找正法。划线找正法的误差较大，加工精度低，一般在±0.3～±0.5 mm。在工程实践中，常用的找正方法有心轴和块规找正法、样板找正法及划线找正法与试切法相结合的方法等。
心轴和块规找正法是将精密心轴插入镗床主轴孔内（或直接利用镗床主轴），然后根据孔和定位基面的距离用块规、塞尺校正主轴位置，加工第一排孔；加工第二排孔时，分别在第一排孔和主轴中插入心轴，然后采用同样的方法确定加工第二排孔时主轴的位置，如图4-23所示。这种方法孔距精度可以达到±0.03～±0.05 mm。
图4-23 心轴和块规找正法
（a）用心轴和块规找正；1—心轴；2—镗床主轴；3—块规；4—塞尺；5—工作台（b）用样板找正1—样板；2—千分表
样板找正法是按孔系的孔距尺寸平均值，在10～20 mm厚的钢板样板上加工出位置精度很高（±0.01～±0.03 mm）的相应孔系，其孔径比被加工孔径大，以便于镗杆通过。找正时将样板装在垂直于各孔的端面上（或固定在机床工作台上），在机床主轴上安装一个千分表，按样板找正主轴后，即可换上镗刀进行加工，其孔距精度可以达到±0.05 mm，单件小批量生产加工较大箱体时，常采用这种方法。
为提高加工精度，划线找正法可以与试切法结合，即先镗出一个孔（达到图样要求），然后将机床主轴调整到第二个孔的中心，镗出一段比图样要求直径尺寸小的孔，测量两孔的实际中心距，根据与图样要求中心距的差值调整主轴位置，再试切、调整。经过几次试切达到图样要求的孔距后，可镗到规定尺寸。这种方法孔距精度可以达到±0.08～±0.25 mm，孔距尺寸精度仍然很低，且操作麻烦，生产效率低，故只适合于单件小批量生产。
2）镗模法
镗模法是用镗模板上的孔系来保证工件上孔系位置精度的一种方法，如图4-24所示。工件装在带有镗模板的夹具内，并通过定位与夹紧装置使工件上待加工孔与镗模板上的孔同轴。镗杆支承在镗模板的支架导向套里，镗刀便通过模板上的孔将工件上相应的孔加工出来。当用两个或两个以上的支架来引导镗杆时，镗杆与机床主轴浮动连接。此时，机床的精度对加工精度影响很小，因而可以在精度较低的机床上加工出精度较高的孔系。其孔距精度主要取决于镗模，一般可以达到±0.05 mm。
图4-24 镗模法
1—镗架支承；2—镗床主轴；3—镗刀；4—镗杆；5—工件；6—导套
镗模法
用镗模法加工孔系，可以大大提高工艺系统的刚性和抗振性，所以可以用带有几把镗刀的长镗杆同时加工箱体上的几个孔，生产效率很高，广泛应用于大批量的生产中。
由于镗模本身存在制造误差，且导套与镗杆之间存在间隙与磨损，所以孔系的加工精度不高，公差等级可达到IT7，同轴度和平行度从一端加工可以达到0.02～0.03 mm，从两端加工可以达到0.04～0.05 mm。镗模存在制造周期长，成本较高，镗孔切削速度受到一定限制，加工过程中观察、测量不方便等缺点。
3）坐标法
坐标法镗孔是在普通卧式镗床、坐标镗床或数控铣床等设备上，借助于测量装置，调整机床主轴与工件之间的相对位置，来保证孔距精度的一种镗孔方法。坐标法镗孔的孔距精度主要取决于坐标的移动精度。
2．同轴孔系加工
在成批生产过程中，箱体同轴孔系的同轴度由镗模来保证。而在单件小批量生产过程中，其同轴度主要采用以下几种方法来保证。
1）利用已加工孔作为支承导向
如图4-25所示，当箱体前壁上的孔径加工好后，在孔内装一导向套，通过导向套支承镗杆加工后壁上的孔。这种方法对于加工箱壁距离较近的同轴孔比较合适，但需要配置一些专用的导向套。
2）利用镗床后立柱上的导向支承镗孔
这种方法其镗杆是两端支承，刚性好；但是调整比较麻烦，镗杆较长且笨重，只适用于大型箱体的加工。
3）采用掉头镗
当箱体箱壁相距较远时，可采用掉头镗，即工件在一次装夹下，镗好一端的孔后，将镗床工作台回转180°，镗另一端的孔。由于普通镗床工作台回转精度较低，所以此法加工精度不高。
3．交叉孔系加工
箱体上交叉孔系的加工主要是控制有关孔的垂直度误差。在多面加工的组合机床上加工交叉孔系，其垂直度主要由机床和模板保证；在普通镗床上，其垂直度主要靠机床的挡板保证，但其定位精度较低。为了提高其定位精度，可以用心轴和百分表找正，如图4-23（a）所示，即在加工好的孔中插入心轴，然后将工作台旋转90°，移动工作台，用百分表找正。
图4-25 利用已加工孔导向
利用已加工孔导向
提示：
箱体零件的加工表面多、孔系的精度高、加工量大，故在生产中常使用高效、自动化的加工方法。在大批、大量生产中，过去主要采用组合机床和自动加工线，现在数控加工技术，如加工中心、柔性制造系统等已逐步应用于各种不同的批量生产中；加工中心的自动换刀系统使得一次装夹可完成钻、扩、铰、镗、铣、攻螺纹等加工，减少了装夹次数，实行了工序集中的原则，提高了生产率。
（1）砂轮的磨料、粒度、结合剂、硬度和组织等五要素是如何决定砂轮特性的？
（2）试讨论分析刨削、插削、磨削、切削加工工艺守则规定的相关规则与哪些机械加工工艺编制原则有关联。
（3）阅读教材网站中切削加工工艺通用规则（JB/T 9168.1—1998～JB/T 9168.13—1998）相关的行业标准，结合实际理解其中的各种规定，并说明JB和GB的区别及JB/T是什么含义。
（4）在单件小批量生产过程中，同轴孔系的同轴度主要采用哪些方法来保证？
（5）完成任务单4.1的相应任务。根据本步骤所学知识及减速器箱体结构与技术要求，分析确定该箱体的加工方法，制定加工方案。
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