立式加工中心主軸箱加工工藝
2019-10-14 來源：漢川數控機床股份公司 作者：念勇
摘要：通過對立式加工中心主軸箱的結構、材料和加工難點進行分析，總結出合理的工藝方案，在此基礎上結合公司現有的設備及工藝習慣，利用專用鏜模很好地解決了主軸孔和導軌面的位置度問題，滿足批量加工要求。
主軸箱是立式加工中心機床的關鍵零件，采用對稱設計，根據動力學分析，進行合理的布筋，從而保證其具有良好的抗扭曲和抗彎曲能力，同時具有良好的精度穩定性。主軸箱在機床結構上起著定位支承及延長主軸（Z軸伸出）的作用，因此對其制造精度要求很高。
1. 主軸箱結構
以我公司生產的某立式加工中心主軸箱為例，其截面形狀如圖1所示，內腔主軸深孔如圖2所示，通過對主軸箱結構及加工需求分析，確定加工過程中需要特別注意的重點、難點，制定出合理的加工工藝方案，以保證主軸箱的加工質量，提高生產效率。
圖1 主軸箱截面形狀
圖2 內腔主軸深孔
2. 加工需求分析
主軸箱毛坯材料為HT300，鑄件采用樹脂砂造型，與立柱之間的移動采用滾柱直線導軌配合，其主要要求如下：
（1）鑄件不得有砂眼、氣孔、縮松和裂紋等鑄造缺陷，鑄件需時效處理，硬度不低于190HBW。
（2） 兩 導 軌 立 面 直 線 度0.005mm，兩導軌面直線度0.01mm，導軌大面平面度0.01mm。
（3）絲杠座大面與兩導軌面平行度0.01mm，立面與導軌立面平行度0.01mm。
（4）主軸孔φ140H5與導軌大面、立面平行度0.005mm。
（5）各重要面表面粗糙度值均為Ra=1.6μm。
3. 工藝方案難點分析
通過對主軸箱零件的結構和加工需求分析可以得出加工重點及難點如下：
（1）導軌面是絲杠座、主軸孔的基準，如何保證兩條導軌面較高的形位公差要求是加工中的難點。
（2）φ140H5主軸孔是主軸箱的重點部位，如何保證尺寸公差和位置精度，也是加工中的難點，在工藝方案中需要重點考慮。
（3）由于主軸箱的精度直接影響機床的精度，因此保證主軸箱的精度穩定性也是工藝方案考慮的重點。
4. 確定工藝方案
確定工藝方案的原則為：①合理布置時效工序，消除主軸箱的各種應力，保證主軸箱的精度穩定性。②正確安排粗、精加工工序，盡可能使粗加工造成的加工誤差通過半精加工和精加工得到糾正。③充分利用臥式加工中心機床的加工性能，盡量減少零件的工序周轉，提高效率。④合理安排精加工工序，保證零件加工后尺寸及形位公差的穩定性。根據以上原則，結合我公司設備及工藝習慣，確定主軸箱加工工藝流程如圖3所示。
圖3 工藝流程
5. 工藝方案分析
（1）在主軸箱加工過程中，安排兩次振動時效，充分消除鑄件在鑄造時產生的應力和加工過程中產生的殘余應力，防止鑄件變形和產生裂紋，保證主軸箱加工后尺寸及形位公差的穩定性。
（2）粗加工時，由于振動時效產生的變形不大，考慮到主軸箱的加工屬于批量加工，因此在龍門銑床或者龍門刨床上一次安裝多個零件進行粗加工，粗加工四周及導軌面留量3mm
，在臥式鏜床上粗鏜主軸孔單邊留量3mm。
（3）半精加工進一步去處余量，在數控臥式銑鏜床上加工四周、導軌面及絲杠座安裝面留量0.5mm，主軸孔單邊留量0.5mm，其余不重要面加工至設計要求，充分消除加工過程中產生的殘余應力。
（4）精加工在日本馬扎克臥式加工中心完成，先加工導軌面及絲杠座安裝面，要求各面平行度、垂直度≤0.01mm，并加工出導軌面安裝孔，然后以導軌立面C面為基準（見圖1），一次裝夾，精鏜成主軸孔，通過工作臺的旋轉加工完成其余未加工面。為了保證主軸孔和導軌面的平行度和垂直度要求，需設計一套專用鏜模。通過以上分析明確了主軸箱工藝方案的可行性及加工工藝流程的正確性，按照以上工藝流程加工，能夠滿足立式加工中心對主軸箱的各項精度要求。
6. 主軸孔鏜孔專用鏜模
主軸箱主軸孔如圖2所示，其 中 主 軸 直 徑φ 1 4 0 H 5 ， 孔 深200m m，精鏜時可采用主軸加單刃精鏜刀加工，鏜孔時使用專用鏜模，如圖4所示。該專用鏜模以主軸箱導軌大面（圖1中的A面）為基準，用導軌立面（圖1中的C面）及上端定位（圖4中的D面），用螺釘將主軸箱壓緊在鏜模上。
圖4 專用鏜模
1、6.擠緊組件 2、3.定位板 4.鏜模本體 5.主軸箱 7.螺釘
圖4中A面平面度≤0.01mm，主 軸 孔 軸 線 與 A 、B 面 平 行 度≤ 0.005 m m ，A 、 B 面 垂 直 度≤0.01mm。加工時，將專用鏜模安裝在馬扎克臥式加工中心FH-10800的工作臺上，找正C面≤0.005mm后用螺釘壓緊。利用擠緊組件1將主軸箱C面緊靠在專用鏜模的B基準上，用擠緊組件6將主軸箱壓緊在專用鏜模的D面上定位，用螺釘7壓緊。用表找正φ140H5孔中心，裝單刃精鏜刀精鏜成φ140H5孔。
卸下精鏜刀，工作臺旋轉180°，用表找正φ 140H5孔中心，裝入面銑刀，精銑成主軸孔上端的平面。對于主軸箱的批量加工，專用鏜模很好地解決了主軸孔和導軌面的位置度問題，避免多次裝夾和找正產生的誤差問題，使主軸箱裝夾變得容易，保證加工精度。
7. 結語
主軸箱的加工在立式加工中心機床的制造中占有很重要的地位，主軸箱的質量直接關系到機床的制造精度和使用壽命。通過對機床主軸箱工藝方案的研究，制定了合理的加工工藝流程及具體的加工工藝，經過加工驗證，可以滿足機床設計的總體要求，為立式加工中心機床的批量生產創造了有利條件，也為其他使用主軸箱的機床制造提供了參考依據。
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如果您有機床行業、企業相關新聞稿件發表，或進行資訊合作，歡迎聯系本網編輯部， 郵箱：skjcsc@vip.sina.com
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