立式加工中心主軸箱加工工藝
2019-10-14 來源（yuán）：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（jié）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（jué）了主軸孔和導軌麵的（de）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（jì），根據動力學分析，進行合理（lǐ）的布筋（jīn），從而保證其（qí）具有良好（hǎo）的抗扭曲和抗彎曲能力，同時具有良好的精度穩定性。主（zhǔ）軸箱（xiāng）在機床結構（gòu）上起著定（dìng）位支承及延長主軸（Z軸（zhóu）伸出）的作用（yòng），因此對其製造精度要求很（hěn）高。
1. 主軸箱結構（gòu）
以我公司（sī）生（shēng）產的某立式加工中心主軸箱為例，其截麵形狀如圖（tú）1所示（shì），內腔主軸（zhóu）深孔如圖2所示，通過對主軸箱結構及加工需求分析（xī），確（què）定加工（gōng）過程中需要特別注意的重點、難點，製定出合理的加工工藝（yì）方案，以保證主軸箱的加工質量，提高生產效（xiào）率。
圖1 主軸箱截麵形狀
圖2 內腔主軸深孔
2. 加工需求分析（xī）
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（zhù）直線導軌配合（hé），其主要要求如下：
（1）鑄件不得有砂眼、氣孔、縮鬆和裂紋等鑄造缺陷，鑄件需時效處理，硬度不低於（yú）190HBW。
（2） 兩 導 軌 立 麵 直 線 度0.005mm，兩（liǎng）導軌麵直線度0.01mm，導軌大麵平麵度0.01mm。
（3）絲杠座大（dà）麵與兩導軌麵平行度0.01mm，立麵與導（dǎo）軌立麵平行度0.01mm。
（4）主軸孔φ140H5與導軌大麵、立麵平行度0.005mm。
（5）各重要麵表麵粗糙（cāo）度值均為Ra=1.6μm。
3. 工藝方案難點分析
通過對主（zhǔ）軸箱零件（jiàn）的結構和加工需求（qiú）分析可以（yǐ）得出加工重點及難點如下（xià）：
（1）導軌麵是絲杠座、主軸孔的基準，如何保證兩條導軌麵較高的形位（wèi）公差要求是加工中的難（nán）點。
（2）φ140H5主軸孔是主軸箱的重點部位，如何保證尺（chǐ）寸公差和位置精度，也是加工中的難點，在工藝（yì）方案中需要重點（diǎn）考慮。
（3）由（yóu）於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（fāng）案
確定工（gōng）藝方案的原則為（wéi）：①合理布置時（shí）效工序，消（xiāo）除主軸箱（xiāng）的各種應（yīng）力，保證主軸箱的精（jīng）度（dù）穩定性。②正確安排粗、精加工工（gōng）序，盡可能（néng）使粗加（jiā）工造成的加工誤差通過半精加工和精加工（gōng）得到糾正。③充分利用臥式加工中心機床的加工性（xìng）能，盡量減少零件的工序周轉，提高效率。④合理安排精（jīng）加工工序，保證零件加工後尺寸及形位（wèi）公差的穩（wěn）定性。根據以上原則，結合我（wǒ）公司（sī）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（àn）分析（xī）
（1）在主軸箱加工過程中（zhōng），安排兩（liǎng）次振動時效，充分消（xiāo）除鑄件在鑄（zhù）造時產生的應力和加工（gōng）過程中產生的殘（cán）餘應力，防止鑄件變形和（hé）產生裂紋，保證主軸箱加工後尺寸及形位公差的穩定性（xìng）。
（2）粗加工時，由於振動時效產生的變形不大，考慮（lǜ）到主軸箱的加工屬於批量（liàng）加工，因（yīn）此在龍門銑床或者龍門刨床上一次（cì）安（ān）裝多個零件進行粗加工，粗加工四周及導軌麵留量3mm
，在臥式（shì）鏜床上（shàng）粗（cū）鏜（táng）主軸孔單邊留（liú）量3mm。
（3）半精加工進一步去處餘量，在數控臥式銑鏜床（chuáng）上加工（gōng）四（sì）周、導軌（guǐ）麵及絲杠座安裝麵留量0.5mm，主軸孔單（dān）邊留量0.5mm，其餘不（bú）重要麵（miàn）加工至設計要求，充分消（xiāo）除加工（gōng）過程中產生的殘餘（yú）應力。
（4）精加工在日本馬紮克（kè）臥（wò）式加工中心完成，先加工導軌麵及絲杠（gàng）座安裝麵，要求各麵平行度、垂直度≤0.01mm，並加工出導（dǎo）軌麵安裝孔，然後以導軌立麵C麵為（wéi）基準（zhǔn）（見圖1），一次裝夾，精鏜成主軸孔，通過工作（zuò）台的旋轉（zhuǎn）加工（gōng）完成其（qí）餘未加工麵。為了保證主軸孔（kǒng）和（hé）導軌麵（miàn）的平行度和垂直（zhí）度要求，需設（shè）計一套專用鏜模。通過（guò）以上（shàng）分析明確了主軸箱（xiāng）工藝方（fāng）案的可行性及加工工藝流程的正確性，按照以上（shàng）工藝流程加工，能（néng）夠滿足立式（shì）加工中心對主軸箱的各項精度要求。
6. 主軸（zhóu）孔鏜孔專用鏜模
主軸箱（xiāng）主（zhǔ）軸孔如圖2所示，其 中 主 軸 直 徑φ 1 4 0 H 5 ， 孔 深（shēn）200m m，精鏜時可采用主軸加單（dān）刃（rèn）精鏜刀加工，鏜孔時使用專用鏜模，如圖4所示。該專用（yòng）鏜模以主軸箱導軌大（dà）麵（圖1中的A麵）為基準，用導軌立麵（圖1中的C麵）及（jí）上端定位（圖4中的D麵），用螺釘將主軸箱壓緊在（zài）鏜模上。
圖4 專用鏜模
1、6.擠緊組件 2、3.定位板（bǎn） 4.鏜模本體 5.主軸箱（xiāng） 7.螺釘
圖4中A麵平麵（miàn）度≤0.01mm，主 軸 孔 軸（zhóu） 線 與 A 、B 麵 平 行（háng） 度（dù）≤ 0.005 m m ，A 、 B 麵 垂 直 度（dù）≤0.01mm。加工時（shí），將專用（yòng）鏜模安裝在馬紮克（kè）臥式加工中心FH-10800的工作台上，找正C麵≤0.005mm後（hòu）用螺釘壓緊。利（lì）用擠緊組件1將主軸箱C麵緊靠在專用鏜（táng）模的B基（jī）準上，用擠緊（jǐn）組件6將主軸箱壓緊在專用鏜模的D麵上定位，用（yòng）螺釘7壓緊。用表找正φ140H5孔中心（xīn），裝單刃精鏜刀精鏜成φ140H5孔。
卸下精鏜刀，工作台旋轉180°，用表找正φ 140H5孔（kǒng）中心，裝入麵銑刀，精銑成（chéng）主軸孔上端的平麵。對於主軸箱的批量（liàng）加工，專用鏜模很好地解決了主軸孔和導軌麵的位置度問題，避免多次裝夾和找正產生的（de）誤差問題，使主（zhǔ）軸箱裝夾變得容易，保（bǎo）證加工精度。
7. 結語
主軸箱的加工在立式加工（gōng）中心機床的製造中占有很重要的地位，主軸箱的質量直接（jiē）關係到（dào）機床的製造精度（dù）和（hé）使用壽命。通過對機（jī）床主軸箱工藝方案的研究，製定了合理的加工工藝流（liú）程及具體的（de）加工工藝，經過加工驗證，可以滿足機床設計的總（zǒng）體要求，為立式（shì）加工中（zhōng）心機床的批量生產創造了有利條件（jiàn），也為其他使用主軸箱的機床製造提供了參考依據。
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