念勇

（漢川數(shù)控機(jī)床股份公司）

主軸箱是立式加工中心機(jī)床的關(guān)鍵零件，采用對(duì)稱(chēng)設(shè)計(jì)，根據(jù)動(dòng)力學(xué)分析，進(jìn)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(shí)具有良好的精度穩(wěn)定性。主軸箱在機(jī)床結(jié)構(gòu)上起著定位支承及延長(zhǎng)主軸（Z軸伸出）的作用，因此對(duì)其制造精度要求很高。

一、主軸箱結(jié)構(gòu)

以我公司生產(chǎn)的某立式加工中心主軸箱為例，其截面形狀如圖1所示，內(nèi)腔主軸深孔如圖2所示，通過(guò)對(duì)主軸箱結(jié)構(gòu)及加工需求分析，確定加工過(guò)程中需要特別注意的重點(diǎn)、難點(diǎn)，制定出合理的加工工藝方案，以保證主軸箱的加工質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率。

圖1  主軸箱截面形狀

圖2  內(nèi)腔主軸深孔

二、加工需求分析

主軸箱毛坯材料為HT300，鑄件采用樹(shù)脂砂造型，與立柱之間的移動(dòng)采用滾柱直線(xiàn)導(dǎo)軌配合，其主要要求如下：

鑄件不得有砂眼、氣孔、縮松和裂紋等鑄造缺陷，鑄件需時(shí)效處理，硬度不低于190HBW。

兩導(dǎo)軌立面直線(xiàn)度0.005mm，兩導(dǎo)軌面直線(xiàn)度0.01mm，導(dǎo)軌大面平面度0.01mm。

絲杠座大面與兩導(dǎo)軌面平行度0.01mm，立面與導(dǎo)軌立面平行度0.01mm。

主軸孔Φ140H5與導(dǎo)軌大面、立面平行度0.005mm。

各重要面表面粗糙度值均為Ra=1.6μm。

三、工藝方案難點(diǎn)分析

通過(guò)對(duì)主軸箱零件的結(jié)構(gòu)和加工需求分析可以得出加工重點(diǎn)及難點(diǎn)如下：

導(dǎo)軌面是絲杠座、主軸孔的基準(zhǔn)，如何保證兩條導(dǎo)軌面較高的形位公差要求是加工中的難點(diǎn)。

Φ140H5主軸孔是主軸箱的重點(diǎn)部位，如何保證尺寸公差和位置精度，也是加工中的難點(diǎn)，在工藝方案中需要重點(diǎn)考慮。

由于主軸箱的精度直接影響機(jī)床的精度，因此保證主軸箱的精度穩(wěn)定性也是工藝方案考慮的重點(diǎn)。

四、確定工藝方案

確定工藝方案的原則為：

①合理布置時(shí)效工序，消除主軸箱的各種應(yīng)力，保證主軸箱的精度穩(wěn)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(guò)半精加工和精加工得到糾正。

③充分利用臥式加工中心機(jī)床的加工性能，盡量減少零件的工序周轉(zhuǎn)，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(wěn)定性。

根據(jù)以上原則，結(jié)合我公司設(shè)備及工藝習(xí)慣，確定主軸箱加工工藝流程如圖3所示。

圖3  工藝流程

五、工藝方案分析

在主軸箱加工過(guò)程中，安排兩次振動(dòng)時(shí)效，充分消除鑄件在鑄造時(shí)產(chǎn)生的應(yīng)力和加工過(guò)程中產(chǎn)生的殘余應(yīng)力，防止鑄件變形和產(chǎn)生裂紋，保證主軸箱加工后尺寸及形位公差的穩(wěn)定性。

粗加工時(shí)，由于振動(dòng)時(shí)效產(chǎn)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(mén)銑床或者龍門(mén)刨床上一次安裝多個(gè)零件進(jìn)行粗加工，粗加工四周及導(dǎo)軌面留量3mm，在臥式鏜床上粗鏜主軸孔單邊留量3mm。

半精加工進(jìn)一步去處余量，在數(shù)控臥式銑鏜床上加工四周、導(dǎo)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(shè)計(jì)要求，充分消除加工過(guò)程中產(chǎn)生的殘余應(yīng)力。

精加工在日本馬扎克臥式加工中心完成，先加工導(dǎo)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(dǎo)軌面安裝孔，然后以導(dǎo)軌立面C面為基準(zhǔn)（見(jiàn)圖1），一次裝夾，精鏜成主軸孔，通過(guò)工作臺(tái)的旋轉(zhuǎn)加工完成其余未加工面。為了保證主軸孔和導(dǎo)軌面的平行度和垂直度要求，需設(shè)計(jì)一套專(zhuān)用鏜模。

通過(guò)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(mǎn)足立式加工中心對(duì)主軸箱的各項(xiàng)精度要求。

六、主軸孔鏜孔時(shí)的專(zhuān)用鏜模

主軸箱主軸孔如圖2所示，其中主軸直徑Φ140H5，孔深200mm，精鏜時(shí)可采用主軸加單刃精鏜刀加工，鏜孔時(shí)使用專(zhuān)用鏜模，如圖4所示。該專(zhuān)用鏜模以主軸箱導(dǎo)軌大面（圖1中的A面）為基準(zhǔn)，用導(dǎo)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(zhuān)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(xiàn)與A、B面平行度≤0.005mm，A、B面垂直度≤0.01mm。

加工時(shí)，將專(zhuān)用鏜模安裝在馬扎克臥式加工中心FH-10800的工作臺(tái)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(zhuān)用鏜模的B基準(zhǔn)上，用擠緊組件6將主軸箱壓緊在專(zhuān)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(tái)旋轉(zhuǎn)180°，用表找正Φ140H5孔中心，裝入面銑刀，精銑成主軸孔上端的平面。

對(duì)于主軸箱的批量加工，專(zhuān)用鏜模很好地解決了主軸孔和導(dǎo)軌面的位置度問(wèn)題，避免多次裝夾和找正產(chǎn)生的誤差問(wèn)題，使主軸箱裝夾變得容易，保證加工精度。

來(lái)源：《金屬加工（冷加工）》2018年