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，通過對(duì)主軸箱結(jié)構(gòu)及加工需求分析，確定加工過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，鑄件采用樹脂砂造型，與立柱之間的移動(dòng)采用滾柱直線導(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)軌立面直線度0.005mm，兩導(dǎo)軌面直線度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，因此在龍門銑床或者龍門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)（見圖1），一次裝夾，精鏜成主軸孔，通過工作臺(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(duì)主軸箱的各項(xiàng)精度要求。

六、主軸孔鏜孔時(shí)的專用鏜模

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)使用專用鏜模，如圖4所示。該專用鏜模以主軸箱導(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≤0.005mm，A、B面垂直度≤0.01mm。

加工時(shí)，將專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面緊靠在專用鏜模的B基準(zhǔn)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(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，專用鏜模很好地解決了主軸孔和導(dǎo)軌面的位置度問題，避免多次裝夾和找正產(chǎn)生的誤差問題，使主軸箱裝夾變得容易，保證加工精度。

來源：《金屬加工（冷加工）》2018年