精加工箱蓋孔最優(yōu)方案的選定

田立明

沈陽機床股份有限公司 遼寧沈陽 110142

1 序言

起重機在搬運重型物品過程中起到了關(guān)鍵作用，其減速器一般是用來增大電動機輸出的轉(zhuǎn)矩，從而實現(xiàn)小轉(zhuǎn)矩電動機吊運大物件的目的。下面以減速器箱蓋的機械加工工藝為例，重點介紹如何運用工藝尺寸鏈的計算來保證3個軸承孔中心距離公差的方法。

2 箱蓋加工工藝路線

圖1 箱蓋零件

圖1所示為箱蓋零件，材料為H T200。其中2個φ110m m孔和1個φ100m m孔之間的孔距分別為（200±0.015）mm、（131.31±0.032）mm和（148.99±0.034）mm；孔的平行度0.04mm。φ390mm孔這一尺寸是該零件的重要尺寸，精度比較高，因此所有加工步驟都是圍繞著保證這些重要尺寸精度進行的。該零件為大批量生產(chǎn)，整體加工路線采用先主后次、基準統(tǒng)一原則排布。

機械加工整體工藝路線如下。

1）用臥式車床先車圖1所示線性尺寸243mm左端面，粗鏜A基準孔φ110mm內(nèi)孔作為下道工序定位基準→調(diào)頭車線性尺寸243mm右端面，達到圖樣尺寸要求，粗、精鏜mm內(nèi)孔作為加工軸承孔的定位基準。

2）換立式銑床銑φ110mm孔右端面，保證線性尺寸尺寸精度。

3）換鏜床鏜軸承孔，留精加工余量→精鏜孔。

4）換搖臂鉆床，鉆線性尺寸243mm右端面上8個M8×1.5mm底孔并攻螺紋，鉆2個φ10mm孔→F向锪φ30mm孔，鉆M16×1.5mm底孔并攻螺紋。

3 軸承孔距尺寸鏈分析與計算

零件的加工難度主要在于3個軸承孔距都有尺寸公差，而且精度比較高。為了論述方便，將3個孔的中心距轉(zhuǎn)化成幾何模型，如圖2所示。A點為φ100mm的A基準孔中心，B、C分別為兩個φ110mm孔中心。孔的加工順序為：先加工A孔，然后再加工B、C孔。B孔相對于C孔加工要簡單些，只需保證AB間的尺寸精度（200±0.015）mm即可。但是C孔的加工情況就不同了，既要保證AC間的尺寸精度，又要保證BC間的尺寸精度，因此3個孔距中，關(guān)于C孔加工的尺寸精度最難保證。

圖2 軸承孔距幾何模型

用立式金剛鏜床精鏜C孔時，需要確定PC和AP或BP的尺寸及公差（P點為垂足），從而間接保證CA和CB尺寸公差。

運用余弦定理計算AP、BP和PC值：BC2＝AC2＋AB2－2×AC×AB×cos∠BAC，AC2＝BC2＋AB2－2×BC×AB×cos∠ABC。將圖2中數(shù)據(jù)帶入可得cos∠BAC≈0.667，cos∠ABC≈0.754。通過三角關(guān)系換算得到sin∠BAC＝0.745，sin∠ABC＝0.656，則基本尺寸B P＝B C×c o s∠A B C≈112.39m m，A P＝A C×c o s ∠B A C≈8 7.6 1 m m，P C＝BC×sin∠ABC≈97.81mm。若要保證AC和BC線性尺寸公差，必須保證尺寸AC和BC水平方向尺寸公差及豎直方向尺寸公差。

需要保證的水平方向尺寸公差為：TBP/2＝TBC/2×cos∠ABC＝0.034×0.754≈0.026mm，TPA/2＝TAC/2×cos∠BAC＝0.032×0.667≈0.021mm。

需要保證的豎直方向公差為：TPC/2 ＝TAC/2×s i n∠B A C＝0.032×0.745≈0.023m m（舍 棄），TPC/2 ＝TBC/2×s i n ∠A B C＝0.034×0.656≈0.022mm。

此時C孔有兩種加工方案，一種是以B孔為尺寸基準加工C孔，另一種是以A孔為尺寸基準加工C孔。加工方案不同，會影響C孔水平方向尺寸公差，對豎直方向尺寸公差沒有影響，因此需要分別討論關(guān)于C孔水平方向尺寸公差的問題。

（1）方案一 以B孔為尺寸基準加工C孔，工藝尺寸鏈分析如圖3所示，AB和BP是直接加工得到的尺寸，其中BP的公差需要計算求得。而AP的尺寸（87.61±0.021）mm是需要間接保證的尺寸，因此判斷AP尺寸為封閉環(huán)，除AP外的尺寸為組成環(huán)。判斷BP尺寸為減環(huán)，AB尺寸為增環(huán)。封閉環(huán)和組成環(huán)上偏差用ES表示，下偏差用EI表示，則關(guān)于BP尺寸公差的計算公式為：ESAP＝ESAB－EIBP，帶入數(shù)據(jù)，得EIBP＝－0.06mm；EIAP＝EIAB－ESBP，帶入數(shù)據(jù)，得ESBP＝0.06mm。

圖3 方案一尺寸鏈公差示意

以B孔為尺寸基準加工C孔時，需要調(diào)整水平方向尺寸公差BP＝（112.39±0.06）mm，豎直方向尺寸公差PC＝（97.81±0.022）mm。

（2）方案二 以A孔為基準加工C孔，工藝尺寸鏈分析如圖4所示，與方案一不同之處在于間接尺寸變?yōu)锽P，尺寸公差為封閉環(huán)，除BP外的尺寸為組成環(huán)。AP之間的尺寸公差為直接尺寸公差，是需要計算的公差，在這里AB尺寸為增環(huán)，AP尺寸為減環(huán)，則關(guān)于AP尺寸及公差的計算公式為：ESBP＝ESAB－EIAP，帶入數(shù)據(jù)，得EIAP＝－0.011mm；EIBP＝EIAB－ESAP，帶入數(shù)據(jù)，得ESAP＝0.011mm。

以A孔為基準加工C孔時，需要調(diào)整水平方向尺寸公差A(yù)P＝（87.61±0.011）mm，豎直方向尺寸公差PC＝（97.81±0.022）mm。

圖4 方案二尺寸鏈公差示意

4 最優(yōu)方案的選定

綜上所述，可得出方案二比方案一好，在量產(chǎn)過程中，方案二對于控制BC和AC尺寸公差比較容易，因此選定以A孔為基準加工C孔的方案。

5 結(jié)束語

A、B和C這3個孔的中心距離中，AB尺寸精度較高，但是用金剛鏜床加工是可以保證的。初步觀察C孔關(guān)于AC和BC尺寸公差差別不大，尺寸精度等級并不算高，感覺加工起來很容易，以A孔為基準加工C孔與以B孔為基準加工C孔沒什么區(qū)別，容易疏忽當中的差別，具有一定的迷惑性?？墒钱敺謨煞N情況對關(guān)于C孔水平方向工藝尺寸鏈進行計算與分析后，得出的結(jié)果差別很大。以此判斷認為，以B孔為基準加工C孔時，AC的尺寸精度在量產(chǎn)中無法得到保證。為今后遇到這種3個孔距間有尺寸公差的問題，提供了解決方案和經(jīng)驗。

專家點評

本例中3個軸承孔距的尺寸公差都比較嚴格，其中1個孔需要間接保證，具有一定的迷惑性，容易疏忽其中的差別，實際加工中需要兼顧基準統(tǒng)一原則。文章重點介紹了如何運用工藝尺寸鏈的計算來保證3個軸承孔中心距離公差的方法，為此類零件的精密加工提供了解決方案。

細致入微是本文的一大特色，對于孔距尺寸鏈的分析與計算，體現(xiàn)了作者敏銳的觀察能力，能夠切中要害，詳盡而全面，具有很好的說服力。