0 前言

     箱体是机器的基础零件，它将机器和部件中的轴、齿轮等有关零件连接成一个整体，并保持正确的相互位置，以传递转矩或改变转速来完成规定的运动。因此箱体的加工质量直接影响机器的工作精度、使用性能和寿命。一般箱体类零件结构复杂，有内腔，体积较大，壁薄且不均匀；箱体类零件上需要加工的表面很多，有精度较高的孔和平面以及紧固螺纹孔。而加工中心是一种功能很强大的综合性机床，可以通过一次装夹实现多方位、多表面的加工，所以使用加工中心加工箱体类零件既能最大限度地发挥机床的性能，又能保证箱体零件各加工表面间的精度要求。

1 加工中心简介

     加工中心是由机械设备与数控系统组成的用于加工复杂形状工件的高效率自动化机床。加工中心备有刀具库，具有自动换刀功能，是对工件一次装夹后进行多工序加工的数控机床。加工中心是高度机电一体化的产品，工件装夹后，数控系统能控制机床按不同工序自动选择、更换刀具，自动对刀，自动改变主轴转速、进给量等，可连续完成钻、镗、铣、铰、攻丝等多种工序，因而大大减少了工件的装夹、测量和机床调整等辅助工序时间，且在自动加工中能排除许多人为因素的影响，加工质量好且稳定、生产率高。对加工形状比较复杂、精度要求较高的零件具有良好的经济效果。

2 箱体零件加工的定位夹紧分析

     箱体类零件结构复杂，加工表面多，在加工中心上加工既要考虑工序长，一次定位装夹需加工多个表面，还要能适应零件粗加工时切削力、夹紧力大以及精加工时定位精度高的要求，同时还要考虑刀具与夹具的干涉碰撞以及夹具和程序间的对应关系。在确定定位装夹方案时要注意：（1）尽量选择工序基准为定位基准，以减小定位误差，提高加工精度；（2）尽可能选择一个定位基准，完成所有能够加工的表面， 以减少工件的装夹次数， 缩短辅助时间；（3） 尽量选择一个大而平的表面作为定位基准，使定位稳定可靠；（4）在确定夹紧方案时，尽量采用联动夹紧，使工件受力均匀，以减小受力变形；（5）要求装卸工件方便， 缩短装夹工件的辅助时间以提高生产效率；（6） 对工件基准点不方便测定的工件，应在夹具上设置找正面，把编程原点设置在夹具上。综上所述， 箱体类零件的底平面是装配基准，选择底面为定位基准，满足基准重合原则。故箱体类零件加工一般采用“一面两孔”定位（在这里需要指出的是，如果工件上没有用于定位的两孔，可以先加工出2 个工艺孔，待工件加工完成后根据情况处理），其定位方案如图1 所示。图1 中支承板6 限制了3 个自由度（z，x，y），圆柱销7 限制了2 个自由度（x，y），削边销5 限制了一个自由度（z），工件实现了完全定位，符合定位要求。而且工件在空间的位置唯一确定，方便加工过程中对刀。

     使用这种定位方式应该注意：（1）用于定位的平面应该大而且平， 这样才能实现稳定的定位；（2）两孔之间的距离应尽可能地大，可减小定位误差；（3）菱形销应在两销连线的方向削边，否则会出现过定位和欠定位。

     工件在加工中心上的装夹常用螺栓压板装夹和平口钳装夹。而螺栓压板装夹速度较慢，劳动强度大，生产率低；平口钳装夹适用于形状比较规则的小型工件。这2 种装夹方式对于形状复杂的箱体类零件，一般都不太适用。结合前面的定位方式分析，箱体类零件可以采用如图1 所示的联动夹紧机构。

     该夹紧机构虽然也采用的是螺栓压板式的装夹方式， 但由于是联动夹紧， 只要拧紧夹紧螺母4就可以使工件的2 个夹紧点处同时得到夹紧力，简化夹紧动作，同时使工件受力均匀，减小变形。在实际中，可以根据工件的大小、批量而设计成气动夹紧等自动夹紧方式。另外，压板的具体结构形式，应根据工件的结构而定，这里只是通过图1 说明联动

夹紧的工作原理及其特点。

3 刀具的选择

     3．1 刀具的基本要求

     加工中心用刀具的基本要求：（1） 刀具应有较高的刚性，在加工中心上加工刀具的长度应在满足使用要求的前提下尽可能短；（2）重复定位精度高，同一把刀具多次装入加工中心主轴锥孔时，切削刃的位置应重复不变；（3）切削刃相对于主轴的一个固定点的轴向和径向位置，应能以快速简单的方法准确地预调到一个固定的几何尺寸。

     3．2 加工平面用刀具

    加工平面用的刀具可以根据平面的大小，加工阶段及被加工材料等因素加以选择：（1）面积较大的平面加工采用面铣刀，主偏角Kr=90°的面铣刀还可以加工小台阶，粗齿铣刀用于粗加工；细齿铣刀用于平稳条件的铣削加工；密齿铣刀用于薄壁铸铁件的加工；（2）面积较小的平面选用螺旋齿立铣刀，这样可以增加切削平稳性，提高加工精度。选择切削刃过端面的立铣刀，端面刃还可用来加工与侧面相垂直的底平面。

    3．3 加工孔用刀具

     箱体类零件上通常有很多类型的孔， 如螺纹孔、定位销孔及轴承孔等。对于尺寸较小的孔，可根据精度要求选用钻头、扩孔刀、铰刀等去加工。而对于精度要求高的轴承孔的精加工应选用精镗微调镗刀。这种镗刀的径向尺寸可以在一定范围内进行微调，调节方便，且精度高，其结构如图2 所示。

     调整尺寸时，先松开拉紧螺钉4，然后转动带刻度盘的调整螺母5，待调至所需尺寸时，再拧紧螺钉4。使用时应保证锥面的接触面积，而且与直孔部分同心。导向块与键槽配合间隙不能太大，否则微调时就不能达到较高的精度。

    刀片的材质应根据零件材料确定，包括硬质合金(涂层)、CBN、PCD、陶瓷和粉末冶金高速钢等。

4 切削用量的确定

     切削用量是加工中的重要参数，切削用量的选择会直接影响加工精度、表面粗糙度、加工生产率、刀具耐用度等。切削用量的选择，粗加工时应尽量保证较高的生产率； 而在半精加工和精加工中，应保证有高的加工精度和低的表面粗糙度值。选择原则及确定顺序如下：

    （1）切削深度ap

     根据工件的材料及工艺系统的刚度来决定。切削深度主要影响生产率，同时还会影响切削力和切削热等。在加工中心工艺系统刚度允许的条件下，尽可选取大的切削深度以提高生产率。为了保证零件的加工精度和表面粗糙度，一般留一定的余量进行精加工，其余余量尽量在粗加工中一次切去；

     （2）进给量f 进给量主要会影响加工表面的

     粗糙度值及生产率， 对切削力和切削热的影响较小。因此进给量应根据加工精度、表面粗糙度、工件材料等选择。确定切削深度之后，粗加工中应选择尽可能大的进给量进行加工，以保证有较高的生产率，而在精加工中则应以加工精度和表面粗糙度值作为选择进给量的依据；

     （3）切削速度v 切削速度主要会影响刀具的耐用度。切削速度越高，产生的切削热越多，刀具的耐用度会降低。另外在选择时还要注意与切削深度和进给量相适应，以防止机床过载。

     综上所述， 一般在粗加工时选择大的切削深度， 较大的进给量和较小的切削速度进行切削，而在精加工中则选择小的切削深度、小的进给量和大的切削速度加工。

5 结语

      在加工中心上加工时除了前面所提到的定位夹紧方案的确定、刀具的选择、切削用量的确定之外，还要注意：加工中心加工工序与普通机床加工工序的衔接；夹具与机床各部分的干涉等问题。另外，加工过程导致加工误差的因素是多方面的，一些参数的选择要结合实际的工艺条件，在不断的尝试、总结中积累工艺数据，不断去完善，逐步优化合理。