薄壁類殼體零件加工精度問題分析及解決方案

高文敏，梁迪，張顯文

紐威數控裝備（蘇州）股份有限公司 江蘇蘇州 215153

1 序言

薄壁類變速器殼體零件，由于其結構特點，在加工中易受加工工藝、環境及設備條件等多方面因素的影響，導致此類零件的尺寸精度和幾何公差不易保證，加工難度高，批量加工的穩定性差，因此需要從多方面進行分析，制定相應的解決方案。

2 零件的加工精度

加工一種薄壁類變速器殼體零件，毛坯先在機床上進行半成品面和部分孔的粗加工，半成品零件如圖1所示。在立式加工中心上進行精度要求高的孔和面的精加工，零件的裝夾如圖2所示，成品零件如圖3所示。孔的尺寸公差等級達IT7級，孔距尺寸的公差等級達IT5～IT6級。

圖1 半成品零件

圖2 零件的裝夾

圖3 成品零件

成品零件檢測時，孔徑的尺寸公差基本都能達到或優于圖樣的公差等級要求，但是孔間距的尺寸精度有超差情況，且超差情況不一致、不穩定。

3 機床精度的復檢

在檢查時發現，機床未按設備地基圖施工[1]，機床未落到地基孔里，未進行灌膠固定，于是對機床的精度進行復檢，結果見表1，機床水平精度和幾何精度均有變化[2]，且超過合格證要求。

表1 機床精度復檢結果

解決方案：恢復機床的水平精度和幾何精度，使其達到出廠狀態。機床精度恢復數據見表2。

表2 機床精度恢復數據

4 零件的加工和檢測

4.1 問題分析

在工件的試切、檢測和對數據的統計分析過程中發現，工件在不同的檢測條件下三坐標復檢，前后數據變化較大。

4.2 統計分析

在前期的試切和檢測過程中，由于受三坐標檢測條件的影響，機床試切的工件不能及時安排檢測，發現不同批次前后檢測數據波動較大，造成超差情況，隨后在不同檢測條件下對工件進行復檢，發現前后數據變化較大，具體如下。

1）檢測條件一：恒溫前后對比。當天加工完送三坐標檢測的數據，與在車間放置一夜后，第二天送三坐標檢測，且放置了3h恒溫后的復檢數據對比發現，數據變化較大，工件上不同結構位置的尺寸變化的方向并無一定的規律可循，有尺寸變大的＋0.0297mm，也有尺寸變小的-0.0213mm。

2）檢測條件二：環境大幅降溫，零件未進行恒溫前后對比。當天加工完送三坐標檢測的數據，與在車間放置一夜后，第二天送三坐標檢測，但未能恒溫即復檢的數據對比發現，當天降溫達10℃，且未恒溫的數據變化更大，有尺寸變大的＋0.0286mm，也有尺寸變小的-0.0501mm。

而且與檢測條件一恒溫后檢測的數據相比，恒溫檢測時，向尺寸加大方向變大＋0.0297m m的685.08mm尺寸，環境大幅降溫且未恒溫檢測時，卻向尺寸減小方向變小了-0.0501m m，相差達0.0798mm；恒溫檢測時，向尺寸減小方向變小了-0.0213mm的206.332mm尺寸，環境大幅降溫且未恒溫檢測時，卻向尺寸加大方向變大了＋0.0286mm，相差達0.0499mm。

4.3 結論

從數據對比分析得出，工件受以下3方面的影響：①工件受內應力變形影響。②工件受溫度變化的影響。③工件受檢測條件不一致影響。

4.4 處理方案

針對3方面影響因素的處理方案如下。

（1）減小工件內應力影響的處理方案 改進加工工藝路線，盡量把加工內應力較大的工序提前，要求較高的精加工工序盡量靠后[3]，使加工內應力得以提前釋放，以減少內應力變形的影響[4]。改進前后加工工藝路線對比如下。

1）改進前：10銑面（銑大平面，銑φ136H7孔端面）→20銑面（銑φ100K7孔底面）→30鏜孔（粗鏜φ100K7孔留量）→40鏜孔（粗鏜2個φ90K7孔留量）→50銑面（銑2個φ90K7孔端面，銑φ100K7孔端面）→60倒角（φ136H7、φ100K7和φ90K7孔口倒角）→70鉆孔（鉆各孔及螺紋底孔）→80擴各孔→90倒角（孔口倒角）→100鏜孔（精鏜2個φ90K7孔）→110鏜孔（精鏜φ100K7孔，精鏜φ25H9孔）→120鏜孔（粗鏜φ136H7孔留量）→130鏜孔（精鏜φ136H7孔留量）→140擴孔（擴2個φ10H7孔留量）→150擴孔（擴2個φ15H7孔留量）→160鉸孔（鉸2個φ10H7孔）→170鉸孔（鉸2個φ15H7孔）→180攻螺紋（各螺紋孔攻螺紋）。

2）改進后：10銑面（銑大平面，銑φ136H7孔端面）→20銑面（銑φ100K7孔底面）→30鏜孔（粗鏜φ100K7孔留量）→40鏜孔（粗鏜2個φ90K7孔留量）→50鏜孔（粗鏜φ136H7孔留量）→60銑面（銑2個φ90K7孔端面，銑φ100K7孔端面）→70倒角（φ136H7、φ100K7和φ90K7孔口倒角）→80鉆孔（鉆各孔及螺紋底孔）→90擴各孔→100倒角（孔口倒角）→110攻螺紋（各螺紋孔攻螺紋）→120鏜孔（精鏜2個φ90K7孔）→130鏜孔（精鏜φ100K7孔，精鏜φ25H9孔）→140鏜孔（精鏜φ136H7孔留量）→150擴孔（擴2個φ10H7孔留量）→160擴孔（擴2個φ15H7孔留量）→170鉸孔（鉸2個φ10H7孔）→180鉸孔（鉸2個φ15H7孔）。

（2）減少溫度變化影響的處理方案 零件加工完成后，在三坐標測量房間恒溫3h后檢測[5]。

（3）減少檢測條件不一致影響的處理方案 除統一恒溫時間外，在三坐標檢測時，采用編程自動檢測方法，避免為節省時間而使用手工采點的檢測方法。

5 工藝改進效果

工藝改進后，進行批量加工和檢測，每天左側和右側工位各3組，試切了2天，共加工12件殼體零件，從統計結果看，零件尺寸精度及精度穩定性滿足要求，尺寸的最大波動也在所要求的公差帶內。

6 結束語

針對薄壁類變速器殼體零件的加工，總結出以下經驗。

1）機床自身方面，嚴格按地基圖要求施工，保證地基強度，確保機床精度的穩定性，同時機床的運動水平精度和幾何精度調整得越高越好。

2）加工工藝方面，合理有效地控制毛坯鑄造階段的內應力，應做去應力退火處理，減少和消除鑄件的內應力，穩定尺寸，減小變形；合理安排工藝路線，粗、精加工分開進行，工序中間增加時效處理，如振動時效，使加工內應力快速釋放，減少應力變形。

3）環境因素及檢測條件方面，因工件受環境溫度變化影響較大，所以應盡量在恒溫車間加工；加工前進行開機預熱，首件調試需要參考三坐標檢測結果時，盡量保證前后檢測條件一致。

專家點評

本例中的薄壁類殼體零件，精加工階段受到工藝條件、環境溫度和設備精度等多方面因素影響，存在孔間距尺寸超差和加工精度穩定性差的問題。

文章結構完整，論點突出，視角獨特，洞察力強。根據零件的結構特點和加工誤差狀況，全面分析加工過程中潛在的問題和應力變形隱患，并制定合理的解決方案。通過檢查機床精度、改進加工工藝及優化檢測方法等措施，提高了零件的加工精度。