普通铣床加工立式轴承座浅析

张朝刚，曾 亦，叶俊吉，徐志杰 侍中楼

（江汉大学工程训练中心，湖北武汉 430056）

0 引言

轴承座能够支撑轴承并固定轴承外圈，具有安装拆卸方便等优点。大型机械如轧机中的支撑辊轴承座主要工作在高温、高强度冲击的环境下，一般通过铸造制造。普通的小型轴承座主要起支撑轴防止轴径向移动和轴向窜动的作用，通常工作在小载荷无冲击的情况下，一般通过铸造制造。本文研究的这种立式轴承座工作在受较大弯矩（弯矩约70 N·m）的环境中，这种立式轴承座一般安装在横梁或凸台上，其下方槽需要卡在凸台或横梁上，上方需要与轴配合，故上方孔的形状精度、尺寸精度、位置精度和表面质量要求较高，下方槽的位置精度和表面质量要求较高。6061 铝合金加工性能好，成本低且具有一定强度（抗拉强度276 MPa，屈服强度310 MPa），故拟用6061 铝合金做毛坯，用立式铣床X5032 加工。

1 加工工艺

1.1 图样分析及加工策略

由零件图可以看出（图1）：立式轴承座材料为铝6061，加工平面较多，加工要素多，加工较为复杂；除去直径为30 mm 的孔内壁和上方下方槽的内壁外，零件表面的表面粗糙度为6.3，拟采用粗铣、半精铣；上方槽内壁对于中心线的对称度为0.02 mm，对于基准B 的垂直度为0.02 mm，表面粗糙度为1.6，加工拟采用粗铣、精铣；下方槽对于中心线的对称度为0.02 mm，对于基准B 的垂直度0.04 mm，加工拟采用粗铣、精铣，直径为36 mm 的孔无精度要求，可以直接钻孔；直径30 mm的孔圆度为0.006，两孔同轴度为Φ0.015，孔内壁表面粗糙度为1.6，由于其加工需要去除的材料多，精度要求高，为降低加工难度和提高加工精度，加工孔拟采用3 次钻孔，第一次钻直径15 mm，第二次钻孔直径28 mm，第三次扩孔至29.8 mm，然后粗铰至29.95 mm，精铰至直径30 mm。铣4 个侧面时，第一面铣后，工件转90°将已加工表面靠在固定钳口一侧，重新夹固零件，以第一面为基准铣第二面，以第一面和第二面为基准铣第三面，然后以3 个面为基准铣第四面，可保证平面之间的垂直度要求。

图1 立式轴承座零件

加工完4 个侧面和上下面后可用直角尺检验垂直度。

1.2 加工难点及解决方案

立式轴承座的加工难点如表1。

表1 难点问题及原因分析

1.2.1 工序的安排

在零件图中，立式轴承座上方直径30 mm 孔的精度要求较高，孔的壁厚较薄，若先铣出上方槽再钻孔，会使孔发生变形，达不到精度要求，所以应先钻孔后铣槽（图1）。加工立式轴承座下方槽口时，由于槽口的厚度较薄，故应先铣出槽口再铣下方槽。下方槽尺寸较大，而且精度要求高，壁厚也较薄，若太早加工，容易发生变形，不能保证精度，故应在加工好上方槽之后再加工下方槽。加工30 mm 孔时需要进行精对刀以保证孔的位置精度。常用的对刀方法有试切法、贴纸法、对刀块对刀法等。试切法一般用于粗对刀；对刀块对刀法需要用到对刀块，操作较为复杂，故选用贴纸法对刀。

机械加工先后顺序安排一般遵循以下原则：①先加工定位基面，再加工其他表面；②先加工主要表面，后加工次要表面；③先粗加工后精加工；④先加工面后加工孔。单边留出5 mm 的加工余量，故选用150 mm×118 mm×250 mm 毛坯。综合以上原则，应先铣出基准面，即将毛坯粗铣半精铣至140 mm×108 mm×240 mm，然后粗铣半精铣出上方凸台形状，然后铣下方槽口，钻零件图（图1）上两个孔，然后粗铣半精铣上方槽，粗铣精铣下方槽，最后粗铰、精铰零件图（图1）上直径为30 mm 的孔。为减少加工工序和减少装夹次数，可以在铣基准面的同时铣出上方凸台的端面、铣槽口、钻孔。为减少换刀次数，可选用直径为75 mm的立铣刀铣基准面和上方凸台。

1.2.2 顺铣和逆铣的选择

采用顺铣还是逆铣是影响工件的表面粗糙度和刀具寿命的重要因素之一，为保证工件精度和刀具寿命，合理选择顺铣和逆铣是非常有必要的。顺铣加工的工件表面粗糙度比逆铣加工小，刀具寿命比逆铣长，但是顺铣会受到较大冲击。经查找《实用切削手册》，粗铣上方槽拟用直径为36 mm 的直柄立铣刀，切削深度为12 mm，每齿进给量为0.1 mm，铣削速度为180 m/min。粗铣对表面粗糙度要求低，切削深度大，进给量大，宜选用逆铣加工。在精铣上方槽时，需要切除的余量少，要求保证工件的表面粗糙度和尺寸精度，宜选用顺铣加工。铣下方槽时同理，粗铣采用逆铣，精铣采用顺铣。

1.3 工艺过程

表2 为自行拟定的工艺过程，仅供参考。

表2 工艺过程

2 铣削力的计算

铣上方槽时铣削刀具用直径为36 mm 的直柄立铣刀，材料是高速钢，齿数为4，粗铣平面时铣削力是最大的，由经验式（1）计算铣削力。

式中 P——切削力，N

ap——背吃刀量，mm

af——每齿进给量，mm

D——铣刀直径，mm

Z——铣刀齿数，个

aw——铣削宽度，mm

Cp——在用高速钢铣刀铣削时，考虑工件材料及铣刀类型的系数

背吃刀量根据加工余量确定。粗加工时，只要机床功率许可，粗加工余量应尽可能在一次走刀中全部切除，故选择背吃刀量ap=12 mm。查表查得直径为36 mm 的直柄立铣刀齿数Z 为4，系数Cp=17。铣削宽度aw=36 mm，铣刀直径D=36 mm，af=0.1 mm。带入式（1）算得P=1813.3 N。

3 夹紧力的计算

查表得夹紧力计算经验公式为FJ=KP，取安全系数K=2.5。带入算得FJ=4533.25 N。经查JB/T 2329—2011 得规格为400的机用平口虎钳的许用夹紧力为50 kN，故应选择规格为400的机用平口虎钳。

4 结语

本文对立式轴承座的加工工艺和加工难点及所需装夹的平口虎钳规格进行了选择。文中立式轴承座加工难点包括工序安排及顺铣逆铣的选择，已给出了解决方案，对类似轴承座的加工工作有积极借鉴和参考意义。

基金资助：湖北省大学生创新项目“种新型的助老功能床”（2020zd137）成果。