单体液压支柱油缸加工工艺、夹具及深孔浮动镗刀设计.doc

理工科类本科生毕业设计（论文）开题报告论文(设计)题目单体液压支柱油缸加工工艺、夹具及深孔浮动镗刀设计作者所在系别机械工程作者所在专业机械设计制造及其自动化作者所在班级 作 者 姓 名 作 者 学 号3指导教师姓名 指导教师职称 教授完 成 时 间2 年 月 毕业设计(论文)开题报告学生姓名 专 业机械设计制造及其自动化班 级 指导教师姓名 职 称 教授工作单位 课题来源教师自拟课题课题性质应用设计课题名称单体液压支柱油缸加工工艺、夹具及深孔浮动镗刀设计本设计的科学依据（科学意义和应用前景，国内外研究概况，目前技术现状、水平和发展趋势等）随着液压行业的飞速发展和市场需求量的增加，液压缸作为液压系统的主要执行元件，它的需求量日益增多。液压缸的质量好坏和加工效率高低，直接影响液压缸的使用寿命和生产效率。因此液压缸的加工工艺十分重要。国内现状： 国内液压缸缸体的内孔加工，主要采用热扎无缝管材的镗削工艺和冷拔无缝管材的珩磨工艺。热扎工艺过程为：粗镗精镗浮镗滚压（简称“三镗一滚”）。共四道工序。每道工序都要更换一种刀具，更换过程复杂，人工劳动强度大，整个过程金属去处率高，加工效率低。加工质量受刀具和工人技术熟练程度影响。因此，加工质量不稳定。选用冷拔管材制造液压缸体，同时采用珩磨工艺。这种工艺方法去除率低，加工效率高。但由于采用砂条强力珩磨，内孔表面残留螺旋网纹状刀痕；表面粗糙度之达Ra0.4m左右；而且砂条上的磨粒嵌入缸体内壁，给清洁带来不便；另外由于冷拔技术不够完善，常会造成珩磨后内孔变形。因此，这种加工工艺目前尚未推广。国外现状：目前，国外一些液压缸生产厂家的缸体大多采用冷拔管材的珩磨工艺及一种新型的加工工艺刮削辊光加工工艺。其突出特点是：内孔的一次走刀成形，最大加工余量可达8-15mm,最小加工余量0.3mm,粗镗、浮镗、滚压集成一体，粗镗刀（与刀体刚性连接）担负大部分金属的切削，留浮镗余量0.5-1.0mm；浮镗刀在高压油的作用下涨开进行浮镗。这种方法加工效率高，成本低，加工表面质量好。1设计内容和预期成果（具体设计内容和重点解决的技术问题、预期成果和提供的形式）总体设计要求及技术要点：一、总体设计要求1、明确和掌握深孔加工的特点和难点。2、加工工艺、夹具设计基本正确合理。3、浮动镗刀设计正确，可用于生产实际，并能满足产品设计要求。二、技术要点1、消化图纸，进行工艺方案的拟定。2、找出深孔加工的难点，确定深孔加工的方案。3、确定深孔镗刀的最佳几何角度与尺寸以及镗刀杆的设计 4、确定排屑方式。工作内容及最终成果：一、工作内容1、进行课题调研，完成开题、外文资料翻译、文献综述；2、进行理论分析，完成加工工艺过程的方案设计；3、进行主要夹具设计，保证工件的加工之需。4、进行浮动镗刀装置的设计。5、设计刀体，正确确定刀具角度参数并合理确定粗、精镗切削用量。二、最终成果1、编制工件加工工艺规程。2、主要夹具设计图纸。3、浮动镗刀结构设计图及刀体设计图。4、毕业论文拟采取设计方法和技术支持（设计方案、技术要求、实验方法和步骤、可能遇到的问题和解决办法等）工艺路线：油缸的“滚镗一体化”的精加工中存在“缸偏和缸扁”的质量问题，应用新的工艺方法“下料-热处理-校直-车-镗滚-车-洗-电镀”解决。存在问题：液压缸在低速运动时会产生爬行现象，这种现象直接影响液压系统的工作稳定性，产生该现象的主要原因有：缸筒内径圆柱度超差，液压缸运动件之间间隙过大，活塞杆刚性差、泄露。经镗滚加工后，松开夹持装备则偏心应力消除，缸体由于塑性恢复原状。这也造成油缸的“偏、扁”现象。所以夹紧装置和夹紧力对油缸的加工质量也有很大的影响。2实现本项目预期目标和已具备的条件（包括过去学习、研究工作基础，现有主要仪器设备、设计环境及协作条件等）预期目标：1.编制出实用的工艺文件2、进行理论分析，完成加工工艺过程的方案设计；3、进行主要夹具设计，保证工件的加工之需。4、进行浮动镗刀装置的设计。5、设计刀体，正确确定刀具角度参数并合理确定粗、精镗切削用量。工作环境及技术条件：工作环境：深孔镗床技术条件： 1、保持孔尺寸； 2、保持880mm不直度； 3、保持880mm圆柱度0.07；各环节拟定阶段性工作进度(以周为单位)时间进度安排：第七学期第10周第13周：查阅资料，撰写文献综述，外文资料翻译；第14周第16周：开题报告撰写、修改，完成开题。第八学期第1周第3周：理论分析，工艺方案可行性评价，方案确定；第4周第12周：工艺流程设计，工艺文件编制，工装设计，工装使用说明书撰写；第13周第16周：毕业论文撰写，毕业答辩。3开 题 报 告 审 定 纪 要时 间地点主持人参会教师姓 名职 务（职 称）姓 名职 务（职 称）论证情况摘要 记录人：指导教师意见指导教师签名： 年 月 日教研室意见教研室主任签名： 年 月 日4密 级分类号编 号成 绩 本科生毕业设计 (论文)外 文 翻 译原 文 标 题Basic Machining OperationsTurning ,Boring and Milling译 文 标 题基本的加工工序切削 镗削和铣削作者所在系别机械工程系作者所在专业机械设计制造及其自动化作者所在班级 作 者 姓 名 作 者 学 号 指导教师姓名 指导教师职称 教授完 成 时 间 日 译文标题基本的加工工序切削 镗削和铣削原文标题Basic Machining OperationsTurning ,Boring and Milling 作 者B.W.Nile译 名本.沃.聂迩国 籍加拿大原文出处Modern Manufacturing Process Engineering 译文：基本的加工工序切削 镗削和铣削基本的加工工序机床是从早期的埃及人的脚踏动力车床和约翰威尔金森的镗床发展而来。它们用于为工件和刀具两者提供刚性支撑并且可以精确控制它们的相对位置和相对速度。基本上讲，在金属切削中一个磨尖的楔形工具以紧凑螺纹形的切屑形式从有韧性工件表面上去除一条很窄的金属。切屑是废弃的产品，与其工件相比，它相当短但是比未切屑的部分厚度有相对的增加。机器表面的几何形状取决于刀具的形状以及加工过程中刀具的路径。 大多数加工工序生产出不同几何形状的部件。如果一个粗糙的柱形工件绕中心轴旋转而且刀具穿透工件表面并沿与旋转中心平行的方向前进，就会产生一个旋转面，这道工序叫车削。如果以类似的方式加工一根空心管的内部，则这道工序就叫镗削。制造一个直径均匀变化的锥形外表面叫做锥体车削。如果刀具尖端以一条半径可变的路径前进，就可以制造出象保龄球杆那种仿形表面；如果工件足够短而且支撑具有足够的刚性，仿形表面可以通过进给一个垂直于旋转轴的仿形刀具来制造。短的锥面或柱面也可以仿形切削。常常需要的是平坦的或平的表面。它们可以通过径向车削或端面端面车削来完成，其中刀具尖端沿垂直与旋转轴的方向运动。在其他情况下，更方便的是固定工件不动，以一系列直线方式往复运动刀具横过工件，在每次切削行程前具有一定横向进给量。这种龙门刨削，和牛头刨削是在刨窗上进行的。大一些的工件很容易保持刀具固定不动，而像龙门刨削那样在其下面拉动工件，再每次往复进给刀具。仿形面可以通过使用仿形刀具来制造。也可以使用多刃刀具。钻削使用两刃刀具，空深可达钻头直径的5-10倍。不管是钻头转动还是工件转动，切削刃与工件之间的相对运动是一个重要因素。在铣削作业中，有许多切削刃的旋转铣刀与工件相接合，这种工件相对铣刀运动缓慢。根据铣刀的几何形状和进给的方式，可以加工出平面和仿形面。可以使用水平或垂直旋转轴，工件可以沿三个坐标方向中的任意一个进给。基本的机床机床用于以切屑的形式从韧性材料上去除金属来加工特殊几何形状和精密尺寸的部件。切屑是废品，其变化形状从像钢这样的韧性材料的长的连续带状屑到铸铁形成的易于处理、彻底断掉的切屑，从处理的观点来讲，不想要长的连续带状屑。机床完成5种基本的金属切削工艺：车削、刨削、钻削、铣削和磨削。其他所有金属切削工艺都是这5种基本工艺的变形。例如：镗削是内部车削；铰削、锥体车削和平底锪孔则修改钻孔，与钻削有关；滚齿与切齿是基本铣削作业；弓锯削和拉削是铣削和磨削的一种形式；而研磨、超精加工、抛光和磨光是磨削和研磨切削作业的各种变化形式。因此，仅有4种使用专用可控几何形状的刀具基本机床：1. 车床，2. 刨床，3. 钻床，4. 铣床。磨削工艺形成碎屑，但是磨粒的几何形状不可控制。不同加工工艺切削的材料的两和速度却不相同。可能极大，如大型车削作业；或者极小，如磨削和超精加工作业，只有表面高出的点被去除。机床完成3种主要功能：1. 刚性支撑工件或工件夹具以及切削刀具；2. 提供工件与切削刀具之间的相对运动；3. 提供了一定范围的速度进给，通常每种4-32种选择。加工中的速度和进给切削速度、进给和切深是经济加工的3个主要变量，其他变量还有工件和工具材料、冷却剂以及切削刀具的几何形状。金属切削的速率和加工所需的功率就决定于这些变量。切割深度、进给和切削速率是任何金属切削作业中必须都建立的设置。它们都影响切削力、功率和对金属切削的速率。可以通过把它们与留声机的唱针和唱片相比较给出定义。切削速度（V）由任意时刻唱片表面相对于拾音器支臂内部的唱针的速度来表示；进给由唱针每圈径向向内的前进量或者由两个相邻槽的位置差来表示。切削的深度是唱针进入的量或者是槽的深度。切削 那些在外表面上用单刃刀具完成的工序叫车削。除钻削、铰削和锥体车削外，在内表面的作业也由单刃刀具完成。包括车削和镗削在内的所有加工工序都可以分为粗加工、精加工、和半精加工。粗加工工序的目的是尽可能迅速且高效地去除大量的材料，在工件上只留下少量的材料给精加工工序。精加工工序用以获得工件最终的大小、形状和表面光洁度。有时，在精加工工序前进行半精加工作业以便在工件上留下少的、预定的和均匀量的原材料供精加工去除。通常，较长的工件是在一个或两个车床顶尖的支撑下进行的。用于安装车床顶尖的锥形孔叫做顶尖孔，它是在工件的端部钻出的通常沿着柱形部件的轴心。与尾架邻近的工件端部总是由尾架顶尖支撑，而挨着主轴箱的一端则由主轴箱顶尖支撑或装在卡盘内。工件的主轴箱一端可以装在一个四爪卡盘或套爪卡盘内。这种方法牢固地夹持工件并且把功率平稳地传送到工件；由卡盘提供的额外支撑减少了车削作业时发生震动的倾向。如果仔细地将工件精确的固定在卡盘上，用这种方法将获得精密的结果。通过将工件支撑在两个顶尖之间可以获得非常精确的结果。一个车床夹头夹在工件上；然后由安装在主轴前端的拨盘一起带动。先加工工件的一端，然后可以在车床上将工件掉头加工另一端。工件上的顶尖孔是用作精确定位面以及承受工件重量和抵抗车削力的支撑面。在工件被拆下后，顶尖孔可以精确地将其装回机床。工件千万不要同时通过卡盘和顶尖安装在主轴箱一端。虽然这样似乎是一种快捷方法，但是这样做使得工件受力不均匀，顶尖的对正作用不能维持，而且爪的压力可能损坏顶尖孔、车床顶尖甚至车床主轴。几乎被独自用在大量生产工件上的补偿或浮动爪式卡盘是上述的一个例外。这些卡盘是自动偏心夹紧卡盘不能起到普通三爪或四爪卡盘同样的作用。直径非常大的工件虽然有时安装在两个顶尖上，但是最好用花盘爪把它们固定在主轴箱端以获得流畅的动力传输；此外，可以把它们制造成专用部件，但是一般没有提供足够大的车床夹头来传输动力。除非是安装在花盘上，花盘爪像卡盘爪，其主轴轴承上的外伸要比大卡盘上的也要少一些。镗削在车床上镗孔的目的是：1. 扩孔；2. 把孔加工到所需直径；3. 精确的为孔定位；4. 在孔内获得好的表面光洁度。当拖板纵向移动而工件绕车床的轴线旋转时，镗孔工具的运动平行于车床上的轴线。当两种运动结合起来镗孔时，就会与车床的旋转轴同心。通过把工件固定在车床上可以精确定位孔的位置以使待加工孔所环绕的轴与车床的旋转轴一致。当镗削工序与用于车削和刮削工序的供桌设置相同时，实际上可以达到理想的同心与垂直。镗孔工具固定在一根由拖板通过进给的镗杆上。根据待做的工作来使用这一设计的变化形式。如果有的话，所用的倒角总是应该小些。而且，镗孔工具前端的半径一定不能太大。用于镗孔的切削速度可以等于车削速度。但是，在计算车床主轴速度时，应当使用完成后的或最大的孔径。镗削的进刀速度通常比车削的小一点以补偿镗杆刚性的不足。镗削工序一般分两步完成，即粗镗和精镗。粗镗工序的目的是快速，高效地去除多余的金属；而精镗工序的目的是获得所需的尺寸、表面光洁度、和孔的位置。孔的尺寸通过使用试切来获得。孔的直径可以用内卡尺和为千分尺测量。测量仪表或内千分卡尺直接测量直径。型心孔和要钻的孔有时相对与车床的旋转是偏心的。当镗孔工具进入工件时，镗杆在孔的一边切口比一边深，当才用这深切口时就会更偏斜，结果镗的孔不与工件旋转同心。这一影响通过利用浅切口在整个孔加工中进行几次加工来纠正。因为每个浅切口使形成的孔比使用先切口形成的孔更加同心。在完工前，进行精加工，孔应该与工件的旋转同心以确保完工时孔会精确定位。肩，沟槽，轮廓， 锥度和螺纹也应该在孔内镗出。内槽是用与外部开槽工具相似的工具切削。镗削内槽的步骤非常类似于车削肩部的步骤。大的肩部使用前导装置定位的镗孔工具进行刮削，使用横向滑板进给工具。内部轮廓使用车床上的描摹附件加工。仿行板附件安装在横向滑板上，靠模指跟随标准剖面板的轮廓线运动。这使刀具对应于标准剖面样板的轮廓线的路径进行移动。这样标准剖面样板的轮廓就在孔内的得到复制。标准剖面样板精确安装在一个专用的滑板上，滑板可以在两个方向上进行精确调整以使刀具与工件以正确的关系对正。这台车床有一个偏心夹型的主轴前端，允许在任意一方向旋转时进行切削。正常的车削是在主轴逆时针转动时进行的；镗削切削是在主轴顺时针方向或“向后”转动时进行的。这允许在孔的“后侧”进行镗削切削，在车床前面，从操作者的位置易于看到后孔。在具有螺纹主轴前端的车床上不应这么做，因为切削力会旋松卡盘。铣削铣削是一种通过工件与多刃旋转铣刀间的相对运动去除材料的加工工艺。在一些应用中，工件固定而旋转的铣刀以一定进给速度移过工件（横过）；在其他应用中，工件与铣刀既彼此相对运动，又相对铣床运动。但是，更常见的是工件以一个相对较低的运动速度或进给速度朝正在高速旋转的铣刀前进，而铣刀轴保持在一个固定位置。铣削工艺特有的性能是每个铣刀齿都以小的单个切屑的形式切去一部分原料。可以在许多不同的机器上进行铣削作业。由于工件和铣刀都可以彼此相对运动，铣削可以独立的或以组合方式完成各式各样的作业。各种应用包括平面或仿行面，缝，槽，退刀槽，螺纹和其他外形的加工。铣削是一种最为通用而又复杂的加工方法。该工艺比任何其他基本加工方法在所用机器的种类，工件运动以及加工工具种类方面都具有更多的变化。利用铣削去除材料的重要优点包括原料切削速度高，能形成相对光滑的表面光洁度以及可应用的刀具更为多样。道具的切削刀刃可以仿行以形成任何复杂的表面。主要的铣削方法有周铣和端铣，此外，还有许多相关方法，他们属于这2种方法的变化形式，这些变化形式取决于工件或刀具的类型。周铣在周铣（有时也叫平面铣削）中，由位于铣刀主体外周上的尺或刀片铣削的面一般在一个与铣刀轴平行的平面上。使用铲齿铣刀和成形铣刀完成的铣削工序包括在这一类。铣削面的界面与所使用的铣刀或刀具组合的轮廓线或轮廓相符。周铣作业通常在带有水平定位主轴的铣床上进行。但也可以在带有端面铣刀的主轴铣床上进行。铣刀安装在心轴上，尤其是由于设置的条件，铣刀或者若干铣刀位于距主轴前端一定距离处时，心轴一般在外端得到支撑来提高刚性。如果部件可以端铣，一般不应进行周铣。端铣端铣在卧室铣床和立式铣床上进行。由位于铣刀外周和端面的切削刃联合铣削所形成的铣削面一般与铣刀轴成直角。除了在肩部铣削时外，铣削面是平的，与齿的轮廓形状无关。一般讲，无论何时何地，只要可能就应使用端铣。传统（上）端铣中铁屑厚度是变化的，在铣刀齿进入和退出处最薄，而在沿水平直径处最大。铣削面由齿和专署转速痕迹表现其特征，这与周铣铣刀情况相同。这些痕迹的起伏度由齿的端面切削刃的磨削 精度或由刀体/刀片在可以指标化的刀具内组合精度以及刀具安装精度来控制，以使刀具在主轴上精确运动。起伏度还有机器及工件本身的刚性来控制。当端面切削刃的长度短于每转的进给量（或铣刀每转一圈工件的移动量）时，在铣面上就会形成一系列的环形凹槽或环纹。当后齿在工件的铣面上拖动时，也会产生类似的标记。这叫齿根拖动。在端铣中，如果想获得最佳结果，重要的是选择铣刀具有适于所建议的切削宽度的直径。如果可能，应避免切削宽度等与铣刀外径，因为在齿的入口处，薄的铣屑界面会由于研磨加上铣屑有焊或粘到齿或刀片上并被带来带去或再次切削的趋向而导致齿的加速磨损。这对表面光洁度是有害的。好的铣刀直径与工件或提议的切削路线宽度之比是5：3。 Basic Machining OperationsTurning, Boring and MillingBasic Machining OperationsMachining tools have evolved from the early foot powered lathe Egyptians and John Wilkinsons boring mill. They are designed to provide rigid support for both the workpiece and the cutting tool and cutting tool and can precisely control their relative positions and the velocity of the tool with respect to the workpiece. Basically, in metal cutting, a sharpened wedge-shaped tool removes a rather narrow strip of metal from the surface of a ductile workpiece in the from of a severely deformed chip. The chip is waste product that is workpiece in the from of a severely deformed chip is a waste product that is considerably shorter than the workpiece from which it came but with a corresponding increase in thickness of the uncut chip. The geometrical shape of the machine surface depends on the shape of the tool and its path during the machining opration. Most machine operations produce parts of differing geometry. If a rough cylindrical workpiece revolves about a central axis and tool penetrates beneath its surface and travels parallel to the center of rotation, a surface of revolution is produced, and the operation is called turning. If a hollow tube is on the machined on the inside in a similar manner, the operation is called boring. Producing an external conical surface of uniformly varying diameter is called taper turning. If the tool point travels in a path of varying radius, a contoured surface like that of bowling pin can be produced; or, if the piece is short enough and the support is sufficiently rigid, a contoured surface could be produced by feeding a shaped tool normal to the axis of rotation. Short tapered or cylindrical surfaces could also be contour formed. Flat or plane surface are frequently required. They can be generated by radial turning or facing, in which the tool point moves normal to the axis of rotation. In other cases, it is more convenient to hole the workpiece steady and reciprocate the tool across , it is series of straight-line cuts with a crosswise feed increment before each cutting stroke. This operation is called planning and is carried out on a shaper. For larger pieces it is easier to keep the tool stationary and draw the workpiece under it as in planning. The tool is fed at each reciprocation. Contoured surfaces can be produced by using shaped tools. Multiple-edged tools can also be used. Drilling uses a twin-edged fluted tool for holes with depths up to 5 to 10 times the drill diameter. Whether the drill turns or the workpiece rotates, relative motion between the cutting edge and the workpiece is the important factor. In milling operations a rotary cutter with a number of cutting edges engages the workpiece, which moves slowly with respect to the cutter. Plane or contoured surfaces may be produced, depending on the geometry of the cutter and the type of feed. Horizontal or vertical axes of rotation may be used, and the feed of the work piece may be in any of the three coordinate directions.Basic Machine ToolsMachine tools are used to part of a specified geometetrical shape and precise size by removing metal from a ductile material in the form chips. The latter are a waste product and vary from long continuous ribbons of a disposal point of view, to easily handed well-broken chips resulting from cast iron. Machine tools perform five basic metal-remove processes: turning, planning, drilling, milling, and grinding. All other metal-removal processes are modifications of these five basic processes. For example, boring is internal turning; reaming, tapping, and counter boring mollify drilled holes and are related to drilling; hobbling and gear cutting are fundamentally milling operations; hack sawing and broaching are a from of planning and honing; lapping, super finishing, polishing, and buffing are variants of grinding or abrasive removal operations. Therefore, there are only four types of basic machine tools, which use cutting tools of specific controllable geometry. The grinding process forms chips, but the geometry of the abrasive grain is uncontrollable.The amount and rate of material removed by the various machining processes may be large, as in heavy turning operations, or extremely small, as in lapping or superfinishing operations where only the high spots of a surface are removed.A machining tool performs three major functions: 1. it rigidly supports the workpice or its holder and the cutting tool; 2. it provides relative motion between the workpice and the cutting tool; 3. it provides a range of feeds and speeds usually ranging from 4 to32 choices in each case.Speed and Feeds in Machining Speeds, feeds, and depth pf cut are the three major variables for economical machining. Other variables are the work and tool materials, coolant and geometry of the cutting tool. The rate of metal removal and power required for machining depend upon these variables.The depths of cut, feed, and cutting speed are machine setting that must be established in any metal-cutting operation. They all affect the forces, the power, and the rate of metal removal. They can be defined by comparing them to the needle and record of a phonograph. The cutting speed (V) is represented by the velocity of the record surface relative to the needle in the tone arm at any instant. Feed is represented by the advance of the needle radially inward per revolution, or is the difference in position between two adjacent grooves. The depth of cut is the penetration of the needle into the record or the depth of the grooves.Turning on lathe centersThe basic operations operations performed on an engine lathe are illustrated in fig. 11-3. those operations performed on external surfaces with a single point cutting tool are called turning. Except for drilling, reaming, and tapping, the operations on internal surfaces are also performed by a single point cutting tool.All machining operate, including turning and boring, can be classified as roughing, finishing, or semi-finishing. The objective of a roughing operation is to remove the bulk of the material as rapidly and as efficiently as possible, while leaving a small amount of material on the work-piece for the finishing operation. Finishing operations are performed to obtain the final size, shape, and surface finish on the workpiece. Sometimes a semi-finishing operation will precede the finishing operation to leave a small predetermined and uniform amount of stock on the work-piece to be removed by the finishing operation. Generally, longer workpieces are turned while supported on one or two lathe centers. Cone shaped holes, called center holes, which fit the lathe centers are drilled in the end of the workpiece-usually along the axis of the cylindrical part. The end of the workpiece adjacent to the tailstock is always supported by a tailstock center, while end near the headstock may be supported by a headstock center or held in a chuck. The headstock end of the workpiece may be held in a four-jaw chuck, or in a collet type chuck. This method holds the workpiece firmly and transfers the power to the workpiece smoothly; the additional support to the workpiece provi