典型套筒类零件加工工艺分析模板.doc

江西冶金职业技术学院

自学考试毕业设计(论文)

题 目： 经典套筒类零件加工工艺分析
系 (部)： 机械工程系
专业名称 数控技术应用
姓 名
准考证号
班级名称 08数控本科班
提交时间
摘 要

高效率、高精度加工是套筒类最关键特点之一。利用套筒零件加工，其产品加工质量一致性好，尤其在轮廓不规则、复杂曲线或曲面、多工艺复合化加工和高精度要求产品加工时，其优点是传统数控零件加工所无法比拟。
伴随科学技术飞速发展和经济竞争日趋猛烈，机械产品更新速度越来越快，数控加工技术作为优异生产力代表，在机械及相关行业领域发挥着关键作用，机械制造竞争，其实质是数控技术竞争。此次设计就是进行套类零件数控加工工艺，对套类零件加工工艺分析，并绘制零件图。其中零件工艺规程分析是此次论文关键和难点。
关键字：套筒类零件；液压缸；工艺分析

目 录
引言 1
一、套筒类零件结构特点及工艺分析 1
1.1轴承套加工工艺分析加工 1
　　1.2液压缸加工工艺分析 2
二、套筒类零件加工中关键工艺问题 4
　　2.1 确保相互位置精度 4
　　2.2 预防变形方法 6
三、套筒类零件程序编程 8
四、套筒类零件加工中关键工艺问题 11
4.1 确保相互位置精度 11
五、套简类零件功用及结构特点 11
　 5. 1 套筒类零件技术要求 12
　5.2 套筒类零件材料、毛坯及热处理 13
结束语 14
致 谢 15
参考文件 16

经典套筒类零件加工工艺分析

引言
理想加工程序不仅应确保加工出符合图样合格工件，同时应能使数控机床功效得到合理应用和充足发挥。数控机床是一个高效率自动化设备，它效率高于一般机床2～3倍，要充足发挥数控机床这一特点，必需在编程之前对工件进行工艺分析，依据具体条件，选择经济、合理工艺方案。数控加工工艺考虑不周是影响数控机床加工质量、生产效率及加工成本关键原因。
一、套筒类零件结构特点及工艺分析
　　套筒类零件加工工艺依据其功用、结构形状、材料和热处理和尺寸大小不一样而异。就其结构形状来划分，大致能够分为短套筒和长套筒两大类。它们在加工中，其装夹方法和加工方法全部有很大差异，以下分别给予介绍。
1.1轴承套加工工艺分析加工
图1－1所表示轴承套，材料为ZQSn6-6-3，每批数量为200件。
1.1.1 轴承套技术条件和工艺分析
　　该轴承套属于短套筒，材料为锡青图1－1轴承套简图铜。其关键技术要求为：Φ34js7外圆对Φ22H7孔径向圆跳动公差为0.01mm；左端面对Φ22H7孔轴线垂直度公差为0.01mm。轴承套外圆为IT7级精度，采取精车能够满足要求；内孔精度也为IT7级，采取铰孔能够满足要求。内孔加工次序为：钻孔－车孔－铰孔。
　　因为外圆对内孔径向圆跳动要求在0.01mm内，用软卡爪装夹无法确保。所以精车外圆时应以内孔为定位基准，使轴承套在小锥度心轴上定位，用两顶尖装夹。这么可使加工基准和测量基准一致，轻易达成图纸要求。
车铰内孔时，应和端面在一次装夹中加工出，以确保端面和内孔轴线垂直度在0.01mm以内。

图1-1 轴承套
　　1.1.2 轴承套加工工艺
表1－1为轴承套加工工艺过程。粗车外圆时，可采取同时加工五件方法来提升生产率。
表1-1轴承套加工工艺过程
序号
工序名称
工序内容
定位和夹紧
1
备料
棒料，按5件合一加工下料

2
钻中心孔
车端面，钻中心孔
调头车另一端面，钻中心孔
三爪夹外圆
3
粗车
车外圆Ф42长度为6.5mm，车外圆Ф34Js7为Ф35mm，车空刀槽2×0.5mm，取总长40.5mm，车分割槽Ф20×3mm，两端倒角1.5×45°，5件同加工，尺寸均相同
中心孔
4
钻
钻孔Ф22H7至Ф22mm成单件
软爪夹Ф42mm外圆
5
车、铰
车端面，取总长40mm至尺寸
车内孔Ф22H7为Ф22mm
车内槽Ф24×16mm至尺寸
铰孔Ф22H7至尺寸
孔两端倒角
软爪夹Ф42mm外圆
6
精车
车Ф34Js7(±0.012)mm至尺寸
Ф22H7孔心轴
7
钻
钻径向油孔Ф4mm
Ф34mm外圆及端面
8
检验

　　1.2液压缸加工工艺分析
　　液压缸为经典长套筒零件，和短套筒零件加工方法和工件安装方法全部有较大差异。
　　1.2.1 液压缸技术条件和工艺分析
　　液压缸材料通常有铸铁和无缝钢管两种。图1－2所表示为用无缝钢管材料液压缸。为确保活塞在液压缸内移动顺利，对该液压缸内孔有圆柱度要求，对内孔轴线有直线度要求，内孔轴线和两端面间有垂直度要求，内孔轴线对两端支承外圆（Φ82h6）轴线有同轴度要求。除此之外还尤其要求：内孔必需光洁无纵向刻痕；若为铸铁材料时，则要求其组织紧密，不得有砂眼、针孔及疏松。

图1-2 液压缸
　　1.2.2 液压缸加工工艺
　　表1－2为液压缸加工工艺过程
表1-2液压缸加工工艺过程
序号
工序名称
工序内容
定位和夹紧
1
配料
无缝钢管切断

2
车
1．车Ф82mm外圆到Ф88mm及M88×1.5mm螺纹（工艺用）
三爪卡盘夹一端，大头顶尖顶另一端
2．车端面及倒角
三爪卡盘夹一端，搭中心架托Ф88mm处
3．调头车Ф82mm外圆到Ф84mm
三爪卡盘夹一端，大头顶尖顶另一端
4．车端面及倒角取总长1686mm（留加工余量1mm）
三爪卡盘夹一端，搭中心架托Ф88mm处
3
深孔推镗
1．半精推镗孔到Ф68mm
一端用M88×1.5mm螺纹固定在夹具中，另一端搭中心架
2．精推镗孔到Ф69.85mm
3．精铰（浮动镗刀镗孔）到Ф70±0.02mm，表面粗糙度值Ra为2.5μm
4
滚压孔

用滚压头滚压孔至Ф70 mm,表面粗糙度值Ra为0.32μm
一端用螺纹固定在夹具中, 另一端搭中心架
5
车
1．车去工艺螺纹，车Ф82h6到尺寸，割R7槽
软爪夹一端，以孔定位顶另一端
2．镗内锥孔1°30′及车端面
软爪夹一端，中心架托另一端(百分表找正孔)
3．调头，车Ф82h6到尺寸，割R7槽
软爪夹一端，顶另一端
4．镗内锥孔1°30′及车端面
软爪夹一端，顶另一端

二、套筒类零件加工中关键工艺问题
　　通常套筒类零件在机械加工中关键工艺问题是确保内外圆相互位置精度（即确保内、外圆表面同轴度和轴线和端面垂直度要求）和预防变形。
　　2.1 确保相互位置精度
　　要确保内外圆表面间同轴度和轴线和端面垂直度要求，通常可采取下列三种工艺方案：
　　（1）在一次安装中加工内外圆表面和端面。这种工艺方案因为消除了安装误差对加工精度影响，所以能确保较高相互位置精度。在这种情况下，影响零件内外圆表面间同轴度和孔轴线和端面垂直度关键原因是机床精度。该工艺方案通常见于零件结构许可在一次安装中，加工出全部有位置精度要求表面场所。为了便于装夹工件，其毛坯往往采取多件组合棒料，通常安排在自动车床或转塔车床等工序较集中机床上加工。图2－1所表示衬套零件就是采取这一方案经典零件。其加工工艺过程参见表2－1和图2－1。

表2-1棒料毛坯机械加工工艺过程
序号
工序内容
定位基准
1
加工端面、粗加工外圆表面，粗加工孔，半精加工或精加工外圆、精加工孔、倒角、切断(见图2-2)
外圆表面、端面(定料用)
2
加工另一端面、倒角
外圆表面
3
钻润滑油孔
外圆表面
4
加工油槽
精加工外圆表面(如要求不高衬套，该工序可由工序1中精车替换)
外圆表面

图2-1衬套零件

（2）全部加工分在几次安装中进行，先加工孔，然后以孔为定位基准加工外圆表面。用这种方法加工套筒，因为孔精加工常采取拉孔、滚压孔等工艺方案，生产效率较高，同时能够处理镗孔和磨孔时因镗杆、砂轮杆刚性差而引发加工误差。当以孔为基准加工套筒外圆时，常见刚度很好小锥度心轴安装工件。小锥度心轴结构简单，易于制造，心轴用两顶尖安装，其安装误差很小，所以可取得较高位置精度。图2－3所表示轴套即可采取这一方案加工，其加工工艺过程见表2－2。

图2-2 转塔车床上加工衬套 图2-3 轴套

表2-2单件毛坯轴套机械加工工艺过程
序号
工序内容
定位基准
1
粗加工端面、钻孔、倒角
外圆
2
粗加工外圆及另一端、倒角
孔(用梅花顶尖和活络顶尖)
3
半精加工孔(扩孔或镗孔)、精加工端面
外圆
4
精加工孔(拉孔或压孔)
孔及端面
5
精加工外圆及端面
内孔
　　（3）全部加工分在几次安装中进行，先加工外圆，然后以外圆表面为定位基准加工内孔。这种工艺方案，如用通常三爪自定心卡盘夹紧工件，则因卡盘偏心误差较大会降低工件同轴度。故需采取定心精度较高夹具，以确保工件取得较高同轴度。较长套筒通常多采取这种加工方案。
　　2.2 预防变形方法
　　薄壁套筒在加工过程中，往往因为夹紧力、切削力和切削热影响而引发变形，致使加工精度降低。需要热处理薄壁套筒，假如热处理工序安排不妥，也会造成不可校正变形。预防薄壁套筒变形，能够采取以下方法：
　　（1）减小夹紧力对变形影响
　　①夹紧力不宜集中于工件某一部分，应使其分布在较大面积上，以使工件单位面积上所受压力较小，从而降低其变形。比如工件外圆用卡盘夹紧时，能够采取软卡爪，用来增加卡爪宽度和长度，图2-4所表示。同时软卡爪应采取自镗工艺方法，以降低安装误差，提升加工精度。图2-5是用开缝套筒装夹薄壁工件，因为开缝套筒和工件接触面大，夹紧力均匀分布在工件外圆上，不易产生变形。当薄壁套筒以孔为定位基按时，宜采取涨开式心轴。
　　②采取轴向夹紧工件夹具。图2-6所表示，因为工件靠螺母端面沿轴向夹紧，故其夹紧力产生径向变形极小。
③在工件上做出加强刚性辅助凸边，加工时采取特殊结构卡爪夹紧，图2－7所表示。当加工结束时，将凸边切去。

图2-4用软卡爪装夹工件 图2-5 用开缝套筒装夹薄壁工件

　　（2）降低切削力对变形影响
　　常见方法有下列多个：
　　①减小径向力，通常可借助增大刀具主偏角来达成。
②内外表面同时加工，使径向切削力相互抵消，见图2－7所表示。

图 2-6轴向夹紧工件 图2-7辅助凸边作用

　　③粗、精加工分开进行，使粗加工时产生变形能在精加工中能得到纠正。
　　（3）降低热变形引发误差
　　工件在加工过程中受切削热后要膨胀变形，从而影响工件加工精度。为了降低热变形对加工精度影响，应在粗、精加工之间留有充足冷却时间，并在加工时注入足够切削液。
热处理对套筒变形影响也很大，除了改善热处理方法外，在安排热处理工序时，应安排在精加工之前进行，以使热处理产生变形在以后工序中得到纠正。
加工图7-66所表示套筒零件，毛坯直径为φ150mm、为40mm，材料为Q235；未注倒角1×45°，其它Ra6.3；棱边倒钝。
三、套筒类零件程序编程
加工图3-1所表示套筒零件，毛坯直径为φ150mm、长为40mm，材料为Q235；未注倒角1×45°，其它Ra6.3；棱边倒钝。

图3-1   套筒零件

解：采取华中数控系统编程。该零件加工工艺及其程序见表3-1、表3-2
表3-1  加工φ145mm外圆及φ112mm、φ98mm内孔程序
程序
说明
%7111
程序名
N10 G92 X160 Z100
设置工件坐标系
N20 M03 S300
主轴正转，转速300r/min
N30 M06 T0202
换内孔车刀
N40 G90 G00 X95 Z5
快速定位到φ95mm直径，距端面5mm处
N50 G81 X150 Z0 F100
加工端面
N60 G80 X97.5 Z-35 F100
粗加工φ98mm内孔，留径向余量0.5mm
N70 G00 X97
刀尖定位至φ97mm直径处
N75 G80 X105 Z-10.5 F100
精加工φ112mm
N80 G80 X111.5 Z-10.5 F100
粗加工φ112mm内孔，留径向余量0.5mm
N90 G00 X116 Z1
快速定位到φ116mm直径，距端面1mm处
N100 G01 X112 Z-1
倒角1×45°
N100 Z-10
精加工φ112mm内也
N120 X100
精加工孔底平面
N130 X98 Z-11
倒角1×45°
N140 Z-34
精加工φ98mm内孔
N150 G00 X95
快速退刀到φ95mm直径处
N160 Z100

N170 X160

N175 T0200
清除刀偏
N180 M06 T0101
换加工外圆正偏刀
N190 G00 X150 Z2
刀尖快速定位到φ150mm直径，距端面2mm处
N200 G80 X145 Z-15.5 F100
加工φ145mm外圆
N210 G00 X141 Z1

N220 G01 X147 Z-2 F100
倒角1×45°
N230 G00 X160 Z100
刀尖快速定位到φ160mm直径，距端面100mm处
N210 T0100
清除刀偏
N215 M05
主轴停
N220 M02
程序结束

表3-2     加工φ120mm外圆及端面程序
程序
说明
%7112
程序名
N10 G92 X160 Z100
设置工件坐标系
N20 M03 S500
主轴正转，转速500r/min
N30 M06 T0101
45°端面车刀
N40 G90 G00 X95 Z5
快速定位到φ95mm直径，距端面5mm处
N50 G81 X130 Z0.5 F50
粗加工端面
N60 G00 X96 Z-2
快速定位到φ96mm直径，距端面2mm处
N70 G01 X100 Z0 F50
倒角1×45°
N80 X130
精修端面
N90 G00 X160 Z100
刀尖快速定位到φ160mm直径，距端面100mm处
N95 T0100
清除刀偏
N100 M06 T0202
换加工外圆正偏刀
N110 G00 X130 Z2
刀尖快速定位到φ130mm直径，距端面2mm处
N120 G80 X120.5 Z-18.5 F100
粗加工φ120mm外圆，留径向余量0.5mm
N130 G00 X116 Z1

N140 G01 X120 Z-1 F100
倒角1×45°
N150 Z-16.5
粗加工φ120mm外圆
N160 G02 X124 Z-18.5 R2
加工R2圆孤
N170 G01 X143
精修轴肩面
N180 X147 Z20.5
倒角1×45°
N190 G00 X160 Z100
刀尖快速定位到φ160mm直径，距端面100mm处
N200 T0200
清除刀偏
N205 M05
主轴停
N210 M02
程序结束
 1、夹φ120mm外圆，找正，加工φ145mm外圆及φ112mm、φ98mm内孔。所用刀含有外圆加工正偏刀（T01）、内孔车刀（T02）。加工工艺路线为：粗加工φ98mm内孔→粗加工φ112mm内孔→精加工φ98mm、φ112mm内孔及孔底平面→加工φ145mm外圆。加工程序见表3-1 。
2、夹φ112mm内孔，加工φ120mm外圆及端面。所用刀含有45°端面刀（T01）、外圆加工正偏刀（T02）。加工工艺路线为：加工端面→加工φ120mm外圆→加工R2圆弧及平面。加工程序见表3-2。
四、套筒类零件加工中关键工艺问题
通常套筒类零件在机械加工中关键工艺问题是确保内外圆相互位置精度（即确保内、外圆表面同轴度和轴线和端面垂直度要求）和预防变形。
4.1 确保相互位置精度
要确保内外圆表面间同轴度和轴线和端面垂直度要求，通常可采取下列三种工艺方案：
（1）在一次安装中加工内外圆表面和端面。这种工艺方案因为消除了安装误差对加工精度影响，所以能确保较高相互位置精度。在这种情况下，影响零件内外圆表面间同轴度和孔轴线和端面垂直度关键原因是机床精度。该工艺方案通常见于零件结构许可在一次安装中，加工出全部有位置精度要求表面场所。为了便于装夹工件，其毛坯往往采取多件组合棒料，通常安排在自动车床或转塔车床等工序较集中机床上加工。其加工工艺过程参见表4－1。
表4－1棒料毛坯机械加工工艺过程
序号
工序内容
定位基准
1
加工端面、粗加工外圆表面，粗加工孔，半精加工或精加工外圆、精加工孔、倒角、切断
外圆表面、端面(定料用)
2
加工另一端面、倒角
外圆表面
3
钻润滑油孔
外圆表面
4
加工油槽
精加工外圆表面(如要求不高衬套，该工序可由工序1中精车替换)
外圆表面
五、套简类零件功用及结构特点
套筒类零件是指在回转体零件中空心薄壁件，是机械加工中常见一个零件，在各类机器中应用很广，关键起支承或导向作用。因为功用不一样，其形状结构和尺寸有很大差异，常见有支承回转轴多种形式轴承圈、轴套；夹具上钻套和导向套；内燃机上气缸套和液压系统中液压缸、电液伺服阀阀套等全部属于套类零件。其大致结构形式图5．1所表示。

　　 套筒类零件结构和尺寸随其用途不一样而异，但其结构通常全部含有以下特点：外圆直径d通常小于其长度L，通常L／d<5；内孔和外圆直径之差较小，故壁薄易变形较小；内外圆回转面同轴度要求较高；结构比较简单。
　　 5.1 套筒类零件技术要求
　　 套筒类零件外圆表面多以过盈或过渡配合和机架或箱体孔相配合起支承作用。内孔关键起导向作用或支承作用，常和运动轴、主轴、活塞、滑阀相配合。有些套筒端面或凸缘端面有定位或承受载荷作用。套筒类零件即使形状结构不一，但仍有共同特点和技术要求，依据使用情况可对套筒类零件外圆和内孔提出以下要求：
　　 1)内孔和外圆精度要求 外圆直径精度通常为IT5～IT7，表面粗糙度Ra为5～0．63um，要求较高可达0．04 um；内孔作为套类零件支承或导向关键表面，要求内孔尺寸精度通常为IT6～117，为确保其耐磨性要求，对表面粗糙度要求较高(Ra=2．5～0．16 um)。有精密套筒及阀套内孔尺寸精度要求为IT4～II5，也有套筒(如油缸、气缸缸筒)因为和其相配活塞上有密封圈，故对尺寸精度要求较低，通常为II'8—ITc)，但对表面粗糙度要求较高，Ra通常为2．5～1．6um。
　　 2)几何形状精度要求 通常将外圆和内孔几何形状精度控制在直径公差以内即可；对精密轴套有时控制在孔径公差1／2～1／3，甚至更严。对较长套筒除圆度有要求以外，还应有孔圆柱度要求。为提升耐磨性，有内孔表面粗糙度要求为Ral．6-0．1 um，有高达Ra0．025um。套筒类零件外圆形状精度通常应在外径公差内，表面粗糙度Ra为3．2～0．4um。
　　 3)位置精度要求 位置精度要求关键应依据套类零件在机器中功用和要求而定。假如内孔最终加工是在套筒装配(如机座或箱体等)以后进行时，可降低对套筒内、外圆表面同轴度要求；假如内孔最终加工是在装配之前进行时，则同轴度要求较高，通常同轴度为0.01～0．06mm。套筒端面(或凸缘端面)常见来定位或承受载荷，对端面和外圆和内孔轴心线垂直度要求较高，通常为0．05～0．02mm。
　　 5.2 套筒类零件材料、毛坯及热处理
　　 套筒类零件毛坯材料选择关键取决于零件功效要求、结构特点及使用时工作条件。
　　 套筒类零件通常见钢、铸铁、青铜或黄铜和粉末冶金等材料制成。有些特殊要求套类零件可采取双层金属结构或选择优质合金钢，双层金属结构是应用离心铸造法在钢或铸铁轴套内壁上浇注一层巴氏合金等轴承合金材料，采取这种制造方法虽增加了部分工时，但能节省有色金属，而且又提升了轴承使用寿命。
　　 套类零件毛坯制造方法选择和毛坯结构尺寸、材料和生产批量大小等原因相关。孔径较大(通常直径大于20mm)时，常采取型材(如无缝钢管)、带孔锻件或铸件；孔径较小(通常小于20mm)时，通常多选择热轧或冷拉棒料，也可采取实心铸件；大批大量生产时．可采取冷挤压、粉末冶金等优异工艺，不仅节省原材料，而且生产率及毛坯质量精度均可提升。
　　 套筒类零件功效要求和结构特点决定了套筒类零件热处理方法有渗碳淬火、表面淬火、调质、高温时效及渗氮。

结束语
数控机床因为含有优越机械加工特点，尤其是数控铣床在模具制造业中应用越来越广泛，为充足发挥数控机床作用，必需编制高质量数控加工程序。因为各国厂家生产数控系统编程规则和数控指令不完全相同，所以必需根据所使用数控套筒类编程规则和指令进行编程，只有这么编制数控加工程序才能为机床数控系统所接收。
致 谢

短暂三年大学生活很快就要结束了，我曾多么憧憬美好学生时代，现在当自己临近毕业时，我又留恋已经流逝三年学生生涯。
本文是在指导老师悉心指导和亲切关心下，而且在实习期间得到数控工厂相关领导帮助，经过不停学习和修改完成。
老师严谨学风，渊博学识，谦逊为人，丰富实践经验，高瞻远瞩、敏锐科学眼光，将是我永远学习标兵；老师乐观、正直、朴实生活态度，令我深深敬佩。老师谆谆教育，将使我终生受益。在此，谨致以衷心感谢和高尚敬意。
参考文件

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