典型套筒类零件加工基本工艺分析.doc

江西冶金职业技术学院
机电一体化技术专业毕业设计(论文)

题 目： 套筒类零件加工工艺分析
系 (部)： 机电工程系
专业名称： 机电一体化技术
姓 名： 张家龙
准考证号：
班级名称： 10春季机电自考大专(1)班
指引教师： 董 燕
提交时间： 4月 3日

摘 要

高效率、高精度加工是套筒类最重要特点之一。套筒类零件是机械中常用一种零件，它应用范畴很广。由于其功用不同，套筒类零件构造和尺寸有着很大差别，但其构造上仍有共同点，即：零件重要表面为同轴度规定较高内外圆表面；零件壁厚度较薄且易变形；零件长度普通不不大于直径等。随着构造形式差别、加工精度高低和基准使用状况不同，套筒类零件加工工艺也不同样。普通套筒类零件在加工中重要问题是保证内外圆互相位置精度（即保证内、外圆表面同轴度以及轴线与端面垂直度规定）和防止变形。运用套筒零件加工，其产品加工质量一致性好，特别在轮廓不规则、复杂曲线或曲面、多工艺复合化加工和高精度规定产品加工时，其长处是老式数控零件加工所无法比拟。
随着科学技术飞速发展和经济竞争日趋激烈，机械产品更新速度越来越快，数控加工技术作为先进生产力代表，在机械及有关行业领域发挥着重要作用，机械制造竞争，其实质是数控技术竞争。本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本次论文重点和难点。

核心字：套筒类零件；液压缸；工艺分析

目 录
引言 1
一、套筒类零件构造特点及工艺分析 1
1.1轴承套加工工艺 1
　　1.2液压缸加工工艺分析 2
二、套筒类零件加工中重要工艺问题 4
　　2.1 保证互相位置精度 4
　　2.2 防止变形办法 6
三、套筒类零件程序编程 8
四、套筒类零件功用及构造特点 11
　 4. 1 套筒类零件技术规定 11
　4.2 套筒类零件材料、毛坯及热解决 12结论 13
致 谢 14
参照文献 15

套筒类零件加工工艺分析

引言
抱负加工程序不但应保证加工出符合图样合格工件，同步应能使数控机床功能得到合理应用和充分发挥。数控机床是一种高效率自动化设备，它效率高于普通机床2～3倍，要充分发挥数控机床这一特点，必要在编程之前对工件进行工艺分析，依照详细条件，选取经济、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重要因素。
一、套筒类零件构造特点及工艺分析
　　套筒类零件加工工艺依照其功用、构造形状、材料和热解决以及尺寸大小不同而异。就其构造形状来划分，大体可以分为短套筒和长套筒两大类。它们在加工中，其装夹办法和加工办法均有很大差别，如下分别予以简介。
1.1轴承套加工工艺
如图1－1所示轴承套，材料为ZQSn6-6-3，每批数量为200件。
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。其重要技术规定为：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，采用精车可以满足规定；内孔精度也为IT7级，采用铰孔可以满足规定。内孔加工顺序为：钻孔－车孔－铰孔。
　　由于外圆对内孔径向圆跳动规定在0.01mm内，用软卡爪装夹无法保证。因而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。这样可使加工基准和测量基准一致，容易达到图纸规定。
车铰内孔时，应与端面在一次装夹中加工出，以保证端面与内孔轴线垂直度在0.01mm以内。

图1-1 轴承套

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，可采用同步加工五件办法来提高生产率。
表1-1轴承套加工工艺过程
序号
工序名称
工序内容
定位与夹紧
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，尺寸均相似
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
检查

　1.2液压缸加工工艺分析
　　液压缸为典型长套筒零件，与短套筒零件加工办法和工件安装方式均有较大差别。
　　1、液压缸技术条件和工艺分析
　　液压缸材料普通有铸铁和无缝钢管两种。图1－2所示为用无缝钢管材料液压缸。为保证活塞在液压缸内移动顺利，对该液压缸内孔有圆柱度规定，对内孔轴线有直线度规定，内孔轴线与两端面间有垂直度规定，内孔轴线对两端支承外圆（Φ82h6）轴线有同轴度规定。除此之外还特别规定：内孔必要光洁无纵向刻痕；若为铸铁材料时，则规定其组织紧密，不得有砂眼、针孔及疏松。

图1-2 液压缸
　　2、液压缸加工工艺
表1－2为液压缸加工工艺过程
序号
工序名称
工序内容
定位与夹紧
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、套筒类零件加工中重要工艺问题
　　普通套筒类零件在机械加工中重要工艺问题是保证内外圆互相位置精度（即保证内、外圆表面同轴度以及轴线与端面垂直度规定）和防止变形。
2.1 保证互相位置精度
　　要保证内外圆表面间同轴度以及轴线与端面垂直度规定，普通可采用下列三种工艺方案：
　　（1）在一次安装中加工内外圆表面与端面。这种工艺方案由于消除了安装误差对加工精度影响，因而能保证较高互相位置精度。在这种状况下，影响零件内外圆表面间同轴度和孔轴线与端面垂直度重要因素是机床精度。该工艺方案普通用于零件构造容许在一次安装中，加工出所有有位置精度规定表面场合。为了便于装夹工件，其毛坯往往采用多件组合棒料，普通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所示衬套零件就是采用这一方案典型零件。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(如规定不高衬套，该工序可由工序1中精车代替)
外圆表面

图2-1衬套零件

（2）所有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。用这种办法加工套筒，由于孔精加工常采用拉孔、滚压孔等工艺方案，生产效率较高，同步可以解决镗孔和磨孔时因镗杆、砂轮杆刚性差而引起加工误差。当以孔为基准加工套筒外圆时，惯用刚度较好小锥度心轴安装工件。小锥度心轴构造简朴，易于制造，心轴用两顶尖安装，其安装误差很小，因而可获得较高位置精度。图2－3所示轴套即可采用这一方案加工，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）所有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，如用普通三爪自定心卡盘夹紧工件，则因卡盘偏心误差较大会减少工件同轴度。故需采用定心精度较高夹具，以保证工件获得较高同轴度。较长套筒普通多采用这种加工方案。
2.2 防止变形办法
　　薄壁套筒在加工过程中，往往由于夹紧力、切削力和切削热影响而引起变形，致使加工精度减少。需要热解决薄壁套筒，如果热解决工序安排不当，也会导致不可校正变形。防止薄壁套筒变形，可以采用如下办法：
　　（1）减小夹紧力对变形影响
　　①夹紧力不适当集中于工件某一某些，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，从而减少其变形。例如工件外圆用卡盘夹紧时，可以采用软卡爪，用来增长卡爪宽度和长度，如图2-4所示。同步软卡爪应采用自镗工艺办法，以减少安装误差，提高加工精度。图2-5是用开缝套筒装夹薄壁工件，由于开缝套筒与工件接触面大，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准时，宜采用涨开式心轴。
　　②采用轴向夹紧工件夹具。如图2-6所示，由于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，加工时采用特殊构造卡爪夹紧，如图2－7所示。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）减少切削力对变形影响
　　惯用办法有下列几种：
　　①减小径向力，普通可借助增大刀具主偏角来达到。
②内外表面同步加工，使径向切削力互相抵消，见图2－7所示。

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）减少热变形引起误差
　　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。为了减少热变形对加工精度影响，应在粗、精加工之间留有充分冷却时间，并在加工时注入足够切削液。
热解决对套筒变形影响也很大，除了改进热解决办法外，在安排热解决工序时，应安排在精加工之迈进行，以使热解决产生变形在后来工序中得到纠正。
加工图7-66所示套筒零件，毛坯直径为φ150mm、为40mm，材料为Q235；未注倒角1×45°，别的Ra6.3；棱边倒钝。
三、套筒类零件程序编程
加工图3-1所示套筒零件，毛坯直径为φ150mm、长为40mm，材料为Q235；未注倒角1×45°，别的Ra6.3；棱边倒钝。

图3-1   套筒零件

解：采用华中数控系统编程。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
阐明
%7111
程序名
N10 G92 X160 Z100
设立工件坐标系
N20 M03 S300
主轴正转，转速300r/min
N30 M06 T0202
换内孔车刀
N40 G90 G00 X95 Z5
迅速定位到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
迅速定位到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
迅速退刀到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
刀尖迅速定位到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
刀尖迅速定位到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
阐明
%7112
程序名
N10 G92 X160 Z100
设立工件坐标系
N20 M03 S500
主轴正转，转速500r/min
N30 M06 T0101
45°端面车刀
N40 G90 G00 X95 Z5
迅速定位到φ95mm直径，距端面5mm处
N50 G81 X130 Z0.5 F50
粗加工端面
N60 G00 X96 Z-2
迅速定位到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
刀尖迅速定位到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
刀尖迅速定位到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
刀尖迅速定位到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。所用刀具备外圆加工正偏刀（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。所用刀具备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、套筒类零件功用及构造特点
套筒类零件是指在回转体零件中空心薄壁件，是机械加工中常用一种零件，在各类机器中应用很广，重要起支承或导向作用。由于功用不同，其形状构造和尺寸有很大差别，常用有支承回转轴各种形式轴承圈、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、电液伺服阀阀套等都属于套类零件。其大体构造形式如图5．1所示。

　　 套筒类零件构造与尺寸随其用途不同而异，但其构造普通都具备如下特点：外圆直径d普通不大于其长度L，普通L／d<5；内孔与外圆直径之差较小，故壁薄易变形较小；内外圆回转面同轴度规定较高；构造比较简朴。
4.1 套筒类零件技术规定
　　 套筒类零件外圆表面多以过盈或过渡配合与机架或箱体孔相配合起支承作用。内孔重要起导向作用或支承作用，常与运动轴、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。套筒类零件虽然形状构造不一，但仍有共同特点和技术规定，依照使用状况可对套筒类零件外圆与内孔提出如下规定：
　　1)内孔与外圆精度规定 外圆直径精度普通为IT5～IT7，表面粗糙度Ra为5～0．63um，规定较高可达0．04 um；内孔作为套类零件支承或导向重要表面，规定内孔尺寸精度普通为IT6～117，为保证其耐磨性规定，对表面粗糙度规定较高(Ra=2．5～0．16 um)。有精密套筒及阀套内孔尺寸精度规定为IT4～II5，也有套筒(如油缸、气缸缸筒)由于与其相配活塞上有密封圈，故对尺寸精度规定较低，普通为II'8—ITc)，但对表面粗糙度规定较高，Ra普通为2．5～1．6um。
　　2)几何形状精度规定 普通将外圆与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规定以外，还应有孔圆柱度规定。为提高耐磨性，有内孔表面粗糙度规定为Ral．6-0．1 um，有高达Ra0．025um。套筒类零件外圆形状精度普通应在外径公差内，表面粗糙度Ra为3．2～0．4um。
　　3)位置精度规定 位置精度规定重要应依照套类零件在机器中功用和规定而定。如果内孔最后加工是在套筒装配(如机座或箱体等)之后进行时，可减少对套筒内、外圆表面同轴度规定；如果内孔最后加工是在装配之迈进行时，则同轴度规定较高，普通同轴度为0.01～0．06mm。套筒端面(或凸缘端面)惯用来定位或承受载荷，对端面与外圆和内孔轴心线垂直度规定较高，普通为0．05～0．02mm。
4.2 套筒类零件材料、毛坯及热解决
　　套筒类零件毛坯材料选取重要取决于零件功能规定、构造特点及使用时工作条件。
　　套筒类零件普通用钢、铸铁、青铜或黄铜和粉末冶金等材料制成。有些特殊规定套类零件可采用双层金属构造或选用优质合金钢，双层金属构造是应用离心锻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，采用这种制造办法虽增长了某些工时，但能节约有色金属，并且又提高了轴承使用寿命。
　　套类零件毛坯制造方式选取与毛坯构造尺寸、材料和生产批量大小等因素关于。孔径较大(普通直径不不大于20mm)时，常采用型材(如无缝钢管)、带孔锻件或铸件；孔径较小(普通不大于20mm)时，普通多选取热轧或冷拉棒料，也可采用实心铸件；大批大量生产时。可采用冷挤压、粉末冶金等先进工艺，不但节约原材料，并且生产率及毛坯质量精度均可提高。
　　 套筒类零件功能规定和构造特点决定了套筒类零件热解决办法有渗碳淬火、表面淬火、调质、高温时效及渗氮。

结 论
数控机床由于具备优越机械加工特点，特别是数控铣床在模具制造业中应用越来越广泛，为充分发挥数控机床作用，必要编制高质量数控加工程序。由于各国厂家生产数控系统编程规则和数控指令不完全相似，因而必要按照所使用数控套筒类编程规则和指令进行编程，只有这样编制数控加工程序才干为机床数控系统所接受。
致 谢

论文是在指引教师下完毕，指引教师治学严谨，学识渊博，品德崇高，平易近人，在咱们学习期间不但传授了做学问秘诀，还传授了做人准则。这些都将使我终身受益。无论是在理论学习阶段，还是在论文选题、资料查询、开题、研究和撰写每一种环节，无不得到指引教师悉心指引和协助。借此机会咱们向导师表达衷心感谢！同步，我要感谢教诲技术学授课各位教师，正是由于她们传道、授业、解惑，让我学到了专业知识，并从她们身上学到了如何求知治学、如何为人处事。我也要感谢我母校江西冶金技师学院，是她提供了良好学习环境和生活环境，让咱们大学生活丰富多姿，为咱们人生留下精彩一笔。
参照文献

[1]张超英,罗学科:《 数控机床加工工艺》· 编程及操作实训[M]．北京：高等教诲出版社,．
[2] 李粉霞;《铣削数控系统编程办法及注意问题》[J]．机械管理开发， (4)：44-51．
[3]程仲文:《数控加工编程中刀具补偿常用错误及问题分析》[J]；兰州工业高等专科学校学报；01期;3-6
[4]庄泽:《数控铣床加工工艺与编程应用分析》[J];辽宁师专学报(自然科学版)；04期；
[5] 胡应宽,何胜元:《套类零件机加工工艺分析》 [J];汽车科技；1999年
[6]吴瑞明,周晓军,雷良育;《液压缸密封工艺分析》[J];机床与液压；
[7]付伟,王磊,王丽:《关节轴承工艺改进》[J];煤矿机械；
[8]李艳霞:《数控车床切削螺纹编程》[J];科技信息(学术研究)；16期；490
[9]李鲤,刘善春:《基于UG下数控加工迅速编程》[J];大众科技；07期；132+136
[10]赵军华:《关于数控机床使用中安全问题探讨》[J];科技资讯；05期；259