典型套筒类零件加工工艺分析.docx
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典型套筒类零件加工工艺分析
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：
套筒类零件加工的工艺分析
系（部）：
机电工程系
专业名称：
机电一体化技术
姓名：
家龙
号：
9
班级名称：
10春季机电自考大专
（1）班
指导老师：
董燕
提交时间：
2012年4月3日
摘要
高效率、高精度加工是套筒类最主要特点之一。
套筒类零件是机械中常见的一种零件，它的应用围很广。
由于其功用不同，套筒类零件的结构和尺寸有着很大的差别，但其结构上仍有共同点，即：
零件的主要表面为同轴度要求较高的外圆表面；零件壁的厚度较薄且易变形；零件长度一般大于直径等。
随着结构形式的差异、加工精度的高低和基准使用情况的不同，套筒类零件加工工艺也不一样。
一般套筒类零件在加工中主要的问题是保证外圆的相互位置精度（即保证、外圆表面的同轴度以及轴线与端面的垂直度要求）和防止变形。
利用套筒零件加工，其产品加工的质量一致性好，尤其在轮廓不规则、复杂的曲线或曲面、多工艺复合化加工和高精度要求的产品加工时，其优点是传统数控零件加工所无法比拟的。
随着科学技术飞速发展和经济竞争的日趋激烈，机械产品的更新速度越来越快，数控加工技术作为先进生产力的代表，在机械及相关行业领域发挥着重要的作用，机械制造的竞争，其实质是数控技术的竞争。
本次设计就是进行套类零件的数控加工工艺，对套类零件的加工工艺分析，并绘制零件图。
其中零件工艺规程的分析是此次论文的重点和难点。
关键字：
套筒类零件；液压缸；工艺分析
引言1
一、套筒类零件的结构特点及工艺分析1
1.1轴承套加工工艺1
1.2液压缸加工工艺分析2
二、套筒类零件加工中的主要工艺问题4
2.1保证相互位置精度4
2.2防止变形的方法6
三、套筒类零件的程序编程8
四、套筒类零件的功用及结构特点11
4.1套筒类零件技术要求11
4.2套筒类零件的材料、毛坯及热处理12结论13
致14
参考文献15
套筒类零件加工的工艺分析
引言
理想的加工程序不仅应保证加工出符合图样的合格工件，同时应能使数控机床的功能得到合理的应用和充分的发挥。
数控机床是一种高效率的自动化设备，它的效率高于普通机床的2～3倍，要充分发挥数控机床的这一特点，必须在编程之前对工件进行工艺分析，根据具体条件，选择经济、合理的工艺方案。
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的重要因素。
一、套筒类零件的结构特点及工艺分析
套筒类零件的加工工艺根据其功用、结构形状、材料和热处理以及尺寸大小的不同而异。
就其结构形状来划分，大体可以分为短套筒和长套筒两大类。
它们在加工中，其装夹方法和加工方法都有很大的差别，以下分别予以介绍。
1.1轴承套加工工艺
如图1－1所示的轴承套，材料为ZQSn6-6-3，每批数量为200件。
1、轴承套的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。
其主要技术要求为：
Φ34js7外圆对Φ22H7孔的径向圆跳动公差为0.01mm；左端面对Φ22H7孔轴线的垂直度公差为0.01mm。
轴承套外圆为IT7级精度，采用精车可以满足要求；孔精度也为IT7级，采用铰孔可以满足要求。
孔的加工顺序为：
钻孔－车孔－铰孔。
由于外圆对孔的径向圆跳动要求在0.01mm，用软卡爪装夹无法保证。
因此精车外圆时应以孔为定位基准，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，容易达到图纸要求。
车铰孔时，应与端面在一次装夹中加工出，以保证端面与孔轴线的垂直度在0.01mm以。
图1-1轴承套
2、轴承套的加工工艺
表1－1为轴承套的加工工艺过程。
粗车外圆时，可采取同时加工五件的方法来提高生产率。
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
车孔Ф22H7为Ф22
mm
车槽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
液压缸为典型的长套筒零件，与短套筒零件的加工方法和工件安装方式都有较大的差别。
1、液压缸的技术条件和工艺分析
液压缸的材料一般有铸铁和无缝钢管两种。
图1－2所示为用无缝钢管材料的液压缸。
为保证活塞在液压缸移动顺利，对该液压缸孔有圆柱度要求，对孔轴线有直线度要求，孔轴线与两端面间有垂直度要求，孔轴线对两端支承外圆（Φ82h6）的轴线有同轴度要求。
除此之外还特别要求：
孔必须光洁无纵向刻痕；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
2、液压缸的加工工艺
表1－2为液压缸的加工工艺过程
序号
工序名称
工序容
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Ф70mm,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、套筒类零件加工中的主要工艺问题
一般套筒类零件在机械加工中的主要工艺问题是保证外圆的相互位置精度（即保证、外圆表面的同轴度以及轴线与端面的垂直度要求）和防止变形。
2.1保证相互位置精度
要保证外圆表面间的同轴度以及轴线与端面的垂直度要求，通常可采用下列三种工艺方案：
（1）在一次安装中加工外圆表面与端面。
这种工艺方案由于消除了安装误差对加工精度的影响，因而能保证较高的相互位置精度。
在这种情况下，影响零件外圆表面间的同轴度和孔轴线与端面的垂直度的主要因素是机床精度。
该工艺方案一般用于零件结构允许在一次安装中，加工出全部有位置精度要求的表面的场合。
为了便于装夹工件，其毛坯往往采用多件组合的棒料，一般安排在自动车床或转塔车床等工序较集中的机床上加工。
图2－1所示的衬套零件就是采用这一方案的典型零件。
其加工工艺过程参见表2－1和图2－1。
表2-1棒料毛坯的机械加工工艺过程
序号
工序容
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（如要求不高的衬套，该工序可由工序1中的精车代替）
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，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，同时可以解决镗孔和磨孔时因镗杆、砂轮杆刚性差而引起的加工误差。
当以孔为基准加工套筒的外圆时，常用刚度较好的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，因此可获得较高的位置精度。
图2－3所示的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单件毛坯轴套的机械加工工艺过程
序号
工序容
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
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孔。
这种工艺方案，如用一般三爪自定心卡盘夹紧工件，则因卡盘的偏心误差较大会降低工件的同轴度。
故需采用定心精度较高的夹具，以保证工件获得较高的同轴度。
较长的套筒一般多采用这种加工方案。
2.2防止变形的方法
薄壁套筒在加工过程中，往往由于夹紧力、切削力和切削热的影响而引起变形，致使加工精度降低。
需要热处理的薄壁套筒，如果热处理工序安排不当，也会造成不可校正的变形。
防止薄壁套筒的变形，可以采取以下措施：
（1）减小夹紧力对变形的影响
①夹紧力不宜集中于工件的某一部分，应使其分布在较大的面积上，以使工件单位面积上所受的压力较小，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，用来增加卡爪的宽度和长度，如图2-4所示。
同时软卡爪应采取自镗的工艺措施，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采用轴向夹紧工件的夹具。
如图2-6所示，由于工件靠螺母端面沿轴向夹紧，故其夹紧力产生的径向变形极小。
③在工件上做出加强刚性的辅助凸边，加工时采用特殊结构的卡爪夹紧，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）减少切削力对变形的影响
常用的方法有下列几种：
①减小径向力，通常可借助增大刀具的主偏角来达到。
②外表面同时加工，使径向切削力相互抵消，见图2－7所示。
图2-6轴向夹紧工件图2-7辅助凸边的作用
③粗、精加工分开进行，使粗加工时产生的变形能在精加工中能得到纠正。
（3）减少热变形引起的误差
工件在加工过程中受切削热后要膨胀变形，从而影响工件的加工精度。
为了减少热变形对加工精度的影响，应在粗、精加工之间留有充分冷却的时间，并在加工时注入足够的切削液。
热处理对套筒变形的影响也很大，除了改进热处理方法外，在安排热处理工序时，应安排在精加工之前进行，以使热处理产生的变形在以后的工序中得到纠正。
加工图7-66所示的套筒零件，毛坯直径为φ150mm、为40mm，材料为Q235；未注倒角1×45°，其余Ra6.3；棱边倒钝。
三、套筒类零件的程序编程
加工图3-1所示的套筒零件，毛坯直径为φ150mm、长为40mm，材料为Q235；未注倒角1×45°，其余Ra6.3；棱边倒钝。
图3-1 套筒零件
解：
采用华中数控系统编程。
该零件的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孔的程序
程序
说明
%7111
程序名
N10G92X160Z100
设置工件坐标系
N20M03S300
主轴正转，转速300r/min
N30M06T0202
换孔车刀
N40G90G00X95Z5
快速定位到φ95mm直径，距端面5mm处
N50G81X150Z0F100
加工端面
N60G80X97.5Z-35F100
粗加工φ98mm孔，留径向余量0.5mm
N70G00X97
刀尖定位至φ97mm直径处
N75G80X105Z-10.5F100
精加工φ112mm
N80G80X111.5Z-10.5F100
粗加工φ112mm孔，留径向余量0.5mm
N90G00X116Z1
快速定位到φ116mm直径，距端面1mm处
N100G01X112Z-1
倒角1×45°
N100Z-10
精加工φ112mm也
N120X100
精加工孔底平面
N130X98Z-11
倒角1×45°
N140Z-34
精加工φ98mm孔
N150G00X95
快速退刀到φ95mm直径处
N160Z100
N170X160
N175T0200
清除刀偏
N180M06T0101
换加工外圆的正偏刀
N190G00X150Z2
刀尖快速定位到φ150mm直径，距端面2mm处
N200G80X145Z-15.5F100
加工φ145mm外圆
N210G00X141Z1
N220G01X147Z-2F100
倒角1×45°
N230G00X160Z100
刀尖快速定位到φ160mm直径，距端面100mm处
N210T0100
清除刀偏
N215M05
主轴停
N220M02
程序结束
表3-2 加工φ120mm外圆及端面的程序
程序
说明
%7112
程序名
N10G92X160Z100
设置工件坐标系
N20M03S500
主轴正转，转速500r/min
N30M06T0101
45°端面车刀
N40G90G00X95Z5
快速定位到φ95mm直径，距端面5mm处
N50G81X130Z0.5F50
粗加工端面
N60G00X96Z-2
快速定位到φ96mm直径，距端面2mm处
N70G01X100Z0F50
倒角1×45°
N80X130
精修端面
N90G00X160Z100
刀尖快速定位到φ160mm直径，距端面100mm处
N95T0100
清除刀偏
N100M06T0202
换加工外圆的正偏刀
N110G00X130Z2
刀尖快速定位到φ130mm直径，距端面2mm处
N120G80X120.5Z-18.5F100
粗加工φ120mm外圆，留径向余量0.5mm
N130G00X116Z1
N140G01X120Z-1F100
倒角1×45°
N150Z-16.5
粗加工φ120mm外圆
N160G02X124Z-18.5R2
加工R2圆孤
N170G01X143
精修轴肩面
N180X147Z20.5
倒角1×45°
N190G00X160Z100
刀尖快速定位到φ160mm直径，距端面100mm处
N200T0200
清除刀偏
N205M05
主轴停
N210M02
程序结束
1、夹φ120mm外圆，找正，加工φ145mm外圆及φ112mm、φ98mm孔。
所用刀具有外圆加工正偏刀（T01）、孔车刀（T02）。
加工工艺路线为：
粗加工φ98mm的孔→粗加工φ112mm的孔→精加工φ98mm、φ112mm的孔及孔底平面→加工φ145mm的外圆。
加工程序见表3-1。
2、夹φ112mm孔，加工φ120mm的外圆及端面。
所用刀具有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的外圆→加工R2圆弧及平面。
加工程序见表3-2。
四、套筒类零件的功用及结构特点
套筒类零件是指在回转体零件中的空心薄壁件，是机械加工中常见的一种零件，在各类机器中应用很广，主要起支承或导向作用。
由于功用不同，其形状结构和尺寸有很大的差异，常见的有支承回转轴的各种形式的轴承圈、轴套；夹具上的钻套和导向套；燃机上的气缸套和液压系统中的液压缸、电液伺服阀的阀套等都属于套类零件。
其大致的结构形式如图5．1所示。
套筒类零件的结构与尺寸随其用途不同而异，但其结构一般都具有以下特点：
外圆直径d一般小于其长度L，通常L／d<5；孔与外圆直径之差较小，故壁薄易变形较小；外圆回转面的同轴度要求较高；结构比较简单。
4.1套筒类零件技术要求
套筒类零件的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。
孔主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。
有些套筒的端面或凸缘端面有定位或承受载荷的作用。
套筒类零件虽然形状结构不一，但仍有共同特点和技术要求，根据使用情况可对套筒类零件的外圆与孔提出如下要求：
1）孔与外圆的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，要求较高的可达0．04um；孔作为套类零件支承或导向的主要表面，要求孔尺寸精度一般为IT6～117，为保证其耐磨性要求，对表面粗糙度要求较高（Ra=2．5～0．16um）。
有的精密套筒及阀套的孔尺寸精度要求为IT4～II5，也有的套筒（如油缸、气缸缸筒）由于与其相配的活塞上有密封圈，故对尺寸精度要求较低，一般为II'8—ITc），但对表面粗糙度要求较高，Ra一般为2．5～1．6um。
2）几何形状精度要求通常将外圆与孔的几何形状精度控制在直径公差以即可；对精密轴套有时控制在孔径公差的1／2～1／3，甚至更严。
对较长套筒除圆度有要求以外，还应有孔的圆柱度要求。
为提高耐磨性，有的孔表面粗糙度要求为Ral．6-0．1um，有的高达Ra0．025um。
套筒类零件外圆形状精度一般应在外径公差，表面粗糙度Ra为3．2～0．4um。
3）位置精度要求位置精度要求主要应根据套类零件在机器中功用和要求而定。
如果孔的最终加工是在套筒装配（如机座或箱体等）之后进行时，可降低对套筒、外圆表面的同轴度要求；如果孔的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）常用来定位或承受载荷，对端面与外圆和孔轴心线的垂直度要求较高，一般为0．05～0．02mm。
4.2套筒类零件的材料、毛坯及热处理
套筒类零件毛坯材料的选择主要取决于零件的功能要求、结构特点及使用时的工作条件。
套筒类零件一般用钢、铸铁、青铜或黄铜和粉末冶金等材料制成。
有些特殊要求的套类零件可采用双层金属结构或选用优质合金钢，双层金属结构是应用离心铸造法在钢或铸铁轴套的壁上浇注一层巴氏合金等轴承合金材料，采用这种制造方法虽增加了一些工时，但能节省有色金属，而且又提高了轴承的使用寿命。
套类零件的毛坯制造方式的选择与毛坯结构尺寸、材料和生产批量的大小等因素有关。
孔径较大（一般直径大于20mm）时，常采用型材（如无缝钢管）、带孔的锻件或铸件；孔径较小（一般小于20mm）时，一般多选择热轧或冷拉棒料，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，不仅节约原材料，而且生产率及毛坯质量精度均可提高。
套筒类零件的功能要求和结构特点决定了套筒类零件的热处理方法有渗碳淬火、表面淬火、调质、高温时效及渗氮。
结论
数控机床由于具有优越的机械加工特点，特别是数控铣床在模具制造业中的应用越来越广泛，为充分发挥数控机床的作用，必须编制高质量的数控加工程序。
由于各国厂家生产的数控系统的编程规则和数控指令不完全相同，因此必须按照所使用的数控套筒类的编程规则和指令进行编程，只有这样编制的数控加工程序才能为机床的数控系统所接受。
致
论文的是在指导老师下完成的，指导老师治学严谨，学识渊博，品德高尚，平易近人，在我们学习期间不仅传授了做学问的秘诀，还传授了做人的准则。
这些都将使我终生受益。
无论是在理论学习阶段，还是在论文的选题、资料查询、开题、研究和撰写的每一个环节，无不得到指导老师的悉心指导和帮助。
借此机会我们向导师表示衷心的感！
同时，我要感教育技术学授课的各位老师，正是由于他们的传道、授业、解惑，让我学到了专业知识，并从他们身上学到了如何求知治学、如何为人处事。
我也要感我的母校冶金技师学院，是她提供了良好的学习环境和生活环境，让我们的大学生活丰富多姿，为我们的人生留下精彩的一笔。
参考文献
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