薄壁气缸类零件加工研究毕业设计.docx

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薄壁气缸类零件加工研究毕业设计机械电子工程系本科毕业设计（论文）题目薄壁气缸类零件加工研究专业班级学号学生姓名指导教师设计所在单位薄壁气缸类零件加工研究薄壁气缸类零件加工研究摘要：

本文主要研究了薄壁气缸零件的加工过程，通过研究薄壁气缸零件在数控车床加工过程中所遇到的问题如：

零件在装夹中易变形、要保证零件的尺寸精度、位置精度和表面粗糙度等。

针对这些问题我们通过完善夹具设计和切削参数来保证其变形及切削精度，并给出了加工工艺过程及工艺卡片。

最后，根据加工工艺卡片编写出了零件的数控加工程序并做了仿真。

关键词：

薄壁零件数控车床夹具工艺过程TheProcessingofThinWallCylinderPartsAbstract:

ThisthesismainlydescribedtheNCmachiningprocessofthethin-wallcylinderparts,throughresearchinginthenumericalcontrollathethin-walledcylinderpartsprocessingtheproblemsencountered,suchaspartsintheclampingeasydeformation,toensurethatpartsofthedimensionprecision,positionprecisionandsurfaceroughness,etc.Tosolvetheseproblems,wedoourbesttofindtheperfectfixturedesignandcuttingparameterstoensurethedeformationandthecuttingprecision,andgivetheprocessingtechnologyprocessandprocesscard.Finally,accordingtotheprocessingprocesscardwritesoutthepartsCNCprogrammingandthesimulation.Keywords:

ThinWallparts；NumericallyControlledLathe；Fixture；TechnicalProcess目录目目录录第一章第一章绪论绪论11.1切削加工的发展趋势11.2选题目的及意义2第二章第二章薄壁气缸零件分析薄壁气缸零件分析32.1零件分析32.2加工难点分析及加工工艺的初步确定3第三章第三章薄壁气缸零件加工工艺分析薄壁气缸零件加工工艺分析53.1机床的选择53.2加工工艺过程分析.53.2.1加工阶段的划分.63.2.2定位基准.63.2.3加工工艺过程.73.3各种参数的选择113.3.1刀具的选择.113.3.2切削用量的确定.113.3.3冷却与润滑.123.4简易夹具设计13第四章第四章数控加工程序的编制数控加工程序的编制154.1数控程序设计流程154.2数控程序的编写154.2.1编程指令简介.154.2.2数控编程的步骤.174.2.3主要程序的编制.184.3数控仿真194.3.1数控仿真操作环境.194.3.2薄壁气缸加工图20总结总结22致谢致谢23参考文献参考文献24附录附录25西安文理学院本科毕业设计（论文）1第一章第一章绪论绪论在机械加工行业中，薄壁气缸由于其壁薄、刚性差、在加工过程中容易产生振动和变形，形位精度要求严等特点，使得开发和生产难度大大提高。

随着数控加工技术的广泛运用，数控机床精度高、稳定性好、效率高、自动化强等一系列优点在机械加工中得到了充分体现，近几年，伴随着新的刀具材料、新的表面涂层及新式刀具的出现，出现了新的切削加工工艺和加工方法。

1.11.1切削加工的发展趋势切削加工的发展趋势20世纪80年代以来，随着全球化市场竞争日趋激烈，为争取技术优势，各国纷纷开展先进制造技术的研究与开发。

伴随着信息技术的不断发展，先进制造技术一方面发展了以数控机床为基础的自动化加工技术，另一方面发展了各种新的加工方法和加工工艺，比较典型的有（超）高速切削、干切削、硬切削、（超）精密切削技术等。

微机械（MMC）是另一个新型研究领域，其加工技术的开发具有巨大的产业化应用前景。

虚拟切削加工技术是在计算机上借助虚拟现实、立体建模和仿真技术，检验产品的设计合理性和可加工性，对产品的加工过程进行模拟与仿真，预测产品的加工质量、制造周期、使用性能等，以便及时修改设计，缩短产品的研制周期，获得最佳产品质量、最低生产成本和最短开发周期。

本文主要综述（超）高速切削、干切削、硬切削、（超）精密切削、虚拟切削加工技术的主要研究内容及其关键技术。

1）高速切削加工技术提高切削速度一直是切削加工领域十分关注并为之不懈努力的重要目标。

虽然目前国内外专家尚未对高速切削的切削速度的界定达成共识，但通常认为高速切削的切削速度比常规切削速度高5-10倍以上。

高速切削加工具有以下特点：

①切削力随着切削速度的提高而下降；②切削产生的热量绝大部分被切屑带走；③加工表面质量提高；④在高速切削范围内机床的激振频率远离工艺系统的固有频率范围。

以上特点有利于提高生产效率；有利于改善工件的加工精度和表面质量；有利于减少模具加工中的手工抛光；有利于减小工件变形；有利于使用小直径刀具；有利于加工薄壁零件和脆性材料；有利于加工较大零部件；可替代其它加工工艺（如磨削），获得显著的经济效益。

但是，随着切削速度的提高，刀具寿命会下降。

西安文理学院本科毕业设计（论文）22）干切削加工技术在切削加工中，使用切削液对于降低切削温度、断屑与排屑、改善零件加工质量均可起到重要作用，但同时也存在诸多弊端，例如：

切削液系统的购置、使用与维护需花费大量资金；切削液需定期更换、添加防腐剂等，增加了加工辅助时间；切削液是机械加工中的重要污染源；切削液中的有害物质对工人的健康及安全也具有一定危害。

为此，作为一种绿色制造工艺的干切削加工技术应运而生。

干式切削由于缺少切削液的润滑、冷却、冲洗和排屑断屑等功能，导致刀具与工件、切屑之间摩擦加剧、切削热急剧增加，导致切削区温度显著升高，刀具耐用度降低。

为使干切削加工可顺利进行，达到甚至超过湿切削时的加工质量、生产率和刀具耐用度，就必须通过分析干切削的各种特定边界条件和影响干切削的各种因素，寻求相应的技术解决方案及措施来弥补不使用切削液的缺陷。

例如：

干切削刀具材料必须具有极高的红硬性和热韧性、良好的耐磨性、耐热冲击和抗粘结性。

此外，应针对不同的工件材料和切削用量设计刀具结构、几何参数和相应的断屑槽，以满足干切削的加工要求。

3）硬切削加工技术硬切削是指对高硬度（54HRC）材料直接进行切削加工。

硬切削工件材料包括淬硬钢、冷硬铸铁、粉末冶金材料及其它特殊材料。

硬切削通常可直接作为最终精加工工序，而传统加工常以磨削作为最终工序。

与磨削相比，硬切削具有如下优点：

①加工灵活性强，精度易于保证；②硬切削的加工成本低于磨削（通常仅为磨削的1/4）；③硬切削不需要专用机床、刀具和夹具，在现有加工设备上即可实现；④硬切削的生产效率高于磨削；⑤磨削产生的磨屑与废液混合物易污染环境，难以处理和再利用；而硬切削易于实现干切削，产生的切屑可再利用。

由于硬切削具有以上优势，因此“以切代磨”已成为切削加工的发展趋势之一。

4）微细、精密和超精密切削加工技术微细加工技术是指对微型机械、微小尺寸零件的加工技术。

随着航空航天、国防工业、现代医学以及生物工程技术的发展，各种小型化、微型化设备和微小尺寸零件的应用越来越多，各种微型机械和微型机电系统（MEMS）的制造对微细加工技术提出了新的要求，向现有制造技术的加工极限挑战，发展精密加工、超微细加工和纳米加西安文理学院本科毕业设计（论文）3工技术已成为现代先进制造技术的一个发展方向。

5）虚拟切削加工技术虚拟切削加工技术是在对零件几何参数、材料物理性能、加工过程切削参数以及加工物理过程（受力变形、热变形等）进行全面物理建模的基础上，利用计算机数值仿真技术对加工过程的动态情况和加工结果进行实际综合分析的一种新兴技术。

通过虚拟切削加工可得到一个优化的加工方案，据此进行实际加工，可提高加工成功率，减少原材料消耗，改善产品质量，降低生产成本和缩短产品开发周期。

1.21.2选题目的及意义选题目的及意义薄壁零件已日益广泛地应用在各产业部分的产品上，它具有重量轻、节材省料、节约能源、结构紧凑等特点。

但薄壁零件在加工切削中是比较棘手的题目，因薄壁零件的刚性差，加工轻易变形，使零件的形位误差增大，很难保证零件的加工质量。

因此我们可以通过针对它的这些缺点来对它的加工过程来进行研究，通过研究我们可以尽可能的减少其在加工中的误差，尽大可能的保证其加工质量。

本课题通过对薄壁气缸类零件的加工进行研究，就能够了解薄壁气缸类零件是如何进行加工的。

加工零件的主要机器就是数控车床，所以首先要了解并掌握数控车床的基本操作。

然后在其加工过程中要保证薄壁零件的表面粗糙度、同轴度、垂直度等。

因此要对零件的表面粗糙度、同轴度、垂直度的定义以及如何保证这些要求要有一定的了解及掌握。

最后的绘图需要掌握P-ROE、CAD等绘图软件，编程要求要熟练掌握南京宇航编程软件。

在设计过程中掌握的知识对我们在以后在工作帮助很大。

通过对该零件的综合分析与设计，使我们对于本科阶段学习的专业课程能够有更进一步的理解，综合运用所学的知识解决实际的加工生产问题，提高我们实际的动手与动脑能力。

分析零件在实际生产运用中的功能、特性，了解其生产环境，它在生产中的主要任务，才能够有目标的明确其加工过程中应当注意的问题与工艺方案。

为保证被加工零件的必要的精度，根据被加工工件的材料、轮廓形状、加工精度等选用合适的机床，指定加工方案，确定零件的加工顺序、各工序所有刀具和夹具、切削用量等。

因此，可以应用于实际生产，此类零件的工艺制定及夹具设计等具有现实的工程意义。

西安文理学院本科毕业设计（论文）4第二章第二章薄壁气缸零件分析薄壁气缸零件分析2.12.1零件分析零件分析薄壁气缸就是如下图所示的一种零件，其内腔由台阶孔和倒角构成，mm2.00142外圆表面镀银50μm，零件毛坯材料选用外径150300mm、内径为120mm的铝管材。

内孔、各台阶孔表面及两端面粗糙度为Ra6.3μm，外圆表面粗糙度为Ra1.6μm。

mm内孔与mm内孔要求同轴度公差为0.04mm，063.008128H015.0025.0130mm台阶孔与mm台阶孔间台阶面对A面的垂直度公差为063.008128H5.01220.05mm。

薄壁气缸零件的形状尺寸及精度要求如图2.1所示。

图图2.1薄壁气缸零件薄壁气缸零件2.22.2加工难点分析及加工工艺的初步确定加工难点分析及加工工艺的初步确定1）基准基准是机械制造中应用十分广泛的一个概念，机械产品从设计时零件尺寸的标注，制造时工件的定位，校验时尺寸的测量，一直到装配时零部件的的装配位置确定等，都要用到基准的概念。

基准就是用来确定生产对象上几何关系所依据的点,线或面。

由图1-1可看出，同轴度和垂直度都与A有关，因此把中心轴线A作为基准。

由图可以看出基准就是气缸的中心线。

西安文理学院本科毕业设计（论文）52）形位公差加工后的零件不仅有尺寸误差，构成零件几何特征的点、线、面的实际形状或相互位置与理想几何体规定的形状和相互位置还不可避免地存在差异，这种形状上的差异就是形状误差，而相互位置的差异就是位置误差，统称为形位误差。

由图2-1可看出，零件主要的加工难点是要保证mm的内孔对063.008128Hmm的内孔的同轴度，mm台阶孔与mm台阶孔间台015.0025.0130063.008128H5.0122阶面对A面的垂直度。

3）尺寸精度由图1-1可看出，mm的外圆与mm的外圆的表面质量以及各2.001425.0136内孔尺寸精度的加工，其中mm内孔深度为250mm，其最薄处壁厚为015.0025.01303mm。

因为该零件刚性差、强度弱，在加工中极易变形，表面质量、垂直度及同轴度难以保证。

镗削内孔时应一次装夹中加工出来，以保证该零件mm内孔063.008128H与mm内孔的同轴度在0.04mm以内，mm台阶孔与015.0025.0130063.008128Hmm台阶孔间台阶面对mm内孔表面的垂直度不大于0.05mm，针5.0122015.0025.0130对气缸零件壁薄、刚性差、易变形的特点，可设计该薄壁零件专用夹具装夹，以保证零件的尺寸精度和形位公差达到图纸技术要求。

这些加工难点的存在，使得加工过程中刀具选择、加工工艺路线安排、工艺装夹方式确定等对于该零件是否合格非常关键。

因此在加工中要把各主要表面的粗、精加工要分开这样才能保证各表面的精度要求。

西安文理学院本科毕业设计（论文）6第三章第三章薄壁气缸零件加工工艺分析薄壁气缸零件加工工艺分析本章主要对零件的具体加工工艺进行分析，选择数控车床作为主要加工工具，其加工工艺分析主要分了四个阶段第一针对薄壁零件的特点对影响其加工精度的要素进行分析、第二对其加工阶段进行划分、第三是对其基准的定位、第四是简述加工过程制作工艺卡片。

3.13.1机床的选择机床的选择机床是人类进行生产劳动的重要工具，也是社会生产力发展水平的重要标志。

普通机床经历了近两百年的历史。

随着电子技术、计算机技术及自动化，精密机械与测量等技术的发展与综合应用，生产了机电一体化的新型机床（数控机床）。

[8]在普通车床上加工形状较复杂、有一定精度要求、且需要多把刀具进行加工的批量零件时，不仅需要频繁换刀和装夹，花费大量的人力和时间，而且加工出来的零件质量取决于加工人员的技术水平,产品质量得不到充分的保证。

而运用数控车床，结合传统的加工工艺，不但能大大缩短加工时间、提高加工精度，而且成品率高、产品质量稳定。

数控机床有独特的优越性和强大生命力，使原来不能解决的许多问题，找到了科学解决的途径。

数控机床是一种通过用数字进行编程来给机床设定一定的轨迹让其自动加工的一种设备。

经过半个多世纪的发展，数控机床已是现代机械加工行业的标志之一，在我国，数控机床的应用也越来越广泛，由于其自动化程度高，所需劳动力少，加工速度快，因此数控机床越来越普及，它的多少对企业综合实力有着一定的影响。

我国数控车床发展，始于20世纪70年代，通过近40年的发展，我国生产的数控车床，按中国需求的特色，形成经济型卧式数控车床（平床身卧式数控车床）、普及型数控车床（斜床身数控卧式车床和数控立式车床）和中高档数控车床（3轴控制以上）三种形式。

随着科学技术不断发展，我国数控车床的发展也越来越快，数控车床也正朝着西安文理学院本科毕业设计（论文）7高性能、高精度、高速度、高柔性化和模块化方向发展。

[11]针对薄壁气缸零件的薄壁、精度要求高、表面粗糙度细等特点，本课题选用的加工设备为数控车床。

3.23.2加工工艺过程分析加工工艺过程分析薄壁气缸是一种薄壁类零件，由于薄壁零件刚性差、强度弱，在加工中极易变形，使零件的形位公差增大，不易保证零件的加工质量。

因此对薄壁零件的加工需要注意各方面对其的影响。

在薄壁气缸的加工中有以下因素影响加工精度：

1）薄壁气缸本身的刚度比较差，在外力（切削力、夹紧力）的作用下容易变形。

2）薄壁气缸毛坯为150300mm的锻铝管，孔的加工余量大，切削时会产生较大的残余应力，并引起内应力的重新组合。

3）切削力金属切削过程中重要的物理现象之一，他直接影响着工件质量、刀具寿命、机床动力消耗。

它是设计机床、刀具、夹具不可缺少的要素之一。

切削加工时，工件材料抵抗刀具切削所产生的阻力，称为切削力。

切削力的分解根据生产实际需要及测量方便，通常将总切削力F分解为三个互相垂直的分力，即：

主切削力、背向力、进给力。

因此在加工中切削力也对精度有影响，要合理选择。

4）切削过程中，影响工件表面质量的主要因素有切削时产生的积屑瘤、磷刺、振动以及切削刃的刃磨质量、工件材料组织的缺陷、切削液使用情况等。

高速切削与普通切削相比，切削速度快、材料变形速度块、应变率大，不易产生积屑瘤和磷刺。

同时，由于切削速度较快，切削表面来不及产生塑性变形，切削加工已经完成。

高速切削加工对刀具系统的动平衡要求较高，切削时振动性相对普通切削加工要好。

因此，高速切削加工精度和表面质量非常好。

因此在安排工艺时，就需要把各主要表面的粗精加工工序分开。

这样，粗加工产生的误差和变形就可以通过半精加工和精加工予以修正，并逐步提高零件的精度和表面质量，最后达到零件的技术要求。

通过对该零件的基本情况及加工难点的分析，划分出薄壁气缸零件的加工阶段并制定出其加工工艺过程。

3.2.1加工阶段的划分薄壁气缸的加工分为三个阶段：

西安文理学院本科毕业设计（论文）81）粗加工阶段。

主要包括粗车外圆和粗镗内孔来去掉大部分余量。

2）半精加工阶段。

主要完成零件一些次要表面的加工，并达到零件表面量和未知精度的要求。

其次，采用半精车加工在精加工之前达到必要的精度和加工余量，从而为气缸外圆的精加工做准备。

3）精加工阶段。

为保证薄壁气缸零件外圆表面质量达到图纸的技术要求，采用精车零件外圆最后达到所需的精度和粗糙度。

3.2.2定位基准基准是机械制造中应用十分广泛的一个概念，机械产品从设计时零件尺寸的标注,制造时工件的定位，校验时尺寸的测量，一直到装配时零部件的的装配位置确定等，都要用到基准的概念。

基准就是用来确定生产对象上几何关系所依据的点,线或面。

基准分为：

1）设计基准（在零件图上用以确定其它点、线、面位置的基准，称为设计基准。

例如轴套零件，各外圆和内孔的设计基准是零件的轴心线，端面A是端面B、C的设计基准，内孔的轴线是外圆径向跳动的基准。

）、2）工艺基准（机械图纸上的基准都是用大写字母A、B、C、D等用一个特定的带圈的基准符号表示的。

当基准符号对准的面及面的延伸线或该面的尺寸界限时，表示是以该面为基准。

当基准符号对准的是尺寸线，表示是以该尺寸标注的实体中心线为基准。

）工艺基准又分为：

1）工序基准：

在工序图上，用来确定本工序所加工表面加工后的尺寸、形状、位置所采用的基准，称为工序基准。

2）定位基准：

在加工时，用以确定工件在机床上或夹具中正确位置所采用的基准，称为定位基准。

3）测量基准：

工程测量时作为标准的原点称为测量基准点。

按照用途分类，有高程基准点、重力基准点、地磁基准点等。

按照基准点在测量体系中所处的位置可分为相对基准点和绝对基准点。

4）装配基准：

装配基准是测量时所采用的基准，即装配时所确定生产对象上的某些点、线、面的位置所依据的那些点、线、面。

西安文理学院本科毕业设计（论文）9薄壁气缸是一种薄壁零件，在外力作用下很容易产生变形，薄壁气缸内孔与台阶孔表面的尺寸精度和位置精度的要求比较高，因此希望以一个统一基面定位来加工这些要求较高的表面。

实际加工中我们选择外圆表面和端面C作为加工定位基面。

采用外圆表面和端面C作为基面有以下优点：

1）用这种定位方法可以加工外圆表面、端面、内孔及台阶面。

且在一次装夹中完成精度要求较高的表面的加工，既提高了生产效率，又能保证各表面的尺寸精度和位置精度。

2）以外圆作为定位基面一次装夹同时完成外圆和内孔的加工，可以减小薄壁气缸的壁厚差，从而保证其壁厚均匀。

3）所选定位基面与设计基准重合，可以避免因基准不重合而引起的定位误差，更好的保证精度。

3.2.3加工工艺过程薄壁气缸的尺寸精度、加工形位精度的要求比较高。

但薄壁气缸壁薄、刚性差，容易产生变形，这就给薄壁气缸零件机械加工带来了很多困难，必须予以充分重视。

薄壁气缸需要加工的表面有：

外圆、内腔台阶孔及左右端面等。

各主要表面的工序安排如下：

1）外圆面：

粗车、半精车、精车；2）两端面；粗车、半精车、精车；3）台阶孔：

粗镗、半精镗、精镗；考虑薄壁气缸零件需要加工的内容不多，加工完成后就能达到待检状态，因此以一次安装加工作为一道工序。

该薄壁零件的数控加工工艺过程如表3.1所示。

表表3.1薄壁气缸机械加工工艺过程薄壁气缸机械加工工艺过程产品名称零件名称零件图号材料数控加工工艺过程综合卡片薄壁气缸锻铝管程序编号夹具名称使用设备车间O0001扇形软三爪卡盘数控车床数控中心序号工序名称工序内容、技术要求及工序简图备注西安文理学院本科毕业设计（论文）10数控加工工艺过程综合卡片产品名称零件名称零件图号材料薄壁气缸锻铝管程序编号夹具名称使用设备车间O0001扇形软三爪卡盘数控车床数控中心序号工序名称工序内容、技术要求及工序简图备注1粗车左端面粗车端面C，保证其长度为290mm工序一简图2粗镗内孔及台阶孔粗镗内孔及台阶孔，保证其各孔尺寸为132mm、130mm、124mm、122mm，并保证其总长为290mm工序二简图3自然时效处理按薄壁气缸时效工艺进行，时间为一个月西安文理学院本科毕业设计（论文）11数控加工工艺过程综合卡片产品名称零件名称零件图号材料薄壁气缸锻铝管程序编号夹具名称使用设备车间O0001扇形软三爪卡盘数控车床数控中心序号工序名称工序内容、技术要求及工序简图备注4半精镗内孔及台阶孔内孔加工到129.8mm台阶孔保留0.4的双边余量，半精镗台阶孔分别到121.6mm深度8.2mm，127.6mm加工深度尺寸10.2mm工序四简图5精镗各内孔台阶孔及倒角

（1）精镗内孔及各台阶孔分别至mm其深度为80.2mm、5.0122mm其加工深度为mm与内孔mm，各孔043.008128H2.010015.0025.0130表面的粗糙度Ra6.3

（2）A面与台阶面的垂