典型套筒类零件加工工艺分析

1、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： 张家龙 准考证号： 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，它的应用范围很广。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内外圆表面；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

2、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内外圆的相互位置精度（即保证内、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

3、分析是此次论文的重点和难点。关键字：套筒类零件；液压缸；工艺分析目 录引言1一、套筒类零件的结构特点及工艺分析11.1轴承套加工工艺11.2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42.1 保证相互位置精度42.2 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 谢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

4、的23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11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11轴承套简图铜。其主要技术

5、要求为：34js7外圆对22H7孔的径向圆跳动公差为0.01mm；左端面对22H7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；内孔精度也为IT7级，采用铰孔可以满足要求。内孔的加工顺序为：钻孔车孔铰孔。由于外圆对内孔的径向圆跳动要求在0.01mm内，用软卡爪装夹无法保证。因此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，容易达到图纸要求。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的垂直度在0.01mm以内。图1-1 轴承套2、轴承套的加工工艺表11为轴承套的加工工艺过程。粗车外圆时

6、，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42长度为6.5mm，车外圆34Js7为35mm，车空刀槽20.5mm，取总长40.5mm，车分割槽203mm，两端倒角1.545，5件同加工，尺寸均相同中心孔4钻钻孔22H7至22mm成单件软爪夹42mm外圆5车、铰车端面，取总长40mm至尺寸 车内孔22H7为22mm 车内槽2416mm至尺寸 铰孔22H7至尺寸 孔两端倒角软爪夹42mm外圆6精车车34Js7(0.012)mm至尺寸22H7孔

7、心轴7钻钻径向油孔4mm34mm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12所示为用无缝钢管材料的液压缸。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要求，对内孔轴线有直线度要求，内孔轴线与两端面间有垂直度要求，内孔轴线对两端支承外圆（82h6）的轴线有同轴度要求。除此之外还特别要求：内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12为液压缸的加工工艺过程序号工序名

8、称工序内容定位与夹紧1配料无缝钢管切断2车1车82mm外圆到88mm及M881.5mm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88mm处3调头车82mm外圆到84mm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88mm处3深孔推镗1半精推镗孔到68mm一端用M881.5mm螺纹固定在夹具中，另一端搭中心架2精推镗孔到69.85mm3精铰（浮动镗刀镗孔）到700.02mm，表面粗糙度值Ra为2.5m4滚压孔用滚压头滚压孔至70 mm,表面粗糙度值Ra为0.32m一端用螺纹固定在夹具中,

9、 另一端搭中心架5车1车去工艺螺纹，车82h6到尺寸，割R7槽软爪夹一端，以孔定位顶另一端2镗内锥孔130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82h6到尺寸，割R7槽软爪夹一端，顶另一端4镗内锥孔130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内外圆的相互位置精度（即保证内、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内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）在一次安装中加工内外圆表面与端面。这种工艺方案由于消除了安装误差对

10、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，影响零件内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21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21和图21。表2-1棒料毛坯的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

11、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23所示的轴套即可采用这一方案加工，其加工工艺过程见表22。 图2-2 转塔车床上加工衬套 图2-3 轴套表2-2

12、单件毛坯轴套的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

13、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。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

14、紧，故其夹紧力产生的径向变形极小。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27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：减小径向力，通常可借助增大刀具的主偏角来达到。内外表面同时加工，使径向切削力相互抵消，见图27所示。 图 2-6轴向夹紧工件 图2-7辅助凸边的作用粗、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

15、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150mm、为40mm，材料为Q235；未注倒角145，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150mm、长为40mm，材料为Q235；未注倒角145，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145mm外圆及112mm、98mm内孔的程

16、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/minN30 M06 T0202换内孔车刀N40 G90 G00 X95 Z5快速定位到95mm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98mm内孔，留径向余量0.5mmN70 G00 X97刀尖定位至97mm直径处N75 G80 X105 Z-10.5 F100精加工112mmN80 G80 X111.5 Z-10.5 F100粗加工112mm内孔，留径向余量0.5mmN90 G00 X11

17、6 Z1快速定位到116mm直径，距端面1mm处N100 G01 X112 Z-1倒角145N100 Z-10精加工112mm内也N120 X100精加工孔底平面N130 X98 Z-11倒角145N140 Z-34精加工98mm内孔N150 G00 X95快速退刀到95mm直径处N160 Z100 N170 X160 N175 T0200清除刀偏N180 M06 T0101换加工外圆的正偏刀N190 G00 X150 Z2刀尖快速定位到150mm直径，距端面2mm处N200 G80 X145 Z-15.5 F100加工145mm外圆N210 G00 X141 Z1 N220 G01 X147

18、 Z-2 F100倒角145N230 G00 X160 Z100刀尖快速定位到160mm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120mm外圆及端面的程序 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/minN30 M06 T010145端面车刀N40 G90 G00 X95 Z5快速定位到95mm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96mm直径，距端面2mm处N70 G01

19、 X100 Z0 F50倒角145N80 X130精修端面N90 G00 X160 Z100刀尖快速定位到160mm直径，距端面100mm处N95 T0100清除刀偏N100 M06 T0202换加工外圆的正偏刀N110 G00 X130 Z2刀尖快速定位到130mm直径，距端面2mm处N120 G80 X120.5 Z-18.5 F100粗加工120mm外圆，留径向余量0.5mm N130 G00 X116 Z1 N140 G01 X120 Z-1 F100倒角145N150 Z-16.5粗加工120mm外圆N160 G02 X124 Z-18.5 R2加工R2圆孤 N170 G01 X14

20、3精修轴肩面N180 X147 Z20.5倒角145N190 G00 X160 Z100刀尖快速定位到160mm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120mm外圆，找正，加工145mm外圆及112mm、98mm内孔。所用刀具有外圆加工正偏刀（T01）、内孔车刀（T02）。加工工艺路线为：粗加工98mm的内孔粗加工112mm的内孔精加工98mm、112mm的内孔及孔底平面加工145mm的外圆。加工程序见表3-1 。 2、夹112mm内孔，加工120mm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

21、艺路线为：加工端面加工120mm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；内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51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Ld5；内孔与外圆直径之差较小，故壁薄易变形较小；内外圆回转

22、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。内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内孔提出如下要求：1)内孔与外圆的精度要求 外圆直径精度通常为IT5IT7，表面粗糙度Ra为5063um，要求较高的可达004 um；内孔作为套类零件支承或导向的主要表面，要求内孔尺寸精度一般为IT6117，为保证其耐磨性要求，对表面粗糙度要求较高(Ra=25016

23、 um)。有的精密套筒及阀套的内孔尺寸精度要求为IT4II5，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II8ITc)，但对表面粗糙度要求较高，Ra一般为2516um。2)几何形状精度要求 通常将外圆与内孔的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的1213，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，有的内孔表面粗糙度要求为Ral6-01 um，有的高达Ra0025um。套筒类零件外圆形状精度一般应在外径公差内，表面粗糙度Ra为3204um。3)位置精度要求 位置精度要求主要应根据套类零件在机

24、器中功用和要求而定。如果内孔的最终加工是在套筒装配(如机座或箱体等)之后进行时，可降低对套筒内、外圆表面的同轴度要求；如果内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0.01006mm。套筒端面(或凸缘端面)常用来定位或承受载荷，对端面与外圆和内孔轴心线的垂直度要求较高，一般为005002mm。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内壁上浇

25、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