套筒零件的加工课件

套筒零件的加工第一节概述一、套筒类零件的功用及结构特点，如图4-1所示：1、隔套~传动件的轴向定位；2、衬套~过渡套、3、轴承套~支承轴颈4、花键套~联接作用5、油缸~液压动力元件6、导向套~支承导向作用第四章套筒类零件的加工3、内外圆的同轴度一般为0.05–1mm,同轴度要求高的为0.06mm。4、内孔轴线对端面的垂直度，如在使用或加工过程中承受轴向力，其垂直度一般为：0.01–0.04mm。三、套筒类零件的材料与毛坯1、材料:大多数为低碳钢或中碳钢,如A3,45#钢;少数采用合金钢如:25CrMo,30CrMnSi,18CrNiWA等,有时也选用铸铁,青铜,黄铜等。2、毛坯:棒料,锻件,铸件,无缝钢管等.如油缸常采用20,35,27SiMn热扎或冷拔无缝钢管。套筒类零件虽然种类众多，形态各异，但按其结构形状来分，大体上可分为短套筒和长套筒两类。由于这两类套筒零件结构形状上的差异，其工艺过程有很大的差别。第二节长套筒类零件工艺过程分析一．长套筒零件的加工分析液压系统中的油缸体如图4-2所示，是比较典型的长套筒零件，一般结构简单，薄壁容易变形，加工面比较少，加工方法变化不多。2.加工方法的选择内孔Φ70H7为深孔（深径比L/D=1685/70≈24.1）,其加工方案有以下几种。1）粗镗-精镗-珩磨(或滚压),符合粗精分开的原则,有利于清洗缸筒及时发现和排除废品次品,刀具简单，易于调整,能保证加工质量,生产率低,适用于生产批量不大的场合。2）半精镗-精镗-精铰-滚压，同样也符合粗精分开的原则,有利于清洗缸筒及时发现和排除废品次品,刀具简单，易于调整,能保证加工质量,生产率低,适用于毛坯精度高（如热轧或冷拔无缝钢管）的场合。3）粗镗-复合滚镗(精镗滚压合一),使用组合刀具,减少了一道工序,生产率高,但需要复杂的组合刀具,并进行精细调整,多用于大批大量生产。4）复合滚镗(粗镗,精镗,滚压三道工序合一),一次走刀完成粗精光整加工,生产率高,但刀具复杂,不易发现加工过程中的质量问题,多用于加工低碳制造的缸筒。5）粗镗-精镗-珩磨,是目前常用的一种加工方法,砂条的寿命低,比滚压生产率低,但质量稳定,多用于大批大量生产。6）强力珩磨,生产效率高,钢材利用率高,加工质量高,但需要专用强力珩磨设备,工艺条件要求高,投资费用高，主要用于大批大量生产，广泛应用受到限制。经以上六种加工方案对比分析,对液缸体在小批量生产条件下，采用方案2是比较经济合理。3.拟定工艺路线按照基准先行的原则作为定位精准面,应首先按排加工。液缸体为一个薄壁深孔零件,为防止夹紧力过大或不均匀而引起缸孔径向变形,影响加工精度，应按照基准重合,基准统一,互为基准原则,选择定位精基准。对于套筒类零件,一般以轴线部位的孔或外圆作为精基准,（1）如图4-3(a)所示，缸筒以一端止口定位,用弹性夹头夹紧;另一端以架窝支承在中心架上。这种方法装卸工件比较麻烦,定位精度低,但不需要专用设备，适用于单件小批生产；（2）如图4-3(b)所示，缸筒以一端止口定位,用弹性夹头夹紧;另一端以30º-60º外圆锥面与压力头上的专用内锥套定位和夹紧。这种方法装卸工件比较方便,定位精度高,须有压力头，适用于中、小批生产。（3）如图4-3(c)所示，缸筒以一端止口定位,用螺纹与连接盘连接在机床主轴上;另一端以架窝支承在中心架上。这种方法,用螺纹传递扭矩,缸体基本不受径向夹紧力作用,能保证加工精度，但加工完毕后,须切除螺纹部分,增加了工序材料的浪费，适用于无专用设备,小批量,试制新产品时采用。（4）如图4-3(d)所示，缸筒两端均采用加工出的30º-60º的外锥面定位,一端锥面与专用卡盘的内锥面配合定位;另一端与压力头的内锥面配合定位,并轴向夹紧.这种方法工件装卸方便,定位精度高,在大批大量生产中应用广泛。本例则采用(c)方案定位装夹，液缸体的主要表面为内孔和孔口端面、外圆,且为深孔（深径比L/D=1685/70≈24.1）,须在深孔车床上加工,因此,加工内孔的定位精基准应为一端孔口处的外圆面、与在另一端制出联接螺纹。为获得准确的定位精基准,深孔加工完毕后,作为重要工序应按排一次检验，最后按排终检。由于液缸体为小批量生产,应采用工序集中的原则按排加工顺序。二、液缸体的工艺过程如表4-1所示。序号工序名称工序内容机床1备料无缝钢管切断Φ90×1700

2热处理调质处理HB241~285，全长弯曲度<2.5mm

3粗、精车软卡爪夹一端，大头顶尖顶另一端，车Φ82mm外圆到Φ88mm及Φ88mm×1.5工艺螺纹（工艺用）；搭中心架托Φ88mm处，车端面及倒角；三爪卡盘夹一端，大头顶尖顶另一端，调头车Φ82mm外圆到Φ84mm；搭中心架托Φ88mm处，车另一端面及倒角取总长1686mm。车床

4精车镗深孔一端用M88X1.5mm螺纹固定在夹具中，另一端搭中心架，半精推镗孔到Φ68mm精推镗孔到Φ69.85mm浮动镗刀镗孔到Φ70±0.02mm,Ra0.32µm

改装的车床5滚压滚压孔,用深孔滚压头滚压孔至Ra0.32µm

车床67精镗内孔检中心架托另一端，镗内锥孔1º30'及车端面调头,软卡爪夹一端，顶车另一端；车Φ82h6到尺寸；软卡爪夹一端，中心架托另一端；切R7槽镗内锥孔1º30'及车端面取总长1685mm按图检验车床1.保证短套零件各表面位置精度的方法从短套零件的技术要求可知，其主要位置精度是内、外圆表面的同轴度及端面与轴线之间的垂直度要求。在加工过程中一般常采用下述方法。1）在一次装夹过程中完成内外表面及端面的全面加工，这种加工方法消除了工件的装夹误差，可获得很高的相对位置精度。但是，这种加工方法的工序比较集中，对于尺寸较大的套筒零件也不便于装夹。2）套筒主要表面的加工分在几次装夹中完成，先终加工孔，然后再以孔为精基准，最终加工外圆及端面。这种方法需采用心轴为夹具，但夹具的结构简单，定心精度高，能保证各表面间的位置精度。3）套筒主要表面的加工分在几次装夹中完成，先终加工外圆，然后以外圆为精基准最后加工孔，采用这种方法加工时，工件装夹迅速可靠，其夹具较复杂，加工精度略差。欲获得较高的同轴度，则须采用定心精度高的夹具，如弹性膜片卡盘、液性塑料夹具及经修磨过的三爪卡盘和软爪等夹具。对于普通精度的套筒，如果需径向夹紧时，也尽可能使径向夹紧力均匀，使用过渡套或弹簧套夹紧工件。或者作出工艺凸台及工艺螺纹，以减少夹紧变形。3）减少热处理变形的影响，将热处理安排在粗精加工阶段之间或安排在下料之后，机加工之前，使热处理产生的变形在后续的加工中逐步予以消除。表4-2为图4-4小套零件的工艺过程（材料45钢、小批量生产、全部倒角1×45º、淬火处理HRC45~50）

序号工序名称工序内容定位夹紧01下料Φ48×130mm（五件合一）

02车车端面，Ra10μm，钻、镗孔，留磨余量0.3mm，车外圆，留磨余量0.3mm，倒角，切断；调头，车端面，保证尺寸20mm，Ra10μm，倒角；

外圆端面03热淬火，HRC45~50

04磨磨孔至图样要求

外圆05磨磨孔至图样要求

内孔06检按图样检验入库

有两个主切削刃,两个副切削刃和一个横刃组成.横刃前角-54~+60º,主切削刃上各点前角后角都是变化的,钻心处前角接近0º,甚至为负值,外缘处前角约为30º.对钻削十分不利.锋角一般为90~140º,标准为118º±2º.钻软材料取小值;钻硬材料取大值.麻花钻头工作部分为高速钢淬火HRC62~65.3:钻孔的工艺特点1）：钻头容易偏斜，麻花钻头细长，刚性弱，钻入时易被引偏，造成孔轴线的不直或歪斜；2）：孔径容易扩大，锋角对轴线不对称，两主切削刃不等长，会造成钻削时径向力不相等，导致孔径的扩大；3）：孔壁粗糙，钻屑较宽，流出时与孔壁发生剧烈摩擦而刮伤已加工表面；4）：轴向抗力大.实验证明50%的扭距是由横刃引起的。为改善麻花钻头的切削性能,现已广泛使用“群钻”，如图4-11所示：在主切削刃上磨出凹形圆弧刃并加大了钻心处的前角.磨短横刃(1/5~1/7)并加大横刃前角.直径大于15毫米的钻头在主切削刃一侧磨出分屑槽,使钻屑分成窄条便于排屑。图4-11(二):扩孔用扩孔钻对以钻出的孔作进一步的加工以扩大孔径,提高精度降低表面粗糙度.如图4-12所示：扩孔属半精加工:IT10~IT9,Ra6.3~3.2µm.扩孔特点：刚性好,扩孔钻容屑槽浅而窄，钻芯粗壮，因此，扩孔钻的刚性好；导向性好，扩孔钻有三~四个刀齿，增加了导向的楞边数；切削条件好，只有切削刃的外缘部分参加切削，切削较轻快，可用较大的切削用量；孔壁光洁.扩孔切屑少，排屑通畅，不会刮伤已加工表面。图4-12(三)铰孔1:用铰刀加工孔的一种精加工方法.须在扩孔,半精镗孔的基础上进行.铰孔所能达到的精度为:IT8~IT7,Ra1.6~0.4µm.如图4-13所示：图4-132:铰刀工作部分结构切削部分锥形,承担主要的切削作用.机铰刀半锥角为5º~15º,手铰刀半锥角为0.5º~1.5º.以提高定位的准确性,并减小轴向力.由于切深很小,前角为0º,后角为5º~8º.导向修光部分铰刀中段的较长部分,为防止孔径的扩张,一般有倒锥,机铰刀为:0.04~0.06,手铰刀为0.005~0.008.作用:棱边起到校正孔径,修光孔壁及导向扶正.3:铰孔方法铰孔余量:粗铰0.15~0.25mm,精铰0.05~0.15mm,不能过大,过小.铰削速度:粗铰4–10m/min,精铰1.5–5m/min.应避免产生积屑瘤及引起振动.机铰进给量:一般0.15–1.5mm/r,比钻削提高3—4倍.切削液:铰钢用乳化液,铰铸铁用煤油.在机床安装:铰刀与机床主轴采用浮动连接.4:铰孔的工艺特点铰孔精度不取决于机床精度.而是取决于铰刀本身的精度,在机床上的安装方式,以及加工余量,切削用量,和切削液等条件.铰刀为定尺寸精加工刀具,比精镗孔更容易保证孔的尺寸精度和形状精度,生产率高,对细长孔更是如此.铰孔适应性差.一定直径的铰刀只能铰削一定直径及尺寸公差的孔.不能铰削非标准孔,台阶孔和盲孔.钻扩铰连用是IT8~IT7,Ra1.6~0.4,直径在Φ80mm以下的孔的典型加工方法.(四):镗孔1:用镗刀对以钻出,铸出,锻出的孔,作进一步的加工,以扩大孔径提高精度降低表面粗糙度.镗孔是孔常用的加工方法.2:镗孔阶段粗镗:尺寸公差等级IT14—IT12,Ra25---12.5.半精镗:尺寸公差等级IT11---IT9,Ra6.3---3.2.精镗:尺寸公差等级IT8—IT7,Ra1.6---0.8.3:镗孔方式车床镗孔:由横向进刀和走刀次数扩大孔径非常方便.如图4-14所示：图4-14镗床镗孔镗孔方式，1：镗刀杆回转，工件随工作台作纵向进给。镗孔直径一般小于120mm,镗刀杆不宜悬伸过长，以免刀杆弯曲变形，影响加工精度。由支承座支承的长刀杆可,镗箱体两壁相距较远的同轴孔；如图4-15所示：2：镗刀杆回转并外伸作纵向进给，一般用来镗深度较浅的孔；3：平旋盘带动镗刀杆回转，工件随工作台作纵向进给。可镗削价Φ200mm以上的大孔，但孔深不宜过大。图4-16所示，图4-15图4-16镗床镗孔的特点1):适应性强.可在钻,铸,锻出孔的基础作进一步的加工,加工精度范围较广.除直径较小,较深的孔以外,其它各种直径及结构类型的孔,均可镗削.2）：可有效校正原孔轴线的偏斜.由于镗杆细长刚性较弱,易弯曲振动,故镗削质量的控制特别对于细长孔,不如铰削方便.3）：生产率低广泛适用于在单件小批量生产中,镗削各类零件上的孔.特别适用于镗削支架,箱体类零件上的孔.铣床镗孔:主要用于加工小型支架箱体零件上的支承孔.(五):拉孔用拉刀加工孔的一种高效率加工方法.拉削可以看成刨削的发展,每个刀齿可以切掉一层极薄的金属,因此,可以获得很高的精度和很低的表面粗糙度.如图4-17a,b所示：拉削圆孔可达到的尺寸公差等级为:IT8---IT7,表面粗糙度Ra1.6–0.4µm.图4-17ab拉孔的工艺特点生产率高,加工质量高;拉刀结构复杂成本昂贵,主要用于大批大量生产;拉孔的直径一般小于Φ125mm.不能拉削非标准孔,盲孔,台阶孔.某些结构复杂零件上的孔也不能在拉床上加工.(六):磨孔磨孔属于孔的精加工方法.可达到的尺寸公差等级为IT8~IT6,表面粗糙度Ra0.8~0.4µm.可在内圆,万能外圆磨床磨削,多采用纵磨法.如图4-18所示：磨孔与磨外圆的比较：1）：磨孔的表面粗糙度略粗大.这是因为内圆磨头的砂轮直径小，转速低，很难达到外圆磨削的线速度，因此，磨内孔的表面粗糙度略粗大图4-182）：磨削质量的控制不如磨外圆方便.这是因为，砂轮与内孔表面的接触面积大，发热量大，冷却排屑条件差，工件易产生热变形；受内孔直径的限制，砂轮轴一般细长，刚性弱，易产生弯曲变形，使磨削的内孔产生内圆锥误差；为消除上述误差，须减小径向进给量和增加“光磨行程”。因此，磨削质量的控制不如磨外圆方便.3）：磨孔的生产率低.砂轮直径小，磨耗快；冷却液不易冲排屑末，经常堵塞砂轮，为此，经常卸下更换或修整；另外减小径向进给量和增加“光磨行程”。也使磨削时间延长。因此，磨孔的生产率低二:深孔加工(一)深孔加工概述L/D>5为深孔.一般液压缸筒的深径比为:L/D>12,游梁式抽油机的抽油泵筒的整体深径比大于280.由于孔深,加工时冷却排屑困难,加工较为复杂.(二):深孔加工的特点1:刀杆细长,刚性较弱,易被引偏,造成孔轴线的不直或壁厚不均.2:加工中易产生振动,影响表面粗糙度.3:切削液不易进入切削区,冷却散热条件差,影响钻头寿命.4:排屑困难,易刮伤已加工表面,影响表面粗糙度.(三):深孔加工方法1:深孔钻削单件小批生产在车床上用加长钻头钻削.大批大量生产在深孔钻镗床上加工.2:深孔钻削方式工件回转,刀具作纵向进给.钻头不易被引偏,轴线较直,机床结构简单.工件回转,刀具反向回转并作纵向进给.这种加工方式,切削速度高,生产率高,精度高,需专用机床.3:深孔钻头1）：单刃深孔钻头:由切削部分和钻杆两部分组成.切削部分的材料为高速钢或硬质合金,刀片焊在刀体上,刀体与刀杆采用方牙螺纹连接.刀头的切削部分由一个主切削刃,布置在轴线一侧,对面有两个导向块.如图4-19所示：图4-19单刃深孔钻头,有一定的分屑,断屑,导向定心能力.单刃深孔钻又称为枪钻,多用于加工直径较小的孔.2）：多刃错齿深孔钻头将整体的单刃结构,改为较错分段排列的结构,三个刀刃分布在轴线两侧;在刀具前端有三条硬质合金导向块,还在刀体上镶嵌四条硬质合金后导向块.如图4-20所示：图4-20多刃错齿深孔钻头的定心导向,分屑断屑效果好,刃磨方便,效率高,应用广泛.3）：喷吸钻喷吸钻是利用高压流体以一定的压力通过钻头底部的小孔射入切削区,以冷却钻头,带出钻屑.因此,钻削条件好,排屑顺畅,生产率高,加工精度高.加工精度IT8~IT7,Ra3.2~0.8µm,直线度0.1/100生产率比钻削提高5~10倍.如图4-21所示：图4-21(四):深孔镗削1:粗镗:使用粗镗头,对以钻出的深孔或冷拔无缝钢管的内孔作进一步的加工,以切除大部分余量,扩大孔径,校正原孔的直线度.如图4-22所示：图4-22粗镗后:加工精度IT10~IT9,Ra12.5~6.3µm.

2:精镗使用精镗头,如图4-23所示：属于深孔的精加工方法,亦称浮动镗加工精度IT7~IT6,Ra0.8~0.4µm深孔机床如图4-24所示：常用型号T2120T2130图4-23图4-24内冷外排屑外冷内排屑三:内圆表面的精密加工方法1:金刚镗在金刚镗床上,用硬质合金刀具或金刚石刀具,以小的切深小的进给量较高的切削速度,进行镗削.并采用粗镗精镗两道工序,可获得较高的精度和较低的表面粗糙度.尺寸公差等级:IT7~IT6,表面粗糙度:Ra0.4~0.1µm.圆度误差小于0.003~0.005mm.金刚镗加工质量好,生产率高,广泛用于在大批大量生产中,对钢铸铁有色金属套筒内孔的光整加工.2:研磨依靠研具与工件的相对运动,由磨料去除一层极微薄金属的光整加工方法.研磨后达到的精度:IT6~IT4,Ra0.16~0.01µm.可手工研磨或机器研磨,但生产率低,不能校正孔的位置精度.3:珩磨用带有磨条的珩磨头对工件进行精细加工的一中高效率光整加工方法.机械加压式珩磨头结构如图4-25所示.磨条以一定的压力与内孔表面接触,珩磨头在主轴带动下回转同时作上下往复运动,每个磨粒的运动轨迹,纵横交错而不重复.图4-25从而,从工件表面上去除一层极微薄的金属,以获得较高的精度和较低的表面粗糙度.珩磨的特点1）：可获得较高的精度和较低的表面粗糙度.IT6~IT4,Ra0.63~0.04µm,圆度,圆柱度可达0.003~0.005mm.2）：表面质量好.形成的交叉网纹,有利于润滑,因而表面的耐磨性好,磨粒的切削速度低,无烧伤现象.3）：生产率高4）：加工范围广:加工的孔径Φ5~Φ200mm,孔深1~2400mm‚L/D可达1000以上;可加工铸铁,淬火钢不淬火钢,合金钢.特别适用于在大批大量生产中对缸套类零件的内孔进行加工,但不能校正孔的位置精度.强力珩磨简介强力珩是八