薄壁气缸类零件加工研究(编辑修改稿)

薄壁气缸类零件加工研究(编辑修改稿)内容摘要：

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。 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 所示。 表 薄壁气缸机械加工工艺过程 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 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  台阶孔保留 的双边余量，半精镗台阶孔分别到 深度 ，  加工深度尺寸 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 8、 H mm 其加工 深度为  mm 与内孔  mm，各孔表面的粗糙度 Ra （ 2） A 面与台阶面的垂直度公差为 A 面 与 H mm 台阶孔表面的同轴度公差为  工序 五 简图 西安文理学院本科毕业设计（ 论文） 12 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 6 粗车外圆 粗车外圆尺寸到 、 ，并保证台阶长 、总长为 工序六简图 7 半精车及精车外圆 （ 1）精车外圆尺寸到  mm，台阶外圆至  mm 保证长度 mm，各外圆表面粗糙度 Ra （ 2）两外圆以 45176。 锥面联接 工序七简图 西安文理学院本科毕业设计（ 论文） 13 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 8 精车右端面 精车右端面保证工件长度为  mm，并保证右端面的粗糙度 Ra 工序 八 简图 9 检验 按图纸上要求的尺寸及技术要求对已加工零件进行检查 刀具的选择 数控编程时，正确选择刀具是 数控加工工艺中的重要内容，其不仅影响机床的加工效率，而且直接影响加工质量。 选择刀具通常考虑工件材料、加工型面类型、切削用量，以及其他相关因素。 刀具选择总的原则是：既要求精度高、强度大、刚性好、耐用度高，又要求尺寸稳定，安装调整方便。 在满足加工要求的前提下，尽量选择较短的刀柄，以提高刀具的刚性。 在此原则上，综合考虑铝合金材料的加工特点以及加工中振动和切削力引起的变形，薄壁气缸零件的加工刀具均选用机夹可转位车刀，切削刀具参数选择见表。 西安文理学院本科毕业设计（ 论文） 14 表 刀具的参数选择 刀具名称 刀具半径 /mm 主偏角κ 前角 γ 后角α 刀片材质 外圆粗车刀 90176。 25176。 9176。 YG6 外圆半精车刀 75176。 25176。 11176。 YW1 外圆精车刀 75176。 25176。 11176。 YW1 粗镗刀 90176。 25176。 9176。 YG8 半精镗刀 90176。 25176。 5176。 YW1 精镗刀 90176。 25176。 5176。 YW1 切削用量的确定 数控编程中，必须确定每道工序的切削用量，并以指令的形式写入程序中。 切削用量包括主轴转速、背吃刀量及进给速度等。 其选择原则是保证零件加工精度和表面粗糙度， 充分发挥刀具切削性能，保证合理的刀具耐用度，并充分发挥机床的性能，最大限度的提高生产率，降低成本。 由于此零件为薄壁零件，加工时，刚性较差，易产生振动，刀具的切削硬度又不足以满足加工需求，为此，在刀具和夹紧力相对固定的情况下，只能通过优化切削参数进行调整，以表面粗糙度计算公式： rfRa 502  （式 31） （ f ——进给量， r ——刀尖圆弧半径）为参考，切削用量选择见表。 表 切削用量的选择 刀具名称 转速 r/min 进给量 /mm 背吃刀量 /mm 外圆粗车刀 600 3 外圆半精车刀 1200 外圆精车刀 1200 背镗刀（粗） 600 8 背镗刀（半精） 1000 西安文理学院本科毕业设计（ 论文） 15 背镗刀（精） 1000 冷却与润滑 切削液是一种用在金属切、削、磨加工过程中，用来冷却和 润滑刀具 和加工件的工业用液体 ,切削液由多种超强功能助剂经科学复合配伍而成，同时具备良好的冷却性能、润滑性能、防锈性能、除油清洗功能、防腐功能、易稀释特点。 克服了传统皂 基乳化液夏天易臭、冬天难稀释、防锈效果差的的毛病，对车床漆也无不良影响，适用于黑色金属的切削及磨加工，属当前最领先的磨削产品。 切削液各项指标均优于皂化油，它具有良好的冷却、清洗、防锈等特点，并且具备无毒、无味、对人体无侵蚀、对设备不腐蚀、对环境不污染等特点。 近十几年来 , 由于切削技术的不断提高，先进切削机床的不断涌现，刀具 和工件 材料的发展，推动 了切削液技术 的发展 ，并让其 有了更多的作用，如下： 润滑作用 ： 金属切削加工液（简称切削液）在切削过程中的润滑作用，可以减小前刀面与切屑，后刀面与已加工表面间的摩擦，形成部分润滑膜，从而减小切削力、摩擦和功率消耗，降低刀具与工件坯料摩擦部位的表面温度和刀具磨损，改善工件材料 的切削加工性能。 在磨削过程中，加入磨削液后，磨削液渗入砂轮磨粒－工件及磨粒－磨屑之间形成润滑膜，使界面间的摩擦减小，防止磨粒切削刃磨损和粘附切屑，从而减小磨削力和摩擦热，提高砂轮耐用度以 及工件表面 质量。 冷却作用 ： 切削液的冷却作用是通过它和因切削而发热的刀具（或 砂轮）、切屑和工件间的对流和汽化作用 把切削热 从刀具和工件处带走，从而有效地降低切削温度，减少工件和刀具的热变形，保持刀具硬度，提高加工精度 和刀具耐用度。 切削液的冷却性能和其导热系数、比热、汽化热以及粘度（或流动性）有关。 水的导热系数和比热均高于油，因此水的冷却性能要优于油。 清洗作用 ； 在金属切削过程中，要求切削液有良好的清洗作用。 除去生成切屑、磨屑以及铁粉、油污和砂粒，防止机床和工件、刀具的沾污，使刀具或砂轮的切削刃口保持锋利，不致影响切削效果。 对于油基切削油，粘度越低，清洗能力越强，尤其是含有煤油、柴 油等西安文理学院本科毕业设计（ 论文） 16 轻组份的切削油，渗透性和清洗性能就越好。 含有表面活性剂的水基切削液，清洗效果较好，因为它能在表面上形成吸附膜，阻止粒子和油泥等粘附在工件、刀具及砂轮上，同时它能渗入到粒子和油泥粘附的界面上，把它从界面上分离，随切削液带走，保持切削液清洁。 防锈作用 ： 在金属切削过程中，工件要与环境介质及切削液组分分解或氧化变质而产生的油泥等腐蚀性介质接触而腐蚀，与切削液接触的机床部件表面也会因此而腐蚀。 此外，在工件加工后或工序之间流转过程中暂时存放时，也要求切削液有一定的防锈能力，防止环境介质及残存切削液中的油泥等腐 蚀性物质对金属产生侵蚀。 特别是在我 国南方地区 潮湿多雨季节，更应注意工序间防锈措施。 (1)夹持薄壁气缸零件的软三爪时，应首先根据零件结构及切削参数计算出卡盘的夹紧力范围和切削力，再调整气压卡盘的夹紧力 [9]。 卡爪夹紧力公式：nDfKMW 2 （式 32） 式中： n ——卡爪数； K ——安全 系数； f ——摩擦系数； M ——切削扭矩； D ——零件直径。 切削力公式： FFFFMFnFcyFxFpFc KKKKKvfaCFsrcccc  0 （式 33） 切削扭距公式： 2DFM c （式 34） 式中：cFC——系数； cxF 、 cyF 、 F ——指数； pa ——吃刀深度； f ——进给量； cv ——切削速度； MFK ——材料修正系数； 西安文理学院本科毕业设计（ 论文） 17 FK0——前角修正系数； FsK——刃倾角修正系数； FrK——主偏角修正系数； FK——刀尖圆弧半径修正系数。 经查切削手册，该零件加工时的主切削力为：FFFFMFnFcyFxFpFc KKKKKvfaCF srcccc  0 N) 92(   切削扭距： mmNmmNDFM c  9592 14 02 卡爪夹紧力： NNnfKFnD fKMW c  根据公式计算结果，留出一定的安 全保障系数后，将卡爪夹紧力确定为 600N。 此外，软三爪的结构可设计成扇形结构，增加软爪夹持接触面积，使夹紧力均匀的分布在零件上，减小零件夹紧变形，扇形软三爪如图 所示。 图 扇形软三爪 (2)在零件内孔加工完时， 由于 加工圆周时扇形软三爪对零件的加紧力 会 造成内孔的圆周处出现局部变形。 因此可 通过增加开槽套筒，来增加零件的有效壁厚，提高刚性，破坏振频，降低振动。 开槽套筒尺寸及形状特点见零件图 所示 西安文理学院本科毕业设计（ 论文） 18 图 开槽套筒零件图 第四章 数控加工程序的编制 数控加工 是按照已编制的零件加工 程序，经机床数控系统处理后获得的数字信息对零件过程进行定义，并控制机床进行自动运行的一种自动化加工方法。 因此，零件加工程序的编制（数控编程）是实现数控加工的重要环节，而且有效地获得满足零件加工要求的高质量的数控加工程序，不仅可以充分地发挥数控机床的性能，而其能够获得更高的加工效率和加工质量。 [1] 数控程序设计流程图见图。 图 数控程序设计流程图 粗车 左 端面 半精 车 左端面 粗车外圆 精镗内孔台阶孔 车右端面 粗镗 内孔及台阶孔 半精镗内孔台阶孔 半精车及精车外圆 西安文理学院本科毕业设计（ 论文）。