活塞的数控加工工艺

时间：2021-02-02 19:46:33 数控毕业论文我要投稿

活塞的数控加工工艺

　　活塞的数控加工工艺【1】

　　摘要：本文通过对活塞数控加工的装夹方案、加工顺序、刀具选择和切削用量等方面的工艺分析，探讨提高其批量生产效率的途径，对同类型的零件加工具有参考意义。

　　Abstract： Through the technology analysis on the clamping scheme， order processing， cutting tool selection and cutting dosage and other aspects， this paper discusses the ways to improve the efficiency of the mass production. That has reference significance for the similar parts processing.

　　关键词：数控;活塞;加工工艺

　　0 引言

　　数控机床是一种技术密集度及自动化程度很高的机电一体化加工设备，是综合应用计算机、自动控制、自动检测及精密机械等高新技术的产物。

　　本文就活塞在数控机床中的加工工艺问题进行探讨，该活塞零件属新研发的产品，在论文数据库中未能搜索到相关的加工工艺方法。

　　活塞所用的材料为PA6(尼龙6)，其机械减振能力好、加工性能好，但在机械加工中容易发生热变形，从而影响尺寸精度。

　　接到该批量零件加工之前，笔者曾给企业打过样板，两种不同型号(尺寸)的活塞的各一件，难点主要是最后一道工序――钻端面两对称圆柱孔(2×Ф5孔深20)，由于孔与螺旋槽位置角度要求为50°、55°，当时利用分度盘装夹，直接在普通立钻上加工，过程中耗费大量的对刀调整时间，效率很低，如果是中小批量生产，该方法在现代化生产大潮中没有竞争。

　　鉴于此，必须探索出可以提高批量化生产效率的工艺方法。

　　1 活塞的数控加工工艺制订

　　1.1 零件图样工艺分析

　　如图1所示，该工件材料是PA6(尼龙6)，尼龙6吸湿性强，所以加工时不能使用切削液，可使用风冷。

　　工件由外圆柱面、内圆柱面、圆周槽、螺旋通槽(2个)、端面圆柱孔(2个)等轮廓组成。

　　加工数量为1000件，属中小批量生产，前期先加工1件，送检合格后，安排批量生产。

　　零件的尺寸标注基准(对称轴线、大端面、各孔中心线)较统一，且无封闭尺寸;构成零件轮廓形状的各几何元素条件充分，无相互矛盾之处，有利于编程。

　　该零件的外圆、圆槽、内孔等部位的形状、位置尺寸公差为0.1mm或0.2mm，加工精度易保证;难点主要集中在两对称螺旋槽的加工，尺寸精度为17■■，其次是端面两对称圆柱孔(2×Ф5孔深20)与螺旋槽的位置角度50°、55°，必须设计专用夹具装夹零件，才可保证批量生产要求，该专用夹具的设计是整个零件各工序加工中的难点。

　　内外未标注表面粗糙度Ra为1.6μm。

　　1.2 装夹方案的确定

　　该零件的加工需使用三种夹具，四次装夹，其中外形车削部分使用传统三爪卡盘，左右调头，装夹两次。

　　螺旋槽的铣削采用四轴加工中心，使用包容式的气动三爪卡盘(图2)装夹，提高装卸工件的效率，减少夹紧变形。

　　端面两对称圆柱孔(2×Ф5孔深20)的加工采用数控铣床，设计专用夹具装夹(图3)。

　　该角度定位装置，共限制了工件三个不定度，X、Z轴的平移和Z轴的旋转。

　　圆柱销，限制了工件Z轴旋转的不定度，保证了Ф5孔相对于螺旋槽的50°、55°角度位置，圆柱销采用的`是可调可换设计，可以根据不同型号尺寸的活塞进行灵活更换和调整高度。

　　燕尾槽插销与端面定位板上的燕尾槽间隙配合，保证了角度定位装置的稳定性。

　　端面定位板是由一个大平面和一个R61的圆弧侧面进行定位的，大平面限制了工件Z轴平移和X、Y轴旋转共三个不定度，R61的圆弧侧面限制了Y方向平移的不定度。

　　通过以上两个定位元件，实现活塞的完全定位。

　　以上两个定位元件可采用硬铝材料，方便制作。

　　夹具体(基础板)的尺寸根据数控铣床工件台加工范围进行设计，争取尽可能大的尺寸，满足夹具一次性装夹几个零件，提高生产率的要求。

　　端面定位板设计成一字排开，螺旋夹紧装置更换成气动夹紧装置，每个零件对应一个角度定位装置，装置的动力由侧向安装的气缸提供。

　　1.3 确定加工顺序和进给路线

　　加工内容包括：车两端面、车外圆柱、切槽、车内孔、铣螺旋槽、端面钻孔。

　　根据以上所述的加工内容，所需的加工方法有：车削、铣削、钻削。

　　加工顺序如下：

　　①粗车精车Φ90■■端。

　　第一步用三爪卡盘装夹，用刀尖角为R2外圆车刀加工端面、Φ90■■外圆，用Ф50钻头粗加工内孔，用内孔车刀精加工Φ54■■内孔和Φ84■■孔深10台阶。

　　既有外形又有内孔的位置建议采用“内外交叉”原则安排加工顺序――先粗加外形，接着粗加工内孔，再精加工外形，最后精加工内孔。

　　②粗车精车Φ122■■端。

　　第二步用三爪卡盘装夹已加工外圆Φ90■■端，为了不夹伤已加工表面，可使用Φ91的钢夹套套到Φ90■■外圆上，再使用三爪卡盘。

　　先用外圆刀粗精加工端面和Φ122■■外圆，接着用内孔车刀加工端面Φ45孔，最后用切槽刀(单边斜角为5°)加工宽6mm深3.5±0.1mm的槽。

　　③加工17■■mm的螺旋通槽。

　　第三步用加长杆的三爪卡盘装夹Φ122■■端，用两刃Φ17键槽铣刀加工两个螺旋通槽。

　　键槽铣刀可轴向进刀，轴向进给到分层深度3mm后再XY方向走刀加工。

　　考虑到加长杆的三爪卡盘卡爪与工件的接触长度短，所以分层以减小切削力，保证加工质量。

　　④加工Φ5深20的两小孔。

　　第四步用专用夹具装夹Φ122■■端，用Φ5麻花钻加工深20mm的两小孔。

　　1.4 刀具的选择和切削用量

　　根据以上所述的加工顺序，所需的加工方法有：车削、铣削、钻削和倒角等。

　　根据不同的加工方法，选择的刀具和切削参数如表1。

　　2 结束语

　　数控机床具有加工精度高、自动化生产、效率高等特点。

　　本文先对活塞零件图进行了分析，接着根据零件加工的内容和难点，选择合适的装夹方案，其中Φ5端面孔的加工是整个零件加工的难点，文中对该工序加工所用的专用夹具进行设计，实现多个零件的完全定位，夹紧元件采用了效率高、稳定性好的气动夹紧装置，有效地保证了加工质量，提高了加工效率。

　　事实证明，单件生产(打样板)和批量生产的工艺方法会有很大不同，在批量化生产中，针对某道工序设计和使用专用夹具，可以保证产品的一致性，大大缩短装卸工件的辅助时间，生产率是单件生产工艺方法的几倍，甚至十几倍。

　　当然，本文并未能解决该零件多次装夹，耗费时间，提高夹具设计的成本等问题。

　　在未来数控加工的领域里，利用多轴加工，减少装夹次数是一个发展方向。

　　参考文献：

　　[1]韩鸿鸾.数控加工工艺学[M].北京：中国劳动社会保障出版社，2005.

　　[2]钱可强.机械制图[M].北京：中国劳动社会保障出版社，2007.

　　[3]刘学强.浅谈活塞数控加工[J].内燃机与动力装置，2012(06).

　　活塞杆加工工艺方法【2】

　　【摘要】俗话说车工怕杆，意思是说车工加工细长杆类零件时很不容易达到技术要求，一个是尺寸公差很难保证，另一个是杆类零件加工后是弯曲的。

　　往复式压缩机的活塞杆就是这种典型的细长杆类零件，尤其是采用液压连接的活塞杆，长径比较大，加工难度较大，出现弯曲杆的可能性随之增高。

　　如果将一根弯曲的活塞杆安装在压缩机上，那么活塞杆在往复运动中是跳动的，填料函中的密封环就会随着活塞杆的跳动而跳动，从而导致气体无法密封而大量外泄。

　　同时，活塞杆的跳动也将引起整台机组的振动，从而使设备无法安全运行。

　　因此，尺寸公差及形位公差完全合格的活塞杆是往复式压缩机正常运转的首要条件之一。

　　【关键词】活塞杆加工方法压缩机公差

　　1引言

　　怎样才能生产出合格的活塞杆呢?下面就活塞杆产生弯曲的原因进行分析，总结出对活塞杆加工有影响的几点要素。

　　2切削力的分析

　　2.1总切削力F

　　在切削过程中，为了克服金属材料的变形抗力以及摩擦阻力，刀具必须受到一个作用力F，称之为总切削力。

　　由于总切削力的方向及大小会随着切削条件的变化而变化，故应将总切削力分解成以下几个既定方向的分切削力。

　　2.2主切削力Fc

　　主切削力Fc是总切削力沿主运动方向的分力。

　　在切削加工中，所消耗功最多，所以它是计算机床功率、刀杆、刀片强度以及夹具设计、选择切削用量的主要依据。

　　2.3给力Ff

　　进给力Ff是总切削力沿进给运动方向的分力。

　　车外圆时，它作用在进给机构上，是设计计算进给机构强度的依据。

　　2.4背向力Fp

　　背向力Fp是总切削力沿工作平面垂直方向的分力。

　　车外圆时，背向力使工件弯曲变形或振动，对加工表面质量影响极大，所以在加工杆类零件时应尽可能设法减少背向力Fp。

　　3影响切削力的因素

　　3.1工件材料

　　工件材料的硬度或强度越高，切削力越大。

　　工件材料的塑型或韧性越好，变形抗力和摩擦阻力大，切削力也越大。

　　3.2切削量

　　切削量取决于切削速度和进给量以及背吃刀量，切削速度是通过影响切削变形程度来影响切削力的，切削变形大，则切削力增大。

　　进给量和背吃刀量增大，分别使切削宽度和切削厚度增大，切削层面积也增大所以变形抗力和摩擦阻力也增大，则切削力也就随之增大。

　　但是两者影响程度不同，当背吃刀量增大一倍时，主切削力也增大一倍，但当进给量增大一倍时，主切削力只增大75%～90%。

　　3.3刀具的因素

　　前角增大，切削变形减少，切削力也减少，并且前角对进给力及背向力的影响比对主切削力的影响大。

　　主偏角与副偏角主要影响三个切削分力的大小和比例关系。

　　在刀具图弧半径为零时，增大主偏角可减少主切削力，同时可使背向力减少，进给力增大。

　　同理，增大副偏角也可使背向力减少，有利减小工艺系统的弹性变形和振动。

　　4选择合适的刀具角是加工活塞杆的关键

　　通过上面的分析，我们知道选择合适的刀具角度对活塞杆加工至关重要，减少背向力是加工细长杆类的关键，下图说明一下车刀的角度及作用。

　　4.1主偏角Kr

　　主偏角Kr是主切削平面与假定工作排平面间的夹角，其作用是改变切削力和刀头的受力情况和散热条件。

　　当主偏角Kr等于90°左右时，背向力趋近零，也就是说明我们在加工杆类零件时将车刀的主偏角取90°左右，对减少零件的弯曲度是有利的。

　　4.2副偏角K’r

　　副偏角K’r是副切削平面与假定平面间的夹角。

　　其作用是减少副切削刃与工件已加工表面间的摩擦，但是副偏角也不要取的太大，因为副偏角过大会降低刀具的强度。

　　4.3刀尖角εγ

　　刀尖角εγ是主、副切削平面间的夹角。

　　刀尖角的大小可以用下式计算εγ=180°-(Kr+ K’r)，刀尖角的大小影响刀尖处的强度和散热面积。

　　4.4刃倾角λs

　　刃倾角λs是主切削刃与基面间的夹角。

　　以基面为基准，当主切削刃在选定点以后的部分位于基面之上时，规定刃倾角小于0°，当主切削刃位于基面上时，刃倾角等于0°。

　　4.5前角r0

　　前角与基面间的夹角为前角r0，以基面为基准，当前面在基面之上时，规定前角小

　　于0°，当前面在基面之下时，规定前角大于0°，当前面和基面重合时，前角等于0°。

　　增大前角能使刃口锋利，减少切削变形，减少切削力，并使切削容易排出。

　　但使前角增大会降低刀头强度。

　　4.6后角α0

　　后角α0是后面与切削平面间的夹角，后角能减少后面与工件之间的摩擦。

　　后角愈大，切削刃愈锋利，但影响刀头强度。

　　(如图1)

　　5保证活塞杆中心孔的同轴度

　　保证活塞杆两端中心孔的同轴度是活塞杆加工的关键所在。

　　因为活塞杆的加工工序较多，而中心孔是各道工序周转中的定位尺寸。

　　如果活塞杆两端的中心孔不在同一轴线上，那么在各道工序周转时由于装夹用力的差异，活塞杆各外圆面就会造成微小的变动，活塞杆的加工质量会降低。

　　6中心架的调整

　　为防止活塞杆加工时产生弯曲，都设置中心架，以克服背向力造成活塞杆弯曲。

　　需要注意中心架的夹固力的调整，使三个支承爪受力均匀，支承力大小要合适，过大会使摩擦力增大，过小时将起不到夹固的作用。

　　支承爪与工件接触处需要经常加油润滑，以防止拉毛工件及摩擦发热。

　　同时也应注意尾座顶尖的顶固力。

　　粗加工时可适当增大顶固力，以防工件脱落，精加工时顶固力要适当减小，以防顶弯活塞杆。

　　参考文献：

　　[1] 顾崇.《机械制造工艺学》.陕西科学技术出版社，1994年6月.

　　[2] 张帆.《机械精度设计与检测》. 陕西科学技术出版社，2006年5月.

　　[3] 李益民.《机械制造工艺设计简明手册》. 机械工业出版社，1999年10月.

　　[4] 艾兴.《切削用量简明手册》. 机械工业出版社，2000年3月.

　　[5] 徐鸿本.《机床夹具设计手册》. 辽宁科学技术出版社，2003年10月.

　　[6] 杨黎明.《机床夹具设计手册》.国防工业出版社.

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