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       本文通過對(duì)影響氣缸加工質(zhì)量的原因進(jìn)行分析，討論了在機(jī)械加工過程中引起這些原因的要素及解決辦法，對(duì)深孔加工及孔口螺紋加工引起質(zhì)量問題的現(xiàn)象，包括振刀、加工表面質(zhì)量差等，從刀具的選用、參數(shù)設(shè)定、及時(shí)排屑方面做了具體分析說明，得出適合的加工條件及合理的加工方法。

      1 、零件技術(shù)難點(diǎn)分析
 
      1.1 零件材料難加工
 
      氣缸材料為15-5PH馬氏體沉淀硬化不銹鋼，該鋼在時(shí)效過程中析出碳化物和金屬間化合物產(chǎn)生沉淀硬化，具有很高的強(qiáng)度和綜合力學(xué)性能。15-5PH韌性大，易產(chǎn)生粘附現(xiàn)象，形成積屑瘤，表面加工硬化現(xiàn)象尤為突出，不易斷屑，對(duì)刀片的材質(zhì)和槽型提出很高的要求。另外，零件內(nèi)孔尺寸及表面粗糙度要求非常高，零件剛性相對(duì)較差，加工難度大。

      1.2 深孔加工難度大
 
      零件主體結(jié)構(gòu)為深孔結(jié)構(gòu)，該孔深徑比超過5，刀桿細(xì)長(zhǎng)，刀具剛度低，并且刀桿直徑與孔徑差別較小，刀具與零件孔間間隙很小，不利于排屑，刀具剛度及排屑問題是影響加工質(zhì)量的兩個(gè)重要因素。
 
      1.3 尺寸、形位公差要求高
  
    

      1.4 零件剛性差

      由于零件的左端有一處凸臺(tái)，該凸臺(tái)的存在為零件的裝夾帶來了極大的不便，在加工零件的右端時(shí)，只能夾持零件凸臺(tái)左端，使零件右端懸出過長(zhǎng)，影響零件剛度，從而影響零件孔口螺紋的加工質(zhì)量。

     
                   圖1 零件結(jié)構(gòu)示意圖
  

      2 、擬定工藝方案
   
      零件加工采用粗加工、半精加工、精加工的思路。針對(duì)孔的結(jié)構(gòu)以及尺寸精度，孔的加工采用如下加工方法：先用加長(zhǎng)鉆頭粗鉆孔，并用平底鉆頭擴(kuò)孔至φ40 mm，然后精鏜孔至尺寸φ41.8 mm，最后磨孔至最終尺寸，工藝路線見圖2所示。由于孔車削為深孔加工，加工難度較大，因此孔與孔口各尺寸（包括螺紋）不宜一次裝夾加工，因此采用工序分散的工藝路線。在加工孔及螺紋時(shí)，由于零件懸出過長(zhǎng)，剛性較差，加工時(shí)用中心架進(jìn)行輔助支撐定位，磨削深盲孔時(shí)也采用卡盤夾緊，需每件找正右端中心架輔助定位的裝夾方式，可以較好地解決零件剛性差的問題，提高加工質(zhì)量。
 

     
                    圖2 工藝路線

      3 、車削加工
 
      3.1 加工前技術(shù)準(zhǔn)備
   
      氣缸主要加工工序?yàn)閿?shù)控車削φ42孔至尺寸φ41.8（半精加工）、孔口螺紋車削加工以及磨削φ42孔（精加工），φ42孔半精加工及精加工工序?qū)偕羁住⒚た准庸ぃ@幾道主要工序車削時(shí)，氣缸處于懸伸狀態(tài)，尾端用中心架輔助支撐，避免零件在懸伸過長(zhǎng)時(shí)，造成剛性下降，在切削過程中引起零件變形，發(fā)生切削振動(dòng)。
 
      刀具在切削工件時(shí)發(fā)生振動(dòng)需要有下面三個(gè)條件同時(shí)存在：①包括刀具在內(nèi)的工藝系統(tǒng)剛性不足，導(dǎo)致其固有頻率低；②切削產(chǎn)生了一個(gè)足夠大的外激力；③這個(gè)外激力的頻率與工藝系統(tǒng)的固有頻率相同，產(chǎn)生共振。
 
      可以從四個(gè)方面考慮減振：①降低切削力；②提高工藝系統(tǒng)剛性；③提高刀具系統(tǒng)的剛性；④刀具減振即使用減振刀具。
 
     （1）孔加工工序。
 
      a、刀片的選擇。
 
      本工序?yàn)閮?nèi)孔加工，在選擇刀片時(shí)首先選擇刀片形狀，根據(jù)刀片形狀（刀片可以分為S型、C型、D型、V型刀片如下圖所）可知刀尖角越小，切削力越小，刀具強(qiáng)度越差，為了減小切削力，本工序選擇V型刀片。
 

                  3 刀具形狀示意簡(jiǎn)圖
 
     然后，合理選擇刀片的前角，適當(dāng)?shù)脑龃笄敖?1/0 ，能減少切削變形和摩擦，從而將低切削力、切削溫度，改善加工質(zhì)量，抑制積屑瘤等。但前角過大會(huì)削弱刀刃的強(qiáng)度和散熱能力，易造成崩刃，選擇18°前角。

      b、刀桿的選擇。
 
      選擇刀桿首要考慮的是刀桿剛性，盡量加大刀桿直徑，由于氣缸孔徑φ41.8 mm，選擇直徑為φ32 mm的刀桿，可加工最小孔徑為φ40 mm。選擇刀桿時(shí)，還要考慮主偏角的選擇，刀桿主偏角越接近90°，徑向切削力越小，切削時(shí)越不容易產(chǎn)生切削振動(dòng)。這里選擇S32T SVQCR-16刀桿，主偏角107.5°。
 
      c、參數(shù)設(shè)置。
  
     

      d、加工工步細(xì)化。
   
     由于該孔為平底孔，且刀桿直徑大于孔直徑的的一半，刀具無法過中心，因此無法完成對(duì)孔底的加工，如圖4所示。當(dāng)?shù)毒哐亓慵较蛞苿?dòng)到最大范圍時(shí)，刀具刀尖仍然無法對(duì)孔底進(jìn)行完全切削。
 

            圖4 零件與刀具關(guān)系圖
 
      為了解決這個(gè)問題，需要細(xì)化工藝路線，采取孔底與孔徑分開加工的方法，首先加工φ41.8孔時(shí)，在距孔底2 mm范圍內(nèi)不加工，距孔底2 mm范圍內(nèi)用另一把刀具加工。加工孔時(shí)所用刀具刀桿直徑為φ32，加工孔底所用刀具刀桿直徑為φ25，因此加工時(shí)可以順利的加工孔底部端面，而不會(huì)產(chǎn)生干涉。由于孔底部加工范圍較小，去除余量也小，因此切削力小，不易產(chǎn)生振動(dòng)。
 
     （2）螺紋加工工序。
 
     內(nèi)螺紋采用數(shù)控車削加工，選擇涂層刀片。螺紋車削進(jìn)刀方式有兩種，一種為直進(jìn)切入法和單向切入法。

      a、直進(jìn)切入法。如圖5所示，切削時(shí)左右刀刃同時(shí)切削、產(chǎn)生的V形鐵屑作用于切削刃口會(huì)引起彎曲力較大。加工時(shí)要求切深小，刀刃鋒利。適用于一般的螺紋切削，常用于螺距4 mm以下的螺紋切削 。
 
      b、單向切入法。圖6所示，此切人法切削刃承受的彎曲壓力小，狀態(tài)較穩(wěn)定，成屑形狀較為有利，切深較大，側(cè)向進(jìn)刀時(shí)，齒間有足夠空間排出切屑。常用于加工螺距4 mm以上的不銹鋼等難加工材料或剛性低易振動(dòng)的工件的螺紋 。
 

      
          圖5 直進(jìn)切入法         圖6 單向切入法
   
     程序編制采用固定螺紋循環(huán)編程，螺紋編程指令有G32、G76、G92，一般螺紋常用G92編程，G92編程采用的進(jìn)刀方式為直進(jìn)切入法。
 
     3.2 實(shí)際加工時(shí)出現(xiàn)的問題及解決措施
 
     （1）孔加工。
 
     a、加工時(shí)存在問題
 
     在試切削過程中，仍然出現(xiàn)了切削振動(dòng)的現(xiàn)象，孔表面局部有振刀紋。具體現(xiàn)象為：當(dāng)零件加工軸向長(zhǎng)度為（30～40）mm時(shí)，開始振刀，且振刀紋路逐漸加深。零件孔內(nèi)有大量切屑不能及時(shí)排出，將刀具退出后，有切屑纏繞在刀尖處。根據(jù)這種現(xiàn)象分析，切屑纏繞在刀具上，尤其是刀尖部位，會(huì)阻礙刀具的切削運(yùn)動(dòng)，影響刀具的鋒利程度，從而增加切削力，產(chǎn)生切削振動(dòng)。
 
      b、解決措施。
 
      要保證刀具鋒利，減少切削力，減小振動(dòng)，就要保證切屑的順利排出，要想讓切削自然排出，就必須有足夠的排屑空間，受零件結(jié)構(gòu)限制，自然排屑比較困難，簡(jiǎn)單有效的解決辦法就是及時(shí)地手動(dòng)排屑，也就是每加工一定的范圍，暫停加工，將刀具退出零件，手動(dòng)排屑。手動(dòng)排屑雖然操作起來比較簡(jiǎn)單，但是比較耗時(shí)，加工效率低下。因此，需要合理的安排手動(dòng)排屑的次數(shù)，既要保證加工質(zhì)量，又要保證加工效率。通過試驗(yàn)對(duì)比，每加工（50～80） mm時(shí)，退一次刀，清理切屑，無振刀現(xiàn)象，零件表面加工質(zhì)量良好，又能保證加工效率。精加工時(shí)也采取上述方案，分段加工，每加工一段就暫停程序，清理孔內(nèi)切屑，待清理干凈后，再進(jìn)行下段加工。按上述要求進(jìn)行加工，車削時(shí)未出現(xiàn)振刀現(xiàn)象，加工質(zhì)量良好，尺寸符合工藝要求，孔表面粗糙度也符合要求，無振刀紋出現(xiàn)。
 
     （2）螺紋加工。
 
      a、存在問題及原因分析。
 
      加工螺紋時(shí)同樣出現(xiàn)了振刀及零件表面質(zhì)量差的現(xiàn)象，究其原因應(yīng)是零件剛性不足，加工時(shí)采用左端卡盤裝夾定位，右端中心架輔助定位。采用中心架輔助定位時(shí)，可以在一定程度上提高零件剛性，但由于受力不均，仍然不能承受過大切削力，因?yàn)橹行募芏ㄎ粫r(shí)會(huì)試圖使中心架中心與零件中心重合，但在實(shí)際加工過程中不可避免的存在
誤差，呈現(xiàn)偏心狀態(tài)（如圖 7所示），如果零件受力過大，容易使零件變形，產(chǎn)生振動(dòng)。
  
      
      圖7 中心架輔助定位示意圖
 
      b、解決措施。
 
      為了減小切削力，消除振動(dòng)，可從采取的進(jìn)刀方式以及切削參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，首先對(duì)車削螺紋的程序進(jìn)行分析，數(shù)控加工中，程序的編制是否合理，直接影響零件的加工質(zhì)量。該程序采用G92固定循環(huán)編程。螺紋加工的三個(gè)指令都各有優(yōu)缺點(diǎn)。G32編程時(shí)，為了方便編程，一般采用直進(jìn)式切削方法。由于兩側(cè)刃同時(shí)工作，切削力較大，而且排屑困難，因此在切削時(shí)，兩切削刃容易磨損。在切削螺距較大的螺紋時(shí)，由于切削深度較大，刀刃磨損較快，從而造成螺紋中徑產(chǎn)生誤差；但是其加工的牙型精度較高，因此一般多用于小螺距螺紋的加工。由于其刀具移動(dòng)、切削均靠編程來完成，所以加工程序較長(zhǎng)；由于刀刃容易磨損，所以加工時(shí)要做到勤測(cè)量 。G92固定循環(huán)的進(jìn)刀方式也是直進(jìn)式，其加工效果與G32類似，切削力較大。
 
      G76螺紋切削復(fù)合循環(huán)，一般采用斜進(jìn)式切削方法如圖7所示。由于為單側(cè)刃加工，加工刀刃容易損傷和磨損，使加工的螺紋面不直，刀尖角發(fā)生變化，造成牙型精度較差。但由于其為單側(cè)刃工作，刀具負(fù)載較小，排屑容易，并且切削深度為遞減式，因此此加工方法可以較好的解決振動(dòng)的問題 。
 

          圖8 G76螺紋切削復(fù)合循環(huán)
 
      因此，若將原來的G92固定循環(huán)改為G76復(fù)合循環(huán)，應(yīng)能較好的解決振動(dòng)問題，G76循環(huán)中參數(shù)設(shè)置為最小切深為0.05mm，機(jī)床轉(zhuǎn)速調(diào)整為400 rpm，切削運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，加工質(zhì)量良好。
 
      4、 磨削加工
 
      4.1 磨削加工難點(diǎn)
   
      15-5PH材料導(dǎo)熱性差，具有韌、軟、粘等特性，磨削中切削阻力大，冷卻液不易加注噴射到加工表面時(shí)，磨屑及磨粒不能被及時(shí)沖走，磨輪與工件徑向與軸向接觸間的磨削區(qū)域產(chǎn)生的瞬間磨削熱不能迅速傳遞擴(kuò)散；另外，材料的線膨脹系數(shù)高，砂輪的磨削鋒刃極易被磨屑粘堵，致使砂輪的“自銳性”顯得很差，零件表面粗糙度不易保證。
 
      4.2 加工對(duì)策
   
     （1） 砂輪的選用。單晶剛玉磨料具有良好的多棱切刃，并有較高的硬度及韌性，磨削時(shí)磨屑相對(duì)白剛玉磨粒不易粘堵，利于改善磨削過程中的材料不利因素，增強(qiáng)工藝性，減小磨削熱、材料熱膨脹中的加工變形、尺寸不穩(wěn)等缺陷，并提高生產(chǎn)效率，降低表面粗糙度，因此選用單晶剛玉磨料，具體選用牌號(hào)如下：P 40×40×16 SA 120 L
 
     （2） 砂輪的修整。磨削過程中砂輪極易被磨屑粘堵變鈍，會(huì)使加工表面產(chǎn)生直線度、圓柱度、尺寸不穩(wěn)誤差以及磨削波紋、磨削劃痕、磨削噪音等加工缺陷，因此必須及時(shí)正確修整砂輪，保持砂輪切削時(shí)的微刃等高性能和鋒利棱角，以利于磨削過程順利進(jìn)行。
 
     （3） 確定合理的磨削方法。磨削分粗精磨進(jìn)行加工，粗磨去除總余量的9/10，即0.18 mm左右，精磨去除0.02 mm左右的余量。精磨后要進(jìn)行光整加工，光整加工可以起到對(duì)孔中局部點(diǎn)或段的修整，使得整個(gè)孔的精度都能達(dá)到設(shè)計(jì)要求。
 
     （4） 零件的充分冷卻。加工中除利用φ20小孔按常規(guī)法加注冷卻液外，還需對(duì)冷卻裝置予以改制，改制的措施是：在原外圓磨具的冷卻噴嘴處，重新裝置蛇形金屬軟管，并固緊與磨頭座部位使之與磨頭砂輪一起往復(fù)運(yùn)動(dòng)，冷卻液有效澆注噴射于磨削區(qū)域，及時(shí)沖刷磨屑、磨粒，改善散熱條件，降低磨削溫度，減少加工變形，穩(wěn)定尺寸。
 
     4.3 磨削效果
   
     按上述的注意事項(xiàng)進(jìn)行磨削，零件的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)、尺寸精度可以滿足設(shè)計(jì)要求，尺寸穩(wěn)定。
 
    5 、結(jié)論
 
     通過理論分析以及小批量零件試制，對(duì)于氣缸類深孔加工可以通過粗鉆、半精車、磨削的加工工藝路線進(jìn)行加工，加工時(shí)只要做到選擇合適的車削刀具、磨具，設(shè)置合理的車削、磨削參數(shù)，并配合及時(shí)有效的排屑、冷卻，就可以保證零件的加工質(zhì)量，滿足設(shè)計(jì)意圖。螺紋加工要選擇合理的進(jìn)刀方式，采用合理的數(shù)控程序編制方法，設(shè)置合理的切削參數(shù)。通過本文的分析，為以后該類零件的加工提供了經(jīng)驗(yàn)。