1、任务 4 短套零件加工1、教学目标最终目标：会短套类零件的加工。促成目标：1、能分析短套零件的技术要求；2、会拟定短套加工工艺；3、会正确使用内径千分尺或内径百分表测量；4、能分析短套零件产生加工质量问题的原因。5、牢记安全文明生产规范要求。.2、工作任务按拟定工艺完成图 4-1 所示气缸套类零件加工图 4-1 A110 型柴油机气缸套3、相关实践知识套筒类零件在机械加工中经常碰到，它在机器中主要起支承或导向作用。气缸套的结构特点：零件的主要表面为内孔与外圆；且两者的同轴度要求较高；零件壁厚较薄；加工中易变形； 零件的长度一般大于直径。主要加工方法是车削和钻削。3.1 选择孔加工刀具，钻床、镗
2、床和工件安装方式3.1.1 孔加工刀具类型与选用孔加工刀具主要有麻花钻，扩孔钻，镗刀与铰刀。（1）麻花钻1）麻花钻的组成 标准麻花钻由工作部分、柄部、颈部三部分组成工作部分 工作部分是钻头的主要组成部分。它位于钻头的前半部分，也就是具有螺旋槽的部分，工作部分包括切削部分和导向部分。切削部分主要起切削的作用，导向部分主要起导向、排屑、切削部分后备的作用，如图 4-1a、b 所示。为了提高钻头的强度和刚性，其工作部分的钻心厚度(用 一个假设圆直径称为钻心直径 d表示)一般为 0125015 d (d 为钻头直径)，并且钻心成正锥形，如图 4-1d 所示，即从切削部分朝后 方向，钻心直径逐渐增大，增
3、大量在每 100mm 长度上为 142mm 。 为了减少导向部分和已加工孔孔壁之间的摩擦，对直径大于 lmm 的钻头，钻头外径从切削部分朝后方向制造出倒锥，形成副偏角，如图 4-1c 所示。倒锥量在每 100mm 长度上为 003012mm 。柄部 柄部位于钻头的后半部分，起夹持钻头、传递转矩的作用，如图 4-1a、b 所示。柄部有直柄( 圆柱形) 和莫氏锥柄( 圆锥形) 之分，钻头直径在 13mm 以下做成直柄，利用钻夹头夹持住钻头；直径在 12mm 以上做成莫氏锥柄，利用莫氏锥套与机床锥孔连接，莫氏锥柄后端有 一个扁尾榫，其作用是供楔铁把钻头从莫氏锥套中卸下，在钻削时，扁尾榫可防止钻头与莫
4、氏锥套打滑。颈部 如图 4-1a、b 所示。颈部是工作部分和柄部的联接处 (焊接处)。颈部的直径小于工作部分和柄部的直径，其作用是便于磨削工作部分和柄部时砂轮的退刀；颈部也起标记打印的作用。小直径的直柄钻头没有颈部。2）麻花钻切削部分的组成钻头的切削部分由两个前面、两个后面、两个副后面、两条主切削刃、两条副切削刃和一条横刃组成。如图 4-2 所示。前面 A 靠近主切削刃的螺旋槽表面。后面 A 与工件过渡表面相对的表面。副后面 又称刃带，是钻头外圆上沿螺旋槽凸起的圆柱部分。主切削刃 S 前面与后面的交线。副切削刃 前面与副后面的交线。横刃 两个后面的交线。3）硬质合金钻头目前，钻孔的刀具仍以高速
5、钢麻花钻为主，但是，随着高速度、高刚性、大功率的数控机床、加工中心的应用日益增多，高速钢麻花钻已满足不了先进机床的使用要求。于是在 20 世纪 70 年代出现了硬质合金钻头和硬质合金可转位浅孔钻头等。硬质合金钻头日益受到人们的重视。无横刃硬质合金钻头的结构 如图 4-3 所示。无横刃硬质合金钻头的外形与标准高速钢麻花钻相似，在合金钢钻体上开出螺旋槽，其螺旋角比标准麻花钻略小( )，钻心直径略粗，在钻体顶部焊有两块韧性好、抗粘结性强的硬质合金刀片，两块刀片在钻头轴心处留有b0815mm 的间隙。为了保证钻尖的强度，在靠近钻头轴心处的两块刀片切削刃被磨成圆弧形或折线形，而不靠近钻头轴心处的两块刀片
6、切削刃被磨成直线形；圆弧刃或折线刃 B 处前角，直线刃 A 处前角为 ，在切削刃上磨出一定宽度的倒棱，以改善刃口的强度和散热条件；在前面处开出断屑台，以利于断屑排屑；两条切削刃所形成的顶角为，硬质合金刀片外缘处留有刃带，而合金钢钻体直径比硬质合金刀片外缘直径小，从而减少了钻削时无横刃硬质合金钻头与孔壁的摩擦。（2）扩孔钻的形状、尺寸及选用扩孔钻主要有高速钢扩孔钻和硬质合金扩孔钻两类。其用途为提高钻孔，铸造与锻造孔的孔径精度，使达 H11 级以上；表面粗糙度达 Ra3.2m 使达到镗加工底孔的工序尺寸与尺寸公差的要求。扩孔钻有直柄，锥柄和套装三种形式，如 4-4 所示：(b)(a)图 4-4 扩
7、孔钻类型a）直柄、b）锥柄、c）套装扩孔钻分为柄部、颈部、工作部分三段。其切削部分则有：主切削刃、前刀面、后刀面、钻心和棱边五个结构式要素。具体如图 4-5 所示：（3）镗刀的类型及选用镗刀的类型主要有以下几种：按切削刃数量分：单刃、双刃和多刃三种镗刀。按加工面分：内孔与端面镗刀；内孔镗刀可分为：通孔、阶梯孔和不通孔镗刀。按镗刀结构分：整体式、机夹式和可调式三种。如图 4-6 所示。镗刀的选用：镗刀的切削条件为：镗削深度、刀类半径、切削速度、切削量、进给量。镗刀的伸入孔内的有效加工深度与加工孔径决定了镗削速度。镗刀刀尖半径与镗刀的伸入孔内的有效加工深度决定了镗刀的基础柄。内孔表面的粗糙度与刀尖
8、圆弧半径决定了镗刀的进给量。（4）铰刀的类型及选用铰刀是对已有孔进行精加工的一种刀具。铰削切除余量很小，一般只有 0105mm 。铰削后的孔精度可达 IT6IT9 ，表面粗糙度可达 Ra041 6 m。铰刀加工孔直径的范围从mm，它可以加工圆柱孔、圆锥孔、通孔和盲孔。它可以在钻床、车床、数控机床等多种机床上进行铰削，也可以用手工进行铰削。铰刀是一种应用十分普遍的孔加工刀具。铰刀按刀具材料分为高速钢铰刀和硬质合金铰刀；按加工孔的形状分为圆柱铰刀和圆锥铰刀(图 4-7)；按铰刀直径调整方式分为整体式铰刀和可调式铰刀图 4-8 所示。 铰刀是由工作部分、柄部和颈部三部分组成，如图 4-9 所示。工作
9、部分分为切削部分和校准部分。切削部分又分为引导锥和切削锥。引导锥使铰刀能方便地进入预制孔。切削锥起主要的切削作用。校准部分又分为圆柱部分和倒锥部分，圆柱部分起修光孔壁、校准孔径、测量铰刀直径以及切削部分的后备作用。倒锥部分起减少孔壁摩擦、防止铰刀退刀时孔径扩大的作用。柄部是夹固铰刀的部位，起传递动力的作用。手用铰刀的柄部均为直柄（圆柱形） ，机用铰刀的柄部有直柄和莫氏锥柄( 圆锥形) 之分。颈部是工作部分与柄部的连接部位，用于标注打印刀具尺寸。图 4-9 铰刀的组成3.1.2 孔加工机床钻床是装有刀具的主轴作旋转并作轴向移动的孔加工机床。主轴旋转为主运动，主轴轴向移动为进给运动，适用于工件不宜
10、作旋转运动的孔加工。主要用钻头在实心材料上钻孔，还可以扩孔、铰孔、攻螺纹、锪埋孔等。钻床的类型为台式钻床，立式钻床和摇臂钻床。台式钻床用于加工小型工件，加工的直径一般小于 12mm. 立式钻床适用于加工重量不大的中、小型工件上的孔加工。摇臂钻床的主轴可方便地在水平面调整位置故适用于对大、中型工件上的孔的加工。如图 4-10 示。（1）钻床的功能与型号钻床的功能 钻床适主要加工内孔表面。其型号的编制按国家标准，具体规则见任务 1 有关知识。（2）立式钻床的组成与技术性能钻床中主要介绍立式钻床的组成与技术性能。4-10 钻床类型立式钻床的组成由图 4-10b 所示。由 1-工作台 2-主轴 3-主
11、轴箱 4-立柱 5-操纵机构组成。我们以 Z540A 为例介绍立式钻床的性能。参数如下：最大钻孔直径：40主轴端面至工作台的距离：最大 750，最小 0.主轴行程：250主轴孔莫氏锥度：4 号主轴最大转数级数：12 级主轴转速范围：31.5-1400工作台行程：300机床长度，宽度，高度：1105，880，25083.1.5 镗床镗床的类型与功能镗床的主要功能：用来加工大孔、环形槽及有较高位置精度的孔系，如同轴孔、平行孔、垂直孔和交叉孔等。镗床的主要类型有：坐标镗床、卧式镗床、落地镗床，如图 4-11 所示。坐标镗床是一种高精度镗床。主要是加工精密孔、孔系。分为立式单柱，立式双柱和卧式三种。卧
12、式镗床是最为普遍的一种镗床，除镗孔为，还可以钻孔、扩孔和铰孔，铣削平面、成形面，车削端面和短的圆柱面，车内外环形槽和内外螺纹等。落地镗床：用于加工大而重的工件，没有移动的工作台，工件直接装在落地平台上，加工过程中的工作运动和调整运动全由刀具来完成。数控自动换刀卧式镗床：是一种高度自动化的多工序机床，在加工过程中，根据工件加工艺要求，自动地更换刀具，可进行镗、铣、铰、锪、攻螺纹等。金刚镗床：加工精度很高，粗糙度很小。用于中小零件的精密孔加工。分为卧式和立式（1）镗床的型号 其型号的编制按国家标准，具体规则见任务 1 有关知识。（2）镗床的组成与技术性能：卧式镗床的主轴水平布置并可轴向进给，主轴箱
13、可沿前立柱导轨垂直移动，工作台可旋转并可实现纵横向进给。在卧式镗床上也可进行铣削加工，其外形如图 4-20b 所示。卧式镗床所适应的工艺范围较广，除镗孔外，还可钻、扩、铰孔，车削内外螺纹、攻螺纹，车外圆柱面和端面以及用端铣刀或圆柱铣刀铣平面等。如再利用特殊附件和夹具，其工艺范围还可扩大。工件在一次安装的情况下，即可完成多种表面的加工，这对于加工大而重的工件是特别有利的。但由于卧式镗床结构复杂，生产率一般又较低，故在大批量生产中加工箱体零件时多采用组合机床和专用机床。卧式镗床由以下几部分组成：1 后承支架 2 后立柱 3 工作台 4 镗轴 5 平旋盘 6 刀具滑板 7 前立柱 8 主轴箱 9 后
14、尾筒 10 床身 11 下滑座 12 上滑座。卧式镗床的主要参数是主轴直径。以 T617 为例，具体参数如下：镗轴直径：75最大加工孔直径：150，240平旋盘最大加工外园直径：350轴线至工作台最大移动距离：900主轴至工作台距离：710主轴转数：13-1160主电动机功率：5.5KW3.1.6 工件的安装（1）内、外圆找正装夹 找正装夹法是以工件的实际表面、或者由划线工在工件上划出待加工表面扎在位置的线痕作为定位依据，定位时用指然后示表或划针找正其位置，以实现工件的正确定位将工件夹紧，这种方法是单件小批生产较常用的一种装夹方法如图 4-12 所示。（2）外圆套定位装夹三爪卡盘夹外圆，加工内
15、孔，如图 4-13 所示（3）心轴装夹以心轴与套筒内孔接触，加工外圆如图 4-14 所示。3.2 拟定加工工艺（2 课时）如图 4-1 为某套类零件，从结构上看，零件的主要表面为内孔与外圆；且两者的同轴度要求较高；零件壁厚较薄；加工中易变形； 零件的长度一般大于直径。材料 QT700-2，正火处理，硬度225305 HBS3.2.1 分析阶梯轴的结构和技术要求A110 型柴油机气缸套的也长度与刀径之比为 L/D3，属短套筒类。内孔 G 面是重要加工表面，需经粗加工，半精加工和精密加工等四个加工阶段才能完成。外圆面129，132 和法兰凸台端面均与内孔110 有位置精度要求。技术要求如下：气缸套
16、的技术要求：尺寸精度主要是指钻套零件的内、外径尺寸精度和长度尺寸精度。钻套零件外径尺寸精度等级为 IT6 级；内孔精度等级为 IT7 级。长度尺寸为一般公差等级。几何形状精度钻套零件几何形状精度主要是指内孔的几何形状精度圆度，一般应限制在直径公差范围内。未注时一般几何形状不超过直径公差的 1/21/3。相互位置精度钻套的相互位置精度主要是内外圆之间的同轴度 0.05mm。 表面粗糙度根据表面工作部位的不同，可有不同的粗糙度值。配合表面的表面粗糙度 Ra0.2m 重要表面，Ra1.6m 和 Ra1.6m，一般表面的粗糙度 Ra 约为 6.3m。3.2.2 明确毛坯状况材料：青铜，黄铜，铸铁和钢，
17、也采用双金属结构即在钢套或铸铁套内壁浇涛一层巴氏合金。这个零件为球墨铸铁 QT700-2，正火处理。毛坯：套类零件的毛坯选择与其材料、结构和尺寸等因素有关。孔径较小的套类零件一般选择热轧或冷拉棒料，也可采用实心铸件。孔径较大时，常采用带孔的铸件或无缝钢管和锻件。这里选的是带孔的铸件。3.2.3 拟定工艺路线；1）确定加工方案套类在进行加工时，会因切除大量金属后引起残余应力重新分布而变形。应将粗精加工分开，先粗加工，再进行半精加工和精加工，主要表面精加工放在最后进行。内孔 G 面是重要加工表面，需经粗加工，半精加工和精密加工等四个加工阶段才能完成。加工面大多是回转面，主要是采用车削和镗削。由于套
18、类零件表面粗糙度值较小，则采用珩磨加工。其它外圆面和法兰凸台则采用粗车、半精车、精车加工的加工方案。2）划分加工阶段该轴加工划分为三个加工阶段，即粗镗（内孔） 、粗车（外圆） ；半精镗（内孔） 、半精车（半精车各处外圆、法兰凸台、密封槽） ；精镗（内孔） 、精车（外圆） ；粗精珩磨内孔。各加工阶段大致以热处理为界。3）选择定位基准套类零件各表面的设计基准一般是轴的中心线，其加工的定位基准，最常用的是法兰凸台端面，内孔。采用法兰凸台端面，内孔作为互为基准可保证各外圆轴线的同轴度以及端面与轴线的垂直度要求，并符合基准重合和基准统一的原则。由于是短套筒零件可直接夹紧外圆。内孔则可采用心轴或气压胀胎夹
19、具。4）热处理工序安排该毛坯为铸造毛坯，内部有大量残余应力，所以在粗加工前，可先进行时效处理。在半精加工阶段前，可再进行一次正火处理，改善零件的加工性能。5）加工工序安排应遵循加工顺序安排的一般原则，如先粗后精、先主后次等。另外还应注意：外圆表面加工顺序应为：先粗车，半精车，再精车密封槽等放在精加工之前。再进行珩磨时，为进一步提高精度和图样粗糙度要求和减少孔的误差，粗珩后将气缸套调头进行精珩。该轴的加工工艺路线为：毛坯及其热处理粗加工外圆和孔热处理半精加工外圆和孔加工密封槽精加工外圆和孔光整加工孔。3.2.4 确定工序尺寸粗车时，各外圆及各段尺寸按图纸加工尺寸均留余量 2mm；粗 镗内孔108
20、半精镗内孔，螺纹大径车到 ，44 及 62台阶车到图纸规定尺寸，其余台阶均留0.5mm 余量。铣加工：止动垫圈槽加工到图纸规定尺寸，键槽铣到比图纸尺寸多 0.25mm，作为磨销的余量。精加工：螺纹加工到图纸规定尺寸 M241.5-6g，各外圆车到图纸规定尺寸。3.2.5 选择设备工装外圆加工设备：普通车床 CA6140磨削加工设备：万能外圆磨床 M1432A铣削加工设备：铣床 X52（四） 、相关理论知识问题 1.钻床有哪些类型？问题 2.钻孔的工艺特点有哪些？问题 3.铰孔的工艺特点是什么？4.1 孔加工方法孔加工有多种方法，主要包括钻孔，扩孔，铰孔，镗孔四大类。4.1.1 钻孔加工的工艺特
21、点钻孔是采用钻头在实心材料上加工孔的一种方法。常采用的钻头是麻花钻头，为排出大量切屑，麻花钻具有较大容屑空间的排屑槽，因而刚度与强度受很大削弱，加工内孔的精度低，表面粗糙度粗。一般钻孔后精度达 ITl2 级左右，表面粗糙度 Ra 达 8020m。因此，钻孔主要用于精度低于IT11 级以下的孔加工；或用作精度要求较高的孔的预加工。钻孔时钻头容易产生偏斜，从而导致被加工孔的轴心线歪斜。为防止和减少钻头的偏斜，工艺上常采用下列措施： （1）钻孔前先加工孔的端面，以保证端面与钻头轴心线垂直。（2） 先采用 90顶角直径大而且长度较短的钻头预钻一个凹坑，以引导钻头钻削，此方法多用于转塔车床和自动车床，防
22、止钻偏。 （3）仔细刃磨钻头，使其切削刃对称。 （4） 钻小孔或深孔时应采用较小的进给量。 （5） 采用工件回转的钻削方式，注意排屑和切削液的合理使用。 钻孔直径般不超过 75mm，对于孔径超过 35mm 的孔，宜分两次钻削。第一次钻孔直径约为第二次的 0。50。7 倍。4.1.2 扩孔加工的特点；扩孔是采用扩孔钻对已钻出、铸出或锻出孔的进一步加工的方法。扩孔时，切削深度较小，排屑容易，加之扩孔钻刚性较好，刀齿较多，因而扩孔精度和表面粗糙度均比钻孔好。扩孔的加工精度一般可达 IT10IT11，表面粗糙度 Ra 为 6。33。2m 。此外，扩孔还能纠正被加工孔的轴心线歪斜。因此，扩孔常作为精加工
23、(如铰孔) 前的准备工序，也可作为要求不高的孔的终加工工序。 扩孔余量一般为孔径的 l8 左右，因扩孔钻的刀齿较多，故扩孔的走刀量一般较大（0。42mm/r) ，生产率高。对于孔径大于 100mm 的孔，扩孔应用较少，而多采用镗孔。 4.1.3 铰孔的工艺特点及应用；铰孔是对未淬硬孔进行精加工的一种方法。铰孔时，由于余量较小，切削速度较低，铰刀刀齿较多，刚性好而且制造精确，加之排屑冷却润滑条件较好等，铰孔后孔本身质量得到提高，孔径尺寸精度一般为 IT7IT9 级，手铰可达 IT6 级，表面粗糙度 Ra 为 2。3032m，铰孔主要用于加工中小尺寸的孔，孔的直径范围一般为 3mm150mm。铰孔
24、对纠正孔的位置误差的能力很差，因此，孔的有关位置精度应由铰孔前的预加工工序保证。此外，铰孔不宜加工短孔、深孔和断续孔。 铰孔时常出现孔径扩大和表面粗糙度不佳等缺陷为了保证铰刀的中心线和被加工孔的中心线一致，防止出现孔径扩大或喇叭口现象，生产中多采用“浮动夹头 ”装夹铰刀。 4.1.4 镗孔的工艺特点镗孔是在扩孔的基础上发展而成的一种常用的孔加工方法，可以作为粗加工，也可作为精加工，加工范围很广。对于小批生产中的非标准孔、大直径孔、精确的短孔以及盲孔、有色金属孔等一般多采用镗孔。镗孔可以在车床，铣床和数控机床上进行，能获得的尺寸精度为 IT6IT7 级，表面粗糙度 Ra 为 3。20。4m。镗孔
25、刀具( 镗杆与镗刀)因受孔径尺寸的限制(特别是小直径深孔)，一般刚性较差，镗孔时容易产生振动，生产率较低。但是由于不需要专用的尺寸刀具(如铰刀) ，镗刀结构简单，又可在多种机床上进行镗孔，故单件小批生产中，镗孔是较经济的方法。此外，镗孔能够修正前工序加工所导致的轴心线歪斜和偏移从而可以提高位置精度。 4.2 机械加工质量机械加工质量包括机械加工精度和机械加工表面质量。4.2.1 机械加工精度影响加工精度的因素:加工精度：零件加工后的实际几何参数（尺寸、形状和位置）与理想几何参数的符合程度。加工误差：零件加工后的实际几何参数（尺寸、形状和位置）与理想几何参数的偏离程度。两者之间的区别与联系：加工
26、误差越大，则加工精度越低，反之越高原始误差：由组成工艺系统的机床、夹具、刀具和工件产生的误差。它的组成图如下图 4-15所示。图 4-15 原始误差组成（1）加工原理误差（理论误差）加工原理误差是指采用了近似的成形运动或近似的刀刃轮廓进行加工而产生的误差。生产中采用近似的加工原理进行加工的例子很多，例如用齿轮滚刀滚齿就有两种原理误差：一种是为了滚刀制造方便，采用了阿基米德蜗杆或法向直廓蜗杆代替渐开线蜗杆而产生的近似造形误差；另一种是由于齿轮滚刀刀齿数有限，使实际加工出的齿形是一条由微小折线段组成的曲线，而不是一条光滑的渐开线。采用近似的加工方法或近似的刀刃轮廓，虽然会带来加工原理误差，但往往可
27、简化工艺过程及机床和刀具的设计和制造，提高生产率，降低成本，但由此带来的原理误差必须控制在允许的范围内（2）机床、刀具，夹具的制造误差与磨损机床误差：1）主轴误差：机床主轴是用来安装工件或刀具并将运动和动力传递给工件或刀具的重要零件，它是工件或刀具的位置基准和运动基准，它的回转精度是机床精度的主要指标之一，其误差直接影响着工件精度的高低。主轴回转误差 为了保证加工精度，机床主轴回转时其回转轴线的空间位置应是稳定不变的，但实际上由于受主轴部件结构、制造、装配、使用等种种因素的影响，主轴在每一瞬时回转轴线的空间位置都是变动的，即存在着回转误差。主轴回转轴心线的运动误差表现为纯径向跳动、轴向窜动和角度摆动三种形式，如图 4-16 所示。导轨误差：床身导轨既是装配机床各部件的基准件，又是保证刀具与工件之间导向精度的导向件，因此导轨误差对加工精度有直接的影响。导轨误差分为：SPAN lang=EN-US style=“mso-bidi-f
