套筒类零件的加工工艺与夹具设计

天津大学网络教育学院

专科毕业论文

题目：套筒类零件的加工工艺与夹具设计

完成期限：2014年7 月5 日至2014年11 月10 日

学习中心泉州象形年级2012级

专业机械制造与自动化指导教师姜帆

姓名罗志强学号 122213403046

摘要

套筒零件的主要加工表面为孔和外圆表面。外圆表面加工根据精度要要求可选择车削和磨削。孔加工方法的选择比较复杂，需要考虑零件的结构特点、孔径大小、长径比、精度和粗糙度要求以及生产规模等各种因素。对于精度要求较高的孔往往还要采用几种不同的方法顺次进行加工。本次设计的油缸，为保证孔的精度和表面质量将先后经过粗镗、半精镗、精镗和滚压等四道工序加工。

在机床上对零件进行机械加工时，为保证工件加工精度，首先要保证工件在机床上占有正确的位置，然后通过夹紧机构使工件在正确位置上固定不动，这一任务就是由机床夹具完成。对于单件、小批量生产，应尽量使用通用夹具，这样可以降低工件的生产成本。但是由于通用夹具适用各种工件的装夹，所以夹紧时往往比较费时间，并且操作复杂，生产效率低，也难以保证加工精度，为此需设计专用夹具。

关键字：工艺设计；基准选择；切削用量；定位误差

套筒类零件的加工工艺与夹具设计

一、概述

（一）套筒零件的功用和结构特点

套筒零件是机械加工中经常碰到的一种零件，它的应用范围很广。例如：支承旋转轴的各种形式的轴承、夹具上的导向套、内燃机的汽缸套以及液压系统中的油缸等。

机器中的套筒零件起支承或导向作用。由于功用不同，套筒零件的结构和尺寸有很大的差别，但结构上仍有共同的特点：零件的主要表面为不同轴度要求较高的内、外旋转表面；零件壁的厚度较薄：零件的长度一般大于直径等。

（二）套筒零件的技术要求

套筒零件的主要表面是内孔和外圆，其主要技术要求如下：

1、内孔

内孔是套筒零件起支承作用或导向作用最主要的表面，它通常与运动着的轴、刀具或活塞相配合。内孔直径的尺寸精度一般为2级，精密轴套有时取1级，油缸由于与其相配的活塞上有密封圈，故要求较低。

内孔的形状精度，一般应控制在孔径公差以内，有些精密轴套控制在孔径公差的1/2-1/3，甚至更严。对于长的套筒除了圆柱度和同轴度外，还应注意孔轴线直线度的要求。

为保证零件的功能和提高其耐磨性，内孔表面粗糙度一般为3.2~0.2aaRR，有的高达0.05aR以上。

2、外圆

外圆表面一般是套筒零件的支承表面，常以静配合或过渡配合同箱体或机架沙锅内的孔相连接。外径的尺寸精度通常为2~3级；形状精度控制在外径公差以内；粗糙度一般为6.3~0.8aaRR。

1）内外圆之间的同轴度

当内径的最终加工系将套筒装入机座后进行时，套筒内外圆间的同轴度要求较低；如果最终加工是在装配前完成时要求较高，一般为0.01~0.05mm。

2）孔轴线与端面的垂直度

套筒的端面（包括凸缘端面）如工作中承受轴向载荷，或虽不承受载荷但加工中是作为定位面时，与孔轴线的垂直度要求较高，一般为0.02~0.05mm。

（三）套筒零件的材料与毛坯

套筒零件一般都是用钢、铸铁、青铜或黄铜等材料制成。有些滑动轴承采用双金属机构，即用离心铸造法在钢或铸铁套的内壁上浇注巴氏合金等轴承合金材料，这样既可节省贵重的有色金属，又能提高轴承的寿命。

套筒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（如d<20mm）

的套筒一般选择热轧或冷拉棒料，也可以采用实心铸件。孔径较大时，采用无逢钢管或带孔的铸件和锻件。大量生产时可以采用冷挤压和粉末冶金等先进的毛坯制造工艺，既提高生产率又节约金属材料。

二、零件的分析

（一）零件的作用

液压缸又称为油缸，它是液压系统中的一种执行元件，其功能就是将液压能转变成直线往复式的机械运动。缸筒是液压缸的重要组成部分。

（二）零件的工艺分析

1、加工方法的选择

套筒零件的主要加工表面为孔和外圆表面。外圆表面加工根据精度要要求可选择车削和磨削。孔加工方法的选择比较复杂，需要考虑零件的结构特点、孔径大小、长径比、精度和粗糙度要求以及生产规模等各种因素。对于精度要求较高的孔往往还要采用几种不同的方法顺次进行加工。本次设计的油缸，为保证孔的精度和表面质量将先后经过粗镗、半精镗、精镗和滚压等四道加工（零件毛坯为无缝钢管）。2、保证套筒表面间位置精度的方法

由套筒零件的技术要求知，套筒零件内外表面间的同轴度以及端面与孔轴线的垂直度一般均有较高要求。为保证这些要求通常可采用下列方法：

1）在一次安装中完成内外表面及端面的全部加工。这种方法除了工件的安装误差，所以可获得很高的相对位置精度。但是，这种方法的工序比较集中，对于尺寸较大（尤其是长径比较大）套筒也不便与安装，故多用于尺寸较小轴套的车削加工。

2）套筒主要表面加工分在几次安装中进行，先终加工孔，然后以孔为精基准最终加工外圆。这种方法由于所用夹具（心轴）机构简单，且制造和安装误差小，因此可保证较高的位置精度，在套筒加工中一般多采用这种方法。

套筒主要表面加工在几次安装中进行，先终加工外圆，然后以外圆为精基准最终加工内孔。采用这种方法时工件装夹迅速可靠，但因一般卡盘安装误差较大，加工后工件的位置精度较低。若欲获得较小的同轴度，则必须采用定心精度高的夹具，如弹性膜片卡盘、液体塑料夹头和经过修磨的三爪卡盘等。

对于较长的套筒零件，为保证位置精度，往往以外圆定位，采用一端夹持，另一端用中心夹支托来最终加工内孔。对于本次设计加工零件的工艺不采用这种方法,是因为加工内孔时,安装工件需要φ88工艺外圆,只有当内孔加工完后,才可能车去工艺螺纹,进而车出与内孔有较小不同轴度的外圆表面φ82d,故采用上述第二种方法,以内孔作为校正基准。

三、工艺规程的设计

（一）确定毛坯的制造形式

套筒零件一般是用钢、铸铁、青铜或黄铜等材料制成。有些滑动轴承采用双金

属结构，即用离心铸造法在钢或铸铁套的内壁上浇注巴氏合金等轴承合金材料，这样既可节省贵重的有色金属，又能提高轴承的寿命。

套筒零件的毛坯选择与材料、机构和尺寸等因素有关。孔径较小的套筒一般选择热轧或冷拉棒料，也可采实心铸件。孔径较大时，常采用无缝钢管或带孔的铸件和锻件。大量生产时可采用冷挤压和粉末冶金等先进的毛坯制造工艺，既提高生产率又节约金属材料。

本零件为无缝钢管，规格：；材料为35钢，抗拉强度：；屈服强度：；硬度：HBS为197。

（二）基准的选择

基准的选择是工艺规程设计中的重要工作之一。基准面选择的正确与合理可以使加工质量得到保证，生产率得以提高。否则，加工工艺过程中问题百出，更我甚者，还会造成零件的大批报废，使生产无法正常进行。

1、粗基准的选择

对于零件而言，尽可能选择不加工表面作为粗基准。而对有若干个不加工表面的工件，则应以与加工表面要求相对位置精度较高的不加工表面作粗基准。对于较长的套筒零件，为保证位置精度，往往以外圆定位，采用一端夹持，另一端用中心夹支托来最终加工内孔。

根据这个原则，本零件选取无逢钢管外圆为粗基准。工件一端用三爪卡盘夹持一端，另一端则用大头顶尖顶住另一端。采用这种方法时工件装夹迅速可靠，但因一般卡盘安装误差较大，加工后工件的位置精度较低。为了获得较小的同轴度，须采用定心精度高的夹具，如弹性膜片卡盘、液体塑料夹头和经过修磨的三爪卡盘等。

2、精基准的选择

精基准的选择主要应该考虑的是基准重合的问题。当设计基准与工序基准不重合时，应该进行尺寸的换算，这在以后还要专门计算，此处不再重复。

（三）制定工艺路线

制定工艺路线的出发点应当是使零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求能得到合理的保证，在生产纲领已确定的情况下，可以考虑采用万能机床以及专用夹具，并尽量使工序集中来提高生产率。除此之外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。

工艺路线方案：工序1、配料（35钢）：

无缝钢（）管切断，取总长695mm 工序2、车：车￠82到尺寸￠88（工艺用）；车端面及倒角；调头

车￠82到尺寸￠88（工艺用）；车端面及倒角取总长686mm（余1mm）。

工序3、深孔推镗：粗镗孔到￠66；半精镗孔到￠68；精镗孔到￠69.85；

精铰（浮动镗刀镗孔）孔到￠粗糙度R=3.2。

工序4、滚压孔：

用滚压头滚压孔至￠，粗糙度R=0.4。工序5.车车去工艺外圆，将两端外圆加工到尺寸￠82，割R7槽；镗内锥孔01.5及车端面；

调头，车去工艺外圆，将两端外圆加工到尺寸￠82，割R7槽；镗内锥1.5及车端面，取总长685mm。

工序5.检查。

（四）机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定

“液压油缸缸筒”：零件材料为35钢，硬度HB197，生产类型大批量，毛坯形式：无逢钢管截断。

根据上述原始资料及加工工艺，分别确定各加工表面的机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸。

（五）确定切削用量及基本工时

1、工序1：无缝钢管（35钢，8914）切断，取总长687mm

2、工序2：车削，本工序采用计算法确定切削用量。

（1）、加工条件

工件材料：无缝钢管（35钢，8914），530baMP

车￠82到尺寸￠88及M88×1.5螺纹（工艺用）；

车端面及倒角；

车￠82到尺寸￠88及M88×1.5螺纹（工艺用）；车端面及倒角取总长686mm（余1mm）

机床：C630-1卧式车床

刀具：刀具材料为YT15，刀杆尺寸16mm×25mm，

00090,15,12,0.5oorRkarmm

（2）、计算切削用量

①、车￠82到￠88 切削深度pa：

四、专用夹具设计

（一）镗床夹具设计要则

镗床夹具是保证达到工件上孔的尺寸精度、几何精度、表面光洁度以及多孔镗削时孔距和孔的位置精度的精密工艺装备。镗床夹具的主要加工对象是薄壳箱形铸件体类零件，因此在设计镗床夹具时，主要考虑的问题是工件的正确定位与夹紧、夹具的刚性，以及镗孔刀具导向装置的合理性，以保证达到产品的工艺要求。应着重考虑的问题，具体如下：

1）设计镗床夹具涉及镗孔要求、镗杆结构、镗刀位置、导向装置、机床工作行

程等多方面的问题。为了防止产生错误，在设计镗床夹具时应首先根据工艺提供的加工工序图，绘制包括工件加工部位及尺寸要求，加工时的刀具布置及始末位置，镗杆结构、导向元件结构及安装位置等在内的刀具布置图或在总图上表示清楚。

2）镗床夹具的刚性和抗振性与其他夹具相比特别重要，为此应提高夹具底座的高度，高度与长度之比推荐取1：7。镗模架亦应具有足够的刚性和稳定性。

3）在设计定位与夹紧结构时，应保证夹紧后工件的弹性变形最小。 4）滑动轴承要有充分的润滑。

5）设置必要的起吊装置，并保证起吊时夹具不致变形

（二）夹具设计

1、问题的提出

本夹具主要用来推镗深孔。该孔对两端外圆表面，两端面都有一定的技术要求。在加工本道工序时两端外圆表面及两端面都未加工，因此在本道工序加工时除了要满足技术要求外，还应该提高加工效率，降低劳动强度。

2、镗套的结构

镗套的结构和精度直接影响到加工孔的尺寸精度、几何形状和表面粗糙度。设计镗套时，可按加工要求和情况选用标准镗套，特殊情况则可自行设计。一般镗孔用的镗套，主要有固定式的和回转式两类，都已标准化了。本夹具选用B型固定式镗套——镗套 B55H7×65g5×45 GB2266-80，它与快换钻套相似，加工时镗套不随镗杆转动。B型固定式镗套带油杯和油槽，使镗杆和镗套之间能允分地润滑，从而减少镗套的磨损。

3、镗套的布置形式

镗套的布置形式主要根据被加工孔的直径D以及孔长与孔径的比值L/D和精度要求而定，一般有以下四种形式：①单支承后引导；②单支承前引导；③双支承前后引导；④双支承后引导。其中导向支架分别装在工件两侧。因为工件镗孔长度L>1.5D，加工孔径较大，并且各个孔系之间的位置精度也要求较高，宜采用“双支承前后引导”。另外镗套采用的是固定式镗套，故按H＝(1.5～2)d来选取，则取H ＝63mm。

4、镗杆

用于固定式镗套的镗杆导向部分的结构。当镗杆导向部分直径

d<50mm时，镗杆常采用整体式。确定镗杆直径时，应考虑镗杆的刚度和镗孔时应有的容屑空间。一般按：

d = (0.6~0.8)D

选取，式中d——镗杆直径(mm)，D——被镗孔直径(mm)。则得，d =55 mm 设计镗杆时，镗孔直径D，镗杆直径d、镗刀截面BxB进行选取。

镗杆直径的范围，在加工小孔时取大值，在加工大孔时，若导向好，切削负荷

小则可取小值；一般取中间值，若导向不良，切削负荷大时可取大值。镗杆的轴向尺寸，应按镗孔系统图上的有关尺寸确定。

镗杆的材料要求镗杆表面硬度高而心部有较好的韧性，因此可采用45钢。镗杆的主要技术条件要求为：

镗杆导向部分的圆度与锥度公差控制在直径公差的1/2以内。

②镗杆导向部分公差带为:粗镗为g6，精镗为g5。表面粗糙度值Ra0.8μm。③镗杆的直线度公差为0.1mm。刀孔表面粗糙度一般为Ra1.6μm，装刀孔不淬火。5、支架与底座

镗模支架和底座为铸铁件（HT100），分开制造。镗模支架应具有足够的强度与刚度，且不允许承受夹紧力。其结构和尺寸参见镗模支架零件图。

镗模底座上要安装各种装置和元件，并承受切削力和夹紧力，因此必须有足够的强度与刚度，并保持尺寸精度的稳定性。其结构参见装配图。

6、镗套与镗杆以及衬套等的配合选择

镗套与镗杆、衬套等的配合必须选择恰当，过紧容易研坏或咬死，过松则不能保证加工精度。一般加工低于IT8级公差的孔或粗镗时，镗杆选用IT6级公差，当精加工IT7级公差的孔时，通常选用IT5级公差，当孔加工精度（如同轴度）高时，常用配研法使镗套与镗杆的配合间隙达到最小值，但此时应用低速加工。

7、定位基准的选择

对于工件的技术要求：①内孔必须光洁无纵向刻痕；②内孔位置度和圆柱度全长度不大于0.4mm；③内孔轴线的直线度为0.1/1000mm,内孔轴线与端面的不垂直度0.03mm；④内孔对两端外圆（）的不同轴度不大于0.025mm。为了使工件达到技术要求，本工序的定位基准选两端外圆（）。

8、夹紧机构的设计

在满足考虑了夹紧装置的自动化程度和复杂程度与工件的产量和批量相适应，且操作安全、方便、省力等前提下，本夹具采用螺杆和压板夹紧装置，并进行手动夹紧。

（三）夹具设计及操作的简要说明

本夹具由镗模支架；改制V型块和夹紧螺栓，压块等几部分组成（详见夹具装配图）。装夹工件时，利用工件两端外圆表面，与两V型块相配合，将工件定位于V 型块上。当要求夹紧工件时，只需将两个压板分别压住工件两端外圆上表面，然后拧紧螺母，直至工件夹紧为止。

为了防止在切削时因切削力和自身重力的作用而使工件发生变形，影响加工精度，将V型块设计为以圆弧面与工件配合以增加工件的支承刚性和稳定性。

五、结论

一个零部件其质量的高低取决于设计、加工等因素，那么机械加工就是不

可缺少的一部分，零件从设计好，到拿到工厂去加工，要加工出合格的产品，就必须在工艺以及夹具上下工夫，工艺编制的合不合理，夹具结构设计的合不合理这些都是很重要的因素。因此在加工零件之前，要认真的分析，然后编制合理的工艺和夹具设计。

套筒零件是机械加工中经常碰到的一种零件，它的应用范围很广。例如：支承旋转轴的各种形式的轴承、夹具上的导向套、内机沙锅内的汽缸套以及本次设计液压系统中的油缸等。

机器中的套筒零件起支承或导向作用。由于功用不同，套筒零件的结构和尺寸有很大的差别，但结构上仍有共同的特点：零件的主要表面为不同轴度要求较高的内、外旋转表面；零件壁的厚度较薄：零件的长度一般大于直径等。

通过本次的设计，使我明白了自己的差距和不足之处。特别是对于知识的总体把握上有所欠缺，以及对于零件分析得不够透彻，编制出的工艺不是很符合工厂实际加工的情况，零件专用夹具的设计其结构也不是很合理，但是通过指导老师的帮助，已基本解决这些问题。在设计的过程当中，让自己体会到了设计的乐趣，体会到战胜困难的激动，体会到了成功所带来了喜悦，为以后初到公司工作积累一定的经验。

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