SMC氣缸零件加工工藝研究，你知道多少？

　　SMC氣缸加工質量的原因進行分析，討論了在機械加工過程中引起這些原因的要素及解決辦法，對深孔加工及孔口螺紋加工引起質量問題的現象，包括振刀、加工表面質量差等，從刀具的選用、參數設定、及時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 、零件技術難點分析

　　1.1 零件材料難加工

　　SMC氣缸材料為15-5PH馬氏體沉淀硬化不銹鋼，該鋼在時效過程中析出碳化物和金屬間化合物產生沉淀硬化，具有很高的強度和綜合力學性能。15-5PH韌性大，易產生粘附現象，形成積屑瘤，表面加工硬化現象尤為突出，不易斷屑，對刀片的材質和槽型提出很高的要求。另外，零件內孔尺寸及表面粗糙度要求非常高，零件剛性相對較差，加工難度大。

　　1.2 深孔加工難度大

　　SMC氣缸零件主體結構為深孔結構，該孔深徑比超過5，刀桿細長，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量的兩個重要因素。

　　1.3 尺寸、形位公差要求高

　　1.4 零件剛性差

　　SMC氣缸由于零件的左端有一處凸臺，該凸臺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，只能夾持零件凸臺左端，使零件右端懸出過長，影響零件剛度，從而影響零件孔口螺紋的加工質量。

　　SMC氣缸零件結構示意圖

　　2 、擬定工藝方案

　　SMC氣缸零件加工采用粗加工、半精加工、精加工的思路。針對孔的結構以及尺寸精度，孔的加工采用如下加工方法：先用加長鉆頭粗鉆孔，并用平底鉆頭擴孔至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，由于零件懸出過長，剛性較差，加工時用中心架進行輔助支撐定位，磨削深盲孔時也采用卡盤夾緊，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，提高加工質量。

　　SMC氣缸主要加工工序為數控車削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屬深孔、盲孔加工，這幾道主要工序車削時，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時，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。

　　具在切削工件時發(fā)生振動需要有下面三個條件同時存在：①包括刀具在內的工藝系統(tǒng)剛性不足，導致其固有頻率低；②切削產生了一個足夠大的外激力；③這個外激力的頻率與工藝系統(tǒng)的固有頻率相同，產生共振。

　　可以從四個方面考慮減振：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。

　?。?）孔加工工序。

　　a、刀片的選擇。

　　本工序為內孔加工，在選擇刀片時首先選擇刀片形狀，根據刀片形狀（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，刀具強度越差，為了減小切削力，本工序選擇V型刀片。

　　刀具形狀示意簡圖

　　然后，合理選擇刀片的前角，適當的增大前角 1/0 ，能減少切削變形和摩擦，從而將低切削力、切削溫度，改善加工質量，抑制積屑瘤等。但前角過大會削弱刀刃的強度和散熱能力，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，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，切削時越不容易產生切削振動。這里選擇S32T SVQCR-16刀桿，主偏角107.5°。

　　c、參數設置。

　　d、加工工步細化。

　　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，因此無法完成對孔底的加工，如圖4所示。當刀具沿零件徑向移動到最大范圍時，刀具刀尖仍然無法對孔底進行切削。

　　圖4 零件與刀具關系圖

　　為了解決這個問題，需要細化工藝路線，采取孔底與孔徑分開加工的方法，首先加工φ41.8孔時，在距孔底2 mm范圍內不加工，距孔底2 mm范圍內用另一把刀具加工。加工孔時所用刀具刀桿直徑為φ32，加工孔底所用刀具刀桿直徑為φ25，因此加工時可以順利的加工孔底部端面，而不會產生干涉。由于孔底部加工范圍較小，去除余量也小，因此切削力小，不易產生振動。

　?。?）螺紋加工工序。

　　內螺紋采用數控車削加工，選擇涂層刀片。螺紋車削進刀方式有兩種，一種為直進切入法和單向切入法。

　　a、直進切入法。如圖5所示，切削時左右刀刃同時切削、產生的V形鐵屑作用于切削刃口會引起彎曲力較大。加工時要求切深小，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5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，側向進刀時，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的工件的螺紋 。

　　直進切入法與單向切入法

　　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編程采用的進刀方式為直進切入法。

　　3.2 實際加工時出現的問題及解決措施

　　1）孔加工。

　　a、加工時存在問題

　　在試切削過程中，仍然出現了切削振動的現象，孔表面局部有振刀紋。具體現象為：當零件加工軸向長度為（30～40）mm時，開始振刀，且振刀紋路逐漸加深。零件孔內有大量切屑不能及時排出，將刀具退出后，有切屑纏繞在刀尖處。根據這種現象分析，切屑纏繞在刀具上，尤其是刀尖部位，會阻礙刀具的切削運動，影響刀具的鋒利程度，從而增加切削力，產生切削振動。

　　要保證刀具鋒利，減少切削力，減小振動，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，受零件結構限制，自然排屑比較困難，簡單有效的解決辦法就是及時地手動排屑，也就是每加工一定的范圍，暫停加工，將刀具退出零件，手動排屑。手動排屑雖然操作起來比較簡單，但是比較耗時，加工效率低下。因此，需要合理的安排手動排屑的次數，既要保證加工質量，又要保證加工效率。通過試驗對比，每加工（50～80） mm時，退一次刀，清理切屑，無振刀現象，零件表面加工質量良好，又能保證加工效率。精加工時也采取上述方案，分段加工，每加工一段就暫停程序，清理孔內切屑，待清理干凈后，再進行下段加工。按上述要求進行加工，車削時未出現振刀現象，加工質量良好，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。

　?。?）螺紋加工。

　　a、存在問題及原因分析。

　　加工螺紋時同樣出現了振刀及零件表面質量差的現象，究其原因應是零件剛性不足，加工時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，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，因為中心架定位時會試圖使中心架中心與零件中心重合，但在實際加工過程中不可避免的存在

　　誤差，呈現偏心狀態(tài)（如圖 6所示），如果零件受力過大，容易使零件變形，產生振動。

　　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，可從采取的進刀方式以及切削參數進行調整，首先對車削螺紋的程序進行分析，數控加工中，程序的編制是否合理，直接影響零件的加工質量。該程序采用G92固定循環(huán)編程。螺紋加工的三個指令都各有優(yōu)缺點。G32編程時，為了方便編程，一般采用直進式切削方法。由于兩側刃同時工作，切削力較大，而且排屑困難，因此在切削時，兩切削刃容易磨損。在切削螺距較大的螺紋時，由于切削深度較大，刀刃磨損較快，從而造成螺紋中徑產生誤差；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、切削均靠編程來完成，所以加工程序較長；由于刀刃容易磨損，所以加工時要做到勤測量 。G92固定循環(huán)的進刀方式也是直進式，其加工效果與

　　螺紋切削復合循環(huán)，一般采用斜進式切削方法如圖7所示。由于為單側刃加工，加工刀刃容易損傷和磨損，使加工的螺紋面不尖角發(fā)生變化，造成牙型精度較差。但由于其為單側刃工作，刀具負載較小，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的問題 。