SMC气缸零件加工工艺研究，你知道多少？

　　SMC气缸加工质量的原因进行分析，讨论了在机械加工过程中引起这些原因的要素及解决办法，对深孔加工及孔口螺纹加工引起质量问题的现象，包括振刀、加工表面质量差等，从刀具的选用、参数设定、及时排屑方面做了具体分析说明，得出适合的加工条件及合理的加工方法。

　　1 、零件技术难点分析

　　1.1 零件材料难加工

　　SMC气缸材料为15-5PH马氏体沉淀硬化不锈钢，该钢在时效过程中析出碳化物和金属间化合物产生沉淀硬化，具有很高的强度和综合力学性能。15-5PH韧性大，易产生粘附现象，形成积屑瘤，表面加工硬化现象尤为突出，不易断屑，对刀片的材质和槽型提出很高的要求。另外，零件内孔尺寸及表面粗糙度要求非常高，零件刚性相对较差，加工难度大。

　　1.2 深孔加工难度大

　　SMC气缸零件主体结构为深孔结构，该孔深径比超过5，刀杆细长，刀具刚度低，并且刀杆直径与孔径差别较小，刀具与零件孔间间隙很小，不利于排屑，刀具刚度及排屑问题是影响加工质量的两个重要因素。

　　1.3 尺寸、形位公差要求高

　　1.4 零件刚性差

　　SMC气缸由于零件的左端有一处凸台，该凸台的存在为零件的装夹带来了极大的不便，在加工零件的右端时，只能夹持零件凸台左端，使零件右端悬出过长，影响零件刚度，从而影响零件孔口螺纹的加工质量。

　　SMC气缸零件结构示意图

　　2 、拟定工艺方案

　　SMC气缸零件加工采用粗加工、半精加工、精加工的思路。针对孔的结构以及尺寸精度，孔的加工采用如下加工方法：先用加长钻头粗钻孔，并用平底钻头扩孔至φ40 mm，然后精镗孔至尺寸φ41.8 mm，最后磨孔至最终尺寸，工艺路线见图2所示。由于孔车削为深孔加工，加工难度较大，因此孔与孔口各尺寸（包括螺纹）不宜一次装夹加工，因此采用工序分散的工艺路线。在加工孔及螺纹时，由于零件悬出过长，刚性较差，加工时用中心架进行辅助支撑定位，磨削深盲孔时也采用卡盘夹紧，需每件找正右端中心架辅助定位的装夹方式，可以较好地解决零件刚性差的问题，提高加工质量。

　　SMC气缸主要加工工序为数控车削φ42孔至尺寸φ41.8（半精加工）、孔口螺纹车削加工以及磨削φ42孔（精加工），φ42孔半精加工及精加工工序属深孔、盲孔加工，这几道主要工序车削时，气缸处于悬伸状态，尾端用中心架辅助支撑，避免零件在悬伸过长时，造成刚性下降，在切削过程中引起零件变形，发生切削振动。

　　具在切削工件时发生振动需要有下面三个条件同时存在：①包括刀具在内的工艺系统刚性不足，导致其固有频率低；②切削产生了一个足够大的外激力；③这个外激力的频率与工艺系统的固有频率相同，产生共振。

　　可以从四个方面考虑减振：①降低切削力；②提高工艺系统刚性；③提高刀具系统的刚性；④刀具减振即使用减振刀具。

　　（1）孔加工工序。

　　a、刀片的选择。

　　本工序为内孔加工，在选择刀片时首先选择刀片形状，根据刀片形状（刀片可以分为S型、C型、D型、V型刀片如下图所）可知刀尖角越小，切削力越小，刀具强度越差，为了减小切削力，本工序选择V型刀片。

　　刀具形状示意简图

　　然后，合理选择刀片的前角，适当的增大前角 1/0 ，能减少切削变形和摩擦，从而将低切削力、切削温度，改善加工质量，抑制积屑瘤等。但前角过大会削弱刀刃的强度和散热能力，易造成崩刃，选择18°前角。

　　b、刀杆的选择。

　　选择刀杆首要考虑的是刀杆刚性，尽量加大刀杆直径，由于气缸孔径φ41.8 mm，选择直径为φ32 mm的刀杆，可加工最小孔径为φ40 mm。选择刀杆时，还要考虑主偏角的选择，刀杆主偏角越接近90°，径向切削力越小，切削时越不容易产生切削振动。这里选择S32T SVQCR-16刀杆，主偏角107.5°。

　　c、参数设置。

　　d、加工工步细化。

　　由于该孔为平底孔，且刀杆直径大于孔直径的的一半，刀具无法过中心，因此无法完成对孔底的加工，如图4所示。当刀具沿零件径向移动到最大范围时，刀具刀尖仍然无法对孔底进行切削。

　　图4 零件与刀具关系图

　　为了解决这个问题，需要细化工艺路线，采取孔底与孔径分开加工的方法，首先加工φ41.8孔时，在距孔底2 mm范围内不加工，距孔底2 mm范围内用另一把刀具加工。加工孔时所用刀具刀杆直径为φ32，加工孔底所用刀具刀杆直径为φ25，因此加工时可以顺利的加工孔底部端面，而不会产生干涉。由于孔底部加工范围较小，去除余量也小，因此切削力小，不易产生振动。

　　（2）螺纹加工工序。

　　内螺纹采用数控车削加工，选择涂层刀片。螺纹车削进刀方式有两种，一种为直进切入法和单向切入法。

　　a、直进切入法。如图5所示，切削时左右刀刃同时切削、产生的V形铁屑作用于切削刃口会引起弯曲力较大。加工时要求切深小，刀刃锋利。适用于一般的螺纹切削，常用于螺距4 mm以下的螺纹切削 。

　　b、单向切入法。图5所示，此切人法切削刃承受的弯曲压力小，状态较稳定，成屑形状较为有利，切深较大，侧向进刀时，齿间有足够空间排出切屑。常用于加工螺距4 mm以上的不锈钢等难加工材料或刚性低易振动的工件的螺纹 。

　　直进切入法与单向切入法

　　程序编制采用固定螺纹循环编程，螺纹编程指令有G32、G76、G92，一般螺纹常用G92编程，G92编程采用的进刀方式为直进切入法。

　　3.2 实际加工时出现的问题及解决措施

　　1）孔加工。

　　a、加工时存在问题

　　在试切削过程中，仍然出现了切削振动的现象，孔表面局部有振刀纹。具体现象为：当零件加工轴向长度为（30～40）mm时，开始振刀，且振刀纹路逐渐加深。零件孔内有大量切屑不能及时排出，将刀具退出后，有切屑缠绕在刀尖处。根据这种现象分析，切屑缠绕在刀具上，尤其是刀尖部位，会阻碍刀具的切削运动，影响刀具的锋利程度，从而增加切削力，产生切削振动。

　　要保证刀具锋利，减少切削力，减小振动，就要保证切屑的顺利排出，要想让切削自然排出，就必须有足够的排屑空间，受零件结构限制，自然排屑比较困难，简单有效的解决办法就是及时地手动排屑，也就是每加工一定的范围，暂停加工，将刀具退出零件，手动排屑。手动排屑虽然操作起来比较简单，但是比较耗时，加工效率低下。因此，需要合理的安排手动排屑的次数，既要保证加工质量，又要保证加工效率。通过试验对比，每加工（50～80） mm时，退一次刀，清理切屑，无振刀现象，零件表面加工质量良好，又能保证加工效率。精加工时也采取上述方案，分段加工，每加工一段就暂停程序，清理孔内切屑，待清理干净后，再进行下段加工。按上述要求进行加工，车削时未出现振刀现象，加工质量良好，尺寸符合工艺要求，孔表面粗糙度也符合要求，无振刀纹出现。

　　（2）螺纹加工。

　　a、存在问题及原因分析。

　　加工螺纹时同样出现了振刀及零件表面质量差的现象，究其原因应是零件刚性不足，加工时采用左端卡盘装夹定位，右端中心架辅助定位。采用中心架辅助定位时，可以在一定程度上提高零件刚性，但由于受力不均，仍然不能承受过大切削力，因为中心架定位时会试图使中心架中心与零件中心重合，但在实际加工过程中不可避免的存在

　　误差，呈现偏心状态（如图 6所示），如果零件受力过大，容易使零件变形，产生振动。

　　中心架辅助定位示意图

　　b、解决措施。

　　为了减小切削力，消除振动，可从采取的进刀方式以及切削参数进行调整，首先对车削螺纹的程序进行分析，数控加工中，程序的编制是否合理，直接影响零件的加工质量。该程序采用G92固定循环编程。螺纹加工的三个指令都各有优缺点。G32编程时，为了方便编程，一般采用直进式切削方法。由于两侧刃同时工作，切削力较大，而且排屑困难，因此在切削时，两切削刃容易磨损。在切削螺距较大的螺纹时，由于切削深度较大，刀刃磨损较快，从而造成螺纹中径产生误差；但是其加工的牙型精度较高，因此一般多用于小螺距螺纹的加工。由于其刀具移动、切削均靠编程来完成，所以加工程序较长；由于刀刃容易磨损，所以加工时要做到勤测量 。G92固定循环的进刀方式也是直进式，其加工效果与

　　螺纹切削复合循环，一般采用斜进式切削方法如图7所示。由于为单侧刃加工，加工刀刃容易损伤和磨损，使加工的螺纹面不尖角发生变化，造成牙型精度较差。但由于其为单侧刃工作，刀具负载较小，排屑容易，并且切削深度为递减式，因此此加工方法可以较好的解决振动的问题 。