套类零件数控车削加工工艺编制：优化方案

任务描述

1.分析如图2-7-1所示隔套加工案例零件，确定正确的数控车削加工工艺；

2.编制如图2-7-1所示隔套的数控车削加工工序卡、刀具卡等工艺文件。

完成如图2-7-1所示隔套加工案例零件的数控车削加工，具体设计该隔套的数控加工工艺。

图2-7-1　隔套加工案例零件

隔套加工案例零件说明：该光轴加工案例零件材料为45 钢，毛坯尺寸为ϕ64mm ×23 mm，隔套内孔已用钻床钻孔至ϕ35 mm。该隔套加工案例零件的数控加工工艺规程见表2-7-1。

表2-7-1　隔套加工案例零件数控加工工艺规程

续表

能力目标

1.会分析回转体套类零件图纸，并进行相应的工艺处理；

2.会选择回转体套类零件加工方法，并划分加工工序；

3.会确定回转体套类零件装夹方案，选择合适的加工刀具；

4.会制订简易回转体套类零件的数控车削加工工艺；

5.会编制简易回转体套类零件的数控车削加工工艺文件。

相关知识

一、套类零件的加工工艺特点及毛坯选择

1.套类零件的工艺特点

套类零件在机器中主要起支承和导向的作用。它一般主要由有较高同轴度要求的内外圆表面组成。一般套类零件的主要技术要求如下：

①内孔及外圆的尺寸精度、表面粗糙度以及圆度要求。

②内外圆之间的同轴度要求。

③孔轴线与端面的垂直度要求。

薄壁套类零件壁厚很薄，径向刚度很弱，在加工过程中受切削力、切削热及夹紧力等因素的影响，极易变形，导致以上各项技术要求难以保证。装夹加工时，必须采取相应的预防与纠正措施，以避免加工时引起工件变形，或因装夹变形加工后变形恢复，造成已加工表面变形，加工精度达不到图纸技术要求。

2.加工套类零件的加工工艺原则

①粗、精加工应分开进行。

②尽量采用轴向压紧，如采用径向夹紧应使径向夹紧力分布均匀。

③热处理工序应安排在粗、精加工之间进行。

④中小型套类零件的内外圆表面及端面，应尽量在一次安装中加工出来。

⑤在安排孔和外圆加工顺序时，应尽量采用先加工内孔，然后以内孔定位加工外圆的加工顺序。

⑥车削薄壁套类零件时，车削刀具选择较大的主偏角，以减小背向力，防止加工工件变形。

3.毛坯选择

套类零件的毛坯主要根据零件材料、形状结构、尺寸大小及生产批量等因素来选择。孔径较小时，可选棒料，也可采用实心铸件；孔径较大时，可选用带预孔的铸件或锻件，壁厚较小且较均匀时，还可选用管料；当生产批量较大时，还可采用冷挤压和粉末冶金等先进毛坯制造工艺，可在毛坯精度提高的基础上提高生产率，节约用材。套类零件材料一般选用钢、铸铁、青铜或者黄铜等。

二、套类零件的定位与装夹方案

1.套类零件的定位基准选择

套类零件的主要定位基准为内外圆中心。外圆表面与内孔中心有较高的同轴度要求时，加工中常互为基准反复装夹加工，以保证零件图纸技术要求。

2.套类零件的装夹方案

①套类零件的壁厚较大，零件以外圆定位时，可直接采用三爪卡盘装夹，零件轴向尺寸较小时，可与已加工过的端面组合定位装夹，如采用反爪装夹；工件较长时，可加顶尖装夹，再根据工件长度，确定是否再加中心架或跟刀架，采用“一夹一托”法装夹。

②套类零件以内孔定位时，可采用心轴装夹（圆柱心轴、可胀式心轴）；当零件的内、外圆同轴度要求较高时，可采用小锥度心轴装夹。当工件较长时，可在两端孔口各加工出一小段60°锥面，用两个圆锥对顶定位装夹。

③当套类零件壁厚较小时，即薄壁套类零件，直接采用三爪卡盘装夹会引起工件变形，可采用轴向装夹、刚性开缝套筒装夹和圆弧软爪装夹等办法。

A.轴向装夹法

轴向装夹法就是将薄壁套类零件由径向夹紧改为轴向夹紧法，如图2-7-2所示。

图2-7-2　工件轴向夹紧示意图

B.刚性开缝套筒装夹法

薄壁套类零件采用三爪自定心卡盘装夹，如图2-7-3所示。零件只受到3 个爪的夹紧力，夹紧接触面积小，夹紧力不均衡，容易使零件发生变形。采用如图2-7-4所示的刚性开缝套筒装夹，夹紧接触面积大，夹紧力较均衡，不容易使零件发生变形。

C.圆弧软爪装夹法

当被加工薄壁套类零件以三爪卡盘外圆定位装夹时，采用内圆弧软爪装夹定位工件的方法，详见项目一所述。

当被加工薄壁套类零件以内孔（圆）定位装夹（涨内孔）时，可采用外圆弧软爪装夹，在数控车床上装刀根据加工工件内孔大小自车外圆弧软爪，如图2-7-5所示。

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图2-7-3　三爪自定心卡盘装夹示意图

图2-7-4　刚性开缝套筒装夹示意图

图2-7-5　数控车自车加工外圆弧软爪示意图

加工软爪时，要在与使用时相同的夹紧状态下进行车削，以避免加工过程中松动和因卡爪反向间隙而引起定心误差。车削时，要在靠卡盘处夹适当的圆盘料，以消除卡盘端面螺纹的间隙。自车加工的三外圆弧软爪所形成的外圆弧直径大小应比用来定心装夹的工件内孔直径略大一点，其他与项目一所述自行车加工内圆弧软爪的要求一样。

套类零件的尺寸较小时，尽量在一次装夹下加工出较多表面，既减小装夹次数及装夹误差，又容易获得较高的形位精度。

3.加工套类零件的常用夹具

加工中小型套类零件的常用夹具有手动三爪卡盘、液压三爪卡盘和心轴等；加工中大型套类零件的常用夹具有四爪卡盘和花盘，这些夹具在前面已介绍，不再赘述。这里再介绍加工中小型套类零件常用的弹簧心轴夹具。

当工件用已加工过的孔作为定位基准，并能保证外圆轴线和内孔轴线的同轴度要求时，常采用弹簧心轴装夹。这种装夹方法可保证工件内外表面的同轴度，较适合用于批量生产。弹簧心轴（又称涨心心轴）既能定心，又能夹紧，是一种定心夹紧装置。弹簧心轴一般分为直式弹簧心轴和台阶式弹簧心轴。

1）直式弹簧心轴

直式弹簧心轴如图2-7-6所示。它的最大特点是直径方向上膨胀较大，为1.5 ～5 mm。

图2-7-6　直式弹簧心轴

2）台阶式弹簧心轴

台阶式弹簧心轴如图2-7-7所示。它的膨胀量较小，一般为1.0 ～2.0 mm。

图2-7-7　台阶式弹簧芯轴

任务实施

1.加工案例工艺分析

①对如图2-7-1所示隔套加工案例零件进行详尽分析，找出该隔套加工工艺有什么不妥之处。

a.加工方法选择是否得当。

b.夹具选择是否得当。

c.刀具选择是否得当。

d.加工工艺路线是否得当。

e.切削用量是否合适。

f.工序安排是否合适。

g.机床选择是否得当。

h.装夹方案是否得当。

②对上述问题进行分析后，如果有不当的地方，改正过来，提出正确的工艺措施。

③制订正确工艺，并优化工艺。

④填写该隔套加工案例零件的数控加工工序卡、刀具卡，确定装夹方案。

2.加工案例零件加工工艺与装夹方案

1）隔套加工案例零件数控加工工序卡

隔套加工案例零件数控加工工序卡见表2-7-2。

表2-7-2　隔套加工案例零件数控加工工序卡

2）隔套加工案例零件数控加工刀具卡

隔套加工案例零件数控加工刀具卡见表2-7-3。

表2-7-3　隔套数控加工刀具卡

3）隔套加工案例零件装夹方案

该隔套加工案例零件主要由有一定同轴要求的内外圆表面组成。它是典型的套类零件。套类零件在加工过程中受切削力、切削热及夹紧力等因素的影响，极易变形，必须采取相应的预防与纠正措施。该套类零件壁厚10 mm，长度20 mm，不算太薄，零件刚性还可以，但因工件有形位精度要求，还是要考虑零件装夹时的夹紧变形。基于上述情况，该案例零件装夹采用圆弧软爪装夹法，在数控车床上装刀根据工件内孔大小和外圆大小自车外圆弧软爪和内圆弧软爪，分别用于涨紧工件内孔和夹紧工件外径，用自车软爪加工出的软爪轴向台阶面轴向定位装夹。加工时，先用内圆弧软爪装夹工件外圆，车右端面、内孔及倒角，再用外圆弧软爪涨紧工件内孔，车左端面、外圆及倒角，保证零件的形位精度要求。

任务评价

评价方式见表2-7-4。

表2-7-4　评价表

巩固与提高

如图2-7-8所示为套筒加工案例零件，材料为45 钢，毛坯尺寸ϕ95 mm ×130 mm，批量50 件，套筒内孔已用普通钻床加工至ϕ50 mm。试设计其数控加工工艺，并确定装夹方案。

图2-7-8　套筒加工案例零件