本文通過對影響氣缸加工質（zhì）量（liàng）的原因進行分析（xī），討論了在機（jī）械（xiè）加（jiā）工過程中引起這些原因的要素及解決辦法，對深孔加工（gōng）及（jí）孔口螺紋加工引起質（zhì）量問題的現象，包括振刀、加工表（biǎo）麵質量差等，從刀具的選用、參數設定（dìng）、及時排屑方（fāng）麵做（zuò）了具體分析說明（míng），得出適合的加（jiā）工條件及合理的加工（gōng）方法。

      1 、零（líng）件（jiàn）技術難點（diǎn）分析
 
      1.1 零件材料難加（jiā）工
 
      氣缸材料為15-5PH馬（mǎ）氏體沉（chén）澱硬化不鏽鋼，該鋼在時（shí）效過程中析出碳化（huà）物和金（jīn）屬間化合物產生（shēng）沉澱硬化，具有很高的（de）強度和綜合力學性能。15-5PH韌（rèn）性大，易產生粘附現象，形成積屑瘤，表麵加工硬化現象尤為突出，不易斷屑，對刀片（piàn）的材質和槽型提出很高的要求。另外，零件（jiàn）內孔尺（chǐ）寸及表麵（miàn）粗糙度要求非（fēi）常高，零（líng）件剛性相對較差，加（jiā）工難度大。

      1.2 深孔加工難度大
 
      零件主體結構為深孔結構，該孔深徑比超過5，刀杆細長（zhǎng），刀具剛度低，並且刀（dāo）杆直徑與孔徑差別較小，刀具（jù）與零件（jiàn）孔間間隙很小，不利於排屑（xiè），刀具剛度及排屑問題是影響加工質量的兩個重（chóng）要因素。
 
      1.3 尺寸、形位公差要求高
  
    

      1.4 零件剛性差

      由於零（líng）件的左端有一處凸台，該凸（tū）台的存在為零件的裝夾帶（dài）來了極大的不便，在加工（gōng）零件的右端時，隻能夾持（chí）零件凸台左（zuǒ）端，使零（líng）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。

     
                   圖1 零件結構（gòu）示意圖
  

      2 、擬定（dìng）工藝方案
   
      零件加（jiā）工采用（yòng）粗加工、半精加工、精加工的思路。針（zhēn）對孔的結構以（yǐ）及尺寸（cùn）精度，孔的加工采用如下加工方法：先用加長（zhǎng）鑽頭粗鑽孔，並用平（píng）底鑽頭擴孔至φ40 mm，然後精鏜孔至尺寸φ41.8 mm，最後磨孔至最終尺寸，工藝路線見圖2所示。由（yóu）於孔車削為深孔加工，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（yòng）工（gōng）序分散的工藝路線。在加工孔及螺紋（wén）時，由於零件懸（xuán）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（yě）采用卡盤夾緊，需（xū）每件找正右端中心架（jià）輔助定位的裝（zhuāng）夾方式，可以（yǐ）較好地解決零件剛（gāng）性差（chà）的問題，提高加工質量。
 

     
                    圖2 工藝路線（xiàn）

      3 、車削加工
 
      3.1 加工前技術準備
   
      氣缸主要加（jiā）工工序為數控（kòng）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（kǒng）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（chù）於懸伸狀態，尾端用中心（xīn）架輔助支撐，避免零件在懸（xuán）伸（shēn）過長時，造成剛性下降，在切削過程中引起零件變（biàn）形，發生切削（xuē）振動。
 
      刀具在切削工件時發生振（zhèn）動需要有下麵三個條件同時存在：①包括刀具在內（nèi）的工藝係統剛性不足，導致其固有頻率低；②切削產生了（le）一個足夠大的外激力；③這個外激力的（de）頻（pín）率與工藝係統的固（gù）有（yǒu）頻率相同，產生共振。
 
      可以從四個方麵考（kǎo）慮減振（zhèn）：①降低切削力；②提高工藝係統剛性；③提高刀具係（xì）統的剛性；④刀具減振（zhèn）即使用減振刀具。
 
     （1）孔（kǒng）加工工序。
 
      a、刀片的選擇。
 
      本工序為內孔加（jiā）工，在選擇（zé）刀片時首先選擇刀片形（xíng）狀，根據刀（dāo）片形狀（刀片可以分為S型、C型、D型、V型刀片（piàn）如下（xià）圖（tú）所）可知刀尖角越小，切（qiē）削力越小，刀具強度越差，為了（le）減小切削力，本工（gōng）序選擇V型（xíng）刀片。
 

                  3 刀具形狀示意簡圖
 
     然後，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（hé）摩（mó）擦，從而將低切削（xuē）力、切削溫度，改善加工（gōng）質（zhì）量，抑製積屑瘤等。但前角過大會削弱刀刃的強度和散熱能力，易造成崩刃（rèn），選擇18°前角（jiǎo）。

      b、刀杆的選（xuǎn）擇（zé）。
 
      選擇刀（dāo）杆首要考慮的是刀杆剛性，盡量加大刀杆直徑，由於氣缸孔（kǒng）徑φ41.8 mm，選（xuǎn）擇直徑為φ32 mm的刀杆，可加工最小孔徑為φ40 mm。選擇刀杆時，還要考慮主（zhǔ）偏角的選擇，刀杆主偏角越接近90°，徑向切削（xuē）力（lì）越小，切削時越不（bú）容易產生切削振動。這裏選擇S32T SVQCR-16刀杆，主（zhǔ）偏角107.5°。
 
      c、參數設（shè）置。
  
     

      d、加工工步（bù）細化。
   
     由於該孔為平（píng）底孔，且刀杆直（zhí）徑大於孔直徑的的一半，刀具無法過中心，因此無法完成對孔底的加工，如圖（tú）4所示（shì）。當刀（dāo）具沿零件徑向移動到最大範圍時，刀具刀尖仍然無法對孔底進行（háng）完全切削。
 

            圖4 零件與刀具關係圖
 
      為了解決這（zhè）個（gè）問題，需要細化工藝路線（xiàn），采取（qǔ）孔底與孔徑（jìng）分開（kāi）加工的方法（fǎ），首先加工（gōng）φ41.8孔時，在距孔底（dǐ）2 mm範圍內不加工，距孔底（dǐ）2 mm範（fàn）圍內用另一把刀具加工。加工孔時所用刀具刀杆直徑為（wéi）φ32，加工孔底所用刀具刀杆直徑為（wéi）φ25，因此加工時可以順利的加工孔（kǒng）底部端麵，而不會產（chǎn）生幹（gàn）涉。由於孔底部加工範（fàn）圍較小，去除餘量也小，因（yīn）此切削（xuē）力小，不易產生振動（dòng）。
 
     （2）螺紋加工工序。
 
     內（nèi）螺紋采用數控車削加（jiā）工，選（xuǎn）擇塗（tú）層刀片。螺紋車削進刀方式有兩種（zhǒng），一種為直進切入法和單向切入（rù）法。

      a、直進切（qiē）入法。如圖5所示，切削時左（zuǒ）右刀刃同時切削、產生的V形鐵屑（xiè）作用（yòng）於切削刃口會引起（qǐ）彎曲（qǔ）力較大。加工時（shí）要求切深小，刀刃鋒利。適用於一般的螺紋切削，常用於螺（luó）距4 mm以下的（de）螺紋切削 。
 
      b、單向切入法。圖6所示，此切人法切削刃承受的（de）彎曲壓力小，狀態較穩定，成屑形狀較為有利，切深（shēn）較大，側向進刀時，齒間有（yǒu）足夠空間排出切屑。常用（yòng）於加工螺距4 mm以上（shàng）的不鏽鋼等難加工材料或剛性低易振動（dòng）的工件的（de）螺紋 。
 

      
          圖5 直進切入法         圖6 單向（xiàng）切入法
   
     程序編製（zhì）采用固（gù）定螺紋循環編程，螺紋編程指令有G32、G76、G92，一般螺（luó）紋（wén）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（qiē）削過程中，仍然出現了切削振動（dòng）的現象，孔（kǒng）表麵局部有振刀紋（wén）。具體現象為：當零（líng）件加工軸向長度為（30～40）mm時，開（kāi）始振刀，且振刀紋路逐漸加深。零件孔（kǒng）內有大量切屑不能（néng）及時（shí）排出（chū），將刀具退出後，有切屑纏繞在刀（dāo）尖處。根據這種現象分析，切（qiē）屑纏繞在刀具（jù）上，尤（yóu）其（qí）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（zhèn）動。
 
      b、解決措施。
 
      要保證（zhèng）刀具鋒利，減少切削力，減小振動，就要保證（zhèng）切屑的順利排出，要想讓切削自（zì）然排出，就必須有足夠的（de）排屑空間，受零件結構限製（zhì），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範圍，暫停加工，將刀（dāo）具退出零件，手動排屑。手（shǒu）動排屑雖然操作起來比較簡單，但是比較（jiào）耗時，加（jiā）工效率低（dī）下（xià）。因此，需要合理的安排手動（dòng）排屑的次數，既要保證加工質（zhì）量，又要保證加工效（xiào）率。通過試驗對比，每加工（50～80） mm時，退一次刀，清理切（qiē）屑，無（wú）振（zhèn）刀現象，零件表麵加（jiā）工質量良好（hǎo），又能保證加工效（xiào）率。精加（jiā）工時也采取上述方案，分段加工，每加（jiā）工一段就暫停程序，清理孔內切屑，待清理幹淨後，再進行下（xià）段加工。按上述要求進行加工，車削時未（wèi）出現振刀現象，加工質量良好，尺（chǐ）寸符合（hé）工藝要求，孔（kǒng）表麵粗糙度也符合要求，無振刀紋（wén）出現。
 
     （2）螺紋加工。
 
      a、存在問題及原因分析。
 
      加工螺紋時同樣出（chū）現了振刀及（jí）零件（jiàn）表麵質量差的現象，究（jiū）其原（yuán）因（yīn）應是零件剛性（xìng）不足，加工（gōng）時采用左端卡盤裝（zhuāng）夾定位，右端中（zhōng）心架輔助定位。采用中心架輔助定（dìng）位時，可以在一定程度（dù）上提高零（líng）件剛（gāng）性，但由於受（shòu）力不均，仍然不能承受過大切削（xuē）力，因為（wéi）中心架定位時會試圖使中心（xīn）架中心與零件中心重合，但（dàn）在實際加工過程中不可避免的存在
誤差，呈現偏心狀態（如圖 7所示），如果零件受力過大（dà），容易使零件（jiàn）變形，產（chǎn）生（shēng）振動。
  
      
      圖7 中心架輔助定位示意圖
 
      b、解（jiě）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（háng）調整，首先對車削螺紋的程序進行（háng）分析，數控加工中，程序的編（biān）製是否合理，直接影響零件的加工質量。該程序采用（yòng）G92固定循（xún）環編程。螺紋加工的三個指令都各有優缺點。G32編程時，為了方（fāng）便編（biān）程，一般采用直進式切削方法。由於兩側刃同時工作，切削力較大，而且排屑困難，因此在切削時，兩切削（xuē）刃容易磨損（sǔn）。在切削螺距較大的螺紋時，由於切削深度較大（dà），刀刃磨損較快，從而造成螺紋中徑產生誤差；但是（shì）其加工的牙型精度較高，因此一般多（duō）用於小螺距螺紋的（de）加工。由於其刀具（jù）移動、切削均靠編程來完成，所以加工程序較（jiào）長；由於刀刃容易磨損（sǔn），所以加工時要做到勤測量 。G92固定循環的進刀方式也（yě）是直進式（shì），其加工效果（guǒ）與G32類似，切削（xuē）力較大。
 
      G76螺紋切削複合循環，一般采用斜進式切削方法如圖7所（suǒ）示。由於為單側刃加工（gōng），加工刀刃容易損傷和（hé）磨損，使加工（gōng）的螺紋麵不直，刀尖角發生變化，造成牙型精度較差。但由於其為單側刃工（gōng）作，刀具負載（zǎi）較小，排屑容（róng）易，並且切（qiē）削深度為遞減式，因此此加工方（fāng）法可以較好的解決振動的問（wèn）題 。
 

          圖8 G76螺紋切削複合（hé）循環
 
      因（yīn）此（cǐ），若將原來的G92固定循（xún）環改為G76複合循環，應能較好的解（jiě）決振動問題，G76循環中參數設（shè）置為最小切深為0.05mm，機床（chuáng）轉速調整為（wéi）400 rpm，切削運動平穩，加工質量良好（hǎo）。
 
      4、 磨削加工
 
      4.1 磨削加工難點
   
      15-5PH材料（liào）導熱性差，具有韌、軟、粘（zhān）等特性，磨削中切（qiē）削阻力大，冷（lěng）卻液不易加注噴射到加工表麵時，磨屑及磨粒不（bú）能被及時衝走（zǒu），磨輪與（yǔ）工（gōng）件徑向與軸（zhóu）向接觸間的磨削區域產生的瞬間磨削（xuē）熱不能迅速傳遞擴散；另外，材料的線膨脹係數高，砂輪的磨削鋒刃極易被磨（mó）屑粘堵，致使砂輪的“自銳性（xìng）”顯（xiǎn）得很差，零件表麵粗糙度不易（yì）保證。
 
      4.2 加工對策（cè）
   
     （1） 砂輪（lún）的選用。單晶剛玉磨料具有良好的多棱切刃，並有較高的硬度（dù）及（jí）韌性，磨削時磨屑相對白剛玉磨粒不易粘堵，利於改善磨削過程（chéng）中的材料不（bú）利因素，增強工藝性，減小磨（mó）削熱、材料（liào）熱膨脹中的（de）加工變形、尺寸不穩等缺陷，並提高生產效率，降低（dī）表麵粗糙度（dù），因（yīn）此選用單晶剛玉（yù）磨料，具體選用牌號如下：P 40×40×16 SA 120 L
 
     （2） 砂輪的修整。磨削過（guò）程中砂輪極易被磨屑粘堵變鈍，會使加工表麵產生直線度（dù）、圓柱度、尺寸不穩誤差以及磨削波紋、磨削劃痕、磨削噪音等加工缺（quē）陷，因此必須（xū）及時（shí）正確修整砂輪，保持砂（shā）輪切（qiē）削時的微刃等高性能和（hé）鋒利棱角，以利於磨削過程順利（lì）進行。
 
     （3） 確定合理的磨削方（fāng）法。磨削分粗精磨進行加（jiā）工，粗（cū）磨（mó）去除總（zǒng）餘（yú）量的9/10，即0.18 mm左右，精磨去除0.02 mm左右的餘（yú）量（liàng）。精磨後要（yào）進行光整加工，光整加工可（kě）以起到（dào）對孔中局部點或段（duàn）的修整，使得整個孔的精度都能達到設（shè）計要求。
 
     （4） 零件的充分冷（lěng）卻。加工中除（chú）利用φ20小孔按常（cháng）規（guī）法（fǎ）加注冷卻液外，還需對冷卻裝置予以（yǐ）改製，改製的措施是：在原外圓磨具的冷（lěng）卻噴嘴處，重新裝置蛇形金（jīn）屬軟管，並固緊與磨頭座部位使之與磨頭砂輪一起往複運動，冷卻液有效澆注噴（pēn）射於（yú）磨削區域，及（jí）時衝刷磨屑、磨粒，改善散熱條件，降低磨削溫度（dù），減少加工變形，穩定尺寸。
 
     4.3 磨削效果（guǒ）
   
     按上述的注意事項進行磨削，零件的各項技術指標、尺寸精度可以滿足設計要求，尺寸穩定。
 
    5 、結論
 
     通過理論（lùn）分析（xī）以及小批量零件試製，對於氣缸（gāng）類深孔加工可以通過粗鑽、半精車、磨削的加工（gōng）工（gōng）藝路線進行加工，加工時隻要（yào）做（zuò）到選擇合適的車削刀具、磨具（jù），設置合理的車削、磨削參數，並配合及時有效的（de）排屑、冷卻（què），就可以保證零（líng）件的加工質量，滿足設（shè）計意圖。螺紋加工要選擇合理的進刀方式，采用合理（lǐ）的數控程（chéng）序編製方法，設置合理的切削參數。通過本文的分析，為以後該類零件的加工提供了（le）經驗。