液压缸缸筒铣削工序工艺分析

液压缸缸筒铣削工序工艺分析

冷压机械的加工工艺可分为两类：一是用热梨花研磨、精研磨、压压或研磨，或称其为热梨花研磨法或压压法。另一种是用冷杉管进行强大的研磨，被称为冷杉管的研磨法。本文对用热轧管生产缸筒的镗孔工序进行工艺分析,以供同行参考。采用热轧管镗滚法或镗珩法制造缸筒的镗孔工序,通常在深孔镗床或用卧式车床改造的深孔镗床上进行,按其镗削工艺又可分为两大类:推镗法和拉镗法。推压法所谓推镗法是指在镗削过程中,镗杆始终处于轴向受压状态下工作。按镗削过程排屑方式不同,又分为向前排屑推镗法和向后排屑推镗法两种。(1)冷却润滑自适应前者由于工件旋转,从镗杆内孔输入的冷却润滑油通过镗头上的出油孔喷射到切削区时,由于附壁效应,会形成附着于缸筒内表面的螺旋状轨迹油液,其中存在的切屑在缸筒旋转情况下,亦产生离心力而紧紧地附于缸筒内表面上,使切屑排除不彻底,从而影响了刀具切削刃和支承块的使用寿命以及缸筒的表面粗糙度。后者则不同。切削时,冷却润滑油从授油器输入时,以圆筒状的切削液筒均匀地向整个镗头的周围喷射,从而使切屑没有在缸筒内表面停留的机会,使切屑几乎全部排往排屑斗。同时,由于冷却润滑油是从镗头周围喷射切削区,不仅对镗刀支承块导向块进行强制润滑冷却,亦可减轻镗头与缸筒的摩擦,从而减轻了切削过程的振动。这对延长刀具寿命以及降低缸筒内表面粗糙度值都非常有利。据实验对比,半精镗时,后者加工表面粗糙度值能稳定在Ra=3.2µm,而前者从整个表面上看是Ra=3.2µm,但每根缸筒都可发现几处只能达到Ra6.3µm～Ra12.5µm,同样刀具寿命也较短,较后者缩短20%左右。(2)车桥的能力采用推镗法加工缸筒,镗杆始终处于轴向受压缩状态下工作。因此,不论是向前排屑还是向后排屑,都有引起镗杆弯曲的趋势,从而致使镗杆导向套磨损不太均匀,容易出现加工缸筒轴线的直线度或倾斜度的误差较大。但对于加工缸径较大、镗杆刚度较高的情况下还是能满足要求的。所以这种方法目前使用还比较普遍。拉铣的一次化拉镗法是指在镗削过程中,镗杆在轴向始终处于受拉伸状态下工作。镗头沿着镗杆前进的直线方向作进给运动,切削稳定性很好。所以它特别适用于加工直线度要求较高、长径比较大以及壁薄的缸体,但必须是等直径的通孔。由于这种加工方法在镗削时,切削液带着切屑沿着镗杆表面和缸筒待加工表面之间的环形空隙流出,所以镗杆表面易被切屑划伤。同时,为保证具有一定的排屑空间,考虑到拉镗杆的受力和刚性,其外径比推镗杆细。为了提高工作效率,这种加工方法一般都使用组合刀具,即粗镗、半精镗、精镗、粗滚、精滚组成一体,一次镗削完成。它与推镗相比,由于刀具结构原因,切削速度与进给速度较低,工件、刀具装卸亦较麻烦,即使一次拉镗完成,其效率还是较低。据统计,在中批量生产中,它的效率比推镗低1/4�1/3。因此,拉镗除了加工长径比大、直线度要求很高的缸体外,一般不宜采用。缸筒除了上述的推、拉镗削方法与加工精度、表面粗糙度及刀具寿命有关外,尚有其加工形式亦不能忽视。关键形状：倾斜和研磨缸筒镗削加工目前有以下三种基本形式:(1)固定水体，旋转刀，用于注入运动(2)孔结构的使用第一,镗头导向套孔中心O1在图2所示的第一象限内。在这种情况下镗削,当镗头导向套与镗头之间的间隙较小,特别是新机床时,缸筒切入端的一段镗出来的孔径要大于镗头直径,即镗削缸径以后随着背吃刀量的增加,镗杆刚度的变化,镗头中心O1将会因主切削力Pz和径向分力Py的作用而逐渐趋近于主轴(缸筒)的回转中心O。此后,加工缸径将随之逐渐减少,直至与镗头直径相等为止。显然,加工结果会出现锥度。另外,在初切入时,因切入端孔径大于镗头直径,容易引起振动而出现波纹。第二,镗头导向套孔中心在图示的第二象限内(见图3)。在这种情况下镗削,加上镗头与导向套之间的间隙影响。在初切入时,镗出的孔径一般是小于镗头直径,即镗削孔径继续进给时,刀头背面的硬质合金支撑块会受到较大的挤压作用。这对镗头支承垫、导向条及刀具寿命极为不利。当支承垫进入孔中后,才开始支承,转入正常镗削。但这种加工结果孔径精度比第一象限的精度高,锥度亦较小。在采用这种缸体旋转、刀具固定的加工形式时,镗刀切不可安装在垂直平面内的下方(见图4),以免因镗杆及镗头自重下垂量的大小直接影响孔径的误差,使孔径增大并引起振动。加工大孔径、长缸体尤需注意。该加工形式,因镗削孔径始终以主轴中心O为回转中心,所以孔的轴线的直线度较高,缸体壁厚差较小,但孔精度较低,特别是O1在第一象限时,其锥度亦较大。(3)缸体与刀具均作旋转运动,刀具同时做进给运动这种加工形式因缸体与刀具同时做方向相反的旋转运动,所以用来加工较笨重及不平衡但可在机床上回转的缸体(尤其长缸体)最为合适。它既可避免第一种形式的缺点,又具有第二种形式的优点,且可通过刀具的旋转运动来充分发挥刀具的切削性能,来保证较高的生产率。此外,它还有如下特点:第一,由于刀具与缸体均作旋转运动,因此,有较多的转速级数可供选择。第二,若采用内排屑镗削法,因镗杆处于转动状态下工作,为排屑创造了有利条件。因为上述优点,一些厂家常采用这种加工形式,来保证缸筒轴线直线度要求。三旋转轴实际加工中的切削轨迹上述的第三种加工形式尽管有许多优点,但缺点是其切削运动轨迹不是圆,而前述的两种加工形式的切削运动轨迹都是圆。这个缺点一般容易被忽视,因此,在使用中出现问题时,往往容易混淆。为此,我们不妨分析一下。如上所述,为了补偿授油器移动的磨损和床头箱主轴温升的影响,授油器上镗头导向套孔中心比主轴中心高,两者不同轴。如图5所示,设镗头的回转中心为O1,缸体的回转中心为O,刀尖的切削是由这两个不同轴的旋转运动组成。在上述的缸筒镗削加工第一种基本形式中(见图1),n缸=0,其刀尖切削的运动轨迹即为刀尖本身旋转的运动轨迹,轨迹为圆,其参数方程为:式中R刀——刀尖的回转半径O1Aω——刀尖的回转角速度在上述的缸筒镗削加工第二种基本形式中(见图2、图3),其刀尖切削的运动轨迹为刀尖在缸体上的切削点随缸体旋转的运动轨迹,该轨迹亦为圆。其参数方程为:式中R缸——缸筒半径OAω缸——缸筒回转角速度在上述的缸筒镗削加工第三种基本形式中,刀具与缸体均做旋转运动时,刀尖的切削轨迹是它们复合运动的轨迹。其参数方程如下:讨论:(参见图5)当刀尖切到A′方位,∠OO1A′=180°,即arctan(a/b)+90°+ω刀·t=180°,∵O1A=R刀,则:从上述讨论两对称点来看,缸体与刀具均作旋转运动时,其切削半径逐渐变化,其变化范围在由此可见,其切削轨迹在一个横断面内不是圆。当缸体与刀具转速为1:1时,最大切削半径处于A′方位,最小切削半径处于A″方位;而当缸体与刀具转速为1:2时,其最大切削半径除在OA′位置外,另一处在对称的OA″位置上。反之,若缸体与刀具转速为2:1时,则其最大切削半径永远在OA′位置上,所不同的是缸体转一周时,刀具在OA′位置只切削两次。由此可见,当采用缸筒、刀具均作旋转运动的形式镗缸,缸筒的转速一定要比刀具转速低,它们速比愈大,则刀尖切削内孔愈光滑。这是缸体与刀具均作旋转运动进行镗削必须注意的地方。这种形式切削轨迹的圆度值,尽管其峰值取决于a与b的数值,而且不大,若下道工序精镗余量很小,会出现因背吃刀量脉动变化而产生振动。为此,精镗余量须适当增加,才能减少和避免切削振动。对于镗削孔径大,镗杆刚度高的深孔加工,更要注意这一点。由于这种加工方式,在镗削时始终以缸体旋转中心O为镗削孔的中心,所以加工缸体的轴线直线度还是比较高的。目前,国内厂家生产各类液压缸缸筒以镗滚法和镗珩法居多,采用哪种镗削方法和加工形式来保证其精度要求是一个关键问题。按其切削液供应方式不同,又可分为如下两种方式:即由泵输出的切削液一种是从镗杆后端输入,通过镗杆内孔,经镗头出油口,喷射到切削区;另一种是从授油器(亦称压力头)输入,通过镗杆外圆与缸筒已加工表面之间的环形空隙,喷射到切削区,冲着切屑向床头方向排出到排屑斗,最后汇集到出屑车。这种推镗法的两种冷却润滑方式,对刀具、支承块的寿命以及缸筒表面粗糙度的影响差异甚大。向后排屑推镗法,其冷却润滑液由泵输出,通过授油器输入,流经镗杆外圆及缸筒已加工表面之间的环形空隙到切削区,强制切屑从镗头上的排屑孔流入镗杆内孔,向后排出到排屑斗,最后汇集到出屑车。这种方式不仅能起到强制润滑、冷却镗头和减少振动的作用,而且还可以驱使全部切屑从镗杆内孔向后排出。所以,我们又称它为内排屑镗屑法,国外称之谓BTA镗削法。如图1所示,是利用尖刀进行粗镗及半精镗,切削运动全部由刀具的旋转及进给运动组成。因此,缸筒中心线就是刀具的回转中心O1连续移动的轨迹线。而刀具的回转中心O1是随着背吃这种形式是在粗