气缸缸体加工关键技术分析及研究

气缸缸体加工关键技术分析及研究

周清卿

( 江苏省盐城技师学院 江苏盐城 224002 )

摘 要：气缸是气压传动系统中的重要组成部分。缸筒我们国内一般采用的是推镗滚压法和钻床等加工设备。加工效率慢，工序分散，针对这一问题，我们通过改进，采用数控加工中心机床来进行批量试制的方法，因为加工中心机床是汇聚镗、钻、铣和自动换刀为一体的加工设备。再通过设计专用夹具，可以一次性加工多个缸筒，在保证了加工质量的同时，也提高了工作效率，取得了很好的效果。本文主要对气缸缸体加工的关键技术进行分析和研究。

关键词：气缸 夹具 深孔加工 盲孔加工

本文以某公司制造的一款小型气缸为例。这一执行元件，借助压缩空气，通过控制电磁阀发出0～40mA的电信号，控制阀门的开关，进而实现远程控制的目的。因为传动介质中可压缩性和气泄漏等方面对传动比的影响比较大，所以对执行元件气缸制造精度的要求就非常高。

缸筒作为气缸端盖、活塞、活塞杆和密封件等气缸产品的主要支承部件，加工质量的高低会直接影响整套产品的寿命和稳定性。缸筒加工精度非常高，特别是对同轴度要求更为严格，因为同轴度直接反应缸筒的耐磨性。本文以该型气缸为例，针对缸筒加工中面临的一系列关键技术问题及其解决方案进行探讨和研究。

一、缸筒加工方法和加工技术要点分析

缸筒的大小规格非常多，直径从几十毫米到几百毫米、长度也从几十毫米到十多米不等，社会的需求量也很大。缸筒的外径一般不要求加工，内部要求非常高。某公司生产的这款缸筒，材料为铝合金，要求能够承受1MPa的气体压力。缸筒是整个缸体的关键性精密零件，加工质量的好坏直接影响整个产品的可靠性和稳定性，所以缸筒制造在机械加工中占有非常重要的地位。

二、缸筒加工工装设备设计

气缸的形状不规则，造成零件装夹不方便。对零件进行加工时，如果夹持长度过短，容易降低零件的刚度，进而会影响到零件的加工质量。而且还考虑到多次装夹会造成累积误差，以及单件生产的效率等问题，最终，我们专门对此款缸筒的夹具进行了量身定做。如图3所示，将多个零件直接放置在专用组合夹具（如图2所示）中，然后用专用压板（如图4所示）进行两端的固定，同时利用夹具上的螺钉对缸筒的其他几个自由度进行控制，保证了每一个缸筒都能够固定到位。这个专用夹具的几个面都有镂空的设计，其目的是将需要进行加工的孔的位置预留出来，一次性装夹后可对多个面进行加工，避免了多次装夹造成的累积误差。所以使用这样一个组合夹具，可以同时对多个零件进行一次性加工，从而达到批量生产的目的，提高了生产效率。

图2 缸筒加工专用夹具图 图3 专用夹具的加工状态图 图4 压板

三、缸筒加工工艺的制定

缸筒的加工工艺是保障气缸质量和使用寿命的关键。进行孔加工时，因为加工难度较大，所以对加工工序进行分散处理。对孔和螺纹加工时，可以使用专用压板来固定，保证零件部分悬出后的加工刚性。气缸零件的孔很深，造成加工的刀杆细长，刀具本身刚度不足，切削过程中会出现切削振动，孔表面存在振纹，切屑如果不能及时排出，退刀后刀尖部位会出现大量缠绕，影响刀具的锋利程度，使零件温度升高，造成切削震动，所以及时解决排屑问题很关键。于是我们除了浇注切削液以外，还对程序进行了改进，在每次进给到一定深度后，稍作几秒钟的停留，有助于铝屑的排出，减少了振动现象，同时提高了零件的加工质量。

在加工过程中，还有好多内螺纹孔的加工，一般有直进切入法和单边进刀的方法。直进切入法加工时，左右两边的刀刃都能够切削零件，但切入深度要小，刀刃也要锋利，一般直径小的螺纹孔都用这个方法来加工。直进式的这种切削方式，能够保证较大的切削力，但是不利于排屑，刀刃磨损较为严重，会造成一定的误差。因此可以使用G74/G84循环，减少系统共振，保证加工质量，适用于螺距大于4mm的螺纹孔的加工。

选择刀具时应选择较大前角，可以减小切削变形，有利于排屑，降低切削过程中的温度，从而保证产品的加工质量。一般为了增大其刚度，可以选择φ16mm的刀杆的刀具加工φ23mm和φ21.8的孔。

由于刀杆的直径大于孔直径的一半（如图5所示），所以仍然不能解决对直径为45mm的孔底的加工的问题，于是我们继续细化产品加工的工艺，使用孔底、孔径分别进行加工的方法来进行。下面我将具体讲解一下这个部分的加工。

图5 缸筒内部孔的结构图

1、选择刀具

由于φ45mm的孔底的加工，受到φ23mm的孔口的限制，加上切削深度达到了61.5mm，属于深盲孔的加工，于是我们选择定制刀具，刀杆为φ10mm的，刀杆长度为70mm的可调节的镗刀进行加工。镗刀伸出量为12mm，如图6所示，刀具不会与上面φ23mm的孔发生干涉。

图6 镗刀下刀极限位置示意图

2、程序的编写

图7 镗刀下刀位置（俯视图）和尺寸示意图

我们在进行加工时，最重要的是使用M19指令先对主轴进行定位。定位的位置应该是0°所在位置，如果不是，则需要调整程序的下刀位置。首先确定好采用的主轴定位位置在0°的位置，装夹镗刀时，刀尖位置应该平行且朝向0°所在位置，开始编写程序。如图7所示，右边这个图是一个简易的镗刀尺寸的示意图，刀杆φ10mm，伸出量12mm，镗刀的中心位置距离刀尖位置为17mm。再看图7左边这张图，正中间的位置是工件坐标系原点的位置，Z轴方向的工件坐标系原点位置在工件的上表面处。下刀的位置设置在φ23mm圆孔的左端，待下刀到一定高度后，移动刀具到中心位置，主轴转动，向右端开始加工，保证全程没有干涉。具体程序如表1所示：

表1 缸筒内部孔加工程序及注释

四、气缸的气密性检测

气缸密封性的好坏，决定着设备的使用寿命，一旦气缸出现漏气，性能就得不到保障。气缸密闭性的检测包括了气缸、汽缸盖、气缸衬垫，活塞，活塞环和进、排气门等。检测的主要参数有气缸压缩压力、气缸漏气量等等。而我公司的这款小型气缸主要用来控制阀门的闭合的，所以，我们侧重于检测气缸的漏气量。如图8所示，首先我们将1MPa的压缩空气通过两位三通手动换向阀与气缸的进气口相连，排气口通过管路与手动换向阀相连，将气缸的整体放入水中，如图a所示；然后，将排气管从手动换向阀处拔出，放入水中，操纵手动换向阀通入压缩空气，可以看到水面上不断有气泡冒出，这是由于空气首先要从排气腔排出的缘故，如图b所示；最后，当所有空气从排气腔排出后，活塞运动到极限位置，继续通入压缩空气，观察是否有气泡排出，如果没有，说明气密性良好，如图c所示。如果还有气泡不断排出，说明气缸存在泄漏现象，需要找出泄漏原因，排除故障。这种通过通入压缩空气，观察是否有气泡排出来的试验来判断气缸的气密性的检验方法，非常直观，易于操作。

a组装好的气缸准备入水 b排气腔正在排气 c通气观察是否冒泡

图8 缸筒气密性试验

五、结论

本文针对某公司某型气缸缸筒加工中面临的一系列关键技术问题进行分析，并对相应的解决方案进行探讨和研究。在缸筒加工中，通过合理地选择刀具，利用主轴准停功能，确定合适的下刀方式，解决了缸筒内部孔的复杂的加工工艺问题；同时，通过设计专用夹具，可以一次性加工多个缸筒，在保证了加工质量的同时，也提高了工作效率，节省了时间成本。

参考文献：

[1]陈益.某动车柴油机机体气缸孔的工艺优化设计[J].林业机械与木工设备.2006,06

[2]李吉.赖玉活.冯跃霞.发动机气缸钻孔专用夹具设计[J].组合机床与自动化加工技术.2010,09