机械制造中的加工方法及设备.ppt

第三章机械制造中的加工方法及设备 第一节概述 一机械制造中的加工方法1 材料去除加工 m 0 在被加工对象上去除掉一部分材料的加工方法 材料利用率低 加工精度相对较高 表面质量相对较好 适应性强 分为切削加工 车铣刨磨 和特种加工 电火花 电子束等 2 材料成形加工 m 0 在较高的温度 或压力 下 使材料在模具中成形的方法 例如铸造 锻造 挤压 粉末冶金等 3 材料累积加工 m 0 利用微体积材料逐渐叠加的方式使零件成形 例如电镀 化学镀等原子沉积和热喷涂 静电喷涂等微粒沉积加工以及快速原型制造等 二零件表面成形原理及机床基本知识 一 零件表面的形成方法及所需运动1 零件表面可以看作一条线 母线 沿另一条线 导线 运动的轨迹 母线和导线统称为形成表面的发生线 成形线 常见的零件表面按其形状可分为四类 旋转表面 纵向表面 螺旋表面 复杂曲面 2 零件表面的形成方法及所需的成形运动要研究零件表面的形成方法 应该首先研究表面发生线的形成方法 表面发生线的形成方法一般有以下四种 轨迹法 成形法 相切法 展成法 二 机床的基本结构和传动 1 金属切削机床的基本结构 动力源电动机 为机床执行机构的运动提供动力 运动执行机构机床执行运动的机构 如主轴 刀架和工作台等 带动刀具或工件旋转或移动 传动机构将动力源的运动和动力传给运动执行机构 或将运动由一个执行机构传递到另一个执行机构 以保持两个运动之间的准确传动关系 传动机构可以改变运动方向 运动速度及运动形式 控制系统和伺服系统对机床进行控制 实现各运动之间的准确协调 支撑系统床身 立柱及相关机械联接在内的支撑结构 其他冷却装置 润滑系统 排屑装置 自动测量装置等 2 金属切削机床的传动机床为了获得所需运动 需要通过传动机构把执行机构和动力源 或者把两个不同的执行机构联接起来 构成机床的传动联系 构成机床传动联系的一系列传动件称为传动链 外联系传动链动力源和运动执行机构之间的传动联系 作用 使执行机构按预定的速度运动 并传递一定的动力 传动比的变化只影响执行机构的运动速度 不影响发生线的性质 内联系传动链执行机构之间的传动联系 作用 将两个或两个以上的单独运动组成复合的成形运动 要求各执行件之间的相对运动有严格的要求 需要有严格的传动比 三 机床的分类 四 金属切削机床型号的编制1 通用机床2 专用机床 第二节外圆表面加工 车削 车拉 磨削 一车削 一 加工方法1 粗车外圆加工最经济有效的方法 主要目的是高效地从毛坯上切除多余的金属 提高生产率是其主要任务 ap f 使得Q 要使得T c r应该大 以减小Fp 防止工件变形和振动 选取较小的 o o s 0 以增强车刀切削部分强度 粗车的加工精度可以达到IT12 IT11 粗糙度Ra50 12 5 m 2 精车主要任务是保证工件的加工精度和表面质量 ap f c 选取较大的 o o s 0 以提高加工表面的质量 精车可以作为较高精度外圆的最终加工或作为精细加工的预加工 精车的加工精度可以达到IT8 IT6 粗糙度RaRa1 6 0 8 m 3 细车ap f取值极小 c较大 一般用CBN 金刚石超硬刀具 机床也必须主轴能做高速回转并具有很高刚度的高精度或精密机床 加工精度IT8 IT6 粗糙度Ra1 25 0 02 m 二 提高生产效率的途径1 采用高速切削通过提高切削速度来提高生产效率 同时可以降低加工表面的粗糙度 2 采用强力切削通过增大切削面积 ap f 来提高生产效率 在刀尖处磨出一段 r 0长度为1 2 1 5f的修光刃 在f提高几倍甚至几十倍的条件下进行切削 Ra 5 2 5 m 比高速切削的生产效率更高 要求车床加工系统必须具有足够的刚性及功率 3 采用多刀加工通过减少刀架行程长度提高生产效率 三 车刀的种类和用途 按用途分类 车刀结构上分为整体车刀 焊接车刀和机械夹固式车刀 1 整体车刀只有高速钢车刀才做成整体车刀 截面为正方形或矩形 耗用刀具材料较多 一般只用切槽 切断 2 焊接车刀将硬质合金刀片焊接在普通碳素钢刀体上 优点是结构简单 紧凑 刚性好 使用灵活 制造方便 缺点是焊接时产生的应力会降低硬质合金刀片的使用性能 甚至会产生裂纹 3 机械夹固式车刀简称机夹车刀 分为机夹重磨车刀和机夹可转为车刀 刀片夹固应满足夹紧可靠 装卸方便 定位精确等要求 四 机床分类1 卧式机床2 立式机床3 转塔机床4 仿行机床5 专门化机床 二外圆表面的车拉加工 车拉加工是将传统的车削和拉削加工结合在一起的一种组合式的加工方法 车拉用于外圆表面加工时 加工精度较高 可省去精车 粗磨工序 车拉加工时 工件高速旋转 刀具同时也做慢速旋转 根据刀齿切入进给方式不同 车拉刀分为螺旋形和圆柱形车拉刀 三外圆表面的磨削加工 一 加工方法1 工件有中心支承的外圆磨削 1 纵向进给磨削 2 横向进给磨削 切入磨削 2工件无支承点的外圆磨削 无心磨削 3 快速点磨 快速点磨与传统磨削相比 砂轮与工件接触面积小 磨削速度高 磨削过程中磨削力小 磨削热少 加工质量好 生产效率高 砂轮寿命长 二 外圆磨削时的尺寸控制磨削时砂轮具有自锐作用 当磨粒的锋刃磨钝之后 作用在磨粒上的力增大 使磨粒被压碎 形成新的锋刃 或者整颗磨粒脱落露出新的磨粒锋刃来工作 砂轮的自锐作用可以使磨粒始终保持锋利状态 但同时会使砂轮的径向磨损速度加剧 使磨削外圆一般不能用预先确定的径向进给量的方法来保证工件的直径尺寸 为保证外圆磨削的尺寸精度 需要根据工件在磨削过程中的实际尺寸变化来控制砂轮的径向进给量 在大批大量生产中 通常采用在磨削过程中对工件进行主动测量的方法来控制工件尺寸 三 外圆磨削时的工艺特点及应用范围1工艺特点 磨粒硬度高 能加工一般金属刀具不能加工的工件表面 例如带有不均匀铸 锻硬皮的工件表面 淬硬表面等 磨削加工能切除极薄极细的切屑 修正误差能力强 加工精度高 加工表面粗糙度小 由于磨粒切除金属材料是用负前角切削 磨削速度极高 因此磨削区瞬时温度极高 由于大负前角磨粒在切除金属的过程中消耗的摩擦功大 再加上磨屑细薄 切除单位体积的金属所消耗的能量要比车削大 2用途适用于精加工 可用于加工淬火钢 工具钢以及硬质合金等硬度很高的材料 也可用砂轮磨削带有不均匀铸 锻硬皮的工件 不适宜加工塑性较大的有色金属材料 容易堵塞砂轮 使其失去切削作用 磨削广泛用于单件小批量生产 也广泛用于大批量生产 四 外圆表面光整加工 光整加工是精加工之后 从工件表面上不切除或切除极薄金属层 用以提高加工表面的尺寸和形状精度 降低表面粗糙度的加工方法 主要方法有研磨 超精加工 滚压 抛光等1 研磨研磨是在研具与工件之间加入研磨剂对工件表面进行光整加工的方法 研具材料比工件材料软 部分磨粒能嵌入研具的表层 对工件表面进行微量切削 最常用的研具材料是硬度为120 160HBW的铸铁 也可以用铜 巴式合金等 研磨剂由磨料 研磨液和表面活性物质等混合组成 磨料主要起切削作用 应有较高硬度 刚玉 碳化硅 碳化硼等 研磨液主要起冷却润滑作用 常用的有煤油 汽油等 表面活性物质附着在工件表面 使其生成一层极薄的软化膜 易于切除 油酸 硬质酸等 研磨分手工研磨和机械研磨 研磨设备简单 成本低 加工质量容易保证 可加工钢 铸铁 硬质合金 陶瓷等多种材料 适应性强 加工条件控制得当 可获得很高的尺寸精度 很小的表面粗糙度和较高的形状精度 2超精加工 第三节孔加工 与外圆表面加工相比 孔加工条件要差得多 加工孔比加工外圆要困难 因为 孔加工所用刀具的尺寸受被加工孔尺寸的限制 刚性差 容易产生弯曲变形和振动 用定尺寸刀具加工孔时 孔加工的尺寸往往直接取决于刀具的相应尺寸 刀具的制造误差和磨损将直接影响孔的加工精度 加工孔时 切削区在工件内部 排屑及散热条件差 加工精度和表面质量都不容易控制加工方法 钻孔 扩孔 铰孔 镗孔 珩磨孔 拉孔等 一钻孔与扩孔1 钻孔钻孔时在实心材料上加工孔的第一道工序 钻孔直径一般小于80mm 钻孔的两种加工方式 钻头旋转 钻床 镗床 和工件旋转 车床 产生误差不同 常用的钻孔刀具 麻花钻 中心钻 深孔钻等 了解麻花钻的结构 标准麻花钻结构 麻花钻的切削部分 标准麻花钻的几何角度钻孔加工特点 由于构造上的限制 钻头的弯曲刚度和扭转刚度都较低 定心性不好 钻孔加工精度较低 表面粗糙度也较大 钻孔的金属切削率大 切削效率高 主要用于加工质量不高的孔 例如螺栓孔 螺纹底孔 油孔等 对于加工精度和表面质量要求较高的孔 则应在后续加工中通过扩孔 铰孔 镗孔 磨孔或拉孔来达到 2 扩孔扩孔是用扩孔钻对已经钻出 铸出或锻出的孔作进一步的加工 以扩大孔径并提高孔的加工质量 扩孔 扩孔钻与麻花钻相似 但刀齿数较多 没有横刃 结构如图3 33 与钻孔比较 扩孔具有下列特点 扩孔钻齿数多 3 8个齿 导向性好 切削比较稳定 扩孔钻没有横刃 切削条件好 加工余量较小 容屑槽可以做的浅些 钻芯可以做的粗些 刀体强度和刚性好 扩孔加工精度一般为IT11 IT10 表面粗糙度为12 5 6 3 m 加工孔径D 100mm 在钻直径较大的孔时 D 30mm 常用小钻头预钻孔 然后再用相应尺寸的扩孔钻扩孔 可以提高孔的加工质量和生产效率 扩孔除了加工圆柱孔外 还可以用各种特殊形状的扩孔钻 锪钻 来加工各种沉头座孔和锪平面 图3 34锪钻 二铰孔 铰孔是孔的精加工方法之一 对于直径较小的孔 相比于内圆磨削及精镗而言 铰孔是较为经济实用的加工方法 1 铰刀 2 铰孔工艺及其应用 铰孔余量对铰孔质量的影响很大 余量太大 铰刀的负荷大 切削刃很快被磨钝 不易获得光洁的加工表面 尺寸公差也不易保证 余量太小 不能去掉上道工序留下的刀痕 也就达不到改善孔加工质量的作用 一般粗铰余量取0 15 0 35mm 精铰余量取为0 05 0 15mm 为避免积屑瘤 铰孔通常采用较低的切削速度 进给量的取值与被加工孔径有关 孔径越大 进给量取值越大 铰孔时必须用适当的切削液进行冷却 润滑和清洗 防止产生积屑瘤并及时清除切屑 与镗孔相比 铰孔生产率高 容易保证孔的精度 但铰孔不能校正孔轴线的位置误差 孔的位置精度应由前面的工序保证 铰孔尺寸精度一般为IT9 IT7 表面粗糙度3 2 0 8 m 对于中等尺寸 精度要求较高的孔 钻 扩 铰工艺是生产中常用的典型加工方案 三镗孔 镗孔是在预制孔上用切削刀具使之扩大的一种加工方法 既可在镗床进行 也可以在车床上进行 1 镗孔方式 三种 工件旋转图3 37 刀具旋转图3 38 刀具既旋转又进给图3 392 金刚镗背吃刀量和进给量小 切削速度高 加工精度很高 表面粗糙度很低 3 镗刀分为单刃镗刀 图3 40 和双刃镗刀 图3 41 4 镗孔的工艺特点及应用范围镗孔和铰孔相比较 孔径尺寸不受刀具尺寸限制 且镗孔具有较强的误差修正能力 可以通过多次走到修正原孔轴线偏斜误差 能使所镗孔与定位面保持较高的位