机械加工方法.docx
- 文档编号:7991062
- 上传时间:2023-05-12
- 格式:DOCX
- 页数:27
- 大小:259.70KB
机械加工方法.docx
《机械加工方法.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《机械加工方法.docx(27页珍藏版)》请在冰点文库上搜索。
机械加工方法
机械加工方法
根据机床运动的不同、刀具的不同,可将去除零件毛坯多余材料的切削方法分为几种主要不同方法。
主要有:
车削、刨削、磨削、钻削和特种加工等。
本节对这些主要方法逐一介绍。
一、车削
车削中工件旋转,形成主切削运动。
刀具沿平行旋转轴线运动时,就形成内、外园柱面。
刀具沿与轴线相交的斜线运动,就形成锥面。
仿形车床或数控车床上,可以控制刀具沿着一条曲线进给,则形成一特定的旋转曲面。
采用成型车刀,横向进给时,也可加工出旋转曲面来。
车削还可以加工螺纹面、端平面及偏心轴等。
车削加工精度一般为IT8—IT7,表面粗糙度为6.3—1.6μm。
精车时,可达IT6—IT5,粗糙度可达0.4—0.1μm。
车削的生产率较高,切削过程比较平稳,刀具较简单。
二、铣削
主切削运动是刀具的旋转。
卧铣时,平面的形成是由铣刀的外园面上的刃形成的。
立铣时,平面是由铣刀的端面刃形成的。
提高铣刀的转速可以获得较高的切削速度,因此生产率较高。
但由于铣刀刀齿的切入、切出,形成冲击,切削过程容易产生振动,因而限制了表面质量的提高。
按照铣削时主运动速度方向与工件进给方向的相同或相反,分为顺铣和逆铣。
铣削的加工精度一般可达IT8—IT7,表面粗糙度为6.3—1.6μm。
普通铣削一般只能加工平面,用成形铣刀也可以加工出固定的曲面。
数控铣床可以用软件通过数控系统控制几个轴按一定关系联动,铣出复杂曲面来,这时一般采用球头铣刀。
数控铣床对加工叶轮机械的叶片、模具的模芯和型腔等形状复杂的工件,具有特别重要的意义。
顺铣
铣削力的水平分力与工件的进给方向相同,切削厚度逐渐变小。
在铣削铸件或锻件等表面有硬度的工件时,顺铣刀齿首先接触工件硬皮,加剧了铣刀的磨损。
不适合加工毛坯铸件。
逆铣
铣削力的水平分力与工件的进给方向相反,逆铣时,切削厚度从零开始逐渐增大,因而刀刃开始经历了一段在切削硬化的已加工表面上挤压滑行的阶段,加速了刀具的磨损。
不适合加工不锈钢类材料。
三、刨削
刨削时,刀具的往复直线运动为切削主运动。
因此,刨削速度不可能太高,生产率较低。
刨削比铣削平稳,其加工精度一般可达IT8—IT7,表面粗糙度为Ra6.3—1.6μm,精刨平面度可达0.02/1000,表面粗糙度为0.8—0.4μm。
四、磨削
磨削以砂轮或其它磨具对工件进行加工,其主运动是砂轮的旋转。
砂轮的磨削过程实际上是磨粒对工件表面的切削、刻削和滑擦三种作用的综合效应。
磨削中,磨粒本身也由尖锐逐渐磨钝,使切削作用变差,切削力变大。
当切削力超过粘合剂强度时,圆钝的磨粒脱落,露出一层新的磨粒,形成砂轮的“自锐性”。
但切屑和碎磨粒仍会将砂轮阻塞。
因而,磨削一定时间后,需用金刚石车刀等对砂轮进行修整。
磨削时,由于刀刃很多,所以加工时平稳、精度高。
磨床是精加工机床,磨削精度可达IT6—IT4,表面粗糙度Ra可达1.25—0.01μm,甚至可达0.1—0.008μm。
磨削的另一特点是可以对淬硬的金属材料进行加工。
因此,往往作为最终加工工序。
磨削时,产生热量大,需有充分的切削液进行冷却。
按功能不同,磨削还可分为外圆磨、内圆磨、平面磨,工具磨等。
砂轮又分普通砂轮(按砂轮大小及材料区分)和金刚石砂轮。
五、钻削与镗削
在钻床上,用钻头旋转钻削孔,是孔加工的最常用方法。
钻削的加工精度较低,一般只能达到IT10,表面粗糙度一般为12.5—6.3μm在钻削后常常采用扩孔和铰孔来进行半精加工和精加工。
扩孔采用扩孔钻,铰孔采用铰刀进行加工。
铰削加工精度一般为IT9—IT6,表面粗糙度为Ra1.6—0.4μm。
扩孔、铰孔时,钻头、铰刀一般顺着原底孔的轴线,无法提高孔的位置精度。
镗孔可以较正孔的位置。
镗孔可在镗床上或车床上进行。
在镗床上镗孔时,镗刀基本与车刀相同,不同之处是工件不动,镗刀在旋转。
镗孔加工精度一般为IT9—IT7,表面粗糙度为Ra6.3—0.8mm。
六、齿面加工
齿轮齿面加工方法可分为两大类:
成形法和展成法。
成形法加工齿面所使用的机床一般为普通铣床,刀具为成形铣刀,需要两个简单成形运动:
刀具的旋转运动和直线移动。
展成法加工齿面的常用机床有滚齿机、插齿机等。
七、复杂曲面加工
三维曲面的切削加工,主要采用仿形铣和数控铣的方法或特种加工方法(见本节八)。
仿形铣必须有原型作为靠模。
加工中球头仿形头,一直以一定压力接触原型曲面。
仿形头的运动变换为电感量,加工放大控制铣床三个轴的运动,形成刀头沿曲面运动的轨迹。
铣刀多采用与仿形头等半径的球头铣刀。
数控技术的出现为曲面加工提供了更有效的方法。
在数控铣床或加工中心上加工时,是通过球头铣刀逐点按坐标值加工而成。
采用加工中心加工复杂曲面的优点是:
加工中心上有刀库,配备几十把刀具。
曲面的粗、精加工,可用不同刀具对凹曲面的不同曲率半径,也可选用适当的刀具。
同时,可在一次安装中加工各种辅助表面,如孔、螺纹、槽等。
这样充分保证了各表面的相对位置精度。
八、特种加工
特种加工方法是指区别于传统切削加工方法,利用化学、物理(电、声、光、热、磁)或电化学方法对工件材料进行加工的一系列加工方法的总称。
这些加工方法包括:
化学加工(CHM)、电化学加工(ECM)、电化学机械加工(ECMM)、电火花加工(EDM)、电接触加工(RHM)、超声波加工(USM)、激光束加工(LBM)、离子束加工(IBM)、电子束加工(EBM)、等离子体加工(PAM)、电液加工(EHM)、磨料流加工(AFM)、磨料喷射加工(AJM)、液体喷射加工(HDM)及各类复合加工等。
分类
原理
特点及应用范围
电
火
花
加
工
电火花加工是利用工具电极和工件电极间瞬时火花放电所产生的高温熔蚀工件表面材料来实现加工的。
电火花加工机床一般由脉冲电源、自动进给机构、机床本体及工作液循环过滤系统等部分组成。
工件固定在机床工作台上。
脉冲电源提供加工所需的能量,其两极分别接在工具电极与工件上。
当工具电极与工件在进给机构的驱动下在工作液中相互靠近时,极间电压击穿间隙而产生火花放电,释放大量的热。
工件表层吸收热量后达到很高的温度(10000℃以上),其局部材料因熔化甚至气化而被蚀除下来,形成一个微小的凹坑。
工作液循环过滤系统强迫清洁的工作液以一定的压力通过工具电极与工件之间的间隙,及时排除电蚀产物,并将电蚀产物从工作液中过滤出去。
多次放电的结果,工件表面产生大量凹坑。
工具电极在进给机构的驱动下不断下降,其轮廓形状便被“复印”到工件上(工具电极材料尽管也会被蚀除,但其速度远小于工件材料)。
①加工硬、脆、韧、软和高熔点的导电材料;
②加工半导体材料及非导电材料;
③加工各种型孔、曲线孔和微小孔;
④加工各种立体曲面型腔,如锻模、压铸模、塑料模的模膛;
⑤用来进行切断、切割以及进行表面强化、刻写、打印铭牌和标记等。
电
解
加
工
电解加工是利用金属在电解液中产生阳极溶解的电化学原理对工件进行成形加工的一种方法。
工件接直流电源正极,工具接负极,两极之间保持狭小间隙(0.1mm~0.8mm)。
具有一定压力(0.5MPa~2.5MPa)的电解液从两极间的间隙中高速15m/s~60m/s)流过。
当工具阴极向工件不断进给时,在面对阴极的工件表面上,金属材料按阴极型面的形状不断溶解,电解产物被高速电解液带走,于是工具型面的形状就相应地“复印”在工件上。
①工作电压小,工作电流大;
②以简单的进给运动一次加工出形状复杂的型面或型腔;
③可加工难加工材料;
④生产率较高,约为电火花加工的5~10倍;
⑤加工中无机械切削力或切削热,适于易变形或薄壁零件的加工;
⑥平均加工公差可达±0.1mm左右;
⑦附属设备多,占地面积大,造价高;
⑧电解液既腐蚀机床,又容易污染环境。
电解加工主要用于加工型孔、型腔、复杂型面、小直径深孔、膛线以及进行去毛刺、刻印等。
激
光
加
工
对工件的激光加工由激光加工机完成。
激光加工机通常由激光器、电源、光学系统和机械系统等组成。
激光器(常用的有固体激光器和气体激光器)把电能转变为光能,产生所需的激光束,经光学系统聚焦后,照射在工件上进行加工。
工件固定在三坐标精密工作台上,由数控系统控制和驱动,完成加工所需的进给运动。
①不需要加工工具;
②激光束的功率密度很高,几乎对任何难加工的金属和非金属材料都可以加工;
③激光加工是非接触加工,工件无受力变形;
④激光打孔、切割的速度很高,加工部位周围的材料几乎不受切削热的影响,工件热变形很小。
⑤激光切割的切缝窄,切割边缘质量好。
激光加工已广泛用于金刚石拉丝模、钟表宝石轴承、发散式气冷冲片的多孔蒙皮、发动机喷油咀、航空发动机叶片等的小孔加工以及多种金属材料和非金属材料的切割加工。
超
声
波
加
工
超声波加工是利用超声频(16KHz~25KHz)振动的工具端面冲击工作液中的悬浮磨料,由磨粒对工件表面撞击抛磨来实现对工件加工的一种方法。
超声发生器将工频交流电能转变为有一定功率输出的超声频电振荡,通过换能器将此超声频电振荡转变为超声机械振动,借助于振幅扩大棒把振动的位移幅值由0.005mm~0.01mm放大到0.01~0.15mm,驱动工具振动。
工具端面在振动中冲击工作液中的悬浮磨粒,使其以很大的速度,不断地撞击、抛磨被加工表面,把加工区域的材料粉碎成很细的微粒后打击下来。
虽然每次打击下来的材料很少,但由于打击的频率高,仍有一定的加工速度。
由于工作液的循环流动,被打击下来的材料微粒被及时带走。
随着工具的逐渐伸入,其形状便“复印”在工件上。
在加工难切削材料时,常将超声振动与其它加工方法配合进行复合加工,如超声车削、超声磨削、超声电解加工、超声线切割等。
这些复合加工方法把两种甚至多种加工方法结合在一起,能起到取长补短的作用,使加工效率、加工精度及工件的表面质量显著提高。
九、加工方法的选择
选择加工方法主要考虑零件表面形状、尺寸精度和位置精度要求、表面粗糙度要求,以及现有机床、刀具等资源情况、生产批量、生产率和经济技术分析等因素。
机械加工工艺基础
前面介绍了机械加工方法的基础知识,分析了各种加工方法的工艺特点及应用。
但是,在生产实际中,由于零件的生产类型、形状、尺寸和技术要求等不同,一个零件往往不是单独在一种车床上加工完成的,而是需要经过一定的工艺过程,即需要根据零件的具体要求,选择合适的加工方法,合理安排加工顺序,一步步地把零件加工出来。
这就需要有机械加工工艺的知识。
一、生产过程和工艺过程
生产过程是指从原材料(或半成品)制成产品的全部过程。
对机器生产而言包括原材料的运输和保存,生产的准备,毛坯的制造,零件的加工和热处理,产品的装配、及调试,油漆和包装等内容。
生产过程的内容十分广泛,现代企业用系统工程学的原理和方法组织生产和指导生产,将生产过程看成是一个具有输入和输出的生产系统。
能使企业的管理科学化,使企业更具应变力和竞争力。
在生产过程中,直接改变原材料(或毛坯)形状、尺寸和性能,使之变为成品的过程,称为工艺过程。
它是生产过程的主要部分。
例如毛坯的铸造、锻造和焊接;改变材料性能的热处理;零件的机械加工等,都属于工艺过程。
工艺过程又是由一个或若干个顺序排列的工序组成的。
工序是工艺过程的基本组成单位。
所谓工序是指在一个工作地点,对一个或一组工件所连续完成的那部分工艺过程。
构成一个工序的主要特点是不改变加工对象、设备和操作者,而且工序的内容是连续完成的。
工件在一次装夹中所完成的那部分工序,称为安装。
在同一道工序中,工件可能要经过几次安装。
二、生产类型
生产类型通常分为三类。
1.单件生产单个地生产某个零件,很少重复地生产。
2.成批生产成批地制造相同的零件的生产。
3.大量生产当产品的制造数量很大,大多数工作地点经常是重复进行一种零件的某一工序的生产。
拟定零件的工艺过程时,由于零件的生产类型不同,所采用的加方法、机床设备、工夹量具、毛坯及对工人的技术要求等,都有很大的不同。
三、加工余量
为了加工出合格的零件,必须从毛坯上切去的那层金属的厚度,称为加工余量。
加工余量又可分为工序余量和总余量。
某工序中需要切除的那层金属厚度,称为该工序的加工余量。
从毛坯到成品总共需要切除的余量,称为总余量,等于相应表面各工序余量之和。
在工件上留加工余量的目的是为了切除上一道工序所留下来的加工误差和表面缺陷,如铸件表面冷硬层、气孔、夹砂层,锻件表面的氧化皮、脱碳层、表面裂纹,切削加工后的内应力层和表面粗糙度等。
从而提高工件的精度和表面粗糙度。
加工余量的大小对加工质量和生产效率均有较大影响。
加工余量过大,不仅增加了机械加工的劳动量,降低了生产率,而且增加了材料、工具和电力消耗,提高了加工成本。
若加工余量过小,则既不能消除上道工序的各种缺陷和误差,又不能补偿本工序加工时的装夹误差,造成废品。
其选取原则是在保证质量的前提下,使余量尽可能小。
一般说来,越是精加工,工序余量越小。
四、基准
机械零件是由若干个表面组成的,研究零件表面的相对关系,必须确定一个基准,基准是零件上用来确定其它点、线、面的位置所依据的点、线、面。
根据基准的不同功能,基准可分为设计基准和工艺基准两类。
1.设计基准
在零件图上用以确定其它点、线、面位置的基准,称为设计基准。
通常轴套零件的各外圆和内孔的设计基准是零件的轴心线,内孔的轴线是外圆径向跳动的基准。
2.工艺基准
零件在加工和装配过程中所使用的基准,称为工艺基准。
工艺基准按用途不同又分为装配基准、测量基准及定位基准。
(1)装配基准装配时用以确定零件在部件或产品中的位置的基准,称为装配基准。
(2)测量基准用以检验已加工表面的尺寸及位置的基准,称为测量基准。
(3)定位基准加工时工件定位所用的基准,称为定位基准。
作为定位基准的表面(或线、点),在第一道工序中只能选择未加工的毛坯表面,这种定位表面称粗基准.在以后的各个工序中就可采用已加工表面作为定位基准,这种定位表面称精基准。
五、拟定工艺路线的一般原则
机械加工工艺规程的制定,大体可分为两个步骤。
首先是拟定零件加工的工艺路线,然后再确定每一道工序的工序尺寸、所用设备和工艺装备以及切削规范、工时定额等。
这两个步骤是互相联系的,应进行综合分析。
工艺路线的拟定是制定工艺过程的总体布局,主要任务是选择各个表面的加工方法,确定各个表面的加工顺序,以及整个工艺过程中工序数目的多少等。
拟定工艺路线的一般原则如下:
1、先加工基准面
零件在加工过程中,作为定位基准的表面应首先加工出来,以便尽快为后续工序的加工提供精基准。
称
为“基准先行”。
2、划分加工阶段
加工质量要求高的表面,都划分加工阶段,一般可分为粗加工、半精加工和精加工三个阶段。
主要是为了保证加工质量;有利于合理使用设备;便于安排热处理工序;以及便于时发现毛坯缺陷等。
3、先面后孔
对于箱体、支架和连杆等零件应先加工平面后加工孔。
这样就可以以平面定位加工孔,保证平面和孔的位置精度,而且对平面上的孔的加工带来方便。
4、主要表面的光整加工(如研磨、珩磨、精磨等),应放在工艺路线最后阶段进行,以免光整加工的表面,由于工序间的转运和安装而受到损伤。
上述为工序安排的一般情况。
有些具体情况可按下列原则处理。
(1)为了保证加工精度,粗、精加工最好分开进行。
因为粗加工时,切削量大,工件所受切削力、夹紧力大,发热量多,以及加工表面有较显著的加工硬化现象,工件内部存在着较大的内应力,如果粗、粗加工连续进行,则精加工后的零件精度会因为应力的重新分布而很快丧失。
对于某些加工精度要求高的零件。
在粗加工之后和精加工之前,还应安排低温退火或时效处理工序来消除内应力。
(2)合理地选用设备。
粗加工主要是切掉大部分加工余量,并不要求有较高的加工精度,所以粗加工应在功率较大、精度不太高的机床上进行,精加工工序则要求用较高精度的机床加工。
粗、精加工分别在不同的机床上加工,既能充分发挥设备能力,又能延长精密机床的使用寿命。
(3)在机械加工工艺路线中,常安排有热处理工序。
热处理工序位置的安排如下:
为改善金属的切削加工性能,如退火、正火、调质等,一般安排在机械加工前进行。
为消除内应力,如时效处理、调质处理等,一般安排在粗加工之后,精加工之前进行。
为了提高零件的机械性能,如渗碳、淬火、回火等,一般安排在机械加工之后进行。
如热处理后有较大的变形,还须安排最终加工工序(精磨)。
零件加工举例
1.分析零件图样,进行工艺处理
该零件孔加工中,有通孔、盲孔,需钻、扩和镗加工,故选择钻头T01、扩孔刀T02和镗刀T03,加工坐标系Z向原点在零件上表面处。
由于有三种孔径尺寸的加工,按照先小孔后大孔加工的原则,确定加工路线为:
从编程原点开始,先加工6个φ6的孔,再加工4个φ10的孔,最后加工2个φ40的孔。
T01、T02的主轴转数S=600r/min,进给速度F=120mm/min;
T03主轴转数S=300r/min,进给速度F=50mm/min。
2.加工调整
T01、T02和T03的刀具补偿号分别为H01、H02和H03。
对刀时,以T01刀为基准,按图1中的方法确定零件上表面为Z向零点,则H01中刀具长度补偿值设置为零,该点在G53坐标系中的位置为Z-35。
对T02,因其刀具长度与T01相比为140-150=-10mm,即缩短了10mm,所以将H02的补偿值设为-10。
对T03同样计算,H03的补偿值设置为-50,如图2所示。
换刀时,采用O9000子程序实现换刀。
图2 刀具图
根据零件的装夹尺寸,设置加工原点G54:
X=-600,Y=-80,Z=-35。
3.数学处理
在多孔加工时,为了简化程序,采用固定循环指令。
这时的数学处理主要是按固定循环指令格式的要求,确定孔位坐标、快进尺寸和工作进给尺寸值等。
固定循环中的开始平面为Z=5,R点平面定为零件孔口表面+Z向3mm处。
4.编写零件加工程序
N10G54G90G00X0Y0Z30 //进入加工坐标系
N20T01M98P9000 //换用T01号刀具
N30G43G00Z5H01 //T01号刀具长度补偿
N40S600M03 //主轴起动
N50G99G81X40Y-35Z-63R-27F120 //加工#1孔(回R平面)
N60Y-75 //加工#2孔(回R平面)
N70G98Y-115 //加工#3孔(回起始平面)
N80G99X300 //加工#4孔(回R平面)
N90Y-75 //加工#5孔(回R平面)
N100G98Y-35 //加工#6孔(回起始平面)
N110G49Z20 //Z向抬刀,撤消刀补
N120G00X500Y0 //回换刀点,
N130T02M98P9000 //换用T02号刀
N140G43Z5H02 //T02刀具长度补偿
N150S600M03 //主轴起动
N160G99G81X70Y-55Z-50R-27F120 //加工#7孔(回R平面)
N170G98Y-95 //加工#8孔(回起始平面)
N180G99X270 //加工#9孔(回R平面)
N190G98Y-55 //加工#10孔(回起始平面)
N200G49Z20 //Z向抬刀,撤消刀补
N210G00X500Y0 //回换刀点
T220M98P9000 //换用T03号刀具
N230G43Z5H03 //T03号刀具长度补偿
N240S300M03 //主轴起动
N250G76G99X170Y-35Z-65R3F50 //加工#11孔(回R平面)
N260G98Y-115 //加工#12孔(回起始平面)
N270G49Z30 //撤消刀补
N280M30 //程序停
参数设置:
H01=0,H02=-10,H03=-50;
G54:
X=-600,Y=-80,Z=-35。
工件材料的切削加工性
工件材料的切削加工性:
是指工件材料被切削成合格零件的难易程度。
其研究的目的是为了寻找改善材料切削加工性的途径。
1、评定工件材料的切削加工性的主要指标
·刀具耐用度指标:
切削普通金属材料:
用刀具耐用度达到60min时允许的切削速度V60的高低来评定材料的加工性。
切削难加工金属材料:
用刀具耐用度达到20min时允许的切削速度V20的高低来评定材料的加工性。
同样条件下,V60或V20大,加工性越好。
相对加工性:
KV=V60/V060 ,(以45钢的V60为基准,记为V060)
·加工表面粗糙度指标:
粗糙度值越小,加工性越好。
·另外,还用切屑形状是否容易控制、切削温度高低和切削力大小(或消耗功率多少)来评定材料加工性的好坏。
其中,粗加工时用刀具耐用度指标、切削力指标,精加工时用加工表面粗糙度指标,自动生产线时常用切屑形状指标。
此外,材料加工的难易程度主要决定于材料的物理、力学和机械性能,其中包括材料的硬度HB、抗拉强度σb、延伸率δ、冲击值αk和导热系数k,故通常还可按它们数值的大小来划分加工性等级。
2、改善材料切削加工性的措施
·调整化学成分
如在不影响工件材料性能的条件下,适当调整化学成分,以改善其加工性。
如在钢中加入少量的硫、硒、铅、锁、磷等,虽略降低钢的强度,但也同时降低钢的塑性,对加工性有利。
·材料加工前进行合适的热处理
1.低碳钢通过正火处理后,细化晶粒,硬度提高,塑性降低,有利于减小刀具的粘结磨损,减小积屑瘤,改善工件表面粗糙度;
2.高碳钢球化退火后,硬度下降,可减小刀具磨损;
3.不锈钢以调质到HRC28为宜,硬度过低,塑性大,工件表面粗糙度差,硬度高则刀具易磨损;
4.白口铸铁可在950~1000°C范围内长时间退火而成可锻铸铁,切削就较容易。
·选加工性好的材料状态
1.低碳钢经冷拉后,塑性大为下降,加工性好;
2.锻造的坯件余量不均,且有硬皮,加工性很差,改为热轧后加工性得以改善。
·其它
采用合适的刀具材料,选择合理的刀具几何参数,合理地制订切削用量与选用切削液等。
二、切削液
1、切削液的作用
·冷却作用:
使切削热传导、对流和汽化,从而降低切削区温度。
·润滑作用:
切削液渗透到刀具与切屑、工件表面之间形成润滑膜,它具有物理吸附和化学吸附作用。
·洗涤和防锈作用:
冲走细屑或磨粒;在切削液中添加防锈剂,起防锈作用。
2、常用切削液及其选用
1)水溶液:
水溶液就是以水为主要成分并加入防锈添加剂的切削液。
主要起冷却作用。
常用的有电解水溶液
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 机械 加工 方法