任务二铣削加工工艺基础.pptx

第二节 铣削加工的质量分析,（一）加工精度分析 就是零件在加工以后的几何参数（尺寸、形状和相互位置）的实际值与理想值相符合的程度。,一、铣削加工的质量分析,在实际生产过程中，是允许存在一定的偏差，但是保证零件的加工精度，也就是设法将加工误差控制在允许的范围内。,工艺系统：在机械加工过程中，机床、夹具、刀具和工件构成一个系统。（4部分）,1工艺系统的几何误差,1）加工原理误差 它是指采用了近似的加工工方法所引起的误差。如加工列表曲线时用数学方程曲线逼近被加工曲线所产生的逼近误差、用直线或圆弧插补方法加工非圆曲线时产生的插补误差等，减小此类误差的方法是提高逼近和插补精度。 2）机床的几何误差 a.机床主轴误差 机床主轴是安装工件或刀具的基准，并将切削主运动和动力传给工件或刀具。,工艺系统的几何误差是机床、夹具、刀具及工件本身存在的误差，又称为工艺系统的静误差。,b.机床导轨误差机床床身导轨是确定各主要部件相对位置的基准和运动的基准。 c.传动误差机床的切削运动是通过某些传动机构来实现的，这此机构本身的制造、装配误差和工作中的磨损，将引起切削运动的不准确。,3)刀具误差、夹具误差与工件定位误差 a刀具误差机械加工中的刀具分为普通刀具、定尺寸刀具和成形刀具三类。普通刀具，如车刀、铣刀等。定尺寸的刀具如钻头、铰刀、拉刀等。 b夹具误差夹具误差主要是指定位元件、对定位装置及夹具体等零件的制造、装配误差及工作表面磨损等。 c 工件定位误差工件的定位误差是指由于定位不正确所引起的误差。 4）调整误差 在机械加工时，工件与刀具的相对位置需要进行必要的调整（如对刀、试切）才能准确。,2工艺系统受力变形引起的加工误差,工艺系统的刚度：刚度是物体或系统抵抗外力使其发生变形的能力。用变形方向上的外力与变形量的比值K来表示。 K =F/Y式中：F 静载外力（N）Y 在外力作用方向上的静变形量（mm） 机械加工过程中，由吃刀抗力FY引起的工艺系统受力变形对加工精度影响最大，所以常用吃刀抗力测定机床的静刚度，即 K = Fy/Y 变形量Y = Fy/K 由上式可以看出，要减小因受力而引起的变形，就要提高工艺系统的刚度。 圆柱铣刀在加工中相当于一个悬臂梁，其长径比就决定了其刚度的大小，加工时就要注意根据切削用量选择合适的铣刀长径比。,3 工艺系统热变形所引起的加工误差,工艺系统在各种热源作用下将产生复杂的热变形，使工件和刀具的相对位置发生变化，或因加工后工件冷却收缩，从而引起加工误差。数控机床大多进行精密加工，由于工艺系统热变形引起的加工误差约占总误差的40-70%。因此，许多数控机床要求工作环境保持恒温，在加工过程中使用冷却液等方法可以有效地减小工艺系统的热变形。,4工件内应力所引起的变形,所谓内应力是指当外部的载荷去除以后，仍然残存在工件内部的应力。 引起内应力的主要原因是热变形和冷变形。在铸、锻、焊、热处理等热加工过程中，由于毛坯各部分冷却收缩不均匀而引起的应力称为热应力。在进行冷轧、冷校直和切削时，由于毛坯或工件受力不均匀，产生局部变形所引起的内应力称为塑变应力。 去除工件内应力的方法是进行时效处理，时效处理分为自然时效和人工时效两种，自然时效是在大气温度变化的影响下使内应力逐渐消失的时效处理方法，一般需要二、三个月甚至半年以上的时间。人工时效是使毛坯或半成品加热后随加热炉缓慢冷却，达到加快内应力消失的时效处理方法，用时效短。大型零件、精度要求高的零件在粗加工后要经过时效处理才能进行精加工；精度要求特别高的工件要经过几次时效处理。,（二）表面质量分析,影响表面质量的因素： 1 、 影响表面粗糙度的的因素 1)刀具切削刃的几何形状 刀具相对工件作进给运动时，在加工表面上留下了切削层残留面积，其形状完全是刀具切削刃形状在加工过程中的复映。残留面积越大，表面粗糙度越大。在减小切削层残留面积可以采取减小刀具主、副偏角和增大刀尖圆弧半径等措施。 2)工件材料的性质 切削塑性材料时，切削变形大，切屑与工件分离产生的撕裂作用，加大了表面粗糙度。所以在切削中、低碳钢时，为改善切削性能可在加工前进行调质或正火处理。一般情况下，硬度在HB170-230范围内的材料切削性能较好。切脆性材料进，切屑呈碎粒状，由于切屑崩碎时会在表面留下麻点，使表面粗糙。如果降低切削用量，使用煤油润滑冷却，则可减轻切屑崩碎现象，减小表面粗糙度。,3)切削用量 在一定的切削速度范围内，加工塑性材料容易产生积屑瘤或鳞刺，应避开这个切削速度范围（一般为小于80m/min时）。适当减小进给量可减小残留面积，减小粗糙度值。一般背吃刀量对表面粗糙度值影响不大。 4) 工艺系统的振动 工艺系统的振动分为强迫振动和自激振动两类。强迫振动是由外界周期性干扰力的作用而引起的，如断续切削，旋转零、部件不平衡，以及传动系统的制造和装配误差等引起的振动是强迫振动。自激振动是在切削过程中，由工艺系统本身激发的，自激振动伴随整个切削过程。 减小强迫振动的主要途径是消除振源，采取隔振措施和提高系统刚度等。抑制自激振动的主要措施是合理地确定切削用量和刀具的几何角度，提高工艺系统各环节的抗振性（如增加接触刚度，加工时增加工件的辅助支承）以及采用减振器等措施。,2、影响表面冷硬、残余应力的因素 1)影响表面冷硬的因素 影响表面冷硬的主要因素是刀具的几何形状和切削用量。刀具的刃口圆弧半径大，对表面层的挤压作用大，使冷作硬化现象严重。增大刀具前角，可减小切削层塑性变形程度，冷硬现象减小。切削速度适当增大，切削层塑性变形增大，冷硬严重，此外，工件材料塑性大，冷硬也严重。 2) 影响表面残余应力的因素 如切削温度不高，表面层以冷塑变形为主，将产生残余压应力；如切削温度高，表面层产生热塑变形，将产生残余拉应力，表面残余应力将引起工件变形，尤其是表面拉应力将会降低其疲劳强度。 表面残余应力可通过光整加工、表面强化、表面热处理和时效处理等方法消除。,第二节 工件的装夹与定位基准的选择,一、常用的工件装夹方法 铣削件在机床上的安装大多采用一面两销定位，直接在工件上找正，有夹具则在夹具上找正。所谓找正，是指把千分表或百分表固定在机床床身某个位置，表针压在工件或夹具的定位基准面上，然后使机床工作台沿垂直于表针的方向移动，调整工件或夹具的位置使指针基本保持不动，则说明工件的定位基准面与机床该方向的导轨平行。如图2-1所示。,图2-1 在工作台上找正工件,对加工内容多的零件应利用夹具采用一面两销的方式装夹，对夹具的基本要求是： 1)夹紧机构或其他元件不能影响进给，加工部位要开敞。为保持工件在本工序中所有需要完成的待加工面充分暴露在外，夹具要尽可能开敞，因此要求夹持工件后夹具上一些组成件（如定位块、压块和螺栓等）不能与刀具运动轨迹发生干涉。夹紧机构元件与加工面之间应保持一定的安全距离，同时要求夹紧机构元件能低则低，以防止夹具与机床主轴套筒或刀套、刀具在加工过程中发生碰撞。 2)为保持零件安装方位与机床坐标系及编程坐标系方向的一致性，夹具应能保证在机床上实现定向安装，还要求能使零件定位面与机床之间保持一定的坐标联系。 3) 夹具的刚性和稳定性要好。 夹紧力应尽量靠近主要支撑点，尽量不采用在加工过程中更换夹紧点的设计。,二、定位基准的选择 选择定位基准的基本要求：遵循六点定位原则： 1)尽量选择零件上的设计基准作为定位基准。这样不仅可以避免因基准不重合引起的定位误差，保证加工精度，而且可以简化程序编制。 2)当零件的定位基准与设计基准不能重合且加工面与基设计基准又不能在一次安装内同时加工时，应认真分析装配图纸，确定该零件设计基准的设计功能，通过尺寸链的计算，严格规定定位基准与设计基准间的公差范围，确保加工精度。 3) 当无法同时完成包括设计基准在内的全部表面加工时，要考虑用所选基准定位后，一次装夹能够完成全部关键精度部位的加工。 4) 定位基准的选择要保证完成尽可能多的加工内容，为此，要考虑便于各个表面都能被加工的定位方式。 5) 批量加工时，零件定位基准应尽可能与建立工件坐标系的对刀基准重合。可直接按定位基准对刀，减少对刀误差。但在单件加工（每加工一件对一次刀）时，工件坐标系原点和对刀基准的选择主要考虑便于编程和测量，可不与定位基准重合。 6) 必须多次安装时应遵从基准统一原则。,一、走刀路线和加工顺序的确定,第二节 工艺规程,走刀路线是刀具在整个加工工序中相对于工件的运动轨迹，它不但包括了工步的内容，而且也反映出工步加工的顺序。工步顺序是指同一道工序中，各个表面加工的先后顺序。它对零件的加工质量、加工效率和数控加工中的走刀路线有直接影响，应根据零件的结构特点和工序的加工要求等合理安排。,在确定走刀路线时，主要考虑以下几点： 1、对点位加工的数控机床，如钻、镗床要考虑尽可能缩短走刀路线，以减少空程时间，提高加工效率。 2、为保证工件轮廓表面加工后的粗糙度要求，最终轮廓应安排最后一次走刀连续加工。 3、刀具的进退刀路线必须认真考虑，要尽量避免在轮廓处停刀或垂直切入切出工件，以免留下刀痕。在铣削零件外轮廓时，铣刀应从轮廓的延长线上切入切出，或从轮廓的切向切入切出。在铣削内轮廓时，应从轮廓的切向切入切出，如图22。应尽量避免如图23所示的径向直进刀，以避免在工件表面上留下刀痕。 4、铣削轮廓的加工路线要合理，一般采用双向切削、单向切削和环形的走刀方式如图2-4所示。在铣削封闭的内轮廓时，刀具的切入或切出不允许外延，最好选在两面的交界处，否则，会产生刀痕。为保证表面质量，一般选择图2-5所示的走刀路线。 5、在镗孔加工中,若孔的位置精度要求高时,加工路线和定位方向应保持一致。 如图2-6所示镗4个孔。若按路线最短，加工顺序为1-2-3-4。若按加工路线与定位方向一致，加工顺序为1-2-4-3。,(a) (b) (c) 图2-4 轮廓加工的常用走刀方式 (a)双向切削(b)单向切削(c)环形切削,(a) (b) (c) 图2-5 封闭内轮廓常用走刀方式 双向切削 (b)环形切削 (c)双向+环形切削,图2-6 单向定位的加工路线图,二、刀具的选择 1、常用的铣刀类型 常用的有圆柱铣刀、立铣刀、硬质合金面铣刀、键槽铣刀、三面刃铣刀、半圆键槽铣刀、锯片铣刀、角度铣刀和球头铣刀等，如图2-7所示。,三 、铣削方式的选择 用铣刀圆周上的切削刃来铣削工件的平面，叫做周铣法。它有两种铣削方式：,1、逆铣法：铣刀的旋转切入方向和工件的进给方向相反(逆向),如图2-12（a）。 2、顺铣法：铣刀的旋转切入方向和工件的进给方向相同(顺向)，如图2-12（b）。,图2-12两种铣削方式 （a）逆铣 （b）顺铣,顺铣法切入时的切削厚度最大，然后逐渐减小到零，避免了在已加工表面的冷硬层上滑走过程。实践表明，顺铣法可以提高铣刀耐用度23倍，工件的表面粗糙度值可以降低些，尤其在铣削难加工材料时，效果更为显著。 逆铣时，每齿所产生的水平分力均与进给方向相反，使铣刀工作台的丝杠与螺母在左侧始终接触。顺铣时，水平分力与进给方向相同，铣削过程中切削面积也是变化的，因此，水平分力也是忽大忽小的，由于进给丝杆和螺母之间不可避免地有一一定间隙，故当水平分力超过铣床工作台摩擦力时，使工作台带动丝杆向左窜动，丝杆与螺母传动右侧出现间隙，造成工作台颤动和进给不均匀，严重时会使铣刀崩刃。 顺铣时，遇到加工表面有硬皮，也会加速刀齿磨损。逆铣时工作台不会发生窜动现象，铣削较平稳，但在逆铣时，刀齿在加工表面上挤压、滑行，切不下切屑，使已加工表面产生严重冷硬层。 一般情况下，尤其是粗加工或是加工有硬皮的毛坯时，多采用逆铣。精加工时，加工余量小，铣削力小，不易引起工作台窜动，可采用顺铣。在逆铣中刀具寿命比在顺铣中短，在逆铣中刀具寿命比在顺铣中短，这是因为在逆铣中产生的热量比在顺铣中明显地高。,思考练习题 1机械加工工艺系统由哪几个部份组成？ 2影响工件表面粗糙度的因素有哪些？ 3选择基准的原则是什么？,