机械加工方法概述

单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,Page,73,湖北汽车工业学院机械工程学院,提升生活品质，由机械开始,第,1,章,机械加工方法概述,机 械 制 造 工 程 学,第,1,章,机械加工方法概述,1.1,零件加工表面的形成方法,1.2,机械加工方法,零件表面是由若干个表面元素组成的。这些形状都要通过各种,成形方法,来完成。零件表面在由原材料或毛坯制造方法来实现的过程中，按照质量,m,减小或增大的变化状态，可将获得方式分为：,m,0， m0，m0 三种类型,，不同类型将采用不同的工艺方法。,1.1,零件的成形方法,m,0，毛坯制造方法,。铸造、锻造及模具成形（注塑、冲压等）工艺中，在成形前后，材料主要是发生,形状变化，而质量基本不变,。,m0，切削加工方法,。包括磨料磨削、特种加工等，在制造过程中通过,材料逐渐被切除,而获得需要的几何形状。,m0，快速成型制造方法,。在成形中通过,材料累加获得所需形状,，这种制造方法又称为材料累加法,1.1,零件的成形方法,m,0 的制造过程是指利用,材料塑性变形,的工艺来获得零件形状的方法，,属无屑加工方法,。包括铸造、锻造、冲压等毛坯制造方法。锻压设备包括锻造机、冲压机、挤压机和轧制机四大类。,模具,是用来将材料填充在其型腔中，以获得所需形状和尺寸制件的工具。按,填充方法,和,填充材料,的不同，模具可分为：锻压具模、冲裁具模、拉伸具模、压铸模具、冷冲模具、注射模具、吹塑模具、粉末冶金模具等。,1、m,0的制造过程,m,0,制造过程是指从表面去除材料来获得零件形状的方法。包括切削加工和特种加工。,切削加工是指零件在切削机床上，通过机床的传动系统，使,零件与刀具按一定规律作相对运动,，从而获得所需要的表面几何形状的方法。包括,车,、,铣,、,钻,、,镗,、,刨、拉、磨,等加工方法。在切削过程中，有,力、变,形、热、振,动、磨损,等现象发生，这些,运动的综合,决定了零件最终获得的,几何形状及表面质量。,2、m0的制造过程,特种加工是指利用,电,或,化学,等方法以完成零件材料的去除，,从而获得所需要的表面几何形状,。这些方法主要适合于加工,超硬度,、,易碎,等常规加工方法难加工的场合。也称为,高能束流加工,，包括激光束、电子束、离子束、高压水射流,等加工方法。,特种加工机床近年来发展很快，按其加工原理可分成：,电加工、超声波加工、,激光加工,、电子束加工、离子束加工、,水射流,等加工机床。,2、m0的制造过程,m,0,的制造过程是指通过材料逐渐,堆积形成三维实体,工艺方法。成形后与成形前相比,m,0,，零件是逐渐生长出来的，称为,快速成型制造（,RPM,）,方法。,RPM,方法是综合利用,CAD,技术、数控技术、材料科学、机械工程、电子技术及激光技术的技术集成，,以实现从设计到三维实体造型的制造一体化系统技术。,RPM,方法是通过采用,粘结、熔结、聚合作用或化学反应,等手段，逐层可选择地,固化树脂,、,切割薄片,、,烧结粉末、材料熔覆或材料喷洒,等方式来实现的。,3. m,0,的制造过程,采用机械加工方法获得零件的形状，是,通过机床利用刀具将毛坯上多余的材料切除来获得的,。根据机床运动的不同和刀具的不同，可分为不同的加工方法。,刀具切削加工的方式,有：车削加工；铣削加工；钻削加工；镗削加工；刨削加工；拉削加工；齿轮加工；螺纹加工等。,磨料切削加工的方式,有：磨削加工；,珩磨加工；研磨加工；超精加工,等。,1.2,机械加工方法,车削方法的是,工件旋转,，形成,主切削运动,，车削时通过,刀具相对工件实现不同的进给运动，可以获得不同的工件形状,，加工后形成的工件表面主要是,回转表面,，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,Ra6.3,1.6m,。,精车时，可达,IT6,IT5,，表面粗糙度可达,Ra0.4,0.1m,。,特点有：工艺范围广、加工精度范围大、生产率高、可实现超精密加工、生产成本较低。,1.2.1,车削加工, IT7,；表面粗糙度为,R,a,6.3 1.6m,。,1.,2.2,铣削加工,普通铣削一般能加工,平面,或,槽面,等，用,成形铣刀也可以加工出特定的曲面，如铣削齿轮,等。,数控铣床可,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，,这时刀具一般采用球头铣刀。,数控铣床在加工模具的模芯和型腔，叶轮机械的叶片等形状复杂的工件时，应用非常广泛的，因而得到了很快的发展。,1.2.2,铣削加工,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,，又分为,顺铣,和,逆铣,。,顺铣时，铣削力的水平分力与工件的进给方向相同，而工作台进给丝杠与固定螺母之间一般又有间隙存在，因此切削力容易引起工件和工作台一起向前窜动，使进给量突然增大，容易引起打刀。逆铣则可以避免这一现象，因此，生产中多采用逆铣。,1.2.2,铣削加工,在铣削铸件或锻件等表面较硬的工件时，,顺铣时铣刀齿首先接触工件的硬皮,，加剧了铣刀的磨损；逆铣则无这一缺点。但逆铣时，切削厚度从零开始逐渐增大，因而切削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，也会加速刀具的磨损。同时，逆铣时，铣削力具有将工件,上抬,的趋势，也易引起振动，这是逆铣的不利之处。,1.2.2,铣削加工,端铣时的顺铣与逆铣,a),对称端铣,b,）不对称逆铣,c,）不对称顺铣,刨削时的,主运动和进给运动均为直线运动,。 刨床主要用于加工各种,平面,和,沟槽,。因此，刨削速度不可能太高，故生产率较低。刨削比铣削平稳，其,加工精度一般可达,IT8,IT7,，表面粗糙度为,Ra6.3,1.6m,。,1,）刨削加工,1.2.3 刨、插、拉削加工,1） 刨削加工,刨床可分为,牛头刨床,和,龙门刨床,。牛头刨床的主运动为滑枕带动刀具作直线往复运动，,进给运动为工作台带动工件作间歇横向运动。,一般只用于单件生产，加工中小型工件。,龙门刨床的主运动为工作台带动工件作纵向往复运动，,进给运动为刀架在龙门架上作横向间歇运动,。主要用来加工大型工件，加工精度和生产率都高于牛头刨床。,1） 刨削加工,插削主要用于,加工工件的内表面，如键槽、内孔等，相当于立式刨削,。,2） 插削加工,拉削可使加工表面一次切削成形。机床运动简单，切削速度低，效率高，,刀具成本高,，适用于大批量生产。拉床可分为,卧式和立式，内拉和外拉,等。,2） 拉削加工,在钻床上，用旋转的,钻头钻削孔,是孔加工最常用的方法，钻头的旋转运动为主切削运动。钻削的加工精度较低，一般只能达到,IT10,，,表面粗糙度一般为,Ra12.5,6.3m,。在单件、小批生产中，中小型工件上较大的孔（,D,50mm,）常用,立式钻床,加工；大中型工件上的孔，用,摇臂钻床,加工。精度高、表面质量要求高的小孔，在钻削后常常采用,扩孔,和,铰孔,来进行半精加工和精加工。,4）钻削与镗削加工,4.1）钻削加工,扩孔采用,扩孔钻头,，,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,Ra1.6,0.4m,。,扩孔、铰孔时，扩孔钻和铰刀均在原底孔的基础上进行加工，因此无法,提高孔轴线的位置精度以及直线度,。,镗孔可在镗床上或车床上进行。在镗床上镗孔时，镗刀与车刀基本相同，不同之处是镗刀随镗杆一起转动，形成主切削运动，而工件不动。,镗孔加工精度一般为,IT9,IT7,，表面粗糙度为,Ra6.3,0.8m,。,数控钻床、数控镗床主要是实现孔轴线的位置控制，因此只要控制刀具移到孔中心的坐标上即可即实现,点位控制,。,4.2）镗削加工,齿轮,齿形,的,加工，按其形成齿形的工作原理可分为,成形法,和,展成法,。,用成形法加工齿轮,齿形,时，,刀刃的形状应与被加工齿轮的齿槽的横截面形状相同,。这类刀具有盘状和指状铣刀、刨刀、拉刀。,用,展成法,加工齿轮,齿形,时,，要求,刀具与工件之间模拟一对齿轮的啮合,，用,刀齿的运动轨迹包络出工件的齿形,。这类刀具有,滚刀,、,插齿刀,、,剃齿刀,等。,5.,齿轮齿形（面）加工,5.1）齿形（面）成形法加工,滚齿加工就是在滚齿机上用齿轮滚刀加工齿面。其过程相当于一对螺旋齿轮啮合的过程。,5.2）齿形（面）展成法加工,a,）交错轴斜齿轮副,b,）滚齿运动,5.2）齿形（面）展成法加工,5.2）齿形（面）展成法加工,5.2,）滚齿机,滚齿刀,插齿,加工就是在,插齿机床,用,插齿,刀加工,齿面,。,加工原理为一对,圆柱齿轮的啮合按展成法,加工圆柱齿轮。,5.2）齿形（面）展成法加工,2）齿形（面）展成法加工,插齿刀,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，,曲面是通过球头铣刀逐点按曲面坐标值加工而成。,在编制数控程序时，要考虑刀具半径补偿，因为数控系统控制的是球头铣刀球心位置轨迹，,而成形面是球头铣刀切削刃运动的包络面,。,6）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。仿形铣必须有型体作为靠模，加工中球头仿形头始终以一定压力接触原型曲面，仿形头的运动变换为电感量，信号经过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。,6）复杂曲面加工,磨削加工是一种历史悠久的加工方法，又是一种具有发展前景的加工方法。这种加工方法既能作为,精加工、超精加工,，也能作为,粗加工,。既能加工普通材，也能加工超硬材料。,磨削可分为,外圆磨、内孔磨、平磨等,。分别用于外圆柱面、,圆锥面、平,面,、螺旋面、齿面等各种成形表面,的加工。,磨削加工的,主运动是砂轮的旋转运动,。磨削加工所用的刀具以,砂轮和砂带,为主。与前述的刀具切削有着,不同的加工机理,。,7）磨削加工,7）磨削加工,7）磨削加工,7）磨削加工,7）磨削加工,7）磨削加工,砂轮可看成是一把具有,无数微小刀刃所构成的铣刀。,其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，磨粒本身也会由,尖锐逐渐磨钝,，使切削能力变差，切削力变大。当,切削力超过粘结剂强度时，磨钝的磨粒会脱落，露出一层新的磨粒，这就是砂轮的,“,自锐性,”,。但切屑和碎磨粒仍会阻塞砂轮，因而，磨削一定时间后，需用,金刚石车刀等对砂轮进行修整,。,7）磨削加工,砂轮的构造,砂轮,结合剂,磨粒,磨屑,气孔,工件,7）磨削加工,7）磨削加工,7）磨削加工,磨削时，由于切削刃很多，所以加工时,平稳、精度高，表面粗糙度小,。磨床是精加工机床，磨削精度可达,IT6,IT4,，表面粗糙度可达,Ra1.25,0.01m,，甚至可达,Ra0.1,0.008m,。磨削的另一特点是可以对淬硬的工件进行加工，因此，,磨削往往作为最终加工工序,。但磨削时，产生热量大，需要有充分的切削液进行冷却，否则会产生,磨削烧伤,，降低表面质量。,强力磨削技术，可以在单位时间内达到很大的切除量，因而可以一次完成粗精加工,。,7）磨削加工,随着科学技术的不断发展，许多具有高硬度、高强度、高脆性或高熔点的难加工新型材料（,如硬质合金、钛合金、淬火工具钢、陶瓷、玻璃等,），以及具有较低刚度或复杂曲面形状的特殊零件（如,薄壁件、弹性元件、具有复杂曲面形状的模具、叶轮机械的叶片、喷埋头,等）的出现，采用传统切削加工方法以无法完成其加工任务。特种加工方法正是在为完成这些加工任务而产生和发展起来的。,8） 特种加工,特种加工方法不同于传统切削加工方法，它是利用,化学、物理（电、声、光、热、磁）或电化学方法,对工件材料进行去除的一系列加厂方法的总称。这些加工方法包括：,化学加工、电化学加工、电化学机械加工、电火花加工、电接触加工、超声波加工、激光束加工、离子束加工、电子束加工、等离子体加工、电液加工、磨料流加工、磨料喷射加工、液体喷射加工,等各类复合加工。,8） 特种加工,8.1）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，熔蚀工件材料来形成所需的工件表面。,电火花加工机床一般由脉冲电源、自动进给机构、机床本体及工作液及其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。,8.1）电火花加工,第,1,章,机械加工方法概述,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）。,电火花加工机床根据加工方式分成两种类型：,一种是用,特殊形状的电极工具,加工相应工件的电火花成形加工机床。,8.1）电火花加工,另一种是用线（一般为钼丝、钨丝或铜丝）电极加工二维轮廓形状工件的,电火花线切割,机床。,电火花加工的应用范围很广，适用于加工各种硬、脆、韧、软和高熔点的导电材料，可以加工各种形孔、曲线孔和微小孔。也可以加工各种,立体曲面型腔,，如锻模、压铸模、塑料模的模膛；既可以用来进行,切断、切割，,也可以用来进行,表面强化、刻写、打印铭牌和标记,等。,8.1）电火花加工,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。电解加工的原理为：工件接直流电源正极，工具接负极，两极之间保持,0.1,0.8mm,间隙，将具有,0.5,2.5,Mpa,压力的电解液从两极间的间隙中，以,15,60min/s,的速度流过。当阴极工具向阳极工件不断进给时，在面对阴极的工件表面上，金属材料按阴极形面的形状不断溶解，电解产物被高速电解液带走，于是工具形面的形状就相应地,“,复印,”,在工件上。,8.2）电解加工,电解加工 具有以下特点,1,）工作电压小（,24V,），工作电流大（,20000A,）,2,）能以运动一次加工出形状复杂的形面或型腔,3,）可加工难加工材料,4,）生产率较高，约为电火花加工的,1,10,倍,5,）加工中无机械切削力或切削热,6,）平均加工公差可达,0.1mm,左右,7,）附屑设备多，占地面积大，,造价高,8,）电解液既腐蚀机床，又容易,污染环境,激光是一种,能量密度高,、,方向性好,（发散角小）、,单色性好,（波长和频率单一）、,相干性好的光,。通过光学系统可使激光聚焦成一个,直径几微米至几十微米极小的光斑,，以获得极大的,能量密度（,100,1000,W,cm,2,）,和,极高的温度（,10000,C,）,。在此高温下，被加工材料将瞬时,急剧熔化和蒸发,，并产生强烈的冲击波，使,熔化的物质爆炸式地喷射去除,。,8.3）激光加工,激光加工具有的特点：,1,）不需要工具，不存在断屑、排屑的麻烦；,2,）对任何难加工的金属和非金属材料（如高熔点材料、耐热合金及陶瓷、宝石、金刚石等硬脆材料）都可以加工；,3,）非接触加工，工件无受力变形；,8.3）激光加工,4,）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,）切割的切缝窄，切割边缘质量好。,激光加工用于金刚石拉丝模、钟表宝石轴承、发散式气冷冲片的多孔蒙皮、发动机喷油嘴、航空发动机叶片等的加工，以及多种金属材料和非金属材料的切割、焊接、热处理等工艺的加工。,8.3）激光加工,超声波加工是利用,超声频（,16,25,kHz,）振动的工具端面冲击工作液中的悬浮磨粒，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。,超声波加工原理：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,0.005,0.01mm,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。,8.4）超声波加工,超声波加工适宜加工各种硬脆材料，特别是电火花和电解加工无法加工的不导电材料和半导体材料，如,玻璃、陶瓷、石英、锗、硅、玛瑙、宝石、金刚石等,；对于导电的硬质合金、淬火钢等也能加工，但加工效率比较低。适用于超声波加工的工件表面有各种形孔、型腔及成形表面等。,超声波加工能获得较好的加工质量,，一般尺寸精度可达,0.01,0.05mm,，表面粗糙度值,Ra,0.4,0.1m,。,8.4）超声波加工,1-1 你是如何理解制造业在一个国家的重要性的?,1-2 简述电解加工、电火花加工、激光加工和超声波加工的表面成形原理和应用范围。,1-3 镗削与车削有哪些不同之处?,1-4 切削与磨削有哪些不同之处？,作业：,