切削加工方法

第4章切削加工方法 基本内容 2 2 车削加工 钻 扩 铰 镗加工 刨削 插削和拉削加工 特种加工 铣削加工 磨削加工 光整加工 1 4 1车削加工 何谓车削加工 用车刀在车床上加工工件的工艺过程称为车削加工 主运动 工件随车床主轴旋转进给运动 刀具沿轴向或径向作进给运动加工精度 一般车削加工精度可达IT7 IT8 表面粗糙度Ra为6 3 1 6 m 适用范围 各种回转体表面 常用车床类型 普通卧式车床 普通车床 适于各种中 小型轴 盘 套类零件的单件 小批量生产 适用范围 适于加工直径大 长度短且质量较大的大型盘套类零件 常用车床类型 立式车床 二 适用范围 成批加工形状复杂的盘套类零件 适于加工零件尺寸较小 形状较复杂的中 小型轴 盘 套类零件 结构特点 没有丝杠和尾座 而在床尾装有一个可纵向移动的转塔刀架 其上可装多把刀 工作中周期性转位 顺序地对工件进行加工 刀具行程由挡块控制 易保证精度 提高生产率 转塔车床 六角车床 常用车床类型 1 挡块限送料长度 2 双刀同时车外圆 3 车外圆及倒角 4 打中心孔 5 钻孔 6 套车外螺纹 7 前刀架刀切槽 8 前刀架刀倒角 9 前刀架刀滚花 10 切断刀切下工件 转塔车床 六角车床 常用车床类型 精密单轴纵切自动车床 1 机床的用途形状较复杂 精度要求高 一次成形的小型轴类零件 用于成批大量生产的钟表 仪器仪表行业 毛坯为棒料2 机床的工作原理送料 夹紧 放松 纵向和横向进给皆由分配轴上的鼓轮或凸轮分别进行控制 分配轴转一转 完成一个工作循环 常用车床类型 数控车床 卧式数控车床 立式数控车床 数控车床 适于多品种 小批量生产复杂形状的零件 单刀架数控车床 双刀架数控车床 数控车床 经济型数控车床 普通数控车床 数控车床 4 1 1车削加工的工艺特点 1 易于保证工件各加工表面的位置精度在一次装夹中零件各加工表面具有同一的回转轴线 所以能保证工件各加工表面的同轴度精度 工件端面与轴线的垂直度则由机床本身的精度保证 它取决于车床横拖板导轨与工件回转轴线的垂直度 装夹方式 1 对短轴类或盘类零件 常采用卡盘或花盘装夹 2 长轴类零件常采用双顶尖 拨盘或双顶尖 卡盘装夹 三爪卡盘 四爪卡盘 2 加工过程比较平稳车削加工过程一般是连续切削 切削力变化较小 不会产生冲击 加工过程比较平稳 可以采用大切削用量 提高了生产率 3 适合于有色金属零件的精加工钢铁 粗车半精车精车磨削有色金属 粗车半精车精车精细车4 刀具简单 车削加工的工艺特点 a 直头外圆车刀 b 弯头车刀 c 偏刀 d 切槽或切断刀 e 镗孔刀 f 螺纹车刀 g 成形车刀 车刀主要类型 4 1 2车削加工的应用 车削加工是机械加工中最基本的 应用范围非常广泛的一种加工方法 其应用如下 车削加工的应用 1 车外圆面 2 车内园面 车床上镗孔 3 车端面 切槽 切断 粗车 精车 实体零件 钻孔 车 镗 扩 铰 已铸出 锻出孔 镗孔 4 车锥面 1 转动小刀架法 2 成形刀法 3 偏移尾架法 4 靠模尺法 可加工内外圆锥面 且不受工件锥角大小的限制 适于加工锥面较短的内外圆锥面 且不受工件锥角大小的限制 可加工较长的锥面 但不能加工锥孔及锥角较大的锥面 适用于大批量生产 可加工内外锥面 5 车成形面 1 双手控制法 2 成形刀法 3 靠模尺法 轨迹法 6 车螺纹 7 滚花 4 2钻 扩 铰 镗加工 4 2 1钻削加工用钻头在实体材料上加工孔的工艺方法称为钻削加工 钻削是孔加工的基本方法之一 通常在钻床或车床上进行 也可以在镗床或铣床上进行 孔加工刀具按用途可分为两大类 一类是从实体材料中加工出孔的刀具 如 麻花钻 扁钻 中心钻和深孔钻等 另一类是对工件上已有孔进行再加工的刀具 常用的有扩孔钻 铰刀及镗刀 1 钻床及其加工范围 钻床是用钻头在工件上加工孔的机床 可完成钻孔 扩孔 铰孔及攻螺纹等工作 运动分析 工件固定 刀具作旋转主运动 同时沿轴向作进给运动 钻床的主参数 最大钻孔直径 分类 台式钻床 小型钻床 常安装在台桌上 加工直径小于12mm的孔 立式钻床 适用于中小工件的单件 小批量生产 摇臂钻床 适用于加工一些大而重的工件上的孔 深孔钻床及其他钻床 钻床 台式钻床 立式钻床 摇臂钻床 2 钻削刀具 麻花钻 麻花钻是钻削加工的最常用刀具 标准高速钢麻花钻由三部分组成 柄部 颈部 工作部分 柄部用在与机床或夹具联接 起夹持定位作用 并传递扭矩和轴向力 颈部位于工作部分和柄部之间 磨削柄部时 是砂轮的退刀槽 钻头的标记也常注于此 工作部分由切削部分和导向部分组成 麻花钻的结构 麻花钻的结构 钻头切削部分 5个刀刃 6个刀面 两条主切削刃 螺旋槽与主后刀面的两条交线 两条副切削刃 棱边与螺旋槽的两条交线 一条横刃 两后刀面在钻芯处的交线 两个螺旋形前刀面 螺旋槽的螺旋面 两个经刃磨获得的主后刀面 与工件过渡表面 孔底 相对的端部两曲面 两个副后刀面 与孔壁相对的棱带 麻花钻的工作部分有两个对称的刃瓣 可以看作两把对称的车刀 两条对称的螺旋槽用于容屑和排屑 为了减少与加工孔壁的摩擦 导向部分磨有两条棱带 棱边直径磨有 0 03 0 12 100的倒锥量 形成副偏角 r 麻花钻的几何角度 麻花钻的主要几何参数有 1 螺旋角 是钻头轴心线与棱带螺旋线切线之间的夹角 螺旋角越大 切削越容易 但钻头的强度低 一般 18 30 直径较小的钻头 应取小值 2 前角 o主剖面 N N 内测量的前刀面与基面的夹角 因为前刀面是螺旋面 所以主切削刃各点的前角是变化的 从外缘处的大约 30 逐渐减小到钻芯处的大约 30 3 后角 轴向主剖面 X X 内测量的主后刀面与切削平面的夹角 切削刃各点的后角也是变化的 从外缘处的大约8 14 逐渐增加到钻芯处的大约20 25 4 顶角2 是两条主切削刃之间的夹角 一般 2 116 120 5 横刃斜角 是在端面投影图中横刃与主切削刃之间的夹角 一般 50 55 3 钻削运动 在钻床上钻孔时 钻头的旋转为主运动 钻头沿工件的轴向移动为进给运动 在车床上钻孔时 工件的旋转为主运动 装在尾架上的钻头沿工件轴向移动为进给运动 钻削用量 1 钻削速度 m s 式中 d 钻头直径 mm n 钻头或工件的转速 r min 3 钻削运动 2 钻削进给量f mm r 钻头或工件每转一周 钻头沿轴向移动的距离 3 切削深度ap mm 式中 d 钻头直径 mm 4 钻削加工的工艺特点 1 钻孔是孔的粗加工方法 2 可加工直径0 05 125mm的孔 3 孔的尺寸精度在IT10以下 4 孔的表面粗糙度一般大于Ra12 5 m 5 对于精度要求不高的孔 如螺栓的贯穿孔 油孔以及螺纹底孔 可直接采用钻孔 6 一些内螺纹在攻丝前 要先钻孔 7 刀具刚性差 容易发生 引偏 8 排屑困难 切削热不易排出 引偏及预防 引偏 是指加工时钻头弯曲引起的孔径扩大 孔不圆或孔轴线歪斜等缺陷 原因 1 钻头的刚性差 导向作用差 2 钻头的横刃有很大的负前角 很难进行切削 3 钻头的两条主切削刃很难刃磨得完全对称 径向力很难抵消 容易产生 引偏 减少引偏的措施 1 预钻锥形定心坑 2 用钻套为钻头导向 3 尽量将钻头的两条主切削刃刃磨得对称一致 排屑困难及改善措施 钻孔时 由于切屑较宽 容屑槽尺寸又受到限制 因而切屑与孔壁产生较大的摩擦 挤压 拉毛 刮伤已加工表面 降低表面质量 有时甚至会将钻头扭断 改善措施 1 在钻头上修磨出分屑槽 群钻 将宽的切屑分成窄条 以利于排屑 2 当钻深孔 L D 5 10 时 采用深孔钻加工 5 钻削的应用 钻削的应用钻孔主要用于粗加工 如螺钉孔 油孔 内螺纹底孔等 单件 小批生产中 小型工件上的小孔 D 13mm 常用台式钻床加工 中 小型工件上较大的孔 D 50mm 常用立式钻床加工 大型工件上的孔 则采用摇臂钻床加工 回转体工件上的孔 多在车床上加工 4 2 2扩孔和铰孔 1 扩孔扩孔是用扩孔钻对工件上已有的孔进行扩大加工 常用作铰孔或磨床前的预加工扩孔以及毛坯孔的扩大 常作为孔的半精加工 在成批或大量生产时应用较广 扩孔的加工精度可达IT10 IT9 Ra可达6 3 3 2 m 1 切削刃不必自外圆延续到中心 避免了横刃及其由横刃引起的不良影响 2 由于扩孔的余量小 切削深度ap ap dm dw 2 小 切屑窄 易排除 不会划伤已加工表面 同时排屑槽可作得较小较浅 增加了刀具刚度 所以可以加大切削用量 改善加工质量 3 导向性较好 切削平稳 生产率高 4 扩孔是孔的半精加工工艺 当孔的精度和表面质量要求更高时 需要进行精加工 铰孔 扩孔特点 2 铰孔铰孔是应用普遍的孔的精加工方法之一 一般加工精度可达IT9 IT7 Ra可达1 6 0 4 m 铰刀分为 机用铰刀 用于在机床上铰孔 常用高速钢制造 有锥柄和直柄两种型式 手用铰刀 常为整体式结构 直柄方头 结构简单 手工操作 使用方便 铰孔 铰刀的结构及铰孔的特点 1 铰孔加工质量较高 2 铰刀的刀刃多 6 12个 容屑槽很浅 刚性和导向性比扩孔钻更好 3 铰刀本身的精度很高 而且具有修光部分 可校准孔径和修光孔壁 4 铰孔的切削余量小 切削速度低 切削力小 产生的切削热少 所以工件的变形小 铰孔表面质量较高 钻 扩 铰是经常采用的典型加工工艺 但一般只能保证孔本身的精度 而不能保证孔的位置精度 一般使用钻模 多轴钻和组合机床来解决 对直径较大或非标准孔则采用镗削加工 对于直径较大的孔 一般孔径大于30mm 生产中常采用镗削来代替扩孔和铰孔 因为镗刀结构简单 价格比大直径的扩孔钻和铰刀便宜得多 并且轻便 镗孔的通用性好 可进行粗 半精 精加工 特别适用于加工批量零件 镗孔质量取决于机床精度 镗孔可以在多种机床上进行 常见的主要有在车床上镗孔和在镗床上镗孔 4 2 3镗削加工 1 车床上镗孔在车床上镗孔主要适用于回转体零件上的单孔和零件上的轴承孔的加工 a图 在车床上用卡盘装夹工件 一次完成内孔 外圆和端面的加工 可保证同轴度和垂直度 b图 在车床上用花盘弯板装夹小型支架类工件 镗削加工轴承孔 4 2 3镗削加工 2 镗床上镗孔对于箱体类和支架类零件上的孔和孔系 常用镗床加工 镗床 镗床是一种主要用镗刀在工件上加工孔的机床 通常用于加工尺寸较大 精度要求较高的孔 特别是分布在不同表面上 孔距和位置精度要求较高的孔 如箱体上的孔 还可以铣平面 铣沟槽 钻孔 扩孔 铰孔等 运动分析 主运动为镗刀的旋转运动 进给运动为镗刀或工件的移动 4 2 3镗削加工 镗床分类 卧式镗床卧式镗床既可完成粗加工 如粗镗 粗铣 钻孔等 又可进行精加工 如精镗孔 卧式镗床主要是加工孔 特别是箱体零件上的许多大孔 同心孔 平行孔等 易于保证被加工孔的尺寸精度和位置精度 镗孔的尺寸精度可达IT7 表面粗糙度Ra值为1 6 0 8 m 卧式镗床外形图 卧式镗床 卧式镗床 卧式镗床 坐标镗床坐标镗床是一种高精度的机床 主要用来镗削精密孔 IT5级或更高 例如钻模 镗模上的精密孔 坐标镗床可以镗孔 钻孔 扩孔 铰孔以及精铣平面和沟槽 还可以进行精密刻线和划线 以及进行孔距和直线尺寸的精密测量工作 卧式坐标镗床1 下滑座 2 上滑座 3 工作台 4 立柱 5 主轴箱 6 床身底座 坐标镗床 金刚镗床金刚镗床以使用金刚镗刀而得名 是一种高速精密镗床 主要特点是主运动速度很高 切削深度和进给量很小 加工精度可达IT5 IT6 Ra达0 63 0 08 m 卧式单面金刚镗床 卧式双面金刚镗床 金刚镗床 在镗床上常用的镗刀一般可分为单刃镗刀和多刃镗刀两大类 单刃镗刀结构简单 制造方便 通用性好 可以校正原有孔的轴线歪斜或位置偏差 但生产率较低 单刃镗刀的结构与车刀类似 它是将镗刀垂直或按某一角度安装在镗刀杆上 镗刀 单刃镗刀 a 镗盲孔 b 镗通孔 双刃镗刀1 刀块2 刀片3 调节螺钉4 斜面垫板5 紧固螺钉 多刃镗刀两端都有切削刃 工作时可消除径向力对镗杆的影响 工件的孔径尺寸与精度由镗刀径向尺寸保证 多采用浮动连接结构 可减少镗刀块安装误差及镗杆径向跳动所引起的加工误差 孔的加工精度可达IT6 IT7 Ra达0 8 m 镗刀 浮动镗刀 1 镗床的加工范围广泛 万能性强 2 镗孔可对不同孔径的孔或孔系进行粗 半精和精加工 3 镗孔的加工精度可达IT7 IT6 孔的表面粗糙度可控制在Ra6 3 0 8 m 4 能修正前一道工序造成的孔轴线的弯曲 偏斜等形状 位置误差 5 刀具结构简单 通用性大 6 生产率较低 大批量生产中则需使用镗模 以提高生产率 镗床加工的工艺特点 4 3刨削 插削和拉削加工 4 3 1刨削 插削加工在刨床上用刨刀加工工件的方法称为刨削 刨削加工是平面加工的主要方法之一 也可以刨削沟槽 常用的刨削加工机床有牛头刨床 龙门刨床和插床 1 刨削加工的工艺特点 1 刨床与刨刀结构简单 通用性好 2 刨床是直线往复运动的机床 主运动速度不能太高 因为滑枕换向时有大的惯性力 加之只能单刀加工 且在反向运动时不加工 所以生产率较低 3 加工精度较低 一般可达IT9 IT7 表面粗糙度Ra可控制在6 3 1 6 m 在龙门刨床上用宽刃刨刀精刨时 表面粗糙度Ra达0 8 0 4 m 牛头刨床 龙门刨床 插床 2 刨削加工的应用 主要适用于单件 小批量生产或机修 模具车间 主要用来加工平面 包括水平面 垂直面和斜面 也广泛用于加工沟槽如直角槽 燕尾槽 T形槽等 插床实质上是立式刨床 可以加工齿轮 齿条 花键等 刨削 插削加工 4 3刨削 插削和拉削加工 4 3 2拉削加工在拉床上用拉刀加工工件的方法称为拉削 拉削加工是一种高生产率和高精度的加工方法 拉削加工的主运动是拉刀的直线运动 进给运动是依靠拉刀的后一个刀齿高出前一个刀齿实现的 刀齿的高出量称为齿升量af 拉削所用的刀具称为拉刀 拉刀的制造精度高 形状复杂 制造困难 成本高 所以拉削加工只适用于大批量生产 如圆孔拉刀的结构 拉刀 拉床 1 生产率高 2 加工精度高 一般可达IT8 IT7 表面粗糙度小 Ra可控制在0 8 0 4 m 3 拉床结构简单 操作方便 4 拉刀寿命长 5 加工范围较广 可加工平面 各种形状的通孔等 如下图所示 拉削加工的工艺特点 拉孔和推孔 图4 24推孔 图4 23拉孔 4 4铣削加工 在铣床上用铣刀加工工件的方法称为铣削 铣削加工的主运动是铣刀的旋转运动 进给运动是工件的直线运动 铣床的种类很多 常见铣床有 卧式升降台铣床 立式升降台铣床 圆台铣床和龙门铣床 4 4 1铣削过程1 铣削加工的切削用量在铣床上铣削工件时 铣削用量有 四要素 铣削速度V 进给量f 铣削宽度ae 铣削深度ap 常用铣床 万能卧式升降台铣床 1 底座2 床身3 悬梁4 主轴5 支架6 工作台7 回转盘8 床鞍9 升降台 常用铣床 床身 底座 主轴 工作台 床鞍 滑座 升降台 立式升降台铣床 常用铣床 床身 主轴箱 工作台 床鞍 滑座 立柱 圆台铣床 常用铣床 龙门铣床 铣削用量四要素 铣削速度V 1 铣削速度V m s 指铣刀最大直径处切削刃的线速度 即式中 D 铣刀最大直径 单位 mm n 铣刀转速 单位 r min 2 进给量f 铣削时 进给量的表示方法有三种 每齿进给量fz mm 齿 铣刀每转一齿 工件对铣刀的移动量 每转进给量fr mm r 铣刀每转一转 工件对铣刀的移动量 每秒进给量fs mm s 铣刀每转一秒 工件对铣刀的移动量 三者之间的关系为 铣削用量四要素 进给量f 3 铣削宽度ae mm 指垂直于铣刀轴线方向测量的切削层尺寸 铣削用量四要素 铣削宽度ae 铣削用量四要素 铣削深度ap 4 铣削深度ap mm 指平行于铣刀轴线方向测量的切削层尺寸 铣削宽度ae与铣削深度ap 4 4 2铣削方式 铣平面是铣削加工的主要工作之一 常用的铣削方法有周铣法和端铣法两种 逆铣铣刀的旋转方向和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 逆铣时铣削力将工件上抬 易引起振动 这是不利之处 1 周铣法 逆铣时的铣削力 顺铣铣刀的旋转方向和工件的进给方向相同 铣削力的水平分力与工件的进给方向相同 工作台进给丝杠与固定螺母之间一般有间隙存在 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 引起打刀 采用顺铣法加工时必须采取措施消除丝杠与螺母之间的间隙 在铣削铸件或锻件等表面有硬皮的工件时 顺铣刀齿首先接触工件硬皮 加剧了铣刀的磨损 顺铣时的铣削力 2 端铣法 用分布在铣刀端面上的刀齿进行铣削的方法 端铣法可以通过调整铣刀和工件的相对位置 调节刀齿切入和切出时的切削厚度 达到改善铣削过程的目的 端铣法有对称铣与不对称逆铣 不对称顺铣三种方式 从减小刀齿切入工件时受到的冲击考虑 不对称铣比对称铣较为有利 端铣法 端铣法 3 周铣法和端铣法的比较 1 端铣法的加工质量和生产效率比周铣高 在大批量生产中端铣比周铣用得多 在刀齿切入阶段 刀齿完全切入工件的过渡时间越短 刀齿受到的冲击越大 刀齿完全切入工件时间的长短与刀具的接触角有关 接触角越大 刀齿全部切入工件的过渡时间越长 刀齿受到的冲击就越小 端铣时 铣刀与工件的瞬时接触角 较大 切削过程比较平稳 有利于提高加工质量 周铣法和端铣法的比较 端铣时刀齿与刀具的接触角 周铣时刀齿与刀具的接触角 端铣时 铣刀的主切削刃担任主要切削工作 副切削刃进行修光 所以工件的表面粗糙度较小 表面质量较高 端铣刀可以镶装硬质合金刀片 可高速铣削 生产效率较高 2 周铣法可使用多种形式的铣刀 能铣槽 铣成形表面 并可在同一刀杆上安装几把刀具同时加工几个表面 适用性好 在生产中用得也比较多 4 4 3铣削工艺特点及应用 1 铣削的工艺特点 1 同时参加切削的刀齿较多 生产率较高 2 刀刃的散热条件好 3 铣削时断续切削 冲击大 易产生振动 影响加工质量 4 铣削加工精度公差等级一般为IT9 IT8 表面粗糙度Ra值一般为6 3 1 6 m 2 铣削的应用 1 加工平面 2 加工各种沟槽 键槽 T型槽 燕尾槽等 3 还可以进行分度工作 加工多齿零件的齿槽 齿轮 链轮 棘轮 花键轴等 螺纹形表面及各种曲面 4 4 3铣削工艺特点及应用 4 4 4铣削与刨削加工分析比较 铣削与刨削是平面粗 半精加工的两种基本方法 但它们的工艺特点有较大差别 1 铣削与刨削加工的生产率对比多数情况下 铣削比刨削的生产率高 加工窄长零件时 刨削的生产率高 2 铣削与刨削的加工质量对比两者接近 精度都能达到IT9 IT7 表面粗糙度Ra值可达6 3 1 6 m 3 铣削与刨削的应用场合对比铣削 大批量生产 适应性强 加工范围广 可分度 可加工圆弧形和螺旋形沟槽 可加工离合器和齿轮 刨削 单件 小批量生产 加工范围较小 但可加工铣削无法加工的内孔键槽 多边形孔等 4 5磨削加工 磨削加工就是用磨料对工件表面进行切削加工的一种方法 是零件精加工的主要方法之一 它的应用范围很广 不仅能加工一般材料 如钢 铸铁等 还可以加工一般刀具难以加工的材料 如淬火钢 硬质合金及陶瓷等 4 5 1砂轮砂轮是磨削加工的主要工具 它是由磨料和结合剂构成的疏松多孔物体 磨粒 结合剂和空隙是构成砂轮的三要素 主要起切削作用 主要起粘接作用 主要起容屑和冷却作用 1 砂轮特性砂轮特性与磨粒 结合剂及砂轮的制造工艺密切相关 1 磨料磨料是制造砂轮的主要原料 起切削作用 所以磨料必须锋利 并具备高的硬度和一定的韧性 常用磨料 砂轮特性 常用磨料 砂轮的磨料 2 粒度取决于加工表面的粗糙度和生产率粒度是指磨料颗粒的大小 它分为磨粒与微粉 粒度号是指一英寸长度内的孔眼数 当磨料颗粒直径小于40 m时称为微粉 磨削余量大 加工表面粗糙度值越大 选用越粗的磨料 磨削余量小 加工表面粗糙度值越小 选用越细的磨料 砂轮特性 3 结合剂结合剂是砂轮中用来粘结磨料的物质 砂轮的强度 抗冲击性 耐热性及抗腐蚀能力主要取决于结合剂的性能 结合剂 陶瓷结合剂A 树脂结合剂S 金属结合剂J 高速 高精度磨削 能制成薄片砂轮 砂轮的结合剂 橡胶结合剂X 价格便宜 耐酸 耐碱 用的最多 使用90 以上 制造各种金刚石磨具 寿命长 可制造轴承沟道砂轮 无心磨砂轮 薄片砂轮 抛光砂轮等 砂轮硬度 砂轮特性 4 硬度砂轮硬度是指砂轮表面上的磨粒在外力作用下脱落的难易程度 易脱落的称软砂轮 反之称硬砂轮 同一种磨料可可做成不同硬度的砂轮 砂轮的软硬决定于结合剂的性能 数量及砂轮的制造工艺 砂轮特性 5 形状与尺寸根据机床类型与磨削加工的需要 砂轮制成各种标准的形状和尺寸 常用的砂轮形状 代号和用途见表 砂轮的代号 磨料白刚玉 GB60 ZR1AP400 50 203 外径 厚度 内径 形状平形砂轮 粒度号 硬度中软1 结合剂陶瓷结合剂 2 砂轮的安装 平衡与修整 1 砂轮的安装砂轮旋转速度高 若安装不当 工作时容易引起碎裂 所以在磨床上安装砂轮应特别注意 砂轮的安装 平衡与修整 2 砂轮的平衡砂轮旋转速度高 为使砂轮平稳工作 一般直径大于125mm的砂轮都要进行平衡 使砂轮的重心与其旋转轴线重合 砂轮的平衡方法就是在砂轮法兰盘的环形槽内装入几块平衡块 通过调整平衡块的位置 使砂轮重心与回转轴线重合 砂轮的安装 平衡与修整 3 砂轮的修整砂轮工作一定时间后会逐渐磨损 磨损表现为磨耗磨损和破碎磨损 砂轮的自锐性有限 应及时修整 保证砂轮有合理使用寿命 否则会引起振动 Ra值增大 表面烧伤或裂纹等 砂轮常用修整工具有单粒金刚石 金刚石粉末烧结型修整器等 修整时应使用充足的切削液 砂轮的安装 平衡与修整 4 5 2磨削工艺 1 磨削原理磨削是用砂轮表面的磨粒从工件表面切除细微的金属层 磨削时砂轮表面上有许多磨粒参与磨削工作 每个磨粒都可以看做是一把微小的刀具 磨削是磨粒对工件的滑擦 刻划和切削三个过程的综合作用 1 滑擦阶段磨粒刚开始与工件接触时 由于切削厚度非常小 磨粒只是在工件上滑擦 砂轮和工件接触面上只有弹性变形和由摩擦产生的热量 2 刻划阶段随着切削厚度逐渐加大 磨粒逐渐切入工件表层材料中 表层材料被挤向磨粒的前方和两侧 工件表面出现沟痕 沟痕两侧产生隆起 3 切削阶段当磨粒的切削厚度增加到某一临界值时 磨粒前面的金属产生明显的剪切滑移形成切屑 2 磨削的工艺特点 1 磨削是一种精加工方法 尺寸精度可达IT6 IT7 表面粗糙度能达到0 1 m以下 2 径向分力Fy较大 工件易产生变形 影响尺寸和形状精度 在最后工序 吃刀量应尽量小 消除这种误差 4 5 2磨削工艺 3 砂轮具有自锐性 可部分地恢复砂轮的切削能力 但自锐性是有限的 在磨削一定时间后 仍需对砂轮进行修整 4 磨削温度高 磨削速度高 砂轮与工件挤压 摩擦严重 单位能耗大 砂轮导热性差 瞬时高温可达800 1000 要用大量切削液降温 5 可加工高硬度材料 除加工一般材料外 可加工淬硬钢 耐热钢 硬质合金等 但不宜精加工韧性较大的有色金属 6 加工工艺范围广泛 可加工外圆面 内孔 平面 螺纹 齿形等成形面 还可刃磨刀具 不仅用于精加工 也可用于粗加工 毛坯去皮加工 4 5 2磨削工艺 常用的磨削方法 4 5 3磨削方法 1 外圆磨削方法 4 5 3磨削方法 1 纵磨法纵磨法即纵向进给磨削 砂轮高速旋转是主运动 工件除了旋转外 还和工作台一起纵向往复运动 在磨削的最后阶段 要作几次无横向进给的光磨行程 以消除由于径向磨削力作用的影响 直到磨削火花消失为止 纵磨法因磨削深度小 磨削力小 散热条件好 所以磨削精度较高 表面粗糙度较小 但由于工作行程次数多 生产率较低 它适用于在单件 小批生产及精磨 或磨削细长的外圆表面 1 外圆磨削方法 2 横磨法横磨法即横向进给磨削 砂轮旋转是主运动 工件作圆周进给运动 砂轮相对工件作连续或断续的横向进给运动 直到磨去全部余量 横向进给磨削的生产效率高 但加工精度低 表面粗糙度较大 这是因为横向进给磨削时工件与砂轮接触面积大 磨削力大 发热量多 磨削温度高 工件易发生变形和烧伤 它适用于在大批大量生产中加工刚性较好的工件外圆表面 若将砂轮修整成一定形状 还可以磨削成形表面 1 外圆磨削方法 3 无心外圆磨无心外圆磨即工件无中心支承的外圆磨削 磨削时 工件放在砂轮与导轮之间的托板上 不用中心孔支承 故称为无心磨削 导轮是用摩擦系数较大的橡胶结合剂制作的磨粒较粗的砂轮 其转速很低 靠摩擦力带动工件旋转 磨削砂轮和工件的轴线总是水平放置的 而导轮的轴线通常倾斜一个角度 其目的是使工件获得一定的轴向进给速度 无心磨削的生产效率高 易实现自动化 加工精度高 可达IT5 IT6 表面粗糙度Ra1 25 0 16 m 但所能加工的零件具有一定的局限性 不能磨削断续表面 如花键 单键槽表面 无心外圆磨在无心外圆磨床上进行 无心外圆磨削的加工示意图 无心外圆磨床 4 5 3磨削方法 2 平面磨削方法平面磨削常用来磨削齿轮端面 滚动轴承环 活塞环及大型工件的平面 它与平面铣类似 分为周磨和端磨两种方式 1 周磨法周磨是利用砂轮的外圆面进行磨削 周磨平面采用卧轴矩台平面磨床 因为砂轮和工件接触面较小 发热量少 冷却和排屑条件较好 所以周磨法可获得较高的加工精度和较小的的表面粗糙度值 主要加工质量要求高的工件 但刚性小 磨削用量较小 生产率低 适于精磨 2 平面磨削方法 2 端磨法端磨是利用砂轮的端面磨削 端磨一般用立轴平面磨床 端磨的砂轮直径比较大 能一次磨出工件的全宽 磨削面积较大 生产率较高 适用于大批量生产 但端面磨削时砂轮和工件表面是成弧形线或面接触 接触面积大 冷却困难 且磨屑不易排除 所以加工精度较低 表面粗糙度值较大 适于粗磨或半精磨 4 5 3磨削方法 3 内圆磨削方法内圆磨削可以在内圆磨床上进行 也可以在万能外圆磨床上进行 目前广泛应用的内圆磨床是卡盘式的 加工时工件夹持在卡盘上 工件和砂轮按相反方向旋转 同时砂轮还沿被加工孔的轴线作直线往复运动和横向进给运动 内圆磨床用来加工容易固定在机床卡盘上的工件 如齿轮上的孔 滚珠轴承环 锥孔等 内圆磨削也分为纵磨法和横磨法 4 5 3磨削方法 内圆磨削的工艺特点 1 内圆磨削用的砂轮直径小 为孔径的0 6 0 9倍 磨削速度低 砂轮磨损快 需要修整和更换 因此生产率较低 表面粗糙度数值大 2 砂轮轴的直径小 悬伸长 刚性差 不宜采用大的磨削深度和进给量 这也将使生产率低 表面粗糙 3 磨孔一般仅适用于淬硬孔的精加工 先进磨削方法 4 磨削的发展磨削的两个发展方向 一个是高精度 小粗糙度磨削 另一个是高效磨削 1 高精度 小表面粗糙度磨削它包括精密磨削 Ra为0 05 0 1 m 超精密磨削 Ra为0 012 0 025 m 和镜面磨削 Ra 0 008 m 是近年来发展很快的先进磨削方法之一 不仅磨削质量好 生产率高 而且可以代替研磨加工 高精度 小表面粗糙度磨削必须在刚度好的高精度磨床上进行 还要合理选用工艺参数 此外砂轮的修整技术及切削液的选择和使用等都有相应的要求 先进磨削方法 2 高效磨削磨削速度v 50m s的磨削加工称为高速磨削 生产率高 加工精度高 表面粗糙度低 3 强力磨削 大切深 缓进给磨削强力磨削是指大切深 一次磨削深度可达几毫米甚至几十毫米 缓进给 工件的纵向进给速度仅为10 30mm min 磨削 强力磨削的生产率很高 但对磨床 砂轮及冷却方式的要求很高 4 砂带磨削砂带磨削是用砂带代替砂轮的一种磨削方法 是一种新的高效磨削方法 砂带磨削的设备简单 操作方便 生产效率高 加工质量好 是磨削加工的发展方向之一 应用范围越来越广 4 6光整加工 光整加工是生产中常用的精密加工 常用的光整加工方法有研磨 珩磨 超级光磨 抛光等 光整加工的目的是使工件获得极低的表面粗糙度 Ra 0 025 m 4 6 1研磨1 加工原理研磨是在刚性研具上注入研磨剂 在一定压力下 通过研具与工件的相对运动 借助磨粒的微切削作用 除去微量的工件材料 以达到高级几何精度和优良表面粗糙度的加工方法 研磨时 工件和研具之间的相对运动较复杂 研磨剂中的每一颗磨粒一般都不会在工件表面上重复自己的运动轨迹 具有较强的对误差与缺陷的修正能力 研磨 研具材料应软硬适当 组织均匀 一般为软钢 铸铁 红铜 铝 塑料等 粗研时采用铜 铝 精研时常用铸铁 它适于加工各种材料 并能保证研磨质量和生产率 研磨剂由磨料 研磨液和辅助填料混合而成 磨料 起切削作用 种类有金刚石微粉 刚玉 碳化硅 氧化铝等 研磨液 起冷却和润滑作用 并能使磨粒均匀分布在研具表面 通常用煤油 机油 汽油等 辅助填料 起调和磨料 使金属表面形成极薄的化合物薄膜的作用 常用油酸 凡士林 硬脂酸等 2 研磨方法研磨分手工研磨和机械研磨两种 手工研磨是手持研具进行研磨 研磨外圆时 可将工件装夹在车床卡盘上或顶尖上作低速旋转运动 研具套在工件上用手推动研具作往复运动 机械研磨在研磨机上进行 研磨 手工研磨 机械研磨 3 研磨特点 1 加工表面质量高 研磨外圆可获得很高的尺寸精度 IT6 IT5 和极小的表面粗糙度 Ra为0 2 0 012 m 以及较高的形状精度 圆度误差为0 003 0 001mm 但研磨不能提高位置精度 2 研磨的设备和研具简单 成本低 容易保证质量 3 研磨前加工面要进行良好的精加工 研磨余量在直径上一般为0 1 0 03mm 生产效率较低 4 研磨的应用研磨可加工钢 铸铁 硬质合金 光学玻璃 陶瓷等多种材料 研磨可对平面 圆柱面 孔 锥面 齿轮面进行光整加工 常作为精密零件的最后加工工序 研磨 1 珩磨原理及珩磨头 4 6 2珩磨 珩磨是利用带有磨条 油石 的珩磨头对孔进行精整 光整加工的方法 1 加工原理珩磨时 工件固定不动 珩磨头由机床主轴带动旋转并作往复直线运动 在相对运动过程中 磨条以一定压力作用于工件表面 从工件表面上切除一层极薄的材料 其切削轨迹是交叉而不重复的网纹 珩磨可获得很高的加工精度和很小的表面粗糙度 珩磨示意图 2 珩磨的工艺特点 1 珩磨可提高孔的表面质量 Ra可达0 4 0 05 m 尺寸精度 IT7 IT6 和形状精度 圆度和圆柱度误差 0 005mm 但不能提高位置精度 2 珩磨的设备简单 成本低 3 与磨削速度相比 珩磨头的圆周速度虽不高 但由于砂条与工件的接触面积大 往复速度相对较高 所以珩磨仍有较高的生产率 3 珩磨的应用范围珩磨在大批大量生产中广泛用于加工精密孔 孔径范围为 15 1500 并可加工长径比大于10的深孔 但珩磨不适用于加工塑性较大的有色金属工件上的孔 也不能加工带键槽的孔 花键孔等断续表面 珩磨 1 加工原理超级光磨是用细粒度 低硬度的磨条进行微量磨削的一种光整加工方法 加工时工件作低速旋转 磨条以恒定压力压向工件表面 在磨头沿工件轴向进给的同时 磨条作轴向低频振动 对工件表面进行修磨 加工运动 A 工件低速回转运动 B 磨条轴向进给运动 C 磨条高速往复振动 超级光磨需加注大量冷却润滑液 一方面为了清除切屑 一方面为了形成油膜 4 6 3超级光磨 2 加工过程超级光磨可分为四个阶段 1 强烈切削阶段 少数波峰上压强很大 切削作用剧烈 2 正常切削阶段 接触面积增大 接触压强减小 切削作用减弱 3 微弱切削阶段 接触面积进一步增大 接触压强进一步减小 磨条起抛光作用 4 停止切削阶段 工件被研平 接触压强很小 磨条与工件之间形成连续的油膜 切削自动停止 4 6 3超级光磨 3 超级光磨的工艺特点 1 超级光磨适用于轴类零件圆柱表面的光整加工 2 超级光磨能减小工件的表面粗糙度 Ra可达0 1 0 01mm 但不能提高尺寸精度和形状位置精度 工件精度由前工序保证 3 设备简单 自动化程度较高 操作简便 生产效率高 4 6 3超级光磨 1 抛光原理抛光原理与研磨相似 只是研具采用无纺布等软质材料 抛光加工模型如图 是磨粒 1 m以下 的微小塑性切削作用和加工液的化学性溶析作用的结合 抛光轮由毛毡 皮革 尼龙等材料制成 抛光膏用油脂 硬脂酸 煤油 石蜡等 和磨料 氧化铁 氧化铬 混合调制而成 4 6 4抛光 抛光是在高速旋转的抛光轮上涂以抛光膏 对工件表面进行光整加工的方法 抛光原理 续 抛光是依靠抛光膏的机械刮擦和化学作用去除工件表面粗糙度的凸峰 使表面光亮 抛光一般不去除加工余量 因而不能提高工件的精度 有时可能还会损坏已获得的精度 抛光也不可能减小零件的形状和位置误差 工件表面经抛光后 表面层的残余拉应力会有所减少 2 抛光的工艺特点 1 抛光一般不能提高工件形状精度和尺寸精度 主要用于表面装饰加工及电镀前的预加工 2 可加工外圆 孔 平面 也可加工自由曲面 4 6 4抛光 研磨 珩磨 超级光磨 抛光的对比 社会发展对制造业提出的新要求 1 解决各种难切削材料的加工问题2 解决各种复杂表面的加工问题3 解决各种超精或具有特殊要求的零件的加工问题 特种加工的特点 1 主要利用电能 电化学能 声能 光能 热能等去除材料 而不是依靠机械能 2 工具硬度可以低于被加工材料的硬度3 加工过程中工具和工件之间不存在显著的切削力 4 7特种加工 常用特种加工方法分类表 1 电火花加工基本原理 利用工具电极与工件电极之间脉冲性火花放电时的电腐蚀现象来去除多余的金属 达到加工的目的 火花放电时产生瞬时高温 工件材料被熔化和气化 使工具和工件表面都电蚀掉一小部分金属 各自形成一个小凹坑 下右图 随着相当高频率 连续不断地重复放电 工具电极不断地向工件进给 就可以将工具的形状复制在工件上 加工出所需要的零件 整个加工表面由无数个小凹坑组成 4 7 1电火花加工 加工条件 1 工具与工件之间保持适当间隙自动进给调节系统 2 火花放电必须是脉冲性放电采用脉冲电源 3 在有一定绝缘性能的介质中放电液体绝缘介质 同时 该处绝缘液体也被局部加热 急速气化 体积发生膨胀 随之产生很高的压力 在这种高压作用下 已经熔化 气化的材料就从工件的表面迅速被除去 电火花加工系统1 工件2 脉冲电源3 自动进给调节系统4 工具5 工作液6 过滤器7 工作液泵 2 电火花加工系统上述加工条件是由电火花加工系统来实现的 电火花加工机床 工具电极材料 要求导电 损耗小 易加工 常用材料 紫铜 石墨 铸铁 钢 黄铜等 其中石墨最常用 工作液 必须具有较高的绝缘强度 有利于产生脉冲性火花放电 加速电蚀产物排出 对电极表面有较好的冷却作用 常用工作液有煤油 机油 去离子水 乳化液等 放电间隙 合理的间隙 常为几微米至几百微米 是保证火花放电的必要条件 为保持适当的放电间隙 在加工过程中 需采用自动调节器控制机床进给系统 并带动工具电极缓慢向工件进给 电火花加工工作要素 脉冲宽度与间隔 影响加工速度 表面粗糙度 电极消耗和表面组织等 脉冲频率高 持续时间短 则每个脉冲去除金属量少 表面粗糙度值小 但加工速度低 通常放电持续时间为10 7 10 3s 各个脉冲的能量2mJ到20J之间 不受加工材料硬度限制 可加工任何硬 脆 韧 软的导电材料 加工时无显著切削力 发热小 适于加工小孔 薄壁 窄槽 形面 型腔及曲线孔等 且加工质量较好 脉冲参数调整方便 可一次装夹完成粗 精加工 易于实现数控加工 电火花加工特点 电火花加工应用 电火花打孔常用于加工冷冲模 拉丝模 喷嘴 喷丝孔等 型腔加工包括锻模 压铸模 挤压模 塑料模等型腔加工 以及叶轮 叶片等曲面加工 3 电火花加工特点及应用 局限性 1 主要加工金属等导电材料2 加工速度较慢3 有电极损耗 影响加工精度 基本原理 用连续移动的钼丝 或铜丝 作工具阴极 工件为阳极 机床工作台带动工件在水平面内作两个方向移动 可切割出二维图形 同时 丝架可作小角度摆动 可切割出斜面 二维图形的运动轨迹可以用靠模仿形 光电跟踪 数字程序控制等方法控制 4 电火花线切割加工 电火花线切割机床 电火花线切割加工 加工过程显示 电火花线切割的特点及应用电火花线切割的特点 节省工具成本 缩短了生产周期 线电极损耗少 加工精度高 形状容易控制 电火花线切割应用 广泛用于加工各种硬质合金和淬硬钢的冲模 样板 各种形状复杂的板类零件 窄缝等 电火花数控线切割加工的过程中主要包含下列三部分内容 1 切割刀具 铜丝或钼丝 和工件之间的电腐蚀作用 2 电极丝沿其轴向 垂直或Z方向 作走丝运动 3 工件相对于电极丝在X Y平面内作数控运动 数控线切割机床的分类 数控线切割机床根据工作状态不同分为快走和慢走两种 快走丝机床用钼丝作为加工刀具 钼丝在使用中往复快速运动 工作中钼丝的运动速度可以达到10m s以上 数控线切割快走丝机床 慢走丝线切割机床使用铜丝作为切割加工刀具 加工中铜丝的运动速度最低只有20mm s 大大低于快走丝线切割机床 数控线切割慢走丝机床 1 工作原理 工件接阳极 工具 铜或不锈钢 接阴极 两极间加直流电压6 24V 极间保持0 1 1mm间隙 在间隙处通以6 60m S高速流动电解液 形成极间导电通路 工件表面材料不断溶解 溶解物及时被电解液冲走 工具阴极不断进给 保持极间间隙 4 7 2电解加工 电解加工的化学反应比较复杂 随工件材料 电解液成分等不同而不同 若用氯化钠水溶液作电解液 工件材料为钢时 主要电化学反应为 1