第1章 机械加工方法2.ppt

第1章机械加工方法 第一节零件加工表面的形成方法第二节机械加工方法第三节特种加工方法 第一节零件加工表面的形成方法 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成为产品的过程中 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 m 0 m 0三种类型 不同类型将采用不同的工艺方法 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 m 0 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 m 0 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 m 0的制造过程 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 2 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 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 适合于加工超硬度 易碎等常规加工方法难加工的场合 特种加工近年来发展很快 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 2 m 0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 称为快速成形制造 RPM 方法 又称 快速成形技术 RP 是20世纪80年代后期迅速发展起来的一种新型制造技术 3 m 0的制造过程 认识快速成形 3 m 0的制造过程 集CAD CAM CNC 激光技术 新材料技术等先进技术于一体 CAD CAM技术 RP技术 激光技术 数控技术 新材料技术 图1 1传统加工与快速成型比较 快速成形技术原理 借助计算机辅助设计取得原型或零件几何形状 以此建立数字化模型 通过软件分层离散得到平面 利用计算机控制的机电集成制造系统 用激光束或其他方法将材料逐点 逐面地进行 三维堆积 成形 再经过后处理 使其在外观 强度和性能等方面达到设计要求 达到快速 准确地制造原型或零件 依据计算机上构成的产品三维设计模型 对其进行分层切片 得到各层截面的轮廓 按照这些轮廓 激光束选择性地切割一层层的箔材 或固化一层层的液态树脂 或烧结一层层的粉末材料 或喷射源选择性地喷射一层层的粘结剂或热熔材料等 形成一个个薄层 并逐步迭加成三维实体 叶轮盘快速原形制作流程图 构造三维模型 模型近似处理 成型方向选择 切片处理 前处理 分层叠加成形 后处理 光固化原型 SLA 叠层实体制造 LOM 选择性激光烧结 SLS 熔融沉积制造 FDM 工件剥离或去支撑等 强硬化处理 表面处理 典型快速成形系统 典型的快速成型系统 光固化快速成型SLA 液槽中盛满液态光固化树脂 激光束在偏转镜作用下 能在液态表面上扫描 扫描的轨迹及光线的有无均由计算机控制 光点打到的地方 液体就固化 图1 3光固化快速成型原理 光固化快速成型 典型的快速成型系统 光固化快速成型SLA 典型的快速成型系统 叠层实体成型LOM 图1 4叠层实体成型原理 工艺原理 将单面涂有热溶胶的薄材通过加热辊加热粘接在一起 位于上方的激光切割器按照CAD分层模型所获数据 通过CO2激光束在计算机控制下根据零件分层几何信息 将薄材切割出零件截面轮廓和工件外框 并在截面轮廓与外框之间多余的区域内切割出上下对齐的网格 叠层实体制造 LOM 图1 4叠层实体成型原理 当本层完成后 再铺上一层薄材 用热压辊碾压并加热 以固化黏结剂使新铺上的一层牢固地粘接在已成形体上 再切割该层的轮廓 如此反复逐层切割 粘合 切割 直到加工完毕 最后去除切碎部分以得到完整的零件 典型的快速成型系统 叠层实体成型LOM 典型的快速成型系统 叠层实体成型LOM 典型的快速成型系统 选择激光烧结 SLS 图1 5SLS成型原理 工艺原理 采用铺粉辊将一层粉末材料平铺在已成型零件的上表面 并加热至恰好低于该粉末烧结点的某一温度 控制系统控制激光束按照该层的截面轮廓在粉层上扫描 使粉末的温度升至熔化点 进行烧结并与下面已成型的部分实现粘接 典型的快速成型系统 选择激光烧结 SLS 图1 5SLS成型原理 当一层截面烧结完后 工作台下降一个层的厚度 铺料辊又在上面铺上一层均匀密实的粉末 进行新一层截面的烧结 直至完成整个模型 典型的快速成型系统 选择激光烧结 SLS 选择性激光烧结 SLS 第二节机械加工方法 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 零件的加工方法 2 1车削加工2 2铣削加工2 3刨 插 拉削加工2 4钻削加工2 5镗削加工2 6齿轮齿面的加工2 7复杂曲面加工2 8磨削加工 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 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 6 m 精车时 可达IT6 IT5 表面粗糙度可达Ra0 4 0 1 m 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 2 1车削加工 图1 6卧式车床的典型加工 图1 5a车床所加工零件 图1 5b车床所加工零件 图1 5c车床所加工零件 图1 5d车床所加工零件 车圆柱面车圆锥面车成形面 车螺纹攻螺纹滚压螺纹 螺纹加工 铣削的主切削运动是刀具的旋转运动 铣削刀具一般为多刃刀具 加工精度一般可达IT8 IT7 Ra6 3 1 6 m 普通铣削一般只能加工平面 沟槽 用成形铣刀可加工固定的曲面 用数控铣可铣出复杂曲面 图1 6ab 周铣法 平面是由铣刀的外圆面上的刃形成 图1 7a 端铣法 平面是由铣刀的端面刃形成 称为图1 7b 2 2铣削加工 图1 6a铣削加工 图1 6b铣削加工 图1 7铣削方式 a 周铣法 b 端铣法 1 铣削工艺特点 生产率较高多齿工作 旋转运动利于高速铣削 容易产生振动由于多齿的切入 切出 形成冲击 切削过程不稳定 易产生振动 刀齿散热条件较好多齿工作 每个齿间隙时间 可以得到一定冷却 散热条件较好 切入 切出冲击限制表面质量的提高 也加剧了刀具的磨损和破损 往往导致硬质合金刀片的碎裂 2 铣削方式 铣削方式是指铣削时铣刀相对于工件的运动和位置关系 不同的铣削方式对刀具寿命 工件的加工表面粗糙度 铣削过程的平稳性及切削加工的生产率等都有很大的影响 1 周铣法 周铣法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 逆铣和顺铣 逆铣 铣刀旋转切入工件的方向与工件的进给方向相反 顺铣 铣刀旋转切入工件的方向与工件的进给方向相同 图1 8逆铣与顺铣 2 端铣法 刀齿切入工件与切出工件的切削厚度ac相同者称为对称铣削 刀齿切入时的切削厚度小于或大于切出时的切削厚度者称为不对称铣削 2 3刨 插 拉削加工 刨削时的主运动和进给运动均为直线运动 用于加工各种平面和沟槽 刨削比铣削平稳 加工精度一般可达IT8 IT7 表面粗糙度为Ra6 3 1 6 m 精刨Ra0 8 0 4 m 刨削速度不可能太高 故生产率较低 刨削加工 刨削加工 图1 10刨削加工 插削加工 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 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 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 3 m 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 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 2 4钻削加工 钻削加工 钻孔扩孔铰孔多孔的同时加工 镗孔是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 8 m 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 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 镗孔可以较正孔的位置 2 5镗削加工 图1 11镗床加工 齿轮齿面加工方法分为两类 成形法和展成法 成形法加工齿轮齿面 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 图1 12 展成法加工齿轮齿面 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 图1 13 2 6齿轮齿面的加工 图1 12成形法加工齿面 滚齿加工 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 图1 13展成法加工齿面 主运动 滚刀旋转运动 进给运动 滚刀沿齿坯轴向运动 展成 啮合 运动 齿坯与滚刀按一定速比转动 成形法加工齿轮展成法加工齿轮滚齿插齿剃齿珩齿磨齿 加工齿轮 2 7复杂曲面加工 三维曲面加工 主要采用仿形铣和数控铣或特种加工方法 仿形铣必须有原型作为靠模 加工中球头仿形头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 2 7复杂曲面加工 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 加工中心加工复杂曲面的优点 加工中心上有刀库 配备几十把刀具 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 加工中心具有刀库 复杂曲面加工 磨削加工既能作为精加工 超精加工 也能作为粗加工 能加工普通材 超硬材料 磨削分为外圆磨 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 适用于淬硬或不淬硬表面 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 磨削加工经济精度 IT4 IT6级 表面粗糙 Ra0 01 1 25 2 8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 2 8磨削加工 图1 14磨削加工 纵磨法磨削外圆柱面纵磨法磨削小锥度长圆锥面 磨孔珩磨研磨 1 平面加工实例 2 磨床主轴加工实例 第三节特种加工方法 特种加工 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 加工对象 难加工材料 较低刚度或复杂形状的特殊零件 加工特点 利用电能 电化学能 光能 热能等去除材料 工具硬度可以低于被加工材料的硬度 加工过程中工具和工件之间不存在显著的切削力 常用特种加工方法分类表 3 1电火花加工3 2电解加工3 3激光加工3 4超声波加工 工作原理 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 工具电极 一般为钼丝 钨丝或铜丝 3 1电火花加工 进给系统 放电间隙 工具电极 工件电极 直流脉冲电源 工作液 图1 15电火花加工原理图 3 1电火花加工 电火花的加工精度 粗加工 Ra10 20 m 半精加工 Ra2 5 10 m 精加工 Ra0 32 2 5 m 应用 加工硬 脆 韧 软和高熔点的导电材料 加工半导体材料及非导电材料 加工各种型孔 曲线孔和微小孔 加工各种立体曲面型腔 如锻模 压铸模 塑料模 切断 切割以及进行表面强化 刻写 打印铭牌和标记等 图1 16线切割加工原理图 图1 17线切割机床及加工 电火花线切割机床 电火花线切割加工 加工过程显示 电火花视频 原理 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 3 2电解加工 图1 18电解加工原理图 10 24V 0 5 2MPa 0 05 1 0mm 特点 工作电压小 工作电流大 以简单的进给运动一次加工出形状复杂的型面或型腔 可加工难加工材料 生产率较高 约为电火花加工的5 10倍 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 平均加工公差可达 0 1mm左右 附属设备多 占地面积大 造价高 电解液既腐蚀机床 又容易污染环境 3 2电解加工 应用 加工型孔 型腔 复杂型面 小直径深孔