第三章机械加工工艺方法与装备(机)参考资料

第三章机械加工工艺方法与装备TechnicalMethodsandEquipmentsofMechanicalProcessing,第一节加工工艺方法TechnicalMethodsofMechanicalProcessing,一、车削Turning,(一）车床加工的典型零件与运动,（二）车床类型,车床类型,普通车床立式车床六角车床落地车床数控车床.,主运动：工件的回转。进给运动：刀具的直线移动。,二、铣削Milling,（一）铣床加工的典型零件与运动,主运动：铣刀的回转。进给运动：工件的直线移动。,（二）铣床类型,铣床类型,立式升降台铣床卧式升降台铣床龙门铣床数控铣床,（三）铣削方式,1.顺铣:切削方向与进给方向相同.,2.逆铣:切削方向与进给方向相反.,1,四、磨削Grinding,（一）磨床加工的典型零件与运动,主运动：砂轮的旋转运动。,进给运动：圆周进给运动工件的回转径向进给运动（横向进给运动）砂轮架的径向移动轴向进给运动（纵向进给运动）工作台的往复直线移动,以磨料磨具为砂轮为例,（二）磨床类型,磨床类型,外圆磨床内圆磨床无心外圆磨床平面磨床,五、钻削与镗削DrillingandBoring,（二）刨床类型,（一）刨床加工的典型零件与刨刀,三、刨削Planing,刨床类型,牛头刨床龙门刨床单臂刨床插床.,3.对称铣削:,4.不对称铣削:,不对称逆铣,不对称顺铣,5.周边铣削与端面铣削,2,(二）镗削,1.镗床加工的典型零件与运动,主运动：镗刀的旋转运动进给运动：镗刀的轴向进给运动工件台的直线移动主轴箱的垂直移动平旋盘径向刀架的径向移动,2.镗床类型,镗床类型,普通镗床坐标镗床金刚石镗床数控镗床落地镗床,（三）钻削与镗削的区别,钻削,镗削,在实体工件上加工孔孔径比较小加工精度较低,在已有孔工件上加工孔孔径比较大加工精度高,六、齿面加工ToothsurfaceProcessing,2.钻床类型,进给运动：钻头或工件的轴向移动。,主运动：钻头的旋转（个别情况为工件的旋转如某些深孔钻床。,钻床类型,立式钻床摇臂钻床台式钻床深孔钻床数控钻床,1.钻床加工的典型零件与运动,（一）钻削,3,2.按齿面加工工艺方法分,展成法齿轮加工机床成形法齿轮加工机床,3.按机床加工用途分,制齿用(成形)齿轮加工机床提高精度用齿轮加工机床,七、复杂曲面加工ManufacturingComplexCurvedSurface,复杂曲面:指不规则曲面和三维曲面.,加工工艺方法,仿形法(采用仿形加工机床)采用数控机床,1.按齿轮类型分类,直齿圆柱齿轮加工机床,斜齿圆柱齿轮加工机床,直齿圆锥齿轮加工机床,弧齿圆锥齿轮加工机床,（二）齿面加工机床分类,1.成形法,2.展成法,（一）齿面加工工艺方法简介,齿面加工工艺方法,成形法展成法,无屑加工如热轧、冷轧、压铸、粉末冶金、注塑等,切削加工,4,特种加工方法,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)等离子加工(PAM),八、特种加工SpecialManufacturing,特种加工方法: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方法的总称.,传统加工方法难以解决的问题,各种特种材料的加工(高硬度、高强度、高韧性、高脆性金属及非金属)特殊复杂表面的加工：如各种异形孔、微孔、微缝特殊零件的加工：如细长轴、薄壁零件、弹性元件等低刚度零件的加工,特种加工方法与常规加工方法在加工原理上的主要区别：,5,电解加工原理：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加工成形的。,(二)电解加工（ElectrolysisMachining),电火花加工基本原理：通过根据和工件（正负电极）之间脉冲性火花放电时的电腐蚀现象，来蚀除多余的金属，以达到对零件尺寸、形状及表面质量的加工要求。,(一)电火花加工（电腐蚀加工）EDM（ElectricalDischargeMachining),区别,1主要用机械能以外的能量（如电、光、声、热等）去除工件上的多余金属。2工具的硬度可以低于被加工工件材料的硬度。3加工中，工件和使用的刀具不受显著的切削力作用。,特点,1低电压（624V）、大电流（50020000A）；2机床运动简单；3生产率高（约为EDM的510倍）；4加工时不产生切削热及切削力，适合加工弹性及薄壁零件；5设备占地面积大，附属设备多6容易污染环境并腐蚀机床。,6,九、加工方法选择ChoiceofManufacturingMethods,超声波加工原理：超声波加工是利用超声频（1625kHz)振动的工具端面冲击工作液中的悬浮磨料，由磨料对工件表面撞击抛磨，从而实现对工件加工的工艺方法。,(四)超声波加工USM（UltrasonicMachining),激光束加工原理：将激光经过聚焦形成一束具有极高能量密度与温度的光斑（1071010W/平方厘米;10000)，当光斑射在被加工工件表面上时，工件材料瞬时急剧熔化和蒸发，并产生强烈的冲击波，使熔化的物质呈爆炸式地喷射而被去除。,（三）激光束加工LBM（LASERBeamMachining),选择依据,零件表面形状尺寸精度及位置表面粗糙度可加工性结构形状及轮廓尺寸生产类型成本设备条件,7,第二节金属切削机床Metal-CuttingMachineTools,一、金属切削机床的分类MachineToolClassification,（一）机床的分类方法与类型,1.按机床的加工方式和使用刀具分类,该方法是最基本的分类方法。在每一大类中，按其结构、性能、工艺特点的不同，还可以细分成很多型式（组、型别）,按其加工性质和所用的刀具进行分类（11类）,车床,钻床,镗床,磨床,齿轮加工机床,螺纹加工机床,铣床,刨插床,拉床,锯床,其它机床,8,2.按照工艺范围（通用性程度）进行分类,（1）通用机床：用于加工不同类型工件的不同工序。特点：结构复杂，加工精度不高。应用：单件小批生产，机修、工具车间。,（2）专门化机床：用于加工不同尺寸的一类或几类零件的某一工序。特点：结构简单，生产率高，加工精度较高。应用：成批或大批大量生产。,（3）专用机床：用于加工某一零件的指定工序，是根据特定的工艺要求专门设计制造的。特点：生产率、自动化程度高，加工精度稳定。应用：大批大量生产。,3.按照加工精度的不同进行分类,按照工艺范围（通用性程度）进行分类（3类）,通用机床,专门化机床,专用机床,按照加工精度的不同进行分类（3类）,普通精度级机床,精密级机床,高精度级机床,9,4.按机床的自动化程度不同进行分类,5.按照质量和尺寸不同进行分类,6.按主要器官的数目不同进行分类,自动机床：不需工人直接参与，能够自动完成整个加工循环，且当一个工工件加工完后，能够自动重复这个工作循环的机床。,半自动机床：除装、夹、卸料外，其它动作能够自动完成的机床。,按照自动化程度不同进行分类（4类）,手动机床,机动机床,半自动机床,自动机床,按照质量和尺寸不同进行分类（5类）,仪表机床,中型机床,大型机床10t,重型机床30t,超重型机床100t,按主要器官的数目不同进行分类,单轴,多轴,单刀,多刀,10,（二）机床型号编制方法,1.通用机床的型号编制方法,（1）通用机床的型号构成,我国机床的型号组成是由汉语拼音字母和阿拉伯数字按一定规律排布而成。,（2）类别代号,（3）通用及结构特性代号,结构特性代号表示区分相同类型、相同主参数，而结构有所不同的机床。该代号由机床生产厂家根据自身情况确定。,（4）组、型别代号,组、型别代号用2位阿拉伯数字表示。在每一类机床中，从09分成10个不同的组；在每一组中，又从09分成10个不同的型。,（5）主参数代号,主参数：用来表示机床加工能力、规格大小的一种参数。用阿拉伯数字表示。一般为机床上的一个尺寸。,主参数代号为主参数的折算值，折算率有（1：1、1：10、1：100）。各种不同机床主参数代号的折算率见GB的有关规定。,（6）机床重大改进序号,当某一种定型机床的结构和性能有重大改进时，按其设计改进的次序用汉语拼音“A、B、C、D、E）来表示，并附在机床型号的末尾。,11,2.专用机床的型号编制方法,说明：设计单位代号：用汉语拼音字母组成。各大机床厂和研究设计院所的设计单位代号由北京机床研究所统一规定该代号。,设计顺序号：按单位的设计顺序编排，由“001”开始。设计单位代号与设计顺序号间用“”分开，读做“之”。,3.组合机床的型号编制方法,说明：设计单位代号：同上,分类代号：大型组合机床U小型组合机床H自动换刀数控组合机床K自动线在分类代号后加X,设计顺序号：同上,重大改进号：同上,几点说明：（1）在该编制方法颁布前，我国于1957、1959、1971、1976年已颁布了四次。（2）除型号编制法规定外，对一些已经定型的产品，允许保留其型号。如SK360。（3）注意新旧标准之间的差别。如C620C6140、Y38Y3150,12,二、机床传动分析TransmissionAnalysis,传动系统(TransmissionSystem)：为了使执行件运动，由动力源和各种传动元件、执行件等组成的系统。,（一）传动系统图,传动系统图(TransmissionSystemChart)：是表达机床全部运动、传动关系的示意图。它重点表示传动关系，而不表示各元件的实际尺寸和位置。,绘图要求：,1.尽量画在一个能够反映机床外形和各主要部件相互外的投影平面内，且不出格。,2.各传动元件按运动传递的先后顺序以展开图的形式画出。,3.在图上应该标注一些数据，包括：齿轮、蜗轮齿数；皮带轮直径；丝杠螺距及头数；电动机功率及转速；传动轴编号；齿轮模数等。,4.有相互传动关系的一对传动副，在图示无法表达相互啮合时，可用虚线或大括号加以联接。,5.轴用加粗实线、传动元件用粗实线、轮廓线用细实线画出。,6.各传动元件的表示方法按GB规定来画。,传动链(TransmissionChain)：用来实现某个运动的一条连贯的传动环节。,或：用各种传动元件将动力源与执行件或执行件与执行件连接起来，以实现传递运动和动力的传动系统称之为传动链。,端件(Ends)：传动链的两端（动力源或执行件）称之为传动链的两端件。,13,（二）CA6140普通车床主运动传动链分析,2.传动路线,1.传动链两端件主电动机主轴,传动路线：从传动链的一个端件到另一个端件所经过的路线。,传动路线表达式：用简单的符号来表达传动路线的式子。,计算位移：传动链两端件之间的运动关系。n电n主(r.p.m),转速级数及转速值计算：,分析传动链的方法,抓两头、连中间、找关系、算结果,n=23(1+22)=30n=23(1+22-1)=24,n主=n电(1-)u电-主,式中：皮带打滑系数；=0.02u电-主电机到主轴的传动比。,注意：（1）M1的正、反、停作用；,（2）由及的两个不同传动路线；,（3）高转速段、低转速段的由来。高速：n主=4501400r.p.m6级低速：n主=10500r.p.m18级,14,1.传动链两端件主轴（工件）刀架,（三）CA6140普通车床进给运动传动链分析,算结果：根据计算位移，列出运动平衡方程式。再根据运动平衡方程式计算出所需要的结果。,找关系：明确传动链两端件之间的计算位移运动关系。,连中间：找到从传动链的一个端件到另一个端件所有的传动路线，并用传动路线表达式写出来。,抓两头：找到传动链的两个端件。,2.连中间,（主轴）挂轮,进给箱,丝杠溜板箱切削螺纹,光杠溜板箱作一般性纵横向机动进给,3.车削螺纹传动链,四种螺纹简介：,公制螺纹（MetricThread):公制螺纹的特征参数是螺距T，标准规定T值是按分段等差数列排列。,英制螺纹（BritishSystemThread):英制螺纹的特征参数是以每英寸长度上的牙数值a来表示的，标准规定a值是按分段等差数列排列。其转换为螺距为：Ta=1/a英寸=25.4/a毫米由此可见，Ta为近似分段调和数列。,15,模数螺纹（MetricWorm)：模数螺纹是公制的蜗杆，其特征参数为蜗轮的模数m。标准规定m为分段等差数列。对应的螺距Tm=.m，由此可见，Tm亦为分段等差数列。,径节螺纹（DiameterPitchorBritishSystemWorm)：径节螺纹即为英制蜗杆，其特征参数为径节DP，DP值是按分段等差数列排列的。径节螺纹的螺距TDP为：,TDP=t杆=t轮=/DP英寸=25.4/DP毫米由此可见，TDP亦为分段调和数列。,四种螺纹比较,每一种螺纹的特征参数T、Ta、Tm、TDP均为分段等差数列；英制较公制多出25.4公因子；蜗杆较螺纹多出公因子；英制螺纹螺距Ta、TDP为分段调和数列。,（1）车削公制螺纹,计算位移主轴1转刀架移动S=KT,传动路线,运动平衡方程式：S=KT=158/5833/3363/100100/7525/36U基25/36U倍12,对上式整理之得：S=KT=7U基U倍或1主轴7U基U倍=P螺纹,代入不同的U基和U倍就可以得到CA6140普通车床车削公制螺纹螺距表。从表中可以看出，此时机床能切削的螺纹最大螺距为12毫米，若切削螺距大于12的螺纹，就需要采用扩大螺距传动路线。,16,方法,改变间的传动比，使原来的U=11,此时，扩大路线传动比U为：,U=58/2680/2044/4426/58=,50/5080/20,416,由此可见，经过扩大螺距传动路线时，从轴的传动比由正常螺距传动路线的1扩大为4或16。亦即螺距可以扩大4或16倍。,由以上分析可知，由于扩大螺距传动路线是利用主传动路线的一段而获得的，因此，当扩大倍数一定时，则主轴的转速限定在一定的范围之内。即导程可能扩大的倍数与主轴转速相互制约。,（2）切削英制螺纹,英制螺纹与公制螺纹的区别,螺距Ta为调和数列需要在Ta中增加常数25.4,传动路线调整：将公制螺纹传动中的基本组传动的主从动关系改变，使U基变为1/U基，同时，利用传动路线传动比的改变，增加常数因子25.4。,传动路线实现：将进给传动路线中的M3合上，同时将轴上的Z25滑移齿轮移到左端，其余与公制螺纹传动路线相同。运动平衡方程式:,移换机构：由M3与Z25移动构成了公英制螺纹转换的移换机构。,17,（3）切削模数螺纹,主要用于米制蜗杆中,根据模数螺纹与公制螺纹的区别对比可见，模数螺纹的螺距较公制螺纹螺距多出公因子，因此，只要在模数螺纹传动路线中，通过改变传动比增加即可。,实现：将公制路线中的挂轮改变，即由63/100.100/75换成64/100.100/97。,（4）切削径节螺纹,（5）切削非标准螺纹(Non-StandardThread),除上述四种螺纹外，CA6140还可以加工非标准螺纹。,实现：不经过进给箱中的变速组而直接通过内齿离合器M3、M4、M5接合将运动直接传动丝杠，利用改变挂轮来保证非标准螺纹的螺距。运动平衡方程式:1主轴U挂12=P螺纹,4.机动进给传动路线,传动顺序：主轴进给箱光杠溜扮箱刀架,传动路线表达式：,5.刀架快速移动传动路线(RapidTransmit),目的：减轻工人的劳动强度，缩短辅助时间。,实现：采用快移电机,传动路线：快移电机18/244/29刀架纵横向快移,问题：如果启动快移电机而不切断正常的机动进给传动路线，则快移电机和机动进给两个不同运动会同时输入给同一个传动元件轴，从而造成运动干涉。,18,解决办法：在左端安装超越离合器（OverrunningClutch),超越离合器结构：,超越离合器工作原理：,三、机床运动分析的基本概念BasicConceptionsofMotionAnalysis,（一）机床的运动,任何一台机床都是依靠刀具与工件的相对运动对工件进行加工的，或者说是对工件表面进行成形的。金属切削机床的实质就是利用机床上的不同运动使被加工零件表面成形，其结构就是保证这些运动的实现。,在机床的运动中，有些运动是用来直接形成工件表面的，有些运动是为了加工这些表面间接服务的。所以，从机床运动学的观点，将机床上的运动分成两类。,1.表面成形运动：直接参与切削过程，在工件上形成一定几何形状表面的刀具与工件之间的相对运动。,机床上的运动,表面成形运动（SurfaceFormativeMotion)辅助运动(AuxiliaryMotion),表面成形运动,主运动(CuttingMotion),进给运动(FeedMotion),19,2.辅助运动,辅助运动,切入运动：保证被加工表面得到需要的尺寸所需要的运动。（一般不参与切削，有时参与，视为进给运动）分度运动：逐一加工许多相同的局部表面时，工件周期换位所需要的运动。操纵及控制运动：空行程运动：,（二）工件表面的形成,零件是组成机器设备的最小单元，而这些零件本身往往是由具有一定形状的几何图形（表面）组成，因此，从几何学角度看，每一个表面都是由一条线（母线Generatrix)沿着另一条线（导线Directrix)运动的空间轨迹。这些线称之为表面的发生线（简称生线GeneratingLines)。,1.生线的形成方法及所需要的表面成形运动,切削刃：刀具切削部位与生线接触的形状。,三种切削刃形状,切削刃为一点切削刃为一与生线形状一致的线切削刃为一与生线形状不一致的线,（1）轨迹法（TracingMethod),要点,切削刃为一点，该点的运动轨迹即为所要形成的生线,结论,轨迹法形成一条生线需要一个表面成形运动,20,（2）成形法（FormingMethod),要点,切削刃为一条与所要形成生线形状相一致的线,结论,成形法形成一条生线不需要表面成形运动,（3）相切法（TangentMethod),要点,切削刃为一点，该点是回转刀具上的点，刀具的回转中心按一定轨迹运动,结论,相切法形成一条生线需要两个表面成形运动,（4）展成法（GeneratingMethod),要点,切削刃为一条与所要形成的生线形状不一致的线（切削线），生线是切削线在切削过程中连续位置的包络线,结论,展成法形成一条生线需要一个表面成形运动,表面成形运动,简单成形运动：表面成形运动的运动形式为直线或圆运动。,复合成形运动：成形运动是由两个或两个以上的直线或圆运动复合而成。,21,四、机床传动原理图TransmittingSchematic