機械加工方法概述.ppt

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機械制造工程學,主講教師葉仲新,機械制造教研室,第1章機械加工方法概述,1.1零件加工表面的形成方法1.2機械加工方法,零件表面是由若干個表面元素組成的。這些形狀都要通過各種成形方法來完成。零件表面在由原材料或毛坯制造方法來實現(xiàn)的過程中，按照質量m減小或增大的變化狀態(tài)，可將獲得方式分為：△m＝0，△m＜0，△m＞0三種類型，不同類型將采用不同的工藝方法。,1.1零件的成形方法,△m≈0，毛坯制造方法。鑄造、鍛造及模具成形（注塑、沖壓等）工藝中，在成形前后，材料主要是發(fā)生形狀變化，而質量基本不變?！鱩＜0，切削加工方法。包括磨料磨削、特種加工等，在制造過程中通過材料逐漸被切除而獲得需要的幾何形狀?！鱩＞0，快速成型制造方法。在成形中通過材料累加獲得所需形狀，這種制造方法又稱為材料累加法,1.1零件的成形方法,△m≈0的制造過程是指利用材料塑性變形的工藝來獲得零件形狀的方法，屬無屑加工方法。包括鑄造、鍛造、沖壓等毛坯制造方法。鍛壓設備包括鍛造機、沖壓機、擠壓機和軋制機四大類。模具是用來將材料填充在其型腔中，以獲得所需形狀和尺寸制件的工具。按填充方法和填充材料的不同，模具可分為：鍛壓具模、沖裁具模、拉伸具模、壓鑄模具、冷沖模具、注射模具、吹塑模具、粉末冶金模具等。,1、△m≈0的制造過程,△m＜0制造過程是指從表面去除材料來獲得零件形狀的方法。包括切削加工和特種加工。切削加工是指零件在切削機床上，通過機床的傳動系統(tǒng)，使零件與刀具按一定規(guī)律作相對運動，從而獲得所需要的表面幾何形狀的方法。包括車、銑、鉆、鏜、刨、拉、磨等加工方法。在切削過程中，有力、變形、熱、振動、磨損等現(xiàn)象發(fā)生，這些運動的綜合決定了零件最終獲得的幾何形狀及表面質量。,2、△m＜0的制造過程,特種加工是指利用電或化學等方法以完成零件材料的去除，從而獲得所需要的表面幾何形狀。這些方法主要適合于加工超硬度、易碎等常規(guī)加工方法難加工的場合。也稱為高能束流加工，包括激光束、電子束、離子束、高壓水射流等加工方法。特種加工機床近年來發(fā)展很快，按其加工原理可分成：電加工、超聲波加工、激光加工、電子束加工、離子束加工、水射流等加工機床。,2、△m＜0的制造過程,△m＞0的制造過程是指通過材料逐漸堆積形成三維實體工藝方法。成形后與成形前相比△m＞0，零件是逐漸生長出來的，稱為快速成型制造（RPM）方法。RPM方法是綜合利用CAD技術、數(shù)控技術、材料科學、機械工程、電子技術及激光技術的技術集成，以實現(xiàn)從設計到三維實體造型的制造一體化系統(tǒng)技術。RPM方法是通過采用粘結、熔結、聚合作用或化學反應等手段，逐層可選擇地固化樹脂、切割薄片、燒結粉末、材料熔覆或材料噴灑等方式來實現(xiàn)的。,3.△m＞0的制造過程,采用機械加工方法獲得零件的形狀，是通過機床利用刀具將毛坯上多余的材料切除來獲得的。根據(jù)機床運動的不同和刀具的不同，可分為不同的加工方法。刀具切削加工的方式有：車削加工；銑削加工；鉆削加工；鏜削加工；刨削加工；拉削加工；齒輪加工；螺紋加工等。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機械加工方法,車削方法的是工件旋轉，形成主切削運動，車削時通過刀具相對工件實現(xiàn)不同的進給運動，可以獲得不同的工件形狀，加工后形成的工件表面主要是回轉表面，還可以加工螺紋面、端平面及偏心軸等。車削加工精度一般為IT8～IT7，表面粗糙度為Ra6.3～1.6μm。精車時，可達IT6～IT5，表面粗糙度可達Ra0.4～0.1μm。特點有：工藝范圍廣、加工精度范圍大、生產(chǎn)率高、可實現(xiàn)超精密加工、生產(chǎn)成本較低。,1.2.1車削加工,銑削的主切削運動是刀具的旋轉運動，工件本身不動，由機床的工作臺完成進給運動。銑削刀具較復雜，一般為多刃刀具。銑削可加工平面、溝槽以及螺旋面、齒面、成形表面。在專用銑床上還可加工外圓。不同的銑削方法，銑刀完成切削的方式不同，臥銑時，平面的形成是由銑刀的外圓面上的切削刃形成的；立銑時，平面是由銑刀的端面刃形成的。銑削可獲得較高的切削速度，因此生產(chǎn)率較高。,1.2.2銑削加工,要分別看周銑（即側銑），AP為背吃刀量，AE為側吃刀量如果為端銑，AP為背吃刀量，AE為側吃刀量，但表現(xiàn)的加工部位是不同的。,普通銑削一般能加工平面或槽面等，用成形銑刀也可以加工出特定的曲面，如銑削齒輪等。數(shù)控銑床可通過數(shù)控系統(tǒng)控制幾個軸按一定關系聯(lián)動，銑出復雜曲面來，這時刀具一般采用球頭銑刀。數(shù)控銑床在加工模具的模芯和型腔，葉輪機械的葉片等形狀復雜的工件時，應用非常廣泛的，因而得到了很快的發(fā)展。,1.2.2銑削加工,由于銑刀刀齒的切入、切出，形成沖擊，切削過程容易產(chǎn)生振動，因而限制了表面質量的提高。這種沖擊，也加劇了刀具的磨損和破損，往往導致硬質合金刀片的碎裂。銑削時，銑刀在切離工件的一段時間內，可以得到一定冷卻，因此散熱條件較好。由于銑削加工屬多刃斷續(xù)切削，沖擊振動較大。多用于粗加工或半精加工。加工精度為IT10~IT7；表面粗糙度為Ra6.3~1.6μm。,1.2.2銑削加工,按照銑削時主運動速度方向與工件進給方向的相同或相反，又分為順銑和逆銑。順銑時，銑削力的水平分力與工件的進給方向相同，而工作臺進給絲杠與固定螺母之間一般又有間隙存在，因此切削力容易引起工件和工作臺一起向前竄動，使進給量突然增大，容易引起打刀。逆銑則可以避免這一現(xiàn)象，因此，生產(chǎn)中多采用逆銑。,1.2.2銑削加工,在銑削鑄件或鍛件等表面較硬的工件時，順銑時銑刀齒首先接觸工件的硬皮，加劇了銑刀的磨損；逆銑則無這一缺點。但逆銑時，切削厚度從零開始逐漸增大，因而切削刃開始經(jīng)歷了一段在切削硬化的已加工表面上擠壓滑行的階段，也會加速刀具的磨損。同時，逆銑時，銑削力具有將工件上抬的趨勢，也易引起振動，這是逆銑的不利之處。,1.2.2銑削加工,端銑時的順銑與逆銑a)對稱端銑b）不對稱逆銑c）不對稱順銑,刨削時的主運動和進給運動均為直線運動。刨床主要用于加工各種平面和溝槽。因此，刨削速度不可能太高，故生產(chǎn)率較低。刨削比銑削平穩(wěn)，其加工精度一般可達IT8～IT7，表面粗糙度為Ra6.3～1.6μm。,,1）刨削加工,1.2.3刨、插、拉削加工,1）刨削加工,刨床可分為牛頭刨床和龍門刨床。牛頭刨床的主運動為滑枕帶動刀具作直線往復運動，進給運動為工作臺帶動工件作間歇橫向運動。一般只用于單件生產(chǎn)，加工中小型工件。龍門刨床的主運動為工作臺帶動工件作縱向往復運動，進給運動為刀架在龍門架上作橫向間歇運動。主要用來加工大型工件，加工精度和生產(chǎn)率都高于牛頭刨床。,1）刨削加工,插削主要用于加工工件的內表面，如鍵槽、內孔等，相當于立式刨削。,2）插削加工,拉削可使加工表面一次切削成形。機床運動簡單，切削速度低，效率高，刀具成本高，適用于大批量生產(chǎn)。拉床可分為臥式和立式，內拉和外拉等。,2）拉削加工,在鉆床上，用旋轉的鉆頭鉆削孔是孔加工最常用的方法，鉆頭的旋轉運動為主切削運動。鉆削的加工精度較低，一般只能達到IT10，表面粗糙度一般為Ra12.5～6.3μm。在單件、小批生產(chǎn)中，中小型工件上較大的孔（D＜50mm）常用立式鉆床加工；大中型工件上的孔，用搖臂鉆床加工。精度高、表面質量要求高的小孔，在鉆削后常常采用擴孔和鉸孔來進行半精加工和精加工。,4）鉆削與鏜削加工,4.1）鉆削加工,鏜孔可在鏜床上或車床上進行。在鏜床上鏜孔時，鏜刀與車刀基本相同，不同之處是鏜刀隨鏜桿一起轉動，形成主切削運動，而工件不動。鏜孔加工精度一般為IT9～IT7，表面粗糙度為Ra6.3～0.8μm。數(shù)控鉆床、數(shù)控鏜床主要是實現(xiàn)孔軸線的位置控制，因此只要控制刀具移到孔中心的坐標上即可即實現(xiàn)點位控制。,4.2）鏜削加工,擴孔采用擴孔鉆頭，鉸孔采用鉸刀進行加工。鉸削加工精度一般為IT9～IT6，表面粗糙度為Ra1.6～0.4μm。擴孔、鉸孔時，擴孔鉆和鉸刀均在原底孔的基礎上進行加工，因此無法提高孔軸線的位置精度以及直線度。,齒輪齒形的加工，按其形成齒形的工作原理可分為成形法和展成法。用成形法加工齒輪齒形時，刀刃的形狀應與被加工齒輪的齒槽的橫截面形狀相同。這類刀具有盤狀和指狀銑刀、刨刀、拉刀。用展成法加工齒輪齒形時，要求刀具與工件之間模擬一對齒輪的嚙合，用刀齒的運動軌跡包絡出工件的齒形。這類刀具有滾刀、插齒刀、剃齒刀等。,5.齒輪齒形（面）加工,5.1）齒形（面）成形法加工,滾齒加工就是在滾齒機上用齒輪滾刀加工齒面。其過程相當于一對螺旋齒輪嚙合的過程。,5.2）齒形（面）展成法加工,5.2）齒形（面）展成法加工,5.2）齒形（面）展成法加工,5.2）滾齒機,滾齒刀,插齒加工就是在插齒機床用插齒刀加工齒面。加工原理為一對圓柱齒輪的嚙合按展成法加工圓柱齒輪。,5.2）齒形（面）展成法加工,2）齒形（面）展成法加工,插齒刀,三維曲面的切削加工，主要采用仿形銑和數(shù)控銑的方法或特種加工方法。仿形銑必須有型體作為靠模，加工中球頭仿形頭始終以一定壓力接觸原型曲面，仿形頭的運動變換為電感量，信號經(jīng)過放大控制銑床三個軸的運動，形成刀頭沿曲面運動的軌跡。銑刀多采用與仿形頭等半徑的球頭銑刀。,6）復雜曲面加工,數(shù)控技術的出現(xiàn)為曲面加工提供了更有效的方法。在數(shù)控銑床或加工中心上加工時，曲面是通過球頭銑刀逐點按曲面坐標值加工而成。在編制數(shù)控程序時，要考慮刀具半徑補償，因為數(shù)控系統(tǒng)控制的是球頭銑刀球心位置軌跡，而成形面是球頭銑刀切削刃運動的包絡面。,6）復雜曲面加工,磨削加工是一種歷史悠久的加工方法，又是一種具有發(fā)展前景的加工方法。這種加工方法既能作為精加工、超精加工，也能作為粗加工。既能加工普通材，也能加工超硬材料。磨削可分為外圓磨、內孔磨、平磨等。分別用于外圓柱面、圓錐面、平面、螺旋面、齒面等各種成形表面的加工。磨削加工的主運動是砂輪的旋轉運動。磨削加工所用的刀具以砂輪和砂帶為主。與前述的刀具切削有著不同的加工機理。,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,砂輪可看成是一把具有無數(shù)微小刀刃所構成的銑刀。其磨削過程實際上是磨粒對工件表面的切削、刻削和滑擦三種作用的綜合效應。磨削中，磨粒本身也會由尖銳逐漸磨鈍，使切削能力變差，切削力變大。當切削力超過粘結劑強度時，磨鈍的磨粒會脫落，露出一層新的磨粒，這就是砂輪的“自銳性”。但切屑和碎磨粒仍會阻塞砂輪，因而，磨削一定時間后，需用金剛石車刀等對砂輪進行修整。,7）磨削加工,7）磨削加工,7）磨削加工,7）磨削加工,磨削時，由于切削刃很多，所以加工時平穩(wěn)、精度高，表面粗糙度小。磨床是精加工機床，磨削精度可達IT6～IT4，表面粗糙度可達Ra1.25～0.01μm，甚至可達Ra0.1～0.008μm。磨削的另一特點是可以對淬硬的工件進行加工，因此，磨削往往作為最終加工工序。但磨削時，產(chǎn)生熱量大，需要有充分的切削液進行冷卻，否則會產(chǎn)生磨削燒傷，降低表面質量。強力磨削技術，可以在單位時間內達到很大的切除量，因而可以一次完成粗精加工。,7）磨削加工,隨著科學技術的不斷發(fā)展，許多具有高硬度、高強度、高脆性或高熔點的難加工新型材料（如硬質合金、鈦合金、淬火工具鋼、陶瓷、玻璃等），以及具有較低剛度或復雜曲面形狀的特殊零件（如薄壁件、彈性元件、具有復雜曲面形狀的模具、葉輪機械的葉片、噴埋頭等）的出現(xiàn)，采用傳統(tǒng)切削加工方法以無法完成其加工任務。特種加工方法正是在為完成這些加工任務而產(chǎn)生和發(fā)展起來的。,8）特種加工,特種加工方法不同于傳統(tǒng)切削加工方法，它是利用化學、物理（電、聲、光、熱、磁）或電化學方法對工件材料進行去除的一系列加廠方法的總稱。這些加工方法包括：化學加工、電化學加工、電化學機械加工、電火花加工、電接觸加工、超聲波加工、激光束加工、離子束加工、電子束加工、等離子體加工、電液加工、磨料流加工、磨料噴射加工、液體噴射加工等各類復合加工。,8）特種加工,8.1）電火花加工,電火花加工是利用工具電極和工件電極間瞬時火花放電所產(chǎn)生的高溫，熔蝕工件材料來形成所需的工件表面。電火花加工機床一般由脈沖電源、自動進給機構、機床本體及工作液及其循環(huán)過濾系統(tǒng)等部分組成。工件固定在機床工作臺上。脈沖電源提供加工所需的能量，其兩極分別接在工具電極與工件上。,當工具電極與工件在進給機構的驅動下在工作液中相互靠近時，極間電壓擊穿間隙而產(chǎn)生火花放電，釋放大量的熱，工件表層吸收熱量后達到很高的溫度(10000℃以上)，其局部材料因熔化甚至氣化而被蝕除下來，形成一個微小的凹坑。工作液循環(huán)過濾系統(tǒng)強迫清潔的工作液以一定的壓力通過工具電極與工件之間的間隙及時排除電蝕產(chǎn)物，并將電蝕產(chǎn)物從工作液中過濾出去。,8.1）電火花加工,第1章機械加工方法概述,多次放電的結果，工件表面產(chǎn)生大量凹坑。工具電極在進給機構的驅動下不斷下降，其輪廓形狀便被“復印”到工件上（工具電極材料盡管也會被蝕除，但其速度遠小于工件材料）。電火花加工機床根據(jù)加工方式分成兩種類型：一種是用特殊形狀的電極工具加工相應工件的電火花成形加工機床。,8.1）電火花加工,另一種是用線（一般為鉬絲、鎢絲或銅絲）電極加工二維輪廓形狀工件的電火花線切割機床。電火花加工的應用范圍很廣，適用于加工各種硬、脆、韌、軟和高熔點的導電材料，可以加工各種形孔、曲線孔和微小孔。也可以加工各種立體曲面型腔，如鍛模、壓鑄模、塑料模的模膛；既可以用來進行切斷、切割，也可以用來進行表面強化、刻寫、打印銘牌和標記等。,8.1）電火花加工,電解加工是利用金屬在電解液中產(chǎn)生陽極溶解的電化學原理對工件進行成形加工的一種方法。電解加工的原理為：工件接直流電源正極，工具接負極，兩極之間保持0.1～0.8mm間隙，將具有0.5～2.5Mpa壓力的電解液從兩極間的間隙中，以15～60min/s的速度流過。當陰極工具向陽極工件不斷進給時，在面對陰極的工件表面上，金屬材料按陰極形面的形狀不斷溶解，電解產(chǎn)物被高速電解液帶走，于是工具形面的形狀就相應地“復印”在工件上。,8.2）電解加工,電解加工具有以下特點,1）工作電壓?。?4V），工作電流大（20000A）2）能以運動一次加工出形狀復雜的形面或型腔3）可加工難加工材料4）生產(chǎn)率較高，約為電火花加工的1～10倍5）加工中無機械切削力或切削熱6）平均加工公差可達0.1mm左右7）附屑設備多，占地面積大，造價高8）電解液既腐蝕機床，又容易污染環(huán)境,激光是一種能量密度高、方向性好（發(fā)散角?。?、單色性好（波長和頻率單一）、相干性好的光。通過光學系統(tǒng)可使激光聚焦成一個直徑幾微米至幾十微米極小的光斑，以獲得極大的能量密度（100～1000W／cm2）和極高的溫度（10000C）。在此高溫下，被加工材料將瞬時急劇熔化和蒸發(fā)，并產(chǎn)生強烈的沖擊波，使熔化的物質爆炸式地噴射去除。,8.3）激光加工,激光加工具有的特點：1）不需要工具，不存在斷屑、排屑的麻煩；2）對任何難加工的金屬和非金屬材料（如高熔點材料、耐熱合金及陶瓷、寶石、金剛石等硬脆材料）都可以加工；3）非接觸加工，工件無受力變形；,8.3）激光加工,4）打孔切割的速度很高，加工部位周圍的材料幾乎不受切削熱的影響，工件熱變形很小。5）切割的切縫窄，切割邊緣質量好。激光加工用于金剛石拉絲模、鐘表寶石軸承、發(fā)散式氣冷沖片的多孔蒙皮、發(fā)動機噴油嘴、航空發(fā)動機葉片等的加工，以及多種金屬材料和非金屬材料的切割、焊接、熱處理等工藝的加工。,8.3）激光加工,超聲波加工是利用超聲頻（16～25kHz）振動的工具端面沖擊工作液中的懸浮磨粒，由磨粒對工件表面撞擊拋磨來實現(xiàn)對工件加工的一種方法。超聲波加工原理：發(fā)生器將工頻交流電能轉變?yōu)橛幸欢üβ瘦敵龅某曨l電振蕩，通過換能器將此超聲頻電振蕩轉變?yōu)槌暀C械振動，借助于振幅擴大棒把振動的位移幅值由0.005～0.01mm放大到0.01～0.15mm，驅動工具振動。工具端面在振動中沖擊工作液中的懸浮磨粒，使其以很大的速度，不斷地撞擊、拋磨被加工表面，把加工區(qū)域的材料粉碎成很細的微粒后打擊下來。,8.4）超聲波加工,超聲波加工適宜加工各種硬脆材料，特別是電火花和電解加工無法加工的不導電材料和半導體材料，如玻璃、陶瓷、石英、鍺、硅、瑪瑙、寶石、金剛石等；對于導電的硬質合金、淬火鋼等也能加工，但加工效率比較低。適用于超聲波加工的工件表面有各種形孔、型腔及成形表面等。超聲波加工能獲得較好的加工質量，一般尺寸精度可達0.01～0.05mm，表面粗糙度值Ra0.4～0.1μm。,8.4）超聲波加工,,1-1你是如何理解制造業(yè)在一個國家的重要性的?1-2簡述電解加工、電火花加工、激光加工和超聲波加工的表面成形原理和應用范圍。1-3鏜削與車削有哪些不同?,作業(yè)：,