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零件表面加工
一,本章的教学目的与要求
本章以常见表面的加工为主线,介绍了各种传统切削加工方法的工艺特点,应用及零件加工的工艺规程制定.本章内容实践性,直观性很强,是学生在完成工程训练实践环节基础上的理论提升.本章内容是全书的重点,也是\"教学基本要求\"要求学生应掌握的基本内容.授课采用多媒体教学,学生学习要理论联系实际,多作练习,以取得良好的教学效果.学习本章内容时,可参阅一些其它参考文献,如邓文英主编的《金属工艺学(第四版)》,傅水根主编的《机械制造工艺基础》及相关机械制造方面的教材和期刊.
二,授课主要内容
1回转面的加工
主要学习外圆面的加工和孔的加工
2平面的加工
3特形表面的加工
主要学习成型面的加工,螺纹的加工,齿形的加工(包括概述,齿轮齿形的加工方法,铣齿,插齿和滚齿,齿形的精加工,圆柱齿轮齿形加工方法的选择)
4零件的切削结构工艺形
主要学习合理确定零件的技术要求,遵循零件结构设计的标准化,合理标注尺寸,零件结构要便于加工
5零件机械加工工艺规程的制定
主要学习机械加工工艺规程的内容及作用,制定工艺规程的原则,原始资料,制定工艺规程的步骤,工艺文件的编制
三,重点,难点及对学生的要求(掌握,熟悉,了解,自学)
重点是传统切削加工方法及工艺特点,加工工艺范围.
四,主要外语词汇
车削:turning 磨削:grinding 钻孔:drilling
镗孔:boring 磨孔:hole grinding 铣削:milling
拉削:broaching 车螺纹:thrad turning 齿轮:gears
五,辅助教学情况(多媒体课件,板书,绘图,标本,示数等)
多媒体教学 实物 作业练习
六,复习思考题
加工要求精度高,表面粗糙度小的紫铜或铝合金轴外圆时,应选用那种加工方法 为什么
外圆粗车,半精车和精车的作用,加工质量和技术措施有何不同
外圆磨削前为什么只进行粗车和半精车,而不需要精车
磨削为什么能达到较高的精度和较小的表面粗糙度
无心磨的导轮轴线为什么要与工作砂轮轴线斜交α角 导轮周面的母线为什么是双曲线 工件的纵向进给速度如何调整
研磨与超精加工的加工原理,工艺特点和应用场合由哪些不同
试确定下列零件外圆面的加工方案:
紫铜小轴,φ20h7,Ra0.8μm;2)45钢轴,φ50h6,Ra0.2μm.
加工相同材料,尺寸,精度和表面粗糙度的外圆面和孔,哪一个更困难些 为什么
在车床上钻孔和在钻床上钻孔产生的\"引偏\",对所加工的孔有何不同影响 在随后的精加工中,哪一种比较容易纠正 为什么
扩孔,铰孔为什么能达到较高的精度和较小的表面粗糙度
镗床镗孔与车床镗孔有何不同 各适合于什么场合
拉孔为什么无需精确的预加工 拉削能否保持孔与外圆的同轴度要求
内圆磨削的精度和生产率为什么低于外圆磨削,表面粗糙度Ra值为什么也略大于外圆磨削
珩磨时,珩磨头与机床主轴为何要作浮动联接 珩磨能否提高孔与其它表面之间的位置精度
下列零件上的孔,用何种加工方案比较合理:
单件小批生产中,铸铁齿轮上的孔,φ20H7,Ra1.6μm.
大批量生产中,铸铁齿轮上的孔,φ50H7,Ra0.8μm.
变速箱体(铸铁)上传动轴的轴承孔,φ62J7,Ra0.8μm.
高速钢三面刃铣刀上的孔,φ27H6,Ra0.2μm.
牛头刨床和龙门刨床的应用有何区别 工件常用的装夹方法分别有哪些
为什么刨削,铣削只能得到中等精度和表面粗糙度
插削适合于加工什么表面
用周铣法铣平面,从理论上分析,顺铣比逆铣有哪些优点 实际生产中,目前多采用那种铣削方式 为什么
试述下列零件上平面的加工方案:
单件小批生产中,机座(铸铁)的底面:500mm×300mm,Ra3.2μm.
成批生产中,铣床工作台(铸铁)台面:1250mm×300mm,Ra1.6μm.
大批量生产中,发动机连杆(45调质钢, 217—255 HBS)侧面:25mm×10mm,Ra3.2μm.
为什么车螺纹时必须用丝杠走刀
为什么标准件厂生产螺纹一般都用滚压法
旋风铣螺纹适合于何种零件
下列零件上的螺纹,应采用哪种方法加工 为什么
10000件标准六角螺母,M10-7H.
100000件十字头沉头螺钉,M8×30-8h,材料为Q235-A. 题图2-1
30件传动轴轴端的紧固螺纹,M20×1-6h.
500根车床丝杠螺纹的粗加工,螺纹为T32×6.
成形面的加工,一般有那几种方式 各有何特点
试述成形法和展成法的齿形加工原理有何不同
为什么插齿和滚齿的加工精度和生产率比铣齿高 滚齿和插齿的加工质量有什么差别
哪种磨齿方法生产率高 哪一种的加工质量好 为什么
试分析如题图2-1所示零件的结构工艺性的好坏,并加以改进.
机械加工工艺规程的内容和作用是什么 其制定步骤是什么
零件的工艺分析有哪几方面内容
划分加工阶段有什么好处
七,参考教材(资料)
1 孙大涌主编. 先进制造技术. 北京:机械工业出版社,2000
2 李伟光主编. 现代制造技术. 北京:机械工业出版社,2001
3 机械工程手册编辑委员会. 机械工程手册:机械制造工艺及设备卷(二) 第2版. 北京:机械工业出版社,1997
4 邓文英主编. 金属工艺学第4版. 北京:高等教育出版社,2000
5 吴桓文主编. 工程材料及机械制造基础(Ⅲ)机械加工工艺基础. 北京:高等教育出版社,1990
6 卢秉恒主编. 机械制造技术基础. 北京:机械工业出版社,1999
7 张世昌,李 旦等. 机械制造技术基础. 北京:高等教育出版社,2001
8 傅水根主编. 机械制造工艺基础(金属工艺学冷加工部分). 北京:清华大学出版社,1998
9 李爱菊,王守成等. 现代工程材料成形与制造工艺基础(下册). 北京:机械工业出版社,2001
10 贾青云,李冬妮等. 现代汽车制造技术之机械加工:世界汽车技术发展跟踪研究(一). 汽车工艺与材料,2002,(4)
苗赫濯,齐龙浩等. 新型陶瓷刀具在机械工程中的应用. 机械工程学报,2002,38(2)
第二章 零件表面的常规加工方法
任何复杂的零件都是由简单的几何表面(如外圆面,孔,平面,成形表面等)组成,而某一种表面又可以采用多种方法加工,但可以根据零件具体表面的加工要求,零件的结构特点及材料的性质等因素来选用相应的加工方法.
选择的基本原则是在保证加工质量的前提下,使生产成本较低.
表面加工方法选择
1.首先选定它的最终加工方法,然后再逐一选定各前道工序的加工方法.
2. 加工方法的经济精度,表面粗糙度与加工表面的技术要求相适应.
3. 加工方法与被加工材料的性质相适应.
4. 加工方法与生产类型相适应.
5. 加工方法与本厂条件相适应.
第一节 金属切削机床的基本知识
一,机床的分类及型号
机床的型号编制 机床的型号是机床产品的代号,用以表明机床的类型,通用和结构特性,主要技术参数等.
GB/T15375-94《金属切削机床型号编制方法》规定,我国的机床型号由汉语拼音字母和阿拉伯数字按一定规律组合而成.
1.通用机床的型号编制
注:①有\"( )\"的代号或数字,当无内容时,不表示,若有内容,则不带扩号;
②有\"○\"符号者,为大写的汉语拼音字母;
③有\"△\" 符号者,为阿拉伯数字;
④有\" △ \" \"○\"符号者,为大写的汉语拼音字母或阿拉伯数字或两者兼有之.
(1)机床的类别代号
类车钻镗 磨 齿轮加螺纹加铣刨插拉锯其他
别床床床 床 工机床工机床床床 床床机床
代
号 C Z T MM2M3 Y S X B L G Q
读
音车钻镗磨二磨三磨 牙 丝 铣 刨 拉 割 其
(2)机床的通用特性代号
高精度G 精密 M
自动 Z 半自动 B
数控 K 加工中心 (自动换刀) H
彷型 F 轻型 Q
加重型 C 简式或经济型 J
柔性加工单元 R 数显 X
高速 S
3)结构特性代号
为了区别主参数相同而结构不同的机床,在型号中用汉语拼音字母区分.
例如,CA6140型普通车床型号中的\"A\",可理解为:CA6140型普通车床在结构上区别于C6140型普通车床.
(4)机床的组别,系别代号
用两位阿拉伯数字表示,前者表示组,后者表示系.
每类机床划分为10个组,每个组又划分为10个系.
在同一类机床中,凡主要布局或使用范围基本相同的机床,即为同一组.凡在同一组机床中,若其主参数相同,主要结构及布局型式相同的机床,即为同一系.
(5)机床的主参数,设计顺序号和第二参数
机床主参数:代表机床规格的大小,在机床型号中,用数字给出主参数的折算数值(1/10或1/150)
设计顺序号:当无法用一个主参数表示时,则在型号中用设计顺序号表示.
第二参数:一般是主轴数,最大跨距,最大工作长度,工作台工作面长度等,它也用折算值表示.
(6)机床的重大改进顺序号
当机床性能和结构布局有重大改进时,在原机床型号尾部,加重大改进顺序号A,B,C....等.
(7)其他特性代号
用汉语拼音字母或阿拉伯数字或二者的组合来表示.主要用以反映各类机床的特性,如对数控机床,可反映不同的数控系统;对于一般机床可反映同一型号机床的变型等
(8)企业代号
生产单位为机床厂时,由机床厂所在城市名称的大写汉语拼音字母及该厂在该城市建立的先后顺序号,或机床厂名称的大写汉语拼音字母表示.
第二节 回转面的加工
具有回转面的零件:轴类,套筒类,盘类零件
回转面:内,外柱形表面和锥面.
一,外圆面的加工
外圆面的技术要求:
①尺寸精度:外圆面直径和长度的尺寸精度;
②形状精度:直线度,平面度,圆度,圆柱度等,
③ 位置精度:平行度,垂直度,同轴度,径向圆跳动等;
④表面质量:主要是指表面粗糙度,也包括有些零件要求的表面层硬度,残余应力大小,方向和金相组织等.
1.外圆面的车削(turning)
工件旋转为主运动,刀具直线移动为进给运动.
1).车床
1.应用:加工各种回转表面(内外圆柱面,圆锥面及成形回转表面)和回转体的端面,有些车床可以加工螺纹面.
2.分类:车床种类繁多,按其用途和结构的不同,主要分为:卧式车床及落地车床,立式车床,<a name=baidusnap0></a><B style=\'color:black;background-color:#ffff66\'>转塔车床</B>,仪表车床,单轴自动和半自动车床,多轴自动和半自动车床,彷形车床及多刀车床,专门化车床.
CA6140型卧式车床:
适用于加工各种轴类,套筒类和盘类零件上的回转表面,如:内圆柱面,圆锥面,环槽及成形回转表面;端面及各种常用螺纹;还可以进行钻孔,扩孔,铰孔,和滚花等工艺.
车床结构
1主轴箱 2刀架 3尾座 4床身 5床腿 6溜板箱 7变速箱 8进给箱
立式车床(分单柱式和双柱式):
一般用于加工直径大,长度短且质量较大的工件.
立式的工作台的台面是水平面,主轴的轴心线垂直于台面,工件的矫正,装夹比较方便,工件和工作台的重量均匀地作用在工作台下面的圆导轨上.
1-底座;2-工作台;3-侧刀架;4-立柱;5-垂直刀架;6-横梁;7-顶梁
<B style=\'color:black;background-color:#ffff66\'>转塔车床</B>
除了有前刀架外,还有一个转塔刀架.转塔刀架由六个装刀位置,可以沿床身导轨做纵向进给,每一个刀位加工完毕后,转塔刀架快速返回,转动60度.更换到下一个刀位进行加工.
高速精密车床
普及型数控车床
2)车刀
车刀按结构可分为:
⑴整体车刀
⑵焊接车刀
⑶机夹车刀
⑷可转位车刀
成形车刀:用在各类车床上加工内,外回转体成形表面,其刀形根据工件轮廓设计.该种车刀有平体,棱体,圆体三种型式.
3)车削
为了提高生产率及保证加工质量,外圆面的车削分为粗车,半精车,精车和精细车.
粗车:
目的:从毛坯上切去大部分余量,为精车作准备.
特点:采用较大的背吃 刀量ap,较大的进 给量以及中等或较低的切削速度vc,以达到高的生产率.
粗车后的尺寸公差等级一般为IT13～IT11,表面粗糙度Ra值为50～12.5μm.
粗车也可作为低精度表面的最终工序.
半精车:
目的:提高精度和减小表面粗糙度,可作为中等精度外圆的终加工,亦可作为精加工外圆的预加工.
半精车的背吃刀量和进给量较粗车时小.
半精车的尺寸公差等级可达IT10～IT9,表面粗糙度Ra值为6.3～3.2μm.
精车:
目的:保证工件所要求的精度和表面粗糙度,作为较高精度外圆面的终加工,也可作为光整加工的预加工.
精车一般采用小的背吃刀量(ap＜0.15mm)和进给量(f＜0.1mm/r),可以采用高的或低的切削速度,以避免积屑瘤的形成.
精车的尺寸公差等级一般为IT8～IT7,表面粗糙度Ra值为1.6～0.8μm.
精细车:
一般用于技术要求高的,韧性大的有色金属零件的加工.
精细车所用机床应有很高的精度和刚度,多使用仔细刃磨过的金刚石刀具.
车削时采用小的背吃刀量(ap≤0.03mm～0.05mm),小的进给量(f = 0.02mm/r～0.2mm/r)和高的切削速度(vc>2.6m/s).
精细车的尺寸公差等级可达IT6～IT5,表面粗糙度Ra值为0.4～0.1μm.
4)车削的工艺特点
(1)易于保证相互位置精度 对于轴,套筒,盘类等零件,可以在一次安装中加工出不同直径的外圆面,孔及端面,即可保证同轴度以及端面与轴线的垂直度.
(2)刀具简单 车刀是刀具中最简单的一种,制造,刃磨和安装均较方便.
(3)应用范围广 车削除了经常用于车外圆,端面,孔,切槽和切断等加工外,还用来车螺纹,锥面和成形表面.加工的材料范围较广,可车削黑色金属,有色金属和某些非金属材料,特别是适合于有色金属零件的精加工.
2.外圆面的磨削
外圆面磨削(grinding)既可在外圆磨床上进行,也可在无心磨床上进行.
⑴外圆磨床
主要用于磨削内,外圆柱和圆锥表面,也能磨阶梯轴的轴肩和端面,可获得IT6-IT7及精度Ra在1.25--0.08μm之间. 主参数:最大磨削直径
1床身 2头架 3内圆磨头 4砂轮架 5尾座 7转台 8横向进给手轮 9工作台
(1).外圆磨床上磨削
轴类工件常用顶尖安装,其方法与车削基本相同,但磨床所用顶尖都不随工件一起转动;
盘套类工件则用心轴和顶尖安装
a)纵磨法 b)横磨法 c)混合磨法 d)深磨法
1).纵磨法
砂轮高速旋转为主运动,工件旋转并和磨床工作台一起往复直线运动分别为圆周进给运动和纵向进给运动,工件每转一周的纵向进给量为砂轮宽度的三分之二,致使磨痕互相重叠.每当工件一次往复行程终了时,砂轮作周期性的横向进给(背吃刀量).
散热条件较好;
加工精度和表面质量较高;
具有较大的适应性,可以用一个砂轮加工不同长度的工件;
生产率较低.
广泛适用于单件,小批生产及精磨,特别适用于细长轴的磨削.
(2)横磨法.
又称切入法,工件不作纵向移动,而由砂轮以慢速作连续的横向进给,直至磨去全部磨削余量.
生产率高,
散热条件差,
工件容易产生热变形和烧伤现象,且因背向力Fp大,工件易产生弯曲变形.
无纵向进给运动,磨痕明显,工件表面粗糙度Ra值较纵磨法大.
一般用于大批大量生产中磨削刚性较好,长度较短的外圆以及两端都有台阶的轴颈.
(3)混合磨法
先用横磨法将工件表面分段进行粗磨,相邻两段间有5～10mm的搭接,工件上留有0.01～0.03mm的余量,然后用纵磨法进行精磨.
此法综合了横磨法和纵磨法的优点.
(4)深磨法
磨削时用较小的纵向进给量(一般取1～2mm/r),把全部余量(一般为0.2mm～0.6mm)在一次走刀中全部磨去.
磨削用的砂轮前端修磨成锥形或阶梯形,砂轮的最大外圆面起精磨和修光作用,锥形或其余阶梯面起粗磨或半精磨作用.
深磨法的生产率约比纵磨法高一倍,但修整砂轮较复杂,只适用于大批量生产并允许砂轮越出加工面两端较大距离的工件.
2)无心外圆磨床上磨削
磨削时工件放在两个砂轮之间,下方用托板托住,不用顶尖支持,所以称为无心磨.
两个砂轮中,较小的一个是用橡胶结合剂做的,磨粒较粗,以0.16m/s～0.5m/s速度回转,此为导轮;另一个是用来磨削工件的砂轮,以30m/s～40m/s速度回转,称为磨削轮.
导轮轴线相对于工件轴线倾斜一个角度α(10～50),以使导轮与工件接触点的线速度v导分解为两个速度,一个是沿工件圆周切线方向的v工,另一个是沿工件轴线方向的v通,因此,工件一方面旋转作圆周进给,另一方面作轴向进给运动.工件从两个砂轮间通过后,即完成外圆磨削.
为了使工件与导轮保持线接触,应当将导轮母线修整成双曲线形.
1—工件 2—磨削轮 3—托板 4—导轮
优点:生产率高,工件尺寸稳定,不需用夹具,操作技术要求不高;
缺点:工件圆周面上不允许有键槽或小平面,对于套筒类零件不能保证内,外圆的同轴度要求,机床的调整较费时.
适用于成批,大量生产光滑的销,轴类零件
3)磨削加工特点
(1)能获得很高的加工精度和低的表面粗糙度
磨粒上锋利的切削刃,能够切下一层很薄的金属,切削厚度可以小到数微米;残留面积的高度小,有利于形成光洁的表面;
磨床有较高的精度和刚度,并有实现微量进给机构,可以实现微量切削;
(2)砂轮有自锐作用
磨削过程中,磨钝了的磨粒会自动脱落而露出新鲜锐利的磨粒.
实际生产中,有时就利用这一原理进行强力磨削,以提高磨削加工的生产率.
(3)磨削温度高
磨削时的切削速度为一般切削加工的10～20倍,磨粒多为负前角切削,挤压和摩擦较严重,磨削时滑擦,刻划和切削三个阶段所消耗的能量绝大部分转化为热量.
砂轮本身的传热性很差,大量的磨削热在短时间内传散不出去,在磨削区形成瞬时高温,有时高达800～1000 ℃.
大部分磨削热将传入工件,降低零件的表面质量和使用寿命.
向磨削区加注大量的切削液起冷却,润滑作用,不仅可降低磨削温度,还可以冲掉细碎的切屑和碎裂及脱落的磨粒,避免堵塞砂轮空隙,提高砂轮的寿命.
(4)磨削的背向力大
磨削外圆时,总磨削力分解为磨削力Fc,进给力Ff和背向力Fp 3个相互垂直的分力.
磨削力Fc决定磨削时消耗功率的大小,在一般切削加工中,切削力Fc比背向力Fp大得多;而在磨削时,背向磨削力Fp大于磨削力Fc(一般2～4倍).
进给力最小,一般可忽略不计.
背向力Fp不消耗功率,但它会使工件产生水平方向的弯曲变形,直接影响工件的加工精度.例如纵磨细长轴的外圆时,由于工件的弯曲而产生腰鼓形.
(三)外圆面的光整加工
1.研磨(lapping)
把研磨剂放在研具与工件之间,在一定压力作用下研具与工件作复杂的相对运动,通过研磨剂的微量切削及化学作用,去除工件表面的微小余量,以提高尺寸精度,形状精度和降低表面粗糙度.
研磨方法:手工研磨和机械研磨
工件安装在车床两顶尖间作低速旋转(20～30m/min),研具(手握)在一定压力下沿工件轴向作往复直线运动, 直至研磨合格为止.
生产率低,只适用于单件小批量生产.
研磨剂:液态研磨剂和研磨膏
磨料:机械切削,常用的有刚玉,碳化硅,氧化硅,氧化铬,氧化铁等,粒度为1～10μm.
研磨液:冷却,润滑,使磨粒均布在研具表面,常用油类磨削液.
辅助填料:由硬脂酸,石蜡,工业用猪油,蜂蜡按一定比例混合成的混合脂,起吸附磨料,防止磨料沉淀和润滑作用,还通过化学作用使工件表面形成一层极薄的氧化膜,氧化膜很容易磨掉而不损伤基体,研磨过程中氧化膜不断地形成,磨掉,从而加快研磨过程.
研磨余量一般不超过0.01～0.03mm,研磨前的工件应进行精车或精磨.
研磨可以获得IT5或更高的尺寸公差等级,表面粗糙度Ra值为0.1～0.008μm.
研磨可加工外圆面,孔,平面等.
2.超级光磨(超精加工)(superfinishing)
加工时,工件旋转(0.16～0.25m/s),细粒度的油石以恒定的较低的压力(5～20MPa)轻压于工件表面,在轴向进给(进给量为0.1～0.15mm/r)的同时,沿工件的轴向作高速而短幅的往复运动,对工件表面进行光整加工每秒钟往复的次数一般为6～25次,行程长度2～6mm.
超级光磨的余量很小(约0.005～0.02mm),光磨后表面粗糙度值Ra为0.1～0.008μm,但不能提高工件的尺寸精度及几何形状精度,该精度必须由前一道工序保证.
超级光磨只是切去工件表面的微小凸峰,加工时间很短,一般为30s～60s,所以生产率很高.
3.抛光(polishing, buffing)
把由刚玉或碳化硅等磨料加油酸,软脂酸配制而成的抛光剂涂在用布,毛毡或皮革等叠制而成的圆形抛光轮上,利用抛光轮的高速旋转对工件进行光整加工的方法.
抛光工具和加工方法简单,成本低;
由于抛光轮是弹性的,能与曲面相吻合,故易于实现曲面抛光,便于对模具型腔进行光整加工;
抛光仅能获得光亮的表面,不能提高精度.
抛光只能用于表面装饰及金属件电镀前的准备工序.
抛光除可加工外圆面,孔,平面和成形面等.
二,孔的加工
孔是箱体,支架,套筒,环,盘类零件上的重要表面,也是机械加工中经常遇到的表面.
在加工精度和表面粗糙度要求相同的情况下,加工孔比加工外圆面困难,生产率低,成本高:
(1)刀具的尺寸受到被加工孔的尺寸的限制,故刀具的刚性差,不能采用大的切削用量.
(2)刀具处于被加工孔的包围中,散热条件差,切屑排出困难,切削液不易进入切削区,切屑易划伤加工表面.
孔的技术要求
①尺寸精度: 孔径和长度的尺寸精度.
②形状精度: 孔的圆度,圆柱度及轴线的直线度.
③位置精度: 孔与孔或孔与外圆面的同轴度,孔与孔或孔与其它表面之间的尺寸精度,平行度,垂直度等.
④表面质量: 表面粗糙度,表层加工硬化和表层物理力学性能要求等.
孔的加工方法:钻孔,扩孔,铰孔,镗孔,拉孔,磨孔,孔的光整加工等.
(一)钻孔
钻孔(drilling):在工件的实体部位加工孔的工艺过程
刀具:麻花钻.
机床:钻床,车床,镗床,铣床
麻花钻的构造
钻孔的工艺特点
(1)易引偏
引偏是孔径扩大或孔轴线偏移和不直的现象.
由于钻头横刃定心不准,钻头刚性和导向作用较差,切入时钻头易偏移,弯曲.
在钻床上钻孔易引起孔的轴线偏移和不直;
在车床上钻孔易引起孔径扩大
a)在钻床上钻孔 b)在车床上钻孔
(2)排屑困难
钻孔的切屑较宽,在孔内被迫卷成螺旋状,流出时与孔壁发生剧烈摩擦而刮伤已加工表面,甚至会卡死或折断钻头.
(3)切削温度高,刀具磨损快
切削时产生的切削热多,加之钻削为半封闭切削,切屑不易排出,切削热不易传出,使切削区温度很高.
提高孔的加工精度的措施
(1)仔细刃磨钻头,使两个切削刃的长度相等和顶角对称;在钻头上修磨出分屑槽,将宽的切屑分成窄条,以利于排屑.
(2)用顶角2φ=90～100°的短钻头,预钻一个锥形坑可以起到钻孔时的定心作用.
(3)用钻模为钻头导向,可减少钻孔开始时的引偏,
特别是在斜面或曲面上钻孔时更有必要.
钻孔的应用:
钻孔加工精度很低,生产率低.
可用于质量要求不高的孔的终加工,如螺钉孔,油孔等;也可用于技术要求高的孔的预加工或攻螺纹前的底孔加工.
(二)扩孔
扩孔(core drilling)是用扩孔钻对工件上已有的孔进行扩大加工.
可在钻床,车床或镗床上进行.
扩孔钻
扩孔钻特点:
1)刀齿数多(3～4个),故导向性好,切削平稳;
2)刀体强度和刚性较好;
3)没有横刃,改善了切削条件.
因此,大大提高了切削效率和加工质量.
对技术要求不太高的孔,扩孔可作为终加工;对精度要求高的孔,常作为铰孔前的预加工.
在成批或大量生产时,为提高钻削孔,铸锻孔或冲压孔的精度和降低表面粗糙度值,也常使用扩孔钻扩孔.
(三)铰孔
铰孔(reaming)是用铰刀对已有孔进行精加工的过程.
铰刀的结构
铰孔的方式有机铰和手铰两种.
铰刀特点
1)刀齿数多(6～12个),制造精度高;具有修光部分,可以用来校准孔径,修光孔壁;
2)刀体强度和刚性较好(容屑槽浅,芯部直径大);故导向性好,切削平稳;
3)铰孔的余量小切削力较小;铰孔时的切速度较低,产生的切削热较少.
因此,铰孔的加工质量更好.
钻头,扩孔钻,铰刀都是标准刀具.
中等尺寸以下较精密的孔,单件小批乃至大批大量生产,采用钻—扩—铰这种典型加工方案进行加工非常方便.
钻,扩,铰只能保证孔本身的精度,而不易保证孔与孔之间的尺寸精度及位置精度.为此,可以利用钻模进行加工,或者采用镗孔.
(四)镗孔
镗孔(boring):利用镗刀对已有的孔进行加工
对于直径较大的孔(一般D>φ80～100mm),内成形面或孔内环槽等,镗削是唯一合适的加工方法.
镗床分为卧式镗床,坐标镗床,立式镗床等.
卧式镗床:箱体,机架类零件上的孔或孔系;钻床或铣床:单件小批生产;
车床:回转体零件上轴线与回转体轴线重合的孔.
卧式镗床结构示意图
车床上镗孔:工件旋转,镗刀进给
a) 车通孔 b)车不通孔 c)车槽
镗床上镗孔:镗刀刀杆随主轴一起旋转,完成主运动;进给运动可由工作台带动工件纵向移动,也可由主轴带动镗刀杆轴向移动完成.
a)工件不动,刀具旋转并进给 b)刀具旋转,工件进给
镗刀:单刃镗刀和浮动式镗刀
镗孔的工艺特点
1.镗孔不象扩孔,铰孔需要许多尺寸不同的刀具,而且容易保证相互位置精度.
2.镗孔的生产率低,要求较高的操作技术,这是因为镗孔的尺寸精度要依靠调整刀具位置来保证.
(五)拉孔
拉孔(hole broaching)是用拉刀在拉床上加工孔的过程
拉刀的类型
拉刀的结构
头部——与机床连接,传递运动和拉力.
颈部——头部和过渡锥连接部分.
过渡锥部——使拉刀容易进入工件孔中,起对准中心的作用.
前导部——起导向和定心作用,防止拉刀歪斜,并可检查拉削前孔径是否太小,以免拉刀第一刀齿负荷太大而损坏.
切削部——切除全部的加工余量,由粗切齿,过渡齿和精切齿组成.
校准部——起校准和修光作用,并作为精切齿的后备齿.
后导部——保持拉刀最后几个刀齿的正确位置,防止拉刀即将离开工件时,工件下垂而损坏已加工表面.
尾部——防止长而重的拉刀自重下垂,影响加工质量和损坏刀齿.
拉削运动
拉刀以切削速度vc作主运动,进给运动是由后一个刀齿高出前一个刀齿(齿升量af)来完成的,从而能在一次行程中一层一层地从工件上切去多余的金属层,获得所要求的表面
拉削特点:
(1)生产率高.拉刀同时工作的刀齿多,而且一次行程能够完成粗,精加工.
(2)拉刀耐用度高.拉削速度低,每齿切削厚度很小,切削力小,切削热也少.
(3)加工精度高.拉削的尺寸公差等级一般可达IT8～IT7,表面粗糙度Ra值为0.8～0.4μm.
(4)拉床只有一个主运动(直线运动),结构简单,操作方便.
(5)加工范围广.拉削可以加工圆形及其它形状复杂的通孔,平面及其它没有障碍的外表面,但不能加工台阶孔,不通孔和薄壁孔.
(6)拉刀成本高,刃磨复杂,除标准化和规格化的零件外,在单件小批生产中很少应用.
(六)磨孔
磨孔(hole grinding)是孔的精加工方法之一,可达到的尺寸公差等级为IT8～IT6,表面粗糙度Ra值为1.6～0.4μm.
磨孔可以在内圆磨床或万能外圆磨床上进行.
万能外圆磨床
磨孔时,砂轮旋转为主运动,工件低速旋转为圆周进给运动(其方向与砂轮旋转方向相反), 砂轮直线往返为轴向进给运动,切深运动为砂轮周期性的径向进给运动
磨孔的工艺特点:
(1)可磨淬硬孔;
(2)不仅能保证孔本身的尺寸精度和表面质量,还可以提高孔轴线的直线度.
(3)同一个砂轮,可以磨削不同直径的孔.
(4)生产率比铰孔低,比拉孔更低.
(七)研磨孔
研磨孔(hole lapping)是孔的光整加工方法,需要在精镗,精铰或精磨后进行.
研磨后孔的尺寸公差等级可提高到IT6～IT4,表面粗糙度Ra值为0.1～0.008μm,圆度和圆柱度亦相应提高.
在车床上研磨套类零件孔:研具为可调式研磨棒.研磨前,套上工件,将研磨棒安装在车床上,涂上研磨剂,调整研磨棒直径使其对工件有适当的压力,即可进行研磨.研磨时,研磨棒旋转,手握工件往复移动.
(八)珩磨孔
珩磨孔(honing)是对孔进行的较高效率的光整加工方法,需在磨削或精镗的基础上进行.
珩磨后孔的尺寸公差等级可达IT6～IT5,表面粗糙度Ra值为0.2～0.025μm,孔的形状精度亦相应提高.
珩磨是利用装有磨条的珩磨头来加工孔的,加工时工件视其大小可安装在机床的工作台或夹具中.
具有若干个磨条的珩磨头插入已加工过的孔中,由机床主轴带动旋转且作轴向往复运动(0.16str/s～1.6str/s).磨条以一定的压力与孔壁接触,即可从工件表面切去极薄的一层金属.
为得到较小的Ra值,切削轨迹应成均匀而不重复的交叉网纹.
磨条材料:加工钢件一般选用氧化铝;
加工铸铁,不锈钢和有色金属,一般选用碳化硅.
珩磨孔多在专用的机床上进行,在单件小批量生产中,也可在改装的立式钻床上进行.
珩磨孔的应用:
珩孔广泛用于大批量生产中加工发动机的气缸,液压装置的油缸筒及各种炮筒等.
·上一篇：授课题目:第3章一,本章的教学目的与要求
本章以常见表面的加工为主线,介绍了各种传统切削加工方法的工艺特点,应用及零件加工的工艺规程制定.本章内容实践性,直观性很强,是学生在完成工程训练实践环节基础上的理论提升.本章内容是全书的重点,也是\"教学基本要求\"要求学生应掌握的基本内容.授课采用多媒体教学,学生学习要理论联系实际,多作练习,以取得良好的教学效果.学习本章内容时,可参阅一些其它参考文献,如邓文英主编的《金属工艺学(第四版)》,傅水根主编的《机械制造工艺基础》及相关机械制造方面的教材和期刊.
二,授课主要内容
1回转面的加工
主要学习外圆面的加工和孔的加工
2平面的加工
3特形表面的加工
主要学习成型面的加工,螺纹的加工,齿形的加工(包括概述,齿轮齿形的加工方法,铣齿,插齿和滚齿,齿形的精加工,圆柱齿轮齿形加工方法的选择)
4零件的切削结构工艺形
主要学习合理确定零件的技术要求,遵循零件结构设计的标准化,合理标注尺寸,零件结构要便于加工
5零件机械加工工艺规程的制定
主要学习机械加工工艺规程的内容及作用,制定工艺规程的原则,原始资料,制定工艺规程的步骤,工艺文件的编制
三,重点,难点及对学生的要求(掌握,熟悉,了解,自学)
重点是传统切削加工方法及工艺特点,加工工艺范围.
四,主要外语词汇
车削:turning 磨削:grinding 钻孔:drilling
镗孔:boring 磨孔:hole grinding 铣削:milling
拉削:broaching 车螺纹:thrad turning 齿轮:gears
五,辅助教学情况(多媒体课件,板书,绘图,标本,示数等)
多媒体教学 实物 作业练习
六,复习思考题
加工要求精度高,表面粗糙度小的紫铜或铝合金轴外圆时,应选用那种加工方法 为什么
外圆粗车,半精车和精车的作用,加工质量和技术措施有何不同
外圆磨削前为什么只进行粗车和半精车,而不需要精车
磨削为什么能达到较高的精度和较小的表面粗糙度
无心磨的导轮轴线为什么要与工作砂轮轴线斜交α角 导轮周面的母线为什么是双曲线 工件的纵向进给速度如何调整
研磨与超精加工的加工原理,工艺特点和应用场合由哪些不同
试确定下列零件外圆面的加工方案:
紫铜小轴,φ20h7,Ra0.8μm;2)45钢轴,φ50h6,Ra0.2μm.
加工相同材料,尺寸,精度和表面粗糙度的外圆面和孔,哪一个更困难些 为什么
在车床上钻孔和在钻床上钻孔产生的\"引偏\",对所加工的孔有何不同影响 在随后的精加工中,哪一种比较容易纠正 为什么
扩孔,铰孔为什么能达到较高的精度和较小的表面粗糙度
镗床镗孔与车床镗孔有何不同 各适合于什么场合
拉孔为什么无需精确的预加工 拉削能否保持孔与外圆的同轴度要求
内圆磨削的精度和生产率为什么低于外圆磨削,表面粗糙度Ra值为什么也略大于外圆磨削
珩磨时,珩磨头与机床主轴为何要作浮动联接 珩磨能否提高孔与其它表面之间的位置精度
下列零件上的孔,用何种加工方案比较合理:
单件小批生产中,铸铁齿轮上的孔,φ20H7,Ra1.6μm.
大批量生产中,铸铁齿轮上的孔,φ50H7,Ra0.8μm.
变速箱体(铸铁)上传动轴的轴承孔,φ62J7,Ra0.8μm.
高速钢三面刃铣刀上的孔,φ27H6,Ra0.2μm.
牛头刨床和龙门刨床的应用有何区别 工件常用的装夹方法分别有哪些
为什么刨削,铣削只能得到中等精度和表面粗糙度
插削适合于加工什么表面
用周铣法铣平面,从理论上分析,顺铣比逆铣有哪些优点 实际生产中,目前多采用那种铣削方式 为什么
试述下列零件上平面的加工方案:
单件小批生产中,机座(铸铁)的底面:500mm×300mm,Ra3.2μm.
成批生产中,铣床工作台(铸铁)台面:1250mm×300mm,Ra1.6μm.
大批量生产中,发动机连杆(45调质钢, 217—255 HBS)侧面:25mm×10mm,Ra3.2μm.
为什么车螺纹时必须用丝杠走刀
为什么标准件厂生产螺纹一般都用滚压法
旋风铣螺纹适合于何种零件
下列零件上的螺纹,应采用哪种方法加工 为什么
10000件标准六角螺母,M10-7H.
100000件十字头沉头螺钉,M8×30-8h,材料为Q235-A. 题图2-1
30件传动轴轴端的紧固螺纹,M20×1-6h.
500根车床丝杠螺纹的粗加工,螺纹为T32×6.
成形面的加工,一般有那几种方式 各有何特点
试述成形法和展成法的齿形加工原理有何不同
为什么插齿和滚齿的加工精度和生产率比铣齿高 滚齿和插齿的加工质量有什么差别
哪种磨齿方法生产率高 哪一种的加工质量好 为什么
试分析如题图2-1所示零件的结构工艺性的好坏,并加以改进.
机械加工工艺规程的内容和作用是什么 其制定步骤是什么
零件的工艺分析有哪几方面内容
划分加工阶段有什么好处
七,参考教材(资料)
1 孙大涌主编. 先进制造技术. 北京:机械工业出版社,2000
2 李伟光主编. 现代制造技术. 北京:机械工业出版社,2001
3 机械工程手册编辑委员会. 机械工程手册:机械制造工艺及设备卷(二) 第2版. 北京:机械工业出版社,1997
4 邓文英主编. 金属工艺学第4版. 北京:高等教育出版社,2000
5 吴桓文主编. 工程材料及机械制造基础(Ⅲ)机械加工工艺基础. 北京:高等教育出版社,1990
6 卢秉恒主编. 机械制造技术基础. 北京:机械工业出版社,1999
7 张世昌,李 旦等. 机械制造技术基础. 北京:高等教育出版社,2001
8 傅水根主编. 机械制造工艺基础(金属工艺学冷加工部分). 北京:清华大学出版社,1998
9 李爱菊,王守成等. 现代工程材料成形与制造工艺基础(下册). 北京:机械工业出版社,2001
10 贾青云,李冬妮等. 现代汽车制造技术之机械加工:世界汽车技术发展跟踪研究(一). 汽车工艺与材料,2002,(4)
苗赫濯,齐龙浩等. 新型陶瓷刀具在机械工程中的应用. 机械工程学报,2002,38(2)
第二章 零件表面的常规加工方法
任何复杂的零件都是由简单的几何表面(如外圆面,孔,平面,成形表面等)组成,而某一种表面又可以采用多种方法加工,但可以根据零件具体表面的加工要求,零件的结构特点及材料的性质等因素来选用相应的加工方法.
选择的基本原则是在保证加工质量的前提下,使生产成本较低.
表面加工方法选择
1.首先选定它的最终加工方法,然后再逐一选定各前道工序的加工方法.
2. 加工方法的经济精度,表面粗糙度与加工表面的技术要求相适应.
3. 加工方法与被加工材料的性质相适应.
4. 加工方法与生产类型相适应.
5. 加工方法与本厂条件相适应.
第一节 金属切削机床的基本知识
一,机床的分类及型号
机床的型号编制 机床的型号是机床产品的代号,用以表明机床的类型,通用和结构特性,主要技术参数等.
GB/T15375-94《金属切削机床型号编制方法》规定,我国的机床型号由汉语拼音字母和阿拉伯数字按一定规律组合而成.
1.通用机床的型号编制
注:①有\"( )\"的代号或数字,当无内容时,不表示,若有内容,则不带扩号;
②有\"○\"符号者,为大写的汉语拼音字母;
③有\"△\" 符号者,为阿拉伯数字;
④有\" △ \" \"○\"符号者,为大写的汉语拼音字母或阿拉伯数字或两者兼有之.
(1)机床的类别代号
类车钻镗 磨 齿轮加螺纹加铣刨插拉锯其他
别床床床 床 工机床工机床床床 床床机床
代
号 C Z T MM2M3 Y S X B L G Q
读
音车钻镗磨二磨三磨 牙 丝 铣 刨 拉 割 其
(2)机床的通用特性代号
高精度G 精密 M
自动 Z 半自动 B
数控 K 加工中心 (自动换刀) H
彷型 F 轻型 Q
加重型 C 简式或经济型 J
柔性加工单元 R 数显 X
高速 S
3)结构特性代号
为了区别主参数相同而结构不同的机床,在型号中用汉语拼音字母区分.
例如,CA6140型普通车床型号中的\"A\",可理解为:CA6140型普通车床在结构上区别于C6140型普通车床.
(4)机床的组别,系别代号
用两位阿拉伯数字表示,前者表示组,后者表示系.
每类机床划分为10个组,每个组又划分为10个系.
在同一类机床中,凡主要布局或使用范围基本相同的机床,即为同一组.凡在同一组机床中,若其主参数相同,主要结构及布局型式相同的机床,即为同一系.
(5)机床的主参数,设计顺序号和第二参数
机床主参数:代表机床规格的大小,在机床型号中,用数字给出主参数的折算数值(1/10或1/150)
设计顺序号:当无法用一个主参数表示时,则在型号中用设计顺序号表示.
第二参数:一般是主轴数,最大跨距,最大工作长度,工作台工作面长度等,它也用折算值表示.
(6)机床的重大改进顺序号
当机床性能和结构布局有重大改进时,在原机床型号尾部,加重大改进顺序号A,B,C....等.
(7)其他特性代号
用汉语拼音字母或阿拉伯数字或二者的组合来表示.主要用以反映各类机床的特性,如对数控机床,可反映不同的数控系统;对于一般机床可反映同一型号机床的变型等
(8)企业代号
生产单位为机床厂时,由机床厂所在城市名称的大写汉语拼音字母及该厂在该城市建立的先后顺序号,或机床厂名称的大写汉语拼音字母表示.
第二节 回转面的加工
具有回转面的零件:轴类,套筒类,盘类零件
回转面:内,外柱形表面和锥面.
一,外圆面的加工
外圆面的技术要求:
①尺寸精度:外圆面直径和长度的尺寸精度;
②形状精度:直线度,平面度,圆度,圆柱度等,
③ 位置精度:平行度,垂直度,同轴度,径向圆跳动等;
④表面质量:主要是指表面粗糙度,也包括有些零件要求的表面层硬度,残余应力大小,方向和金相组织等.
1.外圆面的车削(turning)
工件旋转为主运动,刀具直线移动为进给运动.
1).车床
1.应用:加工各种回转表面(内外圆柱面,圆锥面及成形回转表面)和回转体的端面,有些车床可以加工螺纹面.
2.分类:车床种类繁多,按其用途和结构的不同,主要分为:卧式车床及落地车床,立式车床,<a name=baidusnap0></a><B style=\'color:black;background-color:#ffff66\'>转塔车床</B>,仪表车床,单轴自动和半自动车床,多轴自动和半自动车床,彷形车床及多刀车床,专门化车床.
CA6140型卧式车床:
适用于加工各种轴类,套筒类和盘类零件上的回转表面,如:内圆柱面,圆锥面,环槽及成形回转表面;端面及各种常用螺纹;还可以进行钻孔,扩孔,铰孔,和滚花等工艺.
车床结构
1主轴箱 2刀架 3尾座 4床身 5床腿 6溜板箱 7变速箱 8进给箱
立式车床(分单柱式和双柱式):
一般用于加工直径大,长度短且质量较大的工件.
立式的工作台的台面是水平面,主轴的轴心线垂直于台面,工件的矫正,装夹比较方便,工件和工作台的重量均匀地作用在工作台下面的圆导轨上.
1-底座;2-工作台;3-侧刀架;4-立柱;5-垂直刀架;6-横梁;7-顶梁
<B style=\'color:black;background-color:#ffff66\'>转塔车床</B>
除了有前刀架外,还有一个转塔刀架.转塔刀架由六个装刀位置,可以沿床身导轨做纵向进给,每一个刀位加工完毕后,转塔刀架快速返回,转动60度.更换到下一个刀位进行加工.
高速精密车床
普及型数控车床
2)车刀
车刀按结构可分为:
⑴整体车刀
⑵焊接车刀
⑶机夹车刀
⑷可转位车刀
成形车刀:用在各类车床上加工内,外回转体成形表面,其刀形根据工件轮廓设计.该种车刀有平体,棱体,圆体三种型式.
3)车削
为了提高生产率及保证加工质量,外圆面的车削分为粗车,半精车,精车和精细车.
粗车:
目的:从毛坯上切去大部分余量,为精车作准备.
特点:采用较大的背吃 刀量ap,较大的进 给量以及中等或较低的切削速度vc,以达到高的生产率.
粗车后的尺寸公差等级一般为IT13～IT11,表面粗糙度Ra值为50～12.5μm.
粗车也可作为低精度表面的最终工序.
半精车:
目的:提高精度和减小表面粗糙度,可作为中等精度外圆的终加工,亦可作为精加工外圆的预加工.
半精车的背吃刀量和进给量较粗车时小.
半精车的尺寸公差等级可达IT10～IT9,表面粗糙度Ra值为6.3～3.2μm.
精车:
目的:保证工件所要求的精度和表面粗糙度,作为较高精度外圆面的终加工,也可作为光整加工的预加工.
精车一般采用小的背吃刀量(ap＜0.15mm)和进给量(f＜0.1mm/r),可以采用高的或低的切削速度,以避免积屑瘤的形成.
精车的尺寸公差等级一般为IT8～IT7,表面粗糙度Ra值为1.6～0.8μm.
精细车:
一般用于技术要求高的,韧性大的有色金属零件的加工.
精细车所用机床应有很高的精度和刚度,多使用仔细刃磨过的金刚石刀具.
车削时采用小的背吃刀量(ap≤0.03mm～0.05mm),小的进给量(f = 0.02mm/r～0.2mm/r)和高的切削速度(vc>2.6m/s).
精细车的尺寸公差等级可达IT6～IT5,表面粗糙度Ra值为0.4～0.1μm.
4)车削的工艺特点
(1)易于保证相互位置精度 对于轴,套筒,盘类等零件,可以在一次安装中加工出不同直径的外圆面,孔及端面,即可保证同轴度以及端面与轴线的垂直度.
(2)刀具简单 车刀是刀具中最简单的一种,制造,刃磨和安装均较方便.
(3)应用范围广 车削除了经常用于车外圆,端面,孔,切槽和切断等加工外,还用来车螺纹,锥面和成形表面.加工的材料范围较广,可车削黑色金属,有色金属和某些非金属材料,特别是适合于有色金属零件的精加工.
2.外圆面的磨削
外圆面磨削(grinding)既可在外圆磨床上进行,也可在无心磨床上进行.
⑴外圆磨床
主要用于磨削内,外圆柱和圆锥表面,也能磨阶梯轴的轴肩和端面,可获得IT6-IT7及精度Ra在1.25--0.08μm之间. 主参数:最大磨削直径
1床身 2头架 3内圆磨头 4砂轮架 5尾座 7转台 8横向进给手轮 9工作台
(1).外圆磨床上磨削
轴类工件常用顶尖安装,其方法与车削基本相同,但磨床所用顶尖都不随工件一起转动;
盘套类工件则用心轴和顶尖安装
a)纵磨法 b)横磨法 c)混合磨法 d)深磨法
1).纵磨法
砂轮高速旋转为主运动,工件旋转并和磨床工作台一起往复直线运动分别为圆周进给运动和纵向进给运动,工件每转一周的纵向进给量为砂轮宽度的三分之二,致使磨痕互相重叠.每当工件一次往复行程终了时,砂轮作周期性的横向进给(背吃刀量).
散热条件较好;
加工精度和表面质量较高;
具有较大的适应性,可以用一个砂轮加工不同长度的工件;
生产率较低.
广泛适用于单件,小批生产及精磨,特别适用于细长轴的磨削.
(2)横磨法.
又称切入法,工件不作纵向移动,而由砂轮以慢速作连续的横向进给,直至磨去全部磨削余量.
生产率高,
散热条件差,
工件容易产生热变形和烧伤现象,且因背向力Fp大,工件易产生弯曲变形.
无纵向进给运动,磨痕明显,工件表面粗糙度Ra值较纵磨法大.
一般用于大批大量生产中磨削刚性较好,长度较短的外圆以及两端都有台阶的轴颈.
(3)混合磨法
先用横磨法将工件表面分段进行粗磨,相邻两段间有5～10mm的搭接,工件上留有0.01～0.03mm的余量,然后用纵磨法进行精磨.
此法综合了横磨法和纵磨法的优点.
(4)深磨法
磨削时用较小的纵向进给量(一般取1～2mm/r),把全部余量(一般为0.2mm～0.6mm)在一次走刀中全部磨去.
磨削用的砂轮前端修磨成锥形或阶梯形,砂轮的最大外圆面起精磨和修光作用,锥形或其余阶梯面起粗磨或半精磨作用.
深磨法的生产率约比纵磨法高一倍,但修整砂轮较复杂,只适用于大批量生产并允许砂轮越出加工面两端较大距离的工件.
2)无心外圆磨床上磨削
磨削时工件放在两个砂轮之间,下方用托板托住,不用顶尖支持,所以称为无心磨.
两个砂轮中,较小的一个是用橡胶结合剂做的,磨粒较粗,以0.16m/s～0.5m/s速度回转,此为导轮;另一个是用来磨削工件的砂轮,以30m/s～40m/s速度回转,称为磨削轮.
导轮轴线相对于工件轴线倾斜一个角度α(10～50),以使导轮与工件接触点的线速度v导分解为两个速度,一个是沿工件圆周切线方向的v工,另一个是沿工件轴线方向的v通,因此,工件一方面旋转作圆周进给,另一方面作轴向进给运动.工件从两个砂轮间通过后,即完成外圆磨削.
为了使工件与导轮保持线接触,应当将导轮母线修整成双曲线形.
1—工件 2—磨削轮 3—托板 4—导轮
优点:生产率高,工件尺寸稳定,不需用夹具,操作技术要求不高;
缺点:工件圆周面上不允许有键槽或小平面,对于套筒类零件不能保证内,外圆的同轴度要求,机床的调整较费时.
适用于成批,大量生产光滑的销,轴类零件
3)磨削加工特点
(1)能获得很高的加工精度和低的表面粗糙度
磨粒上锋利的切削刃,能够切下一层很薄的金属,切削厚度可以小到数微米;残留面积的高度小,有利于形成光洁的表面;
磨床有较高的精度和刚度,并有实现微量进给机构,可以实现微量切削;
(2)砂轮有自锐作用
磨削过程中,磨钝了的磨粒会自动脱落而露出新鲜锐利的磨粒.
实际生产中,有时就利用这一原理进行强力磨削,以提高磨削加工的生产率.
(3)磨削温度高
磨削时的切削速度为一般切削加工的10～20倍,磨粒多为负前角切削,挤压和摩擦较严重,磨削时滑擦,刻划和切削三个阶段所消耗的能量绝大部分转化为热量.
砂轮本身的传热性很差,大量的磨削热在短时间内传散不出去,在磨削区形成瞬时高温,有时高达800～1000 ℃.
大部分磨削热将传入工件,降低零件的表面质量和使用寿命.
向磨削区加注大量的切削液起冷却,润滑作用,不仅可降低磨削温度,还可以冲掉细碎的切屑和碎裂及脱落的磨粒,避免堵塞砂轮空隙,提高砂轮的寿命.
(4)磨削的背向力大
磨削外圆时,总磨削力分解为磨削力Fc,进给力Ff和背向力Fp 3个相互垂直的分力.
磨削力Fc决定磨削时消耗功率的大小,在一般切削加工中,切削力Fc比背向力Fp大得多;而在磨削时,背向磨削力Fp大于磨削力Fc(一般2～4倍).
进给力最小,一般可忽略不计.
背向力Fp不消耗功率,但它会使工件产生水平方向的弯曲变形,直接影响工件的加工精度.例如纵磨细长轴的外圆时,由于工件的弯曲而产生腰鼓形.
(三)外圆面的光整加工
1.研磨(lapping)
把研磨剂放在研具与工件之间,在一定压力作用下研具与工件作复杂的相对运动,通过研磨剂的微量切削及化学作用,去除工件表面的微小余量,以提高尺寸精度,形状精度和降低表面粗糙度.
研磨方法:手工研磨和机械研磨
工件安装在车床两顶尖间作低速旋转(20～30m/min),研具(手握)在一定压力下沿工件轴向作往复直线运动, 直至研磨合格为止.
生产率低,只适用于单件小批量生产.
研磨剂:液态研磨剂和研磨膏
磨料:机械切削,常用的有刚玉,碳化硅,氧化硅,氧化铬,氧化铁等,粒度为1～10μm.
研磨液:冷却,润滑,使磨粒均布在研具表面,常用油类磨削液.
辅助填料:由硬脂酸,石蜡,工业用猪油,蜂蜡按一定比例混合成的混合脂,起吸附磨料,防止磨料沉淀和润滑作用,还通过化学作用使工件表面形成一层极薄的氧化膜,氧化膜很容易磨掉而不损伤基体,研磨过程中氧化膜不断地形成,磨掉,从而加快研磨过程.
研磨余量一般不超过0.01～0.03mm,研磨前的工件应进行精车或精磨.
研磨可以获得IT5或更高的尺寸公差等级,表面粗糙度Ra值为0.1～0.008μm.
研磨可加工外圆面,孔,平面等.
2.超级光磨(超精加工)(superfinishing)
加工时,工件旋转(0.16～0.25m/s),细粒度的油石以恒定的较低的压力(5～20MPa)轻压于工件表面,在轴向进给(进给量为0.1～0.15mm/r)的同时,沿工件的轴向作高速而短幅的往复运动,对工件表面进行光整加工每秒钟往复的次数一般为6～25次,行程长度2～6mm.
超级光磨的余量很小(约0.005～0.02mm),光磨后表面粗糙度值Ra为0.1～0.008μm,但不能提高工件的尺寸精度及几何形状精度,该精度必须由前一道工序保证.
超级光磨只是切去工件表面的微小凸峰,加工时间很短,一般为30s～60s,所以生产率很高.
3.抛光(polishing, buffing)
把由刚玉或碳化硅等磨料加油酸,软脂酸配制而成的抛光剂涂在用布,毛毡或皮革等叠制而成的圆形抛光轮上,利用抛光轮的高速旋转对工件进行光整加工的方法.
抛光工具和加工方法简单,成本低;
由于抛光轮是弹性的,能与曲面相吻合,故易于实现曲面抛光,便于对模具型腔进行光整加工;
抛光仅能获得光亮的表面,不能提高精度.
抛光只能用于表面装饰及金属件电镀前的准备工序.
抛光除可加工外圆面,孔,平面和成形面等.
二,孔的加工
孔是箱体,支架,套筒,环,盘类零件上的重要表面,也是机械加工中经常遇到的表面.
在加工精度和表面粗糙度要求相同的情况下,加工孔比加工外圆面困难,生产率低,成本高:
(1)刀具的尺寸受到被加工孔的尺寸的限制,故刀具的刚性差,不能采用大的切削用量.
(2)刀具处于被加工孔的包围中,散热条件差,切屑排出困难,切削液不易进入切削区,切屑易划伤加工表面.
孔的技术要求
①尺寸精度: 孔径和长度的尺寸精度.
②形状精度: 孔的圆度,圆柱度及轴线的直线度.
③位置精度: 孔与孔或孔与外圆面的同轴度,孔与孔或孔与其它表面之间的尺寸精度,平行度,垂直度等.
④表面质量: 表面粗糙度,表层加工硬化和表层物理力学性能要求等.
孔的加工方法:钻孔,扩孔,铰孔,镗孔,拉孔,磨孔,孔的光整加工等.
(一)钻孔
钻孔(drilling):在工件的实体部位加工孔的工艺过程
刀具:麻花钻.
机床:钻床,车床,镗床,铣床
麻花钻的构造
钻孔的工艺特点
(1)易引偏
引偏是孔径扩大或孔轴线偏移和不直的现象.
由于钻头横刃定心不准,钻头刚性和导向作用较差,切入时钻头易偏移,弯曲.
在钻床上钻孔易引起孔的轴线偏移和不直;
在车床上钻孔易引起孔径扩大
a)在钻床上钻孔 b)在车床上钻孔
(2)排屑困难
钻孔的切屑较宽,在孔内被迫卷成螺旋状,流出时与孔壁发生剧烈摩擦而刮伤已加工表面,甚至会卡死或折断钻头.
(3)切削温度高,刀具磨损快
切削时产生的切削热多,加之钻削为半封闭切削,切屑不易排出,切削热不易传出,使切削区温度很高.
提高孔的加工精度的措施
(1)仔细刃磨钻头,使两个切削刃的长度相等和顶角对称;在钻头上修磨出分屑槽,将宽的切屑分成窄条,以利于排屑.
(2)用顶角2φ=90～100°的短钻头,预钻一个锥形坑可以起到钻孔时的定心作用.
(3)用钻模为钻头导向,可减少钻孔开始时的引偏,
特别是在斜面或曲面上钻孔时更有必要.
钻孔的应用:
钻孔加工精度很低,生产率低.
可用于质量要求不高的孔的终加工,如螺钉孔,油孔等;也可用于技术要求高的孔的预加工或攻螺纹前的底孔加工.
(二)扩孔
扩孔(core drilling)是用扩孔钻对工件上已有的孔进行扩大加工.
可在钻床,车床或镗床上进行.
扩孔钻
扩孔钻特点:
1)刀齿数多(3～4个),故导向性好,切削平稳;
2)刀体强度和刚性较好;
3)没有横刃,改善了切削条件.
因此,大大提高了切削效率和加工质量.
对技术要求不太高的孔,扩孔可作为终加工;对精度要求高的孔,常作为铰孔前的预加工.
在成批或大量生产时,为提高钻削孔,铸锻孔或冲压孔的精度和降低表面粗糙度值,也常使用扩孔钻扩孔.
(三)铰孔
铰孔(reaming)是用铰刀对已有孔进行精加工的过程.
铰刀的结构
铰孔的方式有机铰和手铰两种.
铰刀特点
1)刀齿数多(6～12个),制造精度高;具有修光部分,可以用来校准孔径,修光孔壁;
2)刀体强度和刚性较好(容屑槽浅,芯部直径大);故导向性好,切削平稳;
3)铰孔的余量小切削力较小;铰孔时的切速度较低,产生的切削热较少.
因此,铰孔的加工质量更好.
钻头,扩孔钻,铰刀都是标准刀具.
中等尺寸以下较精密的孔,单件小批乃至大批大量生产,采用钻—扩—铰这种典型加工方案进行加工非常方便.
钻,扩,铰只能保证孔本身的精度,而不易保证孔与孔之间的尺寸精度及位置精度.为此,可以利用钻模进行加工,或者采用镗孔.
(四)镗孔
镗孔(boring):利用镗刀对已有的孔进行加工
对于直径较大的孔(一般D>φ80～100mm),内成形面或孔内环槽等,镗削是唯一合适的加工方法.
镗床分为卧式镗床,坐标镗床,立式镗床等.
卧式镗床:箱体,机架类零件上的孔或孔系;钻床或铣床:单件小批生产;
车床:回转体零件上轴线与回转体轴线重合的孔.
卧式镗床结构示意图
车床上镗孔:工件旋转,镗刀进给
a) 车通孔 b)车不通孔 c)车槽
镗床上镗孔:镗刀刀杆随主轴一起旋转,完成主运动;进给运动可由工作台带动工件纵向移动,也可由主轴带动镗刀杆轴向移动完成.
a)工件不动,刀具旋转并进给 b)刀具旋转,工件进给
镗刀:单刃镗刀和浮动式镗刀
镗孔的工艺特点
1.镗孔不象扩孔,铰孔需要许多尺寸不同的刀具,而且容易保证相互位置精度.
2.镗孔的生产率低,要求较高的操作技术,这是因为镗孔的尺寸精度要依靠调整刀具位置来保证.
(五)拉孔
拉孔(hole broaching)是用拉刀在拉床上加工孔的过程
拉刀的类型
拉刀的结构
头部——与机床连接,传递运动和拉力.
颈部——头部和过渡锥连接部分.
过渡锥部——使拉刀容易进入工件孔中,起对准中心的作用.
前导部——起导向和定心作用,防止拉刀歪斜,并可检查拉削前孔径是否太小,以免拉刀第一刀齿负荷太大而损坏.
切削部——切除全部的加工余量,由粗切齿,过渡齿和精切齿组成.
校准部——起校准和修光作用,并作为精切齿的后备齿.
后导部——保持拉刀最后几个刀齿的正确位置,防止拉刀即将离开工件时,工件下垂而损坏已加工表面.
尾部——防止长而重的拉刀自重下垂,影响加工质量和损坏刀齿.
拉削运动
拉刀以切削速度vc作主运动,进给运动是由后一个刀齿高出前一个刀齿(齿升量af)来完成的,从而能在一次行程中一层一层地从工件上切去多余的金属层,获得所要求的表面
拉削特点:
(1)生产率高.拉刀同时工作的刀齿多,而且一次行程能够完成粗,精加工.
(2)拉刀耐用度高.拉削速度低,每齿切削厚度很小,切削力小,切削热也少.
(3)加工精度高.拉削的尺寸公差等级一般可达IT8～IT7,表面粗糙度Ra值为0.8～0.4μm.
(4)拉床只有一个主运动(直线运动),结构简单,操作方便.
(5)加工范围广.拉削可以加工圆形及其它形状复杂的通孔,平面及其它没有障碍的外表面,但不能加工台阶孔,不通孔和薄壁孔.
(6)拉刀成本高,刃磨复杂,除标准化和规格化的零件外,在单件小批生产中很少应用.
(六)磨孔
磨孔(hole grinding)是孔的精加工方法之一,可达到的尺寸公差等级为IT8～IT6,表面粗糙度Ra值为1.6～0.4μm.
磨孔可以在内圆磨床或万能外圆磨床上进行.
万能外圆磨床
磨孔时,砂轮旋转为主运动,工件低速旋转为圆周进给运动(其方向与砂轮旋转方向相反), 砂轮直线往返为轴向进给运动,切深运动为砂轮周期性的径向进给运动
磨孔的工艺特点:
(1)可磨淬硬孔;
(2)不仅能保证孔本身的尺寸精度和表面质量,还可以提高孔轴线的直线度.
(3)同一个砂轮,可以磨削不同直径的孔.
(4)生产率比铰孔低,比拉孔更低.
(七)研磨孔
研磨孔(hole lapping)是孔的光整加工方法,需要在精镗,精铰或精磨后进行.
研磨后孔的尺寸公差等级可提高到IT6～IT4,表面粗糙度Ra值为0.1～0.008μm,圆度和圆柱度亦相应提高.
在车床上研磨套类零件孔:研具为可调式研磨棒.研磨前,套上工件,将研磨棒安装在车床上,涂上研磨剂,调整研磨棒直径使其对工件有适当的压力,即可进行研磨.研磨时,研磨棒旋转,手握工件往复移动.
(八)珩磨孔
珩磨孔(honing)是对孔进行的较高效率的光整加工方法,需在磨削或精镗的基础上进行.
珩磨后孔的尺寸公差等级可达IT6～IT5,表面粗糙度Ra值为0.2～0.025μm,孔的形状精度亦相应提高.
珩磨是利用装有磨条的珩磨头来加工孔的,加工时工件视其大小可安装在机床的工作台或夹具中.
具有若干个磨条的珩磨头插入已加工过的孔中,由机床主轴带动旋转且作轴向往复运动(0.16str/s～1.6str/s).磨条以一定的压力与孔壁接触,即可从工件表面切去极薄的一层金属.
为得到较小的Ra值,切削轨迹应成均匀而不重复的交叉网纹.
磨条材料:加工钢件一般选用氧化铝;
加工铸铁,不锈钢和有色金属,一般选用碳化硅.
珩磨孔多在专用的机床上进行,在单件小批量生产中,也可在改装的立式钻床上进行.
珩磨孔的应用:
珩孔广泛用于大批量生产中加工发动机的气缸,液压装置的油缸筒及各种炮筒等.
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