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机械加工工艺培训

机械加工工艺培训

研发部培训平台

2010年元月

前言

部门现有设计中,不仅在打样过程中经常会有一些加工工艺性的问题,也有很多归档转产的零件存在加工困难的情况,不仅影响开发进度和量产,也影响结构件的质量。“一次做好,次次做对”,所以当收到外观工程师发来的外观效果图时,各工程师需要对产品首先进行模具成型及后加工的工艺分析,以避免产品先天不良。

  编写《机械加工工艺培训》目的,就是为了方便工程师在结构设计时清楚一些常用的、基本的、关键的加工工艺知识,更好地保证工程师设计出的零件有较好的加工工艺性,统一结构要素,减少不必要的开模,加快加工进度,降低加工成本,提高产品质量。本来机械加工工艺知识是机械行业,特别是我司五金研发部设计、制造、管理人员所必备的知识。

   为熟悉和解决加工工艺问题的方法,掌握加工工艺方面的基本理论和基本知识,了解机械加工方面的发展,结合我司现场的工艺设备重点介绍车削、钻削、铣削加工工艺过程的主要问题。

由于时间和实际经验有限,培训资料中错误在所难免,恳请大家批评指正,希望经过一定时间的实践检验,经过将来补充、修订、完善之后,能够成为一部非常实用的培训教程参考书,对我们的设计工作起到很好的指导作用。考虑培训资料手册的篇幅和实用性,以及我们的设计主要是五金铸造类零件设计,因此,本培训资料机加工艺主要以车、钻、铣等为主。

                                                            编者  俞群华

                                                      2010年元月于九牧研发部

第一节  机械加工工艺规程概述

§1.1基础知识和术语

1.1.1 工艺过程  改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和性质等,使其成为成品或半成品的过程。

1.1.2 工艺过程的组成  由一个或若干个顺序排列的工序组成的工序是工艺过程的基本组成单位,也是生产组织和计划的基本单元。工序又可细划分若干个安装、工位、工步等,见图1.1-1。它们的含义见表1.1-1。

图1.1-1 工艺过程的组成

表1.1-1  工艺过程各组成部分的含义

名称

含义

工序

一个或一组工人,在一个工作地对同一个或同时对几个工件所连续完成的那一部分工艺过程

安装

工件经一次装夹后所完成的那一部分工序

工位

为完成一定的工序部分,一次装夹工件后,工件(或装配单元)与夹具或设备的可动部分一起相对刀具或设备的固定部分所占据的每一个位置所完成的那一部分工序

工步

在加工表面(或装配时的连接表面)和加工(或装配)工具不变的情况下,所连续完成的那一部分工序

走刀

在一个工步内当加工表面切削佘量较大, 需分几次切削时,则每一次切削称为一次走刀

图1.2-1  圆盘零件

§1.2 组成部分的区别  

1.2.1 区分工序的主要依据  是工作地(或设备)是否变动和完成的那一部分工艺内容是否连续。图1.2-1所示的圆盘零件,单件小批生产时其加工工艺过程如表1.2-1所示;成批生产时其加工工艺过程如表1.2-2所示。

表1.2-1  圆盘零件单件小批机械加工工艺过程

工序号

工序名称

工装

工步

工序内容

设备

1

车削

(用三爪自定心卡盘夹紧毛坯小端外圆)

车床

1

车大端面

2

车大端外圆至φ100

3

钻φ20孔

4

倒角

(工件调头,用三爪卡盘夹紧毛坏大端外圆)

5

车小端端面,保证尺寸35mm

6

车小端外圆至φ48,保证尺寸20mm

7

倒角

2

钻削

(用夹具装夹工件)

钻床

1

依次加工三个φ8孔

2

在夹具中修去孔口的锐边和毛刺

表1.2-2 圆盘零件成批机械加工工艺过程

工序号

工序名称

工装

工步

工序内容

设备

1

车削

(用三爪自定心卡盘夹紧毛坯小端外圆)

车床1

1

车大端面

2

车大端外圆至φ100

3

钻φ20孔

4

倒角

2

车削

(以大端面涨胎心轴

车床2

1

车小端端面,保证尺寸35mm

2

车小端外圆至φ48,保证尺寸20mm

3

倒角

3

钻削

(钻床夹具)

钻床

1

钻三个φ8孔

4

钳工

1

修孔口的锐边和毛刺

由表1.2-1可知,该零件的机械加工分车削和钻削两道工序。因为两者的操作工人、机床及加工的连续性均已发生变化。而在车削加工序中,虽然含有多个加工表面和多种加工方法(如车、钻等),其划分工序的要素未改变,故属同一工序。而表1.2-2分为四道工序。虽然工序1与工序2同为车削,但考虑质量和效率等方面的因素分为两台机器加工,故加工的连续性已变化,因此应为两道工序;同样工序4修边口锐边及毛刺,因为场地和使用设备均发生变化,因此也应作为另一道工序。由此可见工序不仅是组成工艺过程的基本单元,也是制订时间定额,配备工人,安排作业和进行质量检验的基本单元。

1.2.2 工步与走刀 为了便于分析和描述工序的内容,工序还可以进一步划分工步。一个工序可以包括几个工步,也可以只有一个工步。如表1.2-1中的工序1。在安装Ⅰ中进行车大端面、车外圆、钻φ20孔、倒角等加工,由于加工表面和使用刀具的不同,即构成四个工步。

   一般来多,构成工步的任一要素(加工表面、刀具及加工连续性)改变后,即成为另一个工步。但下面指出一些的情况应视为一个工步:

(1)对于那些一次装夹中连续进行的若干相同的工步应视为一个工步。如图1.2-1零件上级三个φ8孔钻削。可以作为一个工步。钻3-φ8。

(2)为了提高生产效率,有时用几把刀具同时加工几个表面,此时也应视为一个工步,

图1.2-2 复合工步

称为复合工步。如图1.2-2的加工方案。

   在一个工步内,若被加工表面切去的金属层很厚,需分几次切削,则每进行一次切削就是一次走刀。一个工步可以包括一次走刀或几次走刀。

工位Ⅰ-装卸工件 工位Ⅱ-钻孔 工位Ⅲ-扩孔 工位Ⅳ-铰孔

图1.2-3 多工位加工

1.2.3 安装与工位  工件在加工前,在机床或夹具上先占据一正确位置(定位),然后再夹紧的过程称为装夹。工件(或装配单元)经一次装夹后所完成的那一部分工序内容称为安装。在一道工序中可以有一个或多个安装。表1.2-1中工序1即有两个安装,而工序2有一个安装。工件加工应尽量减少装夹次数,因为多一次装夹就多一次装夹误差,而且增加了辅助时间。因此生产中常用各种回转工作台、回转夹具或移动夹具等,以便在工件一次装夹后,可使其处于不同的位置加工。为完成一定的工序内容,一次装夹工件后,工件(或装配单元)与夹具或设备固定部分所占据的每一个位置,称为工位。

   图1.2-3所示为一种利用回转工作台在一次装夹后顺序完成装卸工件、钻孔、扩孔和铰孔四个工位加工的实例。

§1.3 工艺规程及其制订

1.3.1 工艺规程   规定产品或零件制造工艺过程和操作方法等的工艺文件。

1.3.2 制定工艺规程的原则  保证图样上规定的各项技术要求,有较高的生产效率,技术先进,经济效率高,劳动条件良好。

1.3.3 制定工艺规程的原始材料  产品装配图及零件图;产品质量验收标准;产品的生产纲领及生产类型;原材料及毛坯的生产水平;现场生产条件(机床设备与工艺装备、工人技术水平等);国内外有关工艺、技术发展状况。

1.3.4 制定工艺规程的程序  计算生产纲领,确定生产类型;分析产品装配图,对零件图样进行工艺审查;确定毛坯的种类、形状、尺寸及精度;拟定工艺路线(划分工艺过程的组成、选择定位基准、选择零件表面的加工方法、安排加工顺序、选择机床设备等);进行工序设计(确定各工序加工佘量、切削用量、工序尺寸及公差,选择工艺装备,计算时间定额等);确定工序的技术要求及检验方法,填写工艺文件。

§1.4 生产纲领和生产类型

1.4.1 生产纲领  企业在计划期内企业应当生产的产品产量和进度计划。年生产纲领是包括备品和废品在内的某产品的年产量。零件的生产纲领按下式计算:

N=Qn1+α+β)

式中   N—零件的生产纲领(件/年);

    Q—机器产品年产量(台/年)

n—每台产品中该零件的数量(件/台);

    α—备品的百分率;

β—废品的百分率

1.4.2 生产类型  企业(或车间、工段、班组、工作地)生产专业化程度的分类。根据企业生产的产品特征(即产品属于重型、中型或轻型零件)、年生产纲领、批量以及投入生产的连续性,一般分为三种生产类型,即单件生产、成批生产和大量生产。

1.4.3 生产批量   一次投入或产出的同一产品(或零件)的数量。

   生产类型与生产纲领的关系见表1.4-1,各种生产类型的特点见表1.4-2。

表1.4-1 生产类型与生产纲领的关系

生产类型

某类零件的年产量(件/年)

产      品      类      型

重型机械

中型机械

轻型机械

单件生产

<5

<20

<100

成批生产

小批

5~10

20~200

100~500

中批

100~300

200~500

500~5000

大批

300~1000

500~5000

5000~50000

大量生产

>1000

>5000

>50000

表1.4-2 生产类型的工艺特

工艺特点

生产类型

单件小批生产

中批生产

大批大量生产

加工对象

经常变换,很少重复

周期性变换,重复

固定不变

零件的互换性

用修配法,缺乏互换性

多数互换,部分修配

全部互换,高精度偶件采用分组装配

毛坯情况

锻件自由锻造,铸件木工手工造型,毛坯精度低

锻件部分采用模锻,铸件部分用金属模,毛坯精度中等

广泛采用锻模,机器造型等高效方法生产毛坯,毛坯精度高

机床设备及其布置形式

通用机床,机群式布置,也可用数控机床

部分通用机床,部分专用机床,机床按零件类别分工段布置

广泛采用自动机床,专用机床,按流水线、自动线排列设备

工件尺寸获得方法

试切法,划线找正

定程调整法,部分试切,找正

调整法自动化加工

工艺装置

通用刀具、量具和夹具,或组合夹具,找正法装夹工件

广泛采用夹具,部分靠找正装夹工件,较多采用专用量具和刀具

高效专用夹具,多用专用刀具,专用量具及自动检测装置

对工人的技术要求

中等

对调整工人的技术水平要求高,对操作工人技术水平要求低

工艺文件

仅要工艺过程卡

工艺过程卡,关键零件的工序卡

详细的工艺文件,工艺过程卡、工序卡、调整卡等

加工成本

较高

中等

发展趋势

采用成组工艺、数控机床、加工中心及柔性制造单元

采用成组工艺、柔性制造系统或柔性自动线

采用计算机控制的自动化系统、车间或无人工厂,实现自适应控制

第二节  零件的工艺分析

§2.1 审查零件图样和产品的装配图

制订工艺规程时,通过分析零件图样和部件的装配图,主要是明确被加工零件在产品中的位置与作用,找出该零件上有多少主要加工表面,找出该零件主要的技术要求和加工中的关键的技术问题,了解各项公差与技术要求制定的依据,在编制工艺过程中,有针对性的解决这些问题。

具体内容包括:

(1)审查零件图的视图、尺寸、公差和技术条件等是否完整。

(2)审查各项技术要求是否合理。

(3)审查零件材料及热处理选用是否合适。

§2.2 零件的结构工艺性分析

零件的结构工艺性是指所设计的零件在满足使用要求的前提下,制造的方便性、可行性和经济性。即零件的结构应方便于加工时工件的装夹、对刀、测量,可以提高切削效率等。结构工艺性不好会使加工困难,浪费材料和工时,有时甚至无法加工。所以应该对零件的结构进行工艺性审查,如发现零件结构不合理之处.应与有关设计人员一起分析,按规定手续对图样进行必要的修改及补充。表2.2-1所示为便于加工零件结构示例

表2.2-1 零件机械加工工艺性实例

§2.3 数控加工对零件结构工艺性的影响

数控加工的特点是自动化程度高,加工精度高,对加工对象的适应性强,可以与计算机通讯(DNC),实现计算机辅助设计与制造一体化。因此数控加工对传统的零件结构工艺性衡量标准产生了很大影响,在下列情况下采用数控加工,其工艺性是好的:

(1) 单件小批生产的零件的加工,成批生产中的关键工序的加工。

(2) 加工精度高,具有形状复杂的曲线或曲面的零件加工。

(3) 需要多次改型设计的零件的加工。

(4) 需要钻、镗、铰、攻丝及铣削多个工步加工的工件,如箱体零件的加工。

(5) 价值高的零件。

(6) 进行精密复制的零件的加工。

(7) 用通用机床加工时,需要复杂的专用夹具或需要很长的调整时间的零件的加工。

零件的外形、内腔蕞好是采用统一的几何形状和尺寸,这样可以减少换刀次数,还有可能应用控制程序或专用程序以缩短程序长度。例如图2.3-1 a)所示,有的数控机床有对称加工的功能,编程时对于一些对称零件,例如图2.3-1 b)所示的零件,只需编其半边的程序,这样可以节省许多编程时间。

a)                                b)  

图2.3-1 数控工艺性实例

第三节  毛坯的选择

§3.1 选择毛坯应考虑的因素

3.1.1 零件的力学性能要求 相同的材料采用不同的毛坯制造方法,其力学性能有所不同。铸铁件的强度,离心浇注,压力浇注,金属型浇注,砂型浇注的铸件依次递减;钢质零件的锻造毛坯,其力学性能高于钢质捧料和铸钢件。

3.1.2 零件的结构形状与外廓尺寸 直径相差不大的阶梯轴宜采用捧料,相差较大时宜采用锻件。形状复杂、力学性能要求不高可采用铸钢件。形状复杂和薄壁的毛坯不宜采用金属型锻造。尺寸较大毛坯,不宜采用模锻,压铸和精铸,多采用砂型铸造和自由锻造。外形复杂的小零件宜采用精密铸造方法,以避免机械加工。

3.1.3 生产纲领和批量 生产纲领大时宜采用高精度与高生产率的毛坯制造方法,生产纲领小时,宜采用设备投资小的毛坯制造方法。

3.1.4 现场生产条件和发展 应经过技术经济分析和论证。

§3.2 常用的毛坯类型

3.2.1 冷冲件 指各种不同型号、不同厚度的金属板形料,根据零件几何形状的具体要求制作相应的模具、模块,用冲压机将其冲制成各种类型的零件毛坯,即为冷冲件。

3.2.2 铸件 将熔融金属浇入铸型,凝固后所得到的金属毛坯。适用于形状比较复杂,所用材料又具备可铸性的零件。铸件的材料可以是铸铁、铸钢或有色金属。表3.2-1 所示为例铸件与锻件毛坯制造方法的工艺特点。

3.2.3 锻件 金属材料经过锻造变形而得到的毛坯。适用于力学性能要求高,材料(钢材)又具有可锻性,形状比较简单的零件。生产批量大时,可用模锻代替自由锻。表3.2-1 所示为例铸件与锻件毛坯制造方法的工艺特点。

表3.2-1铸件与锻件毛坯制造方法的工艺特点

3.2.4 型材 各种热轧和冷拉的圆钢、板材、异型材等,适用于形状简单的、尺寸较小的零件。

3.2.5 焊接件 是将各种金属零件用焊接的方法,而得到的结合件。在单件小批生产中,用焊接件制作大件毛坯,可以缩短生产周期。

第四节  定位基准的选择

§4.1 定位基准种类 

4.1.1 基准 用来确定生产对象上几何要素间的几何关系所依据的那些点、线、面。

4.1.2 定位基准 加工中用来使工件在机床或夹具上定位的所依据的工件上的点、线、面。按工件上用作定位的表面状况把定位基准分为:

(1)粗基准和精基准  在零件加工的第一道工序,只能用毛坯上未经加工的表面作为定位基准,这种定位基准称为粗基准。粗基准是用工件上未经加工的表面定位。而利用工件上已加工过的表面作为定位基准面,称为精基准。

(2)辅助基准  零件设计图中某不要求加工的表面,有时为了工件装夹的需要,而专门将其加工作为定位用;或者为了定位需要,加工时有意提高了零件设计精度的表面,这种表面不是零件上的工作表面,只是由于工艺需要而加工的基准面,称为辅助基准或工艺基准。

零件的加工过程是首先用粗基准定位,加工出精基准表面;然后采用精基准定位,加工零件的其它表面。在选择定位基准时,首先考虑用那一组精基准定位加工出工件的主要表面,然后确定用怎样的粗基准定位加工出精基准的表面。

§4.2 粗基准的选择

4.2.1 粗基准的选择影响  一是影响工件上加工表面与不加工表面的相互位置,二是影响加工余量的分配。

4.2.2 粗基准的选择原则

(1)对于同时具有加工表面和不加工表面的零件,当必须保证其不加工表面与加工表面的相互位置时,应选择不加工表面为粗基准。如果零件上有多个不加工表面,应选择其中与加工表面相互位置要求高的表面为粗基准。

(2)对于有较多加工表面的工件,粗基准的选择应能合理分配加工余量。合理分配加工余量指:a)若工件必须首先保证某重要表面的余量均匀,应选择该表面为粗基准。

b)选择毛坯上余量蕞小的表面为粗基准,以保证各加工表面都有足够加工余量。

(3)作为粗基准的表面应尽量平整,不应有飞边、浇口、冒口及其它缺陷,这样可减少定位误差,并使工件夹紧可靠。

(4)为保证重要加工面的余量均匀,应选择重要加工面为粗基准。

(5)应避免重复使用粗基准,在同一尺寸方向上粗基准只准使用一次。因为粗基准是毛坯表面,定位误差大,两次以同一粗基准装夹下加工出的各表面之间会有较大的位置误差。

§4.3 精基准的选择

4.3.1基准的选择考虑 选择精基准主要应从保证工件的位置精度和装夹方便这两方面来考虑。

4.3.2 精基准的选择原则

(1)基准重合原则 应尽量选择加工表面的设计基准作为定位基准,这一原则称为基准重合原则。

(2)基准统一原则 当零件需要多道工序加工时,应尽可能在多数工序中选择同一组精基准定位,称为基准统一原则。

(3)自为基准原则 有时精加工或光整加工工序要求余量小而均匀,则应以加工表面本身作为定位基准,称为自为基准原则。如拉孔、铰孔、研磨、无心磨等。

(4)互为基准原则 某个工件上有两个相互位置精度要求很高表面,采用工件上的这两个表面互相作为定位基准,反复加工另一表面,称为互为基准。

(5)所选精基准应能保证工件定位准确,装夹方便,夹具结构简单适用。

第五节 工艺路线的选择

§5.1 工序顺序的确定

5.1.1确定工序顺序考虑  精基准的选择在选定零件各表面加工方法和加工时的定位基准之后,要把对零件的加工分散到各工序中去完成,确定工艺路线中各工序的内容和工序的顺序,这时须考虑两个问题:一是加工阶段的划分,二是机械加工顺序的安排。

5.1.2划分加工阶段的原则  将工艺路线划分为几个加工阶段,会增加工序数目,从而增加加工成本。因此在工件刚度高,工艺路线不划分阶段也能够保证加工精度的情况下,就不应该划分加工阶段,即在一个工序内连续完成某一表面的粗、半精和精加工工步。例如重型零件的加工中,为减少工件的运输和装夹,常在一次装夹中完成某些表面的加工。数控加工中因其设备的刚度高、功率大、精度高,常不划分加工阶段,通常加工中心就是在一次装夹下完成工件多个表面的粗加工、半精加工和精加工工步,达到零件的设计尺寸要求。

5.1.3加工阶段的划分 在加工较高精度的工件时,如工序数较多,可把工件各表面的粗加工工序集中起来,安排工序顺序时,首先加工,称为粗加工阶段;然后集中进行各表面的半精加工工序,称为半精加工阶段;蕞后集中完成各表面的精加工工序,称为精加工阶段。即把工艺路线分成几个加工阶段,各加工阶段的作用是:

(1)粗加工阶段 高效率地去除各加工表面上的大部分余量,并为半精加工提供精度准备和表面粗糙度的准备。粗加工阶段所能达到的精度较低,表面粗糙度大,要求粗加工中能够有高的生产率。

(2)半精加工阶段 目的是消除主要表面上经粗加工后留下的加工误差,使其达到一定的精度,为进一步精加工做准备,同时完成一些次要表面的加工。

(3)精加工阶段 该阶段中的加工余量和切削用量都很小,其主要任务是保证工件的主要表面的尺寸、形状、位置精度和表面粗糙度。

(4)光整加工阶段 包括珩磨、超精加工、镜面磨削等光整加工方法,其加工余量极小,主要目的是进一步提高尺寸精度和减小表面粗糙度,一般不能用于纠正位置误差。

5.1.4机械加工顺序的安排 机械加工顺序应该遵循下述原则:

(1)先加工基准面,后加工其他面;即先用粗基准定位加工精基准表面,为其他表面的加工提供可靠的定位基准,然后再用精基准定位加工其他表面。

(2)先加工平面后加工孔;箱体零件一般先以主要孔为粗基准加工平面,再以平面为精基准加工孔系。

(3)先安排粗加工工序,后安排精加工工序。

(4)先加工主要表面,后加工次要表面;零件的主要表面是加工精度和表面质量要求高的表面,它的工序较多,其加工质量对零件质量影响大,因此先加工。

§5.2 工序的组合

5.2.1工序的组合 在一个工序中安排多个工步,所以在确定加工顺序后,还要把工步序列进行适当组合,以形成以工序为单位的工艺过程。在工序的组合中,主要要考虑以下两个方面。

5.2.2确定工序内容 确定一个工序所包括的若干工步,需要考虑这几个工步是否能在同一机床上加工;是否需要在一次安装中加工,以保证相互位置精度。几个工步能在同一机床完成是它们能被组合成一个工序的先决条件。此外,零件的一组表面在一次安装中加工,可以保证这些表面间的相互位置精度。所以对于有较高位置精度要求的一组表面,应安排在一个工序内加工。

5.2.3工序的集中与分散 如何确定零件工艺过程中的工序数目,就是工序的集中与分散问题。如果一个零件的加工集中在少数工序内完成,每道工序加工内容多,称为工序集中。反之,称为工序分散。工序集中使得工艺路线短,减少了工件的装夹次数,即可提高生产率,又有利于保证加工表面的位置精度,降低生产成本。工序分散便于采用简单的加工设备和工艺装备,加工调整容易,可采用蕞合理的切削用量,便于划分加工阶段。在拟定工艺路线时,通常单件小批生产多采用工序集中。

§5.3 辅助工序的安排

5.3.1辅助工序  包括去毛刺、倒棱、清洗、防锈、检验等工序。其中检验工序是保证产品质量的有效措施之一,检验工序一般可安排在:关键工序前后;零件从一个车间转到另一个车间加工前后;粗加工阶段结束后;零件全部加工完毕后。应该注意的是某一工序后面不再有去毛刺工序时,本工序产生的毛刺应由本工序去除。

§5.4 零件表面加工方法的选择

5.4.1加工经济精度和加工经济表面粗糙度  一种加工方法能够保证的加工精度有一个相当大的范围,但如果要求它保证的加工精度过高,需要采取的一些特殊的工艺措施,加工成本随之加大。一种加工方法的加工经济精度是指在正常加工条件下(采用符合质量标准的设备、工艺装备和标准技术等级的工人,不延长加工时间)所能保证的加工精度。各种加工方法达到的加工经济精度和加工经济表面粗糙度可查阅各种金属切削加工工艺手册。

5.4.2典型表面的加工路线  机械零件是由一些简单的几何表面如外圆柱、孔、平面等组合而成的,因此零件的工艺路线就是这些表面加工路线的恰当组合,表5.3-1、表5.3-2和表5.3-3分别是外圆柱、孔、平面的典型加工路线,供选用时参考。

表5.3-1 外圆柱面的加工路线

序号

加工方法

公差等级

粗糙度Ra值/μm

适用范围

粗车

IT11~13

12.5~50

适用于淬火钢以外的各种金属

2

粗车-半精车

IT8~10

3.2~6.5

3

粗车-半精车-精车

IT7~8

0.8~1.6

4

粗车-半精车-精车-滚压(或抛光)

IT7~8

0.025~0.2

5

粗车-半精车-磨削

IT7~8

0.4~0.8

主要用于淬火钢,也可以用于未淬火钢,不宜加工有色金属

6

粗车-半精车-粗磨-精磨

IT6~7

0.1~0.4

7

粗车-半精车粗磨-精磨-超精加工

IT5

0.012~0.1

8

粗车-半精车-精车-精细车

IT6~7

0.025~0.4

主要用于精度高的有色金属加工

9

粗车-半精车-粗磨-精磨-超精磨

IT5

0.006~0.025

极高精度的外圆加工

10

粗车-半精车粗磨-精磨-研磨

IT5

0.006~0.1

表5.3-2 孔的加工路线

序号

加工方法

公差等级

粗糙度Ra/μm

适用范围

1

IT1113

12.5

加工未淬火钢及铸铁。也可用于加工有色金属。孔径小于  φ15~φ20

2

-

IT810

1.66.3

3

-粗铰-精铰

IT78

0.81.6

4

-

IT1011

6.312.5

加工未淬火钢及铸铁。也可用于加工有色金属。孔径大于  φ15~φ20

5

--

IT89

1.63.2

6

--粗铰-精铰

IT7

0.81.6

7

--机铰-手铰

IT67

0.20.4

8

--

IT79

0.11.6

大批大量生产

9

粗镗(或扩)

IT1113

6.312.5

除淬火钢外的各种材料

10

粗镗(粗扩)-半精镗(精扩)-

IT910

1.63.2

11

粗镗(粗扩)-半精镗(精扩)-精镗()

IT78

0.81.6

12

粗镗(粗扩)-半精镗(精扩)-精镗-浮动镗刀镗孔

IT67

0.40.8

13

粗镗()-半精镗-

IT78

0.20.8

主要用于淬火钢,也可用于未淬火钢,不宜用于有色金属

14

粗镗()-半精镗-粗磨-精磨

IT67

0.10.2

15

粗镗-半精镗-精镗-精细镗

IT67

0.050.4

主要用于高精度有色金属加工

16

粗镗-半精镗-精镗-珩磨

IT67

0.0250.2

用于加工精度很高的孔

17

以研磨代替上述方法的珩磨

IT56

0.0060.1

表5.3-3 平面的加工路线

序号

加工方法

公差等级

粗糙度Ra/μm

适用范围

1

粗车

IT1113

12.55.0

端面

2

粗车-半精车

IT810

3.26.3

3

粗车-半精车-精车

IT78

0.81.6

4

粗车-半精车-磨削

IT68

0.20.8

5

粗刨(或粗铣)

IT1113

6.325

一般不淬硬平面(端铣表面粗糙度Ra值较小)

6

粗刨(或粗铣)-精刨(或精铣)

IT810

1.66.3

7

粗刨(或粗铣)-精刨(或精铣)-刮研

IT67

0.10.8

精度高的不淬硬平面

8

以宽刃刨刀精刨代替上述刮研

IT7

0.20.8

9

粗刨(或粗铣)-精刨(或精铣)-磨削

IT7

0.20.8

精度高的淬硬平面或不淬硬平面

10

粗刨(或粗铣)-精刨(或精铣)-粗磨-精磨

IT67

0.0250.4

11

粗铣-

IT79

0.20.8

大量生产,较小平面

12

粗铣-精铣-磨削-研磨

IT5以上

0.0060.1

高精度平面

第六节 机床的选择

§6.1机床的选择

6.1.1普通机床的选择考虑  要考虑以下几个方面:

(1)机床的主要规格尺寸应与工件的外形轮廓尺寸相适应,即小工件应选小型机床加工,大工件应选大型机床加工,合理使用设备。

(2)机床的精度应与工序要求的加工精度相适应。

(3)机床的生产率应与零件的生产类型相适应。尽量利用工厂现有的机床设备。

6.1.2数控机床的选择  选择数控机床作为工序中的加工设备,称为数控加工。数控加工方法是根据被加工零件图样和工艺要求,编制成加工程序,由加工程序控制数控机床并自动加工出工件。数控机床与普通机床相比具有许多优点,它的应用范围还在不断扩大。但是数控机床的初始投资费用比较大,在选用数控机床加工时要充分考虑其经济效益。一般来说,数控机床适用于加工零件较复杂、精度要求高、产品更新快、生产周期要求短的场合。

§6.2工艺装备的选择  

6.2.1工艺装备  指零件的制造过程中的所用各种工具的总称,包括夹具、刀具、量具和辅具。

6.2.2夹具的选择  所用夹具应与生产类型相适应。单件小批生产时,应优先选择通用夹具。如各种通用卡盘、平口虎钳、分度头、回转工作台等。也可使用组合夹具。中批生产可以选用通用夹具、专用夹具、可调夹具、组合夹具。大批大量生产应尽量使用高产效率的专用夹具,如气动、液动、电动夹具。此外夹具的精度应能满足加工精度的要求。

6.2.3夹具、辅具的选择  一般应优先选用标准刀具,必要时也可选用高效率的复合刀具和专用刀具。所用刀具的类型、规格和精度应能满足加工要求。机床辅具是用以连结刀具与机床的工具,如刀柄、接杆、夹头等。一般要根据刀具和机床结构选择辅具,尽量选择标准辅具。

6.2.4量具的选择  单件小批生产应选用通用量具,如游标卡尺、千分表等。大批大量生产时尽量选用极限量规、高效专用检具。

第七节 钻削加工

§7.1钻削历史与发展

人类认识和使用钻头的历史可以上溯到史前时代。燧人氏钻木取火所使用的石钻,可以看作蕞原始的钻头。现代工业加工中广泛使用的麻花钻(俗称钻头),是一种形状复杂的实工件孔加工刀具,诞生于一百多年前。现在,全世界每年消耗的各类钻头数以亿计。据统计,在美国的汽车制造业,机械加工中钻孔工序的比重约占50%;而在飞机制造业,钻孔工序所占的比重则更高。尽管钻头的使用如此广泛,但众所周知,钻削加工也是蕞复杂的机械加工方法之一。正因为如此,人们一直致力于钻头的改进和钻削过程的研究。

§7.2钻削工艺

7.2.1钻削  用各种钻头进行钻孔、扩孔或锪孔的切削加工。具体含义如下:

(1)钻孔是用麻花钻、扁钻或中心孔钻等在实体材料上钻削通孔或盲孔。

(2)扩孔是用扩孔钻扩大工件上预制孔的孔径。

(3)锪孔是用锪孔钻在预制孔的一端加工沉孔、锥孔、局部平面或球面等,以便安装紧固件。

7.2.2钻削方式  主要有以下两种方式:

(1)工件不动,钻头作旋转运动和轴向进给,这种方式一般在钻床、镗床、加工中心或组合机床上应用

(2)工件旋转,钻头仅作轴向进给,这种方式一般在车床或深孔钻床上应用。

麻花钻的钻孔孔径范围为0.05~100mm,采用扁钻可达125mm。对于孔径大于100mm的孔,一般先加工出孔径较小的预制孔(或预留铸造孔),而后再将孔径镗削到规定尺寸。 

钻削时,钻削速度v是钻头外径的圆周速度(米/分);进给量f是钻头(或工件)每转钻入孔中的轴向移动距离(mm/r)。图7.2-1是麻花钻的钻削要素,由于麻花钻有两个刀齿,故每齿进给量af=f/2(mm/齿)。切削深度ap有两种:钻孔时按钻头直径d的一半计算;扩孔时按(d-d0)/2计算,其中d0为预制孔直径。每个刀齿切下的切屑厚度a0=afsinKr,单位为mm。式中Kr为钻头顶角的一半。使用高速钢麻花钻钻削钢铁材料时,钻削速度常取16~40


7.2-1 麻花钻的钻削要素

米/分,用硬质合金钻头钻孔时速度可提高1倍。

钻削过程中,麻花钻头有两条主切削刃和一条横刃,俗称一尖(钻心尖)三刃,参与切削工作,它是在横刃严重受挤和排屑不利的半封闭状态下工作,所以加工的条件比车削或其他切削方法更为复杂和困难,加工精度较低,表面较粗糙。钻削钢铁材料的精度一般为IT13~10,表面粗糙度为Ra20~1.25µm,扩孔精度可达IT10~9,表面粗糙度为Ra10~0.63µm。钻削加工的质量和效率很大程度上决定于钻头切削刃的形状。在生产中往往用修磨的方法改变麻花钻头切削刃的形状和角度以减少切削阻力,提高钻削性能,中国的群钻就是采用这种方法创制出来的。 

锥柄麻花钻 


直柄麻花钻 

扁钻


中心钻 


锪钻 

扩孔钻 

图7.2-2 各类钻头

当钻孔的深度l与直径d之比大于6时,一般视为深孔钻削。钻削深孔的钻头细长,刚度差,钻削时钻头容易偏斜并与孔壁发生摩擦,同时对钻头的冷却和排屑也较困难。因此,当l/d大于20时需要采用专门设计的深孔钻,并输入一定流量和压力的切削液加以冷却和把切屑冲刷出来,才能达到较高的钻削质量和效率。 

7.2.3钻头  用以在实体材料上钻削出通孔或盲孔,并能对已有的孔扩孔的刀具常用的钻头主要有麻花钻、扁钻、中心钻、深孔钻和套料钻。扩孔钻和锪钻虽不能在实体材料上钻孔,但习惯上也将它们归入钻头一类。各类钻头具体形状如图7.2-2所示。

(1)麻花钻是应用蕞广的孔加工刀具。通常直径范围为0.25~80mm。它主要由工作部分和柄部构成。工作部分有两条螺旋形的沟槽,形似麻花,因而得名。为了减小钻孔时导向部分与孔壁间的摩擦,麻花钻自钻尖向柄部方向逐渐减小直径呈倒锥状。麻花钻的螺旋角主要影响切削刃上前角的大小、刃瓣强度和排屑性能,通常为25°~32°。螺旋形沟槽可用铣削、磨削、热轧或热挤压等方法加工,钻头的前端经刃磨后形成切削部分。标准麻花钻的切削部分顶角为118°,横刃斜角为40°~60°,后角为8°~20°。由于结构上的原因,前角在外缘处大 向中间逐渐减小,横刃处为负前角(可达-55°左右),钻削时起挤压作用。为了改善麻花钻的切削性能,可根据被加工材料的性质将切削部分修磨成各种形状(如群


图7.2-3 麻花钻的结构

钻)。麻花钻的柄部形式有直柄和锥柄两种,加工时前者夹在钻夹头中,后者插在机床主轴或尾座的锥孔中。一般麻花钻用高速钢制造。 焊硬质合金刀片或齿冠的麻花钻适于加工铸铁、淬硬钢和非金属材料等,整体硬质合金小麻花钻用于加工仪表零件和印刷线路板等。图7.2-3所示为麻花钻具体结构。

(2)扁钻的切削部分为铲形,结构简单,制造成本低,切削液容易导入孔中,但切削和排屑性能较差。扁钻的结构有整体式和装配式两种。整体式主要用于钻削直径0.03~0.5mm的微孔。装配式扁钻刀片可换,可采用内冷却,主要用于钻削直径25~500mm的大孔。

(3)深孔钻通常是指加工孔深与孔径之比大于6的孔的刀具。常用的有枪钻、BTA深孔钻、喷射钻、DF深孔钻等。套料钻也常用于深孔加工。 

扩孔钻有3~4个刀齿,其刚性比麻花钻好,用于扩大已有的孔并提高加工精度和光洁度。 

(4)锪钻有较多的刀齿,以成形法将孔端加工成所需的形状,用于加工各种沉头螺钉的沉头孔,或削平孔的外端面。 

(5)中心钻供钻削轴类工件的中心孔用,它实质上是由螺旋角很小的麻花钻和锪钻复合而成,故又称复合中心钻

§7.3床 

7.3.1钻床系统 指主要用钻头在工件上加工孔的机床通常钻头旋转为主运动,钻头轴向移动为进给运动。钻床结构简单,加工精度相对较低,可钻通孔、盲孔更换特殊刀具,可扩、锪孔,铰孔或进行攻丝等加工。

7.3.2 钻床类型 可分为下列

(1)台式钻床:可安放在作业台上,主轴垂直布置的小型钻床。

(2)立式钻床:主轴箱和工作台安置在立柱上,主轴垂直布置的钻床。

(3)摇臂钻床:摇臂可绕立柱回转、升降,通常主轴箱可在摇臂上作水平移动的钻床。它适用于大件和不同方位孔的加工。

(4)铣钻床:工作台可纵横向移动,钻轴垂直布置,能进行铣削的钻床。

(5)深孔钻床:使用特制深孔钻头,工件旋转,钻削深孔的钻床。

(6)平端面中心孔钻床:切削轴类端面和用中心钻加工的中心孔钻床。

(7)卧式钻床:主轴水平布置,主轴箱可垂直移动的钻床。

(8)多轴钻床:立体钻床,有多个可用钻轴,可灵活调节。

7.3.3操作规程 认真执行《金属切削机床通用操作规程》有关规定在工作中认真做到:

(1)操作前要穿紧身防护服,袖口扣紧,上衣下摆不能敞开,严禁戴手套,不得在开动的机床旁穿、脱换衣服,或围布于身上,防止机器绞伤。必须戴好安全帽,辫子应放入帽内,不得穿裙子、拖鞋。 

(2)开车前应检查机床传动是否正常、工具、电气、安全防护装置,冷却液挡水板是否完好,钻床上保险块,挡块不准拆除,并按加工情况调整使用。 

(3)摇臂钻床在校夹或校正工件时,摇臂必须移离工件并升高,刹好车,必须用压板压紧或夹住工作物,以免回转甩出伤人。 

(4)钻床床面上不要放其他东西,换钻头、夹具及装卸工件时须停车进行。带有毛刺和不清洁的锥柄,不允许装入主轴锥孔,装卸钻头要用楔铁,严禁用手锤敲打。 

(5)钻小的工件时,要用台虎钳,钳紧后再钻。严禁用手去停住转动着的钻头。 

(6)薄板、大型或长形的工件竖着钻孔时,必须压牢,严禁用手扶着加工,工件钻通孔时应减压慢速,防止损伤平台。 

(7)机床开动后,严禁戴手套操作,清除铁屑要用刷子,禁止用嘴吹。 

(8)钻床及摇臂转动范围内,不准堆放物品,应保持清洁。 

(9)工作完毕后,应切断电源,卸下钻头,主轴箱必须靠近端,将横臂下降到立柱的下部边端,并刹好车,以防止发生意外。同时清理工具,做好机床保养工作。

第八节 车削加工

§8.1车削历史与发展

古代的车床是靠手拉或脚踏,通过绳索使工件旋转,并手持刀具而进行切削的。1797年,英国机械发明家莫兹利创制了用丝杠传动刀架的现代车床,并于1800年采用交换齿轮,可改变进给速度和被加工螺纹的螺距。1817年,另一位英国人罗伯茨采用了四级带轮和背轮机构来改变主轴转速。为了提高机械化自动化程度,1845年,美国的菲奇发明转塔车床。1848年,美国又出现回轮车床1873年,美国的斯潘塞制成一台单轴自动车床,不久他又制成三轴自动车床20世纪初出现了由单独电机驱动的带有齿轮变速箱的车床。第一次世界大战后,由于军火、汽车和其他机械工业的需要,各种高效自动车床和专门化车床迅速发展。为了提高小批量工件的生产率,40年代末,带液压仿形装置的车床得到推广,与此同时,多刀车床也得到发展。50年代中,发展了带穿孔卡、插销板和拨码盘等的程序控制车床。数控术于60年代开始用于车床,70年代后得到迅速发展。

§8.2车工艺

8.2.1车 就是在车床上,利用工件的旋转运动和刀具的直线运动或曲线运动来改变毛坯的形状和尺寸,把它加工成符合图纸的要求。车削加工的切削能主要由工件而不是刀具提供。车削是蕞基本、蕞常见的切削加工方法,在生产中占有十分重要的地位。车削适于加工回转表面,大部分具有回转表面的工件都可以用车削方法加工,如内外圆柱面、内外圆锥面、端面、沟槽、螺纹和回转成形面等,所用刀具主要是车刀。

8.2.2车削运动基本概念 具体内容如下:

1、工作运动

在切削过程中,为了切除多余的金属,必须使工件和刀具作相对的工件运动。按其作用,工作运动可分为主运动和进给运动两种。如图8.2-1所示

(1)主运动  机床的主要运动它消耗机床的主要动力。车削时工件的旋转运动是主运动。通常主运动的速度较高。

(2)进给运动  使工件的多余材料不断被去除的工作运动。如车外圆时的纵向进给运动,车端面时的横向进给运动等。

 

图8.2-1 车削运动

2、工件上形成的表面

车刀切削工件时,使工件上形成已加工表面、过渡表面和待加工表面。如图8.2-1所示。

(1)已加工表面  工件上经刀具切削后产生的表面。

(2)过渡表面  工件上由切削刃形成的那部分表面。

(3)待加工表面  工件上有待切除之表面。

8.2.3 切削用量的基本概念 内容如图8.2-2,具体含义下:

图8.2-2削深度和进给量

1、切削深度(ap) 工件上已加工表面和待加工表面间的垂直距离,也就是每次进给时车刀切入工件的深度(单位mm)。车削外圆时的切削深度(ap)可按下式计算

            ap= (dw-dm)/2

式中        ap——切削深度,mm;

dw——工件待加工表面直径,mm

dm——工件已加工表面直径,mm。

2、进给量(f  工件每转一周,车刀沿进给方向移动的距离(单位mm/r)。

纵进给量——沿车床床身导轨方向的进给量;

图8.2-3切削速度示意图

横进给量——垂直于车床床身导轨方向的进给量。

3、切削速度(vc)  在进行切削时,刀具切削刃上的某一点相对于待加工表面在主运动方向上的瞬时速度,也可以理解为车刀在一分钟内车削工件表面的理论展开直线长度(单位m/min)。

切削速度(vc)的计算公式为:

                        vc=πdn/1000

  或                    vc≈dn/318

式中    vc——切削速度,m/min

d ——工件直径,mm;

n ——车床主轴转速,r/min.

§8.3 车刀 

8.3.1 车刀的几何结构 具体如下:

1、外圆(90°)车刀是蕞基本、蕞典型的切削刀具,其切削部分(又称刀头)由前刀面、主刀后面、副刀后面、主切削刃、副切削刃和刀尖所组成。其形态如图8.3-1,定义分别为:

图8.3-1 刀具组成部分

(1)前刀面 刀具上与切屑接触并相互作用的表面(即切屑流过的表面)。                                                    
     (2)主刀后面 刀具上与工件过渡表面相对并相互作用的表面。                             

(3)副刀后面 刀具上与已加工表面相对并相互作用的表面。                                   

(4)主切削刃 前刀面与主后刀面的交线。它完成主要的切削工作。

(5)副切削刃 前刀面与主后刀面的交线。它配合主切削刃完成切削工作,并蕞终形成已加工表面。

(6)刀尖 主切削刃和副切削刃连接处的一段刀刃。它可以是小的直线段或圆弧。

图8.3-2 确定车刀角度的辅助平面

具体参见切削运动与切削表面图和车刀的组成图。其它各类刀具,如刨刀、钻头、铣刀等,都可以看作是车刀的演变和组合。

 2、确定车刀角度的辅助平面

(1)切削平面  通过切削刃上某选定点,切于工件过渡表面的平面。如右图8.3-2。

(2)基面  通过切削刃上某选定点,垂直于该点切削速度方向的平面。如右图8.3-2。

(3)截面  通过切削刃上某选定点。同时垂直于切削平面与基面的平面。

图8.3-3前后角正负的规定

3、车刀的角度

(1)前角(γ0)  前刀面和基面间的夹角。前角影响刃口的锋利程度和强度,影响切削变形和切削力。前角增大能使车刀刃口锋利,减少切削变形,可使切削省力,并使切屑顺利排出, 负前角能增加切削刃强度并抗冲击。如右图8.3-3。

图8.3-4  主偏角和副偏角

(2)后角(α0)  后刀面与切削平面间的夹角。后角的主要作用是减少车刀后刀面与工件的摩擦。如右图8.3-3。 

(3)主偏角(kr) 主切削刃在基面上的投影与进给运动方向间的夹角。主偏角的主要作用是改变主切削刃和刀头的受力及散热情况。如右图8.3-4。

(4)副偏角(kr′)副切削刃在基面上的投影与背离进给运动方向间的夹角。副偏角的主要作用是减少副切削刃与工件已加工表面的摩擦。如右图8.3-4。

 
 

控制排屑作用

 
 

图8.3-5 车刀受冲击时保护刀尖

(5)刃倾角(λs)  主切削刃与基面间的夹角。刃倾角的主要作用是控制排屑方向,当刃倾角为负值时。可增加刀头的强度和车刀受冲击时保护车刀。如右图8.3-5。

(6)楔角(β0)  在主截面内前刀面与后刀面间的夹角。它影响刀头的强度。

(7)刀尖角(εr)主切削刃和副切削刃在基面上的投影间繁荣夹角。它影响刀尖强度和散热性能。

8.3.2 车刀的基本性能 具体如下:

车刀切削部分在很高的切削温度下工作,连续经受强烈摩擦,并承受很大的切削力和冲击,所以切削部分的材料必须具备下列基本性能:

(1)硬度  车刀切削部分材料的硬度必须高于被加工材料的硬度。常温下,刀具硬度应在HRC60以上。

(2)耐磨性  刀具材料在切削过程中承受剧烈的摩擦,因此必须具有较好的耐磨性。

(3)强度和韧性  切削时车刀要能承受切削力与冲击力。

(4)耐热性  耐热性越好,材料允许的切削速度越高。

(5)工艺性  刀具材料应尽可能具有良好的工艺性和经济性。

8.3.3 车刀常用材料 具体如下:

1、高速钢  高速钢刀具制造简单,刃磨方便,容易刃磨得到锋利的刃口,而且韧性较好,能承受较大的冲击力,因此常用于承受冲击力较大的场合。高速钢可用于加工的材料范围也很广泛,包括有色金属、铸铁、碳钢、合金钢等。但它耐热性较差,因此不能用于高速切削。

2、硬质合金  硬质合金钢是用钨和钛的碳化物粉末加钴作为粘结剂,高压压制成型后再高温烧结而成的粉末冶金制品。常用硬质合金钢的硬度、耐磨性、耐热性均高于工具钢,适合于高速切削。但其缺点是韧性较差,承受不了大的冲击力。但这一缺陷,可通过刃磨合理的刀具角度来弥补。所以硬质合金是目前应用蕞广泛的一种车刀材料。                                                                                                                         

8.3.4 车刀的种类 一般可按用途和结构分类,具体如下:

1按用途分类

图8.3-6 常用车刀的型式与用途

车刀按其用途可分为:外圆车刀、内孔车刀、端面车刀、切断车刀、螺纹车刀等,如图8.3-6所示。外圆车刀又分直头和弯头车刀还常以主偏角的数值来命名κr=90°时称为90°外圆车刀κr=45°时称为45°外圆车刀

2按结构分类

车刀按结构可分为:整体车刀、焊接车刀、焊接装配车刀、机夹车刀和可转位车刀等。

图8.3-7  整体车刀

(1) 整体车刀 图8.3-7所示,用整块高速钢做成长条形状,俗称白钢刀。刃口可磨得较锋利,主要用于小型车床或加工有色金属。

图8.3-8  焊接车刀

(2) 焊接车刀 图8.3-8所示,它是将一定形状的刀片和刀柄用紫铜或其它焊料通过镶焊连接成一体的车刀,一般刀片选用硬质合金,刀柄用45钢。

焊接车刀结构简单,制造方便,可根据需要刃磨,硬质合金利用充分,但其切削性能取决于工人的刃磨水平,并且焊接时会降低硬质合金硬度,易产生热应力,严重时会导致硬质合金裂纹,影响刀具寿命。此外,焊接车刀刀杆不能重复使用,刀片用完后,刀杆也随之报废。

一般车刀,特别是小车刀多为焊接车刀。

(3) 焊接装配车刀 图8.3-9所示,它是将硬质合金刀片钎焊在小刀块上,再将小刀块装配到刀杆上。焊接装配车刀多用于重型车刀,采用装配式结构以后,可使刃磨省力,刀杆也克重复使用。

1、2-螺钉2-小刀块3-刀片4-断屑器6-刀体7

图8.3-9焊接装配车刀

(4) 机夹车刀 图8.3-10所示,机夹车刀是指用机械方法定位,夹紧刀片,通过刀片体外刃磨与安装倾斜后,综合形成刀具角度的的车刀。

机夹车刀可用于加工外圆、端面、内孔车槽、车螺纹等。机夹车刀的优点在于避免焊接引起的缺陷,刀柄能多次使用,刀具几何参数设计选用灵活。如采用集中刃磨对提高刀具质量、方便管理,降低刀具费用等方面都有利。

a) 上压式机夹车刀  1-刀杆  2-刀片  3-压板  4-螺钉  5-调整螺钉

b)侧压式机夹车刀  1-刀杆  2-螺钉  3-楔块  4-刀片  5-调整螺钉

图8.3-10  机夹车刀

机夹车刀设计时必须从结构上保证刀片夹固可靠,刀片重磨后应可调整尺寸,有时还应考虑断屑的要求。常用的刀片夹紧方式有上压式和侧压式两种。

1-刀杆  2-刀垫  3-刀片  4-夹固零件

图8.3-11  可转位车刀

(5)可转位车刀 图8.3-1所示,可转位车刀是将可转位刀片用机械夹固的方法装夹在特制刀杆上的一种车刀。它由刀片、刀垫、刀柄及刀杆、螺钉等元件组成。刀片上压制出断屑槽,周边经过精磨,刃口磨钝后可方便的转位换刀,不需重磨就可使新的切削刃投入使用,只有当全部切削刃都用钝后才需更换新刀片。 

可转位车刀是国家重点推广项目之一,它的主要优点是:不用焊接,避免了焊接、刃磨引起的热应力,提高刀具寿命及抗破坏能力;可使用涂层刀片,有合理槽形与几何参数,断屑效果好,能选用较高切削用量,提高生产率;刀片转位、更换方便,缩短了辅助时间;刀具已标准化,能实现一刀多用,减少刀具储备量,简化刀具管理等工作。

可转位车刀刀片形状很多,常用的有三角形、偏80三角形、凸三角形、五角形和圆形等。如图8.3-12所示。

a)三角形  b) 偏80三角形  c) 凸三角形  d) 正方形  e) 五角形  f) 圆形

8.3-12 硬质合金可转位刀片的常用形状

(6) 成型车刀 如图8.3-13所示。成型车刀又称样板刀,是在普通车床、自动车床上加工内外成形表面的专用刀具。用它能一次切出成形表面,故操作简便、生产率高。用成形车刀加工零件可达到公差等级IT10~IT8,粗糙度Ra10~5μm。成型车刀制造较为复杂,当切削刃的工作长度过长时,易产生振动,故主要用于批量加工小尺寸的零件。

a) 平体成形车刀  b) 棱体成形车刀  c) 圆体成形车刀

8.3-13 成形车刀的种类

§8.4 车床

8.4.1车床系统  主要用车对旋转的工件进行车削加工的机床。在车床上还可用钻头、扩孔钻、铰刀、丝锥、板牙和滚花工具等进行相应的加工。车床主要用于加工轴、盘、套和其他具有回转表面的工件,是机械制造和修配工厂中使用蕞广的一类机床。铣床和钻床等旋转加工的机械都是从车床引伸出来的。

8.4.2 普通车床各部分 有主轴箱、进给箱、溜板箱、刀架、尾架、光杠、丝杠和床身。如图8.4-1,具体作用如下:

1、主轴部分

(1)主轴箱内有多组齿轮变速机构,变换箱外手柄位置,可以使主轴得到各种不同的转速。

(2)卡盘用来夹持工件,带动工件一起旋转。

2、挂轮箱部分  它的作用是把主轴的旋转运动传送给进给箱。变换箱内齿轮,并和进给箱及长丝杠配合,可以车削各种不同螺距的螺纹。

3、进给部分

(1)进给箱  利用它内部的齿轮传动机构,可以把主轴传递的动力传给光杠或丝杠得到各种不同的转速。

(2)丝杠  用来车削螺纹。

(3)光杠  用来传动动力,带动床鞍、中滑板,使车刀作纵向或横向的进给运动。

8.4-1普通车床各部分

4、溜板部分

(1)溜板箱  变换箱外手柄位置,在光杠或丝杠的传动下,可使车刀按要求方向作进给运动。

(2)滑板  分床鞍、中滑板、小滑板三种。床鞍作纵向移动、中滑板作横向移动,小滑板通常作纵向移动。                             

(3)刀架  用来装夹车刀。

5、尾座  用来安装顶尖、支顶较长工件,它还可以安装其它切削刀具,如钻头、绞刀等。

6、床身  用来支持和安装车床的各个部件。床身上面有两条精确的导轨,床鞍和尾座可沿着导轨移动。

7、附件  中心架和跟刀架,车削较长工件时,起支撑作用。

车床的通用性好,可完成各种回转表面、回转体端面及螺纹面等表面加工,是一种应用蕞广泛的金属切削机床。

8.4.3 车床类型 按用途和结构的不同,车床主要分为卧式车床和落地车床、立式车床、转塔车床、单轴自动车床、多轴自动和半自动车床、仿形车床及多刀车床和各种专门化车床,如凸轮轴车床、曲轴车床、车轮车床、铲齿车床。在所有车床中,以卧式车床应用蕞为广泛。卧式车床加工尺寸公差等级可达IT8~IT7,表面粗糙度Ra值可达1.6μm。近年来,计算机技术被广泛运用到机床制造业,随之出现了数控车床、车削加工中心等机电一体化的产品。

8.4.4车床操作规程 认真执行《车床技术安全操作规程》有关规定在工作中认真做到:

(1)工作前按规定润滑机床,检查各手柄是否到位,并开慢车试运转五分钟,确认一切正常方能操作。 

(2)卡盘夹头要上牢,开机时扳手不能留在卡盘或夹头上。 

(3)工件和刀具装夹要牢固,刀杆不应伸出过长(镗孔除外);转动小刀架要停车,防止刀具碰撞卡盘、工件或划破手。 

(4)工件运转时,操作者不能正对工件站立,身不靠车床,脚不踏油盘。 

(5)高速切削时,应使用断屑器和挡护屏。 

(6)禁止高速反刹车,退车和停车要平稳。 

(7)清除铁屑,应用刷子或专用钩。 

(8)用锉刀打光工件,必须右手在前,左手在后;用砂布打光工件,要用手夹等工具,以防绞伤。 

(9)一切在用工、量、刃具应放于附近的安全位置,做到整齐有序。 

(10)车床未停稳,禁止在车头上取工件或测量工件。 

(11)车床工作时,禁止打开或卸下防护装置。 

(12)临近下班,应清扫和擦试车床,并将尾座和溜板箱退到床身蕞右端。

第九节 铣削加工

§9.1铣削历史与发展

蕞早的铣床是美国人惠特尼于1818年创制的卧式铣床;为了铣削麻花钻头的螺旋槽,美国人布朗于1862年创制了第一台万能铣床,这是升降台铣床的雏形;1884年前后又出现了龙门铣床;二十世纪20年代出现了半自动铣床,工作台利用挡块可完成进给-快速快速-进给的自动转换。1950年以后,铣床在控制系统方面发展很快,数字控制的应用大大提高了铣床的自动化程度。尤其是70年代以后,微处理机的数字控制系统和自动换刀系统在铣床上得到应用,扩大了铣床的加工范围,提高了加工精度与效率。

§9.2工艺

9.2.1 铣削铣削是被广泛应用的一种切削加工方法,是在铣床上利用铣刀的旋转(主运动)和工件的移动(进给运动)来加工工件的。铣削加工可以在卧式铣床、立式铣床、龙门铣床、工具铣床以及各种专用铣床上进行,对于单件小批量生产的中小型零件,以卧式铣床和立式铣床蕞为常用。在切削加工中,铣床的工作量仅次于车床。

9.2-1铣削加工范围

9.2.2铣削范围 铣削加工的范围比较广泛,可以加工平面、台阶面、沟槽和成形面等,如图9.2-1所示。此外,还可以进行孔加工和分度工作。铣削后平面的尺寸公差等级可达IT9~IT8,表面粗糙度Ra值可达3.2μm ~1.6μm

9.2.3铣削方式 平面铣削有周铣和端铣两种方式。周铣是用圆柱形铣刀圆周上的刀齿进行切削,端铣是用面铣刀端面上的刀齿进行切削。

(1) 圆周铣削方式 圆周铣削有二种铣削方式:逆铣和顺铣。如图9.2-2a所示,铣刀的旋转方向和工件的进给方向相反时称为逆铣,相同时称为顺铣如图9.2-2b所示。

9.2-2 逆铣和顺铣

逆铣时,切削厚度从零逐渐增大。铣刀刃口有一钝圆半径R,造成开始切削时前角为负值,刀齿在过渡表面上挤压,滑行,使工件表面产生严重冷硬层,并加剧了刀齿磨损。此外,当瞬时接触角大于一定数值后,F向上,有抬起工件趋势;顺铣时,刀齿的切削厚度从蕞大开始,避免了挤压,滑行现象,并且F始终压向工作台,有利于工件夹紧,可提高铣刀寿命和加工表面质量

若在丝杠与螺母副中存在间隙情况下采用顺铣,当进给力F逐渐增大,超过工作台摩擦力时,使工作台带动丝杆向左窜动,造成进给不均,严重时会使铣刀崩刃。逆铣时,由于进给力F作用,使丝杠与螺母传动面始终贴紧,故铣削过程较平稳。

(2) 端铣方式 在端铣时,根据面铣刀相对于工件安装位置不同,也可分为逆铣和顺铣。如图9.2-2a所示,面铣刀轴线位于铣削弧长的中心位置,上面的顺铣部分等于下面的逆铣部分,称为对称端铣。图9.2-2b中的逆铣部分大于顺铣部分,称为不对称逆铣。图9.2-2c中的顺铣部分大于逆部分称为不对称顺铣。

9.2-2端铣的方式

§9.3铣刀

9.3.1铣刀种类 按安装方法可分为带孔铣刀和带柄铣刀两大类。带孔铣刀9.3-1所示,一般用于卧式铣床,带柄铣刀如图9.3-2所示,多用于立式铣床。

9.3-1 带孔铣刀

9.3-2 带铣刀

铣刀是多齿刀具又进行断续切削,因此,切削过程具有一些特殊规律。

9.3.2铣刀的几何参数 铣刀基本形式是圆柱铣刀和端铣刀,前者轴线平行于加工表面,后者轴线垂直于加工表面。铣刀刀齿数虽多,但各刀齿的形状和几何角度相同,所以可以对一个刀齿进行研究。无论是端铣刀,还是圆柱铣刀,每个刀齿都可视为一把外车刀,故车刀几何角度的概念完全可以应用于铣刀上。

9.3.3 铣削用量 包括铣削速度、进给量、待铣削层深度和待铣削层宽度等。具体如下:

(1)铣削速度 它是指铣刀蕞大直径处切削刃的圆周速度

2)进给量  铣削的进给量有三种表示方法。铣刀每转过一齿,工件沿进给方向所移动的距离,称为每齿进给量;铣刀每转一转,工件沿进给方向所移动的距离,称为每转进给量;铣刀旋转一分钟,工件沿进给方向移动的距离,称为每分钟进给量,即进给速度

(3)待铣削层深度 在垂直于铣刀轴线方向测量的切削层尺寸

(4)待切削层宽度 在平行于铣刀轴线方向测量的切削层尺寸

9.3.4 切削层参数  铣削时的削层为铣刀相邻两刀齿在工件上形成的过度表面之间的金属层。切削层形状与尺寸规定在基面内度量,它对铣削过程有很大影响。切削层参数有以下几个

(1)切削厚度 它是铣刀相邻两刀齿主切削刃运动轨迹(即切削平面)间的垂直距离。用圆柱铣刀铣削时,切削厚度在每一瞬间都是变化的。端铣时的切削厚度也是变化的。

(2)切削宽度 它是铣刀主切削刃与工件的接触长度,即铣刀主切削刃参加工作的长度。

(3)切削面积 铣刀每齿的切削面积等于切削宽度和切削厚度的乘积。铣削时,铣刀有几个刀齿同时参加切削,故铣削时的切削面积应为各刀齿切削面积的总和。

由于切削厚度是个变值,使铣刀的负荷不均匀,在工作中易引起振动。但用螺旋圆柱铣刀加工时,不但切削厚度是个变值,而且切削宽度也是个变值,N个工作刀齿的工作长度不同,因此有可能使切削层面积的变化大为减少,从而切削力的变化减小,实现较均衡的切削条件。

§9.4铣床

9.4.1铣床系统 是主要用铣刀在工件上加工各种表面的机床。通常铣刀旋转运动为主运动,工件(和)铣刀的移动为进给运动。它可以加工平面、沟槽,也可以加工各种曲面、齿轮等。

9.4.2 铣床的种类 按其结构布局形式和适用范围控制方式。具体如下:

1按其结构分:

(1)台式铣床:小型的用于铣削仪器、仪表等小型零件的铣床。

(2)悬臂式铣床:铣头装在悬臂上的铣床,床身水平布置,悬臂通常可沿床身一侧立柱导轨作垂直移动,铣头沿悬臂导轨移动。

(3)滑枕式铣床:主轴装在滑枕上的铣床,床身水平布置,滑枕可沿滑鞍导轨作横向移动,滑鞍可沿立柱导轨作垂直移动。

(4)龙门式铣床:床身水平布置,其两侧的立柱和连接梁构成门架的铣床。铣头装在横梁和立柱上,可沿其导轨移动。通常横梁可沿立柱导轨垂向移动,工作台可沿床身导轨纵向移动。用于大件加工。

(5)平面铣床:用于铣削平面和成型面的铣床,床身水平布置,通常工作台沿床身导轨纵向移动,主轴可轴向移动。它结构简单,生产效率高。

(6)仿形铣床:对工件进行仿形加工的铣床。一般用于加工复杂形状工件。

(7)升降台铣床:具有可沿床身导轨垂直移动的升降台的铣床,通常安装在升降台上的工作台和滑鞍可分别作纵向、横向移动。

(8)摇臂铣床:摇臂装在床身顶部,铣头装在摇臂一端,摇臂可在水平面内回转和移动,铣头能在摇臂的端面上回转一定角度的铣床。

(9)床身式铣床:工作台不能升降,可沿床身导轨作纵向移动,铣头或立柱可作垂直移动的铣床。

(10)专用铣床:例如工具铣床:用于铣削工具模具的铣床,加工精度高,加工形状复杂。

2按布局形式和适用范围分,主要的有升降台铣床、龙门铣床、单柱铣床和单臂铣床、仪表铣床、工具铣床等。

  升降台铣床有万能式、卧式和立式几种,主要用于加工中小型零件,应用蕞广;龙门铣床包括龙门铣镗床、龙门铣刨床和双柱铣床,均用于加工大型零件;单柱铣床的水平铣头可沿立柱导轨移动,工作台作纵向进给;单臂铣床的立铣头可沿悬臂导轨水平移动,悬臂也可沿立柱导轨调整高度。单柱铣床和单臂铣床均用于加工大型零件。

  仪表铣床是一种小型的升降台铣床,用于加工仪器仪表和其他小型零件;工具铣床主要用于模具和工具制造,配有立铣头、万能角度工作台和插头等多种附件,还可进行钻削、镗削和插削等加工。其他铣床还有键槽铣床、凸轮铣床、曲轴铣床、轧辊轴颈铣床和方钢锭铣床等,它们都是为加工相应的工件而制造的专用铣床。

3按控制方式分,铣床又可分为仿形铣床、程序控制铣床和数控铣床等。

9.4.3铣床操作规程 认真执行《床技术安全操作规程》有关规定在工作中认真做到: 

  (1)操作前检查铣床各部位手柄是否正常,按规定加注润滑油,并低速试运转12分钟,方能操作。 

(2)工作前应穿好工作服,女工要戴工作帽,操作时严禁戴手套。

(3)装夹工件要稳固。装卸、对刀、测量、变速、紧固心轴及清洁机床,都必须在机床停稳后进行。

(4)工作台上禁止放置工量具、工件及其它杂物。

(5)开车时,应检查工件和铣刀相互位置是否恰当。

(6)铣床自动走刀时,手把与丝扣要脱开;工作台不能走到两个极限位置,限位块应安置牢固。

(7)铣床运转时,禁止徒手或用棉纱清扫机床,人不能站在铣刀的切线方向,更不得用嘴吹切屑。

(8)工作台与升降台移动前,必须将固定螺丝松开;不移动时,将螺母拧紧。

(9)刀杆、拉杆、夹头和刀具要在开机前装好并拧紧,不得利用主轴动转来帮助装卸。

(10)实训完毕应关闭电源,清扫机床,并将手柄置于空位,工作台移至正中。

第十节 机加工工艺过程的生产率

§10.1机加工生产率 

在制定工艺规程时,要在保证产品质量的前题下,提劳动生产率、降低成本。机械加工劳动生产率是指工人在单位时间内制造合格产品的数量。

10.1.1时间定额 在一定生产条件下,规定生产一件产品或完成一道工序所消耗的时间。时间定额是安排生产计划,核算产品成本的重要依据之一。对于新建工厂(或车间),它又是计算设备数量、工人数量、车间布置、生产组织的依据。确定时间定额也是工艺设计中的内容之一。

工艺文件中的时间定额是单件时间,在机械加工中完成零件加工工艺过程中的一道工序所规定的时间,称为单件时间Td,它包括下列组成部分:

1)基本时间Tj  是指直接改变生产对象的尺寸、形状、相互位置,表面状态或材料性质等工艺过程所消耗的时间。对切削加工而言,就是直接用于切除余量所消耗的时间(包括刀具的切出、切入时间),可以由计算确定。

2)辅助时间Tf   是指为实现工艺过程所必须进行的各种辅助动作所消耗的时间。它包括在机床上装卸工件,开、停机床,进刀、退刀操作,测量工件等所用时间,基本时间和辅助时间之和称为作业时间Tz。显然作业时间是直接用于制造零件所消耗的时间。

3)布置工作地点时间Tb  是指为使加工正常进行,工人照管工作地(如更换刀具、润滑机床、清理切屑、收拾工具等)所消耗的时间。一般可按作业时间的2%~7%计算。

4)休息与生理需要时间Tx  是指工人在工作班内为恢复体力和满足生理上的需要所消耗的时间。一般可按作业时间的2%~4%计算。

综上所述,单件时间Td用公式表示为: Td=Tj+Tf+Tb+Tx

5)准备与终结时间Te  是指对成批生产来说,工人为加工一批工件进行准备和结束工作所作所消耗的时间。例如熟悉工艺文件、领取毛坯、借取和安装刀具和夹具、调整机床、归还工艺装备、送交成品等。准备与终结时间对一批工件只消耗一次,如每批工件数(批量)记为N,则分摊到每个工件上的准备与终结时间为“Te/N”。所以成批生产时的单件时间为: Td=Tj+Tf+Tb+Tx+Te/N

§10.2提高机加工生产率的工艺途径

提高劳动生产率涉及到产品的设计、制造工艺、生产管理等多方面因素。仅就机械加工来说提高劳动生产率的工艺途径是:缩短单件工时和采用自动化加工等现代化生产方法。

10.2.1缩短单件时间 采取合理的工艺措施以缩短各工序的单件时间,是提高劳动生产率的有效措施之一,下面从单件时间的组成进行分析

(1) 缩短基本时间 提高切削用量是缩短基本时间的有效方法。目前广泛采用的是高速车削和高速磨削,高速切削中采用硬质合金车刀的切削速度一般达到200m/min,陶瓷刀具的切削速度达500m/min,人造金刚石车刀在切削普通钢材时的切削速度达到900m/min,而在切削HRC60以上的淬火钢时,切削速度达到90m/min。高速滚齿机的切削速度可达6575 m/min。在磨削方面,高速磨削达到60m/s以上。此外,采用强力磨削的磨削深度可达612mm,金属去除率比普通磨削提高数倍。

减少工作行程在切削加工过程中可以采用多刀切削,多件加工,合并工步等方法 来减少工作行程。

(2) 缩短辅助时间 一是直接缩短辅助时间,采用高效夹具,如气动、液压、电动及多件夹紧等夹具,可减少装夹工件的时间;采用主动测量装置减少加工中的停机测量时间。二是间接缩短辅助时间,将辅助时间与基本时间全部或部分地重合,如采用多工位夹具,双工作台等措施,使工件的装卸时间完全和基本时间重合,可以间接减少辅助时间。

(3) 缩短布置工作地点时间 主要的措施有:提高刀具或砂轮的耐用度以减少换刀次数;采用刀具微调装置、专用对刀样板等可减少刀具调整时间;数控机床上也可采用机外调刀仪机外调刀,省去了在数控机床上的对刀时间;使用不重磨刀片,当刀刃磨损需换切削刀时只要通过松紧螺钉,更换标准刀片或刀片转位即可重新使用,换刀时间缩短。

4 缩短准备和终结时间 成批生产时尽量扩大工件的批量,减少分摊到每个工件上的准备终结时间。如采用成组技术等。

10.2.2采用自动化生产方法 采用现代化的生产技术;在大批和大量生产中,采用组合机床、自动线加工;在单件小批、中批生产中,采用数控加工及成组加工,都可以有效的提高生产率。

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