機(jī)械加工方法(ppt 91頁).ppt

第1章機(jī)械加工方法,第一節(jié)零件加工表面的形成方法第二節(jié)機(jī)械加工方法第三節(jié)特種加工方法,第一節(jié)零件加工表面的形成方法,零件表面是由若干個(gè)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成為產(chǎn)品的過程中，按照質(zhì)量M減小或增大的變化狀態(tài)，可將獲得方式分為：m0，m0，m0三種類型，不同類型將采用不同的工藝方法。,m0，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(zhì)量基本不變。m0，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。m0，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、m0的制造過程,m0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(shè)備包括鍛造機(jī)、沖壓機(jī)、擠壓機(jī)和軋制機(jī)四大類。,2、m0的制造過程,m0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(jī)床上，通過機(jī)床的傳動(dòng)系統(tǒng)，使零件與刀具按一定規(guī)律作相對(duì)運(yùn)動(dòng)，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(dòng)、磨損等現(xiàn)象發(fā)生，這些運(yùn)動(dòng)的綜合決定了零件最終獲得的幾何形狀及表面質(zhì)量。,特種加工是指利用電或化學(xué)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。適合于加工超硬度、易碎等常規(guī)加工方法難加工的場合。特種加工近年來發(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。,2、m0的制造過程,m0的制造過程是指通過材料逐漸堆積形成三維實(shí)體工藝方法。成形后與成形前相比m0，零件是逐漸生長出來的，稱為快速成形制造（RPM）方法，又稱“快速成形技術(shù)”RP,是20世紀(jì)80年代后期迅速發(fā)展起來的一種新型制造技術(shù)。,3、m0的制造過程,認(rèn)識(shí)快速成形,3、m0的制造過程,集CAD/CAM、CNC、激光技術(shù)、新材料技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)于一體。,CAD/CAM技術(shù),RP技術(shù),激光技術(shù),數(shù)控技術(shù),新材料技術(shù),圖1-1傳統(tǒng)加工與快速成型比較,快速成形技術(shù)原理借助計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)取得原型或零件幾何形狀，以此建立數(shù)字化模型，通過軟件分層離散得到平面；利用計(jì)算機(jī)控制的機(jī)電集成制造系統(tǒng)，用激光束或其他方法將材料逐點(diǎn)、逐面地進(jìn)行“三維堆積”成形；再經(jīng)過后處理,使其在外觀、強(qiáng)度和性能等方面達(dá)到設(shè)計(jì)要求,達(dá)到快速、準(zhǔn)確地制造原型或零件。,依據(jù)計(jì)算機(jī)上構(gòu)成的產(chǎn)品三維設(shè)計(jì)模型，對(duì)其進(jìn)行分層切片，得到各層截面的輪廓。按照這些輪廓，激光束選擇性地切割一層層的箔材（或固化一層層的液態(tài)樹脂，或燒結(jié)一層層的粉末材料），或噴射源選擇性地噴射一層層的粘結(jié)劑或熱熔材料等，形成一個(gè)個(gè)薄層，并逐步迭加成三維實(shí)體。,葉輪盤快速原形制作流程圖,構(gòu)造三維模型,模型近似處理,成型方向選擇,切片處理,前處理,分層疊加成形,后處理,光固化原型SLA,疊層實(shí)體制造LOM,選擇性激光燒結(jié)SLS,熔融沉積制造-FDM,工件剝離或去支撐等,強(qiáng)硬化處理,表面處理,典型快速成形系統(tǒng),典型的快速成型系統(tǒng)光固化快速成型SLA,液槽中盛滿液態(tài)光固化樹脂，激光束在偏轉(zhuǎn)鏡作用下，能在液態(tài)表面上掃描，掃描的軌跡及光線的有無均由計(jì)算機(jī)控制，光點(diǎn)打到的地方，液體就固化。,圖1-3光固化快速成型原理,光固化快速成型,典型的快速成型系統(tǒng)光固化快速成型SLA,典型的快速成型系統(tǒng)疊層實(shí)體成型LOM,圖1-4疊層實(shí)體成型原理,工藝原理：將單面涂有熱溶膠的薄材通過加熱輥加熱粘接在一起；位于上方的激光切割器按照CAD分層模型所獲數(shù)據(jù)，通過CO2激光束在計(jì)算機(jī)控制下根據(jù)零件分層幾何信息，將薄材切割出零件截面輪廓和工件外框，并在截面輪廓與外框之間多余的區(qū)域內(nèi)切割出上下對(duì)齊的網(wǎng)格。,疊層實(shí)體制造（LOM）,圖1-4疊層實(shí)體成型原理,當(dāng)本層完成后，再鋪上一層薄材，用熱壓輥碾壓并加熱，以固化黏結(jié)劑使新鋪上的一層牢固地粘接在已成形體上，再切割該層的輪廓，如此反復(fù)逐層切割、粘合、切割直到加工完畢，最后去除切碎部分以得到完整的零件。,典型的快速成型系統(tǒng)疊層實(shí)體成型LOM,典型的快速成型系統(tǒng)疊層實(shí)體成型LOM,典型的快速成型系統(tǒng)選擇激光燒結(jié)（SLS）,圖1-5SLS成型原理,工藝原理：采用鋪粉輥將一層粉末材料平鋪在已成型零件的上表面，并加熱至恰好低于該粉末燒結(jié)點(diǎn)的某一溫度，控制系統(tǒng)控制激光束按照該層的截面輪廓在粉層上掃描，使粉末的溫度升至熔化點(diǎn)，進(jìn)行燒結(jié)并與下面已成型的部分實(shí)現(xiàn)粘接。,典型的快速成型系統(tǒng)選擇激光燒結(jié)（SLS）,圖1-5SLS成型原理,當(dāng)一層截面燒結(jié)完后，工作臺(tái)下降一個(gè)層的厚度，鋪料輥又在上面鋪上一層均勻密實(shí)的粉末，進(jìn)行新一層截面的燒結(jié)，直至完成整個(gè)模型。,典型的快速成型系統(tǒng)選擇激光燒結(jié)（SLS）,選擇性激光燒結(jié)（SLS）,第二節(jié)機(jī)械加工方法,采用機(jī)械加工方法獲得零件的形狀，是通過機(jī)床利用刀具將毛坯上多余的材料切除來獲得的。根據(jù)機(jī)床運(yùn)動(dòng)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。,零件的加工方法,2.1車削加工2.2銑削加工2.3刨、插、拉削加工2.4鉆削加工2.5鏜削加工2.6齒輪齒面的加工2.7復(fù)雜曲面加工2.8磨削加工,車削方法的是工件旋轉(zhuǎn)，形成主切削運(yùn)動(dòng)，車削時(shí)通過刀具相對(duì)工件實(shí)現(xiàn)不同的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，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(zhuǎn)表面、螺紋面、端平面及偏心軸等。車削加工精度一般為IT8IT7，表面粗糙度為Ra6.31.6m。精車時(shí)，可達(dá)IT6IT5，表面粗糙度可達(dá)Ra0.40.1m。特點(diǎn)有：工藝范圍廣、加工精度范圍大、生產(chǎn)率高、可實(shí)現(xiàn)超精密加工、生產(chǎn)成本較低。,2.1車削加工,圖1-6臥式車床的典型加工,圖1-5a車床所加工零件,圖1-5b車床所加工零件,圖1-5c車床所加工零件,圖1-5d車床所加工零件,車圓柱面車圓錐面車成形面,車螺紋攻螺紋滾壓螺紋,螺紋加工,銑削的主切削運(yùn)動(dòng)是刀具的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，銑削刀具一般為多刃刀具。加工精度一般可達(dá)IT8IT7，Ra6.31.6m。普通銑削一般只能加工平面、溝槽，用成形銑刀可加工固定的曲面；用數(shù)控銑可銑出復(fù)雜曲面。（圖1-6ab）周銑法，平面是由銑刀的外圓面上的刃形成（圖1-7a）。端銑法，平面是由銑刀的端面刃形成（稱為圖1-7b）。,2.2銑削加工,圖1-6a銑削加工,圖1-6b銑削加工,圖1-7銑削方式,（a）周銑法,（b）端銑法,1.銑削工藝特點(diǎn),生產(chǎn)率較高多齒工作，旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)利于高速銑削。容易產(chǎn)生振動(dòng)由于多齒的切入、切出，形成沖擊，切削過程不穩(wěn)定，易產(chǎn)生振動(dòng)。刀齒散熱條件較好多齒工作，每個(gè)齒間隙時(shí)間，可以得到一定冷卻，散熱條件較好。切入、切出沖擊限制表面質(zhì)量的提高，也加劇了刀具的磨損和破損，往往導(dǎo)致硬質(zhì)合金刀片的碎裂。,2.銑削方式,銑削方式是指銑削時(shí)銑刀相對(duì)于工件的運(yùn)動(dòng)和位置關(guān)系。不同的銑削方式對(duì)刀具壽命、工件的加工表面粗糙度、銑削過程的平穩(wěn)性及切削加工的生產(chǎn)率等都有很大的影響。,1）周銑法,周銑法按照銑削時(shí)主運(yùn)動(dòng)速度方向與工件進(jìn)給方向的相同或相反分為：逆銑和順銑。,逆銑：銑刀旋轉(zhuǎn)切入工件的方向與工件的進(jìn)給方向相反。順銑：銑刀旋轉(zhuǎn)切入工件的方向與工件的進(jìn)給方向相同。,圖1-8逆銑與順銑,2）端銑法,刀齒切入工件與切出工件的切削厚度ac相同者稱為對(duì)稱銑削。,刀齒切入時(shí)的切削厚度小于或大于切出時(shí)的切削厚度者稱為不對(duì)稱銑削。,2.3刨、插、拉削加工,刨削時(shí)的主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)均為直線運(yùn)動(dòng),用于加工各種平面和溝槽。刨削比銑削平穩(wěn)，加工精度一般可達(dá)IT8IT7，表面粗糙度為Ra6.31.6m,精刨Ra0.80.4m。刨削速度不可能太高，故生產(chǎn)率較低。,刨削加工,刨削加工,圖1-10刨削加工,插削加工,插削主要用于加工工件的內(nèi)表面，如鍵槽、內(nèi)孔等，相當(dāng)于立式刨削。,拉削可使加工表面一次切削成形。機(jī)床運(yùn)動(dòng)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(nèi)拉和外拉等。,拉削加工,在鉆床上，用旋轉(zhuǎn)的鉆頭鉆削孔是孔加工最常用的方法，鉆頭的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)為主切削運(yùn)動(dòng)。鉆削的加工精度較低，一般只能達(dá)到IT10，表面粗糙度一般為Ra12.56.3m。精度高、表面質(zhì)量要求高的小孔，在鉆削后常常采用擴(kuò)孔和鉸孔來進(jìn)行半精加工和精加工。在單件、小批生產(chǎn)中，中小型工件上較大的孔（D50mm）常用立式鉆床加工；大中型工件上的孔，用搖臂鉆床加工。,2.4鉆削加工,鉆削加工,鉆孔擴(kuò)孔鉸孔多孔的同時(shí)加工,鏜孔是是鏜刀隨鏜桿一起轉(zhuǎn)動(dòng)，形成主切削運(yùn)動(dòng)，而工件不動(dòng)。鏜孔加工精度一般為IT9IT7，表面粗糙度為Ra6.30.8m。數(shù)控鉆床、數(shù)控鏜床主要是實(shí)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(biāo)上即可即實(shí)現(xiàn)點(diǎn)位控制。在鏜床上鏜孔時(shí)，鏜刀基本與車刀相同，不同之處是工件不動(dòng)，鏜刀在旋轉(zhuǎn)。鏜孔可以較正孔的位置。,2.5鏜削加工,圖1-11鏜床加工,齒輪齒面加工方法分為兩類：成形法和展成法。成形法加工齒輪齒面，刀刃的形狀應(yīng)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（圖1-12）。展成法加工齒輪齒面，要求刀具與工件之間模擬一對(duì)齒輪的嚙合，用刀齒的運(yùn)動(dòng)軌跡包絡(luò)出工件的齒形。這類刀具有滾刀、插齒刀、剃齒刀等（圖1-13）。,2.6齒輪齒面的加工,圖1-12成形法加工齒面,滾齒加工:在滾齒機(jī)上用齒輪滾刀加工齒面。其過程相當(dāng)于一對(duì)螺旋齒輪嚙合的過程。,圖1-13展成法加工齒面,主運(yùn)動(dòng)滾刀旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；進(jìn)給運(yùn)動(dòng)滾刀沿齒坯軸向運(yùn)動(dòng)。展成(嚙合)運(yùn)動(dòng)齒坯與滾刀按一定速比轉(zhuǎn)動(dòng)；,成形法加工齒輪展成法加工齒輪滾齒插齒剃齒珩齒磨齒,加工齒輪,2.7復(fù)雜曲面加工,三維曲面加工，主要采用仿形銑和數(shù)控銑或特種加工方法。仿形銑必須有原型作為靠模。加工中球頭仿形頭以一定壓力接觸原型曲面。仿形頭的運(yùn)動(dòng)變換為電感量，加工放大控制銑床三個(gè)軸的運(yùn)動(dòng)，形成刀頭沿曲面運(yùn)動(dòng)的軌跡。銑刀多采用與仿形頭等半徑的球頭銑刀。,2.7復(fù)雜曲面加工,數(shù)控技術(shù)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(shí)，曲面是通過球頭銑刀逐點(diǎn)按曲面坐標(biāo)值加工而成。在編制數(shù)控程序時(shí)，要考慮刀具半徑補(bǔ)償，因?yàn)閿?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(yùn)動(dòng)的包絡(luò)面。,加工中心加工復(fù)雜曲面的優(yōu)點(diǎn)：加工中心上有刀庫，配備幾十把刀具?？稍谝淮伟惭b中加工各種輔助表面，如孔、螺紋、槽等。這樣充分保證了各表面的相對(duì)位置精度。,加工中心具有刀庫,復(fù)雜曲面加工,磨削加工既能作為精加工、超精加工，也能作為粗加工。能加工普通材、超硬材料。磨削分為外圓磨、內(nèi)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。適用于淬硬或不淬硬表面。磨削加工的主運(yùn)動(dòng)是砂輪的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。磨削加工所用的刀具以砂輪和砂帶為主。磨削加工經(jīng)濟(jì)精度：IT4IT6級(jí)，表面粗糙：Ra0.011.25,2.8磨削加工,砂輪可看成是一把具有無數(shù)微小刀刃所構(gòu)成的銑刀。其磨削過程實(shí)際上是磨粒對(duì)工件表面的切削、刻削和滑擦三種作用的綜合效應(yīng)。,2.8磨削加工,圖1-14磨削加工,縱磨法磨削外圓柱面縱磨法磨削小錐度長圓錐面,磨孔珩磨研磨,1.平面加工實(shí)例,2.磨床主軸加工實(shí)例,第三節(jié)特種加工方法,特種加工：指區(qū)別于傳統(tǒng)切削加工方法，利用化學(xué)、物理（電、聲、光、熱、磁）或電化學(xué)方法對(duì)工件材料進(jìn)行加工的一系列加工方法的總稱。,加工對(duì)象：難加工材料；較低剛度或復(fù)雜形狀的特殊零件。,加工特點(diǎn)：利用電能、電化學(xué)能、光能、熱能等去除材料；工具硬度可以低于被加工材料的硬度；加工過程中工具和工件之間不存在顯著的切削力；,常用特種加工方法分類表,3.1電火花加工3.2電解加工3.3激光加工3.4超聲波加工,工作原理：電火花加工是利用工具電極和工件電極間瞬時(shí)火花放電所產(chǎn)生的高溫熔蝕工件表面材料來實(shí)現(xiàn)加工。工具電極：一般為鉬絲、鎢絲或銅絲.,3.1電火花加工,進(jìn)給系統(tǒng),放電間隙,工具電極,工件電極,直流脈沖電源,工作液,圖1-15電火花加工原理圖,3.1電火花加工,電火花的加工精度:,粗加工（Ra1020m）半精加工（Ra2.510m）精加工（Ra0.322.5m）,應(yīng)用：加工硬、脆、韌、軟和高熔點(diǎn)的導(dǎo)電材料；加工半導(dǎo)體材料及非導(dǎo)電材料；加工各種型孔、曲線孔和微小孔；加工各種立體曲面型腔，如鍛模、壓鑄模、塑料模。切斷、切割以及進(jìn)行表面強(qiáng)化、刻寫、打印銘牌和標(biāo)記等。,圖1-16線切割加工原理圖,圖1-17線切割機(jī)床及加工,電火花線切割機(jī)床,電火花線切割加工,加工過程顯示,電火花視頻,原理：利用金屬在電解液中產(chǎn)生陽極溶解的電化學(xué)原理對(duì)工件進(jìn)行成形加工的一種方法。,3.2電解加工,圖1-18電解加工原理圖,1024V,0.52MPa,0.051.0mm,特點(diǎn)：工作電壓小，工作電流大；以簡單的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)一次加工出形狀復(fù)雜的型面或型腔；可加工難加工材料；生產(chǎn)率較高，約為電火花加工的510倍；加工中無機(jī)械切削力或切削熱，適于易變形或薄壁零件的加工；平均加工公差可達(dá)0.1mm左右；附屬設(shè)備多，占地面積大，造價(jià)高；電解液既腐蝕機(jī)床，又容易污染環(huán)境。,3.2電解加工,應(yīng)用：加工型孔、型腔、復(fù)雜型面、小直徑深孔、膛線、去毛刺、刻印等。,3.2電解加工,旋轉(zhuǎn)盤7腰形槽工件,電解加工彈膛拋殼槽剖視,表面粗糙