機(jī)械加工基礎(chǔ)知識

根據(jù)機(jī)床運(yùn)動(dòng)的不同、刀具的不同，可將去除零件毛坯多余材料的切削方法分為幾種主要不同方法。主要有：車削、刨削、磨削、鉆削和特種加工等。本節(jié)對這些主要方法逐一介紹。一、 車削車削中工件旋轉(zhuǎn)，形成主切削運(yùn)動(dòng)。刀具沿平行旋轉(zhuǎn)軸線運(yùn)動(dòng)時(shí)，就形成內(nèi)、外園柱面。刀具沿與軸線相交的斜線運(yùn)動(dòng)，就形成錐面。仿形車床或數(shù)控車床上，可以控制刀具沿著一條曲線進(jìn)給，則形成一特定的旋轉(zhuǎn)曲面。采用成型車刀，橫向進(jìn)給時(shí)，也可加工出旋轉(zhuǎn)曲面來。車削還可以加工螺紋面、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6.3—1.6pm。精車時(shí)，可達(dá)IT6—IT5，粗糙度可達(dá)0.4—0.1pm。車削的生產(chǎn)率較高，切削過程比較平穩(wěn)，刀具較簡單。二、 銑削主切削運(yùn)動(dòng)是刀具的旋轉(zhuǎn)。臥銃時(shí)，平面的形成是由銃刀的外園面上的刃形成的。立銃時(shí)，平面是由銃刀的端面刃形成的。提高銃刀的轉(zhuǎn)速可以獲得較高的切削速度，因此生產(chǎn)率較高。但由于銃刀刀齒的切入、切出，形成沖擊，切削過程容易產(chǎn)生振動(dòng)，因而限制了表面質(zhì)量的提高。這種沖擊，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。在切離工件的一般時(shí)間內(nèi)，可以得到一定冷卻，因此散熱條件較好。按照銃削時(shí)主運(yùn)動(dòng)速度方向與工件進(jìn)給方向的相同或相反，又分為順銃和逆銃。順銃削力的水平分力與工件的進(jìn)給方向相同，工件臺進(jìn)給絲杠與固定螺母之間一般有間隙存在，因此切削力容易引起工件和工作臺一起向前銑竄動(dòng)，使進(jìn)給量突然增大，引起打刀。在銃削鑄件或鍛件等表面有硬度的工件時(shí)，順銃刀齒首先接觸工件硬皮，加劇了銃刀的磨損。逆可以避免順銃時(shí)發(fā)生的竄動(dòng)現(xiàn)象。逆銃時(shí)，切削厚度從零開始逐漸增銑大，因而刀刃開始經(jīng)歷了一段在切削硬化的已加工表面上擠壓滑行的銑階段，加速了刀具的磨損。同時(shí)，逆銃時(shí)，銃削力將工件上抬，易引起振動(dòng)，這是逆銑的不利之處。銑削的加工精度一般可達(dá)IT8—IT7，表面粗糙度為6.3—1.6頃。普通銑削一般只能加工平面，用成形銑刀也可以加工出固定的曲面。數(shù)控銑床可以用軟件通過數(shù)控系統(tǒng)控制幾個(gè)軸按一定關(guān)系聯(lián)動(dòng)，銑出復(fù)雜曲面來，這時(shí)一般采用球頭銑刀。數(shù)控銑床對加工葉輪機(jī)械的葉片、模具的模芯和型腔等形狀復(fù)雜的工件，具有特別重要的意義。三、刨削刨削時(shí)，刀具的往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)為切削主運(yùn)動(dòng)。因此，刨削速度不可能太高，生產(chǎn)率較低。刨削比銑削平穩(wěn)，其加工精度一般可達(dá)IT8一IT7，表面粗糙度為Ra6.3—1.6pm，精刨平面度可達(dá)0.02/1000，表面粗糙度為0.8—0.4pm。四、磨削磨削以砂輪或其它磨具對工件進(jìn)行加工，其主運(yùn)動(dòng)是砂輪的旋轉(zhuǎn)。砂輪的磨削過程實(shí)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(yīng)。磨削中，磨粒本身也由尖銳逐漸磨鈍，使切削作用變差，切削力變大。當(dāng)切削力超過粘合劑強(qiáng)度時(shí)，圓鈍的磨粒脫落，露出一層新的磨粒，形成砂輪的“自銳性”。但切屑和碎磨粒仍會將砂輪阻塞。因而，磨削一定時(shí)間后，需用金剛石車刀等對砂輪進(jìn)行修整。磨削時(shí)，由于刀刃很多，所以加工時(shí)平穩(wěn)、精度高。磨床是精加工機(jī)床，磨削精度可達(dá)IT6—IT4，表面粗糙度Ra可達(dá)1.25—0.01pm，甚至可達(dá)0.1一0.008pm。磨削的另一特點(diǎn)是可以對淬硬的金屬材料進(jìn)行加工。因此，往往作為最終加工工序。磨削時(shí)，產(chǎn)生熱量大，需有充分的切削液進(jìn)行冷卻。按功能不同，磨削還可分為外園磨、內(nèi)孔磨、平磨等。五、鉆削與鏜削在鉆床上，用鉆頭旋轉(zhuǎn)鉆削孔，是孔加工的最常用方法。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12.5—6.3pm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。擴(kuò)孔采用擴(kuò)孔鉆，鉸孔采用鉸刀進(jìn)行加工。鉸削加工精度一般為IT9一IT6，表面粗糙度為Ra1.6—0.4pm。擴(kuò)孔、鉸孔時(shí)，鉆頭、鉸刀一般順著原底孔的軸線，無法提高孔的位置精度。鏜孔可以較正孔的位置。鏜孔可在鏜床上或車床上進(jìn)行。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)。鏜孔加工精度一般為IT9—IT7，表面粗糙度為Ra6.3—0.8mm。鉆削加工鏜床加工車床加工六、齒面加工齒輪齒面加工方法可分為兩大類：成形法和展成法。成形法加工齒面所使用的機(jī)床一般為普通銑床，刀具為成形銑刀，需要兩個(gè)簡單成形運(yùn)動(dòng)：刀具的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和直線移動(dòng)。展成法加工齒面的常用機(jī)床有滾齒機(jī)、插齒機(jī)等。七、復(fù)雜曲面加工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(見本節(jié)八)。仿形銑必須有原型作為靠模。加工中球頭仿形頭，一直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。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)，是通過球頭銑刀逐點(diǎn)按坐標(biāo)值加工而成。采用加工中心加工復(fù)雜曲面的優(yōu)點(diǎn)是：加工中心上有刀庫，配備幾十把刀具。曲面的粗、精加工，可用不同刀具對凹曲面的不同曲率半徑，也可選用適當(dāng)?shù)牡毒?。同時(shí)，可在一次安裝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位置精度。八、特種加工特種加工方法是指區(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)方法對工件材料進(jìn)行加工的一系列加工方法的總稱。這些加工方法包括：化學(xué)加工(CHM)、電化學(xué)加工(ECM)、電化學(xué)機(jī)械加工(ECMM)、電火花加工(EDM)、電接觸加工(RHM)、超聲波加工(USM)、激光束加工(LBM)、離子束加工(IBM)、電子束加工(EBM)、等離子體加工(PAM)、電液加工(EHM)、磨料流加工(AFM)、磨料噴射加工(AJM)、液體噴射加工(HDM)及各類復(fù)合加工等。原理特點(diǎn)及應(yīng)用范圍原理加工硬、脆、電火花加工是利用工具電極和工件電極間瞬時(shí)火花放韌、軟和高熔點(diǎn)電所產(chǎn)生的高溫熔蝕工件表面材料來實(shí)現(xiàn)加工的。電火的導(dǎo)電材料；花加工機(jī)床一般由脈沖電源、自動(dòng)進(jìn)給機(jī)構(gòu)、機(jī)床本體②加工半導(dǎo)體材由及工作液循環(huán)過濾系統(tǒng)等部分組成。工件固定在機(jī)床工料及非導(dǎo)電材電作臺上。脈沖電源提供加工所需的能量，其兩極分別接料；火在工具電極與工件上。當(dāng)工具電極與工件在進(jìn)給機(jī)構(gòu)的③加工各種型驅(qū)動(dòng)下在工作液中相互靠近時(shí)，極間電壓擊穿間隙而產(chǎn)孔、曲線孔和微花生火花放電，釋放大量的熱。工件表層吸收熱量后達(dá)到小孔；很高的溫度（10000°C以上），其局部材料因熔化甚至氣④加工各種立體加化而被蝕除下來，形成一個(gè)微小的凹坑。工作液循環(huán)過曲面型腔，如鍛濾系統(tǒng)強(qiáng)迫清潔的工作液以一定的壓力通過工具電極與模、壓鑄模、塑工工件之間的間隙，及時(shí)排除電蝕產(chǎn)物，并將電蝕產(chǎn)物從料模的模膛；工作液中過濾出去。多次放電的結(jié)果，工件表面產(chǎn)生大⑤用來進(jìn)行切量凹坑。工具電極在進(jìn)給機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)下不斷下降，其輪斷、切割以及進(jìn)廓形狀便被“復(fù)印”到工件上（工具電極材料盡管也會被行表面強(qiáng)化、刻蝕除，但其速度遠(yuǎn)小于工件材料）。 寫、打印銘牌和標(biāo)記等。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)雜的型面由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(xué)或型腔；電原理對工件進(jìn)行成形加工的一種方法。工件接直流電源③可加工難加工解正極，工具接負(fù)極，兩極之間保持狹小間隙（0.1mm?材料；0.8mm）。具有一定壓力（0.5MPa?2.5MPa）的電解液從兩④生產(chǎn)率較高，加極間的間隙中高速15m/s?60m/s）流過。當(dāng)工具陰極向約為電火花加工工件不斷進(jìn)給時(shí)，在面對陰極的工件表面上，金屬材料的5?10倍；工按陰極型面的形狀不斷溶解，電解產(chǎn)物被高速電解液帶⑤加工中無機(jī)械走，于是工具型面的形狀就相應(yīng)地“復(fù)印”在工件上。 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。電解加工主要用于加工型孔、型腔、復(fù)雜型面、小直徑深孔、膛線以及進(jìn)行去毛刺、刻印等。不需要加工工且.；激光束的功率密度很高，幾乎對任何難加工的金屬和非金屬材料都可以加工；激光加工是非接觸加工，工件對工件的激光加工由激光加工機(jī)完成。激光加工機(jī)通常無受力變形；擊衡業(yè)驅(qū)出湘業(yè)當(dāng)玄么本知I用描玄么本坐外I擊衡業(yè)驅(qū)④激光打孔、切由激光器、電源、光學(xué)系統(tǒng)和機(jī)械系統(tǒng)等組成。激光器f研、擊l/曰工（常用的有固體激光器和氣體激光器）把電能轉(zhuǎn)變?yōu)楣飧畹乃俣群芨?，臺旦古土擊重白婦渤*擊宓*當(dāng)玄幺本廖昭前左T加工部位周圍的能，產(chǎn)生所而的激光束，經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)聚焦后，照射在工燈［ 再件上進(jìn)行加丁丁件固定在三坐標(biāo)精密丁作臺上由數(shù)材料兒乎不受切。|_L^，控系統(tǒng)控制和驅(qū)動(dòng)，完成加工所需的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。 削熱的影響，工件熱變形很小。⑤激光切割的切縫窄，切割邊緣質(zhì)量好。激光加工已廣泛用于金剛石拉絲模、鐘表寶石軸承、發(fā)散式氣冷沖片的多孔蒙皮、發(fā)動(dòng)機(jī)噴油咀、航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片等的小孔加工以及多種金屬材料和非金屬材料的切割加工。在加工難切削材料時(shí)，常將超聲超聲波加工是利用超聲頻(16KHz?25KHz)振動(dòng)的工具端振動(dòng)與其它加工面沖擊工作液中的懸浮磨料，由磨粒對工件表面撞擊拋方法配合進(jìn)行復(fù)超磨來實(shí)現(xiàn)對工件加工的一種方法。超聲發(fā)生器將工頻交合加工，如超聲流電能轉(zhuǎn)變?yōu)橛幸欢üβ瘦敵龅某曨l電振蕩，通過換車削、超聲磨聲能器將此超聲頻電振蕩轉(zhuǎn)變?yōu)槌暀C(jī)械振動(dòng)，借助于振削、超聲電解加幅擴(kuò)大棒把振動(dòng)的位移幅值由0.005mm?0.01mm放大到工、超聲線切割波0.01?0.15mm，驅(qū)動(dòng)工具振動(dòng)。工具端面在振動(dòng)中沖擊等。這些復(fù)合加加工作液中的懸浮磨粒，使其以很大的速度，不斷地撞工方法把兩種甚擊、拋磨被加工表面，把加工區(qū)域的材料粉碎成很細(xì)的至多種加工方法工微粒后打擊下來。雖然每次打擊下來的材料很少，但由結(jié)合在一起，能于打擊的頻率高，仍有一定的加工速度。由于工作液的起到取長補(bǔ)短的循環(huán)流動(dòng)，被打擊下來的材料微粒被及時(shí)帶走。隨著工作用，使加工效具的逐漸伸入，其形狀便“復(fù)印”在工件上。 率、加工精度及工件的表面質(zhì)量顯著提高。九、加工方法的選擇選擇加工方法主要考慮零件表面形狀、尺寸精度和位置精度要求、表面粗糙度要求，以及現(xiàn)有機(jī)床、刀具等資源情況、生產(chǎn)批量、生產(chǎn)率和經(jīng)濟(jì)技術(shù)分析等因素。三.典型表面的加工路線（一） 外圓表面的加工路線粗車f半精車f精車：應(yīng)用最廣，滿足ITNIT7,^NO.8外圓可以加工粗車f半精車f粗磨f精磨：用于有淬火要求ITNIT6,VNO?16的黑色金屬。粗車f半精車f精車f金剛石車：用于有色金屬、不宜采用磨削加工的外用表面。粗車f半精車f粗磨f精磨f研磨、超精加工、砂帶磨、鏡面磨、或拋光在2的基礎(chǔ)上進(jìn)一步精加工。目的為了減少粗糙度，提高尺寸精度，形狀和位置精度。（二） 孔的加工路線鉆f粗拉f精拉：用于大批大量生產(chǎn)盤套類零件的內(nèi)孔，單鍵孔和花鍵孔加工，加工質(zhì)量穩(wěn)定，生產(chǎn)效率高。鉆f擴(kuò)f鉸f手鉸：用于中小孔加工，擴(kuò)孔前糾正位置精度，鉸孔保證尺寸、形狀精度和表面粗糙度。鉆或粗鏜-半精鏜-精鏜-浮動(dòng)鏜或金剛鏜應(yīng)用：1） 單件小批量生產(chǎn)中箱體孔隙加工。2） 位置精度要求很高的孔系加工。3） 直徑比較大得孔由80mm以上，毛坯上已有鑄孔或鍛孔。4） 有色金屬有金剛鏜來保證其尺寸，形狀和位置精度以及表面粗糙度的要求/鉆（粗鏜）粗磨一半精磨一精磨一研磨或衍磨應(yīng)用：淬硬零件加工或精度要求高的孔加工。說明：1） 孔最終