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切削加工与机械加工-深入剖析

更新时间:2025-01-18 工作计划 版权反馈
【摘要】:切削加工是利用切削工具从工件上切除多余材料的加工方法。机械加工是通过操作机床而进行的切削加工。粗车的目的是切去毛坯硬皮和大部分加工余量,改变不规则的毛坯形状。

切削加工是利用切削工具从工件上切除多余材料的加工方法。

在现代机械制造中,除少数零件能采用精密铸造、精密锻造以及粉末冶金和工程塑料注塑等方法直接获得(有的仍需辅以局部切削加工)外,绝大多数的零件都要通过切削加工来获得,以保证零件的精度和表面质量要求,因此,切削加工在机械制造中占有十分重要的地位。

切削加工分为钳加工和机械加工两种方法。

钳加工是在钳台上以手工工具为主,对工件进行切磨的各种加工方法。钳加工的主要内容有划线、打样冲眼、锯削、錾削、锉削、刮研、配研,以及钻孔、铰孔、攻螺纹、套螺纹等;此外,机械装配和修理也属钳加工范围。

机械加工是通过操作机床而进行的切削加工。按切削加工所用切削工具类型可分为两类,一类是利用刀具进行加工的,如车削、刨削、钻削、镗削和铣削等;另一类是利用磨料进行加工的,如磨削、研磨、珩磨、抛光和超精加工等。

随着加工技术的不断发展,一些钳加工的工作已逐渐被机械加工所替代,机械装配也在一定范围内不同程度地实现了机械化和自动化,但是钳加工作为切削加工的一部分仍是不可缺少的,并仍在机械制造中占有特殊的地位。

1.材料种类

机械加工的应用材料非常广泛,几乎所有的金属和非金属都能对其进行切削加工。

2.切削机床

切削机床包括使用单刃刀具的机床(车床、镗床、刨床)、使用多刃刀具的机床(钻床、铣床、拉床、锯床)、齿轮加工机床以及磨床等。

3.工艺

对某一个表面,可有多种加工方法,加工时应根据具体情况,选择最适宜的方法。加工的对象主要有外圆面、内圆面(孔)、平面、曲面等的几何表面的加工,其加工方法既有区别又有很大的联系。

(1)表面加工的共同规律

为了提高生产率并保证质量,常使粗、精加工分开,各达到不同的目的。例如,车削零件时,一般分为粗车、精车两个步骤(有时要分粗车、半精车、精车三个步骤)。粗车的目的是切去毛坯硬皮和大部分加工余量,改变不规则的毛坯形状。精车的目的是达到零件尺寸精度、形状和位置精度,以及表面粗糙度的要求。粗车时,由于切削深度和进给量较大,所以切削力很大,必须把工件夹得很牢固。毛坯中原来有内应力存在,表面车去一层后,内应力将重新分布;并且粗车时切削力大,切削热多,所以工件的变形较大。若将工件的一端粗车后接着精车,那么粗车另一端时,由于夹紧力、切削力、内应力、切削热等引起的变形,将破坏已精车过的表面的精度;并且,先粗车全部加工表面,还可及时发现毛坯的缺陷(如砂眼、裂纹、局部加工余量不够等),避免对不合格的毛坯继续进行加工而浪费工时。

加工时应根据零件的技术要求,考虑各种加工方法的特点,将几种加工方法配合起来,一步一步地将零件加工出来。例如,发动机上的气缸孔(属于一种高精度、低粗糙度的孔),单独采用任何一种加工方法都难于达到它的技术要求,可采用粗镗→半精镗→精镗→珩磨的方法加工,用粗镗切除大部分余量,用半精镗和精镗保证孔的较高精度及轴线对其他表面的位置精度,最后由珩磨保证孔的最终质量要求。

(2)外圆面的加工

带有外圆面的零件在机器中占很大比重。如轴类零件的主要表面就是外圆面。又如套筒类零件和圆盘类零件,外圆面也是它们的主要表面之一。

外圆面的技术要求包括:

1)本身的精度:直径与长度的尺寸精度、形状精度(圆度、圆柱度等);

2)位置精度:与其他外圆面间的同轴度、与规定平面间的垂直度等;

3)表面质量:表面粗糙度、硬度、显微组织等。

各级精度外圆面的典型加工方案选择,要根据加工表面所要求的精度、粗糙度、毛坯种类、材料性质和零件结构特点以及生产类型(规模),并结合现场的设备和技术条件,来选择零件的各个表面的加工方法。

一般来说,车削、磨削和光整加工是外圆面的主要加工方法。但对韧性大的有色金属零件,磨屑极易堵塞砂轮,难以得到良好的表面粗糙度,则常用精细车代替磨削。

(3)孔的加工

孔也是组成零件的基本表面之一。在机器制造中所遇到的孔是多种多样的,常见的有如下几种:

1)紧固孔,如螺钉、螺栓孔等;

2)回转体零件上的孔,如套筒、法兰盘及齿轮上的孔;

3)箱体零件上的孔,如床头箱体上的主轴及传动轴的轴承孔等;

4)深孔,如车床主轴的通孔。

孔的技术要求包括:

1)本身的精度:孔径和长度的尺寸精度、孔的形状精度(圆度、圆柱度及轴线的直线度等);

2)位置精度:孔与孔或外圆表面的同轴度,孔与孔或其他表面之间的尺寸精度、平行度、垂直度以及角度等;

3)表面质量,如粗糙度等。

各级精度孔的典型加工方案选择方面,孔加工可以在车、钻、镗、拉、磨床上进行,选择加工方法时,应综合考虑孔径大小,深浅,精度,粗糙度,工件的形状、尺寸、重量、材料,批量及车间设备等各方面具体条件。

孔加工时,还应考虑是在实体材料上加工孔(多属中、小孔),还是对已经铸出或锻出的孔(多属于中、大型孔)进行加工。前者多由钻孔开始,后者多由扩或粗镗开始。

至于孔的精加工,铰孔、拉孔适于未淬硬的中、小直径的孔;中等直径以上的孔可用精镗或精磨;淬硬的孔只能用磨削进行精加工;珩磨多用于直径较大的孔,研磨则对大孔、小孔都适用。

下面为在实体材料上加工孔的典型方案:

1)IT10以下低精度的孔,用一般的钻孔即可。

2)IT9精度的孔,如果孔径小于30mm,可采用钻模辅助定位的方式钻孔或钻孔后扩孔的方法获得;如果孔径大于30mm,一般采用钻孔后镗孔的方法获得。

3)IT8精度的孔,如果孔径小于20mm,应采用钻孔后铰孔的方法加工;如果孔径大于20mm,可根据具体条件采用下列几种方案加工:

钻→镗(或扩)→铰;

钻→粗镗→精镗;(www.xing528.com)

钻→镗(或扩)→磨;

钻→拉。

4)IT7精度的孔,如果孔径小于12mm,一般采用钻孔后进行两次铰孔的方法获得;如果孔径大于12mm,可分别采用下列几个方案:

钻→扩(或镗)→粗铰→精铰;

钻→拉→精拉;

钻→扩(或镗)→粗磨→精磨。

5)加工IT6精度的孔,与加工IT7精度孔的顺序大体相同,但其最后工序要根据具体情况,分别采用精细镗、手铰、精拉、精磨或研磨等方法进行精细加工。

铸(或锻)件上已铸出(或锻出)孔的加工,其初加工可以直接进行扩孔或镗孔,直径在100mm以上的孔,则以镗孔比较方便。至于半精加工、精加工或光整加工,可参照上述方案进行,例如:

扩→粗磨→精磨;

粗镗→半精镗→精镗→珩磨。

(4)平面的加工

平面的技术要求方面,从加工精度来说,平面本身是没有尺寸精度要求的,它只有形状精度(平面度)和位置精度(对其他表面)的要求,而且两者之间有着直接关系。此外,还要求平面具有一定的表面质量,如粗糙度等。

平面加工方案的选择方面,根据精度和粗糙度的要求,平面可分别采用车、铣、刨、磨、拉等方法加工。要求更高的平面,可用刮研、研磨等方法进行光整加工。其中,铣、刨为主要的加工方法。

1)粗刨或粗铣:用于加工低精度的平面;

2)粗刨→精刨→刮研;

3)粗铣→精铣→刮研。

方案2)及方案3),多用于单件小批生产及修理工作中。如果属于中等精度的零件,则可省掉刮研。

4)粗铣(刨)→精铣(刨)→磨。

此方案多用来加工淬火钢件上较大的平面。对于不淬火的钢件或铸铁件上较大的平面也往往用此方案加工。

5)粗刨→精刨→宽刀精刨(代刮研)。

当加工大型工件上狭长精密的平面(如导轨面等),车间缺少导轨磨床时,多用此方案。

6)粗铣→半精铣→高速精铣。

因为有色金属韧性大,刨削时容易扎刀,磨削时不易得到高的粗糙度,所以用此方案最合适。

7)粗车→精车。

此方案主要用于加工轴、套、盘、环等类零件的端面,或在立式车床上加工大型盘类零件的平面。

8)拉。

此方案适于在大批量生产中加工要求较高面积不太大的平面。

(5)螺纹的加工

根据用途的不同,螺纹分为紧固螺纹和传动螺纹。前者用于机器零件的固定联接,其截形多为三角形;后者用来传递运动和动力,其截形多为矩形和梯形。

螺纹的加工方法很多,可以在车床、钻床、螺纹铣床、螺纹磨床等机床上,用各种不同的刀具来加工。选择螺纹的加工方法时,要考虑很多因素,其中最重要的是工件形状、螺纹截形、所要求的精度、工件材料、热处理及生产类型等。

在一般情况下,螺纹车床、螺纹磨床和研磨螺纹的方法可以加工出1级精度的螺纹,用铣螺纹法可以获得2级精度的螺纹,用普通的丝锥板牙可获得3级精度的螺纹。产量不大时,可以用车床或手动丝锥、板牙来切螺纹;成批生产时,可用钻床、螺纹铣床及六角车床等加工螺纹。

(6)成形面的加工

带有成形面的零件,机器上用得也相当多,如机床的手把,内燃机凸轮轴上的凸轮等都属于成形面。

一般的成形面可以用车削、铣削、刨削及拉削等方法加工。但无论用何种方法,基本上可归纳为两种形式:用成形刀具加工及用工件和刀具作特定相对运动的方法加工。前者刀具的切削刃轮廓必须符合成形面的轮廓形状;而后者多是用机床上的靠模装置或数控装置等来控制刀具或工件运动的。

成形面的加工方法,应根据加工面的形状、尺寸和生产类型来选择。

用成形刀具加工的生产率高,而且也是比较简单的加工方法。但是这种加工方法受工件表面尺寸的限制,并且成形刀具(特别是铣刀和拉刀)的制造复杂。因此,应根据具体条件考虑用这种方法加工是否经济。

在普通车床上,用附加的靠模装置加工时,没有上述缺点。但由于工件或刀具必须作符合成形面轮廓形状的相对运动,机床的结构要复杂些。因此,这种方法广泛地应用在成批乃至大量生产中。

用数控机床来加工则更为方便、精度更高,但成本就要上升,效率一般也会下降。

大批大量生产中,为加工一定的成形面,常常专门设计和制造专用机床(如加工凸轮轴上凸轮的凸轮轴车床、凸轮轴磨床等),来满足精度和生产率方面的要求。

4.部品

打印机里面有非常多的利用切削加工的部品,其中很多还是起关键作用的部品(见图3-1)。

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