机械制造技术基础第13讲(2015)

第三章机械制造中的加工方法及装备第三章机械制造中的加工方法及装备三、镗孔•镗孔是在预制孔上用切削刀具使之扩大的一种加工方法，其加工范围很广，可以对不同直径的孔进行粗加工、半精加工和精加工。•镗孔工作既可以在镗床上进行，也可以在车床、铣床、数控加工中心及自动机床上进行。第三节孔加工第三章机械制造中的加工方法及装备•1．镗孔方式•（1）工件旋转，刀具作进给运动这种镗孔方式适于加工与外圆表面有同轴度要求的孔。图3-37工件旋转、刀具进给的镗孔方式刀具进给方向与工件回转轴线平行刀具进给方向与工件回转轴线不平行第三章机械制造中的加工方法及装备•（2）刀具旋转，工件作进给运动这种镗孔方式镗杆的悬伸长度一定，镗杆变形对孔的轴向形状精度无影响。但工作台进给方向的偏斜会使工件孔中心线产生位置误差。图3-38a）刀具旋转、工件进给的镗孔方式1-镗杆2-镗刀3-工件4-工作台5-主轴6-拖板7-镗模第三章机械制造中的加工方法及装备•图3-38b为专用镗模镗孔，镗杆与机床主轴浮动联接，镗杆支承在镗模的两个导套中，刚性较图3-38b）刀具旋转、工件进给的镗孔方式1-镗杆2-镗刀3-工件4-工作台5-主轴6-拖板7-镗模好。此时对所加工孔的位置精度由镗模精度直接保证。第三章机械制造中的加工方法及装备•在专用镗模上用普通镗刀镗孔时，镗杆变形量的大小将随着镗模的移动而发生变化，致使工件孔产生纵向形状误差。可改用双刃浮动镗刀解决此类问题。图3-38b）刀具旋转、工件进给的镗孔方式1-镗杆2-镗刀3-工件4-工作台5-主轴6-拖板7-镗模普通镗刀浮动镗刀第三章机械制造中的加工方法及装备•（3）刀具即旋转又进给这种镗孔方式因镗杆图3-38刀具既旋转又进给的镗孔方式1-镗杆2-镗刀3-工件4-工作台5-主轴的悬伸长度是变化的，所以镗杆的受力变形也是变化的，镗出来的孔必然会产生形状误差。第三章机械制造中的加工方法及装备•此外，镗杆的悬伸长度增大，主轴因自重引起的弯曲变形也增大，孔轴线将产生相应的弯曲。这种镗孔方式只适于加工较短的孔。图3-38刀具既旋转又进给的镗孔方式1-镗杆2-镗刀3-工件4-工作台5-主轴第三章机械制造中的加工方法及装备•2．金刚镗•由于金刚镗最初是用金刚石镗刀加工，故称金刚镗。现在普遍采用硬质合金、CBN和人造金刚石刀具材料。•金刚镗的特点是背吃刀量和进给量小，切削速度高，它可以获得很高的加工精度（IT7~IT6级）和很光洁的表面（Ra为0.4~0.05µm）。第三章机械制造中的加工方法及装备•金刚镗最初用于加工有色金属工件，现在也广泛用于加工铸铁件和钢件。但需注意的是，在加工铸铁件和钢件时，只能使用硬质合金或CBN制作的镗刀。•金刚镗的加工质量好，生产效率高，在大批大量生产中它被广泛用于精密孔的最终加工。第三章机械制造中的加工方法及装备•3．镗刀•镗刀可分为单刃镗刀和双刃镗刀。图3-40单刃镗刀通孔单刃镗刀盲孔单刃镗刀第三章机械制造中的加工方法及装备•图3-41所示的浮动的双刃镗刀，可消除因镗刀安图3-41浮动镗刀装误差或镗杆偏摆引起的误差；但它与铰孔相似，只能保证尺寸精度，不能校正铰孔前孔轴线的位置误差。第三章机械制造中的加工方法及装备•4．镗孔的工艺特点及应用范围•镗孔和钻—扩—铰工艺相比，孔径尺寸不受刀具尺寸的限制，且镗孔具有较强的误差修正能力，可通过多次走刀来修正原孔轴线偏斜误差，而且能使所镗孔与定位表面保持较高的位置精度。•镗孔时，由于刀杆系统的刚性差、变形大，散热排屑条件不好，工件和刀具的热变形较大。第三章机械制造中的加工方法及装备•综上分析可知，镗孔工艺范围广，可加工各种不同尺寸和不同精度等级的孔，对于孔径较大、尺寸和位置精度要求较高的孔和孔系，镗孔几乎是唯一的加工方法。•镗孔的加工精度为IT9～IT7级，表面粗糙度Ra为3.2~0.8µm。第三章机械制造中的加工方法及装备第三章机械制造中的加工方法及装备第四节平面及复杂曲面加工•一、概述•二、铣平面•1.铣削方式•铣平面有端铣和周铣两种方式。•按照铣平面时主运动方向与进给运动方向的相对关系，周铣有顺铣和逆铣之分。第三章机械制造中的加工方法及装备•工件进给方向与铣刀的旋转方向相反称为逆铣；•工件进给方向与铣刀的旋转方向相同称为顺铣。•顺铣和逆铣各有特点，应根据加工的具体条件合理选择。图3-50顺铣与逆铣a）b）逆铣顺铣第三章机械制造中的加工方法及装备•（1）从切屑截面形状分析•逆铣时，刀齿的切削厚度由零逐渐增加，由于切削刃钝圆半径的影响，刀齿在已加工表面上滑擦一段距离后才能真正切入工件，因而刀齿磨损快，加工表面质量较差。顺铣时则无此现象。•顺铣时铣刀寿命比逆铣高2~3倍，加工表面质量也比较好，但顺铣不宜铣带硬皮的工件。图3-50顺铣与逆铣逆铣顺铣第三章机械制造中的加工方法及装备•（2）从工件装夹可靠性分析•逆铣时，刀齿对工件的垂直作用力Fv向上，容易使工件的装夹松动；•顺铣时，刀齿对工件的垂直作用力Fv向下，使工件压紧在工作台上，加工比较平稳。图3-50顺铣与逆铣逆铣顺铣第三章机械制造中的加工方法及装备•（3）从工作台丝杠、螺母间隙分析•逆铣时，工件承受的水平铣削力FH与进给速度vf的方向相反，铣床工作台丝杠始终与螺母接触。vfvFHFvⅠ图3-51铣削时丝杠和螺母的间隙a）逆铣螺母固定丝杠移动第三章机械制造中的加工方法及装备•顺铣时，工件承受的水平铣削力FH与进给速度vf相同，由于丝杠螺母间有间隙，铣刀会带动工件和工作台窜动，使铣削进给量不均匀，容易打刀。•采用顺铣法加工时必须采取措施消除丝杠与螺母之间的间隙。vfFHFVv图3-51铣削时丝杠和螺母的间隙b）顺铣螺母固定丝杠移动第三章机械制造中的加工方法及装备•端铣时，铣刀刀齿切入切出工件阶段会受到很大的冲击。由图3-52可知，从减小刀齿切入工件时图3-52对称铣和不对称铣a）对称铣b）不对称铣受到的冲击考虑，图3-52b所示的不对称铣比图3-52a所示的对称铣较为有利。第三章机械制造中的加工方法及装备•2.铣刀及其几何角度•铣刀的种类很多，如图3-53所示。图3-53铣刀的类型圆柱铣刀面铣刀三面刃铣刀第三章机械制造中的加工方法及装备图3-53铣刀的类型锯片铣刀立铣刀键槽铣刀第三章机械制造中的加工方法及装备图3-53铣刀的类型模具铣刀角度铣刀成形铣刀第三章机械制造中的加工方法及装备•下面主要介绍圆柱铣刀和面铣刀。•（1）圆柱形铣刀的结构刀齿排列在刀体圆周上的铣刀称为圆柱形铣刀。整体圆柱铣刀•它的结构形式分为由高速钢制造的整体圆柱形铣刀（图3-53a）和镶焊硬质合金刀片的镶齿圆柱形铣刀（图3-54）。图3-54镶齿圆柱形铣刀•圆柱形铣刀一般采用螺旋刀齿，以提高切削工作的平稳性。第三章机械制造中的加工方法及装备•（2）面铣刀的结构面铣刀的刀齿排列在刀体端面上，硬质合金面铣刀是加工平面的最主要刀具。•焊接夹固式面铣刀的结构如图3-55所示。这种铣刀有两种重磨方式：一种是体内刃磨；另一种是体外刃磨。图3-55焊接夹固式面铣刀第三章机械制造中的加工方法及装备•将刀片用机械夹固方式固定在刀体上的面铣刀叫做机夹可转位面铣刀。图3-56锥柄机夹可转位面铣刀第三章机械制造中的加工方法及装备•（3）铣刀的几何角度图3-57铣刀的几何角度a）圆柱形铣刀β•圆柱铣刀和面铣刀是铣刀的基本形式，图3-57给出了这两种刀具的几何角度。第三章机械制造中的加工方法及装备图3-57铣刀的几何角度b）面铣刀第三章机械制造中的加工方法及装备•3.铣削的工艺特点及应用范围•由于铣刀是多刃刀具，刀齿能连续地依次进行切削，且主运动为回转运动，可实现高速切削，故铣平面的生产效率一般都比刨平面高。•其加工质量与刨平面相当，经粗铣—精铣后，尺寸精度可达IT9~IT7级，表面粗糙度Ra可达6.3~1.6µm。第三章机械制造中的加工方法及装备•由于铣平面的生产率高，故在大批大量生产中铣平面已逐渐取代了刨平面。在成批生产中，中小件加工大多采用铣削，大件加工则铣、刨加工兼用，一般都是先粗铣后精刨。而在单件小批生产中，特别是在一些重型机器制造厂中，刨平面仍被广泛采用。•另外，因刨平面不能获得足够的切削速度，故有色金属材料的平面加工几乎全部都用铣削。第三章机械制造中的加工方法及装备第三章机械制造中的加工方法及装备•三、复杂曲面加工•曲面加工在机械制造中也占一定比例。从表面成形的观点分析，有些曲面在形成原理上与平面相同。但另外还有一类曲面，如螺旋桨的表面，涡轮叶片表面，复杂模具型腔面等，其表面形状比较复杂，不能用基本立体几何要素（例如棱柱、棱锥、球等）描述，通常称之为复杂曲面。第三章机械制造中的加工方法及装备•复杂曲面的切削加工方法有仿形铣和数控铣两种，使用的刀具一般为头部为圆形的球头铣刀。•目前数控铣削已成为复杂曲面切削加工最主要的方法。大型的复杂曲面需要在多轴联动加工中心上加工，加工中心上设有刀库，一般都配备十几把、几十把甚至上百把刀具用来完成不同曲率半径曲面的粗、精加工。第三章机械制造中的加工方法及装备第五节数控机床与数控加工•一、数控机床的加工原理•1.数控机床及其坐标系•用数字化信息进行控制的技术称为数字控制技术；装备了数控系统，能应用数字控制技术进行加工的机床称为数控机床。数控机床按用途分为普通数控机床和加工中心两大类。第三章机械制造中的加工方法及装备•数控机床的加工原理如3-58图所示。输入装置数控装置伺服系统机床本体反馈装置加工程序•输入装置、数控装置、伺服系统和机床本体是数控机床的四个基本组成部分。图3-58数控机床的加工原理框图第三章机械制造中的加工方法及装备•在数控机床中，机床直线运动的坐标轴按照ISO841和我国的JB/T3051-1999标准，规定为右手直角笛卡尔坐标系。图3-59数控机床的坐标系第三章机械制造中的加工方法及装备•机床数控系统能够控制的运动数目通常称为坐标（轴）数。•数控机床在加工过程中不同坐标轴之间可以联动，所谓联动是指机床可在各坐标轴方向按一定的速度和轨迹同时独立运动，它们的合成运动速度及轨迹符合预先规定的加工要求。第三章机械制造中的加工方法及装备•2.数控机床的数控装置•数控机床早期的数控装置使用专用计算机，称为（普通）数控（NC）。而目前数控装置采用的是通用计算机，称为计算机数控（CNC）。•CNC装置是数控机床的控制中心，由它接收和处理输入信息，并将处理结果通过接口输出，对机床进行控制。第三章机械制造中的加工方法及装备•数控机床数控系统的组成如图3-60所示，图中点划线框内的部分构成CNC装置。图3-60数控机床数控系统的组成第三章机械制造中的加工方法及装备•CNC装置的主要功能为：•（1）功能控制控制机床冷却液供给、主轴电机开停、调速以及换刀等功能。•（2）位置控制控制刀具与工件的相对运动位置或轨迹。•（3）信号处理对系统运行过程中得到的机床状态信号进行分析处理，使系统作出相应的反应。第三章机械制造中的加工方法及装备•3.数控机床的进给伺服系统•数控机床的进给伺服系统由伺服驱动电路、伺服驱动装置，机械传动机构及执行部件组成。•其作用是接受数控装置发出的进给速度和位移指令信号，由伺服驱动电路作数模转换和功率放大后，经伺服驱动装置和机械传动机构驱动机床的执行机构，以某一确定的速度、方向和位移量，沿机床坐标轴移动，实现加工过程的自动循环。第三章机械制造中的加工方法及装备•数控机床的进给伺服系统按位置检测和反馈方式的不同分为以下两类：•（1）开环伺服系统（图3-61）图3-61开环伺服系统第三章机械制造中的加工方法及装备•（2）闭环伺服系统（图3-62）图3-62闭环伺服系统第三章机械制造中的加工方法及装备•数控机床的检测反馈信号不是取自机床终端运动部件的闭环系统称为半闭环系统（图3-62中虚线部分）。图3-62闭环伺服系统第三章机械制造中的加工方法及装备•二、数控铣床及加工中心的主运动及进给运动系统•1.主运动系统•数控铣床的主运动系统应比普通铣床有更宽的调速范围，以保证加工时能选用合理的切削速度，充分发挥机床性能。而加工中心为