机械制造技术基础-第4章-刨削加工方法

第4章刨削加工方法刨削的工作内容4.1刨削加工工艺系统组成4.2刨削加工工艺系统组成4.3刨削加工案例分析4.4刨削加工质量问题及解决措施4.54.1刨削的工作内容在刨床上用刨刀加工工件的工艺方法，称为刨削。刨削主要用于加工平面、斜面、沟槽和成形表面等,如图4.1所示。图4.1刨削的工作内容刨削加工的主运动是刀具或工件所作的直线往复运动，进给运动是由工件或刀具作垂直于主运动方向的间歇直线运动。刨削加工是单程的切削加工，回程时刀具不进行切削，为空行程。这时刨刀抬起，称作让刀，以避免损伤已加工表面，减缓刀具磨损。刨削加工的刀具结构简单，刃磨方便，生产准备时间少，精刨时可以得到较高的精度和较小的表面粗糙度。在单件、小批生产和维修中，刨削加工仍然是常用的加工方法。刨削加工精度一般为IT9～IT7，表面粗糙度值为Ra6.3～1.6μm。4.2刨削加工工艺系统组成4.2.1刨床及技术参数1.牛头刨床2.龙门刨床1．牛头刨床牛头刨床主要用于加工中小型零件的平面、沟槽和成形表面。牛头刨床的组成如图4.2所示，它因滑枕3和刀架1形似牛头而得名。图4.2牛头刨床1—刀架2—转盘3—滑枕4—床身5—横梁6—工作台滑枕3可沿床身导轨在水平方向作往复直线运动，使刀具实现主运动v。工件可直接安装在工作台6上，也可安装在工作台上的夹具（如虎钳等）中。加工水平面时，工作台6带动工件沿横梁5作间歇的横向进给运动f1，横梁5能沿床身4的竖直导轨上、下移动，以适应不同高度工件的加工需要。刀架1可沿刀架座上的导轨上、下移动，以调整刨削深度。加工斜面时，可以调整转盘2的角度（可左右回转60o），使刀架沿倾斜方向进给。当加工垂直平面时，用手动使刀架1作垂直方向的进给运动f2。床身4内装有实现主运动的传动机构。2．龙门刨床龙门刨床主要用来加工大平面，特别是长而窄的平面，也可用来加工沟槽或同时加工几个中小型零件的平面。应用龙门刨床进行精细刨削，可得较高的精度和较低的表面粗糙度。龙门刨床的组成如图4.3所示。图4.3龙门刨床1、8—侧刀架2—横梁3、7—立柱4—顶梁5、6—立刀架9—工作台10—床身龙门刨床的主运动是工作台9沿床身10的水平导轨所作的直线往复运动。床身的左右两侧固定有左、右立柱3和7，立柱顶部由顶梁连接，形成刚度较高的龙门框架，因此得名龙门刨床。两个立刀架5和6装在横梁2上，可作横向或垂直方向的进给运动以及快速移动。横梁可沿左右立柱的导轨作垂直升降，调整立刀架的位置，以适应不同高度工件的加工需要。4.2.2刨刀1.刨刀的种类常用的刨刀有平面刨刀、宽刃精刨刀、槽刨刀和端面刨刀等，如图4.4所示。刨刀只在工作行程中进行切削，空返行程不切削，在切削终了时作进给运动。由于受往复运动惯性和冲击载荷的限制，刨刀的切削速度较低。图4.4刨刀类型2．刨刀的结构及其特点刨刀由刀头和刀杆两部分组成，如图4.5所示。刀头用来切削工件，刀杆固定在刀架上并支承刀头工作。图4.5刨刀的结构刨刀在工作时承受较大的冲击载荷，为了保证刀杆具有足够的强度和刚度以及刀刃不致崩掉，故刨刀的结构有以下特点：1）刀杆的端面尺寸较大，通常为车刀的1.25～1.5倍。2）刀倾角较大，以保护刀尖和提高切削的平稳性。3）在机床—刀具—工件工艺系统刚性许可时，选择较大的刀尖圆弧半径和较小的主偏角。刨刀刀杆的结构形式常见的有两种，如图4.6所示。图4.6a）为直头刨刀，图4.6b）为弯头刨刀。直头刨刀制造简单，但在切削力的作用下易产生“陷刀”现象，从而损坏工件表面。弯头刨刀在切削时，刀杆能产生弯曲变形，使刀尖向后上方运动，避免了上述缺点，故得到了广泛的应用。图4.6刨刀刀杆形状a）直头b）弯头4.2.3刨床夹具刨削加工主要用于单件及小批量生产，常用的夹具有压板、虎钳、挡块等。根据不同的工件，还经常利用千斤顶等其它工具作支撑。4.2.4刨削加工工艺1.刨削平面的工艺要点:平面刨削一般分2～3次刨削后达到图纸尺寸要求。1)分两次刨削，粗刨留0.3～0.5mm的精刨余量。2)分三次刨削,第1次留2mm或整个余量的1/3,第2次留0.2mm的精刨余量。2.削刨侧面的工艺要点在工作台上直接装夹工件时，为避免刨刀刨到工作台面，工件的加工面必须对准T形槽，如图4.7a);或使加工面露出工作台的侧面，如图4.7b);或用平行垫铁垫起工件，如图4.7c)。图4.7刨侧面时工件的安装3.刨削台阶面的工艺要点台阶面的台阶部分的连接面通常有垂直度要求，两边对称的台阶要两侧面平行，两底面等高，以保证与其它零件配合良好。4.3刨削用量及刨削参数计算1.刨削用量诸要素的定义刨削用量包括切削深度ap(mm)、进给量f（mm/双行程）和刨削速度vc（m/min）。如图4.8所示。图4.8刨削用量1）切削深度ap(mm)工件上已加工表面和待加工表面之间的垂直距离。2）进给量f（mm/双行程）刀具（或工件）一次往返行程时，工件（或刀具）在垂直于主运动方向相对移动的距离。3）切削速度vc（m/min）刀具和工件的主运动速度。2.刨削用量的选择1）切削深度ap的选择合理的切削深度是将加工余量在一次进给中切除。但由于刀具及机床性能的限制，以及加工表面的要求，往往需经2～3次进给才能切去。分次切削时，第一次切得多些，以避免工件硬表皮对刨刀刀尖的影响。第二次比第一次少些，最后一次切削深度应尽量小，以获得良好的加工表面质量。2）进给量f的选择进给量受机床功率、进给机构刚性、刀具或刀片强度、加工表面质量等条件的限制，所以应在已选好切削深度后进行合理选择。半精加工或精加工时，主要考虑工件的表面质量，进给量应小些；粗加工时，应考虑除表面质量以外的其它几个因素，尽可能选用较大的进给量。3）刨削速度的选择选择切削深度和进给量后，可根据刀具耐用度来选择合理的刨削速度。若选用的刨削速度太大，则刀具耐用度低，要经常磨刀；若选用的刨削速度太小，则加工时间太长，不利于提高生产率。4.3.2刨削力与刨削功率的计算切削力（N）:zzFzFzFyxpFzkfaCF切削功率（KW）:4106vFPzm4.5刨削加工质量问题及解决措施刨削加工中常见的质量问题有:表面粗糙度参数值不符合要求、工件表面产生波纹、平面出现小沟纹或微小台阶、工件开始进给的一端形成倾斜倒棱、平面局部有凹陷现象等。其解决措施如下。1、表面粗糙度参数值不符合要求解决措施：最后光整精刨时，采用较小的切削用量；合理选用几何角度，刀具磨钝后及时刃磨。2.工件表面产生波纹解决措施：调整机床工作台、滑枕、刀架等部分的压板、镶条及地脚螺钉等。注意装夹方法，增加辅助支承，增强使工件薄弱环节的刚性。合理选用刀具几何角度，缩短刨刀伸出长度，采用减振弹性刀。3.平面出现小沟纹或微小台阶解决措施:调整丝杠与螺母间隙，或更新丝杠、螺母。调整刀架后，必须将刀架溜板锁紧。精刨表面时，避免中途停机。4.工件开始进给的一端形成倾斜倒棱解决措施:调整拍板、滑枕、刀架溜板等配合间隙，以及刀架侧面镶条与导轨间隙。锁紧刀架丝杠上端螺母。减小背吃刀量和刀杆伸出量。适当选用较大κr和γo角。5.平面局部有凹陷现象解决措施：精刨表面时，不应在加工表面停机。选用弯式弹性刨刀，避免“扎刀”。多次分层切削，使精刨余量均匀。6.平面的平面度不符合要求解决措施：装夹时应将工件垫实，夹紧力应作用在工件不易变形的位置。合理选用刨刀的几何角度和刨削用量，必要时可等工件冷却一定时间再精刨7.两相对平面不平行两相邻平面不垂直解决措施:装夹工件前，应找正夹具基准面，调整机床精度。正确选择基准面和定位面并消除毛刺、异物。检查工件装夹是否正确。