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数控加工工艺

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发表于 2011-10-6 16:18:42 | 显示全部楼层 |阅读模式
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CNC加工中刀具的选择与切削用量的确定简介
新闻摘要:选择和切削用量的确定是数控加工工艺中的重要内容,它不仅影响数控机床的加工效率,而且直接影响加工质量。CAD/CAM技术的发展,使得在数控加工中直接利用CAD的设计数据成为可能,特别是微机与数控机床的联接,使得设计、工艺规划及编程的整个过程全部在计算机上完成,一般不需要输出专门的工艺文件。现在,许多CAD/CAM软件包
选择和切削用量的确定是数控加工工艺中的重要内容,它不仅影响数控机床的加工效率,而且直接影响加工质量。CAD/CAM技术的发展,使得在数控加工中直接利用CAD的设计数据成为可能,特别是微机与数控机床的联接,使得设计、工艺规划及编程的整个过程全部在计算机上完成,一般不需要输出专门的工艺文件。
  现在,许多CAD/CAM软件包都提供自动编程功能,这些软件一般是在编程界面中提示工艺规划的有关问题,比如,刀具选择、加工路径规划、切削用量设定等,编程人员只要设置了有关的参数,就可以自动生成NC程序并传输至数控机床完成加工。因此,数控加工中的刀具选择和切削用量确定是在人机交互状态下完成的,这与普通机床加工形成鲜明的对比,同时也要求编程人员必须掌握刀具选择和切削用量确定的基本原则,在编程时充分考虑数控加工的特点。本文对数控编程中必须面对的刀具选择和切削用量确定问题进行了探讨,给出了若干原则和建议,并对应该注意的问题进行了讨论。
一、数控加工常用刀具的种类及特点
  数控加工刀具必须适应数控机床高速、高效和自动化程度高的特点,一般应包括通用刀具、通用连接刀柄及少量专用刀柄。刀柄要联接刀具并装在机床动力头上,因此已逐渐标准化和系列化。数控刀具的分类有多种方法。根据刀具结构可分为:①整体式;②镶嵌式,采用焊接或机夹式连接,机夹式又可分为不转位和可转位两种;③特殊型式,如复合式刀具,减震式刀具等。根据制造刀具所用的材料可分为:①高速钢刀具;②硬质合金刀具;③金刚石刀具;④其他材料刀具,如立方氮化硼刀具,陶瓷刀具等。从切削工艺上可分为:①车削刀具,分外圆、内孔、螺纹、切割刀具等多种;②钻削刀具,包括钻头、铰刀、丝锥等;③镗削刀具;④铣削刀具等。为了适应数控机床对刀具耐用、稳定、易调、可换等的要求,近几年机夹式可转位刀具得到广泛的应用,在数量上达到整个数控刀具的30%~40%,金属切除量占总数的80%~90%。
  数控刀具与普通机床上所用的刀具相比,有许多不同的要求,主要有以下特点:
  ⑴刚性好(尤其是粗加工刀具),精度高,抗振及热变形小;
  ⑵互换性好,便于快速换刀;
  ⑶寿命高,切削性能稳定、可靠;
  ⑷刀具的尺寸便于调整,以减少换刀调整时间;
  ⑸刀具应能可靠地断屑或卷屑,以利于切屑的排除;
  ⑹系列化,标准化,以利于编程和刀具管理。


 楼主| 发表于 2011-10-6 16:19:15 | 显示全部楼层
二、数控加工刀具的选择
  刀具的选择是在数控编程的人机交互状态下进行的。应根据机床的加工能力、工件材料的性能、加工工序、切削用量以及其它相关因素正确选用刀具及刀柄。刀具选择总的原则是:安装调整方便,刚性好,耐用度和精度高。在满足加工要求的前提下,尽量选择较短的刀柄,以提高刀具加工的刚性。
  选取刀具时,要使刀具的尺寸与被加工工件的表面尺寸相适应。生产中,平面零件周边轮廓的加工,常采用立铣刀;铣削平面时,应选硬质合金刀片铣刀;加工凸台、凹槽时,选高速钢立铣刀;加工毛坯表面或粗加工孔时,可选取镶硬质合金刀片的玉米铣刀;对一些立体型面和变斜角轮廓外形的加工,常采用球头铣刀、环形铣刀、锥形铣刀和盘形铣刀。
  在进行自由曲面加工时,由于球头刀具的端部切削速度为零,因此,为保证加工精度,切削行距一般取得很能密,故球头常用于曲面的精加工。而平头刀具在表面加工质量和切削效率方面都优于球头刀,因此,只要在保证不过切的前提下,无论是曲面的粗加工还是精加工,都应优先选择平头刀。另外,刀具的耐用度和精度与刀具价格关系极大,必须引起注意的是,在大多数情况下,选择好的刀具虽然增加了刀具成本,但由此带来的加工质量和加工效率的提高,则可以使整个加工成本大大降低。
  在加工中心上,各种刀具分别装在刀库上,按程序规定随时进行选刀和换刀动作。因此必须采用标准刀柄,以便使钻、镗、扩、铣削等工序用的标准刀具,迅速、准确地装到机床主轴或刀库上去。编程人员应了解机床上所用刀柄的结构尺寸、调整方法以及调整范围,以便在编程时确定刀具的径向和轴向尺寸。目前我国的加工中心采用TSG工具系统,其刀柄有直柄(三种规格)和锥柄(四种规格)两种,共包括16种不同用途的刀柄。
  在经济型数控加工中,由于刀具的刃磨、测量和更换多为人工手动进行,占用辅助时间较长,因此,必须合理安排刀具的排列顺序。一般应遵循以下原则:①尽量减少刀具数量;②一把刀具装夹后,应完成其所能进行的所有加工部位;③粗精加工的刀具应分开使用,即使是相同尺寸规格的刀具;④先铣后钻;⑤先进行曲面精加工,后进行二维轮廓精加工;⑥在可能的情况下,应尽可能利用数控机床的自动换刀功能,以提高生产效率等。
  三、数控加工切削用量的确定
  合理选择切削用量的原则是,粗加工时,一般以提高生产率为主,但也应考虑经济性和加工成本;半精加工和精加工时,应在保证加工质量的前提下,兼顾切削效率、经济性和加工成本。具体数值应根据机床说明书、切削用量手册,并结合经验而定。
  ⑴切削深度t。在机床、工件和刀具刚度允许的情况下,t就等于加工余量,这是提高生产率的一个有效措施。为了保证零件的加工精度和表面粗糙度,一般应留一定的余量进行精加工。数控机床的精加工余量可略小于普通机床。
  ⑵切削宽度L。一般L与刀具直径d成正比,与切削深度成反比。经济型数控加工中,一般L的取值范围为:L=(0.6~0.9)d。
  提高v也是提高生产率的一个措施,但v与刀具耐用度的关系比较密切。随着v的增大,刀具耐用度急剧下降,故v的选择主要取决于刀具耐用度。另外,切削速度与加工材料也有很大关系,例如用立铣刀铣削合金刚30CrNi2MoVA时,v可采用8m/min左右;而用同样的立铣刀铣削铝合金时,v可选200m/min以上。
  ⑷主轴转速n(r/min)。主轴转速一般根据切削速度v来选定。计算公式为:
  式中,d为刀具或工件直径(mm)。
  数控机床的控制面板上一般备有主轴转速修调(倍率)开关,可在加工过程中对主轴转速进行整倍数调整。
  ⑸进给速度vF 。vF应根据零件的加工精度和表面粗糙度要求以及刀具和工件材料来选择。vF的增加也可以提高生产效率。加工表面粗糙度要求低时,vF可选择得大些。在加工过程中,vF也可通过机床控制面板上的修调开关进行人工调整,但是最大进给速度要受到设备刚度和进给系统性能等的限制。
  随着数控机床在生产实际中的广泛应用,数控编程已经成为数控加工中的关键问题之一。在数控程序的编制过程中,要在人机交互状态下即时选择刀具和确定切削用量。因此,编程人员必须熟悉刀具的选择方法和切削用量的确定原则,从而保证零件的加工质量和加工效率,充分发挥数控机床的优点,提高企业的经济效益和生产水平。
 楼主| 发表于 2011-10-6 16:19:44 | 显示全部楼层

高速铣削冷却方式的合理选择
新闻摘要:随着绿色制造技术在切削加工中的应用,在高速铣削加工中采用压缩空气冷却取代切削液冷却已成为一种不错的选择。但是,对于具体的高速铣削加工任务,选用何种冷却方式更为恰当,则应根据不同的加工目的和被加工材料仔细加以权衡,以获得最佳的加工效果。以下是选择冷却方式时需要考虑的四个主要工艺因素。 (1)工件材料的硬
随着绿色制造技术在切削加工中的应用,在高速铣削加工中采用压缩空气冷却取代切削液冷却已成为一种不错的选择。但是,对于具体的高速铣削加工任务,选用何种冷却方式更为恰当,则应根据不同的加工目的和被加工材料仔细加以权衡,以获得最佳的加工效果。以下是选择冷却方式时需要考虑的四个主要工艺因素。
(1)工件材料的硬度
如果工件材料的硬度≥42HRC,选择压缩空气冷却通常可获得更佳的效果。高速铣削高硬度材料的加工特点为:①切削温度很高;②切屑在冷作硬化作用下会变得比母体材料更硬。切削此类材料时,如果采用切削液冷却,可能会使刀具承受间歇性升温-冷却造成的热冲击,温度的剧烈变化容易引起硬质合金切削刃碎裂。反之,如果采用压缩空气冷却,不仅可使刀具温度保持恒定,而且可将切屑吹离切削区,避免因高硬度切屑的二次切削(re-cutting)作用对刀具造成损坏。
(2)工件材料的种类
如果工件材料的硬度<42HRC,则应根据工件材料的种类确定选用何种冷却方式。在高速铣削粘性材料(如铝、软性不锈钢等)时,通常需要选用切削液冷却。切削液可对刀具起到润滑作用,且可使切屑易于向上滑出容屑槽并与刀具后角分离。而在高速铣削大多数模具钢(如P20,H13,S7,NAK55,D2等)时,压缩空气冷却可能是正确的选择。如果在加工中发现工件材料与刀具发生粘连现象,则可能提示需要采用切削液;但也可能提示需要选用不同的刀具涂层。
(3)刀具涂层
氮碳化钛(TiCN)涂层和氮铝钛(TiAlN)涂层是高速铣削模具钢时最常用的两种刀具涂层。球头铣刀在低于800sfm的切削速度下铣削硬度小于42HRC的工件材料(或圆铣刀在低于600sfm的切削速度下铣削相同材料)时,刀具采用TiCN涂层较为合适。如果被加工材料的硬度或切削速度高于上述切削参数范围,则最好选用TiAlN涂层。
TiCN涂层对切削液冷却具有很好的适应性。虽然切削温度的剧烈变化仍有可能引起硬质合金切削刃碎裂,但在上述切削参数范围内进行加工,一般不会产生足以引起热冲击危险的切削高温。
反之,高温切削性能较好的TiAlN涂层不太适合切削液冷却。这种涂层在进行高温切削时,可在涂层外表面形成一层坚硬而光滑的氧化铝层,有助于提高刀具的切削性能。(事实上,美国Millstar公司开发的“Exalon”TiAlN涂层的高温切削性能更为先进,这种TiAlN涂层的外面又增加了一层固体润滑层,可使切屑更易于沿着刀具切削刃滑离。)
石墨电极工件的铣削加工对刀具涂层的要求一般不太严格,选用TiAlN涂层或金刚石涂层均可。虽然这两种涂层采用压缩空气冷却即可获得很好的切削效果,但许多加工车间仍然愿意使用切削液,这是因为切削液有助于清除加工中产生的粉尘。
(4)表面光洁度要求
用球头铣刀进行高速铣削时,为了获得较高的工件表面光洁度,可能需要采用切削液冷却。由于球头铣刀端部的切削速度为零,采用切削液可起到很好的润滑作用。当用典型的球头铣刀进行微进给精铣加工时,位于铣刀端部低速切削区域的工件材料可能会卡在“横刃(web)”内。处于红热状态的残留材料被刀具拖曳着划过工件,并可能熔焊在工件表面,从而破坏工件的表面光洁度。(为解决这一问题,某些具有球形轮廓的机夹刀片式铣刀,如美国Millstar公司的“Super Finisher”刀片,可通过改进刀片的设计消除这种“横刃”。)切削液通过对刀具和工件的润滑作用,可以减小切屑熔焊现象的影响,获得较高的表面光洁度。基于这种考虑,即使在使用TiAlN涂层刀具的加工场合,也应采用切削液冷却方式。虽然刀具寿命可能因此而缩短,但有时为了达到表面光洁度要求,有必要牺牲部分刀具寿命。
摘自《工具展望》

 楼主| 发表于 2011-10-6 16:20:21 | 显示全部楼层
机械加工表面质量
机械零件的破坏,一般总是从表面层开始的。产品的性能,尤其是它的可靠性和耐久性,在很大程度上取决于零件表面层的质量。研究机械加工表面质量的目的就是为了掌握机械加工中各种工艺因素对加工表面质量影响的规律,以便运用这些规律来控制加工过程,最终达到改善表面质量、提高产品使用性能的目的。

一、机械加工表面质量对机器使用性能的影响

(一)表面质量对耐磨性的影响
表面粗糙度对耐磨性的影响
一个刚加工好的摩擦副的两个接触表面之间,最初阶段只在表面粗糙的的峰部接触,实际接触面积远小于理论接触面积,在相互接触的峰部有非常大的单位应力,使实际接触面积处产生塑性变形、弹性变形和峰部之间的剪切破坏,引起严重磨损。

零件磨损一般可分为三个阶段,初期磨损阶段、正常磨损阶段和剧烈磨损阶段。

表面粗糙度对零件表面磨损的影响很大。一般说表面粗糙度值愈小,其磨损性愈好。但表面粗糙度值太小,润滑油不易储存,接触面之间容易发生分子粘接,磨损反而增加。因此,接触面的粗糙度有一个最佳值,其值与零件的工作情况有关,工作载荷加大时,初期磨损量增大,表面粗糙度最佳值也加大。

表面冷作硬化对耐磨性的影响
加工表面的冷作硬化使摩擦副表面层金属的显微硬度提高,故一般可使耐磨性提高。但也不是冷作硬化程度愈高,耐磨性就愈高,这是因为过分的冷作硬化将引起金属组织过度疏松,甚至出现裂纹和表层金属的剥落,使耐磨性下降。

(二)表面质量对疲劳强度的影响
金属受交变载荷作用后产生的疲劳破坏往往发生在零件表面和表面冷硬层下面,因此零件的表面质量对疲劳强度影响很大。

表面粗糙度对疲劳强度的影响

在交变载荷作用下,表面粗糙度的凹谷部位容易引起应力集中,产生疲劳裂纹。表面粗糙度值愈大,表面的纹痕愈深,纹底半径愈小,抗疲劳破坏底能力就愈差。

残余应力、冷作硬化对疲劳强度的影响
余应力对零件疲劳强度的影响很大。表面层残余拉应力将使疲劳裂纹扩大,加速疲劳破坏;而表面层残余应力能够阻止疲劳裂纹的扩展,延缓疲劳破坏的产生

表面冷硬一般伴有残余应力的产生,可以防止裂纹产生并阻止已有裂纹的扩展,对提高疲劳强度有利。

(三)表面质量对耐蚀性的影响
零件的耐蚀性在很大程度上取决于表面粗糙度。表面粗糙度值愈大,则凹谷中聚积腐蚀性物质就愈多。抗蚀性就愈差。

表面层的残余拉应力会产生应力腐蚀开裂,降低零件的耐磨性,而残余压应力则能防止应力腐蚀开裂。

(四)表面质量对配合质量的影响
表面粗糙度值的大小将影响配合表面的配合质量。对于间隙配合,粗糙度值大会使磨损加大,间隙增大,破坏了要求的配合性质。对于过盈配合,装配过程中一部分表面凸峰被挤平,实际过盈量减小,降低了配合件间的连接强度。
 楼主| 发表于 2011-10-6 16:20:56 | 显示全部楼层
二、影响表面粗糙度的因素

(一)切削加工影响表面粗糙度的因素
刀具几何形状的复映
刀具相对于工件作进给运动时,在加工表面留下了切削层残留面积,其形状时刀具几何形状的复映。减小进给量、主偏角、副偏角以及增大刀尖圆弧半径,均可减小残留面积的高度。

此外,适当增大刀具的前角以减小切削时的塑性变形程度,合理选择润滑液和提高刀具刃磨质量以减小切削时的塑性变形和抑制刀瘤、鳞刺的生成,也是减小表面粗糙度值的有效措施。

工件材料的性质
加工塑性材料时,由刀具对金属的挤压产生了塑性变形,加之刀具迫使切屑与工件分离的撕裂作用,使表面粗糙度值加大。工件材料韧性愈好,金属的塑性变形愈大,加工表面就愈粗糙。

加工脆性材料时,其切屑呈碎粒状,由于切屑的崩碎而在加工表面留下许多麻点,使表面粗糙。

切削用量

(二)磨削加工影响表面粗糙度的因素
正像切削加工时表面粗糙度的形成过程一样,磨削加工表面粗糙度的形成也时由几何因素和表面金属的塑性变形来决定的。

影响磨削表面粗糙的主要因素有:
砂轮的粒度
砂轮的硬度
砂轮的修整
磨削速度
冷却润滑液
磨削径向进给量与光磨次数
工件圆周进给速度与轴向进给量

三、影响加工表面层物理机械性能的因素
在切削加工中,工件由于受到切削力和切削热的作用,使表面层金属的物理机械性能产生变化,最主要的变化是表面层金属显微硬度的变化、金相组织的变化和残余应力的产生。由于磨削加工时所产生的塑性变形和切削热比刀刃切削时更严重,因而磨削加工后加工表面层上述三项物理机械性能的变化会很大。

(一)表面层冷作硬化

冷作硬化及其评定参数
机械加工过程中因切削力作用产生的塑性变形,使晶格扭曲、畸变,晶粒间产生剪切滑移,晶粒被拉长和纤维化,甚至破碎,这些都会使表面层金属的硬度和强度提高,这种现象称为冷作硬化(或称为强化)。表面层金属强化的结果,会增大金属变形的阻力,减小金属的塑性,金属的物理性质也会发生变化。

被冷作硬化的金属处于高能位的不稳定状态,只有一有可能,金属的不稳定状态就要向比较稳定的状态转化,这种现象称为弱化。弱化作用的大小取决于温度的高低、温度持续时间的长短和强化程度的大小。由于金属在机械加工过程中同时受到力和热的作用,因此,加工后表层金属的最后性质取决于强化和弱化综合作用的结果。

评定冷作硬化的指标有三项,即表层金属的显微硬度HV、硬化层深度h和硬化程度N。

影响冷作硬化的主要因素
切削刃钝圆半径增大,对表层金属的挤压作用增强,塑性变形加剧,导致冷硬增强。刀具后刀面磨损增大,后刀面与被加工表面的摩擦加剧,塑性变形增大,导致冷硬增强。

切削速度增大,刀具与工件的作用时间缩短,使塑性变形扩展深度减小,冷硬层深度减小。切削速度增大后,切削热在工件表面层上的作用时间也缩短乐,将使冷硬程度增加。进给量增大,切削力也增大,表层金属的塑性变形加剧,冷硬作用加强。

工件材料的塑性愈大,冷硬现象就愈严重。

(二)表面层材料金相组织变化
当切削热使被加工表面的温度超过相变温度后,表层金属的金相组织将会发生变化。

磨削烧伤
当被磨工件表面层温度达到相变温度以上时,表层金属发生金相组织的变化,使表层金属强度和硬度降低,并伴有残余应力产生,甚至出现微观裂纹,这种现象称为磨削烧伤。在磨削淬火钢时,可能产生以下三种烧伤:

回火烧伤
如果磨削区的温度未超过淬火钢的相变温度,但已超过马氏体的转变温度,工件表层金属的回火马氏体组织将转变成硬度较低的回火组织(索氏体或托氏体),这种烧伤称为回火烧伤。

淬火烧伤
如果磨削区温度超过了相变温度,再加上冷却液的急冷作用,表层金属发生二次淬火,使表层金属出现二次淬火马氏体组织,其硬度比原来的回火马氏体的高,在它的下层,因冷却较慢,出现了硬度比原先的回火马氏体低的回火组织(索氏体或托氏体),这种烧伤称为淬火烧伤。

退火烧伤
如果磨削区温度超过了相变温度,而磨削区域又无冷却液进入,表层金属将产生退火组织,表面硬度将急剧下降,这种烧伤称为退火烧伤。

改善磨削烧伤的途径
磨削热是造成磨削烧伤的根源,故改善磨削烧伤由两个途径:一是尽可能地减少磨削热地产生;二是改善冷却条件,尽量使产生地热量少传入工件。
正确选择砂轮
合理选择切削用量
改善冷却条件

(三)表面层残余应力

产生残余应力的原因
切削时在加工表面金属层内有塑性变形发生,使表面金属的比容加大
由于塑性变形只在表层金属中产生,而表层金属的比容增大,体积膨胀,不可避免地要受到与它相连的里层金属的阻止,因此就在表面金属层产生了残余应力,而在里层金属中产生残余拉应力。
切削加工中,切削区会有大量的切削热产生
不同金相组织具有不同的密度,亦具有不同的比容
如果表面层金属产生了金相组织的变化,表层金属比容的变化必然要受到与之相连的基体金属的阻碍,因而就有残余应力产生。

零件主要工作表面最终工序加工方法的选择
零件主要工作表面最终工序加工方法的选择至关重要,因为最终工序在该工作表面留下的残余应力将直接影响机器零件的使用性能。

选择零件主要工作表面最终工序加工方法,须考虑该零件主要工作表面的具体工作条件和可能的破坏形式。

在交变载荷作用下,机器零件表面上的局部微观裂纹,会因拉应力的作用使原生裂纹扩大,最后导致零件断裂。从提高零件抵抗疲劳破坏的角度考虑,该表面最终工序应选择能在该表面产生残余压应力的加工方法。

 楼主| 发表于 2011-10-6 16:21:24 | 显示全部楼层
机械加工精度的概念

概述
1. 加工精度与加工误差
加工精度是指零件加工后的实际几何参数(尺寸、形状和位置)与理想几何参数的符合程度。实际加工不可能做得与理想零件完全一致,总会有大小不同的偏差,零件加工后的实际几何参数对理想几何参数的偏离程度,称为加工误差。
2.加工经济精度
由于在加工过程中有很多因素影响加工精度,所以同一种加工方法在不同的工作条件下所能达到的精度是不同的。任何一种加工方法,只要精心操作,细心调整,并选用合适的切削参数进行加工,都能使加工精度得到较大的提高,但这样会降低生产率,增加加工成本。加工误差δ与加工成本C成反比关系。某种加工方法的加工经济精度不应理解为某一个确定值,而应理解为一个范围,在这个范围内都可以说是经济的。
3. 原始误差
由机床、夹具、刀具和工件组成的机械加工工艺系统(简称工艺系统)会有各种各样的误差产生,这些误差在各种不同的具体工作条件下都会以各种不同的方式(或扩大、或缩小)反映为工件的加工误差。
工艺系统的原始误差主要有工艺系统的几何误差、定位误差、工艺系统的受力变形引起的加工误差、工艺系统的受热变形引起的加工误差、工件内应力重新分布引起的变形以及原理误差、调整误差、测量误差等。
4.研究机械加工精度的方法
a) 研究机械加工精度的方法分析计算法和统计分析法。
b) 采用滑动轴承时主轴的径向圆跳动
 

二、工艺系统集合误差

1.机床的几何误差
加工中刀具相对于工件的成形运动一般都是通过机床完成的,因此,工件的加工精度在很大程度上取决于机床的精度。机床制造误差对工件加工精度影响较大的有:主轴回转误差、导轨误差和传动链误差。机床的磨损将使机床工作精度下降。

主轴回转误差
机床主轴是装夹工件或刀具的基准,并将运动和动力传给工件或刀具,主轴回转误差将直接影响被加工工件的精度。
主轴回转误差是指主轴各瞬间的实际回转轴线相对其平均回转轴线的变动量。它可分解为径向圆跳动、轴向窜动和角度摆动三种基本形式。
产生主轴径向回转误差的主要原因有:主轴几段轴颈的同轴度误差、轴承本身的各种误差、轴承之间的同轴度误差、主轴绕度等。但它们对主轴径向回转精度的影响大小随加工方式的不同而不同。
譬如,在采用滑动轴承结构为主轴的车床上车削外圆时,切削力F的作用方向可认为大体上时不变的,见右图,在切削力F的作用下,主轴颈以不同的部位和轴承内径的某一固定部位相接触,此时主轴颈的圆度误差对主轴径向回转精度影响较大,而轴承内径的圆度误差对主轴径向回转精度的影响则不大;在镗床上镗孔时,由于切削力F的作用方向随着主轴的回转而回转,在切削力F的作用下,主轴总是以其轴颈某一固定部位与轴承内表面的不同部位接触,因此,轴承内表面的圆度误差对主轴径向回转精度影响较大,而主轴颈圆度误差的影响则不大。图中的δd表示径向跳动量。
产生轴向窜动的主要原因是主轴轴肩端面和轴承承载端面对主轴回转轴线有垂直度误差。
不同的加工方法,主轴回转误差所引起的的加工误差也不同。在车床上加工外圆和内孔时,主轴径向回转误差可以引起工件的圆度和圆柱度误差,但对加工工件端面则无直接影响。主轴轴向回转误差对加工外圆和内孔的影响不大,但对所加工端面的垂直度及平面度则有较大的影响。在车螺纹时,主轴向回转误差可使被加工螺纹的导程产生周期性误差。
适当提高主轴及箱体的制造精度,选用高精度的轴承,提高主轴部件的装配精度,对高速主轴部件进行平衡,对滚动轴承进行预紧等,均可提高机床主轴的回转精度。
导轨误差

导轨是机床上确定各机床部件相对位置关系的基准,也是机床运动的基准。车床导轨的精度要求主要有以下三个方面:在水平面内的直线度;在垂直面内的直线度;前后导轨的平行度(扭曲)。
卧式车床导轨在水平面内的直线度误差△1将直接反映在被加工工件表面的法线方向(加工误差的敏感方向)上,对加工精度的影响最大。卧式车床导轨在垂直面内的直线度误差△2可引起被加工工件的形状误差和尺寸误差。但△2对加工精度的影响要比△1小得多。由右图2可知,若因△2而使刀尖由a下降至b,不难推得工件半径R的变化量。
当前后导轨存在平行度误差(扭曲)时,刀架运动时会产生摆动,刀尖的运动轨迹是一条空间曲线,使工件产生形状误差。由右图可见,当前后导轨有了扭曲误差△3之后,由几何关系可求得△y≈(H/B)△3。一般车床的H/B≈2/3,车床前后导轨的平行度误差对加工精度的影响很大。

卧式车床导轨直线度误差
卧式车床导轨垂直面内直线度误差对加工精度的影响
卧式车床导轨扭曲对加工精度的影响

除了导轨本身的制造误差外,导轨的不均匀磨损和安装质量,也使造成导轨误差的重要因素。导轨磨损是机床精度下降的主要原因之一。
传动链误差
传动链误差是指传动链始末两端传动元件间相对运动的误差。一般用传动链末端元件的转角误差来衡量。

工件在夹具中装夹示意图
2.刀具的几何误差
刀具误差对加工精度的影响随刀具种类的不同而不同。采用定尺寸刀具成形刀具展成刀具加工时,刀具的制造误差会直接影响工件的加工精度;而对一般刀具(如车刀等),其制造误差对工件加工精度无直接影响。
任何刀具在切削过程中,都不可避免地要产生磨损,并由此引起工件尺寸和形状地改变。正确地选用刀具材料和选用新型耐磨地刀具材料,合理地选用刀具几何参数和切削用量,正确地刃磨刀具,正确地采用冷却液等,均可有效地减少刀具地尺寸磨损。必要时还可采用补偿装置对刀具尺寸磨损进行自动补偿。

3.夹具的几何误差
夹具的作用时使工件相当于刀具和机床具有正确的位置,因此夹具的制造误差对工件的加工精度(特别使位置精度)有很大影响。如右图钻床夹具中,钻套轴心线f至夹具定位平面c间的距离误差,影响工件孔a至底面B尺寸L的精度;钻套轴心线f至夹具定位平面c间的平行度误差,影响工件孔轴心线a至底面B的平行度;夹具定位平面c与夹具体底面d底的垂直度误差,影响工件孔轴心线a与底面B间的尺寸精度和平行度;钻套孔的直径误差亦将影响工件孔a至底面B的尺寸精度和平行度。

三、定位误差

定位误差是指一批工件采用调整法加工时因定位不正确而引起的尺寸或位置的最大变动量。定位误差由基准不重合误差和定位副制造不准确误差造成。

a) 零件图
b) 加工f面

c) 加工g面方案Ⅰ
d) 加工g面方案Ⅱ
基准不重合误差分析示例

1.基准不重合误差
在零件图上用来确定某一表面尺寸、位置所依据的基准称为设计基准。在工序图上用来确定本工序被加工表面加工后的尺寸、位置所依据的基准称为工序基准。一般情况下,工序基准应与设计基准重合。在机床上对工件进行加工时,须选择工件上若干几何要素作为加工时的定位基准(或测量基准),如果所选用的定位基准(或测量基准)与设计基准不重合,就会产生基准不重合误差。基准不重合误差等于定位基准相对于设计基准在工序尺寸方向上的最大变动量。
图示零件,设e面已加工好,今在铣床上用调整法加工f面和g面。在加工f面时若选e面为定位基准,则f面的设计基准和定位基准都是e面,基准重合,没有基准不重合误差,尺寸A的制造公差为TA。加工g面时,定位基准有两种不同的选择方案,一种方案(方案Ⅰ)加工时选用f面作为定位基准,定位基准与设计基准重合,没有基准不重合误差,尺寸B的制造公差为TB;但这种定位方式的夹具结构复杂,夹紧力的作用方向与铣削力方向相反,不够合理,操作也不方便。另一种方案(方案Ⅱ)是选用e面作为定位基准来加工g面,此时,工序尺寸C是直接得到的,尺寸B是间接得到的,由于定位基准e与设计基准f不重合而给g面加工带来的基准不重合误差等于设计基准f面相对于定位基准e面在尺寸B方向上的最大变动量TA。

定位基准与设计基准不重合时所产生的基准不重合误差,只有在采用调整法加工时才会产生,在试切法加工中不会产生。

a) 孔和定位心轴不存在间隙时
b) 孔和定位心轴存在间隙时
由定位副制造不准确引起的误差

2.定位副制造不准确误差

工件在夹具中的正确位置是由夹具上的定位元件来确定的。夹具上的定位元件不可能按基本尺寸制造得绝对准确,它们得实际尺寸(或位置)都允许在分别规定得公差范围内变动。同时,工件上的定位基准面也会有制造误差。工件定位面与夹具定位元件共同构成定位副,由于定位副制造得不准确和定位副间的配合间隙引起的工件最大位置变动量,称为定位副制造不准确误差。
右图所示工件的孔装夹在水平放置的心轴上铣削平面,要求保证尺寸h,由于定位基准与设计基准重合,故无基准不重合误差;但由于工件的定位基面(内孔D)和夹具定位元件(心轴d1)皆有制造误差,如果心轴制造得刚好为d1min,而工件得内孔刚好为Dmax(如图示),当工件在水平放置得心轴上定位时,工件内孔与心轴在P点接触,工件实际内孔中心得最大下移量△ab=(Dmax-d1min)/2,△ab就是定位副制造不准确而引起的误差。

基准不重合误差的方向和定位副制造不准确误差的方向可能不相同,定位误差取为基准不重合误差和定位副制造不准确误差的矢量和。

 楼主| 发表于 2011-10-6 16:21:51 | 显示全部楼层
四、工艺系统受力变形引起的误差

a) 车细长轴
b) 磨内圆
受力变形对工件精度的影响

1.基本概念

机械加工工艺系统在切削力、夹紧力、惯性力、重力、传动力等的作用下,会产生相应的变形,从而破坏了刀具和工件之间的正确的相对位置,使工件的加工精度下降。如右图a示,车细长轴时,工件在切削力的作用下会发生变形,使加工出的轴出现中间粗两头细的情况;又如在内圆磨床上进行切入式磨孔时,右图b,由于内圆磨头轴比较细,磨削时因磨头轴受力变形,而使工件孔呈锥形。

垂直作用于工件加工表面(加工误差敏感方向)的径向切削分力Fy与工艺系统在该方向上的变形y之间的比值,称为工艺系统刚度k系, k系=Fy/y

式中的变形y不只是由径向切削分力Fy所引起,垂直切削分力Fz与走刀方向切削分力Fx也会使工艺系统在y方向产生变形,故
y=yFx+yFy+yFz

2.工件刚度
工艺系统中如果工件刚度相对于机床、刀具、夹具来说比较低,在切削力的作用下,工件由于刚度不足而引起的变形对加工精度的影响就比较大,其最大变形量可按材料力学有关公式估算。

3.刀具刚度
外圆车刀在加工表面法线(y)方向上的刚度很大,其变形可以忽略不计。镗直径较小的内孔,刀杆刚度很差,刀杆受力变形对孔加工精度就有很大影响。刀杆变形也可以按材料力学有关公式估算。
4.机床部件刚度

机床部件刚度

机床部件由许多零件组成,机床部件刚度迄今尚无合适的简易计算方法,目前主要还是用实验方法来测定机床部件刚度。分析实验曲线可知,机床部件刚度具有以下特点:

变形与载荷不成线性关系;

加载曲线和卸载曲线不重合,卸载曲线滞后于加载曲线。两曲线线间所包容的面积就是载加载和卸载循环中所损耗的能量,它消耗于摩擦力所作的功和接触变形功;

第一次卸载后,变形恢复不到第一次加载的起点,这说明有残余变形存在,经多次加载卸载后,加载曲线起点才和卸载曲线终点重合,残余变形才逐渐减小到零;

机床部件的实际刚度远比我们按实体估算的要小。

影响机床部件刚度的因素

结合面接触变形的影响

摩擦力的影响

低刚度零件的影响

间隙的影响

5.工艺系统刚度及其对加工精度的影响

在机械加工过程中,机床、夹具、刀具和工件在切削力作用下,都将分别产生变形y机、y夹、y刀、y工,致使刀具和被加工表面的相对位置发生变化,使工件产生加工误差。工艺系统刚度的倒数等于其各组成部分刚度的倒数和。

工艺系统刚度对加工精度的影响主要有以下几种情况:

由于工艺系统刚度变化引起的误差

由于切削力变化引起的误差

毛坯形状误差的复映

加工过程中,由于工件的加工余量发生变化工件材质不均等因素引起的切削力变化,使工艺系统变形发生变化,从而产生加工误差。
若毛坯A有椭圆形状误差(如右图)。让刀具调整到图上双点划线位置,由图可知,在毛坯椭圆长轴方向上的背吃刀量为ap1,短轴方向沙国内的背吃刀量为ap2。由于背吃刀量不同,切削力不同,工艺系统产生的让刀变形也不同,对应于ap1产生的让刀为y1,对应于ap2产生的让刀为y2,故加工出来的工件B仍然存在椭圆形状误差。由于毛坯存在圆度误差△毛=ap1-ap2,因而引起了工件的圆度误差△工=y1-y2,且△毛愈大,△工愈大,这种现象称为加工过程中的毛坯误差复映现象。△工与△毛之比值ε称为误差复映系数,它是误差复映程度的度量。

尺寸误差(包括尺寸分散)和形状误差都存在复映现象。如果我们知道了某加工工序的复映系数,就可以通过测量毛坯的误差值来估算加工后工件的误差值。
由于夹紧变形引起的误差

工件在装夹过程中,如果工件刚度较低或夹紧力的方向和施力点选择不当,将引起工件变形,造成相应的加工误差。
其它作用力的影响

6.减小工艺系统受力变形的途径

由前面对工艺系统刚度的论述可知,若要减少工艺系统变形,就应提高工艺系统刚度,减少切削力并压缩它们的变动幅值。

提高工艺系统刚度

提高工件和刀具的刚度

提高机床刚度

采用合理的装夹方式和加工方式

减小切削力及其变化

合理地选择刀具材料,增大前角和主偏角,对工件材料进行合理的热处理以改善材料地加工性能等,都可使切削力减小。

 楼主| 发表于 2011-10-6 16:22:17 | 显示全部楼层
五、工艺系统受热变形引起的误差

工艺系统热变形对加工精度的影响比较大,特别是在精密加工和大件加工中,由热变形所引起的加工误差有时可占工件总误差的40%~70%。机床、刀具和工件受到各种热源的作用,温度会逐渐升高,同时它们也通过各种传热方式向周围的物质和空间散发热量。当单位时间传入的热量与其散出的热量相等时,工艺系统就达到了热平衡状态。

1.工艺系统的热源——内部热源和外部热源

2.减小工艺系统热变形的途径

减少发热和隔热
改善散热条件
均衡温度场
改进机床结构
加快温度场的平衡
控制环境温度
六、内应力重新分布引起的误差

1.基本概念

没有外力作用而存在于零件内部的应力,称为内应力。

工件上一旦产生内应力之后,就会使工件金属处于一种高能位的不稳定状态,它本能地要向低能位的稳定状态转化,并伴随有变形发生,从而使工件丧失原有的加工精度。

2.内应力的产生

热加工中内应力的产生

铸件因内应力而引起的变形
在热处理工序中由于工件壁厚不均匀、冷却不均、金相组织的转变等原因,使工件产生内应力。图示一个内外壁厚相差较大的铸件。浇铸后,铸件将逐渐冷却至室温。由于壁1和壁2比较薄,散热较易,所以冷却比较快。壁3比较厚,所以冷却比较慢。当壁1和壁2从塑性状态冷到弹性状态时,壁3的温度还比较高,尚处于塑性状态。所以壁1和壁2收缩时壁3不起阻挡变形的作用,铸件内部不产生内应力。但当壁3也冷却到弹性状态时,壁1和壁2的温度已经降低很多,收缩速度变得很慢。但这时壁3收缩较快,就受到了壁1和壁2的阻碍。因此,壁3受拉应力的作用,壁1和2受压应力作用,形成了相互平衡的状态。如果在这个铸件的壁1上开一个口,则壁1的压应力消失,铸件在壁3和2的内应力作用下,壁3收缩,壁2伸长,铸件就发生弯曲变形,直至内应力重新分布达到新的平衡为止。推广到一般情况,各种铸件都难免产生冷却不均匀而形成的内应力,铸件的外表面总比中心部分冷却得快。特别是有些铸件(如机床床身),为了提高导轨面的耐磨性,采用局部激冷的工艺使它冷却更快一些,以获得较高的硬度,这样在铸件内部形成的内应力也就更大些。若导轨表面经过粗加工剥去一些金属,这就象在图中的铸件壁1上开口一样,必将引起内应力的重新分布并朝着建立新的应力平衡的方向产生弯曲变形。为了克服这种内应力重新分布而引起的变形,特别是对大型和精度要求高的零件,一般在铸件粗加工后安排进行时效处理,然后再作精加工。

冷校直产生的内应力

校直引起的内应力
丝杠一类的细长轴经过车削以后,棒料在轧制中产生的内应力要重新分布,产生弯曲,如右图示。冷校直就是在原有变形的相反方向加力F,使工件向反方向弯曲,产生塑性变形,以达到校直的目的。在F力作用下,工件内部的应力分布如图b所示。当外力F去除以后,弹性变形部分本来可以完成恢复而消失,但因素心变形部分恢复不了,内外层金属就起了互相牵制的作用,产生了新的内应力平衡状态,如图c所示,所以说,冷校直后的工件虽然减少了弯曲,但是依然处于不稳定状态,还会产生新的弯曲变形。

3.减小内应力变形误差的途径

改进零件结构——设计零件时,尽量做到壁厚均匀,结构对称,以减少内应力的产生。

增设消除内应力的热处理工序

合理安排工艺过程——粗加工和精加工宜分阶段进行,使工件在粗加工后有一定的时间来松弛内应力。

七、提高加工精度的途径
减小原始误差
转移原始误差
均分原始误差
均化原始误差
误差补偿



 楼主| 发表于 2011-10-6 16:23:06 | 显示全部楼层
如何对特殊材料零件进行深孔螺纹加工

新闻摘要:对特殊材料零件进行深孔螺纹加工是比较困难的。例如,在一个钛合金零件上进行深孔攻丝是非常具有挑战性的。如果在一个接近完工的零件上,由于丝锥破损产生的刮削作用而导致零件报废,这是非常不经济的。而深孔攻丝意味着攻丝深度大于丝锥直径的1。
对特殊材料零件进行深孔螺纹加工是比较困难的。例如,在一个钛合金零件上进行深孔攻丝是非常具有挑战性的。如果在一个接近完工的零件上,由于丝锥破损产生的刮削作用而导致零件报废,这是非常不经济的。因此,为避免刮削,要求使用正确的刀具和攻丝技术。?
首先需要定义什么是深孔,为什么它需要特殊的考虑。在钻削中,那些孔深大于3倍孔径的孔称为深孔。而深孔攻丝意味着攻丝深度大于丝锥直径的1.5倍以上。如当用一只直径为1/4″的丝锥加工深度为3/8″的螺纹时,这种情况通常称为深孔攻丝。
加工一个深孔螺纹,意味着刀具与工件之间需长时间的接触。同时,在加工过程中会产生更多的切削热和更大的切削力。因此在特殊材料(如钛金属类零件)的小深孔中进行攻丝容易产生刀具破损和螺纹的不一致性。?
为解决这个问题,可以采用两种方案:(1)增大攻丝前孔的直径;(2)使用专为深孔攻丝设计的丝锥。?
1.增大攻丝前孔的直径
合适的螺纹底孔对于螺纹加工是十分重要的。一个尺寸稍大的螺纹底孔能有效降低攻丝过程中产生的切削热和切削力。但它也会减小螺纹的接触率。?
国家标准和技术委员会规定:在深孔中,允许在孔壁上只攻出螺纹全高的50%。这一点在对特殊材料和难加工材料的小孔攻丝时尤其重要。因为尽管由于孔壁上螺纹高度的减少导致螺纹接触率下降,但由于螺纹长度的增加,因此仍可保持螺纹可靠的连接。?
螺纹底孔的直径增量主要取决于所要求的螺纹接触率和每英寸的螺纹头数。根据上述两值,利用经验公式可计算出正确的螺纹底孔直径。?
2.切削参数
由于钛金属零件难于加工,因此需要对切削参数和刀具几何尺寸做充分考虑。
切削速度?
由于钛合金具有大的弹性和变形率,因此需要采有相对较小的切削速度。在加工钛合金零件的小孔时,推荐采用的圆周切削速度为10~14英寸/分。我们不推荐采用更小的速度,因为那样会导致工件的冷作硬化。另外,也需注意刀具破损而导致切削热。?
容屑槽?
在深孔攻丝时,需减少丝锥槽数,使每个槽的容屑空间增大。这样,当丝锥退刀时,可以带走更多的铁屑,减小由于铁屑堵塞而造成刀具破损的机会。但另一方面,丝锥容屑槽的加大使得芯部直径减小,因此,丝锥强度受到影响。所以这也会影响切削速度。另外,螺旋槽丝锥比直槽丝锥更易排屑。
?
前角和后角?
小前角可提高切削刃强度,从而增加刀具寿命;而大前角有利于切削长切屑的金属。因此在对钛合金加工时,需综合考虑这两个方面的因素,选用合适的前角。?
大后角可以减小刀具和切屑之间的摩擦。因此有时要求丝锥后角为40°。在加工钛金属时,在丝锥上磨出大的后角,有利于排屑。另外,全磨制丝锥和刃背铲磨的丝锥也有利于攻丝。
冷却液
当加工特殊材料时,必须保证切削液到达切削刃。为改进冷却液的流量,推荐在丝锥的刃背上开冷却槽。如果直径足够大的话,可考虑采用内冷却丝锥。
3.应用实例
某飞机零件制造商需在一个零件上进行深孔攻丝。该零件材料为7级钛合金。加工中,圆周切削速度为13英寸/分,同时采用冷却液。?
为保证零件精度,操作者在丝锥磨钝前要及时更换。当丝锥磨损时,切削过程中产生的声音会发生变化。通过听这些声音,在加工前,操作者能确定在丝锥磨损前所能加工的螺纹孔数。?
该厂在每一个攻丝设备上,都有2个攻丝工位,装有相同的丝锥。当其中一只丝锥磨损时,可以方便及时地更换。

深孔的螺纹加工

新闻摘要:对特殊材料零件进行深孔螺纹加工是比较困难的。例如,在一个钛合金零件上进行深孔攻丝是非常具有挑战性的。如果在一个接近完工的零件上,由于丝锥破损产生的刮削作用而导致零件报废,这是非常不经济的。而深孔攻丝意味着攻丝深度大于丝锥直径的1。
对特殊材料零件进行深孔螺纹加工是比较困难的。例如,在一个钛合金零件上进行深孔攻丝是非常具有挑战性的。如果在一个接近完工的零件上,由于丝锥破损产生的刮削作用而导致零件报废,这是非常不经济的。因此,为避免刮削,要求使用正确的刀具和攻丝技术。
首先需要定义什么是深孔,为什么它需要特殊的考虑。在钻削中,那些孔深大于3倍孔径的孔称为深孔。而深孔攻丝意味着攻丝深度大于丝锥直径的1.5倍以上。如当用一只直径为1/4″的丝锥加工深度为3/8″的螺纹时,这种情况通常称为深孔攻丝。
加工一个深孔螺纹,意味着刀具与工件之间需长时间的接触。同时,在加工过程中会产生更多的切削热和更大的切削力。因此在特殊材料(如钛金属类零件)的小深孔中进行攻丝容易产生刀具破损和螺纹的不一致性。
为解决这个问题,可以采用两种方案:(1)增大攻丝前孔的直径;(2)使用专为深孔攻丝设计的丝锥。
1.增大攻丝前孔的直径
合适的螺纹底孔对于螺纹加工是十分重要的。一个尺寸稍大的螺纹底孔能有效降低攻丝过程中产生的切削热和切削力。但它也会减小螺纹的接触率。
国家标准和技术委员会规定:在深孔中,允许在孔壁上只攻出螺纹全高的50%。这一点在对特殊材料和难加工材料的小孔攻丝时尤其重要。因为尽管由于孔壁上螺纹高度的减少导致螺纹接触率下降,但由于螺纹长度的增加,因此仍可保持螺纹可靠的连接。
螺纹底孔的直径增量主要取决于所要求的螺纹接触率和每英寸的螺纹头数。根据上述两值,利用经验公式可计算出正确的螺纹底孔直径。
2.切削参数
由于钛金属零件难于加工,因此需要对切削参数和刀具几何尺寸做充分考虑。
(1)切削速度
由于钛合金具有大的弹性和变形率,因此需要采有相对较小的切削速度。在加工钛合金零件的小孔时,推荐采用的圆周切削速度为10~14英寸/分。我们不推荐采用更小的速度,因为那样会导致工件的冷作硬化。另外,也需注意刀具破损而导致切削热。
(2)容屑槽
在深孔攻丝时,需减少丝锥槽数,使每个槽的容屑空间增大。这样,当丝锥退刀时,可以带走更多的铁屑,减小由于铁屑堵塞而造成刀具破损的机会。但另一方面,丝锥容屑槽的加大使得芯部直径减小,因此,丝锥强度受到影响。所以这也会影响切削速度。另外,螺旋槽丝锥比直槽丝锥更易排屑。
(3)前角和后角
小前角可提高切削刃强度,从而增加刀具寿命;而大前角有利于切削长切屑的金属。因此在对钛合金加工时,需综合考虑这两个方面的因素,选用合适的前角。
大后角可以减小刀具和切屑之间的摩擦。因此有时要求丝锥后角为40°。在加工钛金属时,在丝锥上磨出大的后角,有利于排屑。另外,全磨制丝锥和刃背铲磨的丝锥也有利于攻丝。
(4)冷却液
当加工特殊材料时,必须保证切削液到达切削刃。为改进冷却液的流量,推荐在丝锥的刃背上开冷却槽。如果直径足够大的话,可考虑采用内冷却丝锥。
3.应用实例
某飞机零件制造商需在一个零件上进行深孔攻丝。该零件材料为7级钛合金。加工中,圆周切削速度为13英寸/分,同时采用冷却液。
为保证零件精度,操作者在丝锥磨钝前要及时更换。当丝锥磨损时,切削过程中产生的声音会发生变化。通过听这些声音,在加工前,操作者能确定在丝锥磨损前所能加工的螺纹孔数。
该厂在每一个攻丝设备上,都有2个攻丝工位,装有相同的丝锥。当其中一只丝锥磨损时,可以方便及时地更换。



 楼主| 发表于 2011-10-6 16:24:53 | 显示全部楼层
数控车削的工艺与工装

新闻摘要:数控车床加工的工艺与普通车床的加工工艺类似,但由于数控车床是一次装夹,连续自动加工完成所有车削工序,因而应注意以下几个方面。合理选择切削用量对于高效率的金属切削加工来说,被加工材料、切削工具、切削条件是三大要素。这些决定着加工时间、刀具寿命和加工质量。经济有效的加工方式必然是合理的选择了切削条件。
数控车床加工的工艺与普通车床的加工工艺类似,但由于数控车床是一次装夹,连续自动加工完成所有车削工序,因而应注意以下几个方面。
1. 合理选择切削用量
对于高效率的金属切削加工来说,被加工材料、切削工具、切削条件是三大要素。这些决定着加工时间、刀具寿命和加工质量。经济有效的加工方式必然是合理的选择了切削条件。
切削条件的三要素:切削速度、进给量和切深直接引起刀具的损伤。伴随着切削速度的提高,刀尖温度会上升,会产生机械的、化学的、热的磨损。切削速度提高20%,刀具寿命会减少1/2。
进给条件与刀具后面磨损关系在极小的范围内产生。但进给量大,切削温度上升,后面磨损大。它比切削速度对刀具的影响小。切深对刀具的影响虽然没有切削速度和进给量大,但在微小切深切削时,被切削材料产生硬化层,同样会影响刀具的寿命。
用户要根据被加工的材料、硬度、切削状态、材料种类、进给量、切深等选择使用的切削速度。
最适合的加工条件的选定是在这些因素的基础上选定的。有规则的、稳定的磨损达到寿命才是理想的条件。
然而,在实际作业中,刀具寿命的选择与刀具磨损、被加工尺寸变化、表面质量、切削噪声、加工热量等有关。在确定加工条件时,需要根据实际情况进行研究。对于不锈钢和耐热合金等难加工材料来说,可以采用冷却剂或选用刚性好的刀刃。
2. 合理选择刀具
1) 粗车时,要选强度高、耐用度好的刀具,以便满足粗车时大背吃刀量、大进给量的要求。
2) 精车时,要选精度高、耐用度好的刀具,以保证加工精度的要求。
3) 为减少换刀时间和方便对刀,应尽量采用机夹刀和机夹刀片。
3. 合理选择夹具
1) 尽量选用通用夹具装夹工件,避免采用专用夹具;
2) 零件定位基准重合,以减少定位误差。
4. 确定加工路线
加工路线是指数控机床加工过程中,刀具相对零件的运动轨迹和方向。
1) 应能保证加工精度和表面粗糙要求;
2) 应尽量缩短加工路线,减少刀具空行程时间。
5. 加工路线与加工余量的联系
目前,在数控车床还未达到普及使用的条件下,一般应把毛坯上过多的余量,特别是含有锻、铸硬皮层的余量安排在普通车床上加工。如必须用数控车床加工时,则需注意程序的灵活安排。
6. 夹具安装要点
目前液压卡盘和液压夹紧油缸的连接是靠拉杆实现的,如图1。液压卡盘夹紧要点如下:首先用搬手卸下液压油缸上的螺帽,卸下拉管,并从主轴后端抽出,再用搬手卸下卡盘固定螺钉,即可卸下卡盘。

 楼主| 发表于 2011-10-6 16:25:31 | 显示全部楼层
小孔的镗削加工
新闻摘要:对直径小于6mm的孔进行镗削加工是比较困难的,容易发生刀具脆裂。为此,一些工具制造厂家专门设计制造了可转位刀具来镗削直径1mm的小孔。依靠适当的加工中心,采用适当的切削速度和进给量、足够的排屑空间和性能稳定的刀具,可对任何小孔进行镗削。Vardex小孔镗刀CoroTurn XS小孔镗刀1。
对直径小于6mm的孔进行镗削加工是比较困难的,容易发生刀具脆裂。为此,一些工具制造厂家专门设计制造了可转位刀具来镗削直径1mm的小孔。依靠适当的加工中心,采用适当的切削速度和进给量、足够的排屑空间和性能稳定的刀具,可对任何小孔进行镗削。

Vardex小孔镗刀

CoroTurn XS小孔镗刀
1.刀具的安装
在镗削小孔时,最重要的是在加工中心上正确安装刀具。在小孔镗削中,刀具的中心高是导致刀具失效的重要因素。如果刀具安装低于中心高,将影响刀具的加工性能。主要表现在:
1,切削刃相对于工件的主后角减小,导致刀具的后刀面与工件接触,使刀片与工件之间发生摩擦,当刀片旋转时,这种摩擦进一步会使刀尖发生偏离,导致刀具更深地切入工件。
2,当刀具后角减小时,刀片相对于工件的前角也增大,从而引起刀具刮削工件,引起刀具振动并损坏刀具。这种情况在镗削小孔时更为严重。
为此建议刀具安装应略高于中心高(但应尽可能接近中心高)。这样可使刀具相对于工件的法向后角增大,切削条件得到改善,如果加工时产生振动,刀尖会向下和向中心偏斜,从而接近理想的中心高。刀具也可轻微地退出,减小削伤工件的可能性。此外,刀具前角也将减小,这样可稳定工作压力。如果前角减小到0°,就会产生太大的工作压力,导致刀具失效。所以在镗小孔时,应选取正前角的镗刀,在镗1mm的小孔时,镗杆的直径只有0.76mm,使刀具承受的切削力减小。
2.切削速度和进给速度
保持适当的切削速度和进给速度可减小切削力,标准的切削速度和进给速度不适于镗削直径小于6mm以下的小孔。如镗削直径为1mm的小孔,圆周切削速度为450sfm,这就要求机床主轴转速要达到43000rpm,因此只有高转速的机床才可采用这个速度进行加工,加工时不允许有振动,否则刀具易折断。
比较现实的方法是采用6000转的主轴转速,圆周切削速度只有63sfm。为减小切削力,进给速度不得超过0.0005ipr。在进给速度减小的情况下,可得到理想的表面质量。
镗削孔径为1mm的小孔时,选用的镗刀直径略小于0.76mm,最大加工孔深为8mm,长径比大于1:10,由于该镗刀的最大切削速度为60sfm,进给速度为3ipm,所以通常的长径比不受4:1和6:1的限制。
当制造一把直径为1mm的镗刀时,因其尾刃和镗孔间隙的原因,其刀具直径应略小于0.76mm,镗削深度可达7mm,其长径比大于10。
3.切屑的排出
在镗削小孔时,切屑的有效排出至关重要。加工时,由于刀具在孔内,切削液很难到达切削刃,造成切屑排出困难,影响刀具寿命。为解决这一难题,一些刀具制造商开发出一种沿切削刃带冷却槽的刀片,使切削液直接流向切削刃,防止切屑堵塞和刀具损坏。
4.刀具的夹紧
为实现快速、方便和可重复安装,一些制造商设计了特定的刀夹,以防止刀片松动,主要包括锁紧压板及水滴状的小镗刀头。与普通圆刀片相比,水滴状的镗刀头有许多优点。以切槽加工为例,刀具接触到工件时,就会以与工件同样的速度旋转,如果采用圆刀片,刀杆上的锁紧螺钉是唯一防止刀片转动的零件,而水滴状镗刀头的外形可使刀片紧固在刀杆上,且水滴状镗刀头可使刀片自动定心。如把一把直径为0.76mm的镗刀装在刀夹上找正中心高,如果锁紧夹头,刀具将转动,使其低于中心高,为防止这种情况,装夹镗刀时应使之位于中心高以上,锁紧夹头时可使镗刀回到中心位置。
镗削小孔时应注意以下几点:
正确安装镗刀,使之略高于中心高;
采用正前角刀片;
采用小的切削速度和进给量;
使用冷却液排出切屑;
刀具装夹应可靠。

 楼主| 发表于 2011-10-6 16:26:00 | 显示全部楼层
小直径钻削加工注意事项

新闻摘要:机床为了保证微小孔加工具有良好的尺寸精度、圆度及平直度,重要的前提条件是必须使用进给精度高、稳定性好的机床。适用于小直径孔加工的机床之一,是Louis Levin & Son公司开发的卧式微型钻床,这是一种带底座的小型车床,配有专用的钻削附属装置,可进行高精度小直径孔加工。主轴与钻头轴的调直使用专用仪表,可让两轴在低
机床
为了保证微小孔加工具有良好的尺寸精度、圆度及平直度,重要的前提条件是必须使用进给精度高、稳定性好的机床;尤其应注意的是,大力抑制主轴、夹具、刀具的综合误差。
适用于小直径孔加工的机床之一,是Louis Levin & Son公司开发的卧式微型钻床,这是一种带底座的小型车床,配有专用的钻削附属装置,可进行高精度小直径孔加工。该装置带有可进行水平方向、垂直方向调整的导轨,便于与主实现同轴。主轴与钻头轴的调直使用专用仪表,可让两轴在低速回转时进行调整,与一般只由钻头回转的加工方法相比,采用主轴与钻头轴同时回转的方式,可获得更高的同轴度。
微型钻头的柄部形状大致有两种,一种是细小直柄,另一种是粗杆直柄。刀具材料仍然以钴高速钢为主。近年来,涂层钻头和硬质合金钻头已大量出现,尤其是细晶粒硬质合金,其耐磨性和韧性均有很大提高,目前已开发出粒径为0.5μm以下的WC超细晶粒硬质合金,如佳友电工公司开发的AFI细晶粒硬质合金,其抗弯强度达500kg/mm2,硬度92.5HRA,用其制作微型钻头,切削性能十分理想。
进行钻孔作业之前,应使用显微镜等对备用钻头进行仔细检查,如果使用研磨精度不高的钻头,不仅会降低加工孔的精度,严重时还会造成钻头折断。
在钻头尺寸精度方面,如果是加工不锈钢或铁镍钴合金等材料,要求其切削刃高度误差为0.001~0.02mm左右,这可防止刃带磨损,延长工具寿命。
工件
待加工零件要求应具有较高的同轴度、垂直度和良好的表面粗糙度,尤其是钻头切入处和出口处,如果精度差,将增大切削刃磨损,甚至造成钻头折断;切入面最好经过磨削或抛光加工,这样可提高孔的加工精度。另外,中心钻的钻尖角必须与所用钻头的钻尖角一致。
加工条件
微型钻头芯厚较大,切削刃相对较小,如果按一般的周速计算进行加工,不仅会失去钻头的动平衡,降低加工孔精度,而且还易造成钻头折断。因此,在对微小孔加工时,必须考虑孔径、孔深等因素,针对不同工件材料,确定适宜的加工条件。如所用工具为钴高速钢钻头,其转速以1000~1500m/min为宜,如为硬质合金钻头,由于纵弹性模量较高,高速回转时的离心力对刃尖引起的振动较小,因此可采用高速切削加工。
微型钻头的截面积较小,直径越小,钻头刚性越低,因此,要求选用的夹持系统在高速回转时应保持很高的夹持刚性和振摆精度,选用的加工中心也必须具有高精度定位特性。在一般情况下,小直径孔加工的L/D之比达3倍以上时,切深量应确定为钻头直径的20%~30%。
切削液
对小直径孔加工所用的切削液,应特别重视其润滑性能,润滑性良好的切削液易于附着在钻沟上,通过钻沟更易达到加工部位,这可降低摩擦,减少工具磨损,同时也便于排屑。如能使用喷雾装置,则对排屑和提高加工效率更为有利。



 楼主| 发表于 2011-10-6 16:27:34 | 显示全部楼层
影响平面铣削的要素

新闻摘要:为了保证平面铣削的顺利进行,在开始铣削之前,应对整个过程有个清楚的估计。铣削过程中表面粗糙度、尺寸精度会有多大变化。另外,还需要正确选择铣刀的切削参数。铣刀刀体的选择铣刀的价格比较贵,一把直径为100mm的面铣刀刀体价格可能要超过600美元,所以应慎重选择,以能达到真正适合具体的加工需要。
为了保证平面铣削的顺利进行,在开始铣削之前,应对整个过程有个清楚的估计。比如要进行的是粗铣还是精铣?所加工的表面是否将作为基准?铣削过程中表面粗糙度、尺寸精度会有多大变化?另外,还需要正确选择铣刀的切削参数。本文分析了需要考虑的重点内容。
铣刀刀体的选择
铣刀的价格比较贵,一把直径为100mm的面铣刀刀体价格可能要超过600美元,所以应慎重选择,以能达到真正适合具体的加工需要。
首先,在选择一把铣刀时,要考虑它的齿数。例如直径为100mm的粗齿铣刀只有6个齿,而直径为100mm的密齿铣刀却可有8个齿。齿距的大小将决定铣削时同时参与切削的刀齿数目,影响到切削的平稳性和对机床切率的要求。每个铣刀生产厂家都有它自己的粗齿、密齿面铣刀系列。
在进行重负荷粗铣时,过大的切削力可使刚性较差的机床产生振颤。这种振颤会导致硬质合金刀片的崩刃,从而缩短刀具寿命。选用粗齿铣刀可以减低对机床功率的要求。所以,当主轴孔规格较小时(如R-8、30#、40#锥孔),可以用粗齿铣刀有效地进行铣削加工。
粗齿铣刀多用于粗加工,因为它有较大的容屑槽。如果容屑槽不够大,将会造成卷屑困难或切屑与刀体、工件摩擦加剧。在同样进给速度下,粗齿铣刀每齿切削负荷较密齿铣刀要大。
精铣时切削深度较浅,一般为0.25~0.64mm,每齿的切削负荷小(约0.05~0.15mm),所需功率不大,可以选择密齿铣刀,而且可以选用较大的进给量。由于精铣中金属切除率总是有限,密齿铣刀容屑槽小些也无妨。
对于锥孔规格较大、刚性较好的主轴,也可以用密齿铣刀进行粗铣。由于密齿铣刀同时有较多的齿参与切削,当用较大切削深度(1.27~5mm)时,要注意机床功率和刚性是否足够,铣刀容屑槽是否够大。排屑情况需要试验验证,如果排屑有问题,应及时调整切削用量。
刀片的选择
某些加工场合选用压制刀片是比较合适的,有时也需要选择磨制的刀片。粗加工最好选用压制的刀片,这可使加工成本降低。压制刀片的尺寸精度及刃口锋利程度比磨制刀片差,但是压制刀片的刃口强度较好,粗加工时耐冲击并能承受较大的切深和进给量。压制的刀片有时前刀面上有卷屑槽,可减小切削力,同时还可减小与工件、切屑的摩擦,降低功率需求。
但是压制的刀片表面不像磨制刀片那么紧密,尺寸精度较差,在铣刀刀体上各刀尖高度相差较多。由于压制刀片便宜,所以在生产上得到广泛应用。
对于精铣,最好选用磨制刀片。这种刀片具有较好的尺寸精度,所以刀刃在铣削中的定位精度较高,可得到较好的加工精度及表面粗糙度。另外,精加工所用的磨制铣刀片发展趋势是磨出卷屑槽,形成大的正前角切削刃,允许刀片在小进给、小切深上切削。而没有尖锐前角的硬质合金刀片,当采用小进给、小切深加工时,刀尖会摩擦工件,刀具寿命短。
磨过的大前角刀片,可以用来铣削粘性的材料(如不锈钢)。通过锋利刀刃的剪切作用,减少了刀片与工件材料之间的摩擦,并且切屑能较快地从刀片前面离开。
作为另一种组合,可以将压制刀片装在大多数铣刀的刀片座内,再配置一磨制的刮光刀片。刮光刀片清除粗加工刀痕,比只用压制刀片能得到较好的表面粗糙度。而且应用刮光刀片可减小循环时间、降低成本。刮光技术是一种先进工艺,已在车削、切槽切断及钻削加工领域广泛应用。
冷却和涂层
平面铣削是否要冷却,存在争议。当用一个大直径面铣刀铣削时,冷却液难以喷到整个铣刀。特别是铣削属于断续加工。刀片在频繁地切入、切出,实际上冷却液达不到刀尖,而是刀尖切入时被加热,切出时被冷却。这种很快地加热、冷却,极易引起热裂纹。如果刀片出现裂纹,并且在切削时从刀片座中落下,刀体将会受到严重的损坏。
现代的刀具涂层能使温度裂纹产生的概率大大降低,更加促进了干式切削的发展。特别是TiAlN涂层刀具很适合于干式切削。因为当切入金属时,切削的热量使TiAlN表面发生化学变化,产生了更硬的物质。
干式切削的优点是,操作者可以看清切屑实际的形状和颜色,为操作者提供了评定切削过程的信息,由于工件的化学成分不同,发出的信息也不一样:当加工碳钢时,形成暗褐色切屑,说明采用切削速度适当;当速度进一步提高,褐色切屑将变成蓝色。如果切屑变黑,表明切削温度过高,此时应降低切削速度。
不锈钢的导热率较低,其热量不能很好地传至切屑,所以加工不锈钢应选用适当的切削速度,使切屑带有淡淡的棕褐色。如果切屑变成深褐色,表明其切削速度已达最高限度。有时,为避免刀瘤,加工不锈钢切削热又是需要的。另外,冷却液会使切屑冷却太快而熔合在刀片上,导致刀具寿命降低。
过高的进给量会引起材料的堆积,而进给量过低又会使刀具与工件发生摩擦,也会导致过热。
干切的目标是调整切削速度与进给量,使热传到切屑而不是工件或铣刀上。因此,应避免使用冷却液,以便观察飞溅的切屑,适当地调整主轴速度和进给量。热切屑意味着热量没有传到零件和刀具上,不会发生热裂纹,从而延长了刀具寿命。但当加工易燃性的材料(如镁和钛)时,应注意冷却并备好灭火设施。
值得一提的是,当干切时,在螺纹/铣刀体的结合面应涂少量防止“咬死”(难以拆卸)的化合物也很重要,但要注意不要带进污物,否则会影响铣刀的安装精度。
顺铣和逆铣
大多数平面铣削都是在带有丝杠或滚珠丝杠的轻型机床上用逆铣方式来完成。但是,应尽量采用顺铣,这样会取得更好的加工效果。因为逆铣时,刀片切入前产生强烈摩擦,造成加工表面硬化,使下一个刀齿难以切入。当顺铣时,应使铣削宽度大约等于2/3铣刀直径,这可保证刀刃一开始就能立即切入工件,几乎没有摩擦。如果小于1/2铣刀直径,则刀片又开始“摩擦”工件,因为切入时切削厚度变小,每齿进给量也将因径向切削宽度的变窄而减小。“摩擦”的结果使刀具寿命缩短,对于硬质合金刀具,增加每齿进给量和减小切削深度是比较有利的。所以粗铣时,若径向切削宽度小于铣刀半径时,增加走刀量,其刀具寿命将会提高,加工时间随之缩短。当然,精铣需要工件表面光洁,所以应限制走刀量。
试调这一径向铣削宽度,确定铣刀直径与径向铣削宽度之比的工作,最好在高精度机床上进行,以便在调整比率的同时,观察其工件表面粗糙度的变化。
铣削效率的评价
面铣工作效率可以用多种方式衡量,一种是通过确定每分钟金属切除量,即:WOC(切削宽度)×DOC(切削深度)×FR(走刀量)。如:3(WOC)×0.150英寸(DOC)×3.5英寸/minFR=15.75立方英寸/分。金属切除率表示的是切下的金属体积,所用的机床功率能否达到这个切除率要取决于被加工金属的硬度。因而有另外一种衡量方法,就是直接计算铣削所需动率。它等于:金属切除率×材料硬度系数。如:铝硬度系数约为0.3,则所需功率为15.75×0.3=4.725(马力);4140钢硬度系数约为0.7,所需功率为15.75×0.7=11(马力),硬度系数可查有关手册、资料。

 楼主| 发表于 2011-10-6 16:28:01 | 显示全部楼层
圆周铣削工艺
新闻摘要:圆周铣削是通过铣刀的圆周进给运动制造圆柱形表面的一种铣削工艺,近几年来,由于加工中心和刀具制造技术的进步,推动了这种铣削工艺的发展和广泛应用。 目前,利用这种圆周铣削原理,已广泛用于铣孔、铣内(外)槽 、铣螺纹、倒角、铣环形端面和铣沉孔等多种不同的加工任务(图1)。
图1 圆周铣削工艺用于多种不同的加工任务由于
圆周铣削是通过铣刀的圆周进给运动制造圆柱形表面的一种铣削工艺,近几年来,由于加工中心和刀具制造技术的进步,推动了这种铣削工艺的发展和广泛应用。
目前,利用这种圆周铣削原理,已广泛用于铣孔、铣内(外)槽 、铣螺纹、倒角、铣环形端面和铣沉孔等多种不同的加工任务(图1)。
图1 圆周铣削工艺用于多种不同的加工任务
由于这种圆周铣削工艺具有加工效率高、工艺使用范围广以及可与其它加工工艺复合等优点,使得这种圆周铣削工艺在工业生产中,特别在汽车工业中获得愈来愈多的应用。
实现铣刀的圆周进给运动是进行圆周铣削的前提条件,在CNC加工中心上,既可通过X轴和Y轴的圆弧插补来实现铣刀的圆周进给运动,也可以通过X轴、Y轴和Z轴的螺旋插补来实现铣刀的螺旋进给运动,并通过CNC程序来实现各种不同的圆周铣削加工。目前,直线电机驱动并配有精密数控系统的高动态加工中心不仅能降低圆周铣削的基本时间,并且提高了圆周铣削的加工精度,由此可通过圆周铣削加工来替代镗孔加工和通过钻铣螺纹替代传统的攻丝。
应用圆周铣削工艺进行铣孔,基本上可采用两种方式和两种刀具。一种是采用在圆柱刀体上磨有螺旋形刀刃的圆周铣削刀具或采用在圆柱刀体上切向布置多个可转位刀片的圆周铣削刀具,这类刀具一般用于加工浅孔,铣孔时,主轴铣刀环绕Z轴作圆周进给运动。另一种是采用装有圆刀片或菱形或长方形刀片的多功能立铣刀,这类刀具可用于加工不大于五倍刀具直径的深孔,铣孔时,立铣刀作螺旋进给运动,加工中心的X轴、Y轴和Z轴进行联动(即三轴进行螺旋插补运动)。
采用第一种方法铣孔时,加工孔的圆柱度主要取决于铣刀制造的几何精度。对于加工孔的形状精度,无论是采用哪一种刀具进行铣孔,主要决定于数控系统的插补精度。而加工孔的表面粗糙度与刀具的精度以及所选的切削参数有关。
 
图2 采用立铣刀进行铣孔
图2是采用多功能立铣刀进行铣孔的示意图。铣孔时,旋转的立铣刀绕Z轴作螺旋进给运动,在一次工作行程中铣出所需大小的孔。例如,加工直径为285mm的孔,可采用160mm直径的立铣刀,在无需换刀的情况下通过一次工作行程就可完成加工任务。这比传统的镗孔工艺可节省五道扩孔工序,从而大大简化了加工工艺流程,并且可节省73%的加工时间。
采用圆周铣削工艺,既可进行粗加工也可实现精加工,对于不通孔还可以铣出平底孔,阶梯孔或锥孔,并且还可以在孔底的底面进行圆周表面的圆周铣削加工。
铣孔总是采用多刃铣刀来实现的,这与通常采用单刃镗刀的镗孔工艺相比,铣孔可采用较大的背吃刀量,因而铣孔具有很高的加工效率,并且即使在断续铣削相交孔时也不会产生铣刀的抖动。
目前,在采用直线电机驱动的高速加工中心上,应用圆周铣削工艺以40m/min的进给速度加工汽车发动机变速箱的轴承座孔时,孔的不圆度可达到6μm。由于这样良好的加工精度,这就完全可以免去后续的精加工工序。
利用圆周铣削原理可进行铣螺孔和钻铣螺纹,采用钻铣螺纹工艺不仅可以简化生产工艺流程,而且可大大缩短加工时间。
应用圆周铣削原理加工螺纹孔时,既可以在预先加工出的螺纹底孔上铣削螺纹,也可以在没有预先加工出螺纹底孔的实心材料上钻铣出螺纹孔。
铣削螺孔常常可以与钻孔、倒角和锪螺孔凸台端面等相关联的工艺进行复合,也就是将与螺纹孔相关的一些功能表面的加工集中在一把刀具上,采用一把钻铣螺纹复合刀具进行综合加工,这不仅可以减少刀具数量,而且大大缩短了加工时间。目前,这种钻铣螺纹工艺已普遍应用于发动机变速箱体、离合器壳和缸盖等零件紧固螺孔的加工,例如,采用钻铣螺纹刀具加工缸盖上深度为14.1mm的M6螺孔,在主轴转速20000r/min,进给量为700mm/min的情况下,一个螺孔的加工时间仅需1.2秒。在一条缸盖柔性生产线的高速加工中心上,采用这样的一把钻铣螺纹复合刀具,在多个缸盖上加工120个M6螺孔也不足3分钟的时间。
Jel精密刀具公司采用一把钻铣螺纹复合刀具加工变速箱体紧固孔的螺孔。变速箱体为铝合金铸件。复合刀具的刀刃采用焊接聚晶金刚石,主轴转速20000r/min。加工时,钻铣螺纹复合刀具依次进行:
钻22.5mm螺纹底孔
圆周铣削M24X1.5螺孔
去除螺纹拧入处的毛刺
反向锪外径为24.5mm及开口角为90°的倒角
锪外径为36mm的螺纹凸台
在螺纹凸台和螺孔上倒1X45°的内外倒角。
由于所有功能表面的加工是在一台机床上通过一把刀具来完成的,所以这不仅省去了许多相关刀具以及换刀过程,提高了加工精度和缩短了加工时间(整个加工时仅为4秒),从而大大提高了生产效率。
采用一把钻铣螺纹复合刀具可以加工螺矩相同而不同直径的螺孔,也可实现左旋或右旋螺纹以及通孔或不通孔螺孔的铣削。由于铣螺纹时产生的是短切屑,就不会发生切屑堵塞问题。还由于钻铣螺纹是在一次工作行程中完成的,可确保螺纹底孔与螺纹的精确同心,并保证精确的螺纹深度。
从上面钻铣螺纹复合刀具可以看出,应用圆周铣削原理还可以使铣孔、铣槽和铣端面等多种加工工艺同其它加工工艺进行复合,构成多种不同的复合刀具。例如把镗孔和反向倒角、镗孔和铣环槽、镗孔和铣平面以及镗孔和铣螺纹等集成到一把刀具来进行加工。
过去,遇到像在一个工件上要进行镗孔和孔背面进行倒角、镗孔和切环槽以及镗孔和车螺纹等工序,往往要将两道工序分别用两把或多把刀具来完成,如果几个功能表面相互要求较高的位置精度或在组合机床自动线上为了节省加工工位数时,就得采用结构复杂的受控刀具来进行加工。
例如对链节两端孔处需要倒角的铰链孔加工,就可采用一把可进行圆周铣削的复合刀具来加工,复合刀具依次进行粗镗——精镗——锪端平面——在孔上下端口处进行倒角(通过圆周铣削)。在这里,应指出的是,对于孔背面这样的倒角,如按传统加工方式往往难于与镗孔加工工艺进行复合,而采用圆周铣削方式,在孔上下端口处进行倒角时,复合刀具只须在径向移动一段距离,通过机床X轴和Y轴的插补进行圆周铣削就可实现这种倒角加工。
又如加工制动支架上带有环槽的配合孔,孔内的环槽同样可以采用圆周铣削方式来进行加工。为此,可以将镗孔和铣槽复合。用一把刀具进行加工。这样的复合刀具在进行加工时依次进行粗镗——半精镗、精镗——圆周铣削环槽(通过X轴和Y轴的圆弧插补)。在这里,也同样是通过圆周铣削把难于进行工艺复合的切槽集中到一把刀具来实现加工。
从上面里列述的一些加工实例中可以看出,像镗孔、攻丝、车螺纹、切内槽、切外槽、锪沉孔和倒角等采用传统加工方法的加工任务,完全可以通过圆周铣削方式来实现,并由此优化加工流程,现代CNC控制技术和多轴高动态机床(加工中心)则为实现这些工艺替代和优化提供了条件,使以往完全要依赖于复杂机构致动(偏心传动、拉杆传动和离心力致动等)的专用刀具才能实现的一些加工任务,现在则可通过控制系统的插补功能使刀具实现圆周加工,这不仅简化了刀具结构,而且也优化了加工工艺。
推广应用圆周铣削工艺和其复合刀具,不仅可以缩短基本时间和辅助时间,并且可以优化加工和提高工件的加工精度。
为更好地应用圆周铣削工艺,在规划工件的生产工艺流程时应重视机床的选用和刀具的设计和制造。对于工件精度要求高的加工任务,应选用高动态加工中心或高动态铣削中心。由于这种机床采用直接驱动和快速CNC控制系统,具有很高的动态响应性能。而传统加工中心由于采用的是间接传动(如丝杠等机构),会产生传动间隙和误差,在插补运动时因机械传动系统的滞后会造成跟踪误差。高动态机床采用的快速CNC控制系统能确保极快的响应速度,能充分利用进给轴的动态特性使其准确移动,由此大大提高了多轴插补精度和加工精度。而提高刀具制造精度则是提高圆周铣削精度的另一个必要条件。如一些刀具制造厂家,为提高金刚石圆周铣削刀具的精度,采用了CNC 5轴电火花线切割机床,以确保刀具的形状精度(达到±3μm)。此外,刀具制造厂为改善圆周铣削刀具的切削条件,在设计上将可转位刀片在铣刀的圆柱体上采用切向布置,以形成正的前角,由此降低径向切削力,有利于提高加工孔的形状精度。
可以看出,随着机床动态性能和插补精度(纳米插补),刀具技术及其制造精度的进一步提高,以及用户和刀具制造厂家之间合作的加强,在今后,圆周铣削工艺将会得到更好的推广应用。

 楼主| 发表于 2011-10-6 16:28:29 | 显示全部楼层
在数控车床上进行锯齿形加工

新闻摘要:在过去,在零件上加工锯齿形需要在铣床或拉床上进行一道额外的操作。这样就需要在额外的机床上进行单独设置,产生额外的劳动力成本(用于铣床或拉床操作工),当然还要进行额外的搬运、移动以及工序之间可能的暂时的零件存放。此外,在进行锯齿形加工之前,零件可能需要进行中间清理操作。 如果您是将锯齿加工作为单独一项操
在过去,在零件上加工锯齿形需要在铣床或拉床上进行一道额外的操作。这样就需要在额外的机床上进行单独设置,产生额外的劳动力成本(用于铣床或拉床操作工),当然还要进行额外的搬运、移动以及工序之间可能的暂时的零件存放。此外,在进行锯齿形加工之前,零件可能需要进行中间清理操作。
  如果您是将锯齿加工作为单独一项操作的公司之一,那么您肯定会很高兴地了解到现在有一种锯齿加工剃刀,利用它可以在CNC车床上进行锯齿加工,就像进行另一道工序一样。锯齿加工用剃刀是由Schwanog制造的,并且在美国由GST刀具有限公司(位于伊利诺斯州Roselle市)销售。该刀具由可更换刀片及配套刀夹组成。带TiN涂层的高速钢刀片由一个带有六个齿的1/4圆组成。只有第一或引导齿具有一个完整(精加工好)的齿形。在其余5个齿上,齿形都成递减轮廓。
如果您将零件的锯齿形加工作为二次操作,那么利用此锯齿剃刀,您可以简单地将它作为CNC车床上的又一道工序即可。
在锯齿形加工开始时,主轴保持静止,而转塔则在Z轴走三道,以渐进级形式形成首先的五个齿以及完全成形的第六个齿。
  该刀具安装在车床的转塔上,并沿零件通过连续的Z轴冲程形成锯齿。在该过程开始时,主轴保持静止,而刀具则运行三道,以渐进级形成首先的5个齿以及全形状的第六个齿。然后主轴分度到下一个齿位置(需要有一个C轴),其中递增地形成首先的五个齿,并完成最后一个齿。每次当主轴分度到下一个齿位置且转塔走完零件冲程时都完成一个齿的加工。该过程一直继续,直到零件分度整个圆且锯齿形彻底形成为止。
一旦第一个齿完全成形,主轴就将零件分度到下一个齿位置,转塔走完又一道,以完成齿的加工。主轴每分度一次,就形成一个完整的齿。分度循环一直继续,直至零件完全加工出所需要的锯齿形状为止。
该过程既简单又快速。例如,对1045号钢零件的锯齿加工可以在带C轴功能的普通CNC车床上用不到7秒钟的时间加工好。将锯齿加工操作结合为一道车床工序可以简化零件的处理:该操作不必在额外的机床上进行,避免了不同工序之间零件的清理、额外机床的设置和操作成本以及额外的零件搬运过程。最重要的一点是,零件在离开车床时是完全加工好的状态,并且为清理和发送给客户准备就绪。
GST报告,锯齿加工用刀片可以由最终用户磨尖,但必须提供刀具重新定心用的设施。刀片的拆除快速而简单,因为它是用单个螺钉固定的。由于刀夹仅仅是一个粘附工具,因此锯齿加工用刀具既可以在带C轴功能的多主轴机床也可以在单主轴机床上用。                                                                           
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