機(jī)械加工方法

第一節(jié)零件的成形原理

機(jī)器或設(shè)備中的零件要完成一定的功能,首先必須具備一定的形狀。這些形狀可以通過(guò)不同的成形原理來(lái)完成。

軸套類零件盤蓋類零件叉架類零件箱體類零件第一節(jié)零件的成形原理

按照零件由原材料或毛坯制造成為零件的過(guò)程中質(zhì)量m的變化,可分Δm<0,Δm=0,Δm>0三種原理,不同原理采用不同的成形工藝方法。

Δm<0,材料去除原理,如傳統(tǒng)的切削加工方法,包括磨料磨削、特種加工等,在制造過(guò)程中通過(guò)材料逐漸被去除而獲得需要的幾何形狀。

Δm=0,材料基本不變?cè)?如鑄造、鍛造及模具成形（注塑、沖壓等）工藝,在成形前后,材料主要是發(fā)生形狀變化,而質(zhì)量基本不變。

Δm>0,材料累加成形原理,如20世紀(jì)80年代出現(xiàn)的快速原形（RapidPrototyping）技術(shù),在成形中通過(guò)材料累加獲得所需形狀。

第一節(jié)零件的成形原理

Δm<0主要指切削加工,這是本書重點(diǎn)講述的內(nèi)容。切削加工是通過(guò)刀具和工件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)及相互力的作用實(shí)現(xiàn)的。工件往往通過(guò)夾具安裝在機(jī)床上,機(jī)床帶動(dòng)刀具或工件或兩者同時(shí)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。切削過(guò)程中,有力、熱、變形、振動(dòng)、磨損等現(xiàn)象發(fā)生,這些運(yùn)動(dòng)的綜合決定了零件最終獲得的幾何形狀及表面質(zhì)量。如何正確選擇機(jī)床、刀具、夾具、加工方法及切削用量是本教材闡述的重要內(nèi)容。

一、Δm<0的制造過(guò)程第一節(jié)零件的成形原理

對(duì)于加工精度及表面粗糙度要求特別高的零件,需要采取精加工及超精加工工藝。精加工及超精加工的尺寸精度往往達(dá)到亞微米乃至納米（nm）級(jí)。這些工藝在航空航天、計(jì)算機(jī)產(chǎn)品等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。

第一節(jié)零件的成形原理

特種加工是指利用電能、光能或化學(xué)能等方法完成材料的去除成形方法,這些方法主要適合于對(duì)超硬、易碎等材料用常規(guī)加工方法難以加工的場(chǎng)合。如當(dāng)前發(fā)展比較快的三束加工,包括激光束、電子束、離子束的加工,在微細(xì)加工中有廣泛的應(yīng)用。另外,近幾年發(fā)展的高壓水射流等加工方法,也有其顯著的優(yōu)點(diǎn)。以上內(nèi)容,另有教科書可資參考。

第一節(jié)零件的成形原理

Δm=0的工藝內(nèi)容主要由材料成形課程研究。此處值得注意的是,統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明,機(jī)電產(chǎn)品40%~50%的零件是由模具成形的,因此模具的作用是顯而易見(jiàn)的。模具可分為注塑模、壓鑄模、鍛模、沖裁模、拉深模、吹塑模等。在我國(guó),模具的設(shè)計(jì)與制造是一個(gè)薄弱環(huán)節(jié)。模具制造精度一般要求較高,其生產(chǎn)方式往往是單件生產(chǎn)。模具的設(shè)計(jì)要用到CAD、CAE等一系列技術(shù),是一個(gè)技術(shù)密集型的產(chǎn)業(yè)。二、Δm=0的制造過(guò)程第一節(jié)零件的成形原理

20世紀(jì)80年代出現(xiàn)的材料累加法制造（MIM）工藝中,成形后與成形前相比Δm>0,零件是逐漸生長(zhǎng)出來(lái)的,在Δm>0的制造過(guò)程中,零件是通過(guò)材料逐漸累加成形的,這一工藝方法的長(zhǎng)處是可以成形任意復(fù)雜形狀的零件,而無(wú)需刀、夾具等生產(chǎn)準(zhǔn)備活動(dòng)。這一工藝又稱RP技術(shù)（RapidPrototyping）。RP技術(shù)制造出來(lái)的原型可作為設(shè)計(jì)評(píng)估、投標(biāo)或展示的樣件。RP技術(shù)與快速精鑄技術(shù)（QuickCasting）及快速模具制造技術(shù)（RapidTooling）等相結(jié)合,又可以為小批量或大批量生產(chǎn)服務(wù),因而RP技術(shù)成為加速新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)及實(shí)現(xiàn)并行工程的有效技術(shù)。一些工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家（如美國(guó)、日本等）已經(jīng)全面應(yīng)用這一技術(shù)來(lái)提高制造業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)能力。

三、Δm＞0的制造過(guò)程第一節(jié)零件的成形原理

RP技術(shù)已形成了幾種成熟的工藝方法,進(jìn)入了商品化階段。目前商業(yè)化的設(shè)備主要有光固化法（Stereolithography,SL）、疊層制造法（LaminatedObjectManufacturing,LOM）、激光選區(qū)燒結(jié)法（SelectiveLaserSintering,SLS）、熔積法（FusedDepositionModeling,FDM）。此外,目前正在研究的方法還有三維打印法、漏板光固化法等工藝。這些工藝各自特點(diǎn)不同,各有不同的適用場(chǎng)合。該部分內(nèi)容將在第七章詳細(xì)介紹。第二節(jié)機(jī)械加工方法

采用機(jī)械加工方法獲得零件的形狀,是通過(guò)機(jī)床利用刀具將毛坯上多余的材料切除來(lái)獲得的。根據(jù)機(jī)床運(yùn)動(dòng)的不同、刀具的不同,可分為不同的加工方法,主要有:車削、銑削、磨削、鉆削、鏜削及特種加工等。本節(jié)對(duì)這些主要方法進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹。第二節(jié)機(jī)械加工方法第二節(jié)機(jī)械加工方法

如圖1-1所示,車削方法的特點(diǎn)是工件旋轉(zhuǎn),形成主切削運(yùn)動(dòng),因此車削加工后形成的面主要是回轉(zhuǎn)表面。也可加工工件的端面。通過(guò)刀具相對(duì)工件實(shí)現(xiàn)不同的進(jìn)給運(yùn)動(dòng),可以獲得不同的工件形狀。一、車削圖1-1

車床加工的典型工序車削加工進(jìn)給運(yùn)動(dòng)第二節(jié)機(jī)械加工方法

當(dāng)?shù)毒哐仄叫杏诠ぜD(zhuǎn)軸線運(yùn)動(dòng)時(shí),就形成內(nèi)、外圓柱面;當(dāng)?shù)毒哐嘏c軸線相交的斜線運(yùn)動(dòng)時(shí),就形成錐面。仿形車床或數(shù)控車床,可以控制刀具沿著一條曲線進(jìn)給,從而形成特定的旋轉(zhuǎn)曲面。采用成形車刀橫向進(jìn)給時(shí),也可加工出旋轉(zhuǎn)曲面來(lái)。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Ra為6.3~1.6μm。精車時(shí),可達(dá)IT6~IT5,表面粗糙度Ra可達(dá)0.4~0.1μm。車削的生產(chǎn)率較高,切削過(guò)程比較平穩(wěn),刀具較簡(jiǎn)單。第二節(jié)機(jī)械加工方法

如圖1-2所示,銑削的主切削運(yùn)動(dòng)是刀具的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),工件通過(guò)裝夾在機(jī)床的工作臺(tái)上完成進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。銑削刀具較復(fù)雜,一般為多刃刀具。不同的銑削方法,銑刀完成切削的切削刃不同。二、銑削圖1-2

銑削加工第二節(jié)機(jī)械加工方法

臥銑時(shí),平面的形成是由銑刀的外圓面上的刃形成的;立銑時(shí),平面是由銑刀的端面刃形成的。提高銑刀的轉(zhuǎn)速可以獲得較高的切削速度,因此生產(chǎn)率較高。但由于銑刀刀齒的切入、切出形成沖擊,切削過(guò)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。銑削時(shí),銑刀在切離工件的一段時(shí)間內(nèi),可以得到一定冷卻,因此散熱條件較好。第二節(jié)機(jī)械加工方法

按照銑削時(shí)主運(yùn)動(dòng)速度方向與工件進(jìn)給方向的相同或相反,可分為順銑和逆銑,如圖1-3所示。圖1-3

逆銑和順銑a）b）第二節(jié)機(jī)械加工方法

順銑時(shí),銑削力的水平分力與工件的進(jìn)給方向相同,而工作臺(tái)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(tái)一起向前竄動(dòng),使進(jìn)給量突然增大,容易引起打刀。逆銑則可以避免這一現(xiàn)象,因此,生產(chǎn)中多采用逆銑。在順銑鑄件或鍛件等表面有硬度的工件時(shí),銑刀齒首先接觸工件的硬皮,加劇了銑刀的磨損,逆銑則無(wú)這一缺點(diǎn)。但逆銑時(shí),切削厚度從零開(kāi)始逐漸增大,因而切削刃開(kāi)始經(jīng)歷了一段在切削硬化的已加工表面上擠壓滑行的階段,也會(huì)加速刀具的磨損。同時(shí),逆銑時(shí),銑削力具有將工件上抬的趨勢(shì),也易引起振動(dòng)。這是逆銑的不利之處。

第二節(jié)機(jī)械加工方法

銑削的加工精度一般可達(dá)IT8~IT7,表面粗糙度Ra為6.3~0.8μm。普通銑削一般能加工平面或槽面等,用成形銑刀也可以加工出特定的曲面,如銑削齒輪等。數(shù)控銑床可通過(guò)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(lái),這時(shí)刀具一般采用球頭銑刀。數(shù)控銑床在加工模具的模芯和型腔、葉輪機(jī)械的葉片等形狀復(fù)雜的工件時(shí),應(yīng)用非常廣泛,因而相應(yīng)的多軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控銑床發(fā)展也很快。第二節(jié)機(jī)械加工方法

刨削時(shí),刀具的往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)為切削主運(yùn)動(dòng),如圖1-4所示。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~IT7,表面粗糙度Ra為3.2~1.6μm,精刨時(shí)平面度可達(dá)0.02/1000,表面粗糙度Ra可達(dá)0.8~0.4μm。三、刨削圖1-4

刨削加工第二節(jié)機(jī)械加工方法

牛頭刨床一般只用于單件生產(chǎn),加工中小型工件;龍門刨床主要用來(lái)加工大型工件,加工精度和生產(chǎn)率都高于牛頭刨床。插床實(shí)際上可以看作立式的牛頭刨床,主要用來(lái)加工鍵槽等內(nèi)表面。插齒機(jī)的插刀與轉(zhuǎn)動(dòng)的工件形成展成運(yùn)動(dòng),可加工出漸開(kāi)線齒輪的齒面。牛頭刨床龍門刨床第二節(jié)機(jī)械加工方法

在鉆床上,用旋轉(zhuǎn)的鉆頭鉆削孔,是孔加工最常用的方法,鉆頭的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)為主切削運(yùn)動(dòng),鉆頭的軸向運(yùn)動(dòng)是進(jìn)給運(yùn)動(dòng),如圖1-5所示。鉆削的加工精度較低,一般只能達(dá)到IT13~IT11,表面粗糙度Ra一般為12.5~0.8μm。四、鉆削與鏜削圖1-5

鉆削加工第二節(jié)機(jī)械加工方法

單件、小批生產(chǎn)中,中小型工件上較大的孔(D<50mm),常用立式鉆床加工;大中型工件上的孔,用搖臂鉆床加工。精度高、表面質(zhì)量要求高的小孔,在鉆削后常常采用擴(kuò)孔和鉸孔來(lái)進(jìn)行半精加工和精加工。擴(kuò)孔采用擴(kuò)孔鉆頭,鉸孔采用鉸刀進(jìn)行加工。鉸削加工精度一般為IT9~IT8,表面粗糙度Ra為1.6~0.4μm。擴(kuò)孔、鉸孔時(shí),擴(kuò)孔鉆和鉸刀均在原底孔的基礎(chǔ)上進(jìn)行加工,因此無(wú)法提高孔軸線的位置精度以及直線度。第二節(jié)機(jī)械加工方法

而鏜孔時(shí),鏜孔后的軸線是由鏜桿的回轉(zhuǎn)軸線決定的,因此可以校正原底孔軸線的位置精度。鏜孔可在鏜床上或車床上進(jìn)行,如圖1-6和圖1-7所示。圖1-6

鏜床鏜孔圖1-7

車床鏜孔第二節(jié)機(jī)械加工方法

在鏜床上鏜孔時(shí),鏜刀與車刀基本相同,不同之處是鏜刀隨鏜桿一起轉(zhuǎn)動(dòng),形成主切削運(yùn)動(dòng),而工件不動(dòng)。鏜孔加工精度一般為IT10~IT8,表面粗糙度Ra為3.2~0.8μm。數(shù)控鉆床、數(shù)控鏜床主要是實(shí)現(xiàn)孔軸線的位置控制,因此只要控制刀具移到孔中心的坐標(biāo)上即可,即實(shí)現(xiàn)點(diǎn)位控制。第二節(jié)機(jī)械加工方法

齒輪齒面的加工運(yùn)動(dòng)較復(fù)雜,根據(jù)形成齒面的方法不同,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(jiǎn)單成形運(yùn)動(dòng):刀具的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)（主切削運(yùn)動(dòng)）和直線移動(dòng)（進(jìn)給運(yùn)動(dòng)）。展成法加工齒面的常用機(jī)床有滾齒機(jī)（如Y3150E型滾齒機(jī)）、插齒機(jī)等。五、齒面加工第二節(jié)機(jī)械加工方法

在滾齒機(jī)上滾切斜齒圓柱齒輪時(shí),一般需要兩個(gè)復(fù)合成形運(yùn)動(dòng):由滾刀的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)B11和工件的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)B12組成的展成運(yùn)動(dòng);由刀架軸向移動(dòng)A21和工件附加旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)B22組成的差動(dòng)運(yùn)動(dòng)。前者產(chǎn)生漸開(kāi)線齒形,后者產(chǎn)生螺旋線齒長(zhǎng)。圖1-8

滾切斜齒圓柱齒輪的傳動(dòng)原理第二節(jié)機(jī)械加工方法

圖1-8所示為滾齒機(jī)滾切斜齒圓柱齒輪的傳動(dòng)原理圖,共由四條傳動(dòng)鏈組成:①速度傳動(dòng)鏈:“電動(dòng)機(jī)-1-2-uv-3-4”,即主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈,使?jié)L刀和工件共同獲得一定速度和方向的運(yùn)動(dòng);②展成傳動(dòng)鏈:“4-5-∑-6-7-ux-8-9”,產(chǎn)生展成運(yùn)動(dòng)并保證滾刀與工件之間的嚴(yán)格運(yùn)動(dòng)關(guān)系（工件轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)齒,滾刀轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)齒）;③軸向進(jìn)給傳動(dòng)鏈:“9-10-uf-11-12”,使刀架獲得軸向進(jìn)給運(yùn)動(dòng);④差動(dòng)傳動(dòng)鏈:“12-13-uy-14-15-∑-6-7-ux-8-9”,保證差動(dòng)運(yùn)動(dòng)的嚴(yán)格運(yùn)動(dòng)關(guān)系（刀架移動(dòng)一個(gè)導(dǎo)程,工件附加轉(zhuǎn)1轉(zhuǎn)）。四條傳動(dòng)鏈中,速度傳動(dòng)鏈和軸向進(jìn)給傳動(dòng)鏈為內(nèi)聯(lián)系傳動(dòng)鏈。滾切直齒圓柱齒輪時(shí),不需要差動(dòng)運(yùn)動(dòng)。滾切蝸輪的傳動(dòng)原理與滾切圓柱齒輪時(shí)相似。第二節(jié)機(jī)械加工方法

圖1-9所示為Y3150E型滾齒機(jī)的外形圖。立柱2固定在床身1上,刀架溜板3可沿立柱上的導(dǎo)軌作軸向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。滾刀安裝在刀桿4上,可隨刀架體5傾斜一定的角度（滾刀安裝角）,以便用不同旋向和螺旋升角的滾刀加工不同的工件。加工時(shí),工件固定在工作臺(tái)9的心軸7上,可沿床身導(dǎo)軌作徑向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)或調(diào)整徑向位置。

圖1-9Y3150E型滾齒機(jī)1—床身2—立柱3—刀架溜板4—刀桿5—刀架體6—支架7—心軸8—后立柱9—工作臺(tái)10—床鞍第二節(jié)機(jī)械加工方法

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(jiàn)本節(jié)八）。仿形銑必須有原型作為靠模,加工中球頭仿形頭始終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,信號(hào)經(jīng)過(guò)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相等半徑的球頭銑刀。原型一般采用工件樣件,可通過(guò)手工制作或快速成形方法制造。仿形加工的誤差取決于原型精度、靠模壓力、切削用量及曲面本身的復(fù)雜程度等。六、復(fù)雜曲面加工第二節(jié)機(jī)械加工方法

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),曲面是通過(guò)球頭銑刀逐點(diǎn)按曲面坐標(biāo)值加工而成。在編制數(shù)控程序時(shí),要考慮刀具半徑補(bǔ)償,因?yàn)閿?shù)控系統(tǒng)控制的是球頭銑刀球心位置軌跡,而成形面是球頭銑刀切削刃運(yùn)動(dòng)的包絡(luò)面。球頭銑刀第二節(jié)機(jī)械加工方法

曲面加工數(shù)控程序的編制,一般情況下,可由CAD/CAM集成軟件包（大型商用CAD軟件都有CAM模塊）自動(dòng)生成,特殊情況下,還要二次開(kāi)發(fā)。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(kù),配備幾十把刀具,對(duì)曲面的粗、精加工及凹曲面的不同曲率半徑的要求,都可選到合適的刀具。同時(shí),通過(guò)一次裝夾,可完成各主要表面及輔助表面如孔、螺紋、槽等的加工,有利于保證各加工表面的相對(duì)位置精度。第二節(jié)機(jī)械加工方法

磨削以砂輪或其他磨具對(duì)工件進(jìn)行加工,如圖1-10所示。七、磨削圖1-10

磨削加工a）磨外圓1—撥盤2—撥銷3—尾架4—工件5—雞心夾頭6—頭架b）磨內(nèi)孔1—三爪自定心卡盤2—砂輪3—工件c）磨平面

第二節(jié)機(jī)械加工方法

其主運(yùn)動(dòng)是砂輪的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。砂輪上的每個(gè)磨粒都可以看成一個(gè)微小刀齒,砂輪的磨削過(guò)程,實(shí)際上是磨粒對(duì)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,磨粒本身也會(huì)由尖銳逐漸磨鈍,使切削能力變差,切削力變大。當(dāng)切削力超過(guò)粘結(jié)劑強(qiáng)度時(shí),磨鈍的磨粒會(huì)脫落,露出一層新的磨粒,這就是砂輪的“自銳性”。但切屑和碎磨粒仍會(huì)阻塞砂輪,因而,磨削一定時(shí)間后,需用金剛石刀具等對(duì)砂輪進(jìn)行修整。第二節(jié)機(jī)械加工方法第二節(jié)機(jī)械加工方法

磨削時(shí),由于切削刃很多,所以加工過(guò)程平穩(wěn)、精度高、表面粗糙度值小。磨床是精加工機(jī)床,磨削精度可達(dá)IT7~IT5,表面粗糙度Ra可達(dá)1.6~0.025μm,甚至Ra可達(dá)0.1~0.008μm。磨削的另一特點(diǎn)是可以對(duì)淬硬的工件進(jìn)行加工,因此,磨削往往作為最終加工工序。但磨削時(shí),產(chǎn)生熱量大,需要有充分的切削液進(jìn)行冷卻,否則會(huì)產(chǎn)生磨削燒傷,降低表面質(zhì)量。強(qiáng)力磨削技術(shù),可以在單位時(shí)間內(nèi)達(dá)到很大的切除量,因而可以一次完成粗精加工。第二節(jié)機(jī)械加工方法

按功能不同,磨削可分為外圓磨、內(nèi)圓磨、平面磨等,分別用于外圓面、內(nèi)孔及平面的加工。外圓磨床內(nèi)圓磨床平面磨床第二節(jié)機(jī)械加工方法

科學(xué)和技術(shù)的發(fā)展提出了許多傳統(tǒng)切削加工方法難以完成的加工任務(wù),如具有高硬度、高強(qiáng)度、高脆性或高熔點(diǎn)的各種難加工材料（如硬質(zhì)合金、鈦合金、淬火工具鋼、陶瓷、玻璃等）零件的加工,具有較低剛度或復(fù)雜曲面形狀的特殊零件（如薄壁件、彈性元件、具有復(fù)雜曲面形狀的模具、葉輪機(jī)的葉片、噴絲頭等）的加工等。特種加工方法正是為完成這些加工任務(wù)而產(chǎn)生和發(fā)展起來(lái)的。八、特種加工第二節(jié)機(jī)械加工方法

特種加工方法區(qū)別于傳統(tǒng)切削加工方法,是利用化學(xué)、物理（電、聲、光、熱、磁）或電化學(xué)方法對(duì)工件材料進(jìn)行去除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。第二節(jié)機(jī)械加工方法

電火花加工是利用工具電極和工件電極間瞬時(shí)火花放電所產(chǎn)生的高溫,熔蝕工件材料來(lái)獲得工件成形的。電火花加工在專用的電火花加工機(jī)床上進(jìn)行,圖1-11所示是電火花加工機(jī)床的工作原理。電火花加工機(jī)床一般由脈沖電源、自動(dòng)進(jìn)給機(jī)構(gòu)、機(jī)床本體及工作液及其循環(huán)過(guò)濾系統(tǒng)等部分組成,工件固定在機(jī)床工作臺(tái)上。脈沖電源提供加工所需的能量,其兩極分別接在工具電極與工件上。1.電火花加工圖1-11

電火花加工原理示意圖第二節(jié)機(jī)械加工方法

當(dāng)工具電極與工件在進(jìn)給機(jī)構(gòu)的驅(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)生火花放電,釋放大量的熱,工件表層吸收熱量后達(dá)到很高的溫度（10000℃以上）,其局部材料因熔化甚至氣化而被蝕除下來(lái),形成一個(gè)微小的凹坑。工作液循環(huán)過(guò)濾系統(tǒng)強(qiáng)迫清潔的工作液以一定的壓力通過(guò)工具電極與工件之間的間隙,及時(shí)排除電蝕產(chǎn)物,并將電蝕產(chǎn)物從工作液中過(guò)濾出去。多次放電的結(jié)果,工件表面產(chǎn)生大量凹坑,工具電極在進(jìn)給機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)下不斷下降,其輪廓形狀便被“復(fù)印”到工件上（工具電極材料盡管也會(huì)被蝕除,但其蝕除速度遠(yuǎn)小于工件材料）。第二節(jié)機(jī)械加工方法

電火花加工機(jī)床已有系列產(chǎn)品,根據(jù)加工方式,可將其分成兩種類型:一種是用特殊形狀的電極工具加工相應(yīng)工件的電火花成形加工機(jī)床（如前所述）;另一種是用線（一般為鉬絲、鎢絲或銅絲）電極加工二維輪廓形狀工件的電火花線切割機(jī)床。高速走絲線切割機(jī)床數(shù)控電火花成型加工機(jī)床第二節(jié)機(jī)械加工方法

圖1-12所示為電火花線切割機(jī)床的工作原理。貯絲筒1正反方向交替轉(zhuǎn)動(dòng),帶動(dòng)電極絲4相對(duì)工件5上下移動(dòng);脈沖電源6的兩極分別接在工件和電極絲上,使電極絲與工件之間發(fā)生脈沖放電,對(duì)工件進(jìn)行切割;工件安放在數(shù)控工作臺(tái)上,通過(guò)電動(dòng)機(jī)2驅(qū)動(dòng),在垂直電極絲的平面內(nèi)相對(duì)于電極絲作二維曲線運(yùn)動(dòng),將工件加工成所需的形狀。目前的電火花線切割機(jī)床還能實(shí)現(xiàn)電極絲的擺動(dòng),從而能加工出錐面等形狀。圖1-12

電火花線切割加工機(jī)床的工作原理1—貯絲筒2—工作臺(tái)X-Y向驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)3—導(dǎo)輪4—電極絲5—工件6—脈沖電源第二節(jié)機(jī)械加工方法

電火花加工的應(yīng)用范圍很廣,適用于加工各種硬、脆、韌、軟和高熔點(diǎn)的導(dǎo)電材料,可以加工各種型孔（圓孔、方孔、異形孔）、曲線孔和微小孔（如拉絲模和噴絲頭小孔）;也可以加工各種立體曲面型腔,如鍛模、壓鑄模、塑料模的模膛;既可以用來(lái)進(jìn)行切斷、切割,也可以用來(lái)進(jìn)行表面強(qiáng)化、刻寫、打印銘牌和標(biāo)記等。第二節(jié)機(jī)械加工方法

電解加工是利用金屬在電解液中產(chǎn)生陽(yáng)極溶解的電化學(xué)原理對(duì)工件進(jìn)行成形加工的一種方法。電解加工的原理如圖1-13所示。工件接直流電源正極,工具接負(fù)極,兩極之間保持狹小間隙（0.1~0.8mm）,具有一定壓力（0.5~2.5MPa）的電解液從兩極間的間隙中高速（15~60m/s）流過(guò)。當(dāng)陰極工具向陽(yáng)極工件不斷進(jìn)給時(shí),在面對(duì)陰極的工件表面上,金屬材料按陰極型面的形狀不斷溶解,電解產(chǎn)物被高速電解液帶走,于是工具型面的形狀就相應(yīng)地“復(fù)印”在工件上。2.電解加工第二節(jié)機(jī)械加工方法圖1-13電解加工原理示意圖1—直流電源2—工件3—工具電極4—電解液5—進(jìn)給機(jī)構(gòu)第二節(jié)機(jī)械加工方法

電解加工具有以下特點(diǎn):①工作電壓?。?~24V）,工作電流大（500~20000A）;②能以簡(jiǎn)單的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)一次加工出形狀復(fù)雜的型面或型腔（如鍛模、葉片等）;③可加工難加工材料;④生產(chǎn)率較高,約為電火花加工的5~10倍;⑤加工中無(wú)機(jī)械切削力或切削熱,適于易變形或薄壁零件的加工;⑥平均加工公差可達(dá)±0.1mm左右;⑦附屬設(shè)備多、占地面積大、造價(jià)高;⑧電解液既腐蝕機(jī)床,又容易污染環(huán)境。

第二節(jié)機(jī)械加工方法

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。應(yīng)用實(shí)例第二節(jié)機(jī)械加工方法

激光是一種能量密度高、方向性好（激光束的發(fā)散角極?。?、單色性好（波長(zhǎng)和頻率單一）、相干性好的光。由于激光的上述四大特點(diǎn),通過(guò)光學(xué)系統(tǒng)可以使它聚焦成一個(gè)極小的光斑（直徑幾微米至幾十微米）,從而獲得極高的能量密度（107~1010W/cm2）和極高的溫度（10000℃以上）。在此高溫下,任何堅(jiān)硬的材料都將瞬時(shí)急劇熔化和蒸發(fā),并產(chǎn)生強(qiáng)烈的沖擊波,使熔化的物質(zhì)爆炸式地噴射去除。激光加工就是利用這種原理熔蝕材料進(jìn)行加工成形的。為了幫助熔蝕物的排除,還需對(duì)加工區(qū)吹氧（加工金屬用）,或吹保護(hù)性氣體,如二氧化碳、氨等（加工可燃物質(zhì)時(shí)用）。3.激光加工第二節(jié)機(jī)械加工方法

激光加工工藝由激光加工機(jī)完成。激光加工機(jī)通常由激光器、電源、光學(xué)系統(tǒng)和機(jī)械系統(tǒng)等組成（圖1-14）。激光器（常用的有固體激光器和氣體激光器）把電能轉(zhuǎn)變?yōu)楣饽?產(chǎn)生所需的激光束,經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)聚焦后,照射在工件上進(jìn)行加工。工件固定在三坐標(biāo)精密工作臺(tái)上,由數(shù)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)。

圖1-14激光加工機(jī)示意圖1—激光器2—光闌3—反射鏡4—聚焦鏡5—工件6—工作臺(tái)7—電源第二節(jié)機(jī)械加工方法

激光加工具有以下特點(diǎn):①不需要加工工具,故不存在工具磨損問(wèn)題,同時(shí)也不存在斷屑、排屑的麻煩;②激光束的功率密度很高,幾乎可加工任何難加工的金屬和非金屬材料（如高熔點(diǎn)材料、耐熱合金及陶瓷、寶石、金剛石等硬脆材料）;③激光加工是非接觸加工,工件無(wú)受力變形;④激光打孔、切割的速度很高（打一個(gè)孔只需0.001s,切割20mm厚的不銹鋼板,切割速度可達(dá)1.27m/min）,加工部位受熱的影響較小,工件熱變形很小。另外,激光切割的切縫窄,切割邊緣質(zhì)量好。

第二節(jié)機(jī)械加工方法

目前,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