第四章典型表面加工方法

進行機械加工的各種零件,其形狀盡管千變?nèi)f化,但都是由一些基本表面組合而成。最常見的基本表面有外圓柱面、內(nèi)圓柱孔、平面以及一些成形表面等。在制訂工藝規(guī)程時,首先要確定各個組成表面的加工方法。

本章的內(nèi)容是分析外圓、內(nèi)孔、平面及成形表面的加工工藝問題。第一節(jié)外圓表面加工方法

在機械制造中有許多零件屬于軸類零件(由長度遠大于直徑的圓柱體組成),而外圓柱面是構(gòu)成軸類零件的主要表面。外圓表面的加工方法主要有車削和磨削。一、外圓表面車削加工1.外圓車削的工藝特點

車削加工是回轉(zhuǎn)類零件外圓表面的主要加工方法。根據(jù)零件的結(jié)構(gòu)特點與生產(chǎn)類型的不同,車削加工可以在臥式車床、多刀半自動車床、自動車床、仿形車床及數(shù)控車床等機床上進行。

外圓車削的工藝范圍很廣,一般可劃分為粗車、半精車、精車和精細車等各加工階段。加工階段的劃分主要是依據(jù)工件毛坯情況和加工要求決定的。

對中小型鑄鍛件,先進行粗車加工。粗車后工件的尺寸精度可達IT10~IT12級,表面粗糙度值為Ra12.5~20μm。粗車應切除毛坯的大部分余量。

對經(jīng)過粗加工的工件進行半精車,尺寸精度可達IT9~IT10級,表面粗糙度值為Ra3.2~6.3μm。對于不重要的工件表面,半精車可作為終加工工序,也可作為磨削或其他精加工工序的預加工。

精車可作為最終加工工序或光整加工工序的預加工。精車后工件表面尺寸精度可達IT7~IT8級,表面粗糙度值為Ra0.8~1.6μm。第一節(jié)外圓表面加工方法

精細車使用精度和剛度都很好的車床,同時采用高耐磨性的刀具,在高速v為120~600m/min、小背吃刀量ap為0.03~0.05mm、小進給量,f為0.02~0.12mm/r情況下進行車削。精細車尺寸精度可達IT6~IT7級,表面粗糙度值為Ra0.2~0.8μm。精細車尤其適宜于加工有色金屬。因為有色金屬不宜采用磨削,所以常采用精細車代替磨削。2.提高外圓車削生產(chǎn)率的措施

由于外圓表面的大部分余量是由車削來完成的,因此,提高外圓車削的生產(chǎn)率就顯得尤為重要。在外圓車削時,為提高生產(chǎn)率可采取如下措施:(1)刀具方面采用新型刀片材料,如鎢鈦鉭鈷類硬質(zhì)合金、立方氮化硼刀片等進行高速切削;使用機械類夾固車刀,可轉(zhuǎn)位式車刀等,縮短更換和刃磨刀具的時間;在大批大量生產(chǎn)中,可采用多刀加工,幾把車刀同時加工工件的幾個表面,如圖4-1所示。這樣可以縮短機動時間,大大提高生產(chǎn)率。圖4-1多刀加工第一節(jié)外圓表面加工方法(2)機床方面

可采用多刀半自動車床、自動車床或仿形車床。圖4-2是液壓仿形車削加工示意圖。液壓仿形就是借助液壓作用使刀具跟隨靠模的形狀移動,依此將工件上的各段表面加工出來。仿形加工可以在仿形車床上進行,也可以通過在臥式車床上加裝液壓仿形刀架來實現(xiàn)。這類機床適用于成批大量生產(chǎn)方式。

使用具有多刀回轉(zhuǎn)架的數(shù)控車床是提高小批量工件生產(chǎn)率的有效途徑。對于階梯軸的復雜外圓表面及成形表面,只要按加工要求編制程序,然后輸入數(shù)控裝置,數(shù)控車床就可按加工指令自動完成工件各表面的加工。隨著制造技術(shù)的發(fā)展,目前,數(shù)控車床的應用已越來越廣泛。圖4-2在車床上用液壓仿形刀架加工示意圖第一節(jié)外圓表面加工方法(3)車削加工中心的加工方法

車削加工中心是一種新型的車削加工機床。它除了能完成臥式車床的切削功能外,由于還具有多個刀具轉(zhuǎn)塔和自驅(qū)刀具,其加工范圍大大擴展。圖4-3為車削加工中心的五種工作情況。圖4-3車削中心五種工作情況視頻第一節(jié)外圓表面加工方法圖4-3a為主軸按給定轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn),刀具進行進給運動,完成類似臥式車床的工作。圖4-3b為主軸按給定轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn),自驅(qū)刀具按程序指令也作旋轉(zhuǎn)運動,完成內(nèi)孔或端面、圓周表面上的回轉(zhuǎn)要素的加工。圖4-3c為主軸根據(jù)指令實現(xiàn)分度運動并定位,使用自驅(qū)刀具進行加工,可在工件圓周表面上或者端面規(guī)定位置表面上鉆孔、攻螺紋、銑槽等。圖4-3d為主軸和自驅(qū)刀具都參與插補運動進行加工,完成圓周表面輪廓的加工。圖4-3e為用副主軸夾持工件右端,利用安裝在主軸箱端面上的刀塔上的刀具實現(xiàn)“背面”(左端面)要素的加工。

除了上述幾種情況,加工中心還可進行多角形車削、螺紋銑削、滾花、刻字,利用可調(diào)角度的自驅(qū)刀具在斜面上進行加工。

利用加工中心對工件進行整體加工,不但可以減少工件安裝測量與刀具調(diào)整時間,大大提高生產(chǎn)率,而且由于數(shù)控機床的高精度及自動加工,可提高加工質(zhì)量,保證一批工件加工質(zhì)量的穩(wěn)定性,減少廢品率,提高經(jīng)濟效益。第一節(jié)外圓表面加工方法二、外圓表面的磨削加工1.外圓磨削的工藝特點

磨削加工是工件外圓表面精加工的主要方法。它既能加工淬硬工件,也可以加工未淬硬工件。根據(jù)不同的精度和表面粗糙度要求,磨削可分為粗磨、精磨、精細磨和鏡面磨削等。粗磨后工件表面尺寸精度可達IT8~IT9級,表面粗糙度為Ra1.6~6.3μm;精磨后尺寸精度可達IT6~IT8,表面粗糙度為Ra0.2~0.8μm;精細磨后尺寸精度可達IT5~IT6,表面粗糙度為Ra0.025~0.1μm;鏡面磨削表面粗糙度為Ra0.01μm。通過磨削加工能有效地提高工件尤其是淬硬件的加工質(zhì)量。2.磨削方式

根據(jù)磨削時工件定位方式的不同,可分為中心磨削和無心磨削兩種方式。

中心磨削即普通外圓磨削。被磨削的工件由頂尖孔定位,在外圓磨床或萬能外圓磨床上進行,如圖4-4所示。如果頂尖與頂尖孔經(jīng)過研磨,達到很高的配合精度時,外圓磨削后可達到很高的加工精度,尤其是各外圓表面之間的同軸度。

無心磨削是一種高生產(chǎn)率的精加工方法。被磨削的工件由外圓表面本身定位。其工作原理如圖4-5所示。無心磨削時工件處于砂輪與導輪之間,下面有支承板支承。砂輪軸心線水平放置,軸心線傾斜一個不大的角度λ。這樣,導輪的圓周速度v導可以分解為兩個分量,即帶動工件旋轉(zhuǎn)的分量v工和使工件作軸向進給運動的分量v縱。

無心磨削的特點是:加工精度可達IT6級,表面粗糙度值為Ra0.2~0.8μm。生產(chǎn)率很高,原因是加工時依靠本身外圓表面定位和利用切削力來夾緊,節(jié)省了裝夾工件時間。它特別適合于在大批量的自動流水線上加工。但是無心磨削難以保證工件的相互位置精度;此外,無心磨削不能加工帶有鍵槽和縱向平面的斷續(xù)外圓表面。第一節(jié)外圓表面加工方法圖4-4中心磨削圖4-5無心外圓磨床工作原理1—砂輪2—工件3—導輪4—托架第一節(jié)外圓表面加工方法三、外圓表面的精密加工

隨著科學技術(shù)的發(fā)展,對產(chǎn)品的加工精度和表面質(zhì)量的要求越來越高。精密加工適用于一些需要特殊加工的精密元器件。通常精密加工的尺寸精度在IT6級以上,表面粗糙度值在Ra0.2μm以下。外圓表面精密加工的方法主要有細表面粗糙度磨削、超精加工、研磨加工等。1.細表面粗糙度磨削

通過磨削使工件的表面粗糙度值達到Ra0.2μm以下的磨削工藝稱為細表面粗糙度磨削,包括精密磨削(Ra為0.05~0.1μm)、超精密磨削(Ra<0.04μm)和鏡面磨削(Ra0.01μm)。

細粗糙度磨削的實質(zhì)在于砂輪磨粒的作用。經(jīng)過精細修整后的砂輪磨粒形成許多微刃,見圖4-6。這些微刃的等高性大大提高,磨削時參加磨削的切削刃就大大增加,能在工件表面切下微細的切屑,形成粗糙度較細的表面。隨著磨削過程的繼續(xù)進行,銳利的微刃逐漸磨損而變得稍鈍,這就是半鈍化狀態(tài),如圖4-6c所示。這種半鈍化的微刃雖然切削作用降低了,但是在一定壓力下,能產(chǎn)生摩擦拋光作用,可使工件獲得更小的表面粗糙度值。圖4-6磨粒微刃及磨削中微刃的變化情況第一節(jié)外圓表面加工方法

細表面粗糙度磨削的結(jié)果,取決于所使用的砂輪的磨粒種類、機床精度以及砂輪的精細修整。要求機床具有高回轉(zhuǎn)精度、進給機構(gòu)高的靈敏度和低速進給時無爬行。細表面粗糙度磨削具有生產(chǎn)率高、應用范圍廣、能修正前道工序殘留的幾何形狀誤差,得到很高的尺寸精度和很小表面粗糙度值等優(yōu)點。2.超精加工

超精加工是用細粒度的磨條(油石)以較低的壓力和切削速度對工件表面進行精密加工的方法。其加工原理見圖4-7。加工中有三種運動:工件低速回轉(zhuǎn)運動;磨頭軸向慢速進給運動;磨條高速往復運動。這三種運動的合成使磨粒在工件表面上形成不重復的軌跡。如果暫不考慮磨頭的軸向進給運動,則磨粒在工件表面形成的軌跡是正弦曲線,如圖4-8所示。超精加工的切削過程與磨削、研磨不同,當工件粗糙的表面磨平之后,磨條能自動停止切削。超精加工過程大致有四個階段:圖4-7超精加工運動1—回轉(zhuǎn)運動2—進給運動3—往復運動圖4-8超精加工軌跡第一節(jié)外圓表面加工方法(1)強烈切削階段超精磨時雖然磨條磨粒很細,壓力很小,工件與磨條之間的潤滑油易形成油膜,但開始時,由于工件表面粗糙,少數(shù)凸峰單位面積壓力很大,破壞了油膜,故切削作用強烈。(2)正常切削階段當少數(shù)凸峰磨平后,接觸面積增加,壓強降低,磨條磨粒不再破碎脫落而進入正常切削階段。(3)微弱切削階段隨著接觸面積逐漸增大,壓強更小,磨條磨粒已經(jīng)變鈍,切削作用微弱,且細小的切屑形成氧化物而嵌入磨條的空隙中,因而磨條產(chǎn)生光滑表面,具有摩擦拋光作用而使工件表面拋光。(4)自動停止切削階段工件磨平,單位壓力很小,工件和磨條之間形成油膜,不再接觸,切削作用停止。

由于磨條與工件之間無剛性聯(lián)系,磨條切除金屬的能力很小,加工余量很小,一般為0.003~0.01mm,所以,超精加工修正尺寸誤差和形狀誤差的作用較差,一般需要前道工序保證零件必要的加工精度。

目前,超精加工廣泛用于加工內(nèi)燃機的曲軸、凸輪軸、刀具、軋輥、軸承、精密量儀及電子儀器等精密零件,可對不同的材料如鋼、鑄鐵、黃銅、磷青銅、陶瓷等的外圓、內(nèi)孔、平面及特殊輪廓表面進行加工。第一節(jié)外圓表面加工方法3.研磨

研磨是一種既簡單又可靠的精密加工方法。外圓研磨可以采用機械研磨,也可采用研磨套手工進行,如圖4-9所示。研磨用的研具是由比工件軟的材料(如鑄鐵、銅、巴氏合金及硬木等)制成,以便磨粒嵌入研具表面,研磨時工件支承在車床兩頂尖之間,作低速旋轉(zhuǎn)為20~40r/min。研具套在工件上,在研具與工件之間加入研磨劑,然后用手推研具作軸向往復運動,研磨劑受到壓力,在工件與研具的相對運動下,對工件進行研磨。

研磨不僅有機械切削作用,同時還有物理作用,即磨粒與工件接觸時的壓力和摩擦作用使接觸處的材料產(chǎn)生塑性變形,形成平滑表面。研磨劑能使被加工表面形成氧化層,從而加速研磨過程。

研磨后的尺寸與形狀精度的誤差可達到1~3μm以下,表面粗糙度值為Ra0.012~0.025μm,但對表面間相互位置精度無改善。研磨往往作為精密零件,尤其是精密配合零件的一種有效的加工方法,如液壓元件、液壓泵柱塞和氣閥等。

外圓表面加工方法可達到的經(jīng)濟精度及表面粗糙度值可參見表5-12。圖4-9在車床上研磨外圓第二節(jié)孔加工方法

內(nèi)孔表面是零件上的主要表面之一。根據(jù)零件在機械產(chǎn)品中的作用不同,內(nèi)孔有不同的精度和表面質(zhì)量要求,以及不同的結(jié)構(gòu)尺寸,如通孔、不通孔、階梯孔、深孔、淺孔、大直徑孔、小直徑孔等。內(nèi)孔加工時,可根據(jù)零件結(jié)構(gòu)類型的不同,采用不同的機床加工。一般可分為兩類。一類為回轉(zhuǎn)體零件上的軸線孔,通常在車床上進行加工,采用的孔加工方法有鉆孔、擴孔、鏜孔和鉸孔等。高精度的孔可在內(nèi)圓磨或萬能外圓磨床上加工。另一類為非旋轉(zhuǎn)體零件,如箱體、機體、支架類零件,其內(nèi)孔可在立式鉆床、搖臂鉆床及鏜床上加工。對于一些形狀復雜、加工表面多的中小批量零件,為提高生產(chǎn)率,可在數(shù)控銑床或加工中心機床上加工。大批量生產(chǎn)還可以在拉床上拉孔。

根據(jù)所采用的不同孔加工刀具,孔加工方法有鉆孔、擴孔、鉸孔、鏜孔和磨孔等?，F(xiàn)將這些加工方法分述如下:一、鉆孔加工

鉆孔是采用鉆頭在實心材料上加工孔的一種方法。常用的鉆頭是麻花鉆。為排出大量切屑,麻花鉆具有容屑空間較大的排屑槽,因而剛性與強度受很大削弱,故加工的內(nèi)孔精度低,表面粗糙。一般鉆孔后精度為IT12級左右,表面粗糙度值為Ra12.5~50μm。因此,鉆孔主要用于精度低于IT11級以下的孔加工,或用作精度要求較高的孔的預加工。第二節(jié)孔加工方法1.鉆孔的方式

鉆孔方式有兩種,一種是刀具旋轉(zhuǎn),工件或刀具作軸向進給,如鉆床、銑床和鏜床上鉆孔;另一種是工件旋轉(zhuǎn),刀具作軸向進給,如車床上鉆孔。

由于麻花鉆剛性差,當鉆頭的兩切削刃刃磨得不對稱時,很容易造成孔中心線的歪斜或偏移,稱為引偏。引偏量較大時在以后的工序中難以糾正。上述第一種方法鉆深孔時易產(chǎn)生引偏。第二種方法鉆孔時,如刀具發(fā)生偏斜,只會使孔徑擴大或產(chǎn)生幾何形狀誤差,而孔的軸線基本上是直的,所以深孔加工宜采用第二種方式。2.防止和減少鉆頭引偏的措施1)鉆孔前先加工孔端面,以免端面不平影響鉆頭兩切削刃受力不均。2)用中心鉆或短鉆頭在工件上預鉆出一個凹孔或淺孔,便于引導鉆頭。3)采用夾具以鉆套來引導鉆頭。4)仔細刃磨鉆頭,采用合理的鉆削用量。

鉆孔的直徑一般不大于50mm,超過35mm時可分兩次鉆,第一次鉆孔直徑約為第二次的0.5~0.7倍。第二節(jié)孔加工方法二、擴孔加工

擴孔是采用擴孔鉆對已鉆出(或鑄出、鍛出)的孔進行進一步加工的方法。擴孔時,背吃刀量較小,排屑容易,加之擴孔鉆剛性較好,刀齒較多,因而擴孔精度和表面粗糙度均比鉆孔好,一般尺寸精度可達IT10~IT11級,表面粗糙度值為Ra3.2~6.3μm。此外,擴孔還能糾正被加工孔的軸線偏斜。因此,擴孔常作為精加工(如鉸孔)前的準備工序,也可作為要求不高的孔的終加工工序。

對于孔徑大于100mm的孔,由于使用刀具尺寸較大,故擴孔應用較少,而多采用鏜孔加工。三、鏜孔加工

鏜孔應用很廣泛,在單件、小批生產(chǎn)中,鏜孔是很經(jīng)濟的孔加工方法。鏜孔可以在車床、鏜床及數(shù)控鏜銑床上進行。鏜孔既可以作為粗加工,也可以作為精加工;既能修正孔心線的偏斜,又能保證孔的坐標位置。鏜孔的尺寸精度一般可達IT7~IT8級,表面粗糙度值為Ra0.4~3.2μm。鏜孔刀具(鏜桿與鏜刀)因受孔徑尺寸限制(特別是小直徑深孔),一般剛性較差,鏜孔時容易產(chǎn)生振動,限制了切削用量的提高,故生產(chǎn)率較低。但鏜刀結(jié)構(gòu)簡單,刃磨方便,又可以在多種機床上進行鏜孔,故鏜孔是較經(jīng)濟的孔加工方法。小批生產(chǎn)中的非標準孔、大直徑孔、精確的短孔、不通孔和有色金屬孔等,一般多采用鏜孔。圖4-10為鏜孔方式。第二節(jié)孔加工方法圖4-10鏜孔的方式

在臥式鏜床上可以加工機座、箱體支架等外形復雜的大型零件上直徑較大的孔,以及有位置精度要求的孔和孔系。特別是位置精度較高的孔系加工,在一般機床上加工較難完成,在鏜床上利用坐標測量裝置和鏜模則很容易做到。如果在數(shù)控銑床或加工中心機床上加工孔系,則不僅能獲得很高的尺寸位置精度,同時還能大大提高生產(chǎn)率,特別適合于中小批量工件的加工。視頻第二節(jié)孔加工方法四、鉸孔加工

鉸孔是對未淬硬孔進行精加工的一種方法。鉸孔時,由于余量較小,切削速度較低,鉸刀刀齒較多,剛性好,而且制造精確,加之排屑、冷卻、潤滑條件較好等,鉸孔后孔本身質(zhì)量得到提高,孔徑尺寸精度可達IT7~IT9級,手鉸可達IT6級,表面粗糙度值為Ra0.2~1.6μm。

一般情況下,鉸孔不能糾正上道工序造成的孔的位置誤差,因此,孔的位置精度主要應由鉸孔前的加工工序保證。

鉸孔主要用于加工中小尺寸的孔,孔的直徑范圍為?1~?100mm。鉸孔不適宜用于加工短孔、深孔和斷續(xù)孔。

鉸孔時常出現(xiàn)孔徑擴大和表面粗糙度不佳等缺陷。為此,鉸孔時應注意以下幾方面:(1)正確選擇和使用鉸刀選擇和使用鉸刀時,第一應正確選擇鉸刀直徑,應結(jié)合工件材料、鉸孔加工余量大小及切削液的使用情況等予以確定。第二應注意鉸刀刀刃質(zhì)量。第三應正確安裝鉸刀。為了保證鉸刀的中心線和被加工孔中心線一致,防止出現(xiàn)孔徑擴大或嗽叭口現(xiàn)象,生產(chǎn)中多采用“浮動夾頭”裝夾鉸刀(見圖4-11),這樣可使鉸刀能自動找正,與工件孔中心線保持一致。圖4-11浮動夾頭1—外套2—錐柄3、7—鋼球4—隔塊5、6—件2與件1的內(nèi)外量爪8—螺母9—套筒第二節(jié)孔加工方法(2)合理選用鉸孔加工余量和切削用量鉸孔時,加工余量對表面粗糙度影響較大,通常粗鉸加工余量為0.15~0.35mm,精鉸為0.04~0.15mm。

合理選擇切削用量,能減小鉸孔的擴張量,表面粗糙度也能變細。為防止切削區(qū)溫度增加后產(chǎn)生刀瘤,使表面粗糙度變粗,切削速度和進給量不能太大,通常取切削速度為5m/min。鉸孔進給量也不能太小,因為進給量太小,會導致切屑太薄,以至刀刃不易切入金屬而發(fā)生打滑和啃刮現(xiàn)象。這樣,不僅使表面粗糙度值變大,還會引起振動,使孔徑擴大和鉸刀迅速磨損。五、磨孔加工(1)內(nèi)圓磨削工藝范圍

磨孔為孔的精加工方法,一般在內(nèi)圓磨床上進行。磨內(nèi)孔時,大孔直徑可不受限制,小孔直徑將受砂輪直徑的影響,因而孔徑不能太小。從孔的結(jié)構(gòu)特點看,它既可磨通孔、階梯孔等圓柱形孔,又可磨錐孔、內(nèi)滾道或成形滾道等,如圖4-12所示。若采用風動磨頭,最小孔加工直徑可達1mm左右。(2)內(nèi)圓磨削的工藝特點

磨內(nèi)孔主要用于工件的精加工和精密加工,磨孔的尺寸精度一般可達IT6~IT7級,表面粗糙度值為Ra0.2~0.8μm。磨削常用于一般刀具難以切削的高硬度材料的加工,如淬硬鋼、硬質(zhì)合金等。

內(nèi)圓磨削對于斷續(xù)孔(帶鍵槽或花鍵孔)和長度很短的精密孔都是主要的精加工方法。第二節(jié)孔加工方法圖4-12內(nèi)圓磨削工藝范圍第二節(jié)孔加工方法六、孔的精密加工方法

當零件內(nèi)孔加工精度要求很高(IT6級以上)和表面粗糙度要求很小(Ra<0.2μm)時,內(nèi)孔需要進行精密加工。常用的精密加工方法有精細鏜孔、珩磨孔和研磨孔等。(1)精細鏜孔

精細鏜孔最初是使用金剛石作刀具材料,所以又稱金剛鏜。這種方法常用于有色金屬及鑄鐵的內(nèi)孔精密加工。如柴油機連桿和氣缸套加工中應用較多。為獲得高的加工精度和小的表面粗糙度值要求,常采用精度高、剛度好和具有高轉(zhuǎn)速的金剛鏜床。精細鏜孔時加工余量很小,高速切削下切去截面很小的切屑。由于切削力很小,故尺寸精度能達到IT5級,表面粗糙度值為Ra0.1~0.4μm,孔的幾何形狀誤差小于0.003~0.005mm。鏜削精密孔時,為便于調(diào)刀,可采用微調(diào)刀頭,以節(jié)省對刀時間,保證孔徑尺寸。圖4-13所示是一種帶有游標刻度盤的微調(diào)鏜刀,這種微調(diào)鏜刀的刻度盤值可達到2.5μm。圖4-13微調(diào)鏜刀1—彈簧2—鍵3—鏜桿4—套筒5—刻度導套6—微調(diào)刀桿7—刀片8—墊圈9—夾緊螺釘?shù)诙?jié)孔加工方法(2)珩磨

珩磨是低速大面積接觸的磨削加工,是磨削加工的一種特殊形式。采用細粒度砂條(油石)組成的珩磨頭作回轉(zhuǎn)和往復運動,使砂條上的切削軌跡成交叉網(wǎng)紋(見圖4-14),因而容易獲得表面粗糙度較小而且較耐磨的加工表面。安裝在珩磨頭圓周上的若干砂條通過中間推桿,由兩個圓錐使頂銷將砂條向外漲開,以一定壓力壓向工件孔壁,以切除徑向加工余量,如圖4-15所示。圖4-14磨粒在孔表面上形成的軌跡圖4-15利用螺紋調(diào)壓的珩磨頭1—本體2—調(diào)整錐3—砂條座4—頂塊5—砂條6—彈簧箍7—彈簧8—螺母第二節(jié)孔加工方法

珩磨頭與珩磨機主軸采用浮動連接,珩磨頭以工件孔壁導向,以保證余量均勻。

珩磨加工能獲得很高的尺寸精度和形狀精度。尺寸精度可達IT6級,圓度和圓柱度誤差可達0.003~0.005mm,表面粗糙度值為Ra0.1~0.8μm。但是珩磨不能修正被加工孔的位置偏差,孔的位置精度和孔中心線的直線度應由前道工序保證。

珩磨由于磨削速度低,工件發(fā)熱少,孔的表面不會產(chǎn)生燒傷,變形層也極薄,因而可以獲得表面質(zhì)量很高的孔。珩磨時,雖然珩磨頭的轉(zhuǎn)速較低,但是由于參與切削的砂粒數(shù)目多,所以能很快地切除加工余量,故珩磨生產(chǎn)率高。

珩磨孔的應用范圍很廣,可以加工的孔徑范圍為8mm~1m,孔長度為10mm~12m,尤其是深孔加工。珩磨加工應用于發(fā)動機的氣缸孔、連桿孔、液壓油缸孔及機床制造、軍工等部門。

珩磨主要用于加工鑄鐵、淬硬和不淬硬的鋼件,但不宜加工易堵塞砂條的韌性金屬材料。珩磨不適用于加工帶鍵槽的孔和花鍵孔等斷續(xù)表面。(3)研磨孔研磨孔的原理與研磨外圓相同。研具采用鑄鐵或純銅制成的心棒,表面開槽以存儲研磨劑。圖4-16為研孔用的研具。圖4-16a為鑄鐵粗研具,棒的直徑可用螺釘調(diào)節(jié);圖4-16b為精研用的研具,可用低碳鋼或純銅制成。將研具夾在機床上旋轉(zhuǎn),用手握住工件,套在心棒上往復移動,使研磨粒在工件內(nèi)表面上得到復雜的不重復的軌跡。內(nèi)孔研磨時,尺寸精度可達IT6級以上,表面粗糙度值為Ra0.012~0.015μm。研磨不能糾正孔的位置誤差,故孔的位置精度只能由前道工序來保證。研磨生產(chǎn)率較低,研磨前孔必須經(jīng)過磨削、鉸削或精鏜等工序。研磨余量不能太大,對于中小尺寸的孔,研磨加工余量約為0.025mm。

孔加工方法可達到的經(jīng)濟精度及表面粗糙度值參見表5-13。第三節(jié)平面加工方法

平面是箱體、機體類零件的主要加工表面。平面常用的加工方法有刨削、銑削和磨削,對于大批大量生產(chǎn)的零件,也可采用拉削加工。一、平面刨削加工1.刨削工藝特點

中小類型零件平面刨削可在牛頭刨床上進行,大型零件如床身、立柱等可在龍門刨床上加工。刨削不僅可以加工平面,還可以加工各種斜面和溝槽等。

刨削主要用于平面的粗加工和半精加工。由于刨削時刀具作往復運動,有空行程損失,故刨削生產(chǎn)率低。但對于加工窄長平面,則刨削的生產(chǎn)率高于銑削。因此,窄長平面和機床導軌面的加工多采用刨削。

刨削的刀具結(jié)構(gòu)與車刀相似,刀具刃磨方便,調(diào)整容易,故刨削方式簡單,經(jīng)濟性較好,一般適合于單件小批生產(chǎn)。刨削加工范圍不如銑削加工廣泛。銑削的許多加工內(nèi)容是刨削無法替代的,例如加工內(nèi)凹平面、封閉形溝槽以及有分度要求的平面溝槽等。2.刨削方式第三節(jié)平面加工方法圖4-17寬刃細刨刀

寬刃細刨是在普通精刨的基礎上,使用高精度的龍門刨和寬刃細刨刀(圖4-17),以低切削速度和大進給量在工件表面切去一層極薄的金屬。由于切削力、切削熱和工件變形均很小,所以可獲得比普通精刨更高的加工質(zhì)量,表面粗糙度值可達Ra0.8~0.16μm,直線度誤差可達0.02mm/m。

寬刃細刨主要用來代替手工刮研各種導軌平面,可使生產(chǎn)率提高幾倍甚至幾十倍,應用較為廣泛。

寬刃細刨對機床、刀具、工件、加工余量、切削用量和切削液均有嚴格的要求。視頻第三節(jié)平面加工方法二、平面銑削加工1.銑削工藝特點

銑削是平面加工中應用很普遍的加工方法之一。除了加工平面外,還可用于臺階、溝槽、割斷、成形表面等加工。銑削加工除了使用臥式、立式銑床之外,在數(shù)控鏜銑床或加工中心機床上進行銑削加工也已相當廣泛。

銑削比刨削的生產(chǎn)率高。這是因為銑刀上有較多的刀齒依此連續(xù)地切削。銑削的切削運動是旋轉(zhuǎn)運動,提高切削速度不會像刨削那樣受到限制,可以進行高速多刀切削;銑削時工作臺移動速度低,有可能在移動的工作臺上裝卸工件,使輔助時間與機動時間重合,從而提高了生產(chǎn)率。由于銑刀結(jié)構(gòu)、銑削方法的不斷改進,機夾不重磨銑刀不斷創(chuàng)新,進一步促進了銑削在機械加工中的應用。但是銑刀結(jié)構(gòu)比較復雜,銑刀調(diào)整也較困難,故經(jīng)濟性不如刨削。

銑削平面主要用于粗加工和半精加工。在正常條件下,粗銑平面的平面度誤差為0.15~0.3mm/m,表面粗糙度值為Ra6.3~12.5μm,半精銑的平面度誤差為0.1~0.2mm/m,表面粗糙度值為Ra1.6~6.3μm。第三節(jié)平面加工方法2.平面銑削方式(1)端銑和圓周銑平面銑削方式有端銑和周銑兩種,如圖4-18所示。目前,常采用端銑加工平面,因為端銑的加工質(zhì)量和生產(chǎn)率都比周銑高。其主要原因是:1)端銑時刀具與加工表面的接觸弧較長,同時參加切削的刀齒多,而且不因余量的大小而改變同時工作的齒數(shù),故切削較平穩(wěn)。而周銑通常只有1~2個刀齒同時參加工作,在刀齒切入和切出時,切削力變化較大,容易產(chǎn)生沖擊和振動。圖4-18銑削方式a)圓周銑削b)端面銑削第三節(jié)平面加工方法2)面銑刀的主要切削工作是由沿圓周排列的刀齒完成的,端面切削刃則起修光作用,可以獲得較小的表面粗糙度值,而周銑只有圓周刀齒工作,各刀齒又是間斷地依此進行切削,所以加工表面實際上由許多圓弧組成,而且銑刀在軸向的形狀誤差會直接反映在加工表面上。3)面銑刀的刀桿粗而短,剛性好,能進行強力切削;同時銑刀直徑大,鑲硬質(zhì)合金刀齒,可進行高速切削,故生產(chǎn)率高。而周銑刀的刀桿剛度較低,在切削力的作用下易彎曲變形。

在數(shù)控鏜銑床和加工中心機床上通常采用端銑加工平面,而圓周銑削則常用于普通臥式銑床上加工平面和槽等。(2)逆銑和順銑圓周銑削有逆銑與順銑兩種銑削方式。1)逆銑。銑刀切削速度方向與工件進給方向相反時稱為逆銑,如圖4-19a所示。2)順銑。銑刀切削速度方向與工件進給方向相同時稱為順銑,如圖4-19b所示。圖4-19圓周銑削方式a)逆銑b)順銑第三節(jié)平面加工方法

逆銑時,切削厚度從零逐漸增大,刀齒在加工表面上擠壓、滑行,切不下切屑,使這段表面產(chǎn)生嚴重的冷硬層,導致刀齒磨損,同時使工件表面粗糙度值增大,見圖4-19a所示。

順銑時,刀齒的切削厚度從最大開始,避免了滑行現(xiàn)象;同時,切削力始終壓向工作臺,避免了工件的上下振動,因而能提高銑刀耐用度和加工表面質(zhì)量,如圖4-19b所示。

相比較而言,順銑的加工質(zhì)量好于逆銑。但是由于順銑時工件所受的縱向分力Fe與進給運動方向相同,會造成由銑刀帶動工作臺前進的運動形式。當絲杠與螺母之間有間隙時,就會造成工作臺竄動,使銑削進給量不勻,甚至還會打刀。因此,在沒有絲杠螺母間隙消除裝置的一般銑床上銑削加工時,宜采用逆銑加工。數(shù)控機床上通常都有絲杠螺母間隙消除裝置,所以在數(shù)控機床上銑削時,一般都采用順銑加工。(3)對稱銑削和不對稱銑削端銑時,根據(jù)銑刀相對于工件安裝位置不同,可分為對稱銑削和不對稱銑削,如圖4-20所示。圖4-20端銑的銑削方式a)對稱銑削b)不對稱逆銑c)不對稱順銑第三節(jié)平面加工方法1)對稱銑削。銑刀軸線位于銑削弧長的對稱中心位置,切入切出切削厚度一樣,這種銑削方式具有較大的平均切削厚度。在用較小的αf銑削淬硬鋼時,為使刀齒超硬層切入工件,應采用對稱銑削。2)不對稱逆銑。這種銑削在切入時切削厚度最小,銑削碳鋼和一般合金鋼時,可減小切入時的沖擊。3)不對稱順銑。這種銑削在切出時切削厚度最小,用于銑削不銹鋼和耐熱合金鋼時,可減少硬質(zhì)合金的剝落磨損,提高切削速度40%~60%。三、平面磨削加工1.平面磨削工藝特點

平面磨削和其他磨削方法一樣,加工后可獲得高加工精度、小的表面粗糙度值。所以主要用于淬硬平面或未淬硬平面的精加工和精密加工。2.平面磨削方式

平面磨削有端面磨削和圓周磨削兩種方式,如圖4-21所示。(1)端面磨削砂輪的工作表面是端面,磨削時砂輪和工件接觸面積較大,易發(fā)熱,散熱和冷卻都比較困難,加上砂輪端面因沿徑向各點圓周速度不等而產(chǎn)生不均勻磨損,故磨削精度較低。但是,這種磨削方式磨床主軸伸出長度短,剛性好,磨頭主要承受的是軸向力,彎曲變形小,因而可采用較大的磨削用量,生產(chǎn)率高。(2)圓周磨削砂輪的工作表面是圓周表面,磨削時砂輪和工件接觸面積小,發(fā)熱少,散熱快,加之冷卻和排屑條件好,故能獲得較高的加工精度和表面質(zhì)量。通常用于加工精度要求較高的工件。圖4-21平面磨削方式a)端面磨削b)圓周磨削第三節(jié)平面加工方法四、刮研

刮研平面用于未淬硬的工件。它可使兩個平面之間達到緊密的吻合,能獲得較高的形狀精度和相互位置精度。經(jīng)刮研后的平面能形成具有潤滑油膜的滑動面,故刮研還可用于未淬硬導軌面的加工。

平面加工方法可達到的經(jīng)濟精度及表面粗糙度參見表5-14。圖4-22具有成形表面的零件a)凸輪機構(gòu)b)模具型腔c)齒輪漸開線齒形第四節(jié)成形表面加工方法一、常見具有成形表面的零件

機械零件的表面形狀千變?nèi)f化,但大多數(shù)零件主要由平面、外圓、錐面、內(nèi)孔、錐孔等基本表面組合而成,這些表面的加工方法已在前面述及。在自動化機械及模具制造中,需要加工一些具有成形表面的零件,如自動化機械中的凸輪機構(gòu)等。圖4-22為各種具有成形表面的零件。圖4-22a所示凸輪的輪廓形狀有阿基米德螺旋線形、對數(shù)曲線形、圓弧形等各種不同形狀;圖4-22b所示模具中的凹模型腔往往是由形狀各異的成形表面組成。尤其是塑料模具中的注射模型腔,更是復雜的立體成形表面;圖4-22c中的齒輪通常為漸開線齒形。二、成形表面的加工方法

成形表面的加工根據(jù)零件表面形狀的特點、加工精度要求以及零件生產(chǎn)類型的不同,可以采用不同的方法。其主要方法有劃線加工、仿形法加工、展成加工以及在數(shù)控機床上加工等。1.按劃線加工

在工件上劃出形面的輪廓曲線,鉗工沿劃線外緣鉆孔、鋸開、修銼和研磨,也可以用銑床粗銑后再由鉗工修銼。此法主要靠手工操作,花費時間長,生產(chǎn)效率低,加工精度取決于鉗工工具和工人操作水平。一般適用于單件小批生產(chǎn)中,表面形狀比較簡單、精度要求不是很高的場合,目前這種方法已很少采用。第四節(jié)成形表面加工方法2.仿形法加工

在成批生產(chǎn)中加工成形表面時,常用靠模夾具在通用機床上進行銑削或磨削,大批量生產(chǎn)時可在專用仿形銑床和磨床上加工。圖4-23為用液壓隨動靠模裝置加工成形表面。3.光學曲線磨床上的仿形加工

這種仿形加工的特點是不需靠模板。將形面按比例放大30~50倍,畫在半透明紙上,把這張紙放在投影儀的投影面上,操作者以手動前后左右移動砂輪磨削工件,使它與圖面形狀重合。這種方法雖然生產(chǎn)率低,但也可以達到一定的精度,適用于磨削尺寸較小的精密凸輪形面。圖4-23液壓靠模裝置1—銑刀2—刀架3—活塞4—觸銷第四節(jié)成形表面加工方法4.在數(shù)控機床上加工

采用仿形加工雖然能解決成形表面加工,但是當零件形狀復雜,精度要求高時,對靠模制造將提出更高的要求。而由于靠模誤差的影響,加工零件的精度很難達到較高的要求。尤其當產(chǎn)品批量不大,要求頻繁改型時,必須重新制造靠