机械加工有哪些

第二章数控加工工艺基础 第一节 工艺过程的基本概念 基本概念 机械加工工艺系统：由机床、刀具、夹具和工件组成 机械制造系统：在工艺系统基础上以整个机械加工车间为整体的更高一级的系统。该系统的整体目的就是使该车间能最有效地全面完成全部零件的机械加工任务。 生产系统（Production system）是将输入资源转换为期望产出的过程，是由人和机器构成的,能将一定输入转化为特定输出的有机整体,使转化过程具有增值性是生产系统的基本功能.增值是描述输入系统的成本与系统输出所形成的价值之间的差额。 §2.1基本概念 机械产品生产过程 工艺过程— 直接改变生产对象的形状、尺寸和性质的过程（相关作业总和），由基本车间完成。 机械加工工艺过程:指用机械加工方法直接改变毛坯的形状、尺寸和表面质量。使之成为零件或部件的生产过程 第二节 机械加工质量 加工精度与加工误差 加工精度：零件加工后的实际几何参数(尺寸、形状和位置)与理想几何参数相符合的程度。符合程度越高则加工精度就越高。 加工误差：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。加工误差的大小表示了加工精度的高低，加工误差是加工精度的度量。 “加工精度”和“加工误差”是评定零件几何参数准确程度的两种不同概念。机械机加工生产实际中用控制加工误差的方法或现代主动适应加工方法来保证加工精度。 二、获得加工精度的方法 （1）获得尺寸精度的方法 1）试切法：试切—测量—调整—再试切；用于单件小批生产 2）调整法：通过预调好的机床、夹具、刀具、工件，在加工中自行获得尺寸精度。 用于成批大量生产 3）定尺寸刀具法：用一定形状和尺寸的刀具加工获得。 生产率高，刀具制造复杂 4）自动控制法：用一定装置，边加工边自动测量控制加工。 夹具的作用是使工件相对于刀具和机床具有正确的位置，夹具的制造误差对工件的加工精度 (特别是位置精度) 有很大影响 。 （2）、切削力大小变化引起的加工误差（复映误差） （3）、工艺系统其它外力作用引起的加工误差 5、减小工艺系统受力变形的措施 工艺系统热变形引起的加工误差 （一）概 述 （五）减少工艺系统热变形的主要途径 工件残余应力引起的加工误差 提高加工精度的工艺措施 数控机床精度 机床重复定位精度 检测反馈装置的精度 伺服进给系统的跟随误差 刀具交换误差 机械加工表面质量 概述 一、机械加工表面质量含义 包括：微观几何形状 表层物理力学性能 （一）加工表面的几何形状特征 表面几何误差包括： 形状误差： 波长/波幅

1000 表面轮廓曲线经带通滤波获得 一般与刃口形状，机械加工是什么进给，刀瘤等有关。 表面微观不平度误差： 波长/波幅

0.02mm时 f ↑ →rz → 减小表面粗糙度的措施： 1）刀具结构参数：增大主偏角和副偏角、增大刀尖圆弧半径。 2）切削用量：增大切削速度减小进给量。 加工脆性材料时，切削速度对于粗糙度影响不大 加工塑性材料时，积屑瘤出现在中等切削速度时，对粗糙度影响很大。 3）工件材料的影响：工件材质韧性、塑性增大，ra增大；工件材质晶粒越均匀，颗粒越细小，ra减小。切削加工前进行适当热处理。 4）切削过程：选择合适切削液。 夹具的误差主要是指： 1）定位元件、刀具导向元件、分度机构、夹具体等零件的制造误差。 2）夹具装配后，以上各种元件工作面间的相对尺寸误差。 3）夹具在使用过程中工作表面的磨损。（图例） 工艺系统： 机床、夹具、工件、刀具 外力：切削力、传动力、惯性力、夹紧力、重力 产生加工误差（举例） 破坏了刀具、工件间相对位置 二、工艺系统受力变形引起的加工误差 工艺系统受力变形现象 图 受力变形对工件精度的影响 a) 车长轴 b） 磨内孔 ? 由此看来，为了保证和提高工件的加工精度，就必须深入研究并控制以至消除工艺系统及其有关组成部分的变形。 2）工艺系统受力变形对加工精度的影响 ①工艺系统的刚度随切削力着力点位置的变化而变化，引起系统变形的差异，产生加工误差。 设刀具工件刚度很大 总变形 y系= y刀架+ yx 细长轴车削时的形状误差 短粗轴车削时的误差 在加工过程中，由于工件毛坯加工余量或材料硬度不均匀，都会引起背向力的变化，从而使工艺系统受力变形不一致造成零件加工后还保留与毛坯表面类似的形状和尺寸误差。 以车削短圆柱工件外圆为例，如图所示。 1）由于机床部件或工件本身重量以及它们在移动中位置变化而引起的加工误差 2）由于夹紧力引起的加工误差 图 机床部件自重引起地横梁变形 套筒夹紧变形误差 ⅰ－工件 ⅱ－开口过渡环 通过提高导轨等 结合面的刮研质 量、形状精度并 降低表面粗糙度， 都能增加接触面 积，有效地提高 接触刚度。预加 载荷，也可增大 接触刚度 加工细长轴时， 采用中心架或 跟刀架来提高 工件的刚度。 采用导套、导 杆等辅助支承 来加强刀架的 刚度。 对刚性较差 的工件选择 合适的夹紧 方法，能减 小夹紧变形， 提高加工精度 采用塑料滑动导轨，其摩擦特性好，有效防止低速爬行，运行平稳，定位精度高，具有良好的耐磨性、减振性和工艺性。精密机械加工厂家此外，还有滚动导轨和静压导轨。 （1）提高 接触刚度 （2）提高零部 件刚度减小受力 变形 （3）合理安 装工件减小 夹紧变形 4．减少摩擦防止微量进给时的“爬行” （5）合理使 用机床 （6）合理安排 工艺，粗精分开 （7）转移或 补偿弹性变形 减少工艺系统受力变形 支座零件不同安装方法 工艺系统在各种热源作用下，会产生相应的热变形，从而破坏工件与刀具间正确的相对位置，造成加工误差。 ? 据统计，由于热变形引起的加工误差约占总加工误差的40%~70%。工艺系统的热变形不仅严重地影响加工精度，而且还影响加工效率的提高。 实现数控加工后，加工误差不能再由人工进行补偿，全靠机床自动控制，因此热变形的影响就显得特别重要。 工艺系统热变形的问题已成为机械加工技术发展的一个重大研究课题。 1. 工艺系统的热源 电机、轴承、齿轮、油泵等 工件、刀具、切屑、切削液 气温、室温变化、热、冷风等 热源 切削热 摩擦热 外部热源 内部热源 环境温度 热辐射 日光、照明、暖气、体温等 1．减少发热和隔离热源 分离热源、采用隔热措施，改善摩擦条件，机械加工设备减少热量产生，如图所示。有时可采用强制冷却法，吸收热源热量，控制机床温升和热变形。合理安排工艺、粗精分开。 1) 采用热对称结构 2) 合理选择机床零部件的 安装基准(图5-35) 寻求各部件热变形的规 律建立热变形位移数字 模型并存入计算机中进 行实时补偿 加工前使机床高速空转， 达到热平衡时再切削加工 1）减小温差； 2）均衡关键件的温升，避免 弯曲变形（如图所示） 恒温车间、使用门帘、取暖装置均匀布置； 恒温精度一般控制在±1℃以内，精密机械加工厂家精密级较 高的机床为±0.5℃。恒温室平均温度一般为 20℃，在夏季取23℃，在冬季可取17℃ 2．均衡温度场 3．改进机床布局和结构设计 4．保持工艺系统的热平衡 5．控制环境温度 6. 热位移补偿 图采用隔热罩减少热变形 用热空气均衡立柱前后壁的温度场 图车床上主轴箱两种结构的热位移 （一）内应力的产生及其对加工精度的影响 什么是残 余 应 力 残余应力是指在没有外部载荷的情况下，存在于工件内部的应力，又称内应力。 产生原 因 残余应力是由金属内部的相邻宏观或微观组织发生了不均匀的体积变化而产生的，促使这种变化的因素主要来自热加工或冷加工。 残余应力对零件的影响影响 存在残余应力的零件，始终处于一种不稳定状态，其内部组织有要恢复到一种新的稳定的没有内应力状态的倾向。 在内应力变化的过程中，零件产生相应的变形，原有的加工精度受到破坏。 用这些零件装配成机器，在机器使用中也会逐渐产生变形，从而影响整台机器的质量。 切削加工 磨削加工 产生内应力原因 毛坯制造 热处理 冷校直 减少内应力引起变形的措施 1．合理设计零件结构 应尽量简化结构，减小 零件各部分尺寸差异， 以减少铸锻件毛坯在制 造中产生的残余应力。 2．增加消除残余应力的专门工序 对铸、锻、焊接件进行退火或回火； 工件淬火后进行回火；对精度要求 高的零件在粗加工或半精加工后进 行时效处理（自然、人工、振动时 效处理） 3．合理安排工艺过程 在安排零件加工工 艺过程中，尽可能将粗、精加工分在不同工序中进行，给工件足够的变形时间。 图铸件残余应力引起的变形 图所示为一个内外壁厚相差较大的铸件，在浇铸后的冷却过程中产生残余应力的情况。 图冷校直引起的内应力 查明产生加工误差的主要因素后，设法对其直接进行 消除或减弱，如细长轴加工用跟刀架会导致工件弯曲 变形，现采用反拉法切削工件受拉不受压不会因偏心 压缩而产生弯曲变形 一、减少误差法 二、误差补偿法 误差补偿法是人为地造出一种新的原始误差，去抵消 原来工艺系统中存在的原始误差，尽量使两者大小相 等、方向相反而达到使误差抵消得尽可能彻底的目的。 如图5-39、图5-40 三、误差分组法 误差分组法是把毛坯或上工序加工的工件尺寸经测量 按大小分为n组，每组尺寸误差就缩减为原来的1/n。 然后按各组的误差范围分别调整刀具位置，机械加工设备使整批工 件的尺寸分散范围大大缩小。 图5－38 反拉法切削细长轴 a) 正向进给 b) 反向进给 图5－39 通过导轨凸起补偿横梁变形 图5－40 螺纹加工校正机构 1－工件2－丝杠螺母 3－车床丝杠 4－杠杆 5－校正尺 6－滚柱 7－工作尺面 四、误差转移法 误差转移法就是把原始误差从误差敏感方向转移到误差 的非敏感方向。例如图5-41 ，转塔车床的转位刀架采用 “立刀”安装法;图5-42所示为利用镗模进行镗孔，主轴与 镗杆浮动联接。 五、就地加工法 全部零件按经济精度制造，然后装配成部件或产品，机械零部件加工且 各零部件之间具有工作时要求的相对位置，最后以一个 表面为基准加工另一个有位置精度要求的表面，实现最 终精加工，这就是“就地加工”法，也称自身加工修配法。 六、误差均分法 误差均分法就是利用有密切联系的表面之间的相互比较 和相互修正或者利用互为基准进行加工，以达到很高的 加工精度。 图例 图例 转塔上六个安装刀具的孔，其轴心线必须保证与机床主轴旋转中心线重合，而六个平面又必须与旋转中心线垂直。在装配之前，这些重要表面不进行精加工，等转塔装配到机床上以后，再在自身机床上对这些空和平面进行精加工。具体方法是在机床主轴上装上镗刀杆和能做径向进给的小刀架，对这些表面进行精加工，便能达到所需要的精度。 * * 生产过程，将原材料转变为产品的所有劳动过程。 对于机器的制造而言，生产过程包括： 生产技术准备过程 毛坯的制造过程 零件的机械加工、热处理和其他表面处理 产品的装配、调试、检验和油漆 原材料和成品的运输与保管 生产过程可分为两大类型，一类是直接生产过程，它们直接改变被加工对象的形状、尺寸、性能和相对位置,另一类为辅助生产过程，如技术准备、售后服务等 机械加工工艺过程 工艺过程可逐级分为工序、安装、工位、工步、走刀 机械加工工艺过程的组成 工序—一个（组）工人在一台机床（工作地点）上对一个（同时对几个）工件连续完成的那一部分工艺过程 划分工序的主要依据是： 1、工作地点（或机床）是否改变 2、加工是否连续 工序是组成机械加工工艺过程的基本单元 机械加工工序的组成 安装—每一次装夹下完成的工序内容 工位—一次安装后，通过分度或移位装置改变加工位置时每一位置上完成的加工内容 机械加工工序的组成 工步—加工表面、刀具、切削用量不变的情况下完成的工位内容 复合工步—为提高生产效率用多把调整好的刀具同时加工多个表面 在一次安装中连续进行的若干相同加工内容，可以看成一个工步。 机械加工工序的组成 走刀—切削刀具在加工表面切削一次所完成的工步内容 根据被切除的金属厚度不同，一个工步可以包括一次或数次走刀。 机械加工工艺过程组成小结 工序1 工艺过程 工序2 工序i 工序n … … 安装1 安装2 安装i 安装m … … 工位1 工位2 工位i 工位p … … 工步1 工步2 工步i 工步k … … 走刀1 走刀2 走刀i 走刀q … … n m p k q均为除零以外的自然数 工序是组成机械加工工艺过程的基本单元 机械加工精度 机械加工质量分析与控制 产品质量是企业的生命线 按现代质量观它包括设计质量、制造质量和服务质量 零件制造质量是保证产品质量的基础 加工质量指标分加工精度和加工表面质量 一、 机械加工精度的基本概念 （2）获得形状精度的方法 1）轨迹法 利用刀尖运动轨迹形成工件表面形状 2）成形刀具法 由刀刃的形状形成工件表面形状 3）展成法 由切削刃包络面形成工件表面形状 （3）获得相互位置精度的方法 主要由机床精度、中国机械加工网夹具精度和工件的装夹精度来保证 方法：直接找正装夹、划线找正装夹、夹具装夹。 三、影响加工精度的因素 零件的机械加工是在由机床、夹具、刀具和工件组成的工艺系统中进行的。 工艺系统中凡是能直接引起加工误差的因素都称为原始误差。 原始误差的存在，使工艺系统各组成部分之间的位置关系或速度关系偏离了理想状态，致使加工后的零件产生了加工误差。 原始误差的分类归纳如下。 若原始误差是在加工前已存在，即在无切削负荷的情况下检验的，称为工艺系统静误差；若在有切削负荷情况下产生的则称为工艺系统动误差。 原始误差 加工前误差 加工中误差 加工后误差 调整误差 机床误差 刀具制造误差 夹具误差 加工原理误差 工件装夹误差 工艺系统受力变形 刀具磨损 残余应力引起变形 测量误差 工艺系统热变形 图例 1、加工原理误差 由于采用近似的刀具 由于采用近似的传动 近似的成形运动或刃形所产生的误差，多为形状误差 加工前的静误差 2、机床的几何误差：机床的制造误差、安装误差和磨损。 机床几何误差 机床传动链误差 机床主轴回转误差 机床导轨误差 轴向窜动 径向跳动 角度摆动 水平面内直线度 垂直面内直线度 前后导轨的平行度 内联传动链始末两端传动元件间相对运动误差 主轴回转误差 图7.9a 导轨在垂直面内直线度误差 图例 导轨在水平面内直线度误差 图例 图例 图 车螺纹的传动误差示意图 s－工件导程；t－丝杠导程；z1～z8－各齿轮齿数 1、刀具 误差 一般刀具 定尺寸刀具 成形刀具 展成法刀具 如普通车刀、单刃 镗刀和面铣刀等）的制 造误差对加工精度没有 直接影响，但磨损后对 工件尺寸或形状精度有 一定影响 定尺寸刀具（如钻 头、铰刀、圆孔拉刀等） 的尺寸误差直接影响被 加工工件的尺寸精度。 刀具的安装和使用不当， 也会影响加工精度。 成形刀具（如成形车 刀、成形铣刀、盘形齿 轮铣刀等）的误差主要 影响被加工面的形状精 度 展成法刀具（如齿轮 滚刀、插齿刀等）加工齿 轮时，刀刃的几何形状及 有关尺寸精度会直接影响 齿轮加工精度 工艺系统其它几何误差 刀具误差对加工精 度的影响随刀具种类 的不同而不同。 夹具误差 工件在夹具中装夹示意图 * *

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