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1、第二節(jié) 銑削加工的質(zhì)量分析,(一)加工精度分析 就是零件在加工以后的幾何參數(shù)(尺寸、形狀和相互位置)的實(shí)際值與理想值相符合的程度。,一、銑削加工的質(zhì)量分析,在實(shí)際生產(chǎn)過程中,是允許存在一定的偏差,但是保證零件的加工精度,也就是設(shè)法將加工誤差控制在允許的范圍內(nèi)。,工藝系統(tǒng):在機(jī)械加工過程中,機(jī)床、夾具、刀具和工件構(gòu)成一個系統(tǒng)。(4部分),1工藝系統(tǒng)的幾何誤差,1)加工原理誤差 它是指采用了近似的加工工方法所引起的誤差。如加工列表曲線時用數(shù)學(xué)方程曲線逼近被加工曲線所產(chǎn)生的逼近誤差、用直線或圓弧插補(bǔ)方法加工非圓曲線時產(chǎn)生的插補(bǔ)誤差等,減小此類誤差的方法是提高逼近和插補(bǔ)精度。 2)機(jī)床的幾何誤差
2、 a.機(jī)床主軸誤差 機(jī)床主軸是安裝工件或刀具的基準(zhǔn),并將切削主運(yùn)動和動力傳給工件或刀具。,工藝系統(tǒng)的幾何誤差是機(jī)床、夾具、刀具及工件本身存在的誤差,又稱為工藝系統(tǒng)的靜誤差。,b.機(jī)床導(dǎo)軌誤差機(jī)床床身導(dǎo)軌是確定各主要部件相對位置的基準(zhǔn)和運(yùn)動的基準(zhǔn)。 c.傳動誤差機(jī)床的切削運(yùn)動是通過某些傳動機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)的,這此機(jī)構(gòu)本身的制造、裝配誤差和工作中的磨損,將引起切削運(yùn)動的不準(zhǔn)確。,3)刀具誤差、夾具誤差與工件定位誤差 a刀具誤差機(jī)械加工中的刀具分為普通刀具、定尺寸刀具和成形刀具三類。普通刀具,如車刀、銑刀等。定尺寸的刀具如鉆頭、鉸刀、拉刀等。 b夾具誤差夾具誤差主要是指定位元件、對定位裝置及夾具體等零
3、件的制造、裝配誤差及工作表面磨損等。 c 工件定位誤差工件的定位誤差是指由于定位不正確所引起的誤差。 4)調(diào)整誤差 在機(jī)械加工時,工件與刀具的相對位置需要進(jìn)行必要的調(diào)整(如對刀、試切)才能準(zhǔn)確。,2工藝系統(tǒng)受力變形引起的加工誤差,工藝系統(tǒng)的剛度:剛度是物體或系統(tǒng)抵抗外力使其發(fā)生變形的能力。用變形方向上的外力與變形量的比值K來表示。 K =F/Y式中:F 靜載外力(N)Y 在外力作用方向上的靜變形量(mm) 機(jī)械加工過程中,由吃刀抗力FY引起的工藝系統(tǒng)受力變形對加工精度影響最大,所以常用吃刀抗力測定機(jī)床的靜剛度,即 K = Fy/Y 變形量Y = Fy/K 由上式可以看出,要減小因受力而引起的
4、變形,就要提高工藝系統(tǒng)的剛度。 圓柱銑刀在加工中相當(dāng)于一個懸臂梁,其長徑比就決定了其剛度的大小,加工時就要注意根據(jù)切削用量選擇合適的銑刀長徑比。,3 工藝系統(tǒng)熱變形所引起的加工誤差,工藝系統(tǒng)在各種熱源作用下將產(chǎn)生復(fù)雜的熱變形,使工件和刀具的相對位置發(fā)生變化,或因加工后工件冷卻收縮,從而引起加工誤差。數(shù)控機(jī)床大多進(jìn)行精密加工,由于工藝系統(tǒng)熱變形引起的加工誤差約占總誤差的40-70%。因此,許多數(shù)控機(jī)床要求工作環(huán)境保持恒溫,在加工過程中使用冷卻液等方法可以有效地減小工藝系統(tǒng)的熱變形。,4工件內(nèi)應(yīng)力所引起的變形,所謂內(nèi)應(yīng)力是指當(dāng)外部的載荷去除以后,仍然殘存在工件內(nèi)部的應(yīng)力。 引起內(nèi)應(yīng)力的主要原因是
5、熱變形和冷變形。在鑄、鍛、焊、熱處理等熱加工過程中,由于毛坯各部分冷卻收縮不均勻而引起的應(yīng)力稱為熱應(yīng)力。在進(jìn)行冷軋、冷校直和切削時,由于毛坯或工件受力不均勻,產(chǎn)生局部變形所引起的內(nèi)應(yīng)力稱為塑變應(yīng)力。 去除工件內(nèi)應(yīng)力的方法是進(jìn)行時效處理,時效處理分為自然時效和人工時效兩種,自然時效是在大氣溫度變化的影響下使內(nèi)應(yīng)力逐漸消失的時效處理方法,一般需要二、三個月甚至半年以上的時間。人工時效是使毛坯或半成品加熱后隨加熱爐緩慢冷卻,達(dá)到加快內(nèi)應(yīng)力消失的時效處理方法,用時效短。大型零件、精度要求高的零件在粗加工后要經(jīng)過時效處理才能進(jìn)行精加工;精度要求特別高的工件要經(jīng)過幾次時效處理。,(二)表面質(zhì)量分析,影響表
6、面質(zhì)量的因素: 1 、 影響表面粗糙度的的因素 1)刀具切削刃的幾何形狀 刀具相對工件作進(jìn)給運(yùn)動時,在加工表面上留下了切削層殘留面積,其形狀完全是刀具切削刃形狀在加工過程中的復(fù)映。殘留面積越大,表面粗糙度越大。在減小切削層殘留面積可以采取減小刀具主、副偏角和增大刀尖圓弧半徑等措施。 2)工件材料的性質(zhì) 切削塑性材料時,切削變形大,切屑與工件分離產(chǎn)生的撕裂作用,加大了表面粗糙度。所以在切削中、低碳鋼時,為改善切削性能可在加工前進(jìn)行調(diào)質(zhì)或正火處理。一般情況下,硬度在HB170-230范圍內(nèi)的材料切削性能較好。切脆性材料進(jìn),切屑呈碎粒狀,由于切屑崩碎時會在表面留下麻點(diǎn),使表面粗糙。如果降低切削用量,
7、使用煤油潤滑冷卻,則可減輕切屑崩碎現(xiàn)象,減小表面粗糙度。,3)切削用量 在一定的切削速度范圍內(nèi),加工塑性材料容易產(chǎn)生積屑瘤或鱗刺,應(yīng)避開這個切削速度范圍(一般為小于80m/min時)。適當(dāng)減小進(jìn)給量可減小殘留面積,減小粗糙度值。一般背吃刀量對表面粗糙度值影響不大。 4) 工藝系統(tǒng)的振動 工藝系統(tǒng)的振動分為強(qiáng)迫振動和自激振動兩類。強(qiáng)迫振動是由外界周期性干擾力的作用而引起的,如斷續(xù)切削,旋轉(zhuǎn)零、部件不平衡,以及傳動系統(tǒng)的制造和裝配誤差等引起的振動是強(qiáng)迫振動。自激振動是在切削過程中,由工藝系統(tǒng)本身激發(fā)的,自激振動伴隨整個切削過程。 減小強(qiáng)迫振動的主要途徑是消除振源,采取隔振措施和提高系統(tǒng)剛度等。抑制
8、自激振動的主要措施是合理地確定切削用量和刀具的幾何角度,提高工藝系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的抗振性(如增加接觸剛度,加工時增加工件的輔助支承)以及采用減振器等措施。,2、影響表面冷硬、殘余應(yīng)力的因素 1)影響表面冷硬的因素 影響表面冷硬的主要因素是刀具的幾何形狀和切削用量。刀具的刃口圓弧半徑大,對表面層的擠壓作用大,使冷作硬化現(xiàn)象嚴(yán)重。增大刀具前角,可減小切削層塑性變形程度,冷硬現(xiàn)象減小。切削速度適當(dāng)增大,切削層塑性變形增大,冷硬嚴(yán)重,此外,工件材料塑性大,冷硬也嚴(yán)重。 2) 影響表面殘余應(yīng)力的因素 如切削溫度不高,表面層以冷塑變形為主,將產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力;如切削溫度高,表面層產(chǎn)生熱塑變形,將產(chǎn)生殘余拉應(yīng)力,
9、表面殘余應(yīng)力將引起工件變形,尤其是表面拉應(yīng)力將會降低其疲勞強(qiáng)度。 表面殘余應(yīng)力可通過光整加工、表面強(qiáng)化、表面熱處理和時效處理等方法消除。,第二節(jié) 工件的裝夾與定位基準(zhǔn)的選擇,一、常用的工件裝夾方法 銑削件在機(jī)床上的安裝大多采用一面兩銷定位,直接在工件上找正,有夾具則在夾具上找正。所謂找正,是指把千分表或百分表固定在機(jī)床床身某個位置,表針壓在工件或夾具的定位基準(zhǔn)面上,然后使機(jī)床工作臺沿垂直于表針的方向移動,調(diào)整工件或夾具的位置使指針基本保持不動,則說明工件的定位基準(zhǔn)面與機(jī)床該方向的導(dǎo)軌平行。如圖2-1所示。,圖2-1 在工作臺上找正工件,對加工內(nèi)容多的零件應(yīng)利用夾具采用一面兩銷的方式裝夾,
10、對夾具的基本要求是: 1)夾緊機(jī)構(gòu)或其他元件不能影響進(jìn)給,加工部位要開敞。為保持工件在本工序中所有需要完成的待加工面充分暴露在外,夾具要盡可能開敞,因此要求夾持工件后夾具上一些組成件(如定位塊、壓塊和螺栓等)不能與刀具運(yùn)動軌跡發(fā)生干涉。夾緊機(jī)構(gòu)元件與加工面之間應(yīng)保持一定的安全距離,同時要求夾緊機(jī)構(gòu)元件能低則低,以防止夾具與機(jī)床主軸套筒或刀套、刀具在加工過程中發(fā)生碰撞。 2)為保持零件安裝方位與機(jī)床坐標(biāo)系及編程坐標(biāo)系方向的一致性,夾具應(yīng)能保證在機(jī)床上實(shí)現(xiàn)定向安裝,還要求能使零件定位面與機(jī)床之間保持一定的坐標(biāo)聯(lián)系。 3) 夾具的剛性和穩(wěn)定性要好。 夾緊力應(yīng)盡量靠近主要支撐點(diǎn),盡量不采用在
11、加工過程中更換夾緊點(diǎn)的設(shè)計。,二、定位基準(zhǔn)的選擇 選擇定位基準(zhǔn)的基本要求:遵循六點(diǎn)定位原則: 1)盡量選擇零件上的設(shè)計基準(zhǔn)作為定位基準(zhǔn)。這樣不僅可以避免因基準(zhǔn)不重合引起的定位誤差,保證加工精度,而且可以簡化程序編制。 2)當(dāng)零件的定位基準(zhǔn)與設(shè)計基準(zhǔn)不能重合且加工面與基設(shè)計基準(zhǔn)又不能在一次安裝內(nèi)同時加工時,應(yīng)認(rèn)真分析裝配圖紙,確定該零件設(shè)計基準(zhǔn)的設(shè)計功能,通過尺寸鏈的計算,嚴(yán)格規(guī)定定位基準(zhǔn)與設(shè)計基準(zhǔn)間的公差范圍,確保加工精度。 3) 當(dāng)無法同時完成包括設(shè)計基準(zhǔn)在內(nèi)的全部表面加工時,要考慮用所選基準(zhǔn)定位后,一次裝夾能夠完成全部關(guān)鍵精度部位的加工。 4) 定位基準(zhǔn)的選擇要保證完成盡可能多的加
12、工內(nèi)容,為此,要考慮便于各個表面都能被加工的定位方式。 5) 批量加工時,零件定位基準(zhǔn)應(yīng)盡可能與建立工件坐標(biāo)系的對刀基準(zhǔn)重合??芍苯影炊ㄎ换鶞?zhǔn)對刀,減少對刀誤差。但在單件加工(每加工一件對一次刀)時,工件坐標(biāo)系原點(diǎn)和對刀基準(zhǔn)的選擇主要考慮便于編程和測量,可不與定位基準(zhǔn)重合。 6) 必須多次安裝時應(yīng)遵從基準(zhǔn)統(tǒng)一原則。,一、走刀路線和加工順序的確定,第二節(jié) 工藝規(guī)程,走刀路線是刀具在整個加工工序中相對于工件的運(yùn)動軌跡,它不但包括了工步的內(nèi)容,而且也反映出工步加工的順序。工步順序是指同一道工序中,各個表面加工的先后順序。它對零件的加工質(zhì)量、加工效率和數(shù)控加工中的走刀路線有直接影響,應(yīng)根據(jù)零件
13、的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和工序的加工要求等合理安排。,在確定走刀路線時,主要考慮以下幾點(diǎn): 1、對點(diǎn)位加工的數(shù)控機(jī)床,如鉆、鏜床要考慮盡可能縮短走刀路線,以減少空程時間,提高加工效率。 2、為保證工件輪廓表面加工后的粗糙度要求,最終輪廓應(yīng)安排最后一次走刀連續(xù)加工。 3、刀具的進(jìn)退刀路線必須認(rèn)真考慮,要盡量避免在輪廓處停刀或垂直切入切出工件,以免留下刀痕。在銑削零件外輪廓時,銑刀應(yīng)從輪廓的延長線上切入切出,或從輪廓的切向切入切出。在銑削內(nèi)輪廓時,應(yīng)從輪廓的切向切入切出,如圖22。應(yīng)盡量避免如圖23所示的徑向直進(jìn)刀,以避免在工件表面上留下刀痕。 4、銑削輪廓的加工路線要合理,一般采用雙向切削、單向切削和環(huán)形
14、的走刀方式如圖2-4所示。在銑削封閉的內(nèi)輪廓時,刀具的切入或切出不允許外延,最好選在兩面的交界處,否則,會產(chǎn)生刀痕。為保證表面質(zhì)量,一般選擇圖2-5所示的走刀路線。 5、在鏜孔加工中,若孔的位置精度要求高時,加工路線和定位方向應(yīng)保持一致。 如圖2-6所示鏜4個孔。若按路線最短,加工順序?yàn)?-2-3-4。若按加工路線與定位方向一致,加工順序?yàn)?-2-4-3。,(a) (b) (c) 圖2-4 輪廓加工的常用走刀方式 (a)雙向切削(b)單向切削(c)環(huán)形切削,(a) (b) (c) 圖2-5 封閉內(nèi)輪廓常用走刀方式 雙向切削 (b)環(huán)形切削 (c)雙向+環(huán)形切削,圖2-6
15、單向定位的加工路線圖,二、刀具的選擇 1、常用的銑刀類型 常用的有圓柱銑刀、立銑刀、硬質(zhì)合金面銑刀、鍵槽銑刀、三面刃銑刀、半圓鍵槽銑刀、鋸片銑刀、角度銑刀和球頭銑刀等,如圖2-7所示。,三 、銑削方式的選擇 用銑刀圓周上的切削刃來銑削工件的平面,叫做周銑法。它有兩種銑削方式:,1、逆銑法:銑刀的旋轉(zhuǎn)切入方向和工件的進(jìn)給方向相反(逆向),如圖2-12(a)。 2、順銑法:銑刀的旋轉(zhuǎn)切入方向和工件的進(jìn)給方向相同(順向),如圖2-12(b)。,圖2-12兩種銑削方式 (a)逆銑 (b)順銑,順銑法切入時的切削厚度最大,然后逐漸減小到零,避免了在已加工表面的冷硬層上滑走過程。實(shí)踐表明,順銑法可以提
16、高銑刀耐用度23倍,工件的表面粗糙度值可以降低些,尤其在銑削難加工材料時,效果更為顯著。 逆銑時,每齒所產(chǎn)生的水平分力均與進(jìn)給方向相反,使銑刀工作臺的絲杠與螺母在左側(cè)始終接觸。順銑時,水平分力與進(jìn)給方向相同,銑削過程中切削面積也是變化的,因此,水平分力也是忽大忽小的,由于進(jìn)給絲桿和螺母之間不可避免地有一一定間隙,故當(dāng)水平分力超過銑床工作臺摩擦力時,使工作臺帶動絲桿向左竄動,絲桿與螺母傳動右側(cè)出現(xiàn)間隙,造成工作臺顫動和進(jìn)給不均勻,嚴(yán)重時會使銑刀崩刃。 順銑時,遇到加工表面有硬皮,也會加速刀齒磨損。逆銑時工作臺不會發(fā)生竄動現(xiàn)象,銑削較平穩(wěn),但在逆銑時,刀齒在加工表面上擠壓、滑行,切不下切屑,使已加工表面產(chǎn)生嚴(yán)重冷硬層。 一般情況下,尤其是粗加工或是加工有硬皮的毛坯時,多采用逆銑。精加工時,加工余量小,銑削力小,不易引起工作臺竄動,可采用順銑。在逆銑中刀具壽命比在順銑中短,在逆銑中刀具壽命比在順銑中短,這是因?yàn)樵谀驺娭挟a(chǎn)生的熱量比在順銑中明顯地高。,思考練習(xí)題 1機(jī)械加工工藝系統(tǒng)由哪幾個部份組成? 2影響工件表面粗糙度的因素有哪些? 3選擇基準(zhǔn)的原則是什么?,