机械制造工艺基础第十章

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机械制造工艺基础第十 章
2020/11/18
机械制造工艺基础第十章
第一节 数控加工
一、数控机床基础
1.认识数控与数控机床
数控——数字控制(Numerical Control,简称NC),是 20世纪中期发展起来的一种自动控制技术,是用数字化信 号进行控制的一种方法。
数控机床——用数字化信号对机床的运动及其加工过程 进行控制的机床,或者说是装备了数控系统的机床。
(1)可以加工用传统切削加工方法难以加工或无法加工的 形状复杂的工件。
(2)工件变形小,电极丝、夹具不需要太高的强度。 (3)可加工任何导电的固体材料。 (4)有利于加工精度的提高,便于实现加工过程自动化。 (5)不能加工非导电材料。 (6)加工成本高,不适合加工形状简单的大批量工件。
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1.超精加工
超精加工——用细粒度的磨具对工件施加很小的压 力,并作往复振动和慢速纵向进给运动,以实现微量磨 削的一种光整加工方法。
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2.珩磨
珩磨——利用珩磨工 具对工件表面施加一定压 力,珩磨工具同时作相对 旋转和直线往复运动,切 除工件上极小余量的光整 加工方法。
机械制造工艺基础第十章
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3. 微细加工技术
微细加工是指加工尺度为微米级范围的加工方式。 微细加工起源于半导体制造工艺,加工方式十分丰富, 包含了微细机械加工、各种现代特种加工、高能束加工 等方式。而微机械制造过程又往往是多种加工方式的组 合。目前,微细加工技术有以下几种:超微机械加工技 术、光刻加工技术、LIGA技术(制版术、电铸成形和微 注塑)等。
采用磨削而要求又高的零件。 黑色金属或其他表面硬度高的精密零件光整加工前
的预加工工序。
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2.精密车削的刀具和切削用量
精密车削所用的刀具及其切削用量的选择
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三、精密磨削
精密磨削——在精密磨床上用经过精细修整的细粒度 砂轮进行磨削的方法。
1.精密磨削的应用
机床主轴、高精度轴承、液压滑阀、标准量具、量 仪、半导体硅片,以及航空、航天工业中的精密工件、 计算机磁盘等。
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3.电火花加工应用
(1)电火花穿孔、成形加 工。包括穿孔和型腔加工两类。
(2)电火花小孔加工。 (3)电火花精密细微加工。 (4)电火花磨削。
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二、电火花线切割加工
1.电火花线切割加工原理
快速走丝电火花线切割加工原理示意图
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2.电火花线切割加工特点
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3.激光加工工艺及应用
去除加工(激光打孔、激光切割) 连接加工(即激光焊接)
激光打孔
激光切割
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四、高压水射流切割加工
高压水射流切割是一种 冷切割工艺,被加工材料的 物理性能、力学性能及材质 的晶体组织结构不会遭到破 坏,可免除后续机械加工工 艺。
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4. 数控加工技术
数字控制加工技术简称数控(NC)加工技术,是近 代发展起来的一种自动控制技术,该技术是典型的机械 、电子、自动控制、计算机和检测技术密切结合的机电 一体化高新技术。数控加工技术是实现制造过程自动化 的基础,是自动化柔性系统的核心,是现代集成制造系 统的重要组成部分。
(1)几乎可以加工任何固体材料。 (2)可进行精密细微加工。 (3)属于非接触加工,没有明显的机械力,没有工具 损耗,可加工易变形的薄板和橡胶等弹性工件。 (4)加工速度快,热影响区小,并可通过透明体进行 加工。 (5)精密细微加工时,需反复试验,寻找合理的加工 参数,才能达到其精度和表面粗糙度要求。
任务工序的工件。 价格昂贵,加工中不允许报废的关键工件。 需要最短生产周期的急需工件。
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二、常用数控机床简介
1.数控车床
(1)数控车床的结构
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(2)数控车床的特点 1)采用防护装置。 2)采用自动排屑装置。 3)工件装夹安全可靠。 4)可自动换刀。 5)主传动与进给传动分离。
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2.数控机床的组成
(1)控制介质是存储数控加工所需程序的介质。 (2)数控装置是数控机床的核心。
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(3)伺服系统用于接收数控装置的指令,是数控系统 的执行部分。
(4)测量反馈装置用来检测速度、位移以及加工状态, 并将检测到的信息转化为电信号反馈给数控装置,通过比 较计算出偏差,并发出纠正误差指令。测量反馈装置分为 半闭环和闭环两种。
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三、先进加工技术的发展趋势
1. 机械加工向超精密、超高速方向发展
超精密加工技术目前已进入纳米加工时代,加工精度 达0.025μm,表面粗糙度值达Ra0.0045μm。精切削加工技 术由目前的红外波段向加工可见光波段或不可见紫外线和 X射线波段趋近,超精加工机床向多功能模块化方向发展 ,超精加工材料由金属扩大到非金属。
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3.加工中心
(1)加工中心的结构
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(2)加工中心的特点
1)具有至少三轴的切削控制能力,进行轮廓切削。 2)具有自动刀具交换装置,为进行多任务工序加工 提供了必要条件,能大大提高加工效率。 3)具有分度工作台和数控转台,数控转台能以很小 的当量任意分度。 4)具有选择各种进给速度和主轴转速的能力及各种 辅助功能,可大大提高加工过程的自动化。 5)工序高度集中。
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2.切削速度迅速提高
切削速度随刀具材料的变更机械而制造提工艺高基础第十章
3.新型工程材料的应用 4.自动化和数字化工艺装备的发展 5.产品加工向少余量和无屑加工方向发展
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飞机总装生产线
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二、先进加工技术的分类
超精密加工技术 高速加工技术 微细加工技术 数控加工技术
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第二节 特种加工 特种加工——利用非常规的切削加工手段,利用电、 磁、声、光、热等物理及化学能量,直接施加于被加工 工件待加工部位,达到材料去除、变形以及改变性能等 目的的加工技术。
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常用特种加工方法能量形式及适用范围
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一、电火花加工
0.1μm的加工方法称为超精密加工。
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1.机床设备条件
必须在精密机床上进行。机床应具有高的运动精度, 高的刚度和高的转速以及小的进给量。
2.环境条件
消除工艺系统内部和外部的振动干扰。 创造恒温条件。
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二、精密车削
1.精密车削的应用
铜、铝及其合金制件的最终加工。 纯金属、塑料、玻璃纤维、合成树脂及石墨等不宜
磨粒运动轨迹
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3.研磨
研磨——用研磨工具和研磨剂,从工件上研去一层 极薄表面层的光整加工方法。
研磨外圆时,使用研具为研套。 研磨内孔时,使用的研具为研磨棒。
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外圆研具
研磨棒
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研磨外圆
研磨内孔
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4.抛光
抛光——利用机械、化学或电化学的作用,使工件 获得光亮、平整表面的加工方法。
第三节 精密加工
一、认识精密加工
精密加工是指在一定发展阶段,加工精度和表面质量 比传统的加工方法能达到更高程度的加工工艺。
按我国目前情况,精密加工是指加工精度在0.1~10μm (相当于IT5以上),表面粗糙度值小于Ra 0.16μm的加工 方法。
精密加工中,精度高于0.1μm,表面粗糙度值小于Ra
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2. 制造自动化技术的发展,趋向全球化、虚
拟化和绿色化
制造全球化是制造自动化技术发展的最重要的发展 趋势。全球化制造自动化技术的基础是网络化、标准化 和集成化。
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2.数控铣床
(1)数控铣床的结构
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(2)数控铣床的特点
1)工件加工的适应性强,灵活性好,能加工轮廓形状特 别复杂或难以控制尺寸的工件。
2)能加工普通铣床无法加工或很难加工的工件。 3)能加工一次装夹定位后需进行多道工序加工的工件。 4)加工精度较高,加工质量稳定可靠。 5)生产自动化程度高,可以降低操作者的劳动强度,有 利于实现生产管理自动化。 6)生产率高。 7)对刀具的要求较高,刀具应具有良好的韧性和耐磨性。
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6.数控机床的应用
多品种、小批量生产的工件或新产品试制中的工件。 形状复杂,加工精度要求高,通用机床无法加工或很
难保证加工质量的工件。 在普通机床上加工,需要昂贵的工装设备(工具、夹
具和模具)的工件。 尺寸难测量、进给难控制的壳体或盒型工件。 必须在一次装夹中完成铣、镗、锪、铰或攻螺纹等多
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2.精密磨削的种类
精密磨削(Ra0.16~Ra0.04μm) 超精密磨削(Ra0.04~Ra0.01μm) 镜面磨削(Ra 0.01μm)
3.精密磨削用机床
砂轮主轴的回转精度为1μm,内圆磨具采用静压; 应有对传动部分的减振措施; 横向进给机构的重复精度高; 工作台运动平稳,在一定范围内无爬行。
(5)机床主体是数控机床的本体,主要包括床身、主 轴、进给机构等机械部件,还有冷却、润滑、转位部件, 如换刀装置、夹紧装置等辅助装置。
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3.数控加工的工作过程
数控加工的实质是:数控机床按照事先编制好的加工 程序,通过数字控制过程,自动地对工件进行加工。
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4.数控机床的分类
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1. 超精密加工技术
精密工程、微细工程和 纳米技术是现代制造技术的 前沿,具有广泛的应用领域, 它包括了所有能使工件的几 何精度和尺寸精度达到微米 和亚微米范围的机械加工方 法。
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2. 高速加工技术
高速加工技术是指采用超硬材料的刀具与磨具,能 可靠地实现高速运动的自动化制造设备,可极大地提高 材料切除率,并保证加工精度和加工质量的现代制造加 工技术。高速切削加工目前主要用于难加工材料、超精 密微细切削、复杂曲面的加工等。
数控车床 数控铣床 加工中心 数控钻床 数控线切割机床 数控电火花成形机床 其他数控机床
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其他几种常见的分类方法
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5.数控机床的加工特点
适用范围广。 加工精度高。 生产率高。 加工质量稳定可靠。 改善劳动条件。 有利于实现生产管理现代化。
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第四节 先进加工技术
一、先进加工技术的发展状况
1.加工精度不断提高
随着制造工艺技术的进步与发展,机械加工精度得到 不断提高。20世纪50年代末,已经实现了微米级的加工精 度。在最近的十年时间内,机械加工精度提高了1~2个数 量级,达到10nm的精度水平。预计在不久的将来,可实现 原子级的加工和测量。
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4.精密磨削用砂轮
磨料。 粒度。 硬度。 结合剂。 组织。
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四、光整加工
光整加工——精加工后,从工件上不切除或切除极 薄金属层,只减小工件表面粗糙度值,提高工件表面质 量或强化工件表面的加工过程。
超精加工 珩磨 研磨 抛光
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1.电火花加工原理
电火花加工
电火花加工——是一种利用脉冲放电对导电材料进行电蚀以 去除多余材料的加工方法,故又称为电蚀加工。
a)电火花加工原理 b)蚀除材料的过程 c)工件成型
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电火花机床
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2.电火花加工特点
(1)能加工各种具有导电性能的硬、脆、软、韧材料。 (2)适宜加工小孔、薄壁、窄腔槽及各种复杂的型孔、 型腔和曲线孔等,也适用于精密细微加工。 (3)有利于提高工件的加工精度和表面质量,也有利 于加工热敏感性强的材料。 (4)便于实现加工过程自动化。 (5)工具电极消耗较大。
3.电火花线切割加工应用
(1)各种形状的冲裁模(凸模、凹模)及其他模具的 制造。
(2)各类精密型孔、样板、成形刀具等工件和容易引 起变形的精密狭槽类工件的加工。
(3)加工和切割稀有、贵重金属。
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三、激光加工
1.激光加工原理
固体激光器结构示意图
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2.激光加工的特点
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