机械加工新技术复合加工技术

现代机械加工新技术
第5章复合加工技术
5.1 概述
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5.1 概述
概述
复合加工是指工件在机床上一 次安装后，能够进行同一类工艺方 法的多工序加工（如同属切削加工 方法的车、铣、钻、镗等）或者不 同类工艺方法的多工序加工（如切 削加工与激光加工），从而可在一 台机床上顺序完成该工件的大部或 全部工序加工。
美国在振动切削发展上曾走过弯路。20世纪60年代初 开始的振动切削研究工作，70年代中期又重新开始，并在 超声振动切削方面取得了系列成果，目前已制定部分标准 供选用。
英国和德国等对振动切削机理和应用也进行了大量研 究开发工作，发表了不少有价值的论文，在生产中也得到 了积极应用。
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5.3.1 振动切削加工概述
主要加工作用 辅助作用
机械加工
（切削、磨料 加工）
电化学加工
电火花加 工
超声
化学
机械
电 解 铣 削 、电火花仿
电解磨削、 铣 、 电 火
电解研磨和 花 磨 削 与
抛光
抛光
超声 铣削
化学
机械 抛光
电化学
电解在线修 整磨削
电加 工
电火花
电火花修整 电 解 电 火
磨削
花加工
电弧
电解电弧 加工
超声切削，
超声
➢切削温度明显降低
➢切削液的作用得到了充分发挥 ➢提高了刀具使用寿命 ➢可控制切屑的形状和大小，改善排屑情况
➢提高了加工精度和表面质量
➢提高了已加工表面的耐磨性和耐蚀性 表5-2 超声振动切削与传统切削的摩擦系数
工件材料
摩擦系数
超声振动切削 传统切削
铝
0.02
0.18
黄铜
0.03
0.25始于20世纪60年代。我国在振动 切削的研究和应用方面，与工业发达国家差距还很大，必 须作深入踏实的工作，才能保证此项技术逐步应用和推广。
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5.3.2 振动切削过程
振动切削改变实际切削速度
图5-9 振动切削时实际切削速度vc的变化 21
5.3.2 振动切削过程
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5.3.1 振动切削加工概述
振动切削分类
➢按振动性质分类 ① 自激振动切削 ② 强迫振动切削 ➢按振动频率分类 ① 高频振动切削 ② 低频振动切削 ➢按振动方向分类 ①主运动方向 ②进给方向 ③切削深度方向
图5-5 振动切削的振动方向
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5.3.1 振动切削加工概述
振动切削特点
➢切削力大大减小
多种能量
超声电火花
磨削，电解 电火花磨削
电解超声磨 削
电火花超 声抛光
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5.2 复合加工技术分类
工序复合加工技术
工序复合加工技术是指在一台机床上能完成车、铣、 镗、钻、扩、铰、攻螺纹等加工要求，这样的机床称为复 合加工机床。
图5-2 车铣复合加工机床
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5.2 复合加工技术分类
工序复合加工技术
图5-3 车磨复合加工机床 图5-4 双端面车磨复合加工机床
图5-1 复合加工技术
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5.1 概述
主要解决问题
➢ 特殊结构与复杂结构的加工问题 ➢ 难加工材料的加工问题
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第5章复合加工技术
5.2 复合加工技术分类
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5.2 复合加工技术分类
复合形式
➢以能量或运动方式为基础的不同加工方法的复合，即工艺 复合 ➢以工序集中原则为基础的、以传统机械加工工艺为主的工 序复合，此为数控加工近年快速发展的高效加工方式
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第5章复合加工技术
5.3 振动切削加工技术
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5.3.1 振动切削加工概述
传统切削与振动切削
➢传统切削 把目前广泛采用的车、铣、刨、钻、插、拉、螺纹及
齿轮等的切削加工称为传统切削。 ➢振动切削
振动切削是一种脉冲切削，是在传统切削过程中给刀 具（或工件）施以某种参数（频率fz、振幅a）可控制的有 规律的振动。
磨削
10/min 2 1 0.8
金属去除量/mg 20/min 3 1.6 1.5
30/min 3.8 2.4 2.0
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5.3.1 振动切削加工概述
振动切削机理的几种观点
➢摩擦系数减小的观点 ➢剪切角增大的观点 ➢工件刚性化观点 ➢应力和能量集中的观点 ➢相对净切削时间短的观点
图5-7 振动切削时剪切角的变化
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5.2 复合加工技术分类
工艺复合加工技术
主要有机械与超声复合、机械与高能量复合、机械与 电解复合、机械与电化学复合、电火花与超声复合、电火 花与电解复合、机械与化学抛光、高压水（磨料水）射流 与线切割复合、激光加工与切削加工复合等。
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5.2 复合加工技术分类
工艺复合加工技术
表5-1 常见的复合加工方法
5.3.1 振动切削加工概述
振动切削特点
表5-4 不同加工方法所得表面的耐磨性比较
研磨时间 /min 20 40 60
传统车削 0.6 0.9 1.1
金属去除量/mg 振动车削
0.25 0.40 0.50
磨削 0.20 0.30 0.40
表5-5 不同加工方法所得表面的耐蚀性比较
加工方法
传统车削 振动车削
超声磨削，超
声研磨和磨削
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5.2 复合加工技术分类
工艺复合加工技术
表5-1 常见的复合加工方法（续）
主要加工作用 辅助作用
机械加工
（切削、磨 料加工）
电化学加工
电火花加 工
超声 化学
（激光、等
热能
离子体和导 电）加热烧
毁削和磨削
磁力
磁力研磨
磁场辅助电 解加工
水射流
磨料水射流 切割
化学
机械化学抛 光
振动切削改变实际切削速度
图5-10切削深度方向、进给方向振动切削时vcmax与振动幅a的关系
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5.3.2 振动切削过程
振动切削改变刀具工作角度
表 5-6 振动切削时刀具工作前后角的变化
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5.3.2 振动切削过程
振动切削改变刀具工作角度
图5-11切削深度方向振动切削时工作刃倾角λseav与振幅a的关系
0.22
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5.3.1 振动切削加工概述
振动切削特点
表5-3超声振动刨削与传统刨削工件的平行度误差比较
工件材 料
硬铝 黄铜
平行度误差/(m/450
mm) 振动刨削 传统刨削
2
65
2
22
工件材 料
碳钢 镍铬钢
平行度误差/(m/450
mm) 振动刨削 传统刨削
3
28
3
63
图5-6 振动切削的残余应力 15
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5.3.1 振动切削加工概述
振动切削机理的几种观点
图5-8超声振动切削时二维切削过程数学模型及其稳态响应
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5.3.1 振动切削加工概述
振动切削研究现状
日本从1954年开始至今，对振动切削的基础理论和实 际应用进行了大量、系统、深入地研究，并有专著。
前苏联在振动切削方面的研究较早，20世纪50年代末 60年代初就发表过不少有价值的论文。