模具机械制造基础

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2020/11/20
模具机械制造基础
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主运动与进给运动
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课堂讨论
下列切削加工方法的主运动和进给运动
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工件上Biblioteka Baidu表面
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机床的切削运动
• 切削用量三要素(Vc 、f、 αp)
– 切削速度Vc
– 进给量f – 背吃刀量αp
• 检验钳工
• 维修钳工– 没有什么机器可以代替人来维修机器
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关于机加工
• 机加工的基本模型
切削运动
– 刀具装在机床上
刀具
工件
– 工件装在机床上
– 切削运动是机床带动刀具和工件来 实现的
机床
• 零件：可以装配到机器上的成品
• 毛坯：切削加工前的零件
• 工件：切削加工中的零件
基本常识
• 机器是如何制造出来 的？
– 零件制造＋装配
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基本常识
• 零件制造（材料成形）的方法有哪些？
– 去除成形——用分离的方法，把多余材料有序地从 基体上分离出去而成形的方法。如机械加工、钳工、 电火花加工、激光加工等
– 受迫成形——利用材料的可成形性，使之在一定约 束的条件下（如温度、边界、外力等）成形。如铸 造、锻造、粉末冶金等
• 主运动和进给运动
– 主运动：由机床或人力提供的，促使刀具和工件之 间产生相对运动，从而使前刀面接近工件。速度较 高，消耗机床功率多。一般普通机床的主运动只有 一个。
– 进给运动：由机床或人力提供的，使刀具和工件之 间产生附加的相对运动，加上主运动即可不断地或 连续地切除材料，并获得具有一定几个特征的表面。 速度较主运动低，消耗机床功率少，对于某个机床 加工零件时，进给运动可以是一个或多个。
– 生产规模
• 单件小批量、单品种大批量 ＝> 多品种变批量
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切削加工中的零件
• 零件的构成模型
机
名称 母线 轨迹线
器
平面 直线 直线
零 件
型 面
外圆 内圆
直线
圆
成形面 曲线 曲线
锥面、螺纹、齿形、各种成型沟槽等
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零件的组成
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– 常见精密/超精密加工方法
• 研磨、超精加工等 • 都不能应用简单的机械切削加工，而采用非机
械切削方法：电、激光、化学、离子束
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特殊的机加工：特种加工方法
• 传统机械加工难以处理的零件
– 材料特殊：
– 很硬的零件：Φ 5淬火圆球中心钻Φ1的孔 – 很软的零件：纯金属、铝合金，很粘刀 – 很脆的零件：玻璃上钻孔、硅晶片切割 – 很贵的零件：不能形成很碎、难以回收的切屑
金刚石刀具切削、超精研 磨、抛光等
课堂讨论
• 图示阀杆零件简图，整体淬火55~60HRC， 请安排φ15h3和φ12外圆表面的加工工艺
粗车半精车淬火粗磨精磨
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总结
• 切削加工方法 • 切削加工对零件的认识 • 型面的成形方法 • 切削运动 • 切削加工阶段
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– 钳工: 人工和手动工具
– 机加工: 机械设备和机加工刀具
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关于钳工
• 工程训练中钳工基本操作
– 加工类操作: 锯/锉/划线/刮削/钻孔/攻丝
– 装配操作
多媒体演示装配钳工
• 现代制造企业中的钳工
– 另外还有很多类型
• 工具钳工 (例如FORD公司的工具钳工三代单传)
• 但是少数零件难以成形：
– 细微结构零件、高硬度或高强度零件 – 解决方法：发展特种加工方法
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特殊的机加工：精密和超精密零件加工
• 超精密零件加工
– 基本理论：去除的切削层越薄零件精度越高 – 例如：
– 金刚石车：去除1纳米厚的切削层（日本） – 零件表面原子重排：“IBM”
• 怎样划分阶段
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热处理在工艺过程中的安排
退火或正火 调质
淬火
毛坯 粗加工
半精加工
磨削加工 刀具精加工
精密加工
时效
超精加工
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阶段名称 粗加工
半精加工
精加工
尺寸公差
IT12~IT11 IT10~IT9 IT8~IT7
表面粗糙度 Ｒa（µm）
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机器制造的全过程
矿藏 热加工工艺
冷加工工艺
铸造
毛
切削加工
热处理 零
冶 金原
锻压
坯
特种加工 件 焊接
工材
焊接
零件
业料
热处理
零 件
装配调试 机
现代制造技术、信息技术
器
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– 堆积成形——运用合并与连接的方法，把材料（气、 液、固态）有序地堆积起来的成形方法。如焊接、 RP
– 生长成形——利用材料的活性进行成形的方法，如 “克隆”生物
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第九讲：零件切削加工概述
• 切削加工的基本模型
刀具: 切削运动
毛坯
零件
• 按照切削运动的实现方式
多余物: 切屑
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课堂练习
• 计算切削速度Vc （单位：m/min）
– 车外圆，外圆直径为１２０mm，主轴转 速为６８r/min
– Vc＝２５.６m/min
– 刨平面，行程长度为２００mm，滑枕每 分钟往返６４次
– Vc＝２５.６m/min
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另外两个问题
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切削加工的发展方向：多种技术融合
• 信息技术、自动控制、AI、CAD/CAM、 CIMS等高技术相互融合，向高精度、高 效率、自动化、柔性化、智能化方向发展
– 加工设备
• 数控化自动化、精密超精密、高速超高速
– 刀具
• 超硬材料：陶瓷、聚晶金刚石和立方氮化硼 • 切削速度达到（数千米/分钟）
– 型面类型不受限制，只要能装在机床上 – 大小尺寸不受限制（轻的几克、葛洲坝船闸30米600吨）
• 生产效率高
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因此：切削加工是制造业的基础
• 只有少数零件：
– 通过精密铸造、精密锻造、粉末冶金成形 – 塑料制品通过压制成形
• 绝大多数机器零件是切削加工最终成形
– 占机器制造总工作量的 40％～60％
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进给量f
• 描述进给速度大小
– mm/min、mm/s – 每转进给量 – 每齿进给量 – 后两种意义更大
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背吃刀量（吃刀深度）ap
• 指出图中：
– 待加工面 – 加工表面 – 已加工面
• ap
– 待加工表面与已 加工表面的垂直 距离
– 形状复杂或者特殊：
– 板材上雕刻的形状 – 模具上复杂的型腔
• 怎么办？
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非机械切削加工方法
•电
– 电火花：电火花线切割、电火花打孔
– 电解：复杂型腔
– 电子束和离子束
•光
– 激光打孔、切割板材
多媒体演示特种加工
•声
– 超声振动切割：脆性材料切割
• 其他方法：水射流、RP等
• 切断的待加工面 • 钻孔时的ap
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切削加工的阶段
• 为什么要划分阶段
• 避免毛坯内应力的释放而影响加工精度 • 避免粗加工时较大的夹紧力和切削力所引起的
弹性变形和热变形对精度的影响 • 通过粗加工可及时发现毛坯的内在缺陷而决定
取舍，避免浪费更多工时。 • 合理使用机床，以使精密机床长期保持其精度 • 便于在加工过程中合理安排热处理工序
• 常见切削加工机床：
多媒体演示机械加工
– 车、铣、刨、磨、钻
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切削加工工艺方法的特点
• 对零件有基本要求
• 有切削力，零件刀具必须有一定强度和刚度 • 应能找到比零件材料硬的刀具材料
• 方法种类多，适应性强
– 精度范围宽：IT13~IT3 Ra25~0.008 – 加工零件的尺寸、重量、形状、材料范围宽
加工方法
25~12.5
粗车、粗镗、粗铣、 粗刨、钻孔等
6.3~3.2
半精车、半精镗、半精铣、 半精刨、扩孔等
1.6~0.8
精车、精镗、精铣、精刨、 粗磨、粗拉、粗铰等
IT7~IT6
0.8~0.2
精磨、精拉、精铰等
精密加工 超精加工
IT5~IT3 IT3以上
0.1~0.008 0.012或更低
研磨、珩磨、 超精加工、抛光等
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轴类零件
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盘套类零件
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支架箱体类零件
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六面体类零件
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机身机座类零件
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特殊类零件
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机床的切削运动
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零件表面的成形方法
轨迹法
成形法
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展成法
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切削零件的分类
• 因此，切削加工方法全部是针对型面的 • 零件分为6类：功能及切削加工特点
– 回转体：2类
• 轴类、盘套类
– 非回转体：4类
• 支架箱体类、六面体类、机身机座类 • 特殊类：其它难以归类的零件
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