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)：在機械加工過程中，機床、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、用直線或圓弧插補方法加工非圓曲線時產(chǎn)生的插補誤差等，減小此類誤差的方法是提高逼近和插補精度。 2）機床的幾何誤差 a.機床主軸誤差 機床主軸是安裝工件或刀具的基準，并將切削主運動和動力傳給工件或刀具。,工藝系統(tǒng)的幾何誤差是機床、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.機床導(dǎo)軌誤差機床床身導(dǎo)軌是確定各主要部件相對位置的基準和運動的基準。 c.傳動誤差機床的切削運動是通過某些傳動機構(gòu)來實現(xiàn)的，這此機構(gòu)本身的制造、裝配誤差和工作中的磨損，將引起切削運動的不準確。,3)刀具誤差、夾具誤差與工件定位誤差 a刀具誤差機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 在機械加工時，工件與刀具的相對位置需要進行必要的調(diào)整（如對刀、試切）才能準確。,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變形，就要提高工藝系統(tǒng)的剛度。 圓柱銑刀在加工中相當于一個懸臂梁，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)控機床大多進行精密加工，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 刀具相對工件作進給運動時，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，切屑呈碎粒狀，由于切屑崩碎時會在表面留下麻點，使表面粗糙。如果降低切削用量，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）。適當減小進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)的振動分為強迫振動和自激振動兩類。強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。切削速度適當增大，切削層塑性變形增大，冷硬嚴重，此外，工件材料塑性大，冷硬也嚴重。 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，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度。 表面殘余應(yīng)力可通過光整加工、表面強化、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的選擇,一、常用的工件裝夾方法 銑削件在機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床床身某個位置，表針壓在工件或夾具的定位基準面上，然后使機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面與機床該方向的導(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，對夾具的基本要求是： 1)夾緊機構(gòu)或其他元件不能影響進給，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）不能與刀具運動軌跡發(fā)生干涉。夾緊機構(gòu)元件與加工面之間應(yīng)保持一定的安全距離，同時要求夾緊機構(gòu)元件能低則低，以防止夾具與機床主軸套筒或刀套、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床坐標系及編程坐標系方向的一致性，夾具應(yīng)能保證在機床上實現(xiàn)定向安裝，還要求能使零件定位面與機床之間保持一定的坐標聯(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，盡量不采用在加工過程中更換夾緊點的設(shè)計。,二、定位基準的選擇 選擇定位基準的基本要求：遵循六點定位原則： 1)盡量選擇零件上的設(shè)計基準作為定位基準。這樣不僅可以避免因基準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)當零件的定位基準與設(shè)計基準不能重合且加工面與基設(shè)計基準又不能在一次安裝內(nèi)同時加工時，應(yīng)認真分析裝配圖紙，確定該零件設(shè)計基準的設(shè)計功能，通過尺寸鏈的計算，嚴格規(guī)定定位基準與設(shè)計基準間的公差范圍，確保加工精度。 3) 當無法同時完成包括設(shè)計基準在內(nèi)的全部表面加工時，要考慮用所選基準定位后，一次裝夾能夠完成全部關(guān)鍵精度部位的加工。 4) 定位基準的選擇要保證完成盡可能多的加工內(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，零件定位基準應(yīng)盡可能與建立工件坐標系的對刀基準重合?？芍苯影炊ㄎ换鶞蕦Φ叮瑴p少對刀誤差。但在單件加工（每加工一件對一次刀）時，工件坐標系原點和對刀基準的選擇主要考慮便于編程和測量，可不與定位基準重合。 6) 必須多次安裝時應(yīng)遵從基準統(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)零件的結(jié)構(gòu)特點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： 1、對點位加工的數(shù)控機床，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、刀具的進退刀路線必須認真考慮，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，加工順序為1-2-3-4。若按加工路線與定位方向一致，加工順序為1-2-4-3。,(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 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。實踐表明，順銑法可以提高銑刀耐用度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，由于進給絲桿和螺母之間不可避免地有一一定間隙，故當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給不均勻，嚴重時會使銑刀崩刃。 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，這是因為在逆銑中產(chǎn)生的熱量比在順銑中明顯地高。,思考練習(xí)題 1機械加工工藝系統(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選擇基準的原則是什么？,