进阶篇_进阶篇：3.4.1）机械加工件不同制造工艺详解和对应设备

本章目的：较为深入理解机械加工不同的工艺和其对应的设备，设计时自己能评估组合工序。

 接总章，按照加工方法的不同,机械加工可分为车削、铣削、刨削、钻削和磨削等。

1.1 车削定义

车削是在车床上利用车刀对工件的旋转表面进行切削加工的,是一种应用最广泛、最典型的加工方法,如图6-1所示。它主要用来加工各种轴类、套筒类及盘类零件上的旋转表面和螺旋面,其中包括内外圆柱孔、内外圆锥面、内外螺纹、成形回转面、端面、沟槽以及滚花等。此外,还可以钻孔、扩孔、铰孔、攻螺纹等。车削加工范围广,适应性强,不但可以加工钢铸铁及其合金,还可以加工铜铝等有色金属和某些非金属材料;不但可以加工单一轴线的零件,也可以加工曲轴、偏心轮或盘型凸轮等多轴线的零件。车削刀具简单,其制造、刃磨和装夹都比较方便。

1.2 车削设备：车床

车床是车削加工所必需的工艺装备,它提供车削加工所需的成形运动、辅助运动和切削动力,保证加工过程中工件、夹具与刀具的相对位置正确。车床主要用于加工回转表面及端面等。车床的主运动是由工件的旋转运动实现的,车床的进给运动则由刀具的直线移动完成的。
车床按其用途和结构的不同可分为普通车床、六角车床、立式车床、塔式车床、自动和半自动车床、数控车床等。普通车床是车床中应用最广泛的一种,约占车床总数的60%。

铣削的主运动是铣刀的回转运动,进给运动是工件的直线运动或曲线运动,如图6-2所示。铣削可以用来加工平面、成形面、齿轮、沟槽(包括键槽、Ⅴ形槽、燕尾槽、T形槽、圆弧槽、螺旋槽等),还可用来进行孔加工,如钻孔、扩孔等。
铣床是用铣刀对工件进行铣削加工的机床。铣床除能铣削平面、沟槽、轮齿、螺纹和花键轴外,还能加工比较复杂的型面,效率较刨床高。铣床的主要类型有升降台式铣床、悬臂式铣床、龙门铣床、滑枕式铣床、平面铣床、仿形铣床以及各类专门化铣床等
1)台式铣床:用于铣削仪器、仪表等小型零件的小型铣床。
2)悬臂式铣床:铣头装在悬臂上的铣床,床身水平布置,悬臂通常可沿床身一侧立柱导轨做垂直移动,铣头沿悬臂导轨移动。
3)滑枕式铣床:主轴装在滑枕上的铣床,床身水平布置,滑枕可沿滑鞍导轨做横向移动,滑鞍可沿立柱导轨做垂直移动。
4)龙门式铣床:床身水平布置,其两侧的立柱和连接梁构成铣床的门架,铣头装在横梁和立柱上,可沿其导轨移动,通常横梁可沿立柱导轨做垂直移动,工作台可沿床身导轨纵向移动。龙门式铣床用于加工大型零件。

刨削是用刨刀对工件做水平相对直线往复运动的切削加工方法,如图6-5所示,刨削是单件小批量生产中加工平面最常用的方法。
刨削可以在牛头刨床或龙门刨床上进行,刨削的主运动是变速往复直线运动。因为在变速时有惯性,限制了切削速度的提高,并且在回程时不切削,所以刨削加工生产效率低,但刨削所需的机床、刀具结构简单,制造装夹方便,调整容易,通用性强。因此在单件、小批生产中,特别是加工狭长平面时被广泛应用。
牛头刨床的最大刨削长度一般不超过1000m,因此只适于加工中、小型工件;龙门刨床主要用来加上大型工件,或同时加工多个中、小型工件。插床又称立式牛头刨床,主要用来加工工件的内表面,如键槽、花键槽等,也可用于加工多边形孔,如四方孔、六方孔等,特别适于加工不通孔或有障碍台肩的内表面。

磨削是指用磨料、磨具切除工件上多余材料的加工方法,如图6-3所示,磨削加工是应用较为广泛的切削加工方法之一。磨削加工分为外圆磨削、内圆磨削、平面磨削、无心磨削等。
1)外圆磨削:外圆磨削主要在外圆磨床上进行,用以磨削轴类工件的外圆柱、外圆锥和轴肩端面。
2)内圆磨削:内圆磨削主要在内圆磨床、万能外圆磨床和坐标磨床上进行,用以磨削工件的圆柱孔、圆锥孔和孔端面。内圆磨削时,由于砂轮直径小,磨削速度常常低于30m/s。
3)平面磨削:平面磨削主要在平面磨床上进行,用以磨削平面、沟槽等。平面磨削有两种:用砂轮外圆表面磨削的称为周边磨削,一般在卧轴平面磨床上进行,如用成形砂轮也可加工各种成形面;用砂轮端面磨削的称为端面磨削,一般在立轴平面磨床上进行。

钻削是利用孔加工刀具在钻床上进行各种类型的孔加工的切削方法,如图6-4所示
钻削的工艺特点:钻孔时钻头为定尺寸刀具,受孔径的限制,强度与刚度较差又由于钻头横刃的影响,加工过程中不容易准确定心,易引偏,孔径容易扩大;钻头的切削部分始终处于半封闭状态,刀具吸热较多,冷却润滑和排屑困难,加工质量差,属于粗加工。扩孔的工作条件比钻孔好,加工质量较高,属于半精加工。钻削既可以是工件上精度要求较高的孔的预加工,也可以是要求不高的孔的终加工。
钻床上主要用钻头、扩孔钻或铰刀等加工外形较复杂、没有对称回转轴线的工件上的孔,如箱体、机架等零件上的各种孔。在钻床上加工时,工件不动,刀具旋转做主运动,并沿轴向移动完成进给运动。钻床主要用于加工尺寸较小,精度要求不太高的孔,也可完成扩孔、铰孔及攻螺纹等工作。
钻床的主要类型有立式钻车、台式钻床、摇臂钻床、深孔钻床及其他钻床。立式钻床适用于在单件、小批量生产中加工中、小型工件。台式钻床结构简单、小巧灵活、使用方便,适用于加工小孔,但是自动化程度低,通常是手动进给,工人劳动强度大,在大批量生产中一般不用这种机床。摇臂钻床主要用于加工大而重的工件,适用于单件和中、小批量生产。深孔钻床主要用于加工深孔,如炮筒、枪管液压缸和机床主轴等零件的深孔。