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电子教案9

发布时间:2014-02-11 11:58:27  

第9章 机械加工

机械制造基础

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第9章 机械加工
? 一 目的与要求
? 1、 了解金属切削机床的分类及型号编制方法。 ? 2、 掌握常用金属切削机床(车床、钻床、铣 床、刨床、磨床)的种类、构造及附件。 ? 3、 了解其它金属切削机床(镗床、插床、拉 床)的工艺范围、加工特点和加工方法。 ? 4、 熟练掌握常用金属切削机床的工艺范围、 加工特点和加工方法。

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第9章 机械加工
? 二 教学内容
? 本章将介绍机床分类和型号编制方法,常用 机械加工方法如车削、铣削、刨削、磨削、 钻削与镗削的工艺特点及应用,特种加工的 工作原理、工艺特点及应用。介绍了车床的 传动系统,常用机床的性能、工艺范围、主 要结构,车刀和钻头的结构及用途,铣削方 式、逆铣和顺铣的特点。

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? 三 重点与难点
? 常用机械加工方法,如车削、铣削、刨削、 磨削、钻削与镗削及其工艺特点与应用。

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? 9.1金属切削机床的分类和型号编制方法 ? 9.1.1金属切削机床的分类 ? 为便于区别、使用和管理,须对机床加以分类。 分类方法有以下几种: ? 1.按其加工性质和所用的刀具分类(分为11类) ? 车床、钻床、镗床、磨床、齿轮加工机床、螺纹 加工机床、铣床、刨插床、拉床、锯床和其它机 床。

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? ? ? ? ? ? ? ?
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2.按照工艺范围(通用性程度)进行分类 通用机床 专门化机床 专用机床 3.按照加工精度的不同进行分类 普通精度级机床 精密级机床 高精度级机床
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? ? ? ? ? 4.按照自动化程度不同进行分类 手动机床 机动机床 半自动机床 自动机床

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? ? ? ? ? ? 5.按照质量和尺寸不同进行分类 仪表机床 中型机床 大型机床(质量达到10t) 重型机床(质量在30t以上) 超重型机床(质量在100t以上)

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? 9.1.2金属切削机床型号的编制方法 ? 机床型号是机床产品的代号,简明地表示机床 的类型、通用和结构特性、主要技术参数等。 我国现行的机床型号是按1994年颁布的标准 “GB/T15375—1994金属切削机床型号编制 方法”编制的。此标准规定,机床型号由汉语 拼音字母和数字按一定的规律组合而成,它适 用于新设计的各类通用及专用金属切削机床、 自动线,不包括组合机床、特

种加工机床。
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? 1.通用机床型号表示方法 ? 通用机床的型号由基本部分和辅助部分组成, 中间用“/”隔开,读作“之”。基本部分需 统一管理,辅助部分是否纳入型号由企业自定。 ? 基本部分型号构成如下:

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? (△) 〇 (〇) △ △ △ (×△) (〇)

重大改进顺序号 主轴数或第二主参数 主参数或设计顺序号 系代号 组代号 通用特性、结构特性代号 类代号 分类代号

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? 说明: ? l.有“( )”的代号或数字,当无内容时,则 不表示,若有内容则不带括号 2.有“〇”符号者,为大写的汉语拼音字母。 ? 3.有“△”符号者,为阿拉伯数字。 ? 4.有“□”符号者,为大写的汉语拼音字母、 或阿拉伯数字、或两者兼有之。

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? ? ? ? ? ? 2.机床类、组、系的划分及其代号 机床的类代号,用大写的汉语拼音字母表示 机床的类别和分类代号及其读音见表9-1 机床按其工作原理划分为1l类 每类机床划分为l0个组 每个组又划分为10个系(系列)

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表9-1 机床的类别和分类代号

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? 3.机床的通用特性代号和结构特性代号 ? 这两种特性代号,用大写的汉语拼音字母表示, 位于类代号之后。 ? 通用特性代号有统一的固定含义,它在各类 机床型号中表示的意义相同,见表9-2。

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表9-2 通用特性代号

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? 4.机床主参数和设计顺序号 ? 5.主轴数和第二主参数的表示方法 ? 对于多轴车床、多轴钻床、排式钻床等机床, 其主轴数应以实际数值列入型号,置于主参数 之后,用“×”分开,读作“乘”。 ? 此外还有机床的重大改进顺序号、其它特性代 号及其表示方法及企业代号及其表示方法。

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举例:
类别代号(车床类) 结构特性代号(结构不同) 组别代号(落地及卧式车床组) 系别代号(卧式车床系) 主参数代号(最大工件回转直径400mm)

C

A

6

1

40

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? ? ? ? 9.2机械加工 9.2.1车削 1.概述 车床的种类很多,按用途和结构的不同有卧式 车床、立式车床、转塔车床、自动和半自动车 床、数控车床、车加工中心以及各种专门化车 床等。其

中卧式车床应用最广泛,精车的经济 加工精度一般可达IT7~9级,表面粗糙度Ra值 可达0.32~0.63μ m。
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? 2.卧式车床

图9-2 CA6140车床外形
1-主轴箱 2-刀架 3-尾座 4-床身 5、9-床腿 6-光杠 7-丝杠 8-溜板箱 10-进给箱 11-挂轮变速机构

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? 1)机床的组成 卧式车床的外形图,如图9-2 所示。 ? (1)主轴箱 主轴箱固定在床身的左面。装 在主轴箱中的主轴,通过卡盘等夹具装夹工件。 ? 主轴箱的功用是支承主轴并传动主轴,使主轴 带动工件按照规定的转速旋转,以实现主运动。

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? (2)进给箱 进给箱是进给运动传动链中的 传动比变换装置。 ? 进给箱功用是改变所加工螺纹的导程或机动进 给的进给量。 ? (3)溜板箱 溜板箱可带动刀架一起作纵向 进给运动。 ? 溜板箱的功用是把进给箱传来的运动传递给刀 架,使刀架实现纵向进给、横向进给、快速移 动或车螺纹。
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? (4)刀架部件 刀架部件装在与床身导轨相接 大溜板上,并可沿此导轨纵向移动。刀架部件 由二层溜板和四方刀架组成。 ? 刀架部件功用是装夹车刀,并使车刀作纵向、 横向或斜向运动。 ? (5)床身 床身是车床的基础支承件,其上安 装着车床的主要部件。 ? 床身的功用是支承各主要部件并使它们在工作 时保持准确的相对位置。
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? (6)尾座 尾座装在床身的尾架导轨上,并可 沿此导轨纵向调整位置。 ? 尾座的功用是用后顶尖支承工件。在尾座上还 可安装钻头等孔加工刀具,以进行孔加工。

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? 2)机床的传动 机床的传动有机械、液压、 气动、电气等等多种形式,最常见的是机械传 动和液压传动。机床上的回转运动多为机械传 动。 ? (1)机床上常用的传动副 传动副是指用来 传递运动和动力的装置。机床上常用的传动副 有带传动、齿轮传动、齿轮齿条传动、蜗轮蜗 杆传动及螺杆传动。

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? (2)传动链及其传动比 传动链是指实现从 首端件向末端件传递运动的一系列传动件的总 和,它是由若干传动副按一定方法依次组合起 来的。如图9-3所示。 ? 为便于分析传动链中的传动关系,常将传动件 进行简化,并规定了一些简图符号来表示各种 传动件。

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? 图9-3中,

运动自轴Ⅰ 输入,转速为,经带 轮、传动带和带轮传 至轴Ⅱ。再经圆柱齿 轮1、2传到轴Ⅲ,经 圆锥齿轮3、4传到轴 Ⅳ,经圆柱齿轮5、6 传到轴Ⅴ,最后经蜗 杆及蜗轮7传至轴Ⅵ, 并将运动输出。
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图9-3 传动链图例

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? 3)机床的传动系统 图9-4为C6132型卧式车 床的传动系统图,它是反映机床全部运动传递 关系的示意图。 ? 传动系统图中:罗马数字表示传动轴的编号, 阿拉伯数字表示齿轮齿数或带轮直径,字母M 表示离合器等。

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图9-4 C6132车床传动系统图
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? (1)主运动传动链 车床的主运动传动链的 两末端件是电动机和主轴,主运动传动链为:

主轴可获得2×3×2=12级转速,其反转是通过电 动机反转实现的。
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? (2)进给运动传动链 进给运动传动链是使 刀架实现纵向或横向运动的传动链。 ? 进给运动传动链的两末端件是主轴和刀架。 ? 卧式车床在切削螺纹时,进给传动链是内联系 的传动链。即主轴每转一转,刀架的移动量等 于被加工工件的导程。 ? 在切削圆柱面和端面时,进给传动链是外联系 的传动链。

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进给运动传动链为:

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? 3.其它车床简介 ? 1)立式车床 ? 图9-5所示为单柱 式立式车床。

图9-5 单柱式立式车床 1-底座 2-工作台 3-立柱 4-垂直刀架 5-横梁 6-垂直刀架进给箱 7-侧刀架 8-侧刀架进给箱
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? 2)转塔车床 ? 图9-6为CB3463—1型转塔车床。

图9-6 转塔车床
1-进给箱 2-主轴箱 3-前刀架 4-转塔刀架 5-纵向溜板6-定 程装置 7-床身 8-转塔刀架溜板箱 9-前刀架溜板 10-主轴

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? 4.车刀 ? 车刀是金属切削加工中应用最为广泛的刀具 之一。它直接参与车削加工过程。 ? 车刀由刀体和切削部分组成。按使用要求不同, 可有不同的结构和不同的材料。

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? ? ? ? ? ? ? ? 1)按用途分类 直头外圆车刀,如图9-7a)所示; 弯头车刀,如图9-7b)所示; 偏刀 (分左偏刀和右偏刀),如图9-7c)所示; 车槽或切断刀,如图9-7d)所示; 镗孔刀,如图9-7e)所示; 螺纹车刀,如图9-7f)所示; 成形车刀,如图9-7g)所示。
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图9-7 车刀

机械制

造基础

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? 2)按切削部分材料分类 有高速钢车刀、硬 质合金车刀、陶瓷车刀等。 ? 3)按结构形式分类 如图9-8所示。

图9-8 常见车刀的结构
a)整体式车刀 机械制造基础 b)焊接式硬质合金车刀 c)机夹可转位车刀

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? (1)整体式车刀 刀体和切削部分为一整 体结构,仅用于高速钢刀具。 ? (2)焊接式硬质合金车刀 这种车刀是将 一定形状的硬质合金刀片用黄铜、紫铜或 其它特制的焊料,焊接在刀杆的刀槽内而 制成,因结构简单、紧凑,制造方便,使 用灵活,抗振性好,使用十分广泛。

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? (3)机夹可转位车刀 它是采用机械夹固的 方法将可转位刀片夹固在刀杆上而构成的。可 转位刀片通常制成三角形、正四边形、正五边 形、菱形和圆形等,刀片的切削刃不需刃磨, 各刃可转位轮流使用。机夹可转位车刀与其它 车刀相比,切削效率和刀具耐用度都大为提高, 适应自动线与数控机床对刀具的要求。

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? 9.2.2铣削 ? 1.概述 ? 铣床的主运动是铣刀的旋转运动,进给运动是 工件的直线运动。在有些铣床上,进给运动也 可以是工件的回转运动或曲线运动。

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图9-9
a)铣平面 f)铣齿形 机械制造基础 b)铣台阶 g)铣螺纹

铣削加工的应用
c)铣键槽 h)铣螺旋槽 d)铣T形槽 i)铣外曲面 e)铣燕尾槽 j)铣内曲面

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? 2.铣床 ? 铣床的主要类型 有卧式升降台铣 床、立式升降台 铣床、龙门铣床、 工具铣床、数控 铣床和其它专门 化铣床。图9-10 所示为万能升降 台铣床。
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图9-10 万能升降台铣床 1-底座 2-床身3-悬梁4-主轴5-刀 轴支架6-工作台 7-回转盘 8-床鞍 9-升降台

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? 3.铣削方式 ? 1)周铣和端铣 ? 用分布于铣刀圆柱面 上的刀齿进行的铣削 称为周铣,如图9-11 a)所示。 ? 用分布于铣刀端平面 上的刀齿进行的铣削 称为端铣,如图9-11 b)所示。
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a)周铣

b)端铣

图9-11 周铣和端铣

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? 2)逆铣和顺铣 铣削有逆铣和顺铣两种方式, 如图9-12所示。

图9-12 逆铣和顺铣
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? 逆铣 在铣刀与工件已加工面的切点处,旋转 铣刀切削刃的运动方向与工件进给方向相反的 铣削称为逆铣,如图9-12a)所示。 ? 顺铣 在铣刀与工件已加工面的切点

处,旋转 铣刀切削刃的运动方向与工件进给方向相同的 铣削称为顺铣,如图9-12b)所示。

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? 3)对称铣削和不对称铣削 ? 端铣时,根据铣刀与工件相对位置的不同,可 分为对称铣削、不对称逆铣和不对称顺铣三种 方式,如图9-13所示。

a

)对称铣削

b)不对称逆铣

c)不对称顺铣

图9-13 对称铣削、不对称逆铣和不对称顺铣
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? ? ? ? ? ? ? 9.2.3刨削 1.概述 1)加工成本低 2)通用性好 3)生产率较低 2.刨床 刨床有牛头刨 床和龙门刨床 等。牛头刨床 如图9-14所示。

图9-14 牛头刨床
1-工作台 2-滑座 3-刀架 4-滑枕 5-床身 6-底座

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? 9.2.4钻削与镗削 ? 1.钻削 ? 用钻头在实体材料上加工出孔的方法称为钻削。 常在车床和钻床上进行钻孔。在钻床上,还可 以完成扩孔、铰孔、锪孔、攻螺纹等工作,如 图9-15所示。

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a)钻孔 b)扩孔 c)铰孔 d)攻螺纹 e)钻埋头孔f)锪平面

图9-15 在钻床上能完成的工作
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? 1)钻床 ? 钻床的主要类型 有台式钻床、立 式钻床、摇臂钻 床、数控钻床和 专门化钻床(如 深孔钻床、中心 钻床等)。摇臂 钻床如图9-16所 示。
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图9-16 摇臂钻床
1-底座 2-电箱 3-立柱 4-摇臂 5-主轴变速箱 6-主轴
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? 2)钻削加工刀具 标准麻花钻头是钻孔的常 用刀具,一般由高速钢制成。麻花钻的结构如 图9-17所示。

图9-17 麻花钻的构造
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? 3)钻孔的工艺特点及应用 ? (1)钻头的刚性差、定心作用也很差 易导 致钻孔时的孔轴线歪斜,钻头易扭断。 ? (2)易出现孔径扩大现象 这不仅与钻头引偏 有关,还与钻头的刃磨质量有关。钻头的两个 主切削刃应磨得对称一致,否则钻出的孔径就 会大于钻头直径,产生扩张量。 ? (3)排屑困难 钻孔时,由于切屑较宽,容屑 槽尺寸又受到限制,所以排屑困难,已加工表 面质量不高。
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? (4)钻削温度高 由于钻头外缘转角处切削速 度高、棱边与孔壁摩擦严重、钻心轴向力大、 主刃切削条件差、排屑困难等因素,使钻削的 切削温度升高,钻头磨损加快,从而限制了钻 削用量的提高。为了降低钻削温度,保证钻头 耐用度,提高生产率,在钻削时必须加切削液。 ? 钻孔的尺寸精度一般为

IT13~IT10,表面粗糙 度Ra为50~12.5μ m。钻孔直径一般为1~80mm。

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? 2.镗削 如图9-18所示。

图9-18 卧式镗床的主要加工方法
a)、b)镗孔 机械制造基础 c)车端面 d)钻孔 e)铣平面 f)铣组合面 g).h)复车螺纹

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? 1)镗床 镗床 的主要类型有普 通卧式镗床、坐 标镗床、金刚镗 床和镗加工中心 等。卧式镗床如 图9-19所示。
图9-19 卧式镗床
1-主轴 2-前立柱3-镗杆4-平旋盘5-工作台 6-上滑座7-下滑座8-床身9-后支架10-后立柱
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? 卧式镗床的运动 ? 主运动有:镗轴和平旋盘的旋转运动; ? 进给运动有:镗轴的轴向运动; 平旋盘刀具溜板的径向进给运动; 主轴箱的垂直进给运动; 工作台的纵向和横向进给运动。

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? 2)镗孔的工艺特点及应用 ? (1)镗孔质量高 镗孔不但加工孔的尺寸精 度高、表面粗糙度值小,而且易保证平行孔系 中孔与孔轴线的平行度,孔与端面的垂直度等 位置精度的要求。 ? (2)镗孔的生产率多变 单刃镗刀镗孔比多 刃镗刀镗孔的生产率低;在单件小批生产中, 镗孔的生产率较低,在大批大量生产中,采用 镗模镗孔的生产率较高。
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? (3)镗孔适应性广 一把镗刀可以加工一定 范围内不同孔径的孔,同时镗床还可以加工单 个孔、孔系、通孔,台阶孔和孔内环槽等,故 镗削适应性广。 ? (4)镗床设备复杂 镗床是加工大型工件孔 系的重要设备。镗床的调整、操作难度较大, 镗刀还要经常调整,故要求操作者的技术水平 较高。

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? 镗孔主要适用于箱体、支架和机座等大型工件 孔系的加工。是加工较大孔径(80mm<D<100mm) 较合适的加工方法。一般镗孔的尺寸公差等级 为IT9~IT7级,表面粗糙度值Ra0.8~1.6μ m; 精细镗时,尺寸公差等级为IT7~IT6级,表面 粗糙度值Ra0.2~0.8μ m。

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? 9.2.5磨削 ? 磨床类型 ? 主要有:外圆磨床 内圆磨床 平面磨床 工具磨床 ? 1)外圆磨床 ? 图9-20是M1432A型万能外圆磨床的外形。
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图9-20 M1432A型万能外圆磨床
1-床身 2-头架 3-工作台 4-内圆磨具 5-砂轮架 6-尾架 7-脚踏操纵板
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? 2)平面磨床 图9-21是卧 轴矩台平面 磨床的外形。

图9-21 卧轴矩台平面磨床
1-床身 2-工作台 3-砂

轮架 4-滑座 5-立柱

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? 磨削过程 磨削时,砂轮表面上的很多磨粒同 时参加切削,如图9-22a)所示。

a)砂轮磨削

b)磨粒切削过程

图9-22 磨削
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? 磨粒切削过程分为三个阶段:如图9-22b)所示。 第一阶段是磨粒刚接触工件表面时产生的滑擦 阶段,只产生弹性变形而无切屑; ? 第二阶段是刻划阶段,磨粒切人工件表面产生 塑性变形,将工件表面刻划出沟痕; ? 第三阶段是分离阶段,当产生塑性变形的应力 超过材料的强度极限时,形成切屑,使切屑与 工件表面分离。对于不太凸起或半磨钝的磨粒, 切削过程只有滑擦和刻划阶段。而对于磨钝又 平整的磨位,既无刻划也不分离,只在工件表 面上起滑擦抛光作用。
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? 9.2.6特种加工 ? 特种加工一般是指电火花加工、电解加工、超 声波加工、激光加工、电子束加工等非传统加 工方法的总称。 ? 特种加工的本质是直接利用机械能以外的各种 能量,如电能、光能、声能、化学能以及电化 学能等来去除毛坯上多余的材料,使之达到图 样上的全部技术要求。

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? 特种加工特点 (与常规的切削加工方法在加工原理 上的主要区别): ? 主要用机械能以外的其它能量(如电、化学、光、 声、热能等)去除工件上多余的材料。 ? 工具的硬度可以低于被加工材料的硬度,俗称“以 柔克刚”。 ? 加工中工件和所用的工具不受显著的切削力的作用。 ? 由于特种加工具有以上特点,所以它能够解决常规 切削方法所难以解决或无法解决的加工问题。
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? 1.电火花加工与线切割加工 ? 1)电火花加工的基本原理 电火花加工是通过工具电极 (简称工具)和工件电极 (简称工件)之间脉冲放电 的电蚀作用,对工件进行加 工的方法,所以又称放电加 工或电蚀加工。其工作原理 如图9-23所示。
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图9-23 电火花加工原理 示意图
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? 2)电火花加工特点及应用 ? (1) 可加工各种材料 ? (2) 加工时无切削力有利于小孔、薄壁、 窄槽以及各种复杂截面的型孔和型腔等零 件的加工。 ? (3) 脉冲参数可以任意调整在同一台机床 上可以进行粗加工、半精加工、精加工。

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? 3)线切割加工 线切割是线电极 电火花切割的简 称。 ? 图9-24为线切割 示意图。

图9-24线切割示意图
l-

被加工零件 2、4-丝架 3-钼丝

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? 线切割的加工原理 与一般的电火花加工相 同,其区别是所使用的工具不同,它不靠成 型的工具电极将形状尺寸复制到工件上,而 是用移动着的电极丝以数控的方法按预定的 轨迹进行切割加工。 ? 线切割加工时,阳极金属的蚀除速度大于阴 极,因此采用正极性加工即工件接高频脉冲 电源的正极,工具电极(钼丝)接负极,工作 液宜选用乳化液或去离子水。
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? 线切割加工适于切割加工形状复杂、精密的模 具和其它零件, 加工精度可控制在0.01mm左 右,表面粗糙度≤2.5μ m。 (一般小型线切割 机采用0.08~0.12mm的钼丝,大型线切割机采 用0.3mm左右的钼丝) 。

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? 2.电解加工 ? 1)电解加工的 基本原理 ? 电解加工是利用 金属在电解液中 产生阳极溶解的 电化学反应的原 理,对工件进行 成形加工的方法。 其工作原理如图9 -25所示。
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图9-25 电解加工原理示意图
1 直流电源 2工具阴极 3工件阳极4电解液泵 5电解液

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? 电解加工时,工件接正极,工具电极接负极, 工件和工具电极之间通以低压大电流。在两极 之间的狭小间隙内,注入高速电解液。由于金 属在电解液中的阳极溶解作用,当工具电极向 工件不断进给时,工件材料就会按工具型面的 形状不断地溶解,且被高速流动的电解液带走 其电解产物,于是在工件上就加工出和工具型 面相应的形状来。
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? 2)电解加工的工艺特点及应用 ? (1)可加工难加工材料 可以加工高硬度, 高强度,高韧度等难加工材料,如淬火钢、不 锈钢和耐热钢等,其生产率比电火花加工高。 ? (2)加工时无切削力和切削热 加工后工件 不会产生残余应力、加工硬化、烧伤表面等缺 陷,但尺寸精度比电火花加工低。

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第9章 机械加工
? (3)电解液对机床腐蚀大 电解机床需有防 腐蚀措施,机床费用高。同时,电解产物回 收、处理也困难,易污染环境。 ? 电解加工主要用于大批大量生产的型孔,型 腔、复杂型面和深小孔等表面的加工。型孔 加工的尺寸精度为±0.03~0.05mm,型腔 加工的尺寸精度为±0.05~0.2mm,其表面 粗糙度为Ra0.8~0.2μ m。

机械制造基础

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