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加工工艺的种类和分类 |制造科学

这篇文章阐明了加工过程的类型。类型是:- 1. 塑形和 计划 2. 车削和镗孔 3. 钻孔 4. 铣削。 有必要接触一些实际的加工操作及其分析。在本文中,我们不会涉及极端的技术细节和所有可能的操作类型,而只会处理非常基本和常见的加工操作。

加工工艺类型#1. 成型和 规划:

两种情况下材料去除过程的基本性质是相同的。 两者的主要区别在于,在成型中,主要(切削)运动提供给刀具,而进给量则提供给工件,而在计划中,它只是相反。

切割操作本质上是间歇性的,发生在向前冲程期间。在刀具(或作业,视情况而定)返回期间,当没有切削动作时提供进给运动。图 4.34 显示了切割区的一些细节。

在实际切削操作中,主要参数有单位时间行程数(N)、行程长度(S)、快回比(R)(位移/行程)、切削深度( d) 和工具角度。要将这些参数转换为基本加工参数,检查图 4.34 显示的截面图就足够了。

需要记住的是,一般情况下,正交加工的条件是不满足的,但是我们假设正交加工的力学是适用的来处理这个过程。就功耗而言,结果并不是很不准确。未切割的厚度和切割的宽度由关系给出 -

其中 Ψ 是主要的主切削刃角。从截面图(图 4.34)发现前角为 α(也称为正常前角)。图 4.35 显示了力的切割和推力分量。

切割分量 FC 作用于 v,而 FT 作用于垂直于瞬态表面。 FT 可以再次分解为两个分量,即 Ff(进给分量)和 Fn(与加工表面垂直的分量),如 –

金属去除率由 LdƒN 给出,其中 L 是作业的长度,N 是单位时间内的切削行程数。如果作业的宽度 (B)、工作表面必须降低的总深度 (H)、切削深度 (d)、进给 (ƒ) 和给定单位时间的切削行程(N)。总时间——

加工工艺类型 # 2.转和无聊:

车削是最常见的操作之一。尽管平面是通过端面车削产生的,但旋转表面通常由该操作产生。所有车削操作均在车床上完成。车削操作的主要类型是 – (i) 圆柱和阶梯圆柱表面的车削,(ii) 锥形和旋转曲面的车削,(iii) 螺纹车削,以及 (iv) 端面车削和分型。加工内表面时,该操作通常称为镗孔。

也可以执行镗孔操作以生产不同类型的旋转内表面。 我们将在这里讨论一个简单的车削操作的机制。然后可以在需要时将其扩展到各种其他特殊操作。图 4.37a 显示了一个简单的车削操作。用于此类操作的工具通常称为单点工具。

该操作的详细几何结构如图 4.37b 所示。图 4.38 显示了单点车刀的不同视图和角度。对应的基本加工操作中的参数可以查到为——

其中 Ψ 是侧切削刃角。当指定刀具角度时,可以找到法向前角α。一般情况下,不满足正交条件,但为了将讨论保持在本文的范围内,我们将假设正交加工。切割速度为 –

其中 N 是单位时间内的作业转数,D 是作业直径。由于切削深度 d 与 D 相比非常小,因此可以假设切削速度在整个切削宽度上是恒定的,并且等于等式 (4.41) 给出的值。为满足正交加工条件,切削刃应垂直于速度矢量,由此可知,刀具角度所满足的条件为——

输入 # 3.钻孔:

最常见的钻孔操作是钻孔,通常在麻花钻的帮助下进行。与成型和车削不同,这涉及两个主要切削刃。图 4.41 显示了钻孔操作。

如果钻头每转的总进给量(进给率)为 ƒ,那么每个切削刃的份额为 ƒ/2,因为每个唇缘都在获得未切削层,其顶面具有由另一个唇缘 180° 完成(在 180° 旋转期间,钻头的垂直位移为 ƒ/2)。未切割的厚度 t1 和切割的宽度 w 为 –

r 是正在评估法向前角的切削刃上点的半径,D 是钻头的公称直径,β 是半点角(图 4.41b),以及 Ψ螺旋角(图 4.42)。

表4.12给出了钻孔角度和参数的典型值。

需要说明的是,在钻孔作业中,切削速度等参数沿切削刃的变化是明显的,整个现象非常复杂。但是,我们所有的计算都是基于每个切削刃的中点。作用在钻头上的所有力的影响(图 4.43)可以用抗扭矩 M 和推力 F 来表示。在横刃处的作用并不是真正的切削作用;相反,它是一种像楔子一样推入材料的方法。但是凿刃对扭矩的影响可以忽略不计,因为它在旋转轴上。

凿刃对推力发展的贡献是可观的。总推力 F 可表示为 –

加工工艺类型 # 4.铣削:

铣削可能是最通用的加工操作,大多数形状都可以通过此操作生成。尤其是对非旋转对称零件的加工更不可缺少。与车削、整形和钻孔刀具不同,铣削刀具拥有大量的切削刃。安装刀具的轴通常称为刀轴。

铣削操作可分为两大类,即 – (i) 水平铣削和 (ii) 垂直铣削。在水平铣削操作中,刀具轴线是水平的。图 4.44 显示了一些常见的水平铣削操作。卧式铣削又可以根据切削和进给运动的相对方向分为两组。当排列如图 4.45a 所示时,该操作称为逆铣。

当切削和进给运动方向相同时(图4.45b),该操作称为顺铣。由于在顺铣中存在工件被拖入刀具的趋势,逆铣更安全并且通常进行。然而,顺铣可带来更好的表面光洁度和更长的刀具寿命。当切削刃为螺旋形时,切削操作更顺畅,获得更好的光洁度。这是由于切削刃逐渐接合。

立铣时刀具轴线垂直于(一般)垂直于工作面。 图4.47a 解释了使用直铣刀在平面板坯铣削过程中形成切屑的方案。刀具的直径为 D,提供的切削深度为 d。当用直刃铣刀进行铣削时,操作是正交的,切屑形成的运动学如图 4.47b 所示。

由于所有切削刃都参与加工,因此仅考虑单个齿的作用有助于研究该过程。如果 ƒ 是以毫米/分钟为单位的工作台进给速度,则每齿的有效进给量(以毫米为单位)将为 ƒ/(NZ),其中 N 是刀具转速,Z 是刀具的齿数。

工作单位宽度的材料去除率由 ƒd 给出。从图 4.47b 可以清楚地看出,切削刃前未切削材料的厚度逐渐增加,在表面附近达到最大值,然后又迅速下降到零。如果进给速度与刀具圆周速度相比较小,则 –

因此,当切削刃沿切削面移动时,切削力分量 FC 和 FT(如图 4.48 所示)不仅在方向上发生变化,而且在大小上发生变化。

很明显,用直刀切割时,没有沿刀轴的切割力分量。平均未切割厚度可取最大值的一半。因此——

使用该未切割厚度值可以近似地求出FC和FT的平均值。由于 FT 作用于径向,它不产生任何扭矩,心轴扭矩仅由分量 FC 引起。因此,由于一个切削齿产生的扭矩 M 是 FC(d/2) 并且大约随 Fc 变化。图 4.49 为单齿作用下,心轴扭矩(M)随心轴旋转的变化。

现在,为了得到整体扭矩(M̅),所有齿的力矩应该适当叠加。这导致了三种不同的可能性,即 - (i) β <2π / Z,(ii) β =2π / Z,以及 (iii) β> 2π / Z。图 4.50a 显示了三种不同的可能性;对应于每一个的心轴扭矩如图 4.50b 所示。从图 4.50 中可以明显看出,对于直刃刀具,力和心轴扭矩有急剧的变化,这会导致振动问题。

使用螺旋刀具时,切削刃和工件之间的接触逐渐开始和结束。此处,由于单齿引起的心轴扭矩和总扭矩属于图 1 和图 2 所示的类型。分别为 4.51a 和 4.51b。加工功率可以通过取心轴速度和平均总心轴扭矩的乘积来计算。平均推力可以被认为是沿着工作刀具接触弧的径向中线作用的。


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