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薄壁零件因它具有重量輕,節(jié)約材料,結(jié)構(gòu)緊湊等特點(diǎn)而廣泛應(yīng)用于產(chǎn)品生產(chǎn)中。但薄壁零件的加工特別是在車(chē)削加工過(guò)程中,由于薄壁零件剛性原因,如果不采取措施,常常會(huì)因?yàn)閵A緊力、車(chē)削力、車(chē)削熱、內(nèi)應(yīng)力、振動(dòng)與變形等,使工件產(chǎn)生較大的變形,導(dǎo)致零件的加工質(zhì)量難以保證。
一、影響薄壁零件加工精度的因素
在機(jī)械加工中,零件的加工精度從根本上取決于工件和刀具在加工過(guò)程中相互位置的關(guān)系。在刀具和工件接觸過(guò)程中,工藝系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生各種誤差,影響零件的加工精度。歸根結(jié)底主要有以下三個(gè)方面:1.受力變形:因工件壁較薄,在夾緊力的作用下容易產(chǎn)生變形,從而影響工件的尺寸精度和形狀精度;2.受熱變形;因工件較薄,切削熱引起工件熱變形,使工件尺寸難于控制;3.振動(dòng)變形:在切削力(特別是徑向切削力)的作用下,很容易產(chǎn)生振動(dòng)變形,從而影響工件的尺寸精度、形狀、位置精度和表面粗糙度。
二、保證薄壁零件車(chē)削加工精度的措施
(一)提高薄壁零件的剛度。在加工過(guò)程中,提高零件與工裝的剛度是極其重要的。提高薄壁零件與工裝的接觸剛度,可減小加工過(guò)程中工件的變形,也可提高薄壁零件的工藝剛度。提高工件與工裝連接配合表面的加工精度(尺寸精度與幾何形狀精度)和加工表面粗糙度,使工件與工裝有效接觸面積增大也可提高接觸剛度。其次,在零件間預(yù)加載荷、消除配合間隙和造成局部預(yù)變形,可有效提高工件的工藝剛度。另外,采用具有較高彈性模具的材料或提高接觸表面硬度,都可以提高工件的工藝剛度。
(二)設(shè)計(jì)合理的夾具結(jié)構(gòu)。工件材料為銅合金,車(chē)削的最大直徑為61mm和最薄處的孔壁厚度為1.5mm的薄壁零件(圖一)。
當(dāng)工件剛度成為生產(chǎn)加工的主要環(huán)節(jié)時(shí),我們可以采用合適的夾具來(lái)提高零件的加工精度。因此,合理的夾具及裝夾方式對(duì)薄壁零件的加工精度有很大影響。
對(duì)于圖二所示的夾緊機(jī)構(gòu),安裝工件時(shí),先卸下壓蓋4,將工件2裝到夾具體1上,再將壓蓋4裝上,緊固螺桿3,就可對(duì)工件進(jìn)行軸向夾緊。其缺點(diǎn)是工件與夾具體配合過(guò)緊時(shí),裝卸過(guò)程繁瑣;當(dāng)工件與夾具體配合過(guò)松時(shí),裝卸顯然比較容易,但因工件與夾具體配合時(shí)軸向夾緊間隙大,且工件在高速旋轉(zhuǎn)情況下產(chǎn)生一定的離心力,工件的加工精度也會(huì)大大降低。
(三)切削熱對(duì)加工的影響及控制。在加工過(guò)程中,刀具和工件接觸摩擦?xí)a(chǎn)生大量的切削熱,切削熱使刀具和工件溫度急劇上升,從而造成它們的熱變形,嚴(yán)重影響工件的加工品質(zhì)。特別是薄壁零件的熱容量較小,極易在切削熱影響下產(chǎn)生變形,并導(dǎo)致零件尺寸增大。因此,在加工過(guò)程中要充分考慮到零件在溫升膨脹后的伸長(zhǎng)問(wèn)題。零件受溫度影響一般表現(xiàn)為軸向伸長(zhǎng)或徑向膨脹。
軸套類(lèi)零件壁的厚度越薄,其熱脹冷縮現(xiàn)象越顯著,又因?yàn)殂~合金材料的熱膨脹系數(shù)較大,因此切削熱對(duì)零件精度影響很大。
下面通過(guò)計(jì)算來(lái)驗(yàn)證溫度變化對(duì)工件變形引起的徑向膨脹的影響。
套筒類(lèi)零件的外徑膨脹縮量λ=ad(t)=1.76×10-5,mm/(mm?℃)×50℃=0.066mm
式中,a=1.76×10-5,mm/(mm?℃)為銅合金的熱膨脹系數(shù);d=75mm。
對(duì)于零件的軸向伸長(zhǎng)所引起的變形,如果我們進(jìn)行軸向的剛性壓緊,溫升后必然導(dǎo)致夾緊力的增大,變形難以控制。而在夾具中采用彈性裝置,錐度開(kāi)口彈性套受軸向力左移過(guò)程中產(chǎn)生徑向均勻的彈性變形,使薄壁零件夾緊,很好的解決了軸向彈性變形的問(wèn)題。
(四)減小切削力。在切削加工時(shí),使零件產(chǎn)生變形的力主要是徑向切削力。零件在加工過(guò)程中所受徑向切削力的大小與所用的刀具及車(chē)削用量等有直接關(guān)系。刀具的選擇應(yīng)盡可能選擇主偏角大的刀具。但主偏角為90°的刀最好不要選用。因?yàn)橹髌菫?0°的車(chē)刀切削過(guò)程中雖然徑向分力幾乎為零但這種刀具極易產(chǎn)生扎刀現(xiàn)象。刀具的主偏角最好選擇在45°~75°之間。
因?yàn)榇旨庸ぎa(chǎn)生的切削力可以通過(guò)對(duì)零件的熱處理進(jìn)行徹底的消除。零件的粗加工時(shí)就要選擇小的切削深度和小的進(jìn)給量。使用幾何參數(shù)正確的刀具,這樣可以減小切削力對(duì)零件的影響。
(五)選擇合理的切削液。金屬切削液在金屬切削過(guò)程中具有相當(dāng)重要的作用。實(shí)踐證明,選用合適的金屬切削液,能降低切削溫度60-150℃,降低表面粗糙度1-2級(jí),減小切削阻力15-30%,成倍的提高刀具使用壽命。并能把切削過(guò)程中產(chǎn)生的屑從切削區(qū)域沖走,因而提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。故在薄壁零件的切削過(guò)程中必須使用合適的切削液,以降低切削過(guò)程中產(chǎn)生的熱量堆積,提高表面質(zhì)量和加工精度,降低切削成本,對(duì)薄壁零件的切削起到事半功倍的作用。
關(guān)鍵詞:軸類(lèi)零件 軸的設(shè)計(jì) 工藝規(guī)程
中圖分類(lèi)號(hào):TG51 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1003-9082 (2017) 04-0229-01
C器產(chǎn)品中的軸類(lèi)零件是通用零件,應(yīng)用非常普遍。機(jī)器工作能力和工作質(zhì)量在很大程度上都與軸有關(guān),軸一旦失效,有可能造成嚴(yán)重后果。軸是組成機(jī)械結(jié)構(gòu)的重要零件之一。它是軸系零件中的主要零件,也是支撐軸上零件、傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的關(guān)鍵部件。為了保證安裝在軸上的零件能正確地定位和固定,滿足軸的加工和裝配的要求,必須合理地定出軸各部分形狀和結(jié)構(gòu)尺寸,即進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
一、軸類(lèi)零件加工的概述
軸是穿在軸承中間或車(chē)輪中間或齒輪中間的圓柱形物件,但也有少部分是方型的。軸是支承轉(zhuǎn)動(dòng)零件并與之一起回轉(zhuǎn)以傳遞運(yùn)動(dòng)、扭矩或彎矩的機(jī)械零件。一般為金屬圓桿狀,各段可以有不同的直徑。機(jī)器中作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的零件就裝在軸上。 根據(jù)軸線形狀的不同,軸可以分為曲軸和直軸兩類(lèi)。根據(jù)軸的承載情況,又可分為:轉(zhuǎn)軸、心軸、傳動(dòng)軸。 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是確定軸的合理外形和全部結(jié)構(gòu)尺寸,為軸設(shè)計(jì)的重要步驟。它由軸上安裝零件類(lèi)型、尺寸及其位置、零件的固定方式,載荷的性質(zhì)、方向、大小及分布情況,軸承的類(lèi)型與尺寸,軸的毛坯、制造和裝配工藝、安裝及運(yùn)輸,對(duì)軸的變形等因素有關(guān)。設(shè)計(jì)者可根據(jù)軸的具體要求進(jìn)行設(shè)計(jì),必要時(shí)可做幾個(gè)方案進(jìn)行比較,以便選出最佳設(shè)計(jì)方案,
以下是一般軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則:
1.軸的設(shè)計(jì)主要包括材料、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、性能設(shè)計(jì)與精度設(shè)計(jì)等。軸的設(shè)計(jì)內(nèi)容是確定軸的合理外形和全部尺寸。由于軸、軸上零部件(包括支承軸承)等構(gòu)成了軸系組件,故軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需同時(shí)考慮軸上零部件的定位、固定、調(diào)整、裝拆等功能需求。軸的性能設(shè)計(jì)主要包括強(qiáng)度設(shè)計(jì)、剛度設(shè)計(jì)。軸的性能設(shè)計(jì)首先需進(jìn)行其力學(xué)模型的簡(jiǎn)化(根據(jù)其支承方式簡(jiǎn)化為簡(jiǎn)支梁和懸臂梁);其次根據(jù)其承載類(lèi)型和工況確定其可能的失效形式,進(jìn)而選用相應(yīng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則進(jìn)行性能設(shè)計(jì)。軸的性能設(shè)計(jì)準(zhǔn)則包括強(qiáng)度準(zhǔn)則和剛度準(zhǔn)則。高速軸常需要進(jìn)行振動(dòng)穩(wěn)定性設(shè)計(jì)。軸的振動(dòng)穩(wěn)定性設(shè)計(jì)主要目的是避免軸振動(dòng)過(guò)大,特別是發(fā)生共振。軸的精度設(shè)計(jì),包括其尺寸公差和幾何公差。2.軸的加工工藝分析 軸類(lèi)零件的加工工藝因其用途、結(jié)構(gòu)形狀、技術(shù)要求、產(chǎn)量大小的不同而有所差異。在日常的工藝工作中遇到的大量工作是一般軸的工藝編制。技術(shù)人員根據(jù)產(chǎn)品數(shù)量、設(shè)備條件和工人素質(zhì)等情況,確定采用的。二、軸的材料及選擇
1.軸的材料主要是碳素鋼和合金鋼。常用的碳素鋼為45鋼,一般應(yīng)進(jìn)行正火或調(diào)質(zhì)處理,以改善其力學(xué)性能。合金鋼比碳素鋼具有更高的力學(xué)性能和熱處理性能,但對(duì)應(yīng)力集中的敏感性強(qiáng),價(jià)格較貴,因此多用于高速、重載及要求耐磨、耐高溫或低溫等特殊條件的場(chǎng)合。由于在常溫下合金鋼與碳素鋼的彈性模量相差很小,因此,用合金鋼代替碳素鋼并不能明顯提高軸的剛度。
2.對(duì)于承受較大載荷、要求強(qiáng)度高、結(jié)構(gòu)緊湊或耐磨性較好的軸,可采用合金鋼。常用的有40Cr、20Cr、35SiMn等。應(yīng)當(dāng)指出:當(dāng)尺寸相同時(shí),采用合金鋼不能提高軸的剛度,因?yàn)樵谝话闱闆r下各種鋼的彈性模量相差不多;合金鋼對(duì)應(yīng)力集中的敏感性較高,因此軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更要注意減少應(yīng)力集中的影響;采用合金鋼時(shí)必須進(jìn)行相應(yīng)的熱處理,以便更好地發(fā)揮材料的性能。
3.軸的毛坯一般采用熱軋圓鋼或鍛件。對(duì)于形狀復(fù)雜的軸(如曲軸和凸輪軸等)也可采用鑄鋼或球墨鑄鐵,后者具有吸振性好,對(duì)應(yīng)力集中敏感性低和價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。
三、軸類(lèi)零件的設(shè)計(jì)要求
根據(jù)軸類(lèi)零件的功用和工作條件,其設(shè)計(jì)技術(shù)要求主要在以下方面:
1.尺寸精度
軸類(lèi)零件的主要表面常為兩類(lèi):一類(lèi)是與軸承的內(nèi)圈配合的外圓軸頸,即支承軸頸,用于確定軸的位置并支承軸,尺寸精度要求較高,通常為IT 5~I(xiàn)T7;另一類(lèi)為與各類(lèi)傳動(dòng)件配合的軸頸,即配合軸頸,其精度稍低,常為IT6~I(xiàn)T9。2.幾何形狀精度
主要指軸頸表面、外圓錐面、錐孔等重要表面的圓度、圓柱度。其誤差一般應(yīng)限制在尺寸公差范圍內(nèi),對(duì)于精密軸,需在零件圖上另行規(guī)定其幾何形狀精度。
3.相互位置精度
包括內(nèi)、外表面、重要軸面的同軸度、圓的徑向跳動(dòng)、重要端面對(duì)軸心線的垂直度、端面間的平行度等。
4.表面粗糙度
軸的加工表面都有粗糙度的要求,一般根據(jù)加工的可能性和經(jīng)濟(jì)性來(lái)確定。支承軸頸常為0.2~1.6μm,傳動(dòng)件配合軸頸為0.4~3.2μm。5.其他熱處理、倒角、倒棱及外觀修飾等要求。
四、軸類(lèi)零件的熱處理
1.中碳鋼和中碳合金鋼??紤]到軸類(lèi)零件的綜合力學(xué)性能要求,主要選用經(jīng)過(guò)軋制或鍛造的35、40、45、50、40Cr、40CrNi、40MnB鋼等,一般應(yīng)進(jìn)行正火或調(diào)質(zhì);若軸頸處耐磨性要求高,可對(duì)軸頸處進(jìn)行表面淬火。具體的鋼種應(yīng)根據(jù)載荷的類(lèi)型、零件的尺寸和淬透性的大小決定。承受彎曲載荷和扭轉(zhuǎn)載荷的軸類(lèi),應(yīng)力的分布是由表面向中心遞減的,對(duì)淬透性要求不高;承受拉、壓載荷的軸類(lèi),應(yīng)力沿軸的截面均勻分布,應(yīng)選用淬透性較高的鋼。2.對(duì)承受沖擊載荷較大,對(duì)強(qiáng)韌性要求高時(shí)或要求進(jìn)一步提高軸頸的耐磨性時(shí),可選用20Cr、20CrMnTi等合金滲碳鋼并進(jìn)行滲碳、淬火、低溫回火處理。
3.對(duì)于受力小、不重要的軸可選用Q235~Q275等普通質(zhì)量碳鋼。4.球墨鑄鐵和高強(qiáng)度灰鑄鐵可用來(lái)制作形狀復(fù)雜、難以鍛造成形的軸類(lèi)零件,如曲軸等。
五、軸類(lèi)零件加工工藝規(guī)程及注意點(diǎn)
工藝過(guò)程,在學(xué)校機(jī)械加工實(shí)習(xí)課中,軸類(lèi)零件的加工是學(xué)生練習(xí)車(chē)削技能的最基本也最重要的項(xiàng)目,但學(xué)生最后完工工件的質(zhì)量總是很不理想,經(jīng)過(guò)分析主要是學(xué)生對(duì)軸類(lèi)零件的工藝分析工藝規(guī)程制訂不夠合理。 軸類(lèi)零件中工藝規(guī)程的制訂,直接關(guān)系到工件質(zhì)量、勞動(dòng)生產(chǎn)率和經(jīng)濟(jì)效益。一零件可以有幾種不同的加工方法,但只有某一種較合理,在制訂機(jī)械加工工藝規(guī)程中,須注意以下幾點(diǎn)。
1.零件圖工藝分析中,需理解零件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、精度、材質(zhì)、熱處理等技術(shù)要求,且要研究產(chǎn)品裝配圖,部件裝配圖及驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。2.滲碳件加工工藝路線一般為:下料鍛造正火粗加工半精加工滲碳去碳加工(對(duì)不需提高硬度部分)淬火車(chē)螺紋、鉆孔或銑槽粗磨低溫時(shí)效半精磨低溫時(shí)效精磨。3.粗基準(zhǔn)選擇:有非加工表面,應(yīng)選非加工表面作為粗基準(zhǔn)。對(duì)所有表面都需加工的鑄件軸,根據(jù)加工余量最小表面找正。且選擇平整光滑表面,讓開(kāi)澆口處。選牢固可靠表面為粗基準(zhǔn),同時(shí),粗基準(zhǔn)不可重復(fù)使用。4.精基準(zhǔn)選擇:要符合基準(zhǔn)重合原則,盡可能選設(shè)計(jì)基準(zhǔn)或裝配基準(zhǔn)作為定位基準(zhǔn)。符合基準(zhǔn)統(tǒng)一原則。盡可能在多數(shù)工序中用同一個(gè)定位基準(zhǔn)。盡可能使定位基準(zhǔn)與測(cè)量基準(zhǔn)重合。選擇精度高、安裝穩(wěn)定可靠表面為精基準(zhǔn)。 工藝規(guī)程制訂得是否合理,直接影響工件的質(zhì)量、勞動(dòng)生產(chǎn)率和經(jīng)濟(jì)效益。一個(gè)零件可以用幾種不同的加工方法制造,但在一定的條件下,只有某一種方法是較合理的。因此,在制訂工藝規(guī)程時(shí),必須從實(shí)際出發(fā),根據(jù)設(shè)備條件、生產(chǎn)類(lèi)型等具體情況,盡量采用先進(jìn)加工方法,制訂出合理的工藝過(guò)程。
參考文獻(xiàn)
[1]楊叔子.機(jī)械加工工藝師手冊(cè)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2004.
關(guān)鍵詞:顫動(dòng);薄壁零件;非線性理論
引言
薄壁零件是指零件的壁厚小于2mm的零件,主要用于航天航空、機(jī)械制造等領(lǐng)域。但由于薄壁零件剛度低、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、工藝性差、加工余量大,在切削熱、切削力及殘余應(yīng)力等因素的影響下極易發(fā)生變形和切削顫動(dòng)。刀具與工件之間的顫動(dòng),不僅會(huì)破壞加工系統(tǒng)的使用壽命,嚴(yán)重時(shí)還會(huì)使切削加工無(wú)法進(jìn)行,延緩了整個(gè)產(chǎn)品的制造周期,大大降低了加工效率。目前整體薄壁結(jié)構(gòu)零件制造技術(shù)的水平,已經(jīng)成為衡量世界各國(guó)工業(yè)發(fā)展水平的重要標(biāo)志之一。本文通過(guò)回顧了切削顫動(dòng)的研究歷史,在為機(jī)械加工過(guò)程中減小或消除加工顫動(dòng)提供了有益的參考。
1.切削顫動(dòng)的機(jī)理研究
切削顫動(dòng)的機(jī)理研究構(gòu)成了切削顫動(dòng)理論的內(nèi)容。各種類(lèi)型的顫動(dòng),根據(jù)其產(chǎn)生的機(jī)理,可歸納為下述幾點(diǎn):
(1)切削厚度變化的再生效應(yīng);
(2)振型關(guān)聯(lián)效應(yīng);
(3)進(jìn)給速度變化的切入效應(yīng);
(4)刀具工作角度的動(dòng)態(tài)變化效應(yīng);
(5)切削力隨切削速度增加而減少的下降特性;
(6)刀具的刀面與工件之間的摩擦系數(shù),隨相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度增加而減少的下降特性。
在實(shí)際中,切削過(guò)程受許多復(fù)雜因素的影響,使其發(fā)生顫動(dòng)的大多是上述多個(gè)因素共同作用的結(jié)果。所以,許多學(xué)者近些年一直著力于研究切削顫動(dòng)的復(fù)雜情形,并且提出了一些新的理論和分析方法。
切削因?yàn)槭艿皆S多因素的影響,所以并不是一個(gè)確定的過(guò)程。通過(guò)將切削系統(tǒng)視為一隨機(jī)的振動(dòng)系統(tǒng),并且用時(shí)間序列的分析方法建立工況下的切削系統(tǒng)模型,進(jìn)而進(jìn)行顫動(dòng)分析,這為切削顫動(dòng)的研究開(kāi)辟了新的途徑。這種研究方法的結(jié)果更為接近實(shí)際,因?yàn)榉治鲂盘?hào)來(lái)源于工況下的切削過(guò)程。
2.切削顫動(dòng)的非線性分析理論
切削過(guò)程的動(dòng)態(tài)特征與機(jī)床機(jī)構(gòu)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特征,在切削顫動(dòng)的線性理論中假定為線性的。然而在實(shí)際中出現(xiàn)的,如顫振振幅穩(wěn)定性、有限振幅不穩(wěn)定性、起振閥與消振閥的分離等是切削顫動(dòng)的線性無(wú)法解釋的。當(dāng)其線性項(xiàng)無(wú)法被系統(tǒng)的非線性特性直接取得時(shí),必須采用非線性的理論進(jìn)行穩(wěn)定的分析。并且只有非線性理論才能解釋切削顫動(dòng)中的有限振幅不穩(wěn)定性的問(wèn)題。通過(guò)歸納,影響切削顫動(dòng)的幾個(gè)非線性的因素為:
(1)機(jī)床機(jī)構(gòu)中的非線性剛度;
(2)切削力的非線性特征;
(3)后角限制;
(4)刀刃運(yùn)動(dòng)軌跡的一部分越出工件材料之外。
3.切削顫動(dòng)研究中存在問(wèn)題
盡管開(kāi)展了大量的工作研究,關(guān)于切削顫動(dòng)的研究仍不是很成功。主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:
(1)理論欠完善,由于物理模型過(guò)于簡(jiǎn)單,不能完整的描述切削系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特征。首先,研究中將切削系統(tǒng)簡(jiǎn)化為一維的系統(tǒng),而事實(shí)上大多是三維切削。其次,假定切削系統(tǒng)是線性系統(tǒng),而事實(shí)上非線性是比較明顯的。因此這方面的研究還很不充分。
(2)切削系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特征難以準(zhǔn)確確定。首先,切削過(guò)程的動(dòng)態(tài)特性未能得到完整而準(zhǔn)確的描述。目前,切削機(jī)理研究還不完善,因此用理論計(jì)算方法來(lái)確定切削力的特性很難保證其正確性;而在用試驗(yàn)方法識(shí)別參數(shù)時(shí),又受到切削顫動(dòng)理論的假設(shè)條件限制,對(duì)復(fù)雜的切削過(guò)程描述過(guò)于簡(jiǎn)單,對(duì)切削過(guò)程非線性特性的描述及識(shí)別缺乏研究。其次,機(jī)床機(jī)構(gòu)的動(dòng)態(tài)特性也沒(méi)能準(zhǔn)確的描述。有許多結(jié)合部及相對(duì)運(yùn)動(dòng)環(huán)節(jié),在機(jī)床機(jī)構(gòu)系統(tǒng)中,其特性很難計(jì)算分析。靜態(tài)與空運(yùn)轉(zhuǎn)激振試驗(yàn)與實(shí)際切削狀態(tài)差別很大。因此,機(jī)床機(jī)構(gòu)系統(tǒng)非線性描述與參數(shù)識(shí)別,尚是一個(gè)有待研究的問(wèn)題。
(3)試驗(yàn)技術(shù)有待進(jìn)一步發(fā)展。就目前的測(cè)試設(shè)備與技術(shù)水平而論,開(kāi)展此方面的工作還有許多困難,特別是動(dòng)態(tài)切削力的測(cè)量及處于工件與刀具之間的切削點(diǎn)的相對(duì)位移的測(cè)量。這有待于試驗(yàn)方法的創(chuàng)新和試驗(yàn)技術(shù)的發(fā)展。
4.未來(lái)發(fā)展動(dòng)向
目前,切削顫動(dòng)的檢測(cè)與控制技術(shù)還處于發(fā)展之中。由于目前的顫動(dòng)檢測(cè)與控制技術(shù)是建立在切削顫動(dòng)的線性分析理論基礎(chǔ)之上,因此不可避開(kāi)切削顫動(dòng)理論研究而獨(dú)立發(fā)展??紤]切削顫動(dòng)的非線性特征,還是一個(gè)嶄新的問(wèn)題。但是隨著人們對(duì)切削顫動(dòng)機(jī)理認(rèn)識(shí)的不斷深入,切削顫動(dòng)的檢測(cè)及控制技術(shù)會(huì)更加的可靠和有效。
5.結(jié)束語(yǔ)
薄壁零件的加工極易發(fā)生切削顫動(dòng),因此是生產(chǎn)實(shí)踐中的一大難題,切削顫動(dòng)會(huì)影響切削過(guò)程、零件質(zhì)量及生產(chǎn)率。本文回顧了切削顫動(dòng)的機(jī)理研究歷史,并分析了切削顫動(dòng)的非線性分析理論,分析了切削顫動(dòng)研究中目前存在的問(wèn)題及未來(lái)發(fā)展動(dòng)向。
參考文獻(xiàn):
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因此,定位基準(zhǔn)的選擇是一個(gè)很重要的工藝問(wèn)題。那么用數(shù)控加工中心加工零件時(shí),我們?nèi)绾芜x擇定位基準(zhǔn)呢?下面就簡(jiǎn)單的介紹一下:
1、所選基準(zhǔn)應(yīng)能保證工件的定位準(zhǔn)確,裝卸工件方便,能迅速完成工件的定位和夾緊,夾緊可靠,且?jiàn)A具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。
2、數(shù)控加工中心所選定的基準(zhǔn)與各加工部位的各個(gè)尺寸運(yùn)算簡(jiǎn)單,盡量減少尺寸鏈計(jì)算,避免或減少計(jì)算環(huán)節(jié)和計(jì)算誤差。
3、保證各項(xiàng)加工精度。在具體確定零件的定位基準(zhǔn)時(shí),要遵循下列原則:
(1)工件坐標(biāo)系原點(diǎn)即“編程零點(diǎn)”與零件定位基準(zhǔn)不一定非要重合,但兩者之間必須要有確定的幾何關(guān)系。工件坐標(biāo)系原點(diǎn)的選擇主要考慮便于編程和測(cè)量。對(duì)于各項(xiàng)尺寸精度要求較高的零件,確定定位基準(zhǔn)時(shí),應(yīng)考慮數(shù)控加工中心坐標(biāo)原點(diǎn)能否通過(guò)定位基準(zhǔn)得到準(zhǔn)確的測(cè)量。
(2)當(dāng)在數(shù)控加工中心上既加工基準(zhǔn)又完成各工位的加工時(shí),其定位基準(zhǔn)的選擇需考慮完成盡可能多的加工內(nèi)容。為此,要考慮便于各個(gè)表面都被加工的定位方式,如對(duì)于箱體,最好采用一面兩銷(xiāo)的定位方式,以便刀具對(duì)其他表面的加工。
(3)盡量選擇零件上的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)作為定位基準(zhǔn)。這就要求在粗加工時(shí),考慮以怎樣的粗基準(zhǔn)把精基準(zhǔn)的各面加工出來(lái),即數(shù)控加工中心上使用的各個(gè)定位基準(zhǔn)應(yīng)在前面普通機(jī)床或其它機(jī)床中加工完成,這樣容易保證各個(gè)工位加工表面相互之間的精度關(guān)系。
關(guān)鍵詞:機(jī)械加工工藝;零件加工精度;熱變形
機(jī)械加工工藝,即利用機(jī)械加工的相關(guān)辦法更改毛坯,使其逐漸與零件的生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)相吻合,主要包括了更改毛坯的形狀、尺寸等方面。通常情況下,機(jī)械加工工藝越合理、越到位,則對(duì)應(yīng)的零件加工精度也就越高。因此,加強(qiáng)對(duì)機(jī)械加工工藝對(duì)零件加工精度影響的分析,無(wú)疑對(duì)于從基礎(chǔ)工藝層面提高零件加工的精度具有重要的作用和意義。
1機(jī)械加工概述
機(jī)械加工工藝是指,在機(jī)械加工的具體工藝流程當(dāng)中,借助某種方式方法改變生產(chǎn)對(duì)象的位置、大小以及形狀和性質(zhì)等屬性,進(jìn)而將生產(chǎn)對(duì)象轉(zhuǎn)變?yōu)榘氤善坊虍a(chǎn)成品的工藝流程[1]。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō),機(jī)械加工的流程主要為,從最初的粗加工到精加工,再到機(jī)械裝配和檢驗(yàn),最后,對(duì)通過(guò)檢驗(yàn)的零件進(jìn)行包裝。在機(jī)械加工過(guò)程中,所實(shí)施的工藝從總體上來(lái)看可分為工藝流程與工藝規(guī)程兩方面,其中,工藝流程是機(jī)械加工工藝的全部實(shí)施過(guò)程,工藝規(guī)程,即將工藝流程中所涉及的相關(guān)內(nèi)容以文件形式呈現(xiàn),便于后續(xù)相關(guān)工作的查閱和借鑒。對(duì)機(jī)械加工工藝流程進(jìn)行如下說(shuō)明:機(jī)械加工工藝流程則是使毛坯相合格產(chǎn)成品轉(zhuǎn)變的過(guò)程,該過(guò)程主要由零件加工流程與零件加工步驟共同構(gòu)成,不同的加工流程與加工步驟所對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范也不盡相同,而不同的機(jī)械加工標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范則共同構(gòu)成了機(jī)械加工工藝。例如,在對(duì)毛坯進(jìn)行加工的過(guò)程中,需要對(duì)毛坯的粗糙度、具體工序等相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行規(guī)定和說(shuō)明,從而形成毛坯的粗加工工藝。對(duì)機(jī)械加工規(guī)程進(jìn)行分析如下:機(jī)械加工規(guī)程,即零件加工企業(yè)在對(duì)其加工工藝過(guò)程進(jìn)行選取時(shí)所產(chǎn)生的一系列工藝文件。對(duì)零件加工企業(yè)進(jìn)行分析可知,其在對(duì)零件加工工藝過(guò)程進(jìn)行選取時(shí),盲目性較小,企業(yè)大都能夠從自身的實(shí)際生產(chǎn)情況,如機(jī)械加工人員的技術(shù)水平、職業(yè)素養(yǎng)以及零件加工的設(shè)備、工況等角度出發(fā),科學(xué)制定出符合企業(yè)盛產(chǎn)目標(biāo)的機(jī)械加工規(guī)程。通常情況下,一般的機(jī)械加工工藝規(guī)程主要涵蓋了零件加工的加工工序、路線和所用設(shè)備等。綜上所述,在具體的零件加工過(guò)程中,機(jī)械加工的工藝流程可被定義為零件加工的生產(chǎn)路線,而其工藝規(guī)程著是對(duì)零件加工生產(chǎn)工作所進(jìn)行的一系列指導(dǎo),由此,機(jī)械加工工藝會(huì)直接決定零件加工的精度。
2機(jī)械加工工藝對(duì)零件加工精度的影響
2.1內(nèi)部因素影響
基于內(nèi)因的機(jī)械加工工藝對(duì)零件加工精度的影響主要表現(xiàn)在以下三方面:(1)機(jī)械加工工藝系統(tǒng)的生產(chǎn)制造與相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和零件加工需求發(fā)生偏離,從而導(dǎo)致其從出廠時(shí)刻起便難以滿足零件加工精度的要求;(2)機(jī)械加工工藝系統(tǒng)在安裝使用時(shí),因自身安裝標(biāo)準(zhǔn)存在差異,加之操作的精細(xì)化水平較低,定位不準(zhǔn),導(dǎo)致零件加工精度大打折扣;(3)機(jī)械加工工藝系統(tǒng)在長(zhǎng)期應(yīng)用過(guò)程中,某些部位出現(xiàn)嚴(yán)重磨損,從而導(dǎo)致零件加工的精度大幅下降,例如,在機(jī)床以及刀具等設(shè)備出廠時(shí),未滿足相關(guān)生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn),或是在組裝和使用過(guò)程中發(fā)生碰撞、磨損而導(dǎo)致內(nèi)部構(gòu)件松動(dòng)或失靈,從而影響零件加工精度[2]。降低內(nèi)部因素影響的處理辦法為:因基于內(nèi)因的機(jī)械加工工藝對(duì)零件加工精度造成的影響主要表現(xiàn)為機(jī)械加工工藝系統(tǒng)自身的問(wèn)題,例如,相關(guān)機(jī)械設(shè)備在出廠時(shí)便存在誤差,或是在使用過(guò)程中的定位不準(zhǔn)、磨損等造成的誤差,故可采用相關(guān)補(bǔ)償技術(shù)減小誤差,提高零件加工的精度。例如,在智能化、自動(dòng)化數(shù)控機(jī)床中配置由正規(guī)廠家生產(chǎn)的專(zhuān)業(yè)校正軟件,若當(dāng)前投入使用的機(jī)床存在工藝誤差,則可在校正軟件中輸入機(jī)床誤差的補(bǔ)償工具,從而將相關(guān)誤差予以最大程度的降低,而后,再使其投入到有關(guān)工作中。除此之外,當(dāng)機(jī)床發(fā)生磨損后,為避免其對(duì)零件加工精度產(chǎn)生影響,可在參考相關(guān)校正數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上,以手動(dòng)的方式設(shè)置螺母,從而使構(gòu)件誤差和系統(tǒng)自身誤差得以良好補(bǔ)償,從整體上確保零件加工精度的提升。
2.2外部因素影響
對(duì)機(jī)械加工工藝進(jìn)行分析可知,在加工過(guò)程中,系統(tǒng)經(jīng)常出現(xiàn)因受力而產(chǎn)生形變的問(wèn)題,在增加所加工零件誤差的同時(shí),也對(duì)機(jī)械加工工藝系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和系統(tǒng)自身壽命產(chǎn)生了嚴(yán)重影響。基于此,將基于外因的機(jī)械加工工藝對(duì)零件加工精度的影響總結(jié)為以下幾方面:(1)運(yùn)行強(qiáng)度較大,因所用刀具和夾具或其他相關(guān)構(gòu)件長(zhǎng)期承受較大的負(fù)荷,從而導(dǎo)致機(jī)械加工系統(tǒng)共本身具有較大的運(yùn)行強(qiáng)度,故在長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程中,相關(guān)構(gòu)件則易因受外部作用力而發(fā)生形變或位置偏移,降低零件加工精度;(2)機(jī)械加工工藝系統(tǒng)的各個(gè)部件面臨多方受力,降低零件加工精度。在系統(tǒng)運(yùn)行更過(guò)程中,相關(guān)構(gòu)件一方面會(huì)受到來(lái)自系統(tǒng)自身的作用力,另一方面,還會(huì)承受加工零件對(duì)其施加的外部力,而還需說(shuō)明的是,除了這兩種作用力外,構(gòu)件彼此間的摩擦力也是導(dǎo)致其發(fā)生變形、位置偏移的關(guān)鍵原因,在各種外力的作用下,最終導(dǎo)致零件加工精度大幅下降;(3)對(duì)機(jī)械加工工藝進(jìn)行分析可知,在整個(gè)工藝流程過(guò)程中,機(jī)械加工的工藝體系不僅會(huì)受到自身和外部作用力的影響,進(jìn)而導(dǎo)致零件加工精度下降,而且還會(huì)受到相關(guān)設(shè)備和工具熱變形的影響,進(jìn)一步導(dǎo)致所加工的零件難以滿足相關(guān)工藝規(guī)程中對(duì)零件加工的精度要求,在降低零件加工精度的同時(shí),也不利于零件加工企業(yè)的長(zhǎng)期、穩(wěn)定發(fā)展。對(duì)基于熱變形的零件加工精度下降進(jìn)行如下分析:在機(jī)械加工的熱處理環(huán)節(jié)中,大都利用溫度使零件材料的材質(zhì)更具穩(wěn)定性,防止零件在后續(xù)加工中發(fā)生形變[3]。但在這一過(guò)程中,相關(guān)熱量不僅包括了外部加熱,而且還包括了刀具、機(jī)床運(yùn)作過(guò)程中所產(chǎn)生的熱作用,從而導(dǎo)致系統(tǒng)構(gòu)件與零件因均因受到溫度過(guò)高影響而發(fā)生熱變形,從而不利于零件加工精度的提高。降低外部因素影響的處理辦法為:(1)可通過(guò)對(duì)機(jī)械加工工藝協(xié)同自身相對(duì)薄弱的構(gòu)件進(jìn)行改進(jìn),從而提高構(gòu)件剛度及其對(duì)相關(guān)作用力的抵抗性能,降低因受力而發(fā)生形變和位置便宜的幾率;(2)根據(jù)零件加工工作的實(shí)際情況降適當(dāng)降低系統(tǒng)運(yùn)行的載荷量,即在不影響生產(chǎn)進(jìn)度的前提下,減輕系統(tǒng)工作量,進(jìn)而減少來(lái)自各方面的外力,使機(jī)械加工工藝的整個(gè)流程能夠順利完成對(duì)零件的高精度加工;(3)對(duì)于機(jī)械加工中構(gòu)件和零件所發(fā)生的熱變形問(wèn)題,可在加熱過(guò)程中將油滴入構(gòu)件連接處以及各構(gòu)件與零件連接處,一方面,使得各構(gòu)件、零件間的連接處較為光滑,而減少相互作用的摩擦力,降低因摩擦力導(dǎo)致的構(gòu)件、零件位置偏移問(wèn)題;另一方面,通過(guò)滴入油,進(jìn)而降低各構(gòu)件和零件連接處因摩擦而產(chǎn)生的熱量,以此來(lái)降低或消除熱變形對(duì)零件加工精度造成的影響。除此外,還可借助冷卻水等強(qiáng)制降溫方法將機(jī)械加工過(guò)程中所產(chǎn)生的熱量進(jìn)行吸收,降低系統(tǒng)構(gòu)件與零件發(fā)生熱變形的幾率,并提高零件精度。
3結(jié)論
本文通過(guò)對(duì)機(jī)械加工的概念進(jìn)行說(shuō)明,進(jìn)而分別從內(nèi)部因素與外部因素兩方面對(duì)機(jī)械加工工藝對(duì)零件加工精度所造成的影響展開(kāi)了深入研究,研究結(jié)果表明,基于內(nèi)因的機(jī)械加工工藝對(duì)零件加工精度的影響主要表現(xiàn)在機(jī)械加工系統(tǒng)自身出廠精度和磨損方面,而基于外因的機(jī)械加工工藝對(duì)零件加工精度的影響主要體現(xiàn)在機(jī)械加工系統(tǒng)構(gòu)件的受力形變以及構(gòu)件與零件的受熱變形等。未來(lái),還需進(jìn)一步加強(qiáng)探究機(jī)械加工工藝對(duì)零件加工精度影響的力度,為確保零件加工精度的全面提升奠定良好基礎(chǔ)。
作者:許振珊 李陸星 單位:濟(jì)寧職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系
參考文獻(xiàn):
[1]高晚生.基于機(jī)械加工工藝對(duì)零件加工精度影響對(duì)策的研究[J].科技視界,2015,12(16):85.