切削技術(shù)與加工工序-中文翻譯

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中文譯文切削技術(shù)與加工工序基本上講，金屬切削是指一個磨尖的鍥形工具從有韌性的工件表面上去除一條很窄的金屬。切屑是被廢棄的產(chǎn)品，與其它工件相比切屑較短，但對于未切削部分的厚度有一定的增加。工件表面的幾何形狀取決于刀具的形狀以及加工操作過程中刀具的路徑。大多數(shù)加工工序產(chǎn)生不同幾何形狀的零件。如果一個粗糙的工件在中心軸上轉(zhuǎn)動并且刀具平行于旋轉(zhuǎn)中心切入工件表面，一個旋轉(zhuǎn)表面就產(chǎn)生了，這種操作稱為車削。如果一個空心的管子以同樣的方式在內(nèi)表面加工，這種操作稱為鏜孔。當均勻地改變直徑時便產(chǎn)生了一個圓錐形的外表面，這稱為錐度車削。如果刀具接觸點以改變半徑的方式運動，那么一個外輪廓像球的工件便產(chǎn)生了；或者如果工件足夠的短并且支撐是十分剛硬的，那么成型刀具相對于旋轉(zhuǎn)軸正常進給的一個外表面便可產(chǎn)生，短錐形或圓柱形的表面也可形成。速度，進給量和切削深度是經(jīng)濟加工的三大變量。其他的量數(shù)是攻絲和刀具材料，冷卻劑和刀具的幾何形狀，去除金屬的速度和所需要的功率依賴于這些變量。切削深度，進給量和切削速度是任何一個金屬加工工序中必須建立的機械參量。它們都影響去除金屬的力，功率和速度。切削速度可以定義為在旋轉(zhuǎn)一周時速度記錄面相對任何瞬間呈輻射狀擴散的針，或是兩個相鄰溝槽的距離。切削深度是進入的深度和溝槽的深度。在機動車床上完成的基本操作已被介紹了。那些用單點刀具在外表面的操作稱為車削。除了鉆孔，鉸孔，研磨內(nèi)部表面的操作也是由單點刀具完成的。所有的加工工序包括車削，鏜孔可以被歸類為粗加工，精加工或半精加工。精加工是盡可能快而有效的去除大量材料，而工件上留下的一小部分材料用于精加工。精加工為工件獲得最后尺寸，形狀和表面精度。有時，半精加工為精加工留下預定的一定量的材料，它是先于精加工的。一般來說，較長的工件同時被一個或兩個車床中心支撐。錐形孔，所謂的中心孔，兩端被鉆的工件適于車床中心- 通常沿著圓柱形工件的軸線。工件接近為架的那端通常由尾架中心支撐，在靠近主軸承的那端由主軸承中心支撐或由爪盤夾緊。這種方法可以牢固的加緊工件并且能順利地將力傳給工件；由卡盤對工件提供的輔助支撐減少切削時發(fā)生的顫振趨勢，如果能小心準確地采用卡盤支撐工件的方法，則可以得到精確的結(jié)果。在兩個中心之間支撐工件可以得到非常精確的結(jié)果。工件的一端已被加工，那么工件便可車削了。在車床上加工另一端，中心孔充當精確定位面和承載工件重量和抵制切削力的支撐面。當工件由于任何一原因從車床上移除后，中心孔將準確地使工件回到這個車床上或另一個車床上或一個圓柱磨床上。工件不允許被卡盤和車床中心夾在主軸承上。然而首先想到的是一個快速調(diào)整卡盤上工件的方法，但這是不允許的因為在由卡盤夾持的同時也由車床中心支撐是不可能的。由車床中心提供的調(diào)整將不能持續(xù)并且爪盤的壓力會損壞中心孔和車床中心，甚至是車床主軸。浮動的爪盤為上述陳述提供了一個例外，它幾乎完全使用在高生產(chǎn)工作上，這些卡盤是真正的工作驅(qū)動者并且不為同樣的目的如普通的三爪，四爪卡盤使用。而大直徑的工件有時裝在兩個中心，它們最好有由面板夾持在主軸承尾部來順利得到能量轉(zhuǎn)換；許多車床夾頭并不能足量的轉(zhuǎn)換能量，雖然可以作為特殊的能量轉(zhuǎn)換。作為產(chǎn)生形狀的一種方法，機械加工是所有制造過程中最普遍使用的而且是最重要的方法。機械加工過程是一個產(chǎn)生形狀的過程，在這過程中，驅(qū)動裝置使工件上的一些材料以切屑的形式被去除。盡管在某些場合，工件無支承情況下，使用移動式裝備來實現(xiàn)加工，但大多數(shù)的機械加工是通過既支承工件又支承刀具的裝備來完成。在切削時基本工具工作的關(guān)系充分描述的方法有 4 個因素：刀具幾何形狀，切削速度和切削深度。刀具必須由適當?shù)牟牧献龀?；它必須有一定的強度，粗糙度，硬度和抗疲勞度。刀具幾何形狀由面和角度描述，對每一種切削操作都是正確的。切削速度是指切削刃通過工作面的速度，它已每分鐘通過的英尺數(shù)表示。對于加工效率，切削速度相對于特殊工作組合必須具有適當規(guī)模。一般來講，工件越硬，速度越小。進給是刀具進入工件的速率。當工件或刀具旋轉(zhuǎn)時，進給量的單位是英寸每轉(zhuǎn)。當?shù)毒呋蚬ぜ鶑鸵苿訒r，進給量的單位是英寸沒次，總的來說，在其他相似情況下進給量與切削速度成反比。切削速度用英寸表示，是刀具進入工件的距離表示的，它是指車削時屑片的寬度或是直線切削時屑片的厚度。粗加工時切削深度比精加工的切削深度大。在金屬切削作業(yè)中熱量產(chǎn)生于主要和第二變形區(qū)而這些結(jié)果導致了復雜溫度遍布于刀具，工件和屑片。一個典型的等溫先如圖所示，它可以看出正如預測的，當工件材料經(jīng)歷主要變形，被減切時，有一個非常大溫度梯度遍布于屑片的整個寬度。當?shù)诙冃螀^(qū)的屑片還有一小段距離就達到了最大溫度。因為幾乎所有的工作都以金屬切削轉(zhuǎn)化為熱量而完成，可以預測去除每一單位體積的金屬所增加的能量消耗將會提高切削溫度。因此在所有其他參數(shù)不變，前角變大時，將減少去除每單位體積金屬的能量和切削溫度。當考慮到增加未形成屑片的厚度和速度，情況就更復雜了。增加切削厚度往往會大大影響熱量傳給工件，刀具的多少，而且會使屑片停留在一個固定數(shù)額，同時切削溫度的變化也會很小，可是增加切削速度會減少傳遞給工件的熱量，同時這將增大屑片主要變形的溫升。此外，第二變形區(qū)是比較小的，在這個變形區(qū)會提高溫度。切削參數(shù)的其他變化幾乎不影響去除每單位體積的能量消耗和切削溫度。因此已經(jīng)表明，即使是切削溫度的小規(guī)模變化對刀具磨損率也有重大影響，從切削數(shù)據(jù)來估計切削溫度是恰當?shù)摹z測高速鋼工具最直接最準確的方法，特倫特給出了高速鋼工具溫度分布的詳細資料。該技術(shù)是基于高速鋼刀具的數(shù)據(jù)檢測并與對熱歷史的微觀變化有關(guān)。特倫特已經(jīng)描述了切削溫度的測量和加工大范圍工件時高速鋼工具的溫度分布。使用掃描電子顯微鏡來研究精細尺度微觀結(jié)構(gòu)變化，這項技術(shù)已得到了進一步發(fā)展。這項技術(shù)也用于研究高速鋼單點車刀和麻花鉆的溫度分布，脆性斷裂已經(jīng)得到了處理，刀具磨損基本上有三個類型。后刀面磨損，邊界磨損和前刀面磨損。刀面磨損發(fā)生在主切削刃和次切削刃。主切削刃負責去除大量金屬，這增加了切削力和溫度，如果任其發(fā)展會導致刀具和工件的振動，這就再不能高效率地切削了。次切削刃決定工件尺寸和表面精度，后刀面的磨損會導致大量產(chǎn)品出現(xiàn)較差的表面精度。根據(jù)實際切削條件，刀具不可用的主要原因在于主刀面先于次刀面的磨損非常大，這導致了一個不可接受部分的產(chǎn)生。因為刀具的應(yīng)力分布，剛開始滑動時，滑動區(qū)域的摩擦力在屑片和面之間達到最大，最后摩擦力便為零。因此磨料磨損發(fā)生在這個區(qū)域，在屑片與相離處更多的磨損發(fā)生在與該區(qū)域相鄰處，這比相鄰于這點的更多。這導致了刀具面的局部點蝕與這面有一定距離，這面通常有一部分是圓弧形的。在許多方面并基于實際切削條件，邊界磨損相比后刀面是一個較不嚴重的磨損，因此刀面磨損是一種較常見磨鈍標準。然后，由于各樣作者表明，伴隨著切削速度的增加面溫度的增加量多于刀面的增加量，而由于溫度變化嚴重影響任一類型的磨損率，邊界磨損通常發(fā)生在較高切削速度的情況下。刀具與未切削面相接觸的地方，主刀面磨損的尾部的磨損比沿著剩余磨損面的地方更明顯。這是因為局部影響如未切削面是由先前的切削，氧化規(guī)模，局部高溫所形成的加工硬化而造成的。這個局部磨損一般與邊界磨損有關(guān)，有時還很嚴重。雖然出現(xiàn)凹口不會嚴重影響刀具的切削性能，凹口是往往比較深，如果繼續(xù)切削刀具很可能斷裂。如果任何形式的漸進磨損讓其戲劇性的繼續(xù)存在，刀具將面臨災難性的故障，如刀具再不能切割，在好的情況下，工件報廢，最壞時，機械工具可能造成損壞。對于硬質(zhì)合金刀具和各類型的磨損，在出現(xiàn)災難性故障之前達到最長使用使用壽命的極限。但對于高速鋼切削工具的磨損是不均勻的，目前已發(fā)現(xiàn)當磨損繼續(xù)并甚至出現(xiàn)災難性故障時，便可得到最有意義的和可以復制的結(jié)果，當然在實踐中，切削時間遠遠少于故障時間。發(fā)生災難性故障時會出現(xiàn)幾個現(xiàn)象，最常見的是切削力突然增加，工件出現(xiàn)亮環(huán)，噪音顯著增大。有五個基本機制對于已加工產(chǎn)品有影響：（1）切削過程的基本幾何形狀。（2）切削加工的效率。（3）機床的穩(wěn)定。。（4）去除切屑的有效性。（5）切削刀具的有效后角。機械零件被制造因此它們是可互換的。換句話說，每一種機械零件或裝置被制成一定的大小和形狀來適用于其它型號的機器。為了使零件具有互換性，每一個零件都做成一個尺寸來用正確的方法與對應(yīng)的零件相配。這不僅不可能，而且是許多零件都做成一個尺寸是不切實際的。這是因為機器不是完美的，而工具會磨損。相對于正確尺寸的一點偏差通常是允許的。這個偏差的大小依賴于被制零件的種類，比如一個零件可能是 6 英寸，上下偏差是 0003 英寸（三千分之一）。因此這個偏差可以是 5997 英寸到 6003 英寸之間并仍能保持正確尺寸。這就是偏差。上偏差和下偏差之差即是公差。公差是零件尺寸的最大變化量，基本尺寸是允許變動量和公差范圍而衍生的尺寸限制。有時偏差只允許一個方向的變動，它允許公差在孔或軸上變化而不會嚴重影響配合。當公差在兩個方向上都變化時，稱為完全偏差（正和負）。完全偏差是分開的，并且在基本尺寸的每一邊都會有。而極限尺寸只有最大尺寸和最小尺寸。因此，公差是這兩個尺寸之差。產(chǎn)品已經(jīng)完成了應(yīng)有的形狀和大小，常常需要某種類型的表面精度是它們能夠履行好自己的職能。在某些情況下為了抵抗劃破和擦破，提高表面材料的物理性能是必須的。在許多制造工藝中，產(chǎn)品表面留下污垢，屑片，油脂或其它有害物質(zhì)。由不同材料組成的混合物，不同方式加工的同種材料，可能需要一些特殊的面處理以提供均勻的外觀。表面拋光處理有時可能成為一個中間處理程序。舉例來說，先于各種電鍍工藝，清潔和拋光通常是必不可少的。一些清洗程序也用來改善配合零件的表面光滑度，也為了去除毛邊，這些在以后使用中是有害的。表面拋光處理的另一個重要原因是在各種各樣的環(huán)境中的防腐保護。保護程序的類型主要取決于預期暴露，并充分考慮到材料保護和經(jīng)濟因數(shù)。為了滿足上述目的，因此必須使用表面拋光的主要方法，表面力學的化學變化影響工作面的性能，用各種方法清洗，保護涂料和有機金屬的應(yīng)用。在早期的工程中，盡量接近的將配合零件加工到所需尺寸，把配合零件加工到相似尺寸然后完成加工，并不斷地將其它零件與它相配，直到得到理想的關(guān)系。如果在加工時不方便將一個零件另一個零件相配，則最后的工作是由鉗工坐在板凳上，刮削配合零件直到理想的配合，因此作為一名鉗工字面意為 J，顯而易見，兩個零件仍在一起而 M 不得不更換，必須再一次去相配合。在這些日子里，我們期望能為壞零件購買一個替代品，而它的功能正常也不需要刮削和其它修改工序。當一個零件能被用來替換另一個同尺寸和同材料規(guī)格的零件，這時我們稱之為這些零件能互換?；Q系統(tǒng)通?？梢越档蜕a(chǎn)成本，為了一個昂貴的操作是沒有必要的，這有益于客戶在需要時更換磨料零件。裝配設(shè)備的傳統(tǒng)同步夾子有更多的零件與中心線相對，以確保當電弧從傳送帶回升時能在一個眾所周知的地方。然而，在某些應(yīng)用中，迫使零件與中心線對準，可能會損壞零件和設(shè)備。當零件很小并有一些碰撞可導致刮擦，當它的位置被機床主軸或絲杠固定，或公差是很小時，最好使夾子配合零件的位置而不是倒過來。對于這些任務(wù) Zaytran 公司Elyria 已經(jīng)創(chuàng)造了 GPN 不同步系列，它與夾持兼容。因為力和夾子的同步系統(tǒng)是獨立的，同步系統(tǒng)可以被一個精密的防滑系統(tǒng)取而帶之而不影響夾持力。夾子尺寸范圍從 51b 夾持力和 0.2 英寸沖程到 40Gb 夾持力和 6 英寸沖程。夾子產(chǎn)品的特點是批量的規(guī)模越來越小并且提供更多元的產(chǎn)品。作為最后一步生產(chǎn)步驟，裝配在批量大小和產(chǎn)品設(shè)計時特別容易變化。以前在這種情況下，迫使許多企業(yè)把更多的精力投入到廣泛合理化和自動化裝配上。雖然在以靈活處理系統(tǒng)如工業(yè)機器人的背景下，彈性夾具的發(fā)展在快速下降，但嘗試著增加彈性夾具會成為可能。夾具是必需的產(chǎn)品投資，這一事實激化了使夾具更靈活地在經(jīng)濟上的必要性。夾具可以根據(jù)它們的靈活性分為單一夾具，組合夾具，模塊化夾具，高靈活夾具。靈活夾具的特點是對不同工件的高度適應(yīng)性，較少的變換時間和較低的價格。在生產(chǎn)任務(wù)中工件在夾具里是固定的，固定一個工件有幾個必要步驟。第一步要確定工件在夾具上的位置，考慮未加工面和工作特點。在此之后，固定面必須被選定。工件在確定的位置被固定在固定面上，并添加必要的力和力矩，保證獲得必要的工作特點。最后，必要的調(diào)動位置或組合夾具因素都要考慮，調(diào)整或組裝，使工件牢牢地固定在夾具上。通過這樣一個程序，工序和工序卡片，夾具的裝配可自動進行。結(jié)構(gòu)造型任務(wù)就是要產(chǎn)生若干穩(wěn)定平面的組合，這樣在這些平面上的各夾緊力將使工件和夾具穩(wěn)定。按慣例，這個任務(wù)可用人- 機對話即幾乎完全自動化的方式來完成。以人 -機對話即以自動化方式確定夾具結(jié)構(gòu)造型的優(yōu)點是可有組織有規(guī)劃進行夾具設(shè)計，減少所需的設(shè)計人員，縮短研究周期和能更好地配置工作條件。簡言之，可成功地達到顯著提高夾具生產(chǎn)效率和經(jīng)濟效益。