機床立柱加工工藝及專用刀具設(shè)計

機床立柱加工工藝及專用刀具設(shè)計,機床,立柱,加工,工藝,專用,刀具,設(shè)計 ****學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計開題報告 學(xué) 生 姓 名： 學(xué) 號： 系 別： 機械工程與自動化系 專 業(yè)： 機械設(shè)計制造及其自動化 設(shè) 計 題 目： 機床立柱的加工工藝及專用刀具設(shè)計 指導(dǎo)教師: 2013 年 3 月 25 日 畢 業(yè) 設(shè) 計 開 題 報 告 1．結(jié)合畢業(yè)設(shè)計情況，根據(jù)所查閱的文獻資料，撰寫2000字左右的文獻綜述 文 獻 綜 述 一．本課題的研究背景及意義 立柱是機床中主要的構(gòu)件之一，它支撐著主軸系統(tǒng)。立柱的剛性是影響加工精度的重要因素之一。目前，許多立式數(shù)控機床采用了龍門式立柱。龍門式立柱只靠兩側(cè)的支腿與床身聯(lián)接．在切削過程中易發(fā)生左右和前后方向的變形和搖擺振動．對加工精度有很大的影響。若要提高效控機床的加工精度和切削效率，必須增強龍門式立拄在左右和前后方向的動、靜剛度。 龍門式機床由于其跨距大、整體高度較高、橫梁較重，立柱本身的低階振型表現(xiàn)為左右及前后方向振動。要想提高立柱的剛度，必須加強支腿的剛度、減輕橫梁部分的質(zhì)量。[1] 龍門加工中心立柱主要用于支撐橫梁、導(dǎo)軌等部件，是大型龍門加工中心的重要組成部分，它的強度、剛度性能直接影響整機的加工精度，抗振性、切削效率和壽命。大型龍門加工中心立柱外形尺寸較大（長度可達6米以上），受力狀況復(fù)雜。[2]通過在立柱內(nèi)部增設(shè)加強筋，在保持立柱體積不變，僅微量增加立柱重量的條件下，減小了受力后的變形量，顯著提高了立柱的剛度，有助于提高該型加工中心的加工精度穩(wěn)定性。[3] 機械制造工藝學(xué)（machinery technology）是研究集機械、電子、光學(xué)、信息科學(xué)、材料科學(xué)、生物科學(xué)、激光學(xué)、管理學(xué)等最新成就為一體的一個新興技術(shù)與新興工業(yè)，歸納總結(jié)機械制造工藝的科學(xué)理論與實踐，探索解決工藝過程中遇到的實際問題，從而揭示出一般規(guī)律的一門科學(xué)。工藝是制造技術(shù)的靈魂、核心和關(guān)鍵?，F(xiàn)代制造工藝技術(shù)的重要組成部分，也是其最有活力的部分。產(chǎn)品從設(shè)計變?yōu)楝F(xiàn)實是必須通過加工才能完成的，工藝是設(shè)計和制造的橋梁，設(shè)計的可行性往往會受到工藝的制約，工藝（包括檢測）往往會成為“瓶頸”，因此，工藝方法和水平是十分重要的。[4] 工藝是制造技術(shù)的靈魂、核心和關(guān)鍵?，F(xiàn)代制造工藝技術(shù)的重要組成部分，也是其最有活力的部分。產(chǎn)品從設(shè)計變?yōu)楝F(xiàn)實是必須通過加工才能完成的，工藝是設(shè)計和制造的橋梁，設(shè)計的可行性往往會受到工藝的制約，工藝（包括檢測）往往會成為“瓶頸”，因此，工藝方法和水平是十分重要的。不是所有設(shè)計的產(chǎn)品都能加工出來，也不是所有設(shè)計的產(chǎn)品通過加工都能達成預(yù)定的技術(shù)性能要求?！霸O(shè)計”和“工藝”都是重要的，把“設(shè)計”和“工藝”對立和割裂起來是不對的，應(yīng)該用廣義制造的概念統(tǒng)一起來。人們往往看重產(chǎn)品設(shè)計師的作用，而未能正確評價工藝師的作用，這是當前影響制造技術(shù)發(fā)展的一個關(guān)鍵。工藝是生產(chǎn)中最活躍的因素。同樣的設(shè)計可以通過不同的工藝方法來實現(xiàn)，工藝不同，所用的加工設(shè)備、工藝裝備也就不同，其質(zhì)量和生產(chǎn)率也會有差別。工藝是生產(chǎn)中最活躍的因素，有了某種工藝方法才有相應(yīng)的工具和設(shè)備出現(xiàn)，反過來，這些工具和設(shè)備的發(fā)展又提高了該工藝方法的技術(shù)性能和水平，擴大了其應(yīng)用范圍。[5] 隨著我國加入世界貿(mào)易組織和全球經(jīng)濟一體化環(huán)境的形成，機床行業(yè)的市場競爭將會愈演愈烈。目前，國內(nèi)外機床產(chǎn)品技術(shù)水平之間的差距仍然很大，主要表現(xiàn)為產(chǎn)品仿制多，創(chuàng)新少，市場競爭力不足，利潤低設(shè)計方法落后，機床結(jié)構(gòu)設(shè)計，尚處于傳統(tǒng)的經(jīng)驗、靜態(tài)、類比的設(shè)計階段，很少考慮結(jié)構(gòu)動、靜態(tài)特性對機床產(chǎn)品性能產(chǎn)生的影響，產(chǎn)品精度低，質(zhì)量難以保證，設(shè)計周期長，成功率低，反復(fù)設(shè)計、試制與修改，產(chǎn)品更新?lián)Q代慢，且成本高。龍門式機床是加工裝備中必不可少的一種機床。因此盡快應(yīng)用先進的設(shè)計技術(shù)，快速開發(fā)出結(jié)構(gòu)合理、自動化水平高、加工精度高、低振動、低成本的龍門機床新產(chǎn)品響應(yīng)市場，這樣我國的機床工業(yè)才有出路。為了達到這一目的，掌握先進的機床工藝設(shè)計方法就顯得尤為重要[6]。 總之，隨著我國國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，各行各業(yè)的用戶對重型、超重型龍門加工中心和數(shù)控龍門鏜銑床需求會愈來愈多，對機床的高速、高精、復(fù)合、環(huán)保、高效要求愈來愈高。[7] 二．本課題國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 近年來，隨著國家振興裝備制造業(yè)的16個重點領(lǐng)域振興計劃的施實，政府對航空航天、核電、風電、鐵路機車、船舶艦艇、交通運輸?shù)戎攸c工程加大投入力度。而這些重點工程對設(shè)備的要求也愈來愈高。這些工程設(shè)備的關(guān)鍵零部件也都是大尺寸、重噸位、高精度的工件。所以，要加工這樣的典型零件，必需開發(fā)高水平的大型、重型、超重型數(shù)控機床，包括龍門加工中心和數(shù)控龍門鏜銑床。在CIMT2009展會上，展出整機重量超過100t的超重型龍門加工中心和數(shù)控龍門鏜銑床，就有沈一、中捷、大連、濟二、武重、桂林、日發(fā)、海天等8家之多。而沈一參展的凈重320t的龍門移動式車銑中心，武重參展凈重170t的定梁龍門移動車銑加工中心，大連參展凈重200t的雙交換臺龍門加工中心，濟二參展凈重110t的五軸聯(lián)動定梁龍門移動數(shù)控鏜銑床等幾臺展品更有特色，水平較高。 這充分說明了改革開放30年來，尤其是進入2l世紀以來，我國機床行業(yè)，特別是國民經(jīng)濟各行業(yè)急需的大型、重型、超重型龍門加工中心和數(shù)控龍門鏜銑床，已經(jīng)進入了快速發(fā)展期。[8] 五軸聯(lián)動數(shù)控是數(shù)控技術(shù)中難度最大、應(yīng)用范圍最廣的技術(shù)。它集計算機控制、高性能伺服驅(qū)動和精密加工技術(shù)于一體，應(yīng)用于復(fù)雜曲面的高效、精密、自動化加工。五軸聯(lián)動數(shù)控機床是發(fā)電、船舶、航天航空、模具、高精密儀器等民用工業(yè)和軍工部門迫切需要的關(guān)鍵加工設(shè)備。國際上把五軸聯(lián)動數(shù)控技術(shù)作為衡量一個國家工業(yè)化水平的標志。五軸聯(lián)動數(shù)控機床的應(yīng)用大大提高了加工效率，同時機械加工精度也有了質(zhì)的飛躍，符合市場的需要，同時因為市場的需要也促進了五軸聯(lián)動機床的發(fā)展。在北京CCMT2008展會上展出的14臺龍門加工機床中(據(jù)不完全統(tǒng)計)具有五軸聯(lián)動功能或可擴展為五軸聯(lián)動的機床就有6臺之多，占整個該系列機床展品的48％，可見五軸聯(lián)動依舊是龍門類產(chǎn)品發(fā)展的主要趨勢。[9] 目前，我國重型立式加工中心龍門架的立柱導(dǎo)軌一般采用一字型導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)，即立柱的兩個前導(dǎo)軌在同一平面內(nèi)，橫梁與立柱前導(dǎo)軌結(jié)合部位為一平板狀結(jié)構(gòu)，橫梁扭轉(zhuǎn)剛度低。并且，橫梁升降絲杠的中心位置一般在立柱前導(dǎo)軌的后部，由于一字型立柱導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)的限制，橫梁升降絲杠的中心在橫梁整體重心偏后的位置上，從而使立柱導(dǎo)軌承受橫梁沒有被平衡的傾覆力矩；在垂直刀架進行重載荷切削時，在切削力引起的傾覆力矩作用下，平板狀結(jié)構(gòu)的橫梁扭轉(zhuǎn)變形嚴重，大大影響機床的加工精度。另一方面，目前重型立式加工中心龍門架橫梁平衡裝置一般采用機械重錘平衡結(jié)構(gòu)，橫梁兩側(cè)的重錘平衡力不能隨著垂直刀架的移動而相應(yīng)調(diào)整；在機床加工過程中，隨著垂直刀架的移動，橫梁整體重心在x軸方向是動態(tài)變化的，左、右重錘通過鋼絲繩施加給橫梁兩側(cè)固定不變的拉力，嚴重干擾了機床垂直刀架移動x軸和橫梁升降W軸的數(shù)控精度。 為了解決上述問題，我們對重型立式加工中心龍門架結(jié)構(gòu)進行技術(shù)改進。首先，將立柱一字型導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)改進為階梯導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)，并將橫梁升降絲杠的中心位置和橫梁平衡裝置的平衡支點前移，使橫梁升降絲杠中心和橫梁的重心重合，使橫梁處于最佳受力狀態(tài)；并通過階梯導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)提高橫梁的扭轉(zhuǎn)剛度，使立柱和橫梁導(dǎo)軌的受力狀態(tài)和總體布局結(jié)構(gòu)更加合理，使立柱承受的整體扭轉(zhuǎn)力矩降至最小，從而大大提高龍門架的整體剛度。其次，將橫梁機械重錘平衡結(jié)構(gòu)改進為雙油缸平衡結(jié)構(gòu)，在垂直刀架移動過程中，雙油缸平衡力的大小可通過液壓伺服閥精確控制；改進后的雙油缸橫梁平衡結(jié)構(gòu)具有隨動精確平衡橫梁載荷的特點，尤其是在垂直刀架移動過程中，數(shù)控系統(tǒng)可精確控制橫梁兩側(cè)平衡力的大小，從而精確控制固定在垂直刀架滑枕上刀尖的位置，因此大大提高重型立式加工中心垂直刀架X軸和橫梁升降W軸的數(shù)控精度。[10] 3． 本課題相關(guān)切削加工及刀具選擇綜述 在各機械加工部門中鑄鐵件約占機器質(zhì)量的45%-90%，鑄鐵件如發(fā)動機缸體、變速箱體、機床床身上有許多平面、槽形需切削。鑄鐵組織為金屬基體加游離態(tài)石墨，切削加工時石墨形成易斷的崩碎切削，且其在切削刀具的選擇方面有更廣泛地選擇。[18] 3.1高速切削技術(shù) 良好的工藝路線、工藝方法可以大大縮短時間，提高效率。在加工中使用合理的切削用量，也是提高效率的方法之一。 近年來，我國對高速切削技術(shù)已有了更廣泛的重視，應(yīng)用范圍越來越大。我國現(xiàn)己進口了大批高速加工機床，卻由于缺乏理論指導(dǎo)和配套技術(shù)，不能充分發(fā)揮其應(yīng)有的加工能力。另外，自主開發(fā)的高速機床，由于設(shè)計、工藝、裝配等方面存在的問題，同國外機床相比，在性能上還存在很大的差距。因此，對加工機床進行結(jié)構(gòu)分析，充分了解其結(jié)構(gòu)特征和性能特性是開發(fā)大型機床的行之有效的方法，對于建立機床的三維虛擬模型和分析設(shè)計起到指導(dǎo)性、決策性的作用。[11] 鑄鐵加工通常都不用切削液，是典型的干切削加工方式。在干切削灰鑄鐵和淬硬鋼的應(yīng)用領(lǐng)域，陶瓷刀具和CBN刀具是可供選擇的，因此進行成本、效率和加工質(zhì)量分析是非常必要的，以確定哪一種材料更經(jīng)濟。[12] 3.1.1陶瓷刀具 在ALO基體材料中加入TiC、WC、SIC、TaC、ZrO等，經(jīng)熱壓制成氧化鋁基復(fù)合陶瓷刀具，其硬度可達93-95HRA。用陶瓷刀具對等溫淬火球墨鑄鐵ADI干式高速切削的研究表明：最大磨損部位位于切削刃附近，其磨損包括磨料磨損、擴散磨損、粘結(jié)磨損和微崩。 3.1.2超硬刀具材料 比陶瓷材料更硬的超硬刀具材料包括單晶金剛石、聚晶金剛石（PCD）、聚晶立方氮化硼（CBN）和CVD金剛石等。其中CBN使用聚晶立方氮化硼粉末摻入金屬或陶瓷結(jié)合劑，經(jīng)燒結(jié)合成再制成金屬切削工具。CBN刀片切削高合金鑄鐵較陶瓷刀具可提高生產(chǎn)效率5倍以上。 3.1.3硬質(zhì)合金刀具 硬質(zhì)合金是微米數(shù)量級的難熔高硬度金屬碳化物的粉末，用鈷、鉬、鎳等做粘結(jié)劑，在高溫高壓下燒制而成，其硬度89-92.8HRA，紅硬性可以達到800-1000攝氏度。在腐蝕性強和沖擊力打的鑄鐵切削領(lǐng)域，對作為切削工具的硬質(zhì)合金要求要具有高的抗彎強度和強度。[18] 3.2硬態(tài)切削 目前，硬態(tài)切削主要用于車削、銑削等加工工藝，與磨削相比，具有以下優(yōu)點： (1)加工靈活性強，精度易于保證； (2)硬態(tài)切削加工成本低于磨削，通常僅為磨削的1／4； (3)硬態(tài)切削不需要專用機床、刀具和夾具，在現(xiàn)有加工設(shè)備上即可實現(xiàn)； (4)硬態(tài)切削的生產(chǎn)效率高于磨削； (5)磨削產(chǎn)生的磨屑與廢液混合物污染環(huán)境，而硬態(tài)切削易于實現(xiàn)干切削，產(chǎn)生的切屑可再利用。 如果將硬態(tài)切削與精磨工藝結(jié)合起來，則加工一個一般零件所花的成本將比在磨床上完成粗加工和精加工所花成本降低40％～60％。因此，后繼工序有超精加工或精密磨削要求時，硬態(tài)切削是最好的選擇。[13] 高速切削的工藝技術(shù)也是成功進行高速加工的關(guān)鍵技術(shù)之一。高速切削的工藝技術(shù)包括切削方法和切削參數(shù)的選擇優(yōu)化，對各種不同材料的切削方法、刀具材料和刀具幾何參數(shù)的選擇等。 (1)對切削方法和切削參數(shù)進行優(yōu)化選擇，其中包括優(yōu)化切削刀具控制和切削過程等； (2)除了刀具材料和刀具幾何參數(shù)的選擇外，在切削過程中還要采取不同的切削策略才能得到較好的切削效果。高速切削工藝方法也是研究的重要內(nèi)容之一； (3)在研究高速切削工藝技術(shù)中，切削方法和技術(shù)必須緊密結(jié)合刀具材料和刀具幾何參數(shù)的選擇綜合進行。[14] 3.3磨削加工 磨削是一種常用的半精加工和精加工方法，砂輪是磨削的主要切削工具。磨削的基本特點如下： （1）磨削除可以加工鑄鐵、碳鋼、合金鋼等一般結(jié)構(gòu)材料外，還能加工一般刀具難以切削的高硬度材料如淬火鋼、硬質(zhì)合金、陶瓷和玻璃等。但不適宜加工塑性較大的有色金屬工件。 （2）磨削加工的精度高，表面粗糙度值小。精度可達IT5及IT5以上；表面粗糙度值為1.25-0.01um ，鏡面磨削時為0.04-0.01 um。 （3）磨削的徑向磨削力Fy大，且作用在工藝系統(tǒng)剛性較差的方向上。因此，在加工剛性較差的工件時（如磨削細長軸)，應(yīng)采取相應(yīng)的措施，防止因工件變形而影響加工精度。 （4）磨削溫度高。磨削產(chǎn)生的切削熱多，是80％-90％傳入工件，(10％-15％傳入砂輪，1％-10％由磨屑帶走)加上砂輪的導(dǎo)熱性很差，大量的磨削熱在磨削區(qū)形成瞬時高溫，容易造成工件表面燒傷和微裂紋。因此，磨削時應(yīng)采用大量的切削液以降低磨削溫度。 （5）砂輪有自銳作用。在磨削過程中，磨粒的破碎將產(chǎn)生新的較鋒利的棱角，同時由于磨粒的脫落而露出一層新的鋒利的磨粒，它們能夠使砂輪的切削能力得到部分的恢復(fù)，這種現(xiàn)象叫做砂輪的自銳作用，也是其他切削刀具所沒有的。磨削加工時，常常通過適當選擇砂輪硬度等途徑，以充分發(fā)揮砂輪的自銳作用來提高磨削的生產(chǎn)效率。必須指出，磨粒隨機脫落的不均勻性會使砂輪失去外形精度；破碎的磨粒和切屑會造成砂輪的堵塞。因此，砂輪磨削一定時間后，需進行修整以恢復(fù)其切削能力和外形精度。 （6）磨削加工的工藝范圍廣。磨削不僅可以加工外圓面、內(nèi)圓面、平面、成形面、螺紋、齒形等各種表面，還常用于各種刀具的刃磨。 （7）磨削在切削加工中的比重日益增大。在工業(yè)發(fā)達國家磨床在機床總數(shù)中的比重已占到30％-40％，且有不斷增長的趨勢。磨削在機械制造業(yè)中將得到日益廣泛的應(yīng)用。[15] 3.4燕尾槽銑削與測量 燕尾槽是在實習(xí)教學(xué)中常見的一種機械結(jié)構(gòu)，槽的形狀是“∠ ” 形。它的作用通常是作機械相對運動，運動精度高、穩(wěn)定。燕尾槽常和矩形導(dǎo)軌配合使用，起導(dǎo)向和支撐作用。其經(jīng)常使用在機床的拖板上，如銑床的垂直導(dǎo)軌和橫梁導(dǎo)軌等都是燕尾槽。其加工程序為：制作燕尾樣板一在工件上劃線并打上樣沖眼一使用刨床刨削(也可在立銑床上使用塔形銑刀加工)一用樣板測試成品精度。[16] 燕尾槽零件，在加工過程中通常采用燕尾塞規(guī)來測量．塞規(guī)測量雖然簡便易行但存在著兩個問題：一是它只能綜合測量燕尾槽加工的是否合適，不能確定零件在加工過程中的具體數(shù)值．二是燕尾規(guī)制作工藝復(fù)雜，精確度很難達到．制作成本較高．為此我們采用棒針測量法檢測燕尾槽底部寬度，效果很好．[17] 參考文獻 [1] 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本課題主要研究的是某型號龍門機床立柱的加工工藝以及專用燕尾槽銑刀。其中加工工藝包括：零件圖的分析、零件的工藝分析、設(shè)計加工工藝方案、確定加工工序和走刀路線、選擇機床和加工工藝設(shè)備、設(shè)計加工工藝夾具、設(shè)計專用量具、確定切削用量、加工工藝過程設(shè)計、編寫加工工藝文件、以及編寫加工程序等，燕尾槽專用銑刀的設(shè)計包括刀具的力學(xué)性能分析、尺寸設(shè)計等。在本畢業(yè)設(shè)計中要研究定位基準的選擇、工件的定位方法、零件的結(jié)構(gòu)工藝性等。機械制造加工工藝是機械制造業(yè)的基礎(chǔ)，是生產(chǎn)高科技產(chǎn)品的保障。離開了它就不能開發(fā)出先進的產(chǎn)品和保證產(chǎn)品質(zhì)量，提高生產(chǎn)率，降低成本和縮短生產(chǎn)周期。機械制造工藝技術(shù)是在人類生產(chǎn)實際中產(chǎn)生并不斷發(fā)展的，目前機械制造工藝技術(shù)向著高精度、高效率、高自動化發(fā)展。具體包括： (1)了解立柱在龍門機床中的作用及工作原理。 (2)要根據(jù)零件圖，自行繪制零件的三維圖，并仔細分析零件結(jié)構(gòu)。 (3)根據(jù)零件結(jié)構(gòu)，制定出二至三套完整的加工工藝過程。 (4)在指導(dǎo)教師的幫助下，修改完善，最終得到一套最優(yōu)的加工工序。 (5)選定每道工序的機床、刀具、定位、切削用量、工時。 (6)制作完整的工藝過程卡、工序卡。 二、擬進行的工藝設(shè)計過程或初步方案 工藝人員按零件圖編制一個零件的一般加工步驟不難，但要編制一份好的工藝文件還是要下點功夫，需多多推敲。因為設(shè)計圖是唯一確定的，但加工路線與方法是多途徑的。工藝人員應(yīng)當在多個加工路線中尋找一個較好的方案，以最短的工序，最少的投入加工出合格的零件。這就必須了解本行業(yè)機加零件的加工特點。加工設(shè)備是中型機械，一般年產(chǎn)量都不很大。零件加工難以形成流水線生產(chǎn)：加工設(shè)備受市場及用戶要求影響，品種規(guī)格繁多，并派生出一些分支，設(shè)計結(jié)構(gòu)可自行修改；加工設(shè)備受外界自然條件的限制，設(shè)計結(jié)構(gòu)一般都比較緊湊，自制件加工精度都不很高。 2.1 擬采用的工藝設(shè)計過程 (1)了解龍門機床立柱在實際生產(chǎn)中的作用以及加工特性，要廣泛查閱關(guān)于龍門機床的文獻，綜合選擇該零件適合的加工方案。 (2)看懂零件圖，繪制出三維圖，仔細分析設(shè)定零件的工藝過程，提出可行的加工方案，制定出二至三套完整的工序過程，并在指導(dǎo)教師的幫助下，仔細推敲，分析利弊，修改完善，最終得到一套最優(yōu)的加工工序。 (3)經(jīng)過指導(dǎo)教師的指點和幫助后，進行方案修改和校核，驗算有關(guān)數(shù)據(jù)，有可能的話，參觀或者實驗加工過程，確定工藝過程的可行性。 (4)選定每道工序所用的機床，針對各工步選擇合適的刀具并確定切削用量、走刀路線，選擇或設(shè)計合適的夾具并確定夾緊方法，選擇適當?shù)牧烤?，計算工時。 (5)繪制工序圖，制作完整的工藝過程卡、工序卡。 (6)編寫設(shè)計說明書。 2.2 進度安排 2月25日～3月22日 參考相關(guān)文獻，完成開題報告，熟悉二維、三維畫圖軟件。 3月23日～3月25日 完成三維圖的繪制。 3月26日～4月15日 完成工藝過程設(shè)計。 4月16日～4月25日 完成工藝流程卡及工序卡的編制。 4月26日～5月10日 完成專用刀具設(shè)計。 5月11日～5月13日 檢查，校對。 5月14日～5月30日 完成設(shè)計說明書。  畢 業(yè) 設(shè) 計 開 題 報 告 指導(dǎo)教師意見 指導(dǎo)教師： 年 月 日 所在系審查意見 系主任： 年 月 日 16 機床立柱的加工工藝及專用刀具設(shè)計 摘 要 本文的目的是設(shè)計完整的機床立柱加工工藝和專用刀具，本次對大型鑄件結(jié)構(gòu)構(gòu)造特點進行系統(tǒng)的分析，針對機床大件的設(shè)計任務(wù)，首先選擇加工時的基準和定位，劃分粗、精加工工序，其次確定不同材料的熱處理方法，合理選擇加工經(jīng)濟精度與加工方法，最后選擇加工工件所需的機床和刀具，完成設(shè)計任務(wù)的配套加工。此次設(shè)計可以指導(dǎo)以后類似的相關(guān)工作。 關(guān)鍵詞：機床立柱，工藝設(shè)計，大型鑄件，燕尾銑刀 Machine tools of the production process and special tools to design Abstract：The purpose of this paper is to design a whole machine processing and special tool column of large castings and the structure characteristics of the system, the design task for machine tools, the first big selection process, and divided the benchmark crude, finishing process, then define different materials and rational selection of heat treatment processing precision machining method, with economic last choice for machine tools and machining tool design, the processed. This design can guide the related work after similar. Key words ：Tool bar, Process design, Large castings, Swallow tail cutter 畢業(yè)設(shè)計說明書 1 緒論 1.1 本課題的研究背景及意義 工藝是制造技術(shù)的靈魂、核心和關(guān)鍵?，F(xiàn)代制造工藝技術(shù)的重要組成部分，也是其最有活力的部分。產(chǎn)品從設(shè)計變?yōu)楝F(xiàn)實是必須通過加工才能完成的，工藝是設(shè)計和制造的橋梁，設(shè)計的可行性往往會受到工藝的制約，工藝（包括檢測）往往會成為“瓶頸”，因此，工藝方法和水平是十分重要的。不是所有設(shè)計的產(chǎn)品都能加工出來，也不是所有設(shè)計的產(chǎn)品通過加工都能達成預(yù)定的技術(shù)性能要求?！霸O(shè)計”和“工藝”都是重要的，把“設(shè)計”和“工藝”對立和割裂起來是不對的，應(yīng)該用廣義制造的概念統(tǒng)一起來。人們往往看重產(chǎn)品設(shè)計師的作用，而未能正確評價工藝師的作用，這是當前影響制造技術(shù)發(fā)展的一個關(guān)鍵。工藝是生產(chǎn)中最活躍的因素。同樣的設(shè)計可以通過不同的工藝方法來實現(xiàn)，工藝不同，所用的加工設(shè)備、工藝裝備也就不同，其質(zhì)量和生產(chǎn)率也會有差別。工藝是生產(chǎn)中最活躍的因素，有了某種工藝方法才有相應(yīng)的工具和設(shè)備出現(xiàn)，反過來，這些工具和設(shè)備的發(fā)展又提高了該工藝方法的技術(shù)性能和水平，擴大了其應(yīng)用范圍。 隨著我國加入世界貿(mào)易組織和全球經(jīng)濟一體化環(huán)境的形成，機床行業(yè)的市場競爭將會愈演愈烈。目前，國內(nèi)外機床產(chǎn)品技術(shù)水平之間的差距仍然很大，主要表現(xiàn)為產(chǎn)品仿制多，創(chuàng)新少，市場競爭力不足，利潤低設(shè)計方法落后，機床結(jié)構(gòu)設(shè)計，尚處于傳統(tǒng)的經(jīng)驗、靜態(tài)、類比的設(shè)計階段，很少考慮結(jié)構(gòu)動、靜態(tài)特性對機床產(chǎn)品性能產(chǎn)生的影響，產(chǎn)品精度低，質(zhì)量難以保證，設(shè)計周期長，成功率低，反復(fù)設(shè)計、試制與修改，產(chǎn)品更新?lián)Q代慢，且成本高。龍門式機床是加工裝備中必不可少的一種機床。因此盡快應(yīng)用先進的設(shè)計技術(shù)，快速開發(fā)出結(jié)構(gòu)合理、自動化水平高、加工精度高、低振動、低成本的龍門機床新產(chǎn)品響應(yīng)市場，這樣我國的機床工業(yè)才有出路。為了達到這一目的，掌握先進的機床工藝設(shè)計方法就顯得尤為重要。 1.2 本課題國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 世界上制造技術(shù)比較強的國家都是非常重視工藝的，眾所周知，德國、日本、美國、英國、意大利等國的制造工藝比較發(fā)達，產(chǎn)品質(zhì)量上乘。產(chǎn)品質(zhì)量是一個綜合性問題，與設(shè)計、工藝技術(shù)、管理和人員素質(zhì)等多個因素有關(guān)，但與工藝技術(shù)的關(guān)系最為密切。 工藝技術(shù)的發(fā)展緩慢和工藝問題的不被重視有密切相關(guān)。長期以來，人們認為工藝是手藝是一些具體的加工方法，未能上升到理論高度，但在20世紀初，德國非常重視工藝，出版了不少工作手冊，到了20世紀50年代，原蘇聯(lián)的許多學(xué)者在德國學(xué)者研究的基礎(chǔ)上，出版了《機械制造工藝學(xué)》、《機械制造工藝原理》等著作，在大學(xué)開設(shè)了機械制造專業(yè)，將制造工藝作為一門學(xué)問來對待，即將工藝提高到理論高度。此后，在20世紀70年代，又形成了機械制造系統(tǒng)和機械制造工藝系統(tǒng)，因此工藝技術(shù)已形成一門科學(xué)。近年來在制造加工工藝理論和技術(shù)上的發(fā)展比較快，除傳統(tǒng)制造方法外，由于精度、表面粗糙度等質(zhì)量的提高，又由于許多新材料的發(fā)展，特別是出現(xiàn)了不少新型產(chǎn)品的制造生產(chǎn)，如計算機、集成電路、印制線路板等，與傳統(tǒng)制造方法有很大的不同，從而開辟了許多制造工藝的新領(lǐng)域和新發(fā)展。 1.3 本課題相關(guān)切削加工及刀具選擇綜述 良好的工藝路線、工藝方法可以大大縮短時間，提高效率。在加工中使用合理的切削用量，也是提高效率的方法之一。 近年來，我國對高速切削技術(shù)已有了更廣泛的重視，應(yīng)用范圍越來越大。我國現(xiàn)己進口了大批高速加工機床，卻由于缺乏理論指導(dǎo)和配套技術(shù)，不能充分發(fā)揮其應(yīng)有的加工能力。另外，自主開發(fā)的高速機床，由于設(shè)計、工藝、裝配等方面存在的問題，同國外機床相比，在性能上還存在很大的差距。因此，對加工機床進行結(jié)構(gòu)分析，充分了解其結(jié)構(gòu)特征和性能特性是開發(fā)大型機床的行之有效的方法，對于建立機床的三維虛擬模型和分析設(shè)計起到指導(dǎo)性、決策性的作用。 為減小累積誤差及便于安裝，將立柱公差減小，并在加工中采取措施，保證同一長度的一批工件，其長度尺寸的一致性。這是整個主框架零件加工的關(guān)鍵。如能做到一致性，就能順利地進行安裝，并容易地達到所需要的技術(shù)要求。否則，不但達不到所需要的技術(shù)要求，而且很可能使總裝工作無法進行（ 安裝進行到某一階段，因累積誤差的關(guān)系，剩余的立柱無法裝上）。加工過程中，用自制專用量具測量，以保證長度公差和同一批工件長度尺寸的一致性。 鑄鐵加工通常都不用切削液，是典型的干切削加工方式。在干切削灰鑄鐵和淬硬鋼的應(yīng)用領(lǐng)域，陶瓷刀具和CBN刀具是可供選擇的，因此進行成本、效率和加工質(zhì)量分析是非常必要的，以確定哪一種材料更經(jīng)濟。 目前，硬態(tài)切削主要用于車削、銑削等加工工藝，與磨削相比，具有以下優(yōu)點： (1)加工靈活性強，精度易于保證； (2)硬態(tài)切削加工成本低于磨削，通常僅為磨削的1／4； (3)硬態(tài)切削不需要專用機床、刀具和夾具，在現(xiàn)有加工設(shè)備上即可實現(xiàn)； (4)硬態(tài)切削的生產(chǎn)效率高于磨削； (5)磨削產(chǎn)生的磨屑與廢液混合物污染環(huán)境，而硬態(tài)切削易于實現(xiàn)干切削，產(chǎn)生的切屑可再利用。 如果將硬態(tài)切削與精磨工藝結(jié)合起來，則加工一個一般零件所花的成本將比在磨床上完成粗加工和精加工所花成本降低40％～60％。因此，后繼工序有超精加工或精密磨削要求時，硬態(tài)切削是最好的選擇。 高速切削的工藝技術(shù)也是成功進行高速加工的關(guān)鍵技術(shù)之一。高速切削的工藝技術(shù)包括切削方法和切削參數(shù)的選擇優(yōu)化，對各種不同材料的切削方法、刀具材料和刀具幾何參數(shù)的選擇等。 （1）對切削方法和切削參數(shù)進行優(yōu)化選擇，其中包括優(yōu)化切削刀具控制和切削過程等； （2）除了刀具材料和刀具幾何參數(shù)的選擇外，在切削過程中還要采取不同的切削策略才能得到較好的切削效果。高速切削工藝方法也是研究的重要內(nèi)容之一； （3）在研究高速切削工藝技術(shù)中，切削方法和技術(shù)必須緊密結(jié)合刀具材料和刀具幾何參數(shù)的選擇綜合進行。 1.4 本課題要研究或解決的問題 高速切削存在的問題是實際上人們對高速切削的經(jīng)驗還很少，還有許多問題有待于合理的解決。即便是在金屬切削機床水平先進的瑞士、德國、日本、美國。對于高度切削加工新技術(shù)的研究應(yīng)用也還處在不斷的摸索研究當中，以下就分析高速切削在實際應(yīng)用中所存在的問題: 1.合理加工參數(shù)的選擇 作為一種全新的切削方式，目前尚沒有完整的參數(shù)表可供選擇，也沒有許多加工實例可供參考。現(xiàn)在高速切削加工時大多數(shù)依然是依靠以往的經(jīng)驗?；蛘哌M行大量的試切來選擇參數(shù)。如何選擇合理的加工工藝參數(shù)，達到最佳的切削效果，是目前高速切削應(yīng)用的一個首要問題。同時因為高速切削要求形成的刀具路徑應(yīng)盡可能圓滑，少轉(zhuǎn)折點．無尖折點．程序算法應(yīng)保證高速切削的特殊要求，碰到干擾能迅速調(diào)整，保證合理的進給速度，避免刀具振動等。而在目前的加工制造過程中．刀位路徑規(guī)劃方法沒有考慮高速切削的特殊性，因此對傳統(tǒng)的刀位軌跡必須進行優(yōu)化以適合高速切削。 2.合適的刀具及方案 高速切削刀具技術(shù)是高速切削的關(guān)鍵技術(shù)，當今刀具材料的發(fā)展還不能滿足各領(lǐng)域需求的現(xiàn)狀，在高速切削中刀具材料和工件材料的匹配問題大大影響了高速切削的發(fā)展。缺乏合適的刀具選擇方案,刀具是高速切削推廣應(yīng)用中的一個關(guān)鍵問題。由于高速切削的切削機理與傳統(tǒng)的切削完全不同，加工的磨損機制與失效形式，刀具的受力狀況，形成的切屑形態(tài)等不盡相同。在高速切削中，其失效形式根據(jù)加工的條件及工件材料不同而完全不同，比如有刀尖破碎，前、后刀面同時磨損，刀桿折斷等各種形式．并且不同的刀具與不同的工件材料組合產(chǎn)生的效果也不一樣。如何選擇合理的高速切削刀具，盡可能延長刀具使用壽命，以及最大限度地發(fā)揮刀具的性能，對高速切削應(yīng)用來說是一項十分關(guān)鍵的技術(shù)。 3．高精度控制代碼及差補的研究 高速切削加工復(fù)雜輪廓時，要求保持一種有規(guī)律的勻速，不允許有明顯的滯后現(xiàn)象,否則將會燒壞刀具。而一般的加工制造極其相關(guān)CAM軟件中，在處理輪廓的NC程序時，在曲率變化大的部分，為了保證插補精度，會有明顯的滯后現(xiàn)象。目前插補器中計算量與插補精度是一對無法調(diào)和的矛盾．一方面為了提高精度必須細化插補步長，而插補步長的細化又帶來了極大的計算量，限制了程序運行周期，降低了運行速度。由于目前的直線與圓弧插補器無法滿足高精度的要求．必須開發(fā)新型的CNC插補器。 除以上問題，如高速切削機床總體的動態(tài)、熱態(tài)特性，刀具材料、幾何角度和刀具壽命問題，冷卻潤滑液的選擇等，都是需要研究解決的難題．只有整體上考慮高速加工機床才能發(fā)揮高速切削的巨大作用。 2 機床立柱基準的選擇 2.1 確定生產(chǎn)類型 由任務(wù)書已知條件：立柱為鑄造毛坯，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，精度要求較高，要求按月產(chǎn)100件的批量。由圖上所給型號BXQ2316-20602可知，此鑄件為輕型龍門刨銑床。查表1可知生產(chǎn)類型為小批生產(chǎn)。 表1 2.2 確定工件加工時的定位 工件在機床或夾具中裝夾方法： 1）直接找正裝夾 直接在機床上利用工具（千分表、劃線盤），找正某些有相互位置要求的表面，然后夾緊工件。 特點：效率低，但找正精度可以很高，適用于單件小批生產(chǎn)或在精度要求特別高的生產(chǎn)中使用。 圖 1 2）劃線找正裝夾 事先在工件上劃出位置線、加工線和找正線，裝夾工件時，先在機床上按找正線找正工件的位置，然后夾緊工件。 特點：生產(chǎn)效率低，精度不高，適用于單件，中小批生產(chǎn)中的復(fù)雜鑄件或鑄件精度較低的精加工工序。 圖 2 3）夾具裝夾 將工件直接安裝在夾具上。 特點：操作比較簡單，容易保證加工精度要求，在各種生產(chǎn)類型都有應(yīng)用。效用高費用也高。 圖 3 由已知任務(wù)書所給條件，所以選擇劃線找正裝夾 在處理工件定位的合理問題時，主要應(yīng)研究下面的三個問題： 1）研究滿足工件加工面位置度要求所必須限制的自由度； 2）在定位方案中，利用總體分析法和條件分析法分析是否有欠定位和過定位問題，能否允許過定位的存在。 3）從承受切削力、設(shè)置夾緊機構(gòu)以及提高生產(chǎn)率的角度分析在不完全定位中還應(yīng)限制哪些自由度； 2.3 確定工件加工時的基準 1.基準選擇的一般原則： 1） 選擇最大的面或線作安裝定位基準； 2） 首先考慮保證加工面之間的位置精度，其次考慮尺寸精度； 3） 選擇零件的主要表面為定位基準； 4） 定位基準應(yīng)有利于定位準確、夾緊可靠。 2. 工藝基準是指在加工工藝過程（加工、測量、裝配）中使用的基準。 3. 定位基準是指在加工時，用于工件定位的基準。 4. 附加基準是指根據(jù)加工定位的要求在零件上專門制造出來的。（如軸類零件車削時所用的頂尖孔。） 圖 4 在設(shè)計任務(wù)書附帶的圖紙中立柱為了外形美觀，其背部做成斜面，如圖4所示。這樣，在加工導(dǎo)軌部分時就不好定位。這樣可以采用附加定為基準，如圖4所示，在加工完所有工序以后把它去掉，仍能保證外形美觀。 5. 在分析基準時，必須注意兩項： 1）作為基準的點線面在工件上不一定存在，而常用某些具體的表面來體現(xiàn)，稱為基面，例：孔中心、軸心、槽的對稱面； 2）對于相互位置要求，同樣具有基準要求。 6. 在機械加工過程中，選擇基準是我們們加工的第一步。也是加工工藝重要內(nèi)容。如何進行基準選擇這是很重要的。 ??首先應(yīng)該知道基準有哪些，基準有粗基準、精基準和輔助基準。要明確一點那就是粗基準并不是粗加工時的基準，而是在第一道工序加工選定的基準。這個基準選擇一般有這樣的要求。首先要滿足不加工表面和加工表面的位置要求，還有就是合理分配各個表面的加工余量以及為精基準做好準備?；谶@樣的要求，則粗基準的選擇： 第一、要滿足不加工表面和加工表面的位置要求，我們選擇不加工表面作為粗基準。 第二、為了保證各個加工表面都有足夠的加工余量我們要求選擇加工余量較小的表面作為粗基準。 第三、具有特殊要求的平面應(yīng)該選作粗基準。 第四、粗基準只能使用一次，應(yīng)當避免重復(fù)使用。 第五、避免選擇有澆口、冒口、燒邊等表面做為粗基準。應(yīng)該選擇平整表面，質(zhì)量較好的表面作為粗基準。 ??精基準的選擇要綜合考慮加工的整個工藝過程。要保證零件加工的精度要求。選擇精基準也有幾個要求： 第一、基準重合原則。就是加工基準和設(shè)計基準要重合。以減少基準不重合帶來的誤差。 第二、基準統(tǒng)一原則。就是在機械加工過程中我們盡量使用統(tǒng)一的加工基準，這樣能夠更好的保證零件的位置要求和加工精度。如何確定這兩條的選擇標準就是當精度要求較高時應(yīng)該選擇基準重合原則。這樣能夠避免工序尺寸公差的減小，降低加工過程中的難度。其他的加工中可以使用基準統(tǒng)一原則。 第三、自為基準原則。在精加工和光整加工中，不需要進行太多的加工余量的去除時，可以選用自為基準原則。 第四、互為基準原則。用在位置精度要求較高的情況下。 第五、便于安裝原則。 ??輔助基準就是為了保證加工精度要求而設(shè)置的輔助基準，這些基準可以幫助提高加工精度。具體的加工中可以具體考慮。 2.3.1 粗基準的選擇原則 粗基準的選擇將影響到加工面與不加工面的相互位置，或影響到加工余量的分配，所以粗基準的選擇對產(chǎn)品質(zhì)量有重要影響。 粗基準的選擇原則： 1）保證相互位置要求的原則。應(yīng)以不加工面為粗基準。 圖 5 2）保證加工面加工余量合理分配的原則。應(yīng)選擇該表面的毛坯面為粗基準。 圖 6 3）便于工件裝夾原則 4）基準一般不得重復(fù)使用的原則 選擇粗基準時。主要考慮兩個問題： 一．保證加工面與不加工面之間的相互位置精度要求； 二．合理分配各加工面的加工余量。具體選擇時參考下列原則： 1 ．對于同時具有加工表面和不加工表面的零件，為了保證不加工表面與加工表面之間的位置精度，應(yīng)選擇不加工表面作為粗基準。如果零件上有多個不加工表面，則以其中與加工表面相互位置精度要求較高的表面作為粗基準。若要求表面與表面所組成的壁厚均勻，則應(yīng)選擇不加工表面作為粗基準來加工臺階孔。 2 ．對于具有較多加工表面的工件，選擇粗基準時，應(yīng)考慮合理分配各加工表面的加工余量。合理分配加工余量是指以下兩點： （ 1 ）應(yīng)保證各主要表面都有足夠的加工余量。為滿足這個要求，應(yīng)選擇毛坯余量最小的表面作為粗基準。 （ 2 ）對于工件上的某些重要表面（如導(dǎo)軌和重要孔等），為了盡可能使其表面加工余量均勻，則應(yīng)選擇重要表面作為粗基準。如圖所示的床身導(dǎo)軌表面是重要表面，要求耐磨性好，且在整個導(dǎo)軌面內(nèi)具有大體一致的力學(xué)性能。因此，在加工導(dǎo)軌時，應(yīng)選擇導(dǎo)軌表面作為粗基準加工床身底面（圖7a），然后以底面為基準加工導(dǎo)軌平面（圖7 b）。 圖7床身加工粗基準選擇 3 ．粗基準應(yīng)避免重復(fù)使用。在同一尺寸方向上，粗基準通常只能使用一次，以免產(chǎn)生較大的定位誤差。如圖所示的小軸加工，如重復(fù)使用 B 面加工 A 面、 C 面、則 A 面和 C 面的軸線將產(chǎn)生較大的同軸度誤差。 圖 8 重復(fù)使用粗基準示例 　4 ．選作粗基準的平面應(yīng)平整，沒有澆冒口或飛邊等缺陷，以便定位可靠。 2.3.2 精基準的選擇原則 精基準的選擇應(yīng)從保證零件加工精度出發(fā)，同時考慮裝夾方便、夾具結(jié)構(gòu)簡單。選擇精基準一般應(yīng)考慮如下原則： 1 ．“基準重合”原則 　　為了較容易地獲得加工表面對其設(shè)計基準的相對位置精度要求，應(yīng)選擇加工表面的設(shè)計基準為其定位基準。這一原則稱為基準重合原則 。如果加工表面的設(shè)計基準與定位基準不重合，則會增大定位誤差，其產(chǎn)生的原因及計算方法在下節(jié)討論。 2 ．“基準統(tǒng)一”原則 　　當工件以某一組精基準定位可以比較方便地加工其它表面時，應(yīng)盡可能在多數(shù)工序中采用此組精基準定位，這就是“基準統(tǒng)一”原則。例如軸類零件大多數(shù)工序都以中心孔為定位基準；齒輪的齒坯和齒形加工多采用齒輪內(nèi)孔及端面為定位基準。 　　采用“基準統(tǒng)一”原則可減少工裝設(shè)計制造的費用，提高生產(chǎn)率，并可避免因基準轉(zhuǎn)換所造成的誤差。 3 ．“自為基準”原則 　　當工件精加工或光整加工工序要求余量盡可能小而均勻時，應(yīng)選擇加工表面本身作為定位基準，這就是“自為基準”原則。例如磨削床身導(dǎo)軌面時，就以床身導(dǎo)軌面作為定位基準。如圖所示。此時床腳平面只是起一個支承平面的作用，它并非是定位基準面。此外，用浮動鉸刀鉸孔、用拉刀拉孔、用無心磨床磨外圓等，均為自為基準的實例。 圖 9 機床導(dǎo)軌面自為基準示例 4 ．“互為基準”原則 　　為了獲得均勻的加工余量或較高的位置精度，可采用互為基準反復(fù)加工的原則。例如加工精密齒輪時，先以內(nèi)孔定位加工齒形面，齒面淬硬后需進行磨齒。因齒面淬硬層較薄，所以要求磨削余量小而均勻。此時可用齒面為定位基準磨內(nèi)孔，再以內(nèi)孔為定位基準磨齒面，從而保證齒面的磨削余量均勻，且與齒面的相互位置精度又較易得到保證。 5 ．精基準選擇應(yīng)保證工件定位準確、夾緊可靠、操作方便。如圖10b ，當加工 C 面時，如果采用“基準重合”原則，則選擇 B 面作為定位基準，工件裝夾如圖11所示。這樣不但工件裝夾不便，夾具結(jié)構(gòu)也較復(fù)雜；但如果采用圖 10 所示的以 A 面定位，雖然夾具結(jié)構(gòu)簡單、裝夾方便，但基準不重合，定位誤差較大。 圖10 兩尺寸標注對定位基準選擇的影響 圖11 基準重合時裝夾示例 　　應(yīng)該指出，上述基準選擇原則，常常不能全部滿足，實際應(yīng)用時往往會出現(xiàn)相互矛盾的情況，這就要求綜合考慮，分清主次，著重解決主要矛盾。 2.3.3輔助基準的選擇原則 工件定位時，為了保證加工表面的位置精度，大多優(yōu)先選擇設(shè)計基準或裝配基準作為主要定位基準，這些基準一般為零件上的主要表面。但有些零件在加工中，為裝夾方便或易于實現(xiàn)基準統(tǒng)一，人為地制造一種定位基準。如毛坯上的工藝凸臺和軸類零件加工時的中心孔。這些表面不是零件上的工作表面，只是為滿足工藝需要而在工件上專門設(shè)計的定位基準稱為輔助基準。 　　此外某些零件上的次要表面（非配合表面），因工藝上宜作定位基準而提高其加工精度和表面質(zhì)量以便定位時使用。這種表面也稱為輔助基準。例如，絲杠的外圓表面，從螺紋副的傳動來看，它是非配合的次要表面，但在絲杠螺紋的加工中，外圓表面往往作為定位基準，它的圓度和圓柱度直接影響到螺紋的加工精度，所以要提高外圓的加工精度，并降低其表面粗糙度值。 2.3.4 劃線基準的選擇 劃線有平面劃線和立體劃線兩種。平面劃線一般要劃兩個方向的線條，而立體劃線一般要劃三個方向的線條。每劃一個方向的線條就必須有一個劃線基準，故平面劃線要選兩個劃線基準，立體劃線要選三個劃線基準。劃線前要認真細致地研究圖紙．正確選擇劃線基準，才能保證劃線的準確、迅速。 ? 劃線時需要選擇工件上某個點、線或面作為依據(jù)，以用來確定工件上其它各部分尺寸、幾何形狀和相對位置，此所選的點、線或面稱為劃線基準。劃線基準一般與設(shè)計基準應(yīng)該一致。選擇劃線基準時，需將工件、設(shè)計要求、加工工藝及劃線工具等綜合起來分析，找出其劃線時的尺寸基準和放置基準。 一、先在工件上確定一個或幾個平面、直線或點作為依據(jù)，而這些作為依據(jù)的點、線、面就是劃線基準。 二、基準選擇的正確與否是劃線的關(guān)鍵。 三、劃線基準選擇應(yīng)根據(jù)圖紙所標注的尺寸界限、工件的幾何形狀大小及尺寸的精度高低或重要程度而定，其基本原則是： ① 以兩個相互垂直的平面或直線為基準； ② 以一個平面或一條直線和一條中心線為基準； ③ 以兩條相互垂直的中心線為基準。 3. 機械加工工藝 3.1 機械加工工藝規(guī)程的格式 單件小批——簡單的機械加工工藝過程卡片 中批生產(chǎn)——機械加工工藝卡片 大批大量——有詳細完整的工藝文件，各工序有工序卡，對半自動，自動機床，有機床調(diào)整卡，對檢驗工序有檢驗工序卡。 3.2 機械加工工藝規(guī)程的設(shè)計原則 快——勞動生產(chǎn)率高，滿足生產(chǎn)綱領(lǐng)的要求； 好——勞動條件好，勞動強度低，可靠保證圖紙和所有技術(shù)條件的實現(xiàn)； 省——加工成本低； 3.3 設(shè)計機械加工工藝規(guī)程的步驟和內(nèi)容 1）圖紙分析（閱讀裝配圖、零件圖 ） 2）工藝審查 3）確定毛坯 常用類型：鑄件、鍛件、型材、焊接件、沖壓件等，單件小批量可選用焊接件。 4）確定加工工藝路線 選擇定位基準、確定加工方法、安排加工順序、安排熱處理 檢驗和其它工序。 5）確定各工序的工藝裝備 機床、夾具、刀具和量具等 6）確定各主要工序的技術(shù)要求和檢驗方法。 7）確定各工序的加工余量，計算工序尺寸和公差 8）確定切削用量。 9）確定時間定額。 10）填寫工藝文件。 3.4 加工經(jīng)濟精度與加工方法的選擇 3.4.1 加工經(jīng)濟精度 同樣質(zhì)量要求，加工方法有多種，正確合理地選擇應(yīng)滿足1）加工質(zhì)量，2）生產(chǎn)率，3）經(jīng)濟性。 各種加工方法（車、銑、刨、磨、鉆、鉸等）所能達到的加工精度和表而粗糙度，都是在一定的范圍的。任何一種加工方法，只要精心操作、細心調(diào)整、選擇合適的切削用量，其加工精度就可以得到提高，其加工表面粗糙度值就可以減小。但是，加工精度提得愈高，表而粗糙度值減小得愈小，則所耗費的時間與成本也會愈大。 3.4.2 加工方法的選擇 表面加工方法的選擇，一般先根據(jù)表面精度和粗糙度要求選擇最終加工方法，然后再確定精加工前前期工序的加工方法。同時還應(yīng)考慮以下因素： 1）所選的加工方法能否達到零件精度的要求； 2）被加工零件的結(jié)構(gòu)形狀，尺寸大小以及材料的性質(zhì)； 3）生產(chǎn)類型和生產(chǎn)率； 4）本單位的現(xiàn)有設(shè)備情況及技術(shù)條件，要挖掘潛力，推廣新技術(shù)，提高工藝水平。 3.5 平面粗刨后精銑加工余量的選擇 表2 平面粗刨后精銑加工余量mm 平面長度 平面寬度≤100 平面寬度＞100～200 平面寬度＞200 ≤100 0.6～0.7 - - ＞100～250 0.6～0.8 0.7～0.9 - ＞250～500 0.7～1.0 0.75～1.0 0.8～1.1 ＞500 0.8～1.0 0.9～1.2 0.9～1.2 3.6 平面加工工藝路線的確定 圖 14 平面典型加工工藝路線 （1）粗銑—半精銑—精銑—高速銑 銑削在平面加工中用得最多，銑削生產(chǎn)率高。 （2）粗刨—半精刨—精刨—寬刀精刨、刮研或研磨。刨削適用單件小批生產(chǎn)，特別適用窄長平面的加工。 圖 15 寬刀精刨 在龍門刨銑床右立柱加工導(dǎo)軌時，由于導(dǎo)軌右立柱導(dǎo)軌面為窄長平面。則精光時需用寬刀精刨。 （3）粗銑（刨）—半精銑（刨）—粗磨—精磨—研磨、精密磨、砂帶磨或拋光 適用半精銑后淬火要求的表面。 （4）粗拉—精拉 生產(chǎn)率高，適用有溝槽或有臺階面的大批大量生產(chǎn)的零件。 （5）粗車—半精車—精車—金剛石車 適用有色金屬零件的平面加工。 3.6.1 使用寬刃刨刀精刨時應(yīng)注意的問題 ⑴ 機床。 使用寬刃刨刀精刨用的機床精度要高，運動平穩(wěn)性和剛性要好，各滑動部件間的間隙要適當調(diào)小，以能保證工件的加工精度和表面質(zhì)量。 ⑵ 工件。 工件粗刨后要進行時效處理，安裝的基準面要平整，以免精刨后變形。工件在精刨前，切入處應(yīng)用銼刀倒成45°角，避免入刀時崩壞刀刃。 ⑶ 刀具。 一般加工面積小的鋼件，選用選用高速鋼作刀頭；加工面積大的鋼件和鑄鐵件，應(yīng)采用抗彎強度較高的硬質(zhì)合金作刀頭。加工鑄鐵件寬刃刨刀的合理幾何參數(shù)為：法向前角—15°，法向后角5°，刃傾角-3°，在這幾種幾何參數(shù)的刨刀工作情況與用刮刀刮削的情況相似，可以獲得較低的表面粗糙度。 寬刃精刨刀應(yīng)采用機械刃磨，然后用研磨膏進行研磨，使前刀面和后刀面的粗糙度小于Ra0.1μm。刀具在設(shè)計時，應(yīng)使刀刃的最高點要低于刀桿底面（5～15）mm，以消除扎刀和震動。 安裝時，應(yīng)用光隙法找正，使刀刃與工件的平面平行。當精刨有走刀進給時，平直刃與工件表面不宜完全平行，應(yīng)根據(jù)具體情況留有適當間隙，一般為進給方向前邊的縫隙略大，這樣在刨削時，由于切削力的作用，刀桿略有變形，使刨出的平面不會出現(xiàn)走刀紋。 ⑷ 切削用量。 寬刃精刨時的切削深度一般為（0.03～0.1）mm，切削深度過大，會出現(xiàn)啃刀現(xiàn)象：切削速度一般為（2～10）m／min，刨鋼件和刀刃較寬時取小值；寬刃精刨一般不進給，直接刨出工件全寬，當精刨較寬的平面時，進給量一般小于平直量長度的1／3。 ⑸ 切削液。 精刨鑄鐵時，采用煤油或在煤油中添加3％重鉻酸鉀作為冷卻潤滑液。在精刨前，應(yīng)在待加工表面上先涂一層冷卻潤滑液，使它充分滲透已獲得好的潤滑效果。在切削的過程中，要不停的將切削液澆在刀刃處，否則會出現(xiàn)刀痕。 ⑹ 其他要求。 整個平面的刨削中，中間不易停車；刨鑄鐵時，嚴防機油滴在待加工面上；精刨過程中，如發(fā)生震動，可以降低切削速度和進給量等辦法予以消除。 3.6.2 在鏜床上安裝立銑刀的方法 因為鏜床便于銑端面，但在鏜床上進行銑削加工比較費時，其原因是銑刀裝夾方面的困難。因為鏜床主軸是實心的，不能像銑床那樣可用長螺栓從主軸孔中穿過拉緊刀具。如果刀具在主軸安裝不可靠，在切削過程中刀具受切削力和切削中的震動，使刀具從主軸孔中松動或脫出，不僅使刀具損壞，而且還會使工件成為廢品。下面介紹兩種立銑刀在鏜床上的加工方法。 一種是裝夾圓柱柄立銑刀的夾頭。使用時，根據(jù)銑刀圓柱柄直徑的大小，選擇不同的內(nèi)徑彈簧套，用螺帽夾緊在頭體上，再將夾頭體插入在鏜床主軸錐孔內(nèi)，并用扁銷緊鎖。這種彈簧套式立銑刀夾頭，可以在配相應(yīng)內(nèi)經(jīng)的彈簧套的情況下，安裝不同內(nèi)徑的圓柱柄立銑刀。它的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，裝夾牢固，換刀方便迅速，應(yīng)用普遍。 另一種是圓錐柄立銑夾頭，它是由螺帽壓緊7：24的過渡套的工具。根據(jù)銑刀錐柄尺寸的大小。一方面可以用莫氏套在中間過渡，或是更換內(nèi)孔為不同號數(shù)的錐度為7：24過渡套。銑刀錐柄裝緊在過渡套內(nèi)，用螺釘拉緊。夾頭體后面的錐柄插入鏜床主軸錐孔中，也同樣用扁銷鎖緊在主軸上過渡套外面的錐孔是7：24，由于錐度大，自鎖能力差，便于裝卸。 3.6.3 刨平面產(chǎn)生誤差的原因及防治方法 ⑴ 平面上有小溝紋或不大的臺階。這種現(xiàn)象一般是由于刀架絲杠與螺母間的間隙過大所引起掉刀而產(chǎn)生的。此外，如拍板滑枕等部分的配合間隙過大，也會產(chǎn)生這種現(xiàn)象。刀架旁邊裝有緊固螺釘?shù)哪康?，就是為了防止刀架竄動，因此，在調(diào)整吃刀深度以后，一定要把緊固螺釘擰緊。另外在刨削時若中途停車，也會產(chǎn)生這種現(xiàn)象。因此，在最后精刨時，不要在中途停車。 ⑵ 工件兩端不平整，開始吃刀的一端造成傾斜的倒棱面。這種情況也是由于刀架絲杠與螺母的間隙及拍板、滑枕等的間隙過大，而又采用大的吃刀深度引起的。另外，也可能是刀架絲杠上部的螺母松動了，當刨刀深切時切削力使刨刀向上頂起，使絲杠向上攢動而刨出傾斜的倒棱面來。防止的方法，主要是檢查刀架絲杠上部的螺母是否擰緊，把刀架一側(cè)的鑲條的間隙調(diào)整好，使松緊事宜。 ⑶ 平面上某部分出現(xiàn)凹腔現(xiàn)象。這種缺陷的產(chǎn)生是由于大齒輪內(nèi)曲柄銷的絲杠一段的螺母松動了，當曲柄銷上的滑塊帶動擺臂和滑枕做往復(fù)運動時，因受力方向變化絲杠發(fā)生竄動，因而使滑枕在往復(fù)運動的的切削過程中，有一瞬間出現(xiàn)停滯不前的現(xiàn)象。在停頓的瞬間，刨刀就會刨深一點，在繼續(xù)前進時，刨刀又會因受切削力而向上抬起，使平面上出現(xiàn)了凹陷現(xiàn)象。這種現(xiàn)象產(chǎn)生時，機床運轉(zhuǎn)中就會發(fā)出“咯噔”的聲音。這時就應(yīng)立即停車，把調(diào)整滑塊絲杠一端螺母調(diào)整好。 ⑷ 工件表面縱向和橫向有波紋。這是由于工藝系統(tǒng)產(chǎn)生震動造成的。如工作臺部分有松動現(xiàn)象，滑枕的壓板松了，刀架不緊，工件裝夾不當，傳動的大齒輪與小齒輪嚙合的間隙太大，刀具伸出太長等都會造成震動，應(yīng)當通過調(diào)整與修理予以消除。 3.7 孔的典型加工工藝路線 圖 16 孔的典型加工工藝路線 （1）鉆—擴—鉸—手鉸 應(yīng)用最廣泛的加工路線，適用中、小孔加工。鉸刀是定尺寸刀具，能得到IT6—9，Ra0.32—10。 （2）鉆（粗鏜）—粗拉—精拉 適用于大批大量生產(chǎn)盤套類零件的圓孔、單鍵孔和花鍵孔加工。拉刀是定尺寸刀具，能得到IT7—9，Ra0.16—0.63。 （3）鉆（粗鏜）—半精鏜—精鏜—浮動鏜或金剛鏜 適用于箱體孔系、直徑比較大、有色金屬（金剛鏜）。能得到IT5—7，Ra0.16—1.25。 （4）鉆（粗鏜）—粗磨—半精磨—精磨—研磨或珩磨 適用于淬硬零件加工或精度要求高的孔加工。能得到IT5—6，Ra0.04—1.25。 3.8 工序順序的安排 目的：保證快、好、省的實現(xiàn) 1.工序順序的安排原則 1）先面后孔； （先加工平面，再加工平面上的孔） 2）先主后次； （主——設(shè)計基準面，主要工作面次——鍵槽、螺孔等，以主要表面定位加工次要表面） 3）先粗后精； （先粗加工后安排精加工） 4）先基準后其它。 （先加工基準面，再以基準面定位加工其它表面） 3.9 熱處理及表面處理工序的安排 半精加工 精加工 光整加工 粗加工 時效 退火 正火 淬火 滲碳淬火 涂鍍 發(fā)藍處理 退火 正火 調(diào)質(zhì) 改善切削性能 消除內(nèi)應(yīng)力 淬硬 提高耐磨性、耐腐蝕性、裝飾 圖 17 為改善切削性能的熱處理工序（退火、正火、調(diào)質(zhì)）應(yīng)安排在切削加工之前； 為清除內(nèi)應(yīng)力的熱處理工序（時效、退火、正火）應(yīng)安排在粗加工之后； 半精加工之后，精加工之前安排淬火一回火、滲碳、淬火等淬硬處理工序，淬硬之后一般只磨； 高精度零件安排冷處理，以穩(wěn)定尺寸； 表面處理工序一般放在最后：鍍鉻、鍍鋅、陽極氧化、發(fā)黑、發(fā)藍。 其它工序還包括檢查、檢驗工序、去毛刺、平衡、清洗等 3.10 工序集中和工序分散的特點 3.10.1 工序集中 將工件的加工集中在少數(shù)幾道工序內(nèi)完成。每道工序的加工內(nèi)容較多。 特點： 1）采用高效率機床； 2）減少了裝夾次數(shù)，易于保證各表面間的相互位置精度，還能縮短輔助時間； 3）工序集中通常需要采用專用設(shè)備和工藝裝備，使得投資大，設(shè)備和工藝裝備的調(diào)整、維修較為困難，生產(chǎn)準備工作量大，轉(zhuǎn)換新產(chǎn)品較麻煩。 應(yīng)用：高效的自動化機床（例如加工中心，單件小批量多品種） 3.10.2 工序分散 將工件的加工分散在較多的工序內(nèi)完成。特點： 1）設(shè)備和工藝裝備簡單、調(diào)整、對刀方便、工人便于掌握，容易適應(yīng)產(chǎn)品的變換； 2）對操作工人的技術(shù)水平要求較低； 3）設(shè)備和工藝裝備數(shù)量多、操作工人多、生產(chǎn)占地面積大。 應(yīng)用：流水線、自動線、組合機床、大批量生產(chǎn) 3.11 加工階段的劃分 將零件的加工工藝過程劃分為粗、精加工的不同階段 3.11.1 粗加工階段： 去除零件上各個加工表而的大部分余量，只留后續(xù)精加工余量，并作出精基準。這一階段的主要目標是提高生產(chǎn)率。 將零件的加工工藝過程劃分為粗、精加工的不同階段 3.11.2 精加工階段： 去除各個加工表而經(jīng)粗加工后留下的較小且較均勻的余量，確保零件尺寸、形狀精度及各表而間的位置精度以及表而粗糙度。 有些要求高的零件還要更細地劃分為： 毛坯加工 粗加工階段 半精加工階段 精加工階段 精密、超精加工、光整加工階段 如果不是把零件的整個加工工藝過程這樣劃分為粗、精加工階段，而是把每一個面都在一個工序中從粗加工到精加工連續(xù)完成，再順序加一工完所有的面。這樣的工序安排，雖然可以減少裝夾次數(shù)，但難以保證零件的精度要求，并可能造成人力、物力資源的浪費。原因： 粗加工時，切削層厚，切削熱量大，無法消除因熱變形帶來的加工誤差，也無法消除因粗加工留在工件表層的殘余應(yīng)力產(chǎn)生的加工誤差。 后續(xù)加工容易把已加工好的加工面劃傷。 不利于及時發(fā)現(xiàn)毛坯的缺陷。 不利于合理地使用設(shè)備。 不利于合理地使用技術(shù)工人。 確定各工序的加工余量，計算工序尺寸和公差 3.12 加工余量的確定 加工總余量（毛坯余量）與工序余量總余量Z0與工序余量Zi 的關(guān)系： 則龍門刨銑床粗加工時工件加工留余量3； 龍門刨銑床半精加工時工件加工留余量1。 4 工件的熱處理 4.1 工件材料的確定 已知工件材料為HT200，為灰鑄鐵。碳大部分或全部以游離的石墨形式存在。因斷裂時斷口呈暗灰色，故稱為灰鑄鐵。 HT200的最低抗拉強度為200N／mm2 4.2 龍門立柱的熱處理 灰鑄鐵熱處理只能改變機體組織，不能改變石墨的形狀和分布。所以灰鑄鐵熱處理不能顯著改善其機械性能。主要用來消除鑄件內(nèi)應(yīng)力、穩(wěn)定尺寸、改善切削加工性和提高鑄件表面耐磨性。 4.2.1 消除內(nèi)應(yīng)力退火 在鑄造過程中，產(chǎn)生很大的內(nèi)應(yīng)力不僅降低鑄件強度，而且使鑄件產(chǎn)生翹曲、變形，甚至開裂。因此，鑄鐵件鑄造后必須進行消除內(nèi)應(yīng)力退火，又稱人工實效。即將鑄件緩慢加熱到500～560°C適當保溫（每10mm截面保溫2h）后，隨爐緩冷至150～200°C出爐空冷。去應(yīng)力退火加熱溫度一般不超過560°C，以免共析滲碳體分解、球化，降低鑄件強度，硬度和耐磨性。 4.2.2 消除鑄件白口、降低硬度的退火或正火 鑄件冷卻時，表面及截面較薄部位由于冷卻速度快，易出現(xiàn)白口組織使硬度升高，難以切削加工。通常將鑄件加熱至850～950°C保溫1～4h，然后隨爐緩冷，使部分滲碳體分解，最終得到鐵素體基或鐵素體加珠光體基灰鑄鐵，從而消除白口、降低硬度、改善切削加工性。正火是將鑄件加熱至850～950°C保溫1～3h后出爐空冷，是共析滲碳體不發(fā)生分解，最終得到珠光體基灰鑄鐵。從而即消除了白口、改善切削加工性，又提高了鑄件的強度、硬度和耐磨性。 4.2.3 表面淬火 鑄鐵件和鋼一樣，可以采用感應(yīng)加熱、火焰加熱和電接觸加熱等表面淬火工藝使鑄件表面獲得細馬氏體加石墨的硬化層，從而提高灰鑄鐵件表面強度、耐磨性和疲勞強度，延長其使用壽命。為了獲得較好的表面淬火效果，對高、中頻淬火鑄鐵，一般希望采用珠光體基灰鑄鐵，最好是細片狀石墨的孕育鑄鐵。 5 加工刀具的選擇 龍門刨銑床右立柱的材料是HT200的灰鑄鐵，它的抗拉強度為200MPa，抗彎強度為392MPa ，抗壓強度為735MPa，硬度為170～220HBS，基體類別為珠光體。 鑄鐵是典型的脆性材料，切削時生成崩碎切屑，由于切削與前面的接觸長度短，切削力和切削熱集中在刃區(qū)。雖然切削層單位面積切削力比切鋼時小得多（約為0.6倍），切削溫度也低很多（越比切鋼低20％～30％），但切削鑄鐵時刀具切削刃處溫度最高且有很高的壓應(yīng)力。再加上切削過程中被切削金屬層頻繁的無規(guī)則的斷裂，使切削過程不太穩(wěn)定，對刀刃有很大的沖擊。因此就要求刀材料具有較高的強度和沖擊韌度。 YG類硬質(zhì)合金與YT類相比，具有較高的抗彎強度和沖擊韌度。另外YG類比YT類有較好的導(dǎo)熱性能，有利于切削熱從刃區(qū)傳散，降低刃區(qū)溫度。因此YG類硬質(zhì)合金是目前加工鑄鐵最適宜的刀具材料。 用YG類硬質(zhì)合金切削鑄鐵的常用牌號有：YG3\YG3X\YG6\YG6X\YG8\YG8C\YG6A和YG8N。YG6適用于連續(xù)表面的粗車，連續(xù)表面的精車、半精車和連續(xù)表面的精銑，半精銑。對于余量不均沖擊較大的粗車，粗刨、粗銑，則宜采用含鈷較高的YG8，甚至用粗晶粒的YG8C。粗晶粒的硬質(zhì)合金強度高，韌性好。如果需要增加耐磨性則可選用YG3，以便用較高的切削速度進行精車。 加工鑄鐵時，除磨料磨損外，也有粘結(jié)磨損和擴散磨損。YG類刀具材料細晶粒比粗晶?？拐辰Y(jié)磨損能力強。粘結(jié)磨損的典型特征是磨損表面粗糙，在粘結(jié)磨損占主導(dǎo)地位的情況下，減輕磨損的措施是：提高系統(tǒng)的剛度減輕震動；取足夠大的后角；采用細晶粒硬質(zhì)合金。細晶粒硬質(zhì)合金除具有較好的抗粘結(jié)磨損能力外，還有一個優(yōu)點是刀刃可以磨得很鋒利。經(jīng)仔細刃磨的細晶粒刀具刃口鈍圓半徑約為細晶粒的1／2～2／5。當加工精度和表面粗糙度都有嚴格要求時，采用細晶粒硬質(zhì)合金精細車削可以取得很好的效果。 當以較高切削速度加工鑄鐵時，YG類刀具也會產(chǎn)生月牙洼磨損和后面的嚴重擴散磨損。此時改用含少量TiC和TaC的切削鋼硬質(zhì)合金效果反而更好，或者用YW類或涂層硬質(zhì)合金刀具。 高速鋼和硬質(zhì)合金仍是用得最多的兩種刀具材料，但硬質(zhì)合金的占比已擴大到60%。 金屬切削過程除了要求刀具具有適當?shù)膸缀螀?shù)外，還要求刀具材料對工件要有良好的切削性能。刀具切削性能的優(yōu)劣，不僅取決于刀具切削部分的幾何參數(shù)，還取決于刀具切削部分所選配的刀具材料。 金屬切削過程中的加工質(zhì)量、加工效率、加工成本，在很大程度上取決于刀具材料的合理選擇。因此，材料、結(jié)構(gòu)和幾何形狀是構(gòu)成刀具切削性能評估的三要素。 5.1 刀具材料應(yīng)具備的性能 （1）高的硬度和耐磨性 （2）足夠的強度和韌性 （3）高的耐熱性與化學(xué)穩(wěn)定性 （4）有鍛造、焊接、熱處理、磨削加工等良好的工藝性 （5）導(dǎo)熱性好，有利于切削熱傳導(dǎo)，降低切削區(qū)溫度， 延長刀具壽命，便于刀具的制造，資源豐富，價格低廉。 5.2 常用刀具材料 （1）工具鋼 包括碳素工具鋼、合金工具鋼和高速鋼。 （2）硬質(zhì)合金 有鎢鈷類硬質(zhì)合金、鎢鈦鈷類硬質(zhì)合金和鎢鈦鉭（鈮）類硬質(zhì)合金。 （3）陶瓷 （4）超硬刀具材料 推廣使用新型刀具材料如涂層刀具、陶瓷刀具、立方氮化硼等。 5.2.1．高速鋼 它是一種加入較多鎢、鉬、鉻、釩等合金元素的高合金鋼。 熱處理后硬度可達62～66HRC, 抗彎強度約3.3GPa，有較高的熱穩(wěn)定性 、耐磨性 、耐熱性。切削溫度在500～650°C時仍能進行切削。 由于熱處理變形小、能鍛易磨，所以特別適合于制造結(jié)構(gòu)和刃型復(fù)雜的刀具，如成形車刀、銑刀、鉆頭、切齒刀、螺紋刀具和拉刀等。 （1）高速鋼的分類 按用途可分為：通用高速鋼和高性能高速鋼。 按制造工藝可分為: 熔煉高速鋼、粉末冶金高速鋼和表面涂層高速鋼。 按基本化學(xué)成份可分為: 鎢系和鉬系。 （2）常用高速鋼的牌號與性能 通用型高速鋼 W18Cr4V(18-4-1)由于鎢價高，熱塑性差，碳化物分布不均勻等原因，目前國內(nèi)外已很少采用。 高性能高速鋼 高性能高速鋼是指在通用型高速鋼中增加碳、釩、鈷或鋁等合金元素，使其常溫硬度可達67～70HRC，耐磨性與熱穩(wěn)定性進一步提高?？梢杂糜诩庸げ讳P鋼、高溫合金、耐熱鋼和高強度鋼等難加工材料。典型牌號有M42、5O1。 粉末冶金高速鋼 粉末冶金高速鋼是用高壓氬氣或純氮氣霧化熔融的高速鋼鋼水而得到細小的高速鋼粉末，然后再熱壓鍛軋制成。適用于制造精密刀具、大尺寸(滾刀、插齒刀)刀具、復(fù)雜成形刀具、拉刀等。 5.2.2．硬質(zhì)合金 硬質(zhì)合金以其優(yōu)良的性能被廣泛用作刀具材料。大多數(shù)車刀、端銑刀等均由硬質(zhì)合金制造； 硬質(zhì)合金是由高硬度和高熔點的金屬碳化物(碳化鎢WC、碳化鈦Ti C、碳化鉭Ta C、碳化鈮N b C等)和金屬粘結(jié)劑(Co、Mo、Ni等)用粉末冶金工藝制成。 硬質(zhì)合金刀具常溫硬度為89～93HRA，化學(xué)穩(wěn)定性好，熱穩(wěn)定性好，耐磨性好，耐熱性達800～1000°C。 硬質(zhì)合金刀具允許的切削速度比高速鋼刀具高5～10倍 。 （1）硬質(zhì)合金的分類 鎢鈷類（WC +Co）； 鎢鈦鈷類（WC +Ti C +Co）； 添加稀有金屬碳化物類（WC +Ti C +Ta C+（N b C）+Co）； 碳化鈦基類（Ti C +WC +Ni+ Mo）。 （2）常用硬質(zhì)合金的牌號及其性能 鎢鈷類硬質(zhì)合金 代號為YG，屬K類。合金中含鈷量愈高，韌性愈好，適合于粗加工，反之用于精加工。YG(K)類硬質(zhì)合金，有較好的韌性、磨削性、導(dǎo)熱性，適合于加工產(chǎn)生崩碎切屑及有沖擊載荷的脆性金屬材料。 鎢鈦鈷類硬質(zhì)合金 代號為YT，屬P類。它以WC為基體, 添加Ti C，用Co作粘結(jié)劑燒結(jié)而成。合金中Ti C含量提高，Co含量就低，其硬度、耐磨性和耐熱性進一步提高，但抗彎強度、導(dǎo)熱性、特別是沖擊韌性明顯下降，適合于精加工。 鎢鈦鉭（鈮）類硬質(zhì)合金 代號為YW，屬M類。它在YT(P)類硬質(zhì)合金中加入Ta C或N b C，這樣可提高抗彎強度、疲勞強度、沖擊韌性、抗氧化能力、耐磨性和高溫硬度等。它既適用于加工脆性材料，又適用于加工塑性材料。 5.2.3．涂層刀具材料 在韌牲較好的刀具基體上，涂覆一層耐磨性好的難熔金屬化合物，既能提高刀具材料的耐磨性，又不降低其韌性。常用的涂層材料有Ti C、Ti N、Al203及其復(fù)合材料等, 涂層厚度隨刀具材料不同而異。 （1）Ti C涂層 硬度高、耐磨性好、抗氧化性好，切削時能產(chǎn)生氧化鈦膜，減小摩擦及刀具磨損。 （2）Ti N涂層 在高溫時能產(chǎn)生氧化膜，與鐵基材料摩擦系數(shù)較小，抗粘結(jié)性能好，并能有效降低切削溫度。 （3）Ti C—Ti N復(fù)合涂層 第一層涂Ti C，與刀具基體粘牢不易脫落。第二層涂Ti N ,減少表面層與工件間的摩擦。 （4）TiC-Al203復(fù)合涂層 第一層涂Ti C , 與刀具基體粘牢不易脫落。第二層涂Al203可使刀具表面具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和抗氧化性能。 目前單涂層刀片已很少應(yīng)用，大多采用Ti C-Ti N復(fù)合涂層或TiC-Al2O3-TiN三復(fù)合涂層。 5.2.4．其它刀具材料 （1）陶瓷刀具材料 以氧化鋁或以氮化硅為基體再添加少量金屬，在高溫下燒結(jié)而成的一種刀具材料。 其優(yōu)點是硬度高，耐磨性、耐高溫性能好，有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和抗氧化性，與金屬的親合力小、抗粘結(jié)和抗擴散能力強； 其缺點是脆性大、抗彎強度低，沖擊韌性差，易崩刃，所以使用范圍受到限制； 可用于鋼、鑄鐵類零件的車削、銑削加工。 （2）金剛石刀具材料 碳的同素異形體，在高溫、高壓下由石墨轉(zhuǎn)化而成，是目前人工制造出的最堅硬物質(zhì)。 由于硬度極高，耐磨性好，切削刃口鋒利，刃部表面摩擦系數(shù)較小，不易產(chǎn)生粘結(jié)或積屑瘤，可用于加工硬質(zhì)合金、陶瓷等硬度達65～70HRC的材料。 也可用于加工高硬度的非金屬材料，如石材、壓縮木材、玻璃等，還可加工有色金屬，如鋁硅合金材料以及復(fù)合難加工材料的精加工或超精加工。 缺點是熱穩(wěn)定性差，強度低、脆性大，對振動敏感，只宜微量切削，與鐵有強烈的化學(xué)親合力，不能用于加工鋼材。 （3）立方氮化硼 立方氮化硼（CBN）是一種人工合成的新型刀具材料，它由六方氮化硼在高溫、高壓下加入催化劑轉(zhuǎn)化而成。 它有很高的硬度及耐磨性，熱穩(wěn)定性好，化學(xué)惰性大，與鐵系金屬在1300℃時不易起化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)熱性好，摩擦系數(shù)低。 因此可用于高溫合金、冷硬鑄鐵、淬硬鋼等難加工材料的加工。 應(yīng)當指出，加工一般材料大量使用的仍是普通高速鋼及硬質(zhì)合金，只有在加工難加工材料時，才考慮選用新牌號合金或高性能高速鋼，在加工高硬度材料或精密加工時，才考慮選用超硬材料。 因此加工龍門刨銑立柱鑄件時應(yīng)采用抗彎強度較高的硬質(zhì)合金作刀頭。 5.3 刀具合理幾何參數(shù)的選擇 鑄鐵是典型的脆性材料其力學(xué)性能特點是抗壓強度遠高于抗拉強度（約為3～5倍）。故采用正前角切削更有利于減小切屑變形及切削力。但切削鑄鐵時最高溫度和切削力集中在刃區(qū)。楔角小時會削弱切削刃的強度和散熱能力，一般宜采用較小值的正前角、平前面不開負倒棱，用油石仔細成輕型鈍圓刃或鋒刃。當加工條件不好，余量不均沖擊較大時也可以采用負倒棱，但負倒棱b寬度宜取小值，否則由于切屑與前面接觸長度很短，致使寬的倒棱實際成了負前腳切削。一般取b≤0.5f。 車刀的后角一般為4°～8°。值得注意的是用YG類硬質(zhì)合金刀具切削球磨鑄鐵時，在一定的切削速度和進給量下，會產(chǎn)生一種“粘附作用”即在刀具后面沿刀刃前端產(chǎn)生下垂著的附著物。一旦產(chǎn)生這樣的附著物，它可以保護刀具后面從而提高壽命，但卻會引起非常大的切削力和高的切削溫度，使以加工表面粗糙度值加大。此時采用加大刀具后角就可以很好的解決。 有些先進刀具采用大前角（r=25°～30°），同時配以負倒棱以使切削刃口強度不致削弱。這種大前腳刀具以較高的速度進行切削時可生成類似帶狀切屑，切屑與前面的接觸長度增加。 5.4 切削用量的選擇 根據(jù)鑄鐵切削加工性的特點，宜選用強度高，韌性和導(dǎo)熱性能好而耐熱性稍差（與YT類比較）的YG類硬質(zhì)合金，而且切削速度高時崩碎的鐵屑四處飛濺妨礙工人操作。因此用硬質(zhì)合金切削鑄鐵時宜采用比切削鋼時較低的切削速度。切削用量選用的規(guī)律是：工件材料的硬度越高經(jīng)濟切削速度愈低；粗加工時背吃刀量和進給量大，切削速度低；精加工時背吃刀量和進給量小，切削速度高。 6 加工龍門立柱機床的選擇 6.1在粗銑立柱時機床的選擇 在粗銑立柱時機床是選用X2025B型龍門銑床。 本機床主要用于平面的加工，具有足夠的剛性，可進行高速銑削。推薦使用鑲有硬質(zhì)合金刀片的端銑刀進行銑削，也可采用高速鋼刀具銑削。本機床可根據(jù)要求提供垂直滑枕式銑頭，它是以銑削為主的部件，但也可進行孔類零件的加工。 6.1.1 X2025B型龍門銑床技術(shù)數(shù)據(jù) 1 主要規(guī)格 工作臺臺面尺寸（寬×長）‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥2500×8000mm 2 加工范圍 ⑴ 最大加工尺寸（長×寬×高）‥‥‥‥‥8000×2500×2450mm ⑵ 最大鏜孔尺寸（直徑×長度）‥‥‥‥‥‥‥‥Φ300×600mm ⑶ 加工零件的最大重量‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥35t 3 主軸 ⑴ 垂直主軸端面至工作臺面距離‥‥‥‥‥‥‥‥‥200～2550mm ⑵ 水平主軸中心線至工作臺面距離‥‥‥‥‥‥‥‥-200～2230mm ⑶ 兩水平主軸端面之間距離‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥2240～2840mm ⑷ 銑頭主軸轉(zhuǎn)速‥‥‥‥‥‥‥‥‥12級：31.5～630r／min ⑸ 推薦適用刀盤直徑‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥400mm ⑹ 滑枕式銑頭主軸轉(zhuǎn)速‥‥‥‥‥‥‥18級：10～500r／min 4 工作臺 ⑴ T型槽寬‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥36mm ⑵ T型槽數(shù)‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥11條 ⑶ 工作臺進給量‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥無極：20～1000mm／min ⑷ 工作臺縱向行程‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥8750mm 5 橫梁升降速度‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥500 mm／min 6 電機總?cè)萘卡E‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥133KW ⑴ 銑頭電動機‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥22KW ⑵ 滑枕式銑頭電動機‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥13KW 7 外形尺寸（長×寬×高）‥‥‥‥‥‥‥19550×6640×6320mm 8 重量‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥130t 6.2在粗刨立柱時機床的選擇 在粗刨立柱時機床是選用B2151型龍門刨床。 本機適用于加工各種零件的水平面、垂直面及由各種平面組合的導(dǎo)軌面、深的溝槽等。機床采用無級調(diào)速，能進行粗、精加工。 6.2.1 B2151型龍門刨床技術(shù)規(guī)格 1 主要規(guī)格 最大刨削寬度×最大刨削長度‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥1500×6000mm 2 加工范圍 ⑴ 最大加工尺寸（長×寬×高）‥‥‥‥‥6000×1500×1230mm ⑵ 加工零件的最大重量‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥15t ⑶ 立柱間距離‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥1550mm ⑷ 橫梁上升離工作臺面最大距離‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥1250mm 3 工作臺 ⑴工作臺面尺寸（長×寬）‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥6000×1250mm ⑵ 工作臺工作行程速度‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥5～75m／min ⑶ 工作臺返回行程速度‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥12.5～75 m／min ⑷ 最大拖力（在V≤20 m／min）‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥8000公斤 ⑸ 工作臺T型槽 槽數(shù)‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥5個 槽寬‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥28mm 槽間距‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥210mm 4 刀桿最大截面‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥60×60mm 5 垂直刀架 ⑴ 滑枕最大行程‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥300mm ⑵ 進給范圍（無級） 水平‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥0.5～25mm／往返行程