机械加工工艺-解放公司.ppt

,*,一汽技术中心,R&D CENTER,培训,机械加工工艺,2008.10,一、生产质量控制基础知识,批量生产后现场的质量检控和持续改善手段是什么？,ISO 9000,的质量观点,从根本上，质量应当是由消费者来定义-一件高质量的产品是指消费者认为具有高质量的产品；,数据是质量管理中最重要的信息，是质量管理的基础，包括以下几个方面：,总体：提供数据的原始集团，或研究对象的全体；,样本：从总体中抽取的一部分个体所构成的集合；,样品：组成样本的每一个个体；,样本容量：样本中所含样品的数量；,质量控制工具-控制图,控制图是一些带有统计结果确定的控制上限和下限（,UCL,和,LCL）,的趋势图；,通过测绘样本数据，可以记录这些样本点的 波动情况，如果这些样本点落在控制上下限以外，则表明过程“失控”；,过程上下限以外的样本点通常是由于一些特殊的原因或者是例外造成的。只有当这些特殊的原因被消除后，该过程才能被认为是“受控”。,受控标准：控制点不超过控制界限；,控制图上点的排列分布无缺陷；,如表列：有,10,个子组（按要求应当是,25,组或更多），每个子组记录,5,个零件测量数据（要求至少,35,个），每一组分别有平均数,和级差,R.,同时可以算出平均级差,和过程平均,Cpk,是通过,CPU,和,CPL,计算出能力指数,Cpk,，,其取两者中小的数值，,Cpk,值一般要大于,1.33,，大于,1.67,时可以认为生产过程非常稳定,。,在统计数据的基础上，计算控制上下限，包括均值的上下限和极差的上下控制限：根据子组中样本数量不同，常量的选择按照表规定进行：,n,2,3,4,5,6,7,8,9,10,D,4,3.27,2.57,2.28,2.11,2.00,1.92,1.86,1.82,1.78,D,3,*,*,*,*,*,0.08,0.14,0.18,0.22,d,2,1.13,1.69,2.06,2.33,2.53,2.7,2.85,2.97,3.08,A,2,1.88,1.02,0.73,0.58,0.48,0.42,0.37,0.34,0.31,Figure 6:Control Chart for Averages,Figure 7:Control Chart for Ranges,数据点在要求的控制范围之外,数据在控制极限之内，但连续有,7,个点在中线之下或中线之上,连续,7,个点上升或下降,一般来讲，要想稳定控制产品，需要保证,2/3,以上产品尺寸集中在,1/3,带宽内；,过程能力指数,Cpk,监控,长期行为,Cpk,主要用于周期性的过程评价，反映的是稳定状态下的实际加工能力，影响因素包括操作者、设备、原材料、工艺方法和生产环境等，是日常生产过程中控制产品质量和生产持续改善的重要手段。其用于评价的数据要考虑子组大小、子组频率和子组数大小，它的方差计算为,=/,d2,，,其中 为子组级差的均值，,d2,是随样本容量变化的常数；,Cpk,为,CPU、CPL,小者，用于能力评价,可见：,C,P,反映的是数据分布的情况，而,CPK,同时反映了数据的分布情况和中心位置；,如图：上面的统计分析表示,CP,和,CPK,都大于1，数据分布小于公差带；而且平均值位于公差带的中间位置；下面的统计图所显示的,CP,值和上面的是一样的，但,CPK,会小于1，其数据分布已经延出上限范围；,Figure 14:Cp is the Same for Both Distributions,CPK,为,1,，整个数值统计扩展区域正好等于加工零件的工艺要求；数据的平均值正好在工件要求的中间值；,CPK,大于,1,，整个数值统计扩展区域小于加工零件的公差要求；数据的平均值正好在工件要求的中间值；,过程性能指数,Ppk,-,短期行为：,在美国三大汽车公司制定的,QS-9000,标准中提出的，用于实时过程能力研,究和初始过程能力评估，比较适用于带有验收的场合，其评价的数据为一段时间内的连续采集样本：,抽检样本尺寸均值：,方差：,Ppk1,=,Ppk2,=,其中：,.,为零件的实际检测尺寸，样本单元,n,一般取,50,件；,USL,和,LSL,为该尺寸加工精度要求的上下极限尺寸；取上述两个,Ppk,值中的较小值用做评价；,注：设备验收时通常采用的,cmk,值和,Ppk,值的算法是相同的，但是在应用过程中尽量避免其他加工因素的影响,设备验收案例,80%的质量问题是由20%的原因所引起的：不要试图确定所有存在的质量问题，而是要找出一小部分有最大影响的引起问题的原因。,零件的加工误差是怎样产生的？,机床的误差,加工中刀具相对于工件的成形运动一般都是通过机床完成的，因此，工件的加工精度在很大程度上取决于机床的精度。机床制造误差对工件加工精度影响较大的有：,主轴回转误差；,导轨误差；,传动链误差；,机床的磨损将使机床工作精度下降。,主轴回转误差,：,机床主轴是装夹工件或刀具的基准，并将运动和动力传给工件或刀具，主轴回转误差将直接影响被加工工件的精度。,主轴回转误差是指主轴各瞬间的实际回转轴线相对其平均回转轴线的变动量。它可分解为径向圆跳动、轴向窜动和角度摆动三种基本形式。,1）产生主轴径向回转误差的主要原因有：,主轴几段轴颈的同轴度误差、轴承本身的各种误差、轴承之间的同轴度误差、主轴绕度等。它们对主轴径向回转精度的影响大小随加工方式的不同而不同。,2）产生轴向窜动的主要原因,是主轴轴肩端面和轴承承载端面对主轴回转轴线有垂直度误差。,适当提高主轴及箱体的制造精度，选用高精度的轴承，提高主轴部件的装配精度，对高速主轴部件进行平衡，对滚动轴承进行预紧等，均可提高机床主轴的回转精度。,车削加工中由于切削力方向固定，主轴回转误差重要取决于主轴的圆度,镗削加工，由于切削力,F,的作用方向随着主轴的回转而回转，在切削力,F,的作用下，主轴总是以其轴颈某一固定部位与轴承内表面的不同部位接触，因此，轴承内表面的圆度误差对主轴径向回转精度影响较大，而主轴颈圆度误差的影响则不大,导轨误差,导轨是机床上确定各机床部件相对位置关系的基准，也是机床运动的基准。车床导轨的精度要求主要有以下三个方面：在水平面内的直线度；在垂直面内的直线度；前后导轨的平行度,(,扭曲,),。,卧式车床导轨在水平面内的直线度误差1将直接反映在被加工工件表面的法线方向（加工误差的敏感方向）上，对加工精度的影响最大。,卧式车床导轨在垂直面内的直线度误差2可引起被加工工件的形状误差和尺寸误差。但2对加工精度的影响要比1小得多,。,导轨存在平行度误差(扭曲)时，刀架运动时会产生摆动，刀尖的运动轨迹是一条空间曲线，使工件产生形状误差,。,传动链误差,传动链误差是指传动链始末两端传动元件间相对运动的误差。一般用传动链末端元件的转角误差来衡量。,例如在齿轮加工设备中，刀具和工件直接的啮合运动依靠两者之间的传动链保证，当出现传动链误差室，会反映在零件的分齿精度上；,刀具的误差,刀具误差对加工精度的影响随刀具种类的不同而不同。采用定尺寸刀具、成形刀具、展成刀具加工时，刀具的制造误差会直接影响工件的加工精度；而对一般刀具,(,如车刀等,),，其制造误差对工件加工精度无直接影响。,任何刀具在切削过程中，都不可避免地要产生磨损，并由此引起工件尺寸和形状地改变。正确地选用刀具材料和选用新型耐磨地刀具材料，合理地选用刀具几何参数和切削用量，正确地刃磨刀具，正确地采用冷却液等，均可有效地减少刀具的尺寸磨损。必要时还可采用补偿装置对刀具尺寸磨损进行自动补偿。,.,夹具的误差,夹具的作用是使工件相对刀具和机床具有正确的位置，因此夹具的制造误差对工件的加工精度,(,特别使位置精度,),有很大影响。,如图钻床夹具中，钻套轴心线,f,至夹具定位平面,c,间的距离误差，影响工件孔,a,至底面,B,尺寸,L,的精度；钻套轴心线,f,至夹具定位平面,c,间的平行度误差，影响工件孔轴心线,a,至底面,B,的平行度；夹具定位平面,c,与夹具体底面,d,底的垂直度误差，影响工件孔轴心线,a,与底面,B,间的尺寸精度和平行度；钻套孔的直径误差亦将影响工件孔,a,至底面,B,的尺寸精度和平行度。,定位误差,定位误差由基准不重合误差和定位副制造不准确误差造成。,a).,基准不重合误差,在零件图上用来确定某一表面尺寸、位置所依据的基准称为设计基准。在工序图上用来确定本工序被加工表面加工后的尺寸、位置所依据的基准称为工序基准。一般情况下，工序基准应与设计基准重合。,b).,定位副制造不准确误差,工件在夹具中的正确位置是由夹具上的定位元件来确定的。夹具上的定位元件不可能按基本尺寸制造得绝对准确，它们得实际尺寸,(,或位置,),都允许在分别规定得公差范围内变动。同时，工件上的定位基准面也会有制造误差。工件定位面与夹具定位元件共同构成定位副，由于定位副制造得不准确和定位副间的配合间隙引起的工件最大位置变动量，称为定位副制造不准确误差。,基准不重合误差的方向和定位副制造不准确误差的方向可能不相同，定位误差取为基准不重合误差和定位副制造不准确误差的矢量和。,工艺系统受力变形引起的误差,机械加工工艺系统在切削力、夹紧力、惯性力、重力、传动力等的作用下，会产生相应的变形，这种变形会破坏了刀具和工件之间的正确的相对位置，使工件的加工精度下降。,减小工艺系统受力变形的途径,工艺系统刚度的论述可知，若要减少工艺系统变形，就应提高工艺系统刚度，减少切削力并压缩它们的变动幅值。主要方面包括：,l,提高工艺系统刚度,l,提高工件和刀具的刚度,l,提高机床刚度,l,采用合理的装夹方式和加工方式,l,减小切削力及其变化,l,合理地选择刀具材料，增大前角和主偏角，对工件材料进行合理的热处理以改善材料地加工性能等，都可使切削力减小。,工艺系统受热变形引起的误差,工艺系统热变形对加工精度的影响比较大，特别是在精密加工和大件加工中，由热变形所引起的加工误差有时可占工件总误差的,40%,70%,。机床、刀具和工件受到各种热源的作用，温度会逐渐升高，同时它们也通过各种传热方式向周围的物质和空间散发热量。当单位时间传入的热量与其散出的热量相等时，工艺系统就达到了热平衡状态。,减小工艺系统热变形的途径：,l,减少发热和隔热,l,改善散热条件,l,均衡温度场,l,改进机床结构,l,加快温度场的平衡,l,控制环境温度,内应力重新分布引起的误差,细长轴零件经过车削以后，棒料在轧制中产生的内应力要重新分布，产生弯曲，如右图示。冷校直就是在原有变形的相反方向加力,F,，,使工件向反方向弯曲，产生塑性变形，以达到校直的目的。在,F,力作用下，工件内部的应力分布如图,b,所示。当外力,F,去除以后，弹性变形部分本来可以完成恢复而消失，但因素心变形部分恢复不了，内外层金属就起了互相牵制的作用，产生了新的内应力平衡状态，如图,c,所示，所以说，冷校直后的工件虽然减少了弯曲，但是依然处于不稳定状态，还会产生新的弯曲变形。,工件上一旦产生内应力之后，就会使工件金属处于一种高能位的不稳定状态，它本能地要向低能位的稳定状态转化，并伴随有变形发生，从而使工件丧失原有的加工精度。,减小内应力变形误差的途径,改进零件结构设计零件时，尽量做到壁厚均匀，结构对称，以减少内应力的产生。,合理安排分布加工余量和优化切削参数，减小加工残余应力；,增设消除内应力的热处理工序,合理安排工艺过程粗加工和精加工宜分阶段进行，使工件在粗加工后有一定的时间来松弛内应力。,二、现生产加工工艺,柔性化的生产制造过程,目前汽车零件的生产中，加工过程所采用的设备通常是在能够实现多功能加工、数字化控制、灵活多变、可实现高效率、高精度加工的数控设备上完成，包括加工中心、数控车床及车铣复合加工中心、数控齿轮加工设备；除了常规加工方式,对于孔、凹槽以及常用于车削或螺纹切削的表面，铣削也有其日益增长的竞争力，通过可转位刀片、整体硬质合金技术的应用，生产效率、可靠性和质量一致性得以大大提高；,长齿厂红旗世纪星轿车的变速器壳体在,2001,年新引进的瑞士,DIXI200,三工位加工中心（二台约,1100,万人民币）上完成，设备具备,60,把的刀库，机械手自动换刀，生产精度满足设计要求，生产一致性好，,CPK,可达,1.67,，全部工序可以在一台设备上集中完成，生产节拍约,30,min/,件两台设备同时生产；能够保证现行的生产节拍；,变速器厂的壳体生产线,现生产应用的发展方向：,柔性化生产的迅速崛起、关键加工环节高精度专用加工设备相辅相成：,加工中心适合与柔性生产线的模块化组建，可实现对系统设备的分阶段投资，有利于提高投资的经济效益，并能够实现灵活换型生产。,充分利用设备功能复合化和多轴联动的特点，提高装夹技术，在一次装夹中完成多个表面加工，在保证位置精度的前提下，提高生产效率,加工与检测相结合，实现快速对刀、加工过程检测和刀具补偿；,在现有设备机床上，开展高速加工技术研究,汽车更新换代的速度明显加快，产品市场寿命进一步缩短。与此同时，汽车变型品种逐渐增多，投产批量日益减少。为满足全球市场的不同个性化需求，多品种柔性生产越来越成为竞争的决定因素，设备的生产效率和柔性已成为选择设备的主要因素；,近年来,高速加工中心的结构、驱动和技术性能有了长足的发展和提高。在结构和驱动方式上经历了从滚珠丝杆立柱移动式到直线电机框中框结构的二代发展。高速切削和高速进给的应用使加工的基本时间变得越来越短。例如,：铣削深度,14.1,mm,的,M6,螺孔仅需,1.2,s,；,现代高速加工中心已成功的将原本是相互矛盾的柔性和生产率融合到了一起。相继出现由高速加工中心组成的柔性生产线，由于它具有高生产率、高加工柔性和能力柔性，既能满足当前多品种的加工任务，也能通过调整或扩充设备来适应未来的加工任务，这种柔性生产线正越来越多地被汽车工业所采用。,通常认为高速切削的切削速度比常规切削速度高,510,倍以上。基本特征是主轴转速高，机床主轴的转速可达到10000,r/min20000r/min。,切削速度高，切削速度可达到 1008000,m/min。,进给速度高，进给速度可达到1590,m/min。,特点：切削力随着切削速度的提高而下降；切削产生的热量绝大部分被切屑代走；加工表面质量提高；在高速切削范围内机床的激振频率远离工艺系统的固有频率范围。,不同加工工艺对应的高速切削线速度范围,加工工艺,高速切削速度（,m/min）,车削,7007000,铣削,3006000,钻削,2001100,拉削,3075,铰削,20500,因此：,有利于使用小直径刀具；有利于加工薄壁零件和脆性材料；有利于加工较大零件；可替代其他加工工艺（如磨削），获得显著的经济效益。传统切削工艺很难加工的工件材料（如镍基合金、钛合金、纤维增强塑料等）在高速切削条件下将变得易于切削，这有利于设计新材料的选用。,切削速度要达到,800012000,m/min。,进给速度要达到,1590,m/min。,刀具耐用度要达到,3001000,min。,切削温度要承受,8001200,。,高速加工工艺实现的主要问题应对：,1、高速加工中随着切削速度的提高，刀具寿命会下降问题的应对：,高速切削刀具满足的条件：,硬质合金刀具：,硬质合金刀具应用的最为广泛，发展的也很快，硬质合金刀具有良好的综合切削性能，用于高速切削刀具的硬质合金材料主要是质量优良的细颗粒、超细颗粒的材料结构，其强度可达到,3000,N/mm,24000N/mm,，,红硬性可达到,800-900,。由于采用先进的成形工艺、烧结技术、纳米技术、超细技术，硬质合金刀具近几年不断涌现出新的牌号，使硬质合金刀具更具有切削的针对性。,涂层刀具,:,涂层刀具基体,:,高速钢、硬质合金,涂层刀具材料,:,TiN,、,TiC,、,TiCN,、,TiA,、,AlCrN,、,金刚石涂层和、,CBN,涂层,涂层刀具技术,:,复合涂层，多元涂层，纳米涂层,涂层刀具应用,:,钻头、铰刀、丝锥、滚刀、拉刀、,剃刀、插刀、硬质合金刀片,陶瓷刀具：,陶瓷刀具有氧化铝基,Al2O3,和氮化硅基,Si3N4,两大类，红硬性可达到,1100-1200,，切削速度可达到,800,m/min，,主要应用于铸铁零件的加工，目前在中国汽车制造业中陶瓷刀具主要应用在发动机气缸体缸孔、制动毂、轮毂的粗加工、半精加工和精加工中。,金属陶瓷刀具：,金属陶瓷刀具是以,TiC,为基体,添加,TiN,或,TiCN,为主要成份，使其抗弯强度提高，具有耐磨损性、耐热裂纹性等优点，其红硬性可达到,900-1100,。金属陶瓷与钢的亲和力小，可满足高速、高精度加工的要求，主要用于钢和铸铁工件的半精加工和精加工。,立方氮化硼刀具,:,立方氮化硼（,CBN）、,聚晶立方氮化硼,(,PCBN)，,其硬度可达,35004500,HV，,红硬性可达到,1400 1500,，在,1000,多度的高温下仍能保持其硬度和良好的切削性能，切削速度达到,8002000,m/min，,主轴转速达到,800012000,r/min。,主要用于发动机缸体等铸铁类零件和气门阀座等粉末冶金零件的半精和精加工序中。,CBN,刀具还可用于加工淬硬工件，实现以车代磨。,金刚石刀具：,有天然金刚石，聚晶金刚石（,PCD），,人工合成单晶金刚石，金刚石涂层。金刚石刀具其硬度可达,600010000,HV，,切削速度可达到,8000,m/min，,红硬性可达到,700800,，加工铝制工件及有色金属时寿命极高，随着中国汽车制造业应用铝合金材料的增多，,PCD,刀具的应用也增加。在中国汽车制造业中应用,PCD,刀具主要切削铝合金材料的发动机汽缸体、汽缸盖、变速箱的壳体、铝合金轮辋、阀体、槽体、侧盖等零件。,2、,高速加工中切削参数选择,不同材料高速切削速度范围,普通区,过度区,高速区,10,100,1000,10000,碳纤维塑料,铝合金,黄铜,铸铁,钢,钛合金,镍基合金,m/min,传统加工方法改变例举,螺纹的铣削加工：,螺纹铣削是通过主轴高速旋转并做圆弧插补的方式加工螺纹。只要通过改变程序就可以实现不同直径的螺纹、左右螺纹及内外螺纹的加工，其柔性非常理想，另外，螺纹铣削还有线速度高、受力小、排屑好、加工精度高、光洁度好等优点。,优点：,一把螺纹铣刀可以加工直径不同、牙型和螺距相同的螺纹。,螺纹精度及光洁度提高。因螺纹铣削是通过刀具高速旋转、主轴插补的方式加工完成。其切削方式是铣削，切削速度高，加工出来的螺纹表面质量好；,内螺纹排屑方便。,可以避免丝锥反转形成的回转线,(,在密封要求高的情况下是不允许的,),。,不易形成粘屑的现象。螺纹铣削高速旋转，并且断屑切削；,要求机床功率低。螺纹铣削刀具局部接触，受切削力小；,刀具折损容易处理。螺纹铣刀作用力小，很少发生折损现象，如果发生了，因为加工孔径比刀具大，折断部分很容易取出；,底孔预留深度小，螺纹铣刀可加工平底螺纹；,可加工硬度较高的材质。切削局部受力，刀具磨损较低，寿命长；,减少工序，减少换刀次数。螺纹铣刀可以设计钻孔、倒角、锪面、扩孔、螺纹多工序集合于一体。,一把刀可加工左、右旋螺纹。螺纹铣刀加工螺纹左旋还是右旋完全取决于加工程序。,高效率。对于大孔径加工更为明显，首先线速度高，其次可以采用多刀片刀盘，效率可以成倍增加，,应用场合,由于螺纹铣削是通过主轴高速旋转并螺旋插补来实现，必须配备加工中心,(,至少三轴联动),结构尺寸大：,大直径孔的加工,(,D38mm)，,从刀具的价格来讲，一只大直径的丝锥价格并不比一套螺纹铣刀低，甚至更高。而且螺纹铣刀可以选择刀片式，只要更换刀片即可，其经济性不言而喻。从各方面考虑，螺纹铣刀更适合。,批量小,：,适于采用螺纹铣削。采用刀片式螺纹铣刀，只要更换刀片型号，就能加工各种各样的螺纹模具或者较大零件，适于采用螺纹铣削，就产品合格率而言，螺纹铣削远远高于丝锥。,材料特殊,：,高硬材料的加工,(,硬度,50,HRC)，,适于采用螺纹铣削，刀片可以采用硬质合金加涂层，刀具寿命长；软材料、钛合金加工，适于采用螺纹铣削，因为螺纹铣刀不易产生粘屑现象。,高效率复合加工,：,螺纹铣刀已发展到钻孔、倒角、锪面、螺纹多工序于一体；另外，内外螺纹、左右螺纹可用一把刀加工；可以使用多刀片刀盘；退刀迅速。,特殊结构,：,薄壁加工，适于采用螺纹铣削，螺纹铣刀加工受力小，因此变形小。另外，底孔可以做成平底，螺纹可以接近底部，因此所需空间小。,高精度：,对于螺纹精度要求较高的加工，因螺纹铣削线速度高，排屑好，螺纹精度及光洁度高，适于采用螺纹铣削。,不宜应用场合,：,大批量、普通硬度、一般大小的螺纹,(,D38mm)，,从经济的角度考虑，丝锥更合算。,深孔螺纹目前更适于采用丝锥，主要因为螺纹铣刀单边受力，长径比不能太大，一般需要,L/D3。,太深的孔加工时，刀具容易折断。,环保加工技术应用,干式切削,干式加工是未来金属切削加工发展趋势之一。切削液在加工中对降低切削温度起了很好的作用。也有利于断屑和排屑，但同时也存在一些问题，冷却液的使用、存储、保洁和处理等都十分繁琐，且成本很高。,切削液对环境和操作者身体健康的危害一直受到使用限制。切削液的处理是不经济的，引起了费用增加，这些费用常常被低估，因为它们包含在间接费用之中。据美国企业的统计，在集中冷却加工系统中，切削液占总成本的,14%16%,，刀具成本只占,2%4%,。据测算，如果,20%,的切削加工采用干式加工，总的制造成本可降低,1.6%,。因此，未来加工的方向是采用尽量少的切削液，耐高温切削材料和涂层使得干加工在机械制造领域变为可能。,干式加工刀具设计,干加工刀具必须具备下列条件：耐热性、耐磨性的刀具材料，切屑和刀具之间的摩擦系数要尽可能小，刀具形状保证排屑流畅，易于散热，高的强度和冲击韧性。,因此，干式加工刀具设计必须考虑如下,3,个方面：,1.,几何形状。热效应是干加工的基本问题。刀具设计时要考虑使得刚开始加工产生热的可能性要小，因此必须切削力小，摩擦小。深孔加工刀具附加问题是很难将切屑排出，因此刀具设计必须保证有好的切屑排出效应。在很小的加工力情况下，设计原则为，大前角和大圆度切削角。,2.,刀具材料。干加工时切削材料最重要的是耐高温性。如果必须用大的前角的话，高硬度也是必须的。目前适用于干式加工的刀具材料有超细颗粒硬质合金、,CBN,、,PCD,、,陶瓷和金属陶瓷等。,3.,涂层。现今，切削加工可以不采用切削液的原因之一是涂层，它通过抑制从切削区到刀片的热传导来降低温度冲击。因此刀具材料可通过涂层处理，实现,“,固体润滑,”,来减少摩擦和粘接，刀具吸收的热量较少，能承受较高的切削温度，,、将刀具和切削材料隔离，减少摩擦、隔热。,TiAlN,涂层有很好耐热性能和高温性能，它与,TiN,，,TiCN,相比，由于添加了,Al,，,从而使刀具的抗氧化性能得到极大改善，非常适用于高速加工和干加工。,干式加工的冷却和润滑,尽管可以通过上面所说的刀具设计和涂层技术来改善刀具的使用状态。但有时还是不够的，还须增加使用冷却和润滑。干式加工中加入冷却或润滑也称为准干式加工。实际应用的情况有：压缩空气或冷风进行冷却，车削采用,-20,冷风；磨削冷却方式用,-30,冷风及少量润滑油；喷雾润滑，用于钻削。,干式加工的应用,1.,高速干式切削滚齿技术,近年来，欧洲正在兴起高速干式切削滚齿技术，它是在硬质合金滚齿技术的基础上发展起来的一项新的滚齿技术。德国利勃海尔的高速干式切削滚齿机已可以加工模数,3,以下的齿轮，而且目前正在向更大的加工模数进步。它与传统的硬质合金滚齿技术比较如表：,项目,高速干式切削滚齿技术,传统的硬质合金滚齿技术,滚刀,整体式硬质合金滚刀,滚刀槽数,1824,滚刀材料：,P20,，,P30,滚刀表面必须涂层,滚刀直径较小,可以采用,0,前角或正前角,焊接式硬质合金滚刀,滚刀槽数,1014,滚刀材料：,P20,，,P30,滚刀表面可以不涂层,可以与普通滚刀同样直径,基本是负前角,机床,工作台和刀具转速高,需要较高的机床热平衡性,要有安全的铁屑收集装置,工作台和刀具转速低,普通的机床热平衡性,普通铁屑收集装置,切削用量,切削速度：,300450,m/min,吃刀深度（切屑厚度）：,0.120.20,mm,切削速度：,300450,m/min,吃刀深度（切屑厚度）：,0.20.5,mm,切削油,无,有,高速干式切削滚齿技术与传统滚齿技术比较，具备切削时间大大缩短，滚刀寿命长，加工的齿轮精度高，环保（没有切削油使加工环境清洁、不需要处理切削油、油雾，没有加工后的清洗及清洗液的处理等等）等优点。,在高速干式切削滚齿中滚刀的磨损增加将使切削力大大增加，因此最大磨损到0.15,mm,时就需要重磨。由于这样的滚刀磨损量人工不易控制和掌握，所以机床一般需要有刀具寿命管理系统和监视系统（如对切削力进行监视）。滚刀的刃磨与硬质合金滚刀相似。,由于高速干式切削滚齿时工件的温度较高，因此滚齿一般用机械手装夹。在调整时要充分考虑工件的热变形，反复进行调整。一般情况下高速干式切削滚齿的工件精度可以达到,DIN6,级。,在高速干式切削滚齿由于没有切削油冷却，切削中产生大量切削热全部由滚刀、铁屑和工件带走，他们带走的热量分配基本如表，而由此产生的问题和对策也在表中列出。,带走切削热的载体,滚刀,铁屑,工件,带走的切削热比率,5%,80%,15%,载体的温度,60100,500900,3080,产生的问题,刀具磨损增加,铁屑的热量传递到机床上使机床温度上升,产生几何精度的变形,采取的对策,采用多槽滚刀降低刀尖的切削负荷。,提高切削速度避开容易产生崩刃的切削速度区。,采用干式切削避免引起裂纹的热冲击。,采用表面涂层使刀具表面具有隔热屏障。,在机床设计时要充分考虑使铁屑快速而安全离开机床。,降低切屑厚度使铁屑散热快。,在机床设计时要充分考虑采用隔热屏障避免铁屑直接接触床身。,机床具有很好的热稳定性,采用,CNC,控制的修正（如锥度、螺旋角等）,2、后桥齿轮干式加工技术应用,干切经济效益比较,干切工艺技术：干切加工通常应用在采用尖齿刀具的加工过程当中，包括,FACE HOBBING,和,FACE MILLING,全工序加工方法中；,加工演示,80%85%的功率转化成热量并被铁屑带走,工艺方面有以下关键要素：,1）,相比用,HSS,刀具加工，在刚刚切入时，切深应当薄些，以保护刀尖免收冲击；在切削即将结束的全齿深位置，切屑厚度应当大些，以使刀具的刃口能够切入金属而不是在金属表面刮挤；另外要尽可能的减小刀具在槽底的停留时间；,2）,刀具材料,：选用硬质合金材料：,一般来讲，用于干切的硬质合金材料的,Co,含量应当在6%16%之间，通常的 成分配比为90%的,WC,和10%的,Co,这反映的是保证强度足够前提下的 高韧性；目前国外通常采用的硬质合金刀条为,SANDVIC,的,H10F,属于,K,类,（牌号,H10F）；,硬质合金颗粒应当控制在0.61.2,m,优化的颗粒尺寸一般在0.9,m；,3）刃磨后刃口的修钝,：,修磨后的刀具刃口有520,m,缺口也是不能够接受的，这在今后的工作中会演变成刀具的崩裂，从而降低刀具的寿命；,因此在刀具修磨后应当进行刀具刃口的修磨，来钝化圆角半径，圆角半径一般采用,1020,m,；,这种装置采用旋转的尼龙毛刷，上面附有,400#,含,Si,颗粒磨料；,4）,涂层：,加工时：大概298.8,C,左右高温的切屑高压留过刀具的前刀面，因此前刀面必须进行涂层，一般为：,TiN,、,TiCN,、,TiALN,复合涂层、,TiALN,单涂层；,涂层采用,PVD,方法在,260510C,温度下进行，这种温度对于,1648.8C,温度下烧结而成的硬质合金结构是没有影响的；,其中,TiN,的氧化温度是750,F（398.8C），,而涂层后,TiALN,单涂层的氧化温度可以提高到1500,F（815.5C）；,所以通常采用的前刀面涂层为,TiALN,，,目前,国际干切流行的是,ALCRONA,即,ALCrN,涂层，其最大工作温度可以在,1100,C,，,刀具寿命比不涂层提升一倍以上，相比原来,TiAlN,涂层提升,20%,以上，但价格略有上升；,5,）工件材料要求：,毛坯锻打后进行稳定的等温正火，保证均匀的组织和硬度，无硬质点。,同一零件检测三点硬度，其硬度差不能超过5个,HBW。,金相组织：珠光体加铁素体，允许有极少量粒状贝氏体，按,Q/CAYJ-11-2007,等温退火零件金相检验标准，小于3级。毛坯硬度一般控制在在,155,HBW 165 HBW,之间比较好,。,6）切削用量：,在德国的一家实验室的研究结果表明:加工零件:37,mm,齿面宽37齿,用17组的刀具;,线速度:305,m/min;,加工零件数:200300件;,硬切削加工技术应用,硬切削是指对高硬度（,54,HRC,）,材料直接进行切削加工。硬切削工件材料包括淬硬钢、冷硬铸铁、粉末冶金材料及其它特殊材料。,硬切削通常以磨削作为最终工序。与磨削相比，硬切削具有如下优点：加工灵活性强，精度易于保证；硬切削的加工成本低于磨削（通常仅为磨削的,1/4,）；硬切削不需要专用机床、刀具和夹具，在现有加工设备上即可实现；硬切削的生产效率高于磨削；磨削产生的磨屑与废液混合物易污染环境，难以处理和再利用；而硬切削易于实现干切削，产生的切屑可再利用。由于硬切削具有以上优势，因此“以切代磨”以成为切削加工的发展趋势之一。,目前硬切削主要用于车削、铣削等加工工艺，并以在许多工业制造部门得到应用，如汽车传动轴、发动机、制动盘、制动转子的半精加工和精加工，飞机副翼齿轮、起落架的切削加工，机床工具、医用设备等行业也开始大量应用硬切削加工技术。,硬切削对加工机床的主要要求为刚性好、基础稳定、工作轴运动精度高等。由于硬切削的切削力较大，切削温度较高，为保证加工精度、表面质量及刀具寿命，硬切削时必须精心选择刀具材料、刀具几何参数和切削用量。,硬切削的实用刀具材料主要有,PCBN,、,陶瓷、高性能金属陶瓷、涂层硬质合金、超细晶粒硬质合金等。刀具材料选定后，应尽量选用强度较高的刀片形状和较大的刀尖圆弧半径，,PCBN,刀具和陶瓷刀具一般应采用负前角（,-5,）。一般来说，被加工材料硬度越高，硬切削的切削速度应越小；使用,PCBN,刀具的切削速度应高于其他刀具材料，,PCBN,刀具切削淬硬钢（,50,HRC,）,的切削用量见表。,工序,工件材料,切削速度（,m/min,）,进给量（,mm/r,）,粗加工,（,ap,0.64,）,淬硬高碳钢,90140,0.100.30,淬硬合金钢,90120,0.100.30,淬硬工具钢,6090,0.100.20,精加工,(,ap,0.64),淬硬高碳钢,120180,0.100.20,淬硬合金钢,120150,0.100.20,淬硬工具钢,75110,0.100.20,PCBN,刀具切削淬硬钢的切削用量,CBN,刀具用于变速箱滑动齿套渗碳淬火后车拨叉槽（加工表面硬度,HRC5862),CBN,刀具用于,Audi,轮毂轴承座孔局部淬火后镗孔（加工表面硬度,HRC5862),后桥齿轮刮削硬齿面,为了提高硬齿面弧齿锥齿轮的质量，可以采用硬质合金弧齿锥齿轮铣刀进行热处理后的精加工。其优点是能够消除热处理的变形量，保证成品齿轮的精度。用硬质合金铣刀盘精切淬硬齿轮时齿面硬度可达5862,HRC，,因此要用优质的硬质合金作为刀具切削刃材料。硬质合金刀片通常用钎焊法焊在刀齿上，并做出轴向和径向负前角、刀盘体可选用标准的哈尔达克型。,这种硬质合金弧齿锥齿轮铣刀宜用于刚度和精度较高的铣齿机上。在加工5862,HRC,的渗碳淬火齿轮时，切削速度可用40-50,m/min,左右，每次切削单侧齿面加工量为0.15,mm，,铣齿精度可达56级，齿面粗糙度,R,a,=0.40m.。,用硬质合金铣刀盘精切的弧齿锥齿轮，其齿坯要用专门的粗切铣刀齿进行热处理前的粗铣齿，使得齿槽深度略大于图中标注值、槽底两侧有适量沉切，并在单侧齿面上留有0.200.25,mm,的精切量，以保证硬齿面的精切精度和提高刀具寿命。,虚拟制造技术,定义：集成地、并行地设计产品及其相关过程（包括制造过程和支持过程），考虑产品整个生命周期中从概念形成到产品报废的所有因素，包括质量、成本、进度计划和用户要求。”达到提高质量、降低成本、缩短产品开发周期和产品上市时间的目标：,*设计质量改进使早期生产中工程变更次数减少50以上；,*产品设计及其相关过程并行使产品开发周期缩短4060；,*产品设计及其制造过程一体化使制造成本降低3040,虚拟制造关键技术：,1、制造环境建模：在并行工程中产品的设计阶段就考虑制造因素，使得产品设计和工艺设计同时进行，在产品的初期方案设计或详细设计阶段都要及时地进行产品可加工性及可装配性的评价并生成合适的工艺，这就必然涉及到从现实制造资源角度评价所涉及产品的制造工艺性能，同时还要工厂、车间、工段的生产能力、设备布局及负荷情况等，这样制造环境的数据和知识模型就是达到并行必不可少的部分。,2、以设计为核心的制造过程仿真，在计算机上制造产生样机，评价产品结构性能、设计可制造性等；,3、面向生产过程的虚拟制造技术研究，快速评价不同工艺方案、优化产品的制造工艺、保证产品品质、缩短生产周期和降低生产成本；,4、开展以控制为中心的相关技术应用，实现生产过程的计划、组织、资源调度、物流、信息等管理，实现工厂或车间优化,根据刀具参数、被加工零件几何参数；模拟齿形生成过程，获得实际加工齿形和齿根轮廓，计算最大和最小渐开线直径和齿根圆直径；预测根切，能够用于精确校和齿轮强度，检查潜在的干涉；,进行工艺模拟（包括滚齿、插齿、磨齿等加工过程）：根据输入刀具尺寸、制造精度、刃磨精度、安装精度；机床调整精度；工艺数据，如进给量、切削速度等，预测产品的制造精度，并按照相关标准进行等级评估；,生产线规划：,零件三维数据输入，识别和确认零部件加工特征及层次，建立产品结构、进行工艺性分析；,生产线定义，确定基本工序，确定工位数，并对各工位进行工时的大致分配；,根据现有生产线构件来选择和分配机器与资源；输入成本、占地面积、水电气,量等属性信息；可同时定义一个或多个加工生产线进行方案比较；,分配机加工操作到生产线线的不同工位，进行生产线平衡与仿真分析；,操作和工具选择；,NC,工具路径生成；,加工生产线,NC,仿真，自动检查碰周期时间；,优化工艺过程，包括刀具路径计算、切削条件计算、循环时间计算；,工艺文件输出和,NC,代码生成,；,特征识别：,定义工艺操作和资源：,加工仿真,工艺文挡输出：,螺伞齿轮加工过程中工艺控制环节,：,齿坯加工精度控制指标：,据不同的齿轮精度要求确定的齿坯定位孔或轴颈的尺寸精度：,齿轮精度等级,4,5,6,7,8,9,10,11,12,轴径尺寸公差,IT4,IT5,IT6,IT7,孔径尺寸公差,IT5,IT6,IT7,IT8,外径尺寸极限偏差,0,-,IT7,0,-,IT8,0,-,IT8,齿坯面锥母线跳动公差,m,外径（,mm）,齿轮精度等级,大于,到,4,56,78,912,30,10,15,25,50,30,50,12,20,30,60,50,120,15,25,40,80,120,250,20,30,50,100,250,500,25,40,60,120,500,800,30,50,80,150,800,1250,40,60,100,200,1250,2000,50,80,120,250,2000,3150,60,100,150,300,3150,5000,80,120,200,400,基准端面跳动公差,m,基准端面直径(,mm),齿轮精度等级,大于,到,4,56,78,912,30,4,6,10,15,30,50,5,8,12,20,50,120,6,10,15,25,120,250,8,12,20,30,250,500,10,15,25,40,500,800,12,20,30,50,800,1250,15,25,40,60,1250,2000,20,30,50,80,2000,3150,25,40,60,100,3150,5000,30,50,80