機械材料的種類與鑄造工藝

H:\精品資料\建筑精品網(wǎng)原稿ok（刪除公文）\建筑精品網(wǎng)5未上傳百度HYPERLINK""Unit1材料的種類(1)材料的分類方法很多?？茖W(xué)家常見的典型的方法是根據(jù)它們的狀態(tài)分類:固體,液態(tài)或氣態(tài)。材料也分為有機(可再生)和無機材料(不可再生)。(2)工業(yè)上,材料劃分為工程材料或非工程材料。工程材料用于制造和加工成零件的材料。非工程材料是化學(xué)藥品,燃料,潤滑劑和其它用于制造又不用來加工成零件的材料。(3)工程材料可進一步細分為:金屬,陶瓷,復(fù)合材料,聚合材料,等。MetalsandMetalAlloys金屬和金屬合金(4)金屬有好的導(dǎo)電好導(dǎo)熱性,很多金屬有高的強度,高硬度和高的延展性。象鐵,鈷,鎳這些金屬有磁性。在非常低的溫度下,一些金屬和金屬互化物變成超導(dǎo)體。(5)合金和純金屬有什么區(qū)別?純金屬在元素周期表的特殊區(qū)域。例如用于制造電線的銅和做鍋和飲料罐的鋁。合金含有兩種以上的金屬元素。改變金屬元素的比例能夠改變合金的性質(zhì)。例如,合金金屬的不銹鋼,是由鐵,鎳,和鉻組成。而黃金珠寶含有金鎳合金。(6)為什么要使用金屬和合金?很多金屬和合金有很高密度并用在要求質(zhì)量與體積比高的的場合。一些金屬合金,象鋁基合金,密度低,用在航空領(lǐng)域能夠節(jié)省燃料。很多合金有斷裂韌度,能夠承受沖擊,且耐用。金屬有哪些重要屬性? (7)【密度】質(zhì)量除以體積叫做密度。很多金屬有相對高的密度,特別的,象聚合體。高密度的材料常是原子量很大,象金或鉛。然而一些金屬,像鋁或鎂密度低,就常常見在要求有金屬特性而又要求低質(zhì)量的場合。(8)【斷裂韌性】斷裂韌度用來描述金屬抗斷裂的能力,特別的,當(dāng)有裂紋時。金屬一般都有無關(guān)緊要的刻痕和凹坑,且有耐沖擊性。足球隊員關(guān)注這一點當(dāng)她確信面罩不會被擊碎的時候。(9)【塑形變形】塑性變形表述的是材料在斷裂之前彎曲變形的能力。作為工程師,我們一般設(shè)計材料使得能夠在正常情況下不變形。你不會想要一陣強烈的西風(fēng)就把你的車刮得往東傾斜。然而,有時,我們能夠利用塑性變形。汽車的承受極限就是在徹底破壞之前靠塑形變形來吸收能量。(10)金屬的原子鍵也影響它們的性質(zhì)。金屬中,外層電子屬于所有原子,而且可自由移動。因為這些電子的屬能導(dǎo)電,導(dǎo)熱,因此能夠用這些金屬做烹飪鍋、電線。透過金屬不可能看的見,因為這些價電子吸收到達金屬的光之。沒有光子經(jīng)過。(11)【合金】合金有兩種以上金屬組成。增加其它金屬能夠影響密度,強度,斷裂韌度,塑性變形,導(dǎo)電性和導(dǎo)致環(huán)境退化。例如增加少量的鐵到鋁中能夠增加它的強度。還有,在鋼中添加鉻能夠減緩生銹,可是這將使它更脆。CeramicsandGlasses陶瓷和玻璃(12)廣義上說,陶瓷是指所有無機非金屬材料。根據(jù)這個定義,陶瓷材料包括玻璃。然而,有些材料科學(xué)家給陶瓷加了定語,陶瓷要是晶體的。(13)玻璃是無機非金屬材料,可是它沒有晶體結(jié)構(gòu)。這種材料被稱作非晶體。PropertiesofCeramicsandGasses陶瓷和玻璃的特性(14)高熔點,低密度,高強度,高剛度,高硬度,高耐磨性和抗腐蝕性是陶瓷和玻璃的常見特性。一些陶瓷是電和熱的絕緣體。一些陶瓷有特別的性質(zhì):有些是磁性材料;有些是壓電材料;而有些特殊陶瓷在低溫下是超導(dǎo)體。陶瓷和玻璃有一個主要的缺點是脆性高。(15)陶瓷不是典型的從融化狀態(tài)形成的。這是因為在冷卻溫度以上時,陶瓷會大面積出現(xiàn)裂紋。因此用于玻璃產(chǎn)品生產(chǎn)的簡單有效的方法,象鑄造和吹塑,這些要設(shè)計融融狀態(tài)的方法都不能用于晶體陶瓷產(chǎn)品的生產(chǎn)。取而代之,燒結(jié)或烘烤方式是典型的工藝。燒結(jié)時,陶瓷粉末被加工成有緊密形體,而且接著把溫度升到熔點一下。在這個溫度下,粉末立即反應(yīng),去除空隙,并得到嚴(yán)實的物品。(16)光導(dǎo)纖維有三層:核心有高純玻璃制成,該玻璃是高折射指數(shù)光傳輸材料;中間層是低折射指數(shù)玻璃,是保護核心玻璃表面不被擦傷或表面完整性被破壞的所謂覆層;最后外層是塑料(聚合體)護套,能夠保護光導(dǎo)纖維不受損。為了使核心玻璃表面的折射率高于覆層,核心玻璃摻少量的,可控的雜質(zhì),用來減慢光的傳播,可是不吸收光。因為核心玻璃的折射率高于覆層,只要光在核心玻璃和覆層分界面的角度大于臨界角,會一直在核心玻璃中傳播。全部的內(nèi)部反射和高純的核心玻璃能是光傳播很遠的距離而強度降低很少?！緩?fù)合材料】(17)復(fù)合材料由兩種或多種材料組成。如包括聚合物陶瓷和金屬陶瓷復(fù)合材料,復(fù)合材料被使用,因為復(fù)合材料的所有性能比單一元素高,例如聚合物陶瓷復(fù)合材料比聚合物復(fù)合材料的模量大,但它沒有陶瓷脆(18)兩種符合材料為:纖維增強復(fù)合材料、顆粒增強復(fù)合材料(19)(纖維增強復(fù)合材料)纖維增強復(fù)合材料由金屬、陶瓷、玻璃和已經(jīng)碳化的聚合物構(gòu)成,因也被稱為碳纖維。纖維增大了材料基質(zhì)的模量,沿纖維長度方向的較強的共價鍵在這個方向上產(chǎn)生了較高的模量,因為要打斷或拉伸纖維,共價鍵必須被破壞或移動。(20)纖維很難加工成復(fù)合材料,制造纖維增強復(fù)合材料非常昂貴。她被用于一些先進的因此也很昂貴的體育器材如賽車有熱固性的聚合物基質(zhì)中的碳纖構(gòu)成。賽車和許多汽車的車身由具有熱固性基質(zhì)的玻璃纖維復(fù)合而成。(21)纖維沿她的軸線有較高的模量,但沿軸線垂直方向模量較低,為了避免各個方向模量不同,纖維復(fù)合材料制造者經(jīng)常旋轉(zhuǎn)纖維層以避免模量定向變化。(22)(顆粒增強復(fù)合材料)被用來增強的顆粒包括陶瓷和玻璃如小的礦物顆粒,金屬粒子如鋁及非晶體材料包括聚合物和碳黑。(23)粒子被用來增加基質(zhì)的模量,減少基質(zhì)滲固性和延展性粒子增強復(fù)合材料的一個例子汽車輪胎,在她有碳黑粒子在聚異丁烯,彈性聚合物基質(zhì)中。(24)(聚合物)聚合物有重復(fù)的結(jié)構(gòu),一般以碳的結(jié)構(gòu)骨架做為基本單元。這種重復(fù)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了三大鏈狀分子,聚合物非常有用,因為她們質(zhì)輕,抗腐蝕,在低溫下易加工而且一般比較便宜。(25)聚合物的一些重要特征包括:尺寸(分子量),軟化和熔點,結(jié)晶度以及結(jié)構(gòu)。聚合物的機械性能包括低強度,高韌性,經(jīng)過使用增強復(fù)合材料結(jié)構(gòu),她們的強度被改進。(26)聚合物的重要特征尺寸大小:單一聚合物分子量在10000克每摩爾和1000000克每摩爾之間,根據(jù)聚合物結(jié)構(gòu)她有超過個重復(fù)單元,分子量對聚合物的機械性能有重要影響,分子量大的機械性能較好。熱傳遞:聚合物軟化點和融化點決定她的使用場合,這些溫度一般決定聚合物使用的上限溫度,例如許多重要工業(yè)聚合物有玻璃轉(zhuǎn)化溫度接近水的沸點(100攝氏度,212華氏溫度)。她們一般在室溫下使用,一些特殊工程聚合物能承受300攝氏度(572華氏溫度)的高溫。晶狀結(jié)構(gòu):聚合物可能是晶體或非晶體,可是她們一般是晶體和非晶體的混合結(jié)構(gòu)(半結(jié)晶)。內(nèi)部鏈相互反應(yīng):聚合物鏈能夠自由滑到另一個(熱塑性材料)或是彼此十字交叉連接(熱固性或彈性材料),熱塑性材料能從新成型回收,而熱固性材料和彈性材料不能。Unit2金屬熱處理(1)金屬熱處理包含在廣義的冶金學(xué)研究領(lǐng)域里。冶金學(xué)是綜合化學(xué),物理和從礦石提取到最后產(chǎn)品相關(guān)的金屬工程的一門學(xué)科。熱處理是對固態(tài)金屬進行加熱和冷卻處理來改變金屬物理性能的一種工藝。根據(jù)使用的場合的,提高鋼的強度能夠它的耐切削性和耐磨性,或者使鋼軟化以便于機械加工。正確的熱處理能夠去掉內(nèi)應(yīng)力,減小晶粒大小,韌性增加或者在較好的材料表面給形成一個高強度的表面。分析鋼的成分是很有必要的,因為小百分比的某種元素就會對鋼的物理性能產(chǎn)生很大的影響,特別地,碳這種元素。(2)合金鋼的性質(zhì)取決于含有的除碳以外的其它的一種或幾種元素,如:鎳,鉻,錳,鉬,鎢,硅,釩和銅。改進了性能的鋼能夠有很多的商業(yè)用途,碳鋼是不能比的。(3)下面主要介紹普通商業(yè)用鋼像總所周知的普通碳素鋼的熱處理。在這個過程中冷卻速率是關(guān)鍵因素,在臨界溫度以上時快速冷卻可得到堅固的結(jié)構(gòu),然而,非常慢的冷卻會有相反的影響。一張簡化的鐵-碳相圖(4)我們經(jīng)常見一張簡單的相圖來研究鋼這種材料,對工程人員來說,鐵-碳相圖中的近鐵素體區(qū)和含碳量大于2%的部分并不重要,因此這兩部分被刪掉。如表2-1所示;它表述的是共析區(qū),這張圖對研究鋼的性能和鋼的結(jié)晶過程是相當(dāng)有用的。(5)這張圖表明,一個重要的轉(zhuǎn)變是隨著溫度的降低,單相的奧氏體分解成兩相的鐵素體和碳化物?？刂七@個反應(yīng),能夠是奧氏體和鐵素體的C溶解性有很大的不同,這樣經(jīng)過熱處理就能夠得到一系列的機械性能。(6)首先研究這個過程,在圖2-1中,在含碳0.77%沿著線x-x’降低溫度,考慮鋼的共析化合物。在高溫時,只有奧氏體,溶0.77%的碳是溶解在溶體狀態(tài)鐵中。當(dāng)溫度下降到7270C(13410F)時,數(shù)個反應(yīng)同時發(fā)生。鐵需要從面心立方奧氏體轉(zhuǎn)變成體心立方鐵素體結(jié)構(gòu),可是鐵素體只能容納固溶體狀態(tài)0.02%的碳。析出的碳形成碳較富裕的滲碳體,也就是形成合成物Fe3C?；旧?這個共析轉(zhuǎn)變是:奧氏體——〉鐵素體+滲碳體

0.77%C0.02%C6.67%C

(7)在固體狀態(tài)里,碳的成分發(fā)生化學(xué)分離,形成了有好的機械性能混合物,鐵素體和滲碳體。這種結(jié)構(gòu)由兩種截然不同的狀態(tài)組成,但它本身有一系列特性,且因與低倍放大時的珠母層有類同之處而被稱為珠光體。(8)亞共析鋼比共析鋼含碳量要少的多,亞共析鋼含碳量少于0.77%?，F(xiàn)在考慮在圖2-1中沿y-y’降溫材料特征的轉(zhuǎn)化。在高溫時,成分是奧氏體,但在冷卻線上進入一個有鐵素體和滲碳體組成的穩(wěn)定的區(qū)域。由截線和杠桿定理分析可知,低碳鐵素體成核并不斷長大,余下含碳量高的奧氏體。溫度在7270C(13410F)時,奧氏體發(fā)生共析轉(zhuǎn)變,繼續(xù)降溫,奧氏體轉(zhuǎn)化成珠光體。最終的產(chǎn)物是鐵素體和珠光體的混合物。(9)過共析鋼含碳量比共析鋼多。在圖2-1中沿z-z’線冷卻,和亞共析過程差不多。只是其中一相現(xiàn)在是滲碳體而不是鐵素體。達到共析溫度7270C的時候,隨著富碳相的形成,奧氏體含碳量減少。同樣的余下的奧氏體在經(jīng)過這個溫度是都要轉(zhuǎn)化成珠光體。(10)相圖中表示的轉(zhuǎn)化需要平衡條件,就是近似看作需要緩慢冷卻。隨著慢慢加熱,過程是相反的。然而,合金冷卻迅速,將得到完全不同的產(chǎn)物,因為沒有足夠的時間完成正常的相轉(zhuǎn)化,在這種情況下,相圖就不再適用于這個工程分析了。(11)【淬火】淬火是把鋼溫度升到臨界溫度或以上并迅速冷卻這樣一個過程。如果知道了碳含量,就能夠用鐵-鐵碳化合物相圖來選擇正確的淬火溫度。然而,如果不知道鋼的成分,能夠用逐步實驗的方法來確定溫度范圍。好的處理工藝是經(jīng)過對大量試件在各種溫度下進行實驗,然后對結(jié)果進行分析得到的,分析的方式能夠是強度測試也能夠用精密的測試。用合適的溫度對鋼進行熱處理后,鋼的強度和其它的機械性能都有很大的改進。12)熱處理效率在熱處理中是非產(chǎn)重要的。熱以一定的速率從外部傳到內(nèi)部。如果鋼將加熱的太快,零件的外面比里面溫度高,將得不到一致的晶體結(jié)構(gòu)。如果零件的形狀是不規(guī)則的,考慮到零件的扭曲變形,就要用慢速加熱的方式。質(zhì)量越大的部分,越需要多的時間來加熱,從而得到成分均勻的產(chǎn)物。當(dāng)溫度達到恰當(dāng)?shù)臏囟群?要保持足夠的一段時間,使零件最厚的部的溫度是一致的。(13)淬火的速率,含碳量和零件的尺寸決定了淬火獲得的硬度。對合金鋼來說,金屬元素的量和種類決定淬硬的深度(淬透性)。除了未變硬和部分淬硬的鋼,不影響硬度。(14)低碳鋼的淬硬性好,在含碳量低于0.6%時,隨著含碳量的升高,淬硬性也在升高。含碳量高于這個點,淬硬性增加不顯著,因為共析溫度以上的鋼在在退火時是由珠光體和滲碳體組成。珠光體的熱處理性比較好,包括珠光體在內(nèi)的多數(shù)鋼都能夠轉(zhuǎn)化成硬鋼。(15)隨著零件尺寸的增大,即使所有的條件都一樣,表面硬度要降低。鋼的熱傳遞速率是有限的。無論冷卻液溫度有多低,大零件內(nèi)部的冷卻速度比可能快于臨界冷卻速度,內(nèi)部硬度有一定的限制。然而,鹽水或水冷卻液能夠迅速把淬火零件表面的溫度降低到冷卻液的溫度,保持或逼近它。在這種環(huán)境下,不論零件尺寸大小淬硬的深度是有限制的。在用油淬火時,就是在臨界淬火期間表面溫度可能較高這種情況就不正確了。(16)【回火】快速淬火得到的鋼是脆的,大部分情況不適合直接使用。經(jīng)過回火,能夠降低硬度和脆性來達到使用要求。隨著這些性能的降低,強度降低,鋼的延展性和柔韌性增加.回火就是把淬硬的鋼加熱到零界溫度以下,然后以任一速率冷卻。盡管回火能夠使鐵變軟,但它與退火不同。退火是使鋼盡量靠近控制物理性能,而且多數(shù)情況下沒有把鋼變軟到退火本應(yīng)達到的程度。淬硬的鋼完全回火后得到的組織叫回火馬氏體。(17)回火能夠消除馬氏體的不穩(wěn)定。3000F-4000F(1500C-2050C)低溫回火,不降低鋼的硬度又能夠釋放內(nèi)應(yīng)力。隨著回火溫度的升高,馬氏體加速分解。.在大約6000F(3150C)淬火鋼組織快速向回火馬氏體轉(zhuǎn)化?；鼗疬^程就是快速結(jié)合或滲碳體化合。滲碳體在6000F(3150C)迅速形成,它的硬度有所降低。溫度升高時,隨著碳化合物持續(xù)形成,硬度在降低。(18)回火時,還要考慮溫度以外的其它事情。盡管在到達回火溫度的前幾分鐘完成軟化,可是如果溫度的延續(xù)時間太長,硬度會降低的更多。一般的做法是把鋼的溫度升高到期望值,并保持一段合適的時間,均勻的加熱。(19)用局部淬火方法的兩種特別的工藝是回火的一種形式。在這兩個過程中,用鹽水淬火的鋼在冷卻之前要先保持一段時間的低溫。這些工藝,眾所周知等溫回火能夠得到想要的物理性能。(20)【退火】退火的主要目的就是使鋼變軟,以至于能夠用來機械加工或冷加工。把溫度緩慢加熱到臨界溫度以上一點,保持一定的時間以確保整個零件的溫度是一致的,然后慢慢冷卻,以保證零件內(nèi)外的溫度幾乎保持一致。這個過程叫完全退火過程,它轉(zhuǎn)化了以前形成的組織,又重新形成了晶體組織。而且使鋼變軟了。退火也可釋放金屬內(nèi)部的內(nèi)應(yīng)力。(21)退火溫度由給定碳鋼的成分決定。碳鋼在鐵碳平衡圖上很容易得到。在確定加熱速率時要要考慮零件尺寸和形狀,這樣來確保整個零件溫度盡可能同步上升。達到退火溫度后,要把溫度保持到整個零件都被加熱。零件最厚部分每英寸45mm處常有這樣的情況。為了得到最軟和柔韌性最好的鋼,冷卻速率應(yīng)該非常慢,讓零件隨爐子一起冷卻。零件含碳量越高,冷卻速度必須越低。(22)【正火和球化處理】正火處理過程就是把鋼加熱到500F-1000F(100C-400C)在上臨界溫度以上,然后空冷到室溫。正火主要用于低碳鋼和中碳鋼,來細化并均勻晶粒,釋放內(nèi)應(yīng)力或得到理想的機械性能。多數(shù)商業(yè)用鋼在滾壓或鑄造后都要正火處理。(23)球化處理產(chǎn)生一種組織,滲碳體在該組織中以球狀存在。如果鋼緩慢加熱到零界溫度以下,保持一段時間,就能得到這種組織。球狀組織能改進鋼的機械加工性能。球化處理用來處理需要加工的過共析鋼是非常有用的。Unit3鑄造工藝(1)鑄造是一種制造工藝,鑄造是把融融的金屬澆注到合適的模型腔內(nèi),并凝固。在冷卻期間或冷卻后,把鑄件從鑄型里取出,接著進行交付零件所需要的加工。(2)鑄造工藝和鑄造材料技術(shù)從簡單到高度復(fù)雜發(fā)生著改變。根據(jù)鑄件功能和復(fù)雜程度,產(chǎn)品質(zhì)量和項目花費水平來選擇材料和加工工藝。(3)鑄件是用鑄造的方法使零件接近最終的尺寸。經(jīng)過60的發(fā)展歷史,各種鑄造工藝作為先進的制造技術(shù)繼續(xù)的發(fā)展改進。(4)【砂型鑄造】砂型鑄造用于制造大零件(典型的有鐵,還有青銅,黃銅,鋁)。融融金屬澆注到型腔里(普通的或合成鑄鐵)。本部分將討論砂型鑄造工藝的模樣,包括木模、澆注口、澆道,精確設(shè)計和鑄造公差。(5)砂中的型腔靠木模形成的(和真實零件幾乎相同),模樣用材料是常常是木頭,有時也用金屬。型腔被包含在沙箱里。插入砂型的砂芯用于產(chǎn)生零件的內(nèi)部特征,如孔或內(nèi)部空腔。用放在型腔里的砂芯形成期望的形狀砂芯頭是添加到模樣,砂芯或砂型上的區(qū)域,用來定位或支撐砂型里的砂芯。冒口是額外的空間,用來容納多的金屬液。這樣目的是,在金屬液凝固,收縮時,把金屬液流入型腔,因此防止主要的鑄造部分有空隙。(6)在兩開砂型中,它是典型的砂型鑄造,上面半個包括模樣,沙箱和中型芯的上半部分的叫上沙箱,下面半個叫下沙箱。如圖3.1所示。分型線或分型面把上下沙箱分開。下沙箱先用沙子填滿,而且把砂芯頭,砂芯,和澆流系統(tǒng)放在分型線附近。上沙箱與下沙箱配合,且用沙子填滿下沙箱,蓋住模樣,砂芯和澆注系統(tǒng)。用震動和機械的方法把沙子壓緊。接著上沙箱從下沙箱上移開,并把模樣小心的移走。目標(biāo)是把模樣移走有不破壞型腔。設(shè)計一個草圖就容易做到,這個軸要在模樣的豎直面的垂直方向有一定的角度偏移量。它一般只有1.5MM,是最合適的。模樣越復(fù)雜,準(zhǔn)備的草圖越多。

(7)把融融的材料倒入澆口杯,它是澆注系統(tǒng)的一部分,它把融融的材料引導(dǎo)到型腔。鏈接澆口杯澆流系統(tǒng)的豎直部分叫直澆道。臥著的部分叫橫澆道。最后到澆注點,把金屬液引到型腔的叫澆注點.另外澆流系統(tǒng)還有個通氣孔,作為空氣的通道,把型腔的空氣排入大氣。

(8)型腔一般要做的超出尺寸來允許在金屬冷卻到室溫時金屬的收縮。為了解決收縮問題,模樣也要根據(jù)平均值做大一些。這種反應(yīng)是線性的。這些收縮公差是相似的,因為準(zhǔn)確的公差由鑄件的形狀和尺寸決定。另外,不同的鑄件可能要求不同的收縮公差。砂型鑄造的表面一般粗糙有雜質(zhì)和變形。這種情況下就需要精加工。Unit8磨削(1)磨削是用砂輪切削金屬的一種加工工藝。它和銑刀類似,周圍帶了大量微縮的切削刃。一般,磨削用來加工高尺寸精度,高表面精度的零件。磨削能夠加工平面,圓柱面,甚至用專用機床能夠加工內(nèi)表面,比如說用磨床。顯然,磨床根據(jù)幾何形狀和功能的不同有所不同。使用何種磨床主要取決于被磨削表的幾何形狀和物理性質(zhì)。例如圓柱面在外圓磨床上磨削。(2)1.平面磨削顧名思義,平面磨削就是磨平面。如圖8.1所示,磨床有臥式和立式兩種。第一種情況(臥式主軸),機床一般有一個往復(fù)運動的工作臺,工件就固定在這個工作臺上。然而,立式磨床有一個刨床式的工作臺,像臥式磨床那樣,或者裝一個旋轉(zhuǎn)工作臺。因此,這種情況下是經(jīng)過砂輪的端面來實現(xiàn)磨削,這與臥式磨床相反,立式磨床是用砂輪的圓周面來磨削的。圖8.1給出了估算磨削參數(shù)的方程,如加工時間和速度。在平面磨削時,中的工件用夾具固定或用壓板等物加緊在機床工作臺上,而小的工件常常是電磁吸盤固定的。

(3)2.柱面磨削柱面磨削時,工件固定在頂尖之間,砂輪的旋轉(zhuǎn)是主運動,來產(chǎn)生磨削運動,如圖8.2所示。事實上,圓柱磨削還能夠用下面的一些方式完成:(1)橫切法,是經(jīng)過砂輪和工件一起轉(zhuǎn)動,同時沿縱向進給來加工整個零件長度的。背吃刀量經(jīng)過改變砂輪對工件的橫向進給來進行調(diào)整。(2)進刀法,其磨削時只需橫向進給而沒有軸向進給。正如你所看到的,當(dāng)需磨削的面比砂輪的寬度窄時才用這種方法。(3)全深度法,它和橫向進給磨削方式類似,所不同的是磨削余量一次加工完。這個方法常見來加工高硬度的短軸。(4)【內(nèi)圓磨】磨內(nèi)圓用來磨短空,如圖8.3所示。工件用卡盤或夾具固定。磨削時砂輪和工件都轉(zhuǎn)動同時砂輪縱向進給。經(jīng)過改變砂輪橫向進給能夠得到不同的磨削深度。這樣磨削方式演變出了行星磨內(nèi)圓法,這種方法用在卡盤不能固定的重工件上。這種情況下,不但要圍繞自己的軸心旋轉(zhuǎn)還要繞磨削孔的中心旋轉(zhuǎn)。(5)【無心磨削】無心磨削是用于圓柱型工件加工的,工件有托板支持,在兩輪之間,即砂輪和導(dǎo)輪或稱為進給輪之間經(jīng)過去。砂輪完成實際的磨削,而導(dǎo)輪的作用是是工件旋轉(zhuǎn)及產(chǎn)生軸向的進給。這點是可能的,這是由輪的摩擦特點決定的,砂輪的用的是橡膠粘合的磨粒。如圖8.4,導(dǎo)輪的軸和砂輪的軸有一定的角度。因此導(dǎo)輪的速度能夠分解成兩部分,工件的轉(zhuǎn)速和進給速度,關(guān)系如下方程所示:(6)這里的系數(shù)c是考慮工件與導(dǎo)輪之間的相對滑動常數(shù)。(7)導(dǎo)輪的速度是可控,能夠用來達到任何工件的旋轉(zhuǎn)速度。角度a一般取1-5度,角度越大,縱向進給速度越大。當(dāng)a=0,砂輪的軸和導(dǎo)輪軸平行,將沒有工件的縱向進給。(8)【砂輪】砂輪由大小類似的磨粒和粘和劑組成。實際上磨削過程是磨粒完成的。磨粒間的空隙使磨粒像獨立單點切削刀具一樣,這些空隙也能為磨削提供空間,防止堵塞。另外,空隙還能帶走磨削過程中產(chǎn)生的熱量。(9)砂輪的類型有它們的外形尺寸,磨粒的種類,磨粒的大小,粘和劑,硬度和結(jié)構(gòu)決定。Unit11車床和車削加工(1)車床是主要運用于加工旋轉(zhuǎn)表面和平面的機械工具?；谲嚧驳挠猛尽⒔Y(jié)構(gòu)、同時裝夾刀具的數(shù)量,以及自動化程度,車床或更確切來說車削型機床能夠如下分類:普通車床;2.多刀車床;3.轉(zhuǎn)塔車床;4.鏜床;5.自動車床;6.專用車床。(2)盡管車削型車床存在上述差異,但對于車床結(jié)構(gòu)和工作原理方面它們具有相同特點。這些車床的共同點能夠用具有代表性的車床即普通車床來進行圖解說明,以下是普通車床的每一個零件的具體描述如圖11.1所示。(3)【床身】床身是主體框架,包括兩垂直支座上的一個橫梁。床身一般由灰口鐵或球墨鑄鐵組成以消除振動,能夠經(jīng)過鑄造得到。床身有允許小拖板縱向自由滑動的導(dǎo)軌。床身的高度應(yīng)該適當(dāng)以便能使操作人員容易舒適地操作。(4)【床頭箱】床頭箱固定在車窗的左側(cè),床頭箱內(nèi)部包括主軸。主軸軸線與導(dǎo)軌平行,主軸經(jīng)過齒輪箱來驅(qū)動,齒輪箱在床頭箱內(nèi)部,齒輪箱的動能是為主軸提供不同的轉(zhuǎn)速(6到18級轉(zhuǎn)速)。很多現(xiàn)代的車床有無級調(diào)速的床頭箱,它們利用摩擦力、電力或者液壓力驅(qū)動。(5)主軸一般是中空的,即它有一個縱向通孔。如需采取連續(xù)加工,棒料能夠經(jīng)過此通孔喂入。另外,主軸的孔有一個錐形表面以允許普通車床頂尖的固定。主軸外表面刻有螺紋以固定卡盤之類的夾具。(6)【尾座】尾座基本包括三部分:基座、中間部分、套筒軸。基座有鑄件組成,基座能夠沿導(dǎo)軌在床身上自由滑動,同時有一個箝位裝置,能夠根據(jù)工件的長度在任意位置鎖緊整個尾座。中間部分是一個鑄件,能夠橫向移動以使尾架軸線與床頭箱軸線對準(zhǔn)。第三部分,套筒軸是一個空心高硬度鋼,套筒軸能夠根據(jù)要求縱向地移動并能夠根據(jù)需要進出中間部分,這能夠經(jīng)過手輪和螺釘四周有一個螺母固定在套筒軸上,套筒軸中間孔逐漸變細成錐形用來固定如麻花鉆、鏜桿和其它工具的頂尖,經(jīng)過加緊機構(gòu),套筒軸能夠在其滑動路徑的任一點被鎖進。(7)拖板的主要功能是鎖緊,切削工具產(chǎn)生縱向或橫向進給,實際上拖板是一個H形狀的,她能夠在床頭箱與尾座之間滑動,同時它受到床型V型導(dǎo)軌的引導(dǎo),拖板能夠經(jīng)過拖板箱的頭桿或絲杠手動或機械啟動。(8)當(dāng)切削螺紋時,動力經(jīng)過絲杠傳給拖板箱的齒輪箱,在所有其它切削過程中,走刀板來驅(qū)動拖板。絲杠穿過一對半螺母一對半螺母固定在拖板箱后面。當(dāng)杠桿被驅(qū)動后,半螺栓一起加緊和旋轉(zhuǎn)絲杠嚙合作為一個單獨螺母,沿車床所拖板一起進給,當(dāng)托桿脫離后,半螺栓松開,拖板停止移動。另一方面,當(dāng)走刀桿開始工作時它經(jīng)過渦輪給拖板箱提供能量,渦輪被固定到走刀板上一起隨拖板箱沿走刀桿移動。再沿走刀桿長度方向上用一個通長銷槽,一個現(xiàn)代車床一般有一個快換齒輪箱口固定在床頭箱下面,快換齒輪箱一系列齒輪由主軸驅(qū)動。Unit14極限和公差尺寸標(biāo)注(1)在機械設(shè)計過程中出來確定載荷應(yīng)力,選擇合適的材料還需考慮許多其它因素。在設(shè)計制造之前,應(yīng)該有完整的裝配及給用戶傳遞詳細信息的圖紙。在圖紙交給用戶之前,設(shè)計者要不斷檢查圖紙。要熟悉生產(chǎn)圖樣的所有情況,需要對制造過程非常熟悉并具有很多經(jīng)驗。(2)圖紙仔細檢查使尺寸標(biāo)注是一個最方便最易理解以便生產(chǎn)部門。顯然所有圖紙有且只有一種解釋。特別是,在生產(chǎn)用機器能被調(diào)整好之前,車間工作人員不需要進行三角學(xué)或其它復(fù)雜的計算。(3)尺寸標(biāo)注是一項復(fù)雜的工作,要熟悉她需要長期的實踐經(jīng)驗。(4)因為在加工一個零件的過程中,很難得到一個給定的尺寸,因此公差要放到所標(biāo)注尺寸上面一些,目的是限制她允許的變動量。盡管很小的公差以高精度的零件和更好的機構(gòu),隨著公差降低成本提高,如圖14.1典型曲線所示。生產(chǎn)和使用所允許的最大公差是最重要的。(5)公差可能是單向的也可能是雙向的。在單向尺寸標(biāo)注過程,另外一個公差變化是由其它公差確定。在雙向尺寸標(biāo)注過程,一個平均公差,也就是上下尺寸公差相等的公差帶被使用。(6)在大量低成本生產(chǎn)過程中,主要依靠零部件互換性。設(shè)計者不但考慮單個零件有合適公差,還有裝配零件有合適的間隙,以滿足裝配要求。在工程圖上標(biāo)注尺寸的方法取決于不同加工種類或生產(chǎn)過程。如果尺寸公差沒有特別注明,圖樣必須要一個給出這些尺寸的公差值的綜合注釋。然而有些公司并不標(biāo)注所有尺寸,假定每個尺寸是單獨被考慮的可能會規(guī)定出比注釋中要求更寬的公差。總之圖紙必須要清楚而且有唯一的解釋。尺寸和公差(7)在圖樣標(biāo)注時,除非設(shè)計者有意標(biāo)明,注在尺寸線上的數(shù)字表明的尺寸僅是近似的,且不代表任何精度的等級。為了標(biāo)明精確度,增加工件的公差值是必須的。公差是一個零件的允許變化范圍或是給定尺寸的最大變動范圍。如果一個2.5英寸的軸,如果不消耗大量成本,在實際工程中這個尺寸更本無法保證。因此公差需要被添加上,例如變動范圍在+-0.003英寸是允許的。這個尺寸能夠表示成2.500+-0.003(8)緊公差,意味著零件與其它的零件有適當(dāng)?shù)呐浜?。公差與設(shè)計量,可利用制造工藝生產(chǎn)的最低成本和裝配帶來的最大利益相一致。一般來說零件的費用隨公差的減小而增加。如果一個零件有幾個或更多表面要加工,當(dāng)明義尺寸的允許變動范圍縮小時,成本會偏高。(9)允差有時會和公差混淆,她具有完全不同的意義。她是兩個配合之間的最小間隙,她是最緊配合的條件。如果一個軸的尺寸1.498***,那更她配合的孔應(yīng)該是1.500****,孔的最小尺寸是1.500,軸的最大尺寸是1.498.因此這個允差0.002是基于最大孔和最小軸尺寸,因此確定最大間隙0.008。(10)公差能夠是單向的也可是雙向的。單向公差是指變化量沿明義尺寸變化。參照前面的例子,孔的尺寸1.500+0.003-0.000,代表單向偏差。如果尺寸是1.500+-0.003,那么公差是雙向的,公差沿著明義尺寸上下變化。單向公差系統(tǒng)允許改變公差,雖然允差裝備類型保持不變。雙向公差系統(tǒng)中,不改變配件一個兩個明義尺寸是不可能的。在大型生產(chǎn)中配件具有互換性,單向公差是經(jīng)常見到的。為了使裝配零件有合適的過盈配合,公差必須是確定的正負數(shù)字。極限公差和配合(11)工程圖紙是準(zhǔn)確,完整的表示出設(shè)計者要求,有利于加工制造。產(chǎn)品的尺寸必須表示出來而不能經(jīng)過不同的視圖重復(fù)。對于一個特殊尺寸,例如一個孔的尺寸位置,在有可能的情況下,在同一個視圖中出現(xiàn)。(12)除絕對需要的尺寸之外,不應(yīng)該再有更多尺寸,而在任意方向上,只能在一個尺寸上住上特性要求。有時要給出一些輔助尺寸,有利于檢查,如果這樣做,尺寸應(yīng)該用括號括起來以便參考,這樣的尺寸不標(biāo)注公差。(13)影響零件的尺寸應(yīng)詳細說明而不應(yīng)做其它尺寸的公差或被遺棄。如果沒有這些重要尺寸標(biāo)注出來,那些尺寸上總的允許偏差將形成尺寸鏈上尺寸公差的和或差而且這樣會導(dǎo)致這些公差不得不定得過緊。整體的長或高必須標(biāo)定。(14)所有的尺寸都應(yīng)該標(biāo)注公差,除非有說明。一般,這樣的公差都被標(biāo)注在尺寸值旁邊,特殊的公差應(yīng)當(dāng)被標(biāo)注在影響結(jié)果和互換性的尺寸上。(15)一個公差系統(tǒng)必須考慮到精度變化,因為精度變化在加工中會出現(xiàn),提供互換性而且互換同時還可保證零件適當(dāng)功能。(16)考慮到加工過程的不完整性,就形成了基本尺寸的差值即公差。公差帶主要依賴于制造過程的精度以及加工過程的大小。公差范圍越大,生產(chǎn)成本越低。雙邊公差帶是布置在明義尺寸兩邊。公差范圍大小,單邊公差帶只分布在明義尺寸一側(cè)。在單邊公差情況下,明義尺寸就形成了一個極限尺寸。(17)。。。。。。?？磿?18)配合取決于相配合的兩個零件公差帶的相互關(guān)系,配合能夠分為間隙配合(帶正允差),允差能夠為正也能夠為負的過渡配合,以及允差總為負的過盈配合。極限和配合類型(19)極限與配合的ISO系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于采用米制單位制國家。比ANSI系統(tǒng)復(fù)雜的多。(20)在ISO系統(tǒng)中,每個零件都有一個基本尺寸,一個尺寸的極限尺寸或高或低定義為一個基本尺寸的偏差,偏差大小及正負號是我們所討論的極限減去基本尺寸得到的。一個零件的兩個極限值之差稱為公差,這個公差是不帶符號的絕對值。(21)配合有3個等級:1間隙配合,2過渡配合3過盈配合。(22)基軸制和基孔制都有采用,對每個給定尺寸公差帶的大小和偏差范圍能夠用O線描述。公差尺寸的函數(shù)可被帶有符號的數(shù)字表明,被稱為等級,也就是公差等級。相對于零線的位置。公差尺寸函數(shù)的位置用符號表明,大寫字母表示孔,小寫字母表示軸。這樣基本尺寸為45mm的孔軸就能夠?qū)懗?5H8/g7。(23)規(guī)定了20種標(biāo)準(zhǔn)的公差等級,即IT01,IT0,IT1~18,她們是在500mm以內(nèi)硬性劃分的每一段的基本尺寸都對應(yīng)不同的標(biāo)準(zhǔn)公差數(shù)值。公差公式被統(tǒng)一為,例如5-16的等級是***,i的單位是微米,d的單位是厘米。(24)標(biāo)準(zhǔn)軸和孔的偏差能夠由公式近似的給定。然而在實際生產(chǎn)中,公差和偏差都由3個復(fù)雜的表格來給定。在另外表格也給出了基本尺寸大于500mm的值而且一般見于軸和孔PART2Unit2生產(chǎn)設(shè)備的數(shù)字控制(1)數(shù)控是程序控制的自動化,在數(shù)字控制系統(tǒng)中,設(shè)備經(jīng)過數(shù)字,字母和符號來編碼,以一種合適的格式為每一個特定的零件或工件定義一個程序指令集。當(dāng)工件變化時,程序也變化,改變程序的能力也就是適合中小批量生產(chǎn)。寫一個新程序比改變大量生產(chǎn)設(shè)備要容易的多。(2)基本結(jié)構(gòu):數(shù)控系統(tǒng)由下面三部分組成:1.控制程序;2.機器控制單元;3.加工設(shè)備。三部分的基本關(guān)系,由圖2.1所示。程序輸入到控制單元由送入的程序來引導(dǎo)加工設(shè)備控制。(3)指導(dǎo)程序是一步步詳細的指導(dǎo)加工設(shè)備的指令。一般指令把主軸上刀具相對于安裝工具的工作臺定位。更多先進的說明包括主軸的轉(zhuǎn)速,加工工具的選擇及其功能。程序刻在合適的介質(zhì)中,提交到機器控制單元中,在過去幾十年中,最常見的介質(zhì)是一英寸寬的打孔紙帶。由于打孔紙帶的廣泛使用,NC有時也叫紙帶控制,然而這是現(xiàn)代數(shù)控使用的誤稱。現(xiàn)在進入使用更多的是磁帶和軟盤。(4)機器控制單元(MUC)由電子和控制硬件組成,機器控制單元能夠讀出和執(zhí)行指令程序,能夠自動改變加工工具和其它加工設(shè)備。(5)執(zhí)行單元是數(shù)控系統(tǒng)的第三基礎(chǔ)部分,執(zhí)行原件是有效執(zhí)行工作的原件,最常見的數(shù)控例子其中的一個加工操作,加工設(shè)備由工作臺和主軸組成,就像用電動機來驅(qū)動一樣。加工設(shè)備由控制單元來驅(qū)動控制系統(tǒng)的類型?？刂葡到y(tǒng)的類型(6)數(shù)控有2種基本類型,點對點式和輪廓式控制,點對點式控制也稱定位控制,每個軸都是經(jīng)過絲杠單獨驅(qū)動,根據(jù)加工類型不同,加工速度也不一樣。機器開始以最大速度運行來減少非加工時間,但當(dāng)她達到數(shù)據(jù)定義的位置時,機器開始減速。因此在一個操作中,如鉆或沖孔操作先定位在加工。在鉆或沖孔之后,迅速收起工具移動到另一個位置重復(fù)此操作。從一個位置移到另一個位置是非常重要的,要遵循一個原則,從效率上考慮只要時間最短即可。點對點系統(tǒng)主要用于鉆,沖孔,直銑操作中。(7)輪廓式也就是連續(xù)路徑式系統(tǒng),定位和切削同時按不同速度來控制,由于刀具在指定路線運動同時切削,因此速度和運動的同步控制是非常重要的。輪廓式系統(tǒng)常見于車床銑床磨床焊接設(shè)備和加工中心。(8)沿著路徑的運動或以增量差補是幾個基本方式的一個,在所有的差補中,要控制刀具的回轉(zhuǎn)中心定位,補償能夠以不同直徑及刀具磨損,在數(shù)控程序中進行改寫。(9)有一些已形成差補方案來處理數(shù)控系統(tǒng)中連續(xù)路徑和加工系統(tǒng)產(chǎn)生的問題包括:1.線性差補;2.圓弧差補;3.螺旋線差補;4.拋物線差補;5.立體差補(10)每一種差補程序都允許程序源產(chǎn)生加工指令,適用于相對少的輸入?yún)?shù)的直線或曲線路徑。儲存在數(shù)控單元中的模塊預(yù)算指引工具沿計算出的路徑運動。(11)線性差補是最基本的差補方法,用于連續(xù)路徑的數(shù)控系統(tǒng)中。兩軸和三軸線性差補路線在實際中有時會分辨出的,但在概念上她們是一樣的,程序源要明確指定直線的起點和缺點及沿直線的進給率。差補需計算兩軸或三軸的進給速率以達到設(shè)定的進給速度。(12)線性差補用來差補圓是不合適的因為程序源需要明確指定線段部分(線段數(shù)量)和各自的終點來大約模擬圓弧。圓弧差補法已形成她允許程序編程的路徑,使用圓弧只要給定以下參數(shù),圓弧終點坐標(biāo),圓心坐標(biāo),半徑和刀具沿圓弧路徑的走刀方向。圓弧差補也是由許多小的直線段來實現(xiàn)的,但這些小線段的參數(shù)由差補模塊來計算出來的,而不是程序員設(shè)定的。切削是沿著每一小線段一個一個的進行以產(chǎn)生光滑曲線路徑。圓弧差補的局限性是圓弧路徑所在平面是由數(shù)控系統(tǒng)中兩軸所決定的平面。(13)螺旋線差補結(jié)合了環(huán)形差補兩軸在第三軸上做線性運動這樣來定義空間三維螺旋路徑。(14)拋物線差補和立方差補法經(jīng)過高次高程來實現(xiàn)自由曲線。這一般需要有強的計算能力,正因如此,她不如直線差補和環(huán)形差補常見。她們主要用于汽車工業(yè)中具有自由風(fēng)格的車身面,而這是線性差補和圓弧差補不能精確容易得到的。(15)數(shù)控技術(shù)運用于數(shù)控機床,這是數(shù)控的主要應(yīng)用。現(xiàn)在主要用于商業(yè)。我們?nèi)杂懻摂?shù)控系統(tǒng)特別是金屬數(shù)控車床。數(shù)控車床技術(shù)(16)種加工過程都能夠在設(shè)計的專門車床上來實現(xiàn)加工。在車床上車削,在鉆床上鉆,在銑床上加工。有幾種類型的磨削方法也要有相應(yīng)種類的磨床。被設(shè)計的數(shù)控磨床能夠進行下列加工包括:1.鉆加工;2.銑床立式和臥式主軸;3.車床臥式主軸和立式主軸;4.臥式和立式鏜床;5.仿形銑床;6.平面磨和圓柱磨(17)除了上述幾種機械加工方法,數(shù)控機床可用于其它金屬加工過程包括:用于薄片板的金屬板上沖孔的沖壓機,用于薄片金屬彎曲的折彎機。(18)數(shù)控技術(shù)的介入到機加工對機床的設(shè)計和運用有著顯著的影響。數(shù)控影響之一在程序控制下切削金屬的時間與傳統(tǒng)手動機床大得多。因此對于一些零件如主軸驅(qū)動主軸絲杠磨損更快,這些零件要設(shè)計成持續(xù)時間長的。第二,增加電子控制單元后設(shè)備成本也隨之增加,因此需要更高的利用率。取代傳統(tǒng)手工操作的一班制,數(shù)控機床一般采用兩班或三班制來獲得更多的回報。數(shù)控機床的設(shè)計中減少了非操作過程的時間如裝卸工件和換刀時間。第三,增加的勞動成本由人工成本變?yōu)樵O(shè)備成本。考慮到人工操作的角色,角色由技術(shù)熟練的工人控制,工件生產(chǎn)的每一個過程變?yōu)橹豢刂蒲b卸換刀和清除碎屑和類似的操作,這樣一個工人能夠同時操作兩臺或三臺車床,機床的角色和功能也改變了。數(shù)控需要設(shè)計成高度自動化具有需要在不同車床加工幾種操作聯(lián)合在一起一定加工的能力,這些變化是經(jīng)過一種新型車床在數(shù)控技術(shù)存在之前是不存在的,她豐富了數(shù)控加工中心(19)加工中心是在20世紀(jì)50年代發(fā)展起來的具有在程序控制下在一個工件上一次裝夾完成幾種不同的加工能力的機床。加工中心能完成銑,鉆,鉸屑,攻絲,鏜,車端面及一些類似機加工工作。另外數(shù)控加工中心的典型特征包括以下方面:(20)(1)自動換刀能力:多種機加工工作一位著需要多種刀具。刀具貝安裝在刀庫或多刀刀庫中。當(dāng)一把刀需要被調(diào)換時,多刀刀座自動旋轉(zhuǎn)到相應(yīng)的位置上。自動化的換刀機構(gòu)。在程序控制下進行,把主軸上需換下的刀和多刀刀座上的刀調(diào)換。(21)(2)工件的自動定位:大多數(shù)加工中心都能夠使工件沿著主軸旋轉(zhuǎn)因此允許刀具達到工件的四個表面。(22)(3)托架滑動裝置(平板架):加工中心另一個特點是有兩個或多個獨立拖板每個拖板都能夠調(diào)整在刀具上。在加工過程中,一個拖板在刀具的前部,另一個拖板在遠離主軸的安全位置。這樣當(dāng)機床正在加工當(dāng)前的零件時。操作人員就能夠從上一個工作循環(huán)中卸下最終加工好的零件,同時加緊毛坯用于下一個工作循環(huán)。(23)加工中心能夠分為立式和臥式。這是參照機床主軸方向來劃分的。立式加工中心具有軸線相對工作臺垂直的主軸,臥式車床的主軸軸線是水平方向的。這種區(qū)別一般會導(dǎo)致在這些加工中心加工的零件類型不同。立式加工中心用于以上進刀的平面工作。臥式加工中心用于立體形狀,刀具在立體側(cè)面能夠進刀。一臺數(shù)控臥式加工中心,例子如圖2.2所示,具有上面提到的一些特征。(24)加工中心的成功應(yīng)用導(dǎo)致了其它類似金屬加工機床的發(fā)展。例如:在車削中心,把車削加工設(shè)計成一個高度自動化萬能機床能夠完成車削,刨,鉆,螺紋加工和類似的操作DNCANDCNC(25)數(shù)控的發(fā)展在分批生產(chǎn)和小批量生產(chǎn)中有著重要意義,從技術(shù)和商業(yè)角度來說都有著重要意義。數(shù)控有兩方面的提高和擴展,包括:1.直接數(shù)據(jù)控制;2.計算機數(shù)字控制(26)直接數(shù)據(jù)控制直接數(shù)據(jù)控制定義為一個制造系統(tǒng),一定數(shù)量的機床有一臺計算機經(jīng)過直接硬件連線實時控制。相應(yīng)的磁帶播放機忽略在直接數(shù)控中,這樣就消除系統(tǒng)中最不可靠的環(huán)節(jié)。不用磁帶播放機而用電腦信息傳給車床。原則上說一臺計算機能夠控制100臺獨立機器(DNC系統(tǒng)在1970年稱為可控制26臺機床)直接數(shù)控(DNC)電腦設(shè)計成在需要的時候提供指令給每一臺機床,當(dāng)機床需要控制指令時,計算機立即發(fā)送指令給機床。(27)圖2.3說明了DNC的基本配置。這個系統(tǒng)包括4部分:1.中央計算機;2.大量內(nèi)存,用于存放數(shù)控程序;3.通信線;4.機床刀具(28)計算機從海量內(nèi)存中取出部分程序指令送入到需要的獨立機床中。相應(yīng)的計算機也接受機床反饋信息。這種雙工的信息流在實時控制加工系統(tǒng)中出現(xiàn)意味著每臺機床需要指令的請求能立即得到回應(yīng)。類似的,計算機必須總是要準(zhǔn)備要接受信息和進行回應(yīng)。DNC系統(tǒng)顯著特點是:能夠?qū)崟r控制大量機床。更具機器數(shù)量和所需的計算機程度化。有時需要使用衛(wèi)星計算機如圖2.4所示。衛(wèi)星計算機是更小的計算機,能夠分擔(dān)中央計算任務(wù),減輕其負擔(dān)。每臺衛(wèi)星控制幾臺機床。零件加工指令程序由計算機接受,儲存在內(nèi)存中。當(dāng)需要時衛(wèi)星計算機發(fā)送指令程序到每個獨立機床中。來自機床的反饋數(shù)據(jù)在電腦中央存儲接受之前存儲在衛(wèi)星內(nèi)存中。(29)計算機數(shù)字控制由于DNC技術(shù)的介入,在計算機技術(shù)上得到了很大的發(fā)展。計算機在尺寸和成本顯著減少的同時,計算機的能力卻有很大的提高。在數(shù)控中,這些發(fā)展使得由硬件布置的MCU()變?yōu)閿?shù)字電腦控制的控制單元。最早,小型機在1970年使用。隨著計算機進一步小型化,小型機被當(dāng)今的微型機取代。(30)計算機控制也是一種數(shù)字控制,它采用微型計算機作為控制單元。由于數(shù)字電腦用于CNC和DNC中,只近似區(qū)分兩種類型。有三個區(qū)分原則:1).DNC電腦接受和發(fā)送指令數(shù)據(jù)都是來自許多機器,CNC電腦控制只是一個機器或多個機器。2).DNC電腦占有一個位置經(jīng)過控制來實現(xiàn)機器的旋轉(zhuǎn)。CNC電腦要非?？拷嚧病?).DNC軟件的發(fā)展不經(jīng)能夠控制生產(chǎn)設(shè)備的每個單獨零件,還能夠在生產(chǎn)堅固性方面提供主要控制信息。CNC的提高能夠提高特殊車床的能力。(31)電腦數(shù)控系統(tǒng)的大致配置如圖2.5所示。如圖中所示,最初進入控制器的是磁帶播放機。這樣,CNC的外部系統(tǒng)與傳統(tǒng)的NC機相似。然而CNC中的程序使用方法是不同的。PART2Unit4機加工與切削加工中心(1)這篇文章介紹了計算機控制的機械刀具設(shè)計的能力和較大的發(fā)展,就想我們知道的機加工和切削加工中心,這些機器有其它機器工具沒有的柔性和多功能性,應(yīng)此她們作為加工工具第一選擇。機加工與切削加工中心(2)需要注意的是每臺機器她的自動化程度有多高,都要設(shè)計一種基本的加工樣式就像所展示的那樣,在制造過程中不同的表面是用不同的加工方法加工的,(3)例如,如圖4.3所示,銑、端面車削、鏜、鉆、鉸孔、切絲來獲得額定的公差要求及最終表面精度。(4)習(xí)慣性的加工過程的執(zhí)行,始于工件的移動從一把加工刀具到另一把加工刀具直至所有的加工完成,這是一種切實可行的制造方法,并具有高度的自動化。這就是生產(chǎn)流水線的原理。最常見的是應(yīng)用于高容量或大批量的生產(chǎn),生產(chǎn)流水線是由幾種加工刀具按一定的次序排列組成的,諸如自動發(fā)動機模塊這樣的工件從一個加工地點到另一個加工地點,而且在每一個加工中心都運用特有的加工方式進行加工,工件會被輸送到下一個機器進行下一個加工。(5)有這樣一些產(chǎn)品或加工方法,她們的生產(chǎn)路線是不可行或不經(jīng)濟的,特別是當(dāng)這些種類的產(chǎn)品在加工時需要迅速轉(zhuǎn)換加工方法。一個重要的概念,在20世紀(jì)50年代末期得到發(fā)展,那就是機加工中心。一個機加工中心就是運用計算機控制的刀具在工件的不同表面和不同的方向上進行切削操作的能力,一般說工件是不動的,而切削工具進行旋轉(zhuǎn),比如銑和鉆操作。(6)機加工中心的發(fā)展暗示著計算機控制的機器刀具之間關(guān)系的進步。如數(shù)字控制的車床加工中心擁有兩個轉(zhuǎn)臺帶動幾把切削刀具進行車削,端面車削,鏜孔和切螺紋。(7)工件在加工中心里是被安放在托盤上或模塊上,那樣能夠被移動而且能夠進行不同方向的旋轉(zhuǎn)和定位,在進行特殊的切削過程完成后,工件不需要移動到另一臺機器進行鉆孔,鉸孔,攻絲之類的附加加工。換句話說,工件和機器是被置于工件上的。(8)當(dāng)所有的加工工作完成后,托盤會自動離開已加工工件,而且另一個托盤運用自動托盤變速器將工件進行定位和加工。所有的傳動機構(gòu)都有計算機控制,而且托盤定位器有10-30秒的循環(huán)時間,托盤臺能夠使得多級托盤更好的服務(wù)于加工中心,工具同樣能夠被裝備到不同的自動化部件中,諸如上料與下料機構(gòu)。(9)加工中心裝備了可變程序的自動刀具變換器,依賴于這樣的設(shè)計多達200把切削刀具能夠被貯存在刀庫,刀鼓,刀鏈(工具庫),輔助工具庫能夠更好的為一些特殊加工中心提供更好的切削道具,這些刀具能夠自動的任意選擇到達機械主軸的最短路線,刀具交換臂是一個普通的設(shè)計機構(gòu),她能夠旋轉(zhuǎn)來拾取特殊的工具(每一個工具有她自己的刀桿)和她在主軸上的位置。(10)刀具經(jīng)過直接連接在刀具夾持口上的編碼標(biāo)簽、條形碼或記憶芯片來標(biāo)識。一次換刀時間在5-10秒鐘,對于小的刀具能夠少于1-2秒,對于重達110公斤的刀具能夠達到30秒,刀具變換器的設(shè)計趨勢趨向于運用簡單的原理提高換刀的時間。(11)加工中心同時裝備有工具的檢驗臺,她能夠給計算機數(shù)字控制提供信息對于在換刀和刀具磨損時的誤差提供補償。接觸試探針能夠自動裝入工具夾持口中以確定工件的參考平面,以便對刀具設(shè)置進行選擇并對加工的工件在線檢測。(12)圖4.6所示的一些表面能夠被聯(lián)系起來,她們的相對位置能夠被確立并儲存在計算機軟件的數(shù)據(jù)庫中,這些數(shù)據(jù)稍后可被用于編寫刀具工作路徑的程序同時對刀具的長度和直徑進行補償,又能夠為預(yù)先加工刀具的磨損提供補償。機加工與切削加工中心的種類(13)盡管這里有不同種類的刀具設(shè)計在加工中心中,兩種最基本的種類垂直主軸和水平主軸;大部分的機器擁有上述兩種軸線的能力,在加工中心中最大的切削刀具的尺寸能夠繞工具一周,就像我們知道的工具包絡(luò),這個術(shù)語第一次應(yīng)用在與工業(yè)機器人的聯(lián)系上。(14)垂直主軸加工中心或是水平主軸加工中心都是為了適用在工件具有深腔的平面上執(zhí)行加工工藝,如鑄型和模具制造。一個垂直主軸的加工中心類似于一個垂直主軸銑床。刀庫在圖示的左側(cè)而且所有的加工方法和傳動機構(gòu)經(jīng)過位于右側(cè)的計算機控制托盤進行定位和修改。(15)因為在加工中心中由于推力的作用方向是向下的,機器具有高的剛度,并在對于加工部分有較好的精確補償,這些機器一般比水平主軸的機器便宜些。(16)水平主軸的加工中心或水平機加工中心是為了適用于高大工件的表面加工的需求。托盤能夠在不同的軸線(如圖4.3所示)上旋轉(zhuǎn)來進行不同種類的有角定位。(17)水平主軸加工的另一個范疇是車削加工,是用特殊機床進行計算機控制的車削加工。一個三轉(zhuǎn)動架的計算機數(shù)字控制的車削加工如圖4.8所示,這個機器是由兩個水平主軸和三個轉(zhuǎn)動架以及不同的切削刀具設(shè)計而成的來執(zhí)行一些旋轉(zhuǎn)工件的加工。(18)萬能加工中心同時裝備了垂直主軸和水平主軸的機器,她們具有不同種類的特色,而且具有加工所有表面的能力(垂直的、水平的、斜的)。機加工中心的特征和能力(19)下面是加工中心的大部分特征:a．她們有能力有效的,經(jīng)濟的而且擁有重復(fù)的高精度的尺寸的能力來處理不同型號的磨具的能力。公差的范圍在正負0.0025mm。b．這些機器是萬能的,擁有多達6條線性的有角傳動的軸線而且有能力快速的從一種加工方式向另一種加工方式轉(zhuǎn)變來滿足不同種類的加工刀具和有效的減小地板空間。c