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半岛体育官方网站机械加工工艺通用六篇


  数控加工所用的数控机床及其以整体硬质合金、可转位刀具为代表的技术一起构成了金属切削发展史上的一次重要变革,数控技术给传统的机械加工带来了革命性的变化,引领机械加工向着高质量、高效率方向前进,产生了与传统零件加工工艺方法明显不同的数控加工新工艺。数控机床是高精度和高生产率的自动化机床,加工过程中的动作顺序、运动部件的坐标位置等功能,都是通过数字信息自动控制的,操作者在加工过程中无法人为干预补偿。数控技术的种种特点都一一映射在数控加工工艺中,数控技术对机械加工工艺改变最大的三个因素分别是数控机床、数控刀具、气液电柔性控制夹具。

  数控机床的主轴驱动系统和进给驱动系统,分别采用交流、直流主轴电动机和伺服电动机直接驱动,这两类电动机调速范围大,并可无级变速,因此使主轴箱、进给变速箱及传动系统大为简化,传动链大大缩短,齿轮、轴承、轴的结构数量大为减少,甚至不用齿轮,由电机直接驱动主轴或进给滚珠丝杆。数控机床常有配有自动换刀装置、回转工作台(实现分度转位、圆周进给)、工件交换系统、对刀装置、排屑装置等,柔性制造系统还配有自动上下料系统等。

  数控机床的结构及性能特点使一些传统加工方法中应慎用的加工方式变得可行,传统的悬臂镗和利用尾座导向支撑镗,已被现代数控机床中调头镗和各种固定循环方式所取代;传统的孔位加工中的充填法、空刀法、修整法已被多种形式的圆弧插补、背镗法和数控修整法所代替;最新出现的硬切削是一种新的加工工艺,在提高加工效率、降低加工成本、减少设备资金投入方面独树一帜,对传统的磨削工艺提出挑战,“以切代磨”将成为发展趋势之一。普通铣削一般采用逆铣,因普通铣床的丝杠传动之间的间隙较大而且不方便调整,导致加工时窜动,这种结构逆铣加工质量好;而数控机床采用高精度的滚珠丝杠,配置有调整间隙的装置,这种结构顺铣加工质量好。

  数控加工是在数控系统中预先输入的程序指令来控制加工的,编程指令就能对机械加工工艺产生改变,数控加工有的循环加工指令,就直接改变了机械加工工艺。例如数控车削中的外圆粗加工固定循环G71、端面粗加工固定循环G72、复合固定循环G73,这三种粗加工循环直接把粗加工、半精加工合并;粗加工后跟上外圆精加工固定循环G70,把粗加工、精加工连贯;基于数控机床的自动换刀,搭配径向切槽固定循环G75、螺纹切削复合循环G76,把轴类零件、盘套类零件的半精加工、切槽、车螺纹、精加工、倒角、倒圆角合为一道工序,循环程序指令直接把工序集中。一次装夹连续完成车端面、车内外圆柱(锥、弧)面、切槽、车螺纹或者铣面、铣外形、铣槽、钻孔、镗孔等结构要素加工,这种在数控机床上连续完成的多种加工,符合工序的定义,就定义为一道工序,这就是典型的工序集中,但如果是在传统机械加工中,多种工艺方法是需要多道工序完成的。传统工艺中所说的“工序”,在数控加工中,应按照“工步”来理解,数控加工零件,工序虽只有一道,但加工过程仍是一步一步进行,按相关定义,这一步一步的加工称为“工步”。传统加工中,工序较分散,每道工序中的工步内容少,而数控加工中一道工序中的工步内容很多,传统加工工艺编制时将“工序”的编制作为重点,而数控加工中,着眼点就必然在“工步”上。

  数控刀具也叫现代高效刀具,典型代表就是作为主流产品的机夹可转位硬质合金刀具和正在发展中的超硬刀具(金刚石、立方氮化硼刀具),数控刀具实际上是标准化的产物,要满足数控机床自动换刀的要求,数控刀具一般不刃磨,即使要进行刀具修磨涂层也是采用外包方式。现代高效刀具就是要实现高效率、高精度、高可靠性、专用性,刀具厂商从单纯的“卖刀”,转变为能够根据加工特点及工件提供整套的高效加工解决方案,这是刀具业的一次重大战略转变,也就是刀具行业的供给侧改革。客户不但能从刀具样本中选到合适的刀具,还能从刀具厂商中得到切削加工整体解决方案,刀具厂商对它提供了每一种刀片的都做过金属切削实验,对客户提供切削用量参考数值,一本刀具样本,还能当成切削手册使用。

  传统工艺规程重工艺流程、工序过程,刀具仅仅是写出来就行,比如“75。外圆车刀”,但数控刀具是标准化的产物,到刀具厂商或市场上购买的,必须选用适合机床刀具系统规格的相应标准刀柄,且刀片与刀杆要相配或刀具与刀柄要相配,所有刀具全都预先装在刀库里,通过数控程序的选刀和换刀指令进行相应的换刀动作,自动换刀装置能够迅速、准确地把刀具安装到机床主轴上或返回刀库。所以数控工艺规程除了工艺流程、工序过程,还必须配有刀具卡,提供刀号、刀补、刀片刀杆、刀具刀柄的型号规格等信息,说明刀具加工的部位,最好能附上刀具图,就更直观,这就引入一个新的工艺任务———选刀,从刀具厂商样本中选择符合工艺要求的刀具,做刀具卡、刀具库管理。

  数控刀具技术的发展,新型高效刀具不断涌现,使得金属切削工艺规程发生了很多改变,比如现代企业为了提高生产效率,减少或合并加工工序的趋势也很明显,例如取消半精加工,粗加工后直接进行精加工,粗镗后直接精镗,钻孔后精铰一次到位,面粗铣后一次精铣达到要求,在粗加工中尽可能多地切除加工余量,随后的一次精加工直接保证加工尺寸和形状、位置精度以及表面加工质量,这就对机床和刀具都提出了很高的要求,实际上就是工艺的改变,机床、刀具改变了工艺规程。再比如现代企业还在推广使用新刀具,比如玉米铣刀(粗加工,比立铣刀耐用)、螺纹铣刀(在加工中心上铣螺纹,高效高精度)、螺纹旋风铣(用车床来加工螺纹)、球刀(铣曲面)、枪钻(钻深孔)、刮齿刀(加工内齿轮),新刀具直接产生新工艺。

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  传统机械加工工艺方法是在普通机床上依靠夹具,采用“一人、一机、一刀、一道工序”的方法对零件进行加工,对于结构复杂的零件一般需要多套工装夹具、经过几十道工序、多次定位装夹才能完成加工,导致加工零件的一致性差、加工效率低、工装数量多、生产准备工作量大、生产周期长等诸多弊端。数控机床通常采用高速切削或强力切削,加工过程自动化,对数控夹具提出了新的功能要求,首先是夹紧力要大,保证夹紧可靠,其次是柔性要好,适应自动控制。所以数控夹具通常采用气液电自动控制夹具,气液电自动控制夹具最重要的是保证定位精确、夹紧可靠,夹具的导向由数控机床及数控装置保证,夹具的对刀通过预对刀操作或用机外对刀仪检测并输入数控系统,夹具的分度转位由回转工作台自动控制。比如数控车床采用液压、气动卡盘、液压心轴或夹套,保证夹紧可靠。数控铣床、加工中心夹具不设置对刀装置,由工件坐标系原点与机床坐标系原点建立联系,通过预对刀操作或用机外对刀仪来保证工件与刀具的正确位置,位置精度由机床运动精度保证,所以数控铣床、加工中心通常采用通用夹具,例如机床用平口虎钳、回转工作台等,但采用液压或气动作为夹紧动力源。数控钻床夹具不用钻模钻套,利用数控机床坐标系统精确控制孔的位置和加工精度,可先用中心钻点窝定孔中心,起到加工导向作用,然后用钻削刀具加工孔深,如果是细长孔,可利用程序控制采用往复排屑钻削方式加工。所以数控机床加工具有加工工序少,专用工装数量少的特点,表1为原采用传统加工工艺方法和现采用数控加工工艺方法的工艺生产情况对比,加工对象是一精度要求高、结构复杂的壳体零件。综上,基于数控机床、数控刀具、气液电自动控制夹具技术的进步,数控加工工艺的总趋势是工序集中,自动控制,是对传统机械加工工艺的优化排序。传统机械加工过程中,机床、刀具、工装夹具、检测、工件调头等因素,只要变化了其中一项,都会导致加工中断而分出多道工序。数控加工工艺中,真正导致加工不连续只有更换机床,当然工件调头二次装夹也会导致加工中断,但随着数控技术的发展,双主轴数控机床的普及,未来可以保证即使是工件调头二次装夹,加工同样连续,至于刀具、工装夹具、检测等都可以采用柔性自动控制技术保证加工连续。由于数控加工的切削用量朝着高切削速度、高进给率和小背吃刀量的方向发展,所以在编写具体工艺规程时,一般规定以一次定位装夹为一道工序,每用一把刀具定为一个工步,并要求把每个工步的加工内容、切削用量详细标出,工艺文件直接用于指导数控程序的编制。

  产品的设计阶段是进行机械产品开发的重要环节,其主要是指根据产品的用途,采用先进的技术和较小的经历代价进行产品的设计。根据设计形式的不同可以将机械设计分为创新设计、改进设计和变形设计等形式。其中创新设计是指根据实际需求进行全新的设计,从而满足客户的需要。改进设计则是在已有的产品的基础上进行改进,使其具有客户所需要的功能。变形设计的含义是根据已有产品进行尺寸以及结构上的调整,从而使之成为一系列的产品。

  机械产品的设计制造主要分为产品的设计、工艺的设计以及零件的加工三个主要步骤,而具体到机械的加工工艺则主要由两部分组成。第一部分的工作是进行前期的生产,第二部分则是对产品进行后期的加工处理。整个加工工艺过程其实是将原材料或者半成品经过加工处理使其成为人们需要的产品的过程,这是一个复杂的流程,整个流程不仅包括制作以及加工的过程,还包括加工的准备工作以及后期的处理,诸如材料的准备、运输以及后期对产品的热处理和再加工等过程。机械加工流程复杂,包括了很多环节,并且由于同一零件可以用于不同用途,其标准也有所差别,还要求企业通过使用不同的生产工序来满足产品的要求,因此更需要生产企业通过科学的管理提高材料加工工艺流程的规范性,从而提高生产产品的质量。随着经济的不断发展以及科学的进步,目前大部分的企业都采用先进系统的管理方式,从而对生产组织以及生产过程的各个环节的管理和控制都得到了加强。

  机械加工工艺路线的制定,是做好机械加工工作的保障,在机械加工工作开始之前确定好加工工艺的路线。在制定机械加工工艺路线时,需要考虑的因素包括进行每一个工序所需要的材料、工具以及加工过程的各种参数。首先,在制定机械加工工艺流程时应该分清主次、逻辑清晰,优先加工基准面,并且对加工过程进行细化,并按逻辑要求划分,例如在加工过程中要优先加工平面,然后再对工孔进行加工。其次,在进行机械加工时要合理分工,按照加工的过程进行设备的选择,保证设备的使用合理并且匹配,如机械加工在进行粗加工和精细加工时,要分开操作并合理选择设备。

  首先,明确液压传动系统的工作目的,明确的工作目的是进行设计的基础。其次,要拟定液压传动系统图,根据系统图分析工件的运动形式,从而得出零件应具备的条件,从而科学合理的进行液压执行零件的选择,并对工件各部位的性能和动作进行充分分析,找出各种基本回路,从而选择更加科学合理的方案,并通过安全的措施进行卸荷,保证自动化工作循环可以顺利实现。经过研究确定了液压传动方法后,需要根据国家标准的有关规定以及其运行的原理进行正式的原理图的绘制。

  液压系统所需要的零件主要包括动力、执行、控制等方面零部件。液压动力零件的功能是产生动力,其主要的组成部分是液压泵,液压泵的工作原理是液体体积变化。液压泵还有叶片状、柱塞泵等形式,要根据系统所消耗的能量、效率、噪音等选择液压泵。执行液压零件的作用是将液压能变成机械能,液压执行零件主要包括液压缸、液压马达等。液压控制零件的功能是根据工作的不同需求对液体流动的方向、压力、流量大小等条件进行控制,从而使系统按照工作的需求运行。液压控制零器件比较灵活,可以满足不同活动的需要。此外,液压控制系统需要液压控制的辅助零件进行支持,这些辅助零件包括管路、油箱、蓄能器、密封装置等,它们能够辅助液压控制系统的工作。对这几个期间进行连接,可以形成液压回路,从而实现相应的控制回路。在控制回路设计时,要根据不同的控制目标来进行相应的设计。

  进行液压传动系统的设计时需要注意以下内容。在进行液压传动系统回路的设计时,需要注意避免回路之间形成相互的干扰,需要注意工作循环的正常进行。需要对系统的工作效率进行计算,并且进行适当的调节,以免出现系统过热问题。如果出现了功率过小的问题,则需要使用节流调速系统,反之,如果出现了功率比较大的现象时,则需要选用合适的容积调速系统;在一些耗油率比较大的系统中,可以通过使用蓄能器和压力补偿变量泵等进行设计高效回路。对于一些互锁装置和安全措施,需要及时的对压力进行调整,可以通过系统压力控制阀—溢流阀来进行调整,调整时需要从压力为零时开始调整,通过不断的提高压力,使压力达到执行零件所需压力,然后继续调整压力,使压力大于执行零件所需要压力的10%~25%。快速流动液压泵压力阀进行调整时,通常设置压力大于所需压力范围10%~20%。使用卸荷压力控制油路和油路时,通常设置压力在0.3~0.6MPa之间。此外,液压传动系统在工作时应把环境温度控制在低于30℃的条件内,工作场所不能有烟火、风沙、灰尘,一些空洞需要加设防尘盖和通气孔;要经常对冷却水管进行检查,避免出现泄漏现象,液压油中不能混杂杂质和水分;需要定期对液压油进行检查,油体粘度值不能过大;液压传动系统工作压力不可随意调整,液压油的压力不一定越高越高,一些液压油工作压力比较大时,会浪费能源,增加了设备的风险,增加了设备的故障率,会对产品产生不利影响。在进行液压系统零部件安装时,拆卸、安装不可对液压工件进行捶打,防止内部零器件损坏,保证控制件的工作质量。在对控制件、液压油管路安装时,要对零器件进行认真清洗,防止异物落入液压油中,影响设备工作效率。

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  机电一体化设计是机械加工制造发展的趋势,随着智能技术、自动化技术同制造加工技术的融合,机械产品智能化、自动化水平越来越高。在进行产品设计时,应意识到机械设备机电一体化对生产发展的巨大促进作用。机电一体化机械能够对加工过程中的信息进行捕捉、识别,并对采集的信息进行分析,采取相应的动作,机械设备呈现出较高水平的灵活性和智能性。液压设备的设计人员应意识到石油机械设备一体化的重要性,重视推进机电一体化设备在机械加工行业的应用。

  按照相关的规程制定方案进行生产环节的优化,比如坚持低成本的原则、保障其高产、高质量效率。产品的生产质量是非常必要的事情,只有保障好产品的质量,有效提高产品的生产效率,才能保证最大的经济效益。在作业过程中,我们要注重实行操作行为的经济合理性、技术应用的先进性。良好的劳动条件及避免环境污染。产品质量、生产率和经济性这三个方面有时相互矛盾,因此,合理的工艺规程应用该处理好这些矛盾,体现这三者的和谐统一。在零件制订的机械加工工艺过程中,需要按照相关的产品装配图,促进实际工作的开展,要广泛深入了解产品的性能原理,实现其施工工作条件的优化。在产品应用过程中,进行内部配件和实践应用关系的深入了解,实现对各个技术条件的深入了解。在工艺规章的拟定过程中,我们要根据实际工作需要,实现零件的结构分析,以满足生产过程中的技术规范需要。为此,零件的结构优化是生产环节的重要部分。实现零件结构的分析,主要包括零件的基本类型的分析,零件表面组成的分析。根据实际工作,进行机械零件环节的分析具有重要意义。根据机械零件不同表面的组合形成零件结构上的特点,选择与其相适应的加工设备、加工方法和加工路线。区分主要表面与次要表面。根据零件各加工表面要求的不同,可以将零件的加工表面划分为主要加工表面和次要加工表面,在工艺路线拟定时,要做到主次分开以保证主要表面的加工精度。零件的结构工艺性。零件的结构工艺性是指零件在满足使用要求的前提下,制造该零件的可行性和经济性。功能相同的零件,其结构工艺性可以有很大差异。所谓结构工艺性好,是指在现有工艺条件下,既能方便制造又有较低的制造成本。

  根据施工需要,保证零件图样的有效应用,以实现生产设计和生产实践的需要,便于日常产品的加工。以协调好加工表面的各个环节,比如加工表面的质量、尺寸精度、加工表面的形状精度等,促进各个加工表面的位置精度的提升,积极做好相关的工件热处理工作,比如镀铬处理、动平衡等,实现相关环节的协调,方便下序环节的开展。满足实际工作的需要。在毛坯选择过程中,需要考虑到一些因素,比如热加工环节的影响,冷加工环节的影响,实现日常工作的质量效率的提升,降低零件的机械加工制造成本。拟定工艺路线是制定工艺规程的关键,主要任务是选择各个表面的加工方法和加工方案、确定加工顺序及工序集中与分散的程度、合理选用机床和刀具、确定工装和夹具的结构等。拟定合适的工艺路线,要考虑一下因素:表面加工方案的选择;加工阶段的划分;工序的划分;工序顺序的安排;加工余量的确定;工序尺寸及其公差的确定;机械加工的生产率及技术经济性分析。

  通过对年产量的优化,实现生产类型的优化,通过对产品装配图及其零件图的深化应用,满足日常工作的需要。以方便日常毛坯环节的选择,实现工艺路线的优化,实现各个生产环节的加工余量的有效控制,促进其各个程序的稳定发展,该环节的发展,离不开对相关设备的应用,比如夹具、刀具及其相关辅助工具。填写工艺文件,制订机械加工工艺规程,虽然有章可依,但绝不能盲从,要通过科学辩证地对零件的机械加工工艺分析,按照机械加工工艺规程的制订步骤,编制出科学适用、高效低耗、节能环保的综合工艺过程卡片和机械加工工序卡片,并在实际工作中进行调整优化、逐步改进,适应生产条件的变化,提高经济效益和加工效率。

  随着现代科学技术的快速发展,创新技术、创新工艺、创新材料不断出现,使生产更加规模化、自动化、标准化,满足了全社会对商品的各类需求。当前,随着工业生产的扩张,商品自主研发、设计、生产成为衡量一个国家经济能力的重要标准,全社会对机械化生产不断重视起来,生产能力与水平不断提高。企业为了追求更大的经济效益,保证产品质量、降低成本、提高生产效率,企业不断在引进新技术与新设备,各类自动化程度高的枢机设备不断得到应用,生产能力得到了快速的提升,对于企业来说,只有全面提高一线生产能力与水平,才能实现规模化生产,企业一线基层已经向机电一体化、程控化、数字化方向迈进为了保证机械零件质量及性能的正常运行,需要不断在机械设备研究与工艺改善上下功夫,生产中需要通过对商品的对比与市场分析,选择最为合适的机械以及生产工艺,生产过程中,需要该严各项工艺与操作流程,确保生产安全与质量。生产加工要严格各道工序,通过对图纸的分析、刀具的选择、技术的创新全面做好加工生产,在生产中需要严格把握好如下几个方面问题。

  设计图纸是加工的基础,需要在加工前,全面研究图纸基本要求的意图,这样才能更好地进行定位,保证加工的精准度,在进行分析时,需要先对零件平面度相关的技术标准和要求进行整体分析,确定好零件内轮廓部分加工技术难点,按高标准的加工质量要求,进行设备数控机床的控制,可以通过如下五步对零件尺寸、形状、表面粗糙度进行修正,确保零件达到使用要求。

  (1)数据设定。需要对对图纸中的高精度尺寸要求,进行机械设备编制程序时,一定要采用取公差中间值的方式,做好数据推演,满足加工整体要求,保证质量与规格。(2)轮廓曲线精度要求。我们在进行分析时,可以采用CAXA自动编程对图纸进行自动绘制与生成,这样通过自动化控制,就能够呈现自动的加工程序,只有这样,才能确保整个加工程序的精度,并保证轮廓曲线)公差。零件图纸中有形位公差尺寸的应尽量采用一次装夹加工,这样才能全面确保形位公差标准,满足生产需要。(4)保证加工程序正确。一定要严格分析图纸,根据图纸中各表面粗糙度的不同,在进行加工操作时,需要先粗加工再进行精细加工,只有这样,才能确保粗糙度值标准,进行精加工的时候,一定要全面综合性的考虑到较小进给量,使主轴转速不断提高,满足粗度要求。(5)螺纹加工。螺纹加工较为精细,在生产过程中,为保证精度,可以适当修正精加工程序,使加工过程与环节出现一定的微量变化,改变走刀路径的同时,采用螺纹千分尺精确测量尺――确保在加工过程中满足精度质量标准。

  在数控加工工艺中,只有选择出最理想的刀具,才能保证生产的精度,可以说,选择合适的刀具是数控加工工艺设计中最基础也是最重要的组成。如果刀具选择不合理,就会严重影响生产质量,对加工效率、加工精度造成影响,出现不合格产品,造成企业经济损失。要想加工出合格的产品与零件,就要充分按照机床刚性硬度、工序步骤、零件材料等进行刀具选择,确保产品一次成型,提升成功率。普通机床加工时,对平衡性、转速度的要求并不十分苛刻,但现代化的智能数控机床则不同,加工的时候,对主轴转速、运行平稳性有非常高的标准要求,这种情况下,刀具如果不合适,则会影响到产品质量与运行平稳。一般情况下,加工零件产品时,刀具选择那些钢性好、耐磨损、韧性高的,这样的刀具不但能够提高加工的精度,同时,在运转的时候,也充分保证了尺寸不变形,在刀具更换与维护中,安装更换更加方便快捷,有利于良好的操作,在选择刀具时,不但要求采用优质材料数控加工刀具,同时还对刀具加工时切削参数有具体的要求。

  (1)先粗后精原则。对精度要求高的零件加工时,一定要遵循先粗后精的原则,对精度较高的零件先粗加工,然后进行半精加工,最后才能实现精加工。(2)先主后次原则。对零件加工时,走刀路径选择非常关键,多数情况下,要先主后次,比如:选择零件装配基面及主要表面加工后,才能安排孔、键槽和螺纹孔的加工,主要是因为次要表面加工余量小,同时保持着主要表面位置、尺寸和精度上的比例。(3)先面后孔原则。加工不同的零件有不同的方式,对箱体类、支架类、连杆类等零件的加工,一般情况下,需要对定位平面和加工端面先加工,其次加工孔位置,这种顺序主要是保证良好的定位与稳定,使孔成为零件定位基准点,实现平面和孔位置的精度,确保后期装夹便利,有利于对各类孔进行精致加工。

  加工零件时,要全面选择好大小适中的毛坯,一般情况下,轴类零件毛坯是棒料、锻件和铸件三种形状。选择锻件时,一般需要考虑到零件的强度大小,对形状简单的零件一般会选择锻件进行加工,如果加工的尺寸过大,通常会用自由锻;对中小型零件选模锻。通常零件毛坯可以使用锻件,把钢材经过锻压,获得均匀的纤维组织,提高力学硬度与性能。

  如果使用数控机床加工轴类、盘类等回转体零件的时候,需要对零件不同部位做好内外圆柱、圆锥表面、球面及圆弧面切削加工操作,这就需要不同的部位使用不同的工艺方法,要合理安排刀具及钻头,对各部位做好分析设计,合理科学的做好切槽、钻、扩加工,确定合适的半闭环伺服系统,保证机床设置为三爪自定心卡盘、考虑到加工较长的轴类零件所以选择普通的机床尾座。根据主轴配置相关标准可以选择卧式数控车床。

  零件装夹方案非常关键,与传统工艺相比,加工零件时数控机床和普通机床装夹工艺基本类似,只有全面做好零件装夹操作,才能保证加工精度和效率,全面提升生产效率与速度。需要定位好零件基准,在可行的情况下,尽量将零件定位基准与设计基准形成重叠,不能出现加工过定位现象,箱体零件选择一面两销定位基准,一般情况下,定位基准要仔细认真,保证端正稳定。轴类零件以右端面中心为工件坐标点,进行深入加工时,退刀点离开零件并能保证换刀位置。

  在机械加工工作中,常常会有很多客观性因素影响加工的成果,为通信高速准确的传输带来一些直接或者间接的影响,从而影响通信的高速度发展,为此,针对通信技术加工方面的机械加工工艺的核心性内容:加工精度的研究尤为重要,不仅因为它能够准确在根本上就将能够实现信息高速交换传输的相关机械零部件使用率进行精准把控,降低低效率,增加整体机械零部件的质量更因为加工精度越高加工成就会相应越低返工率也会越低。所以,为了取得通信工作的飞速发展,排除可能影响加工精度的各种因素,对工件规格、外部形态、安置部位等三大方面的研究成为我们手头机械加工精度至关重要的研究内容。

  所有的操作都是会出现或多或少的误差,这是不可避免的,毕竟机械加工存在很多机械直接操作,即便用了再精密的机械,甚至对易磨损等零部件及时更换,人为还是无法进行机械部件误差影响,因为机械加工工艺包含了方方面面,不仅涵盖工艺初始的机械定位,还有实际加工过程中遇到的突然变化的受热、突然加大甚至超出机械相应承受限度的受力而产生的轻微走形,甚至还有实际采用加工方法的基准线实际偏差定位符与预期不符等原理误差,以及由于机械磨损要进行机械加工进行工序调整产生的些许误差,这些都是不可避免的。

  由于机械加工用到的各部件:工件、导轨等都有一定的受热受力限值,特别是导轨方向上,水平方向是影响最大,垂直方向影响最小而导轨一旦发生扭曲对加工精度的影响是很严重的,虽然为了达到预期的切削等工序其质量要求一般都比较高,但是由于使用的机床在制造上存在偏差,甚至安装失误以及异常磨损这严重影响了加工精度。

  我们知道机械在工作时会进行摩擦接触,这就会产生热量,甚至由于环境散热不高或者部件抗热性能低,造成机械加工中的相关工作部件变形,根据研究显示这种受热异常引起的加工精度影响占到了总体影响的40%以上,在机械工件受热后产生的影响主要表现在精加工方面,特别是通信常使用到的长度长,精度需求度高的零件如丝杠,由于其受热变形量大在进行铣刨磨时会出现局部凸起,进行切削处理待温度将下来后就出现凹槽;在机械加工的刀具上也产生严重影响,主要表现在连续进行切削作业的工作频率逐渐变缓慢得现象上;不仅如此对机床也是有在受热后进行形变的影响,这主要是因为机床内部结构复杂,对机床进行授热的各部位热源不同,这就会产生受热不均,使机床不同部位产生相应不同的变化,引起机床的整体形态,从而影响加工精度。

  根据研究显示机械加工制造工件的加工精度最主要影响源是机械加工使用的机床的精度。而由于机床在进行机械加工的时候会经过轴回转、热处理等工序,操作人员操控时没有把握好火候甚至没有发现机械加工工件出现的异常摩擦都会对加工精度造成很大不利的影响。还有,由于机械操作人员的疏忽或者技术不到位没有将装置完全按照图纸安装造成对加工精度的影响;甚至在机械加工进行数控工作,或者位置调整等进行的不科学不到位操作,都是机械加工时遇到的技术工艺不善的影响问题。

  我们知道机械加工主要进行直接操作的是机器,所以很多误差是避免不了的,但是为了提高加工精度,我们可以采取将误差抵消的技巧,这主要就要进行机械加工的操作人员密切注意机床等摩擦性大的零部件的磨损检查与实时更换,以及主要受压受温度影响零部件的工作环境情况监测,以及分析衡量好刚度适中,且抗温抗压性能较好的材料进行机械加工的配备;甚至在相应减少不了的原始误差基础上人为制造一种可以抵消原有误差的预期新误差或者将原有误差转移到不敏感不重要的地方,从而提高加工精度。

  为了提高加工精度可以进行零部件针对性改善,比如机械加工中的刀具,我们可以对其进行外形匹配与耐磨性质量选择后再进行冷却液涂抹等小技巧,减缓摩擦影响并且注意在调整法加工时,要在发现机械加工的刀具陷入急剧磨损前重新进行刀具的磨刀工作;甚至通过实验测量机床相关工作部件韧性刚度,从而减缓变形几率。

  工程机械在加工制造的过程中会涉及到各种类型的零件,其中最重要的部件是大型结构件,这不仅关系到工程机械整体外观的质量,而且还影响到整体机械性能。于大型结构件体积大,对机加工精度要求高,在加工生产中存在难度,机加工效率显得尤为重要。本文通过对工程机械焊接结构件进行分析并深入研究合理的机加工工艺,以提升机加工生产效率。同时希望能够给相关的人员提供理论性支持和实践参考。

  机加工工艺是实现加工的过程策划结果,目的是能够按照加工方法生产出合格的机械零件,是综合考虑人、机、料、环等因素,以及考虑既有工艺、创新思路等方面而制订出的生产制造工艺,其意义巨大:(1)是产品零部件生产的重要支撑,直接影响整个产品生产能否顺利进行。(2)其水平能够影响下料、拼装焊接等前道工序的难度。水平低、无法加工会提高对前道工序的要求,增加前道作业难度。(3)还能影响产品设计。机加工工艺的进步使得先前无法实现的产品设计得以实现,也可能加工工艺还无法把设计变成现实。(4)科学合理的机加工工艺可以有效提高生产效率,提高产品质量,进而满足加工要求。制造费用往往占总成本的20%~50%,包括了下料、成形、拼装焊接、机加工、涂装等费用,其中机加工费用弹性最大,因此加工工艺改进对提升加工效率意义很大。

  工程机械除了挖掘机、装载机这些代表性产品之外,还有平地机、压路机、摊铺机、起重机、凿岩机、盾构机、泵车,等设备。其结构件常可以划分为:车架(如,整体车架、上车架和下车架、前车架和后车架,等)这样的躯干结构件、工作装置(如,大臂、小臂、连杆,等)、支撑件(如,液压支腿、铲板支撑,等)、附属具(如,铲斗、抓具、破碎锤、松土器,等)、其它辅助、连接安装件(如,转向座、驾驶室底板架,等)等。这些结构件从数十厘米到十数米尺度,不一而足。从加工的角度,我们可以将结构件划分为:平台类结构件(如,主车架)、关节类结构件(如,转向座、破碎锤)、长条类结构件(如,挖掘机大、小臂)等。平台类结构件通常是上下面和侧面需要加工,主要采用龙门加工中心、单面卧式加工中心加工。关节类结构件通常有多个面需要加工,采用单面卧式加工中心加工,尽可能把需加工面放到侧面。长条类结构件主要采用双面卧式加工中心和龙门加工中心加工。如果产量够大,或者产品品种多,也有采用多主轴机床来加工各种复杂的结构件,如立卧复合机床、双面加工中心配回转平台的机床等。

  加工设备对加工水平起着重要的作用。与日、美、欧等发达国家相比,长期以来,中国在机床制造技术上存在巨大差距,导致中国的机械加工效率低,生产质量相对较差。但近几年,中国有两股力量在蓬勃发展,民营企业和中央企业不断取得技术突破和企业运营模式突破,越来越多人开始坚定认为机床工业会是下一阶段中国取得巨大成功的领域。目前,除了通用机床外,国产中小型的龙门加工中心、卧式加工中心也已经完全可以满足工程机械结构件加工需求。鉴于国内产能不足和一些特殊零部件加工需求,不少厂家还是选择了一些日韩和台湾机床,少数选择了欧美品牌[2]。加工设备不成为制约工程机械结构件机加工的瓶颈。

  目前,“灯塔工厂”、“黑灯工厂”、无人工厂等高度智能化工厂已经和正在不断涌现。在2020年底,笔者调研了十多家结构件配套工厂,介绍了行业头部企业的做法后,半数以上表示已经在调研实施自动化、智能化,对板材自动上料、切割、分拣特别感兴趣,而焊接已经实施了30%左右的机器人作业,正考虑实现自动上下工件。遗憾的是加工难以实现无人化。曾经自动化领先的加工在智能化方面在国内是滞缓了。在一些制造业发达的国家,机械加工是通过计算机进行远程管理和控制,甚至智能化、柔性化[3]。

  我国自加入WTO以来,虽然大量引进外资,大量引进先进设备,但核心技术是一道障碍,始终难以把握。据有关数据显示,中国对国外技术的依赖程度高达50%。在这一比例上,发达国家只有不到30%。现在世界格局剧烈变化,核心技术缺乏与全球制造业大国不相配。可喜的是,刀具材料、机床设备、控制系统、检测技术、精细加工、模拟编程、数字孪生技术都出现了不少知名企业和苗头,如:郴州刀具、树根互联、中捷机床,等。

  其主要分为粗加工阶段、半精加工阶段、精加工阶段。半精加工可以保证有足够的时间消除粗加工产生的热变形和残余应力,从而提高后续加工精度。工程机械结构件大部分的加工都是在一台机床上完成孔加工的三个阶段,而面加工可以在粗加工机床上快速完成,仅仅根据需要留很小的余量到精密机床上进行精加工。还有一个或有阶段,因为对工程机械的需求升级而增加,就是光整加工。这个阶段不是用来纠正形位尺寸,而是对加工孔面的粗糙度进一步提升,同时提升表面压应力和表面硬度。粗糙度可以达到0.2μm。当然,这已经不是传统意义上金属切削加工。

  为了使加工更好地缓解产品成本的压力,创造产品竞争优势,加工需要更加高效,加工工艺的优化已经成为不二选择。注重引进、投入先进的机床设备、刀具、软件、管理系统,杜绝落后的加工工艺和管理方式,实现整个流程的优化是优化工艺的最有效途径。但我们也看到,现有技术的优化组合也能创造出意想不到的效果。关于加工工序的安排,我们常采用的方法是:同一把刀加工完零部件上所有能加工的部位再换刀加工其它部位;先加工定位面再加工孔;先内后外;先把相互可能应力释放变形的部位粗加工做完再精加工。当然,这其中是因为一个原则问题:先加工的作业不能对后加工产生负面影响。我们本着以上原则,把加工工序进行拆分组合,可以分成不同机床来加工,效果迥然不同。在某企业制订挖掘机上车架加工工艺的时候,经历了如下过程:龙门加工中心做所有工序,6小时;单面卧式加工中心做所有工序,5小时;龙门加工中心做底面的法兰面和钻孔、攻丝+双面卧式加工中心做两侧面4组孔和刮面,尽管需要两次装夹,加工时间还是减少到4小时;把刮面拿到专机上加工,时间进一步缩小到3.5小时;而在把钻头改成硬质合金钻头后,加工时间仅不到3小时,效率翻倍。这个例子里,采取了工序组合、机床组合、先进刀具选用等办法。就加工工艺优化,我们不得不说加工编程软件的应用是个很好的选择,在软件界面,我们可以清晰地看到加工过程和工时预算。以高速加工替代大切屑量加工是否合适在工艺确定前就可以看出来。我们也不得不说精益生产的几个工具应用,如,动作研究、均衡化等一定可以产生更高效的加工安排。

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  设计决定了90%的成本,这说法一点也不为过。某个企业生产轮式挖掘机,下车架上会安装前固定桥、后摆动桥、传动轴、联接上车的回转支撑,设计变化如下:整体式大梁结构,因为后摆动桥销轴孔间距太大,需要在龙门加工中心机床上安装镗排支座,影响机床换模加工其它产品,10小时;将后摆动桥部位做成一个小组件,先加工后焊接到整个车架上,很多机床都可以加工,8小时;将中部联接上车架的框架也做成小组件,也可以先加工,6小时;将大梁再分出腰部,小卧加都可以做,5小时。当加工可以选择更小的机床的时候,往往不仅仅加工时间变短了,加工小时单价也变低了。某个企业设计车架铰接方式时的经历说明了另外的要点:铰接板上采用上下各12个8mm的螺孔,非通孔,平面要刮面,2小时;减小板厚,加加固圈,便于刮面,1小时55分;改螺纹孔为上下8个10mm螺纹孔,1小时30分;改螺纹孔为12mm光孔1小时;增大孔材料厚度,不需要先钻光孔后再精加工铰接孔,55分。省工序,防止应力释放,降低加工难度,设计可以考虑更多。

  在进行加工工艺优化时,需要检视整个工艺流程。整体考虑减少加工余量、各工序统一定位基准等,都能够节约加工时间(含装夹时间)。随着板材下料精度的提高,毛坯外形和孔的加工余量都可以缩小,目前孔的余量已经可以从9mm调整到6mm,部分激光切割甚至可以直接割出粗加工孔和螺纹孔底孔。为更好的加工而做一些其它工艺安排,在很多时候是值得的,比如:去应力退火、校正,等。当然,整个流程最优比机加工最优更有意义,我们要避免进入唯机加工最优的误区(很多人认为机加工小时费用更高,需要优先考虑)。

  近年来,国内激光技术取得了长足的进步,在多个领域取得了优异的成绩,不断为我国目前的加工行业注入新的动力。近十年来,激光技术在输出功率、光束质量、亮度、加工精度等方面取得了很大的成就。这些性能上的变化导致了许多领域中处理方法和工艺要求的变化。在机加工方面,在板材零件上由激光替代钻孔已经大行其道。今后可能下料零件上不钻孔,而是机器人操作激光枪在部件上直接增加孔。激光替代铣面也正在走近,大功率飞秒激光的工业化将带来产品快速“雕刻”。