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機床切削加工技術

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     高速切削技术的出现,使得硬质合金模具的应用范围日益扩大,可目前高速切削技术的切削机理还没有成型的理论,高速切削机床没有得到大规模的应用,现在购买一台高速切削机床需要100-400万元人民币,一般的小型模具制作企业的资金不够购买这样昂贵的高速切削机床。
  重切削加工是用切削工具,把坯料或工件上多余的材料層切去,使工件獲得規定的幾何外形、尺寸和表面質量的加工方法。
  任何切削加工都必須具備三個基本條件:切削工具、工件和切削運動。切削工具應有刃口,其材質必須比工件堅硬;不同的刀具結構和切削運動形式,構成不同的切削方法。用刃形和刃數都固定的刀具進行切削的方法有車削、鑽削、镗削、銑削、刨削、拉削和鋸切等;用刃形和刃數都不固定的磨具或磨料進行切削的方法有磨削、研磨、珩磨和抛光等。
  切削加工是機械制造中**主要的加工方法。雖然毛坯制造精度不斷提高,精鑄、精鍛、擠壓、粉末冶金等加工工藝應用日廣,但由于切削加工的適應範圍廣,且能達到很高的精度和很低的表面粗糙度,在機械制造工藝中仍占有重要地位。
  切削加工的曆史可追溯到原始人創造石劈、骨鑽等勞動工具的舊石器時期。在中國,早在商代中期(公元前13世紀),就已能用研磨的方法加工銅鏡;商代晚期(公元前12世紀),曾用青銅鑽頭在蔔骨上鑽孔;西漢時期(公元前206~公元23),就已使用杆鑽和管鑽,用加砂研磨的方法在“金縷玉衣”的4000多塊堅硬的玉片上,鑽了18000多個直徑1~2毫米的孔。
  17世紀中葉,中國開始利用畜力代替人力驅動刀具進行切削加工。如公元1668年,曾在畜力驅動的裝置上,用多齒刀具銑削天文儀上直徑達2丈(古丈)的大銅環,然後再用磨石進行精加工。
  18世紀後半期,英國工業革命開始後,由于蒸汽機和近代機床的發明,切削加工開始用蒸汽機作爲動力;到19世紀70年代,切削加工中又開始使用電力。
  對金屬切削原理的研究始于19世紀50年代,對磨削原理的研究始于19世紀80年代,此後各種新的刀具材料相繼出現。19世紀末出現的高速鋼刀具,使刀具許用的切削速度比碳素工具鋼和合金工具鋼刀具提高兩倍以上,達到25米/分左右;1923年出現的硬質合金刀具,使切削速度比高速鋼刀具又提高兩倍左右;30年代以後出現的金屬陶瓷和超硬材料(人造金剛石和立方氮化硼),進一步提高了切削速度和加工精度。
  隨著機床和刀具的不斷發展,切削加工的精度、效率和自動化程度不斷提高,應用範圍也日益擴大,從而大大促進了現代機械制造業的發展。
  金屬材料的切削加工有許多分類方法,常見的有按工藝特征、按材料切除率和加工精度、按表面成型方法三種分類方法。
  切削加工的工藝特征決定于切削工具的結構,以及切削工具與工件的相對運動形式。因此按工藝特征,切削加工一般可分爲:車削、銑削、鑽削、镗削、鉸削、刨削、插削、拉削、鋸切、磨削、研磨、珩磨、超精加工、抛光、齒輪加工、蝸輪加工、螺紋加工、超精密加工、鉗工和刮削等。
  按材料切除率和加工精度,切削加工可分爲粗加工、半精加工、精加工、精整加工、修飾加工、超精密加工等。
  粗加工是用大的切削深度,經一次或少數幾次走刀,從工件上切去大部分或全部加工余量的加工方法,如粗車、粗刨、粗銑、鑽削和鋸切等,粗加工效率高但精度較低,一般用作預先加工;半精加工一般作爲粗加工與精加工之間的中間工序;精加工是用精細切削的方式,使加工表面達到較高的精度和表面質量,如精車、精刨、精鉸、精磨等,精加工一般是**終加工。
  精整加工是在精加工後進行,其目的是爲了獲得更小的表面粗糙度,並稍微提高精度。精整加工的加工余量小,如珩磨、研磨、超精磨削和超精加工等;修飾加工的目的是爲了減小表面粗糙度,以提高防蝕、防塵性能和改善外觀,而並不要求提高精度,如抛光、砂光等;超精密加工主要用于航天、激光、電子、核能等需要某些非凡精密零件的加工,其精度高達IT4以上,如鏡面車削、鏡面磨削、軟磨粒機械化學抛光等。
  切削加工時,工件的已加工表面是依靠切削工具和工件作相對運動來獲得的。按表面形成方法,切削加工可分爲刀尖軌迹法、成形刀具法、展成法三類。
  刀尖軌迹法是依靠刀尖相對于工件表面的運動軌迹,來獲得工件所要求的表面幾何外形,如車削外圓、刨削平面、磨削外圓、用靠模車削成形面等,刀尖的運動軌迹取決于機床所提供的切削工具與工件的相對運動;
  成形刀具法簡稱成形法,是用與工件的**終表面輪廓相匹配的成形刀具,或成形砂輪等加工出成形面,如成形車削、成形銑削和成形磨削等,由于成形刀具的制造比較困難,因此一般只用于加工短的成形面;
  展成法又稱滾切法,是加工時切削工具與工件作相對展成運動,刀具和工件的瞬心線相互作純滾動,兩者之間保持確定的速比關系,所獲得加工表面就是刀刃在這種運動中的包絡面,齒輪加工中的滾齒、插齒、剃齒、珩齒和磨齒等均屬展成法加工。有些切削加工兼有刀尖軌迹法和成形刀具法的特點,如螺紋車削。
  切削加工質量主要是指工件的加工精度和表面質量(包括表面粗糙度、殘余應力和表面硬化)。隨著技術的進步,切削加工的質量不斷提高。18世紀後期,切削加工精度以毫米計;20世紀初,切削加工的精度****已達0.01毫米;至50年代,切削加工精度已達微米級;70年代,切削加工精度又提高到0.1微米。
  影響切削加工質量的主要因素有機床、刀具、夾具、工件毛坯、工藝方法和加工環境等方面。要提高切削加工質量,必須對上述各方面采取適當措施,如減小機床工作誤差、正確選用切削工具、提高毛坯質量、合理安排工藝、改善環境條件等。
  提高切削用量以提高材料切除率,是提高切削加工效率的基本途徑。常用的高效切削加工方法有高速切削、強力切削、等離子弧加熱切削和振動切削等。
  磨削速度在45米/秒以上的切削稱爲高速磨削。采用高速切削(或磨削)既可提高效率,又可減小表面粗糙度。高速切削(或磨削)要求機床具有高轉速、高剛度、大功率和抗振性好的工藝系統;要求刀具有合理的幾何參數和方便的緊固方式,還需考慮安全可靠的斷屑方法。
  強力切削指大進給或大切深的切削加工,一般用于車削和磨削。強力車削的主要特點是車刀除主切削刃外,還有一個平行于工件已加工表面的副切削刃同時參與切削,故可把進給量比一般車削提高幾倍甚至十幾倍。與高速切削比較,強力切削的切削溫度較低,刀具壽命較長,切削效率較高;缺點是加工表面較粗糙。強力切削時,徑向切削力很大故不適于加工細長工件。
  振動切削是沿刀具進給方向,附加低頻或高頻振動的切削加工,可以提高切削效率。低頻振動切削具有很好的斷屑效果,可不用斷屑裝置,使刀刃強度增加,切削時的總功率消耗比帶有斷屑裝置的普通切削降低40%左右。高頻振動切削也稱超聲波振動切削,有助于減小刀具與工件之間的摩擦,降低切削溫度,減小刀具的粘著磨損,從而提高切削效率和加工表面質量,刀具壽命約可提高40%。
  對木材、塑料、橡膠、玻璃、大理石、花崗石等非金屬材料的切削加工,雖與金屬材料的切削類似,但所用刀具、設備和切削用量等各有特點。
  木材制品的切削加工主要在各種木工機床上進行,其方法主要有:鋸切、刨切、車削、銑削、鑽削和砂光等。
  塑料的剛度比金屬差,易彎曲變形,尤其是熱塑性塑料導熱性差,易升溫軟化。故切削塑料時,宜用高速鋼或硬質合金刀具,選用小的進給量和高的切削速度,並用壓縮空氣冷卻。若刀具鋒利,角度合適,可産生帶狀切屑,易于帶走熱量。
  玻璃(包括鍺、矽等半導體材料)的硬度高而脆性大。對玻璃的切削加工常用切割、鑽孔、研磨和抛光等方法。對厚度在三毫米以下的玻璃板,**簡單的切割方法是用金剛石或其他堅硬物質,在玻璃表面手工刻劃,利用刻痕處的應力集中,即可用手折斷。
  對大理石、花崗石和混凝土等堅硬材料的加工,主要用切割、車削、鑽孔、刨削、研磨和抛光等方法。切割時可用圓鋸片加磨料和水;外圓和端面可采用負前角的硬質合金車刀,以10~30米/分的切削速度車削;鑽孔可用硬質合金鑽頭;大的石料平面可用硬質合金刨刀或滾切刨刀刨削;精密平滑的表面,可用三塊互爲基准對研的方法,或磨削和抛光的方法獲得。
  極速加工:
  -能使实际使用的大直径工件以 4,000 rpm 的速度进行刚性攻牙
  -刀具更换时间,T-T:1.6秒, C-C:3.2秒
  -快移定位速度(X、Y轴):48m/min(1889 IPM)
  -快移定位速度(X、Y轴):36m/min (1417 IPM)
  高性能主軸:
  -4,000, 6,000, 8,000, 10,000 and 12,000RPM主轴和Fanuc 控制器
  -業界通用的標准40刀頭
  其它優勢:
  -全部軸****編碼,無轉換限制
  -全電動設計,非液壓驅動
  -可選擇12或14把刀的刀具庫
  -極省空間的足踏設計
  -人體工學設計使操作更舒適有效率
  CNC控制器:FANUC-21i-MB
  快速进给率:48m/min(X,Y) 36m/min(Z)
  數據輸入:以太網,RS232C,記憶卡
  電源:AC200/AC220V(11KVA)
  占地面積:1600×2360mm
  行程:600×400×400mm

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