综合金属切削服务: 转动, 钻孔, 无聊的, 刨削, 拉削, 和铣削. 定制工业金属零件的精密加工.
我们已经从手动铣床和车床转向五轴数控中心和增材制造.
但通过这一切, 六种工艺仍然是金属切削的支柱: 转动, 钻孔, 无聊的, 刨削, 拉削, 和铣削.
所有其他方法 - EDM, 激光, 水刀——是专家. 这六人都是多面手. 掌握它们, 你几乎可以做任何东西.
在本文中, 我将引导您了解每个流程的核心原则, 您可以实际期望的精度, 以及每一项都大放异彩的应用.
我还将分享一些来自车间来之不易的经验教训——只有在报废几个零件后才能学到的东西.
1. 转身: 旋转部件的主要工艺
转身 是生产旋转部件时使用最广泛的加工工艺之一.
传统车削过程中, 工件旋转，同时固定切削刀具沿轴向或径向移动以去除材料.
这种布置使得车削对于轴特别有效, 衬套, 袖子, 别针, 以及其他具有圆柱形或圆锥形特征的部件.
工作原理及常用操作
切削刀具从旋转的工件上去除材料以生成所需的表面.
通过改变刀具几何形状和进给方向, 一台车床可以执行多种操作:
- 外部转弯: 生产圆柱形或阶梯形外表面.
- 内孔车削: 扩大或完成现有的孔.
- 面对: 产生垂直于旋转轴的平坦端面.
- 锥度车削: 创建圆锥形曲面.
- 切槽和切断: 产生凹槽或将部件与库存分离.
- 线程: 使用合适的工具和同步进给生成内螺纹或外螺纹.
- 成形车削: 使用适当形状的工具生产特定的轮廓.
可在传统车床上进行车削, 数控车削中心, 和铣车床.
当部件包含多个直径时，数控设备尤其有价值, 凹槽, 线程, 和必须保持一致关系的精确特征.
工件夹持和精度控制
工件夹紧对车削精度有直接影响. 三爪自定心卡盘可快速加载，适用于许多圆形部件.
四爪独立卡盘允许单独调整爪，适用于不规则工件或需要精确对准的应用.
当保持多个部分之间的对齐至关重要时，中心间车削通常是长轴的首选.
用于薄壁套筒或精密孔, 夹紧力过大会导致工件变形.
在这些情况下, 设计合理的膨胀心轴, 软颚, 或另一种分布式夹紧装置可以提供更好的尺寸稳定性.
典型精度和应用
在适当的条件下，传统车削通常可达到 IT7-IT8 尺寸公差等级.
精密数控车削可以实现更严格的公差, 取决于机器, 材料, 工件夹持, 切削工具, 及检验方法.
典型的应用包括:
- 轴, 车轴, 别针, 和螺纹紧固件
- 衬套, 袖子, 和轴承座
- 液压缸及阀门组件
- 旋转设备零件及精密配件
当主要特征是旋转时，车削通常是首选.
适用于具有大面积平坦表面的组件, 交叉孔, 或复杂的三维几何, 铣削或铣车复合加工可能更有效.
车间提示:
不要低估刀具几何形状的重要性. 正前角可减少切削力并提高铝材的表面光洁度.
用于钢, 轻微的负前角可以延长刀具寿命. 并始终检查您的中心高度 - 偏离千分之几会导致锥度和光洁度不佳.
2. 钻孔和镗孔: 两个重要的孔加工工艺
孔加工是机械制造的基础. 钻孔和镗孔经常一起使用, 但它们有不同的目的.
钻孔主要是产生一个孔, 钻孔时扩大并修正现有孔以改善其尺寸, 几何学, 和位置关系.
钻孔: 在固体材料中创建孔
钻孔采用旋转钻头, 通常是麻花钻, 在固体材料上产生一个孔. 钻头在轴向前进到工件中的同时旋转.
这是一种生产螺栓孔的高效工艺, 油道, 安装孔, 以及后续加工的预备孔.
然而, 钻孔不会自动产生高精度的孔.
由于切削刃不均匀，钻头可能会漂移, 居中不良, 倾斜的入口表面, 刚性不足, 或切削力不一致. 随着孔深的增加，排屑也变得越来越困难.
在实际生产中, 多项措施有助于提高钻井性能:
- 适当时面向或点入入口表面.
- 使用合适的中心钻或点钻确定进入位置.
- 确保两个切削刃均经过正确研磨和平衡.
- 选择正确的钻头几何形状, 切割速度, 和饲料原料.
- 提供有效的排屑, 特别适用于深孔.
- 当位置精度需要额外控制时，使用钻夹具或机器探测.
精度等级:
钻孔时通常可以达到 IT10 至 IT12 和 Ra 12.5–6.3 µm. 孔可能过大, 不圆的, 并且不完全笔直. 用于精密工作, 钻孔只是第一步.
经典的钻孔-铰孔顺序:
适用于要求 IT7–IT8 和 Ra 1.6–0.8 µm 的孔, 用铰刀跟随钻孔. 为了更高的精度 (IT6 和 Ra 0.4 µm), 使用钻孔→镗孔→铰孔, 或钻孔→内圆磨削.
车间提示:
钻头漂移是敌人. 始终先用短孔进行点钻, 刚性中心钻. 对于深孔, 使用啄钻循环清除切屑.
并保持钻头锋利——钝的钻头会使表面加工硬化，使后续加工变得困难.
无聊的: 改善孔径, 几何学, 和位置
镗削使用单点镗刀或合适的多刃系统从现有孔的内表面去除材料. 与钻孔不同, 它通常不会直接从固体材料上形成孔.
当孔必须满足严格的尺寸要求或与其他特征保持受控关系时，镗削特别有用.
广泛用于发动机外壳, 泵主体, 传输案例, 阀体, 和其他含有精密孔的部件.
镗削的主要优点包括:
- 尺寸修正: 将现有孔调整至所需直径.
- 几何改进: 有助于控制圆度, 圆柱体, 和直线度.
- 位置准确性: 相对于受控机器或夹具基准建立孔.
- 大直径能力: 产生无法直接钻孔的孔.
精度等级:
无聊可以实现 IT7 至 IT6 和 Ra 1.6–0.4 µm. 带有浮动镗头, 您可以将尺寸和圆度控制在几微米以内. 它还非常适合纠正钻孔留下的位置误差.
车间提示:
镗杆容易发生偏转, 尤其是悬垂时. 使用适合的最大杆, 将悬垂保持在最低限度, 并使用具有小刀尖半径的硬质合金或金属陶瓷刀片进行精加工.
用于深孔, 使用带阻尼的镗杆 (抗震动) 技术——它是游戏规则的改变者.
3. 刨削: 适用于大平面的经济解决方案
刨削是一种传统的加工工艺，利用切削刀具和工件之间的相对直线往复运动.
取决于机器配置, 刀具或工件执行主切削行程.
材料在切割行程中被去除, 而返回行程一般是非切削的.
尽管刨削在现代大批量生产中不太常见, 它对于大型工件仍然有用, 维护操作, 以及不适合使用专用高生产率设备的应用.
工作原理及设备
常见的刨床有:
- 塑造者: 切削刀具在相对较小的工件上往复运动.
- 刨床: 工件通常在切削刀具下方移动, 使机器适合大型和重型部件.
- 开槽机: 垂直往复工具生产内部键槽, 老虎机, 和某些内部轮廓.
刨削可以产生平坦的表面, 步骤, 凹槽, 和选定的角度表面.
当部件太大或难以使用传统铣削设备经济地加工时，它特别有用.
精度和工艺限制
刨床的刀具相对简单，可适应多种工件.
然而, 往复运动引入加速和减速, 而返回行程不会去除任何材料. 这些因素限制了切割速度和整体生产率.
典型的刨削操作可达到 IT9-IT11 尺寸等级, 在有利的条件下可能取得更好的结果.
表面粗糙度通常在 Ra 1.6–6.3 μm 左右, 取决于刀具几何形状, 喂养, 材料, 和机器状况.
刨削适用于:
- 大型床身和导轨面
- 重型结构件
- 平面和直槽
- 维修和保养工作
- 单件、小批量生产
车间提示:
刨削速度慢且有空转回程, 所以对于生产来说很少是经济的. 但对于工厂来说太大的一次性床身, 这通常是唯一的选择.
确保工具锋利并且拍板盒正常工作 - 如果工具在返回行程中拖动, 你会毁掉表面.
4. 提取: 重复型材的高生产率加工
拉削是一种使用称为拉刀的专用多齿刀具的加工工艺.
牙齿的高度逐渐增加, 允许连续的齿去除少量材料，直到产生所需的轮廓.
与传统铣削或刨削不同, 这可能需要多次传递才能生成特征, 拉削通常可以在一次冲程或连续走刀中完成整个轮廓.
工作原理
每个拉刀齿都会去除加工余量的受控部分.
第一齿进行粗切削, 中间齿去除额外材料, 最终的牙齿确定了最终的尺寸和表面.
拉削可分为两大类:
- 内拉削: 生产内部键槽, 花键, 多边形孔, 和其他配置文件. 工件一般需要有拉刀可以穿过的预备孔.
- 外拉削: 生成外部型材, 公寓, 凹槽, 以及组件外部的复杂轮廓.
当大批量生产重复所需的几何形状时，该过程特别有效.
精度和工具注意事项
拉削通常达到 IT7-IT9 公差等级, 对于合适的应用和良好控制的工具，可实现 IT7-IT8.
表面粗糙度可达到 Ra 0.4–1.6 μm 左右, 取决于材料, 工具设计, 和工艺条件.
其主要优点是可重复性. 一旦拉刀, 夹具, 并正确设置机器参数, 该工艺可以以相对较短的周期时间提供一致的尺寸.
然而, 拉刀很贵, 每个工具都是针对特定的轮廓和尺寸要求而设计的.
工具设计, 制造业, 维护, 因此，在工艺规划期间必须考虑更换成本.
拉削通常用于:
- 内花键和外花键
- 键槽和多边形孔
- 变速箱和汽车零部件
- 精密型材的重复生产
- 需要在大批量中保持一致的几何形状的组件
车间提示:
拉削费用昂贵，因为该工具是针对每种型材定制的. 仅对大批量生产有意义 (成千上万的零件).
如果您需要在一次性轴上设置键槽, 在车床上使用开槽机或拉刀——速度较慢但便宜得多.
5. 铣削: 最通用的金属切削工艺
铣削 是现代制造中应用最广泛的工艺之一. 旋转多刃铣刀去除材料，同时工件或机床工作台提供所需的进给运动.
关于 CNC 加工中心, 跨多个轴的协调运动能够生产复杂的表面和几何形状.
铣削适用于多种材料, 包括铝合金, 不锈钢, 合金钢, 钛, 黄铜, 和工程塑料.
然而, 刀具几何形状, 切割参数, 工件夹持, 和冷却剂策略必须适应材料.
常见铣削操作
铣削可以产生多种特征:
- 面铣: 产生垂直于刀具轴线的平坦表面.
- 周边铣削: 使用刀具圆周加工表面和槽.
- 端铣: 生产口袋, 肩膀, 概况, 和狭窄的特征.
- 铣槽: 创建键槽, T型槽, 和其他凹槽使用合适的刀具.
- 仿形铣削: 遵循指定的轮廓生成二维或三维几何图形.
- 型腔铣削: 去除口袋和复杂内部特征中的材料.
- 螺纹铣削: 使用合适的铣削刀具路径生成内螺纹或外螺纹.
现代 CNC 加工中心可以将这些操作组合到一个设置中, 减少处理并帮助维护特征之间的位置关系.
传统铣削, 顺铣, 和工具接合
在传统铣削中, 也称为逆铣, 当切削刃接触工件时，切屑厚度从大约零增加到最大值.
顺铣时, 或顺铣, 切屑厚度通常从最大值开始并逐渐减小至零.
顺铣通常会产生更好的表面光洁度，并且在适当的条件下可以减少摩擦.
它通常是现代数控机床的首选，具有有效的间隙控制和足够的刚性.
然而, 顺铣并不自动成为每种设置的最佳选择. 机器状况, 工件刚性, 规模或表面状况, 刀具啮合, 和夹具的稳定性都必须考虑.
典型精度和应用
传统铣削通常可达到 IT8–IT10 等级, 而受控 CNC 铣削和精加工操作可达到 IT7 或更严格的合适特征公差.
Ra 1.6–3.2 μm 左右的表面粗糙度在许多精加工应用中很常见, 尽管可以进行更精细的饰面.
铣削广泛用于:
- 平面, 步骤, 和安装面
- 口袋, 老虎机, 和复杂的空腔
- 模具和模具组件
- 精密外壳和支架
- 引擎, 泵, 和阀门组件
- 需要 CNC 加工的多面部件
它最大的优势是多功能性. 当一个组件包含多个不同的功能时, CNC 铣削通常可以将它们组合成受控序列, 减少设置更改并提高整体制造效率.
车间提示:
刚性就是一切. 保持工具尽可能短, 使用适合该特征的最大直径铣刀, 并且不要吝惜工件夹持.
我发现通过改进夹具解决的颤振问题比通过更换刀具解决的更多.
最后的想法: 适合正确工作的正确工具
不存在“最佳”金属切削工艺. 只有最合适的. 应转动轴, 未铣削. 应钻出精密孔, 未钻孔.
上千个零件中的复杂键槽需拉削, 未铣削. 如果您没有足够大的铣床，则应刨削一个一次性床身.
经验丰富的机械师知道选择是为了平衡 几何学, 精确, 体积, 和成本.
您无法像在车床上那样高效地在铣床上制造圆柱形零件. 你无法在钻床上固定微米. 一次性零件的加工无法经济地进行.
所以下次当你看图画时, 问问你自己: 什么是主表面? 我需要什么精度? 有多少个零件? 我有什么机器? 答案将引导您走向正确的流程.
请记住——最好的流程是正确完成工作的流程, 准时, 并以合理的成本. 这就是我们来这里的目的.
常见问题解答
钻孔和镗孔有什么区别?
使用多点钻头在固体材料上钻孔.
使用单点刀具进行镗孔放大和细化现有孔. 镗孔更精确，可以正确定位和对齐.
什么时候应该使用刨削而不是铣削?
刨削最适合大型, 铣床不够大的一次性或维修工作中的平坦表面. 对于生产来说很少是经济的.
标准车削可以达到什么精度?
IT7-IT8, 表面粗糙度 Ra 3.2–1.6 µm. 精车可以保持IT6和Ra 0.8 µm.
如何防止钻头跑偏?
先进行点钻, 使用坚硬的短钻, 确保钻头锋利且对称, 并使用钻夹具进行生产.
镗孔能否比铰孔获得更好的精度?
镗孔可校正位置, 结盟, 和尺寸, 使其更适用于大型或复杂的孔. 小型铰孔速度更快, 直孔.
轴上键槽的最佳工艺是什么?
对于大容量, 拉削. 用于一次性或维修, 使用开槽机或铣键槽.
