金属切削机床范文10篇

时间:2023-03-29 00:30:14

金属切削机床

金属切削机床范文篇1

引起爬行的原因很多,但主要有以下两个方面。

1.摩擦阻力的变化引起爬行

机床床身导轨工作台导轨面都是经过磨削或刮削获得的,宏观上看是平直而光滑的,但在微观下却总存在有较小间距和峰谷组成的微量高低不平的痕迹。实际上,两接触贴合面只有两面的微峰峰尖接触,所以实际接触面积是非常小的,因而峰尖所承受的压力非常之大,远远超过其弹性变形极限而出现的塑性变形,尤其是大型机床更为突出。此外,发生塑性变形的接触点的金属分子在运动中产生强烈的粘结作用。由于参差不同高度的峰谷会出现互相交错咬合,在相对运动时便产生“犁刨”现象。这便是机床两相对贴合运动导轨表面产生摩擦阻力的主要潜因。

机床的爬行现象主要发生在低速滑动时,因为高速时工作台导轨面在微观存在的较小间距和峰谷间储存着微量油液,在高速作用的贴合运动中容易形成动压油膜,而将两贴合导轨面隔离开,摩擦系数此时是非常小的。然而,在低速滑动时,则较难形成动压油膜,从而出现由微峰直接接触的边界润滑。这时导轨表面的微峰由于直接接触,压力极高,因而发生塑性变形,导致接触处产生局部振动、高热、运动不平稳,出现金属分子的烧结,也称“冷焊”,这时摩擦系数是相当大的。

实验证明,在边界润滑条件下摩擦系数与滑动速度之间呈现如图1所示的函数关系。

在实践中,我们都有这样的经验:需推动一个物体运动所用的力要大于维持这个物体运动所用的力。也就是说静摩擦力(静摩擦系数)大于动摩擦力(动摩擦系)。如图1,μ0表示边界润滑的摩擦系数作为滑动速度的函数曲线。在相互贴合的工作面低速滑动开始的短暂时间内,摩擦系数μ0从静止状态下的最大值开始呈迅速下降趋势至最小值。此时工作台表现为向前冲动,又随速度μ0的增大而开始上升。当上升到较大值时,摩擦阻力增大,工作台趋向静止。此时,由于摩擦阻力的增大,相对的驱动力也随之增大,当驱动力增大到足以克服摩擦阻力时,工作台又重复出现以前那种冲动,驱动力随之减小。这个驱功力和摩擦阻力不断循环变化的过程,就是工作台时走时停的循环冲动的过程,这便是爬行。

2.滑动部件的驱动系统的刚性对爬行的影响

机床的滑动部件,如龙门刨床和龙门铣床的工作台是蜗杆与蜗轮传动;镗床的工作台是光杆与齿轮及齿轮与齿条传动;磨床的工作台是液压传动;不论哪一种传动,传动系统与滑动部件的连接决不是完全刚性的。从而产生以下的问题:①传动副中存在一定的传动间隙。如镗床的工作台就有光杆与齿轮,齿轮与齿条等多个传递环节,每个环节必须存在一定的间隙。②传动件由于刚性问题必须存在弹性变形。如轴类零件的扭转变形(如传动轴、螺杆、光杆等),这些传动系统可以理解为相当于一个弹簧系统,在驱动工作台滑动工作时,传动件(如传动光杆)刚性越差,弹性变形则越严重,传递动力就越不平稳。所以,在驱动力和摩擦阻力不断地循环变化过程中,又可以理解为一个不断地蓄能、放能的循环过程,即爬行的过程。

下面再以液压传动的磨床来分析这个问题。磨床加工精度高,要求工作平稳性和精确程度高,因此对爬行振动的特殊形式特别敏感。又由于磨床是以油液作为传递动力介质的,所以磨床最容易出现爬行现象。因此,对磨床的爬行的讨论就更有意义。

为什么以油液作为传递动力介质的磨床更容易出现爬行呢?这是因为:①油液具有可压缩性,当然这种可压缩性很小,一般情况下可以忽略不计。尽管如此,油液的刚性毕竟比刚体的刚性要差的多。②在这里关键的问题是组成液压系统的各个环节。如油泵、油管、接头、控制阀、油缸等密封不太严密,在运动的作用下常常会侵入空气。空气侵入液压系统中,或溶解在油液中或形成气泡浮游在油液中。空气的可压缩性则是极大的(大约相当油液的一万倍)。这样,侵入了空气的油液则必然增大了油液本身存在的可缩性。因此,液压驱动系统就成了一个十足的“弹簧环节”。

下面具体分析磨床工作台的爬行情况。从示意图2看,侵入空气的油液进入油缸的左腔,左腔的气泡受到压缩,压缩到一定压力时才能克服工作台与导轨之间的摩擦阻力,工作台开始向右方移动。开始移动的短暂时段内,静摩擦力转变为动摩擦力,摩擦力由大值骤然下降,工作台向右方冲动。此时,左腔的油液压力随之降低,气泡逸出随之膨胀。向右冲动的工作台又使右腔压力油液中的气泡受到压缩,工作台的阻力增大,致使工作台冲动受阻,速度降低,趋向静此。此时左腔的油液压力又增大,直到克服工作台的近乎静摩擦力再向前冲动。如此不断的循环,便形成了工作台时走时停地冲动,即为爬行。

二、消除爬行的措施

1.有效地降低摩擦阻力

有效地改善导轨摩擦阻力的变化环境,在于减小摩擦曲线随运动速度增加而下降的斜率,也就是减小静、动摩擦系数差,其重要措施在于有效地改善润滑环境。

⑴改善导轨的润滑环境,保证较为有效的润滑油量及较好的润滑油油性,粘度适宜。对于工作台载荷大的大型机床应采用粘度高耐磨的专业导轨润滑油。

⑵在单靠润滑油本身难以达到性能要求的情况下,可以通过改善工作面的储油条件(如在平整的工作面表面刮花);加入添加剂,改善润滑油的性能。例如加入三甲酚磷酸脂、硫化鲸鱼油、M0S2油剂等,或者在导轨上涂一层固体M0S2润滑剂。

⑶对大型和高精度机床采用液体静压导轨。液体静压导轨就是在导轨面上开出一定面积的油腔,让压力油通过节流器进入油腔,在两导轨面之间保持一定厚度的油膜,形成完全液体摩擦。这种静压导轨摩擦系数较小,无论滑动速度多么低,工作台均能平稳移动无爬行。但静压导轨结构复杂,成本高,应用受到限制。

⑷在导轨上粘贴一层TSF导轨软带(TSF导轨软带是一种以聚四氟乙烯为基的高分子复合材料,具有优异的摩擦特性,摩擦系数很低,约为铸铁滑动导轨的1/10)。在当机床导轨磨损较重,修复困难时采用TSF导轨软带是一种非常省事的办法。

2.提高传动系统刚性

⑴提高传动零件的加工精度;零部件的装配进度,尽量减小装配间隙。装配合理,如零件的平行、垂直关系,轴的同心,螺纹连接的松紧程度等。

⑵在机械传动中,除尽量减少动力传递层次,对传动类零件从材料和工艺上提高其刚性。

⑶对液压机床主要是防止液压系统的空气侵入。增强液压元件及接合处的密封程度。在快速往复移动的状态下,合理有效的可开启排气阀将空气排出。

三、其它爬行实例消除的措施

1.导轨表面拉伤或液压油缸内锈蚀拉毛

有些机床由于防护装置密封不良,滤油器损坏,机械杂质和金属切削末进入导轨摩擦面或液压油中,从而导致导轨表面拉伤或油缸内表面锈蚀拉气,使其表面粗糙,摩擦阻力增大,工作台不能确保正常运行而导致爬行。

消除方法:①采用耐磨涂层修补拉伤表面,精心修刮导轨,使其平直度和表面粗糙度恢复正常,选用油性好,粘度适当的导轨润滑油。②修刮油缸内锈蚀拉毛处,如果拉毛程度较严重时,可上锉床按间隙配合塞,选用油质好的液压油。

2.机床导轨面缺油,或用油不当或油已经氧化变质,从而使机床产生爬行

消除方法:①机床导轨面必须有充足的润滑油而产生油膜,减小摩擦阻力。②保证油质,因为润滑油在温度升高的条件下,生成氧化胶质,产生酸性腐蚀,使表面发涩。所以对机床回油进行冷却降温,定期换油,检测酸性基础上,防止润滑油的氧化胶质形成。

3.高速转动件处于动平衡,其不平衡点产生离心力而出现机械振动波,波及导轨产生爬行

消除方法:对电机和其它高速部件进行动平衡处理,例如在其底座安装弹性支承板,添置可调千斤顶作支承以抵消高速旋转而产生的离心力,除低自激振动,或垫橡胶、羊毛毡等防振材料,以减少机械振动时对导轨的影响。

机床爬行现象作为一种较为常见的机床故障,引发的原因是多方面的,主要是机械、液压、润滑、电器等几个方面,在这里不能逐一阐述。在实际维修中,须针对具体情况进行分析,从分析中找到问题的症结,以找到解决问题的最佳措施。

金属切削机床范文篇2

引起爬行的原因很多,但主要有以下两个方面。

1.摩擦阻力的变化引起爬行

机床床身导轨工作台导轨面都是经过磨削或刮削获得的,宏观上看是平直而光滑的,但在微观下却总存在有较小间距和峰谷组成的微量高低不平的痕迹。实际上,两接触贴合面只有两面的微峰峰尖接触,所以实际接触面积是非常小的,因而峰尖所承受的压力非常之大,远远超过其弹性变形极限而出现的塑性变形,尤其是大型机床更为突出。此外,发生塑性变形的接触点的金属分子在运动中产生强烈的粘结作用。由于参差不同高度的峰谷会出现互相交错咬合,在相对运动时便产生“犁刨”现象。这便是机床两相对贴合运动导轨表面产生摩擦阻力的主要潜因。

机床的爬行现象主要发生在低速滑动时,因为高速时工作台导轨面在微观存在的较小间距和峰谷间储存着微量油液,在高速作用的贴合运动中容易形成动压油膜,而将两贴合导轨面隔离开,摩擦系数此时是非常小的。然而,在低速滑动时,则较难形成动压油膜,从而出现由微峰直接接触的边界润滑。这时导轨表面的微峰由于直接接触,压力极高,因而发生塑性变形,导致接触处产生局部振动、高热、运动不平稳,出现金属分子的烧结,也称“冷焊”,这时摩擦系数是相当大的。

实验证明,在边界润滑条件下摩擦系数与滑动速度之间呈现如图1所示的函数关系。

在实践中,我们都有这样的经验:需推动一个物体运动所用的力要大于维持这个物体运动所用的力。也就是说静摩擦力(静摩擦系数)大于动摩擦力(动摩擦系)。如图1,μ0表示边界润滑的摩擦系数作为滑动速度的函数曲线。在相互贴合的工作面低速滑动开始的短暂时间内,摩擦系数μ0从静止状态下的最大值开始呈迅速下降趋势至最小值。此时工作台表现为向前冲动,又随速度μ0的增大而开始上升。当上升到较大值时,摩擦阻力增大,工作台趋向静止。此时,由于摩擦阻力的增大,相对的驱动力也随之增大,当驱动力增大到足以克服摩擦阻力时,工作台又重复出现以前那种冲动,驱动力随之减小。这个驱功力和摩擦阻力不断循环变化的过程,就是工作台时走时停的循环冲动的过程,这便是爬行。

2.滑动部件的驱动系统的刚性对爬行的影响

机床的滑动部件,如龙门刨床和龙门铣床的工作台是蜗杆与蜗轮传动;镗床的工作台是光杆与齿轮及齿轮与齿条传动;磨床的工作台是液压传动;不论哪一种传动,传动系统与滑动部件的连接决不是完全刚性的。从而产生以下的问题:①传动副中存在一定的传动间隙。如镗床的工作台就有光杆与齿轮,齿轮与齿条等多个传递环节,每个环节必须存在一定的间隙。②传动件由于刚性问题必须存在弹性变形。如轴类零件的扭转变形(如传动轴、螺杆、光杆等),这些传动系统可以理解为相当于一个弹簧系统,在驱动工作台滑动工作时,传动件(如传动光杆)刚性越差,弹性变形则越严重,传递动力就越不平稳。所以,在驱动力和摩擦阻力不断地循环变化过程中,又可以理解为一个不断地蓄能、放能的循环过程,即爬行的过程。

下面再以液压传动的磨床来分析这个问题。磨床加工精度高,要求工作平稳性和精确程度高,因此对爬行振动的特殊形式特别敏感。又由于磨床是以油液作为传递动力介质的,所以磨床最容易出现爬行现象。因此,对磨床的爬行的讨论就更有意义。

为什么以油液作为传递动力介质的磨床更容易出现爬行呢?这是因为:①油液具有可压缩性,当然这种可压缩性很小,一般情况下可以忽略不计。尽管如此,油液的刚性毕竟比刚体的刚性要差的多。②在这里关键的问题是组成液压系统的各个环节。如油泵、油管、接头、控制阀、油缸等密封不太严密,在运动的作用下常常会侵入空气。空气侵入液压系统中,或溶解在油液中或形成气泡浮游在油液中。空气的可压缩性则是极大的(大约相当油液的一万倍)。这样,侵入了空气的油液则必然增大了油液本身存在的可缩性。因此,液压驱动系统就成了一个十足的“弹簧环节”。

下面具体分析磨床工作台的爬行情况。从示意图2看,侵入空气的油液进入油缸的左腔,左腔的气泡受到压缩,压缩到一定压力时才能克服工作台与导轨之间的摩擦阻力,工作台开始向右方移动。开始移动的短暂时段内,静摩擦力转变为动摩擦力,摩擦力由大值骤然下降,工作台向右方冲动。此时,左腔的油液压力随之降低,气泡逸出随之膨胀。向右冲动的工作台又使右腔压力油液中的气泡受到压缩,工作台的阻力增大,致使工作台冲动受阻,速度降低,趋向静此。此时左腔的油液压力又增大,直到克服工作台的近乎静摩擦力再向前冲动。如此不断的循环,便形成了工作台时走时停地冲动,即为爬行。

二、消除爬行的措施

1.有效地降低摩擦阻力

有效地改善导轨摩擦阻力的变化环境,在于减小摩擦曲线随运动速度增加而下降的斜率,也就是减小静、动摩擦系数差,其重要措施在于有效地改善润滑环境。

⑴改善导轨的润滑环境,保证较为有效的润滑油量及较好的润滑油油性,粘度适宜。对于工作台载荷大的大型机床应采用粘度高耐磨的专业导轨润滑油。

⑵在单靠润滑油本身难以达到性能要求的情况下,可以通过改善工作面的储油条件(如在平整的工作面表面刮花);加入添加剂,改善润滑油的性能。例如加入三甲酚磷酸脂、硫化鲸鱼油、M0S2油剂等,或者在导轨上涂一层固体M0S2润滑剂。

⑶对大型和高精度机床采用液体静压导轨。液体静压导轨就是在导轨面上开出一定面积的油腔,让压力油通过节流器进入油腔,在两导轨面之间保持一定厚度的油膜,形成完全液体摩擦。这种静压导轨摩擦系数较小,无论滑动速度多么低,工作台均能平稳移动无爬行。但静压导轨结构复杂,成本高,应用受到限制。

⑷在导轨上粘贴一层TSF导轨软带(TSF导轨软带是一种以聚四氟乙烯为基的高分子复合材料,具有优异的摩擦特性,摩擦系数很低,约为铸铁滑动导轨的1/10)。在当机床导轨磨损较重,修复困难时采用TSF导轨软带是一种非常省事的办法。

2.提高传动系统刚性

⑴提高传动零件的加工精度;零部件的装配进度,尽量减小装配间隙。装配合理,如零件的平行、垂直关系,轴的同心,螺纹连接的松紧程度等。

⑵在机械传动中,除尽量减少动力传递层次,对传动类零件从材料和工艺上提高其刚性。

⑶对液压机床主要是防止液压系统的空气侵入。增强液压元件及接合处的密封程度。在快速往复移动的状态下,合理有效的可开启排气阀将空气排出。

三、其它爬行实例消除的措施

1.导轨表面拉伤或液压油缸内锈蚀拉毛

有些机床由于防护装置密封不良,滤油器损坏,机械杂质和金属切削末进入导轨摩擦面或液压油中,从而导致导轨表面拉伤或油缸内表面锈蚀拉气,使其表面粗糙,摩擦阻力增大,工作台不能确保正常运行而导致爬行。

消除方法:①采用耐磨涂层修补拉伤表面,精心修刮导轨,使其平直度和表面粗糙度恢复正常,选用油性好,粘度适当的导轨润滑油。②修刮油缸内锈蚀拉毛处,如果拉毛程度较严重时,可上锉床按间隙配合塞,选用油质好的液压油。

2.机床导轨面缺油,或用油不当或油已经氧化变质,从而使机床产生爬行

消除方法:①机床导轨面必须有充足的润滑油而产生油膜,减小摩擦阻力。②保证油质,因为润滑油在温度升高的条件下,生成氧化胶质,产生酸性腐蚀,使表面发涩。所以对机床回油进行冷却降温,定期换油,检测酸性基础上,防止润滑油的氧化胶质形成。

3.高速转动件处于动平衡,其不平衡点产生离心力而出现机械振动波,波及导轨产生爬行

消除方法:对电机和其它高速部件进行动平衡处理,例如在其底座安装弹性支承板,添置可调千斤顶作支承以抵消高速旋转而产生的离心力,除低自激振动,或垫橡胶、羊毛毡等防振材料,以减少机械振动时对导轨的影响。

机床爬行现象作为一种较为常见的机床故障,引发的原因是多方面的,主要是机械、液压、润滑、电器等几个方面,在这里不能逐一阐述。在实际维修中,须针对具体情况进行分析,从分析中找到问题的症结,以找到解决问题的最佳措施。

金属切削机床范文篇3

关键词:机械制造装备设计;实践观摩;切削机床;机床夹具

在制造装备制造业大力发展的今天,装备制造业的发展程度严重影响着一个国家制造业发展的水平,在整个国民经济中处于十分重要的战略地位,而发展大型、高精密数控装备及功能部件等重大技术设备,改善大型、高精度数控机床大量依赖进口的局面,增强自主创新能力,培养掌握机械制造装备核心技术的专业人才是当前我国制造业发展的当务之急。机械制造装备设计课程,是机械设计制造及其自动化专业本科生在熟练掌握机械原理、机械设计、机械制造技术基础、机械传动与控制等前期基础理论课程的前提下,所必修的一门重要的专业课。该课程包含了机械制造及装备设计方法、金属切削机床设计、典型部件设计、夹具设计、物流系统设计、机械加工生产线总体设计等相关理论内容,在一定程度上能够使学生了解机械制造装备设计的基本过程和步骤,掌握基本的原理和方法,能够进行一定的总体方案设计和相关结构设计,为学生在机械制造装备领域内进行相关的创新设计、研究和深层次的开发工作打下坚定的基础,为国家装备制造业的发展提供不懈的前进动力。然而机械制造装备设计课程实践性与应用性强、知识面广、对学生所掌握知识的综合运用能力要求较高,学生在学习过程中不能够将理论与实践知识相互映射,一定程度上降低了学生对其知识的主动接受能力,学生的学习兴趣差。为此,在机械制造装备设计课程教学过程中,本文提出基于实践观摩的机械制造装备设计教学方法,力图能够间接增加学生对相关机械制造装备及其零部件结构的认识,使学生在理论知识与实践应用之间建立相互的映射,尝试消除学生对所学理论知识的接受瓶颈,提高学生的主动接受能力。

一、机械制造装备设计课程教学现状

机械制造装备设计课程的知识面广、内容驳杂,对相关专业知识和实践知识要求高,重视学生对所学知识的综合、实际应用能力的培养。由于学生缺乏丰富的实践经验和较高的专业理论水平,学生感觉课程内容十分的晦涩难懂,降低了学生对所学知识的主动接受能力,单纯的理论课堂授课模式难以达到预期效果。目前主要存在以下几点问题。

1.目前,针对机械制造装备设计课程建设和教学改革的研究尚没有引起足够的重视导致教学方式较为单一,大多数教师依旧沿用传统的体系与架构,采用单一的填鸭式的灌输。根据机械制造装备设计教学大纲要求理论讲授为32学时,而其课程知识点繁多,为了能够将课程知识点面面俱到,教师普遍采用填鸭式的灌输方式,在有限的时间内将大量的知识和信息传递给学生。学生在课堂上没有足够的时间进行思考,致使学生对所学知识兴趣缺乏,打击学生的学习积极性和自信心。

2.教学缺乏实验和实践教学环节,学生无法将理论知识与实践知识产生必要的映射关系,甚至有些高校所开的实验课与该课程所讲装备的机构关联性较少,比如大多数高校开设的金工实习,也只是让学生能够简单接触一些普通车床,而不能够了解其内部机构,学生无法理解所学到的理论知识,乃至出现学生为了通过最终的考试,自始至终都抱着对所学知识的怀疑态度去强硬记忆知识的现象。

3.课程教学考核机制单一,一般采用课堂考核、平时作业和期末考试成绩作为评价学生学习效果的标准。机械制造装备设计课程被安排在机械原理、机械设计和机械制造技术基础等专业基础课之后,其目的是为了能够使学生将本科阶段所学知识在遇到实际问题时能够进行综合运用,而单一考核机制导致学生身在课堂心在外、作业抄袭现象普遍和考前临时突击背知识点,不利于学生综合能力和创新能力的提高。

二、基于实践观摩教学模式的理论基础

开设机械制造装备设计课程的学生在前期课程中学习了机械制造技术基础、机械传动与控制等,并进行了金工实习,对金属切削过程有了较深的认识和理解,但是对于切削机床的基本组成及典型部件的结构并没有比较清晰的认识,学生对机械制造装备的认识严重不足。根据机械制造装备设计课程的教学大纲和考试大纲,机械制造装备设计的重点内容主要是金属切削机床设计、典型部件设计和机床夹具设计。对于机械制造装备的基本机构及相关部件没有任何了解的情况下,教师采用“填鸭式”的理论授课方式,会使学生对这些内容难以接受和理解,更是限制了学生对机床及夹具相关结构创新设计能力的提升。地方高校可结合自身教学硬件设施及资金情况,将普通车床、铣床、磨床,甚至是数控机床,按照主传动系、进给传动系和控制系统进行拆解,在理论授课的同时开设1—2节课的实践观摩课,让学生能够直接观察各种机床的主传动系、进给传动系和控制系统的零部件组成等,促进学生对教材理论知识的接受和理解水平的提高,实现理论与实际的结合。对于机床夹具设计部分,高校也应结合自身特色,从附近企业购买,或通过校友捐赠方式向学生展示常规机床夹具的基本构件组成,甚至可以联合学校工程培训中心利用机床专用夹具加工一两个零件,让学生认识到机床夹具在零件加工过程中的重要性。

三、实践观摩教学模式的探索

1.实践观摩教学内容准备。基于实践观摩教学模式的课堂教学除了理论讲授知识,最重要的是结合地方高校自身特色使学生能够对切削机床及机床夹具的基本机构及相关部件进行初步的直觉认识,提高学生对理论讲授知识的接受和理解程度。机械制造装备课程设计的课时较少,为了能够提高学生对课程重点知识的学习效果,教师应该对机械制造及装备设计方法、物流系统设计、机械加工生产线总体设计等相关知识点进行简单讲解结合学生自学的方式,来提高课堂教课效果。教学模式改革的最重要环节在于教师必须要对切削机床和机床夹具的基本机构和关键构件有较为深入的了解,特别是青年教师刚刚走出校园,走进教学岗位,没有与实际生产相关联的实践经验,需要青年教师大量阅读关于切削机床和机床夹具设计的相关资料,提前分析学校购买的机床主运动系、进给运动系、控制系统和机床夹具,同时结合有关机械制造装备设计的相关科研文献,全面掌握切削机床和夹具的基本机构及典型部件的组成。

2.实践观摩教学方法和手段。为了使现代课堂能够更加激发学生的学习积极性,提高学生对所学知识的接受程度,现代课堂教学提倡讨论式、启发式、问题引导式、案例式教学方法。实践观摩教学倡导先对学生理论授课切削机床及机床夹具的理论知识,然后在工程训练中心实际观摩切削机床主运动系、进给运动系、控制系统系和机床夹具的基本机构及典型构件等。在观摩过程中,可以将每个班级进行分组,让同学们按组研讨切削机床和机床夹具的基本机构及典型构件,而且为了预防个别同学在实践观摩过程中存在懒散现象,可以提前给学生下达观摩作业,如需要每人提交一份关于主运动系、进给运动系、控制系统和机床夹具的观摩体会,促进学生能够将理论与实践相结合。

3.实践观摩教学的考核方式。为了促进学生的学习积极性,提高学生的学习兴趣,克服学生的学习惰性,克服学生的考前突击、重理论、轻实践等不利现象,培养学生的创新精神,促成培养目标的达成,机械制造装备设计课程的考核方式必须改变以前单一的考核方式。机械制造装备设计为考试课,以前采用考试成绩+平时成绩进行考核,其中考试成绩占70%,平时成绩占30%(平时考勤占15%,作业占15%)。这种考核方式重理论、轻实践,忽视了学生综合应用能力的培养,没有突出创新能力在高等教育中的重要性。实践观摩教学的考核方式应采用“日常课堂教学考核+创新实践考核+期末闭卷考试”模式。日常课堂教学考核要从课堂考勤、考勤等方面综合考核,综合考察学生的上课积极性和主观能动性。创新实践考核结合实践观摩教学环节进行,考查学生实践观摩课的积极性、理论与实践结合水平以及创新能力等。期末闭卷考试应该减少客观题,甚至是无客观题,增加主观题和综合应用题的题型,将试题的大部分内容集中在切削机床主运动系、进给运动系、控制系统和夹具的设计。

4.毕业设计。毕业设计是普通高等院校各专业教学计划中的重要组成部分,对学生四年本科阶段所学理论与实践知识的深化和升华,着重培养学生利用校内外各项资源来检索所需知识并解决实际问题的综合能力,特别是对于学生综合能力的提高、理论与实践能力的结合具有重大的推动作用。作为机械设计制造及自动化专业的教师,在为本科生布置毕业设计题目时要以普通机床或数控机床典型部件或组件的设计、机械典型零件的加工工艺及工具设计等为主要的选题方向,让学生能够把机械制造装备设计课程中所学的理论知识,真正地用于实际设计工作中,并且指导教师要要求学生在机械制造装备设计教材或现有典型部件结构、现有零件夹具结构的基础上,创造性地设计出具有独特功能的机构或结构,提高学生的创新能力。

四、结论

机械制造装备设计课程知识面广、实践性与应用性强、对学生所掌握知识的综合运用能力要求较高。基于实践观摩的机械制造装备设计教学模式的实施能够填补本科生对实践应用经验的不足,提高学生对课程理论知识点的接受水平,激发学生的学习积极性,促进学生创新能力的培养。

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金属切削机床范文篇4

关键词:数控机床;机械加工;应用

随着时代的进步,微电子和计算机技术的飞速发展,以及数字控制技术的出现,机械行业发生了巨大的变化,人们开始把两者集合起来制成了数控机床,导致数控机床的应用前景愈来愈广泛,可以实现多个坐标的联合作用,生产所需的材料准备周期短,能够较快速地完成标准的产品生产,另外机械加工产品市场需求量份额大,采用精确的程序编程对产品进行自动加工,工作效率和质量得到大幅度的保障。数控机床实现了现代机械制造生产系统的统一,实现了设计、制造、检验和生产管理的自动化。若需要生产另一种产品,就需要编制出相应的程序,机械会根据输入的程序,在启动后,自动地连续加工,直到产品生产完成,这样的生产效率是人无法比拟的。

1数控机床的相关认识

1.1数控机床的组成及原理

数控机床主要由编程和程序载体、输入输出设备、数控设备、驱动设备和位置检测设备、辅助控制设备和机床本体组成。工作原理:首先根据加工零件图纸和过程,代码和程序格式与专业技术人员到相应的程序,那么,将需要输入数控装置,数控设备的数控程序控制身体的运动机器停止和速度,和变化的方向运动,速度和位移,交流,和其他如工具选择、工件夹紧,放松冷却和润滑动作的切换,使刀具和工件等辅助设备严格按照工艺顺序、工艺轨迹和工作参数的规定,根据这一套完整的程序从而加工出符合要求的零件产品。

1.2数控机床的特点

(1)智能化:数控机床技术的智能化体现在数控技术在机械行业的应用中,保证了加工效率和质量的智能化实现。此外,还能保证操作、实时监控、维护、诊断和编程的智能化实现。

(2)生产效率高:数控机床比较依赖于机械的连贯,从中涉及到多个学科的交融,这种数控技术得益于控制科学、电子、力学、计算机科学等技术的成熟,能够满足现代生产的需要,保证生产自动化的实现,在人为的干预下,快速进行机械化生产。

(3)经济效益高:与过去的人为操作相比,数控机床加工技术的应用能满足高标准和严格的要求复杂,精密零件加工,确保产品质量完全保证快速处理完成,并提高产品的份额通过缩短时间效益,从而实现企业经济效益的大幅增长。此外,它还可以确保智能和自动操作的完成,有效减少人为错误造成的额外损失,不会造成产品的浪费。

(4)柔性化与集成化:通过工程师们的不断精进,数控机床技术开始变得越来越柔性化,并不断朝着点、线、面、体趋势带动零件的发展。

(5)高速化、精度化程度与可靠性能强:通过数控机床一体化的操作技术,能够高速提升进给速度与主轴转速,使零件的加工生产顺畅。其精度属于亚微米级与纳米级别,一般在0.005-0.1mm之间,另外,数控系统的稳定可靠性能要高出普通车床很多,比如在矿用截齿的机械加工过程中,就有很强的优势。

2数控机床在矿用机械加工中的应用

(1)数控机床适合大批量加工的零件:矿用机械加工中需要的大批量产品,都可以经过数控机床来完成,制造成本可以大幅度降低。通过降低数控机床的制造成本,减少程序调试所花费的时间,也可以有效地减少加工设备的准备时间,实现零件整体加工时间的收紧,从而增加企业的经济效益。

(2)控制金属切削机床:通过数控机床技术,将光学、电、力学、计算机科学等学科整合为一个连续的整体。根据加工工场和技术的要求和规定,可对加工质量、材料性能、加工精度等产品参数进行分解。因此,数控系统的可靠性是稳定的,符合金属切削技术的要求和规定。

(3)高速加工应用实例分析:晋城菲利普斯机械部件制造有限公司从以前的4台普通车床更换为2台数控机床后,加工的矿用截齿系列产品得到大幅度的提高。总之,当今时代的进步和发展,使数控机床的应用成为一种必然和重要的发展趋势,是释放人力资源的最佳途径。它在机械加工中的应用也是其他设备不可替代的,对提高生产效率和生产效率具有重要作用。

数控机床的智能化,对技术人员的要求变得更多,相关人员需要掌握更多的知识,对他们的文化水平也有高的要求,有必要对数控机床有深入的了解,探索其相应的结构特点和性能,使其在加工中发挥更有利的作用。数控机床广泛应用,不仅提高了生产效率,确保产品质量稳定,缩短生产周期,降低生产成本,还可以减少劳动强度,改善工作条件,创建必要的数控机床的加工自动线自来水条件,可以让人自由的努力。

参考文献

[1]陈博.基于人机工程学的数控车床人机界面的设计研究[D].西安工程大学,2015.

[2]周志恒.数控车床切削过程能耗预测建模及参数优化[D].华中科技大学,2016.

[3]何佳龙.数控车床切削力谱的编制及其在功能部件可靠性试验中的应用[D].吉林大学,2017.

金属切削机床范文篇5

关键词:应用型人才;机械制造工程学;教学改革

当前我国高等教育就人才培养而言,改变了过去行业专家的培养模式,力求造就知识面较广、适应性较强的宽厚型、复合型、开放型的应用型人才。“机械制造工程学”是机械设计制造及其自动化专业的一门重要专业核心课程,由“金属切削机床”、“金属切削原理与刀具”、“机械制造工艺学”、“机床夹具设计”四门课程整合而成,具有较强的理论性、实践性等特点[1-3],在整个机械基础课程中起到承上启下的重要作用。但是这门课的内容多,开课时间却十分有限,学时变为原来四门课程总学时的1/3左右,为了能完成教学任务,过去教师常采用“一言堂”、“满堂灌”的单向灌输的教学模式,但这种模式无法达到实践的要求,导致学生学习效果很差。[4]同时,传统的教育方式在教学上往往局限于对课本知识的记忆,无法激发出学生的创新思维,很难高质量地达到对学生解决问题能力的培养[4],所以为了培养适应性较强的宽厚型、复合型、开放型的应用型人才,对“机械制造工程学”课程进行教学改革是迫在眉睫。

一、优化教学内容

“机械制造工程学”课程结构安排上侧重机械制造方面冷加工领域的基本知识、基本原理和基本方法。由于“机械制造工程学”课程包括“金属切削机床”、“金属切削原理与刀具”、“机械制造工艺学”和“机床夹具设计”的内容,内容广而多,并且原各独立课程内部需要体系上和结构上的完整性,因此有些相同内容在不同科目中重复,增加了不必要的学时。根据这种情况,对于教学内容的改革,力求做到内容精练、有重点、有特色,在保留了原有课程核心内容的前提下,对课程内容体系进行合理规划和调整。在教学内容选择上以应用为目的,以必需、够用为度。这里重点将原“金属切削原理与刀具”分为两部分,即切削加工基本知识部分和刀具部分,并根据刀具的用途,将刀具部分和机床部分相结合,如车床和车刀、铣床和铣刀等,这样安排便于加深学生对于刀具具体应用的掌握。具体将“机械制造工程学”课程分为五个教学模块。第一个模块为切削加工基本知识,侧重以掌握概念、强化应用为重点,简化了切削变形、切削力和切削温度等公式推导,重点是掌握金属切削过程中的内在关系和基本规律;第二个模块为机床和刀具,重点掌握切削加工中常用的机床和机床所用的刀具;第三个模块为机床夹具,掌握机床夹具设计的基本原理和方法,了解常用机床夹具的结构及特点,重点培养学生具有设计夹具的初步能力;第四模块为加工和装配工艺,以制造工艺为主线,掌握机械加工工艺过程和装配工艺过程的基本理论与知识,培养学生具有设计工艺规程的初步能力;第五个模块为加工质量,重点培养学生初步具备综合分析机械加工质量、生产率和经济性等问题的基本能力。

二、构建四位一体教学模式

由于该课程的内容覆盖面广,信息量大,原来传统的教学模式已不能适应新的教学内容的需要,根据课程和学生的特点,建立了四位一体的教学模式,该模式包括四个环节:课堂教学、实验教学、课程设计、小论文和学习报告,四者关系如图1所示。课堂教学是基础,是知识积累的过程;实验教学和课程设计是实训,初步锻炼学生的实际应用能力;而小论文或学习报告是知识的拓展,通过增加该环节,能够提高学生查阅专业文献的能力,扩大学生该课程的知识面,也有利于教师更全面地掌握学生的学习情况。

三、创新教学方法与手段

“机械制造工程学”课程有较强的理论性、实践性、应用性等特点,课程的内容与生产实践联系十分紧密,各种加工设备、工艺方法等只靠传统方法来讲解,不仅枯燥无味,而且难以表达清楚。所以在“机械制造工程学”课程中应尽量采用理论教学、实验教学等多种形式相结合的方式进行教学,以提高教学效果。在新的教学方法中要改变以教师为中心的传统理念,树立“以学生为本”的教育理念,因此在教学过程中要调整教与学的关系,要遵循“学生是教育教学活动的主体”原则。[5]在课程讲解中采用传统讲授法与现代教学手段相配合的方式,联系生产实际讲授应用性的基本理论和基本方法,采用多媒体、板书等方法交替进行。对于教学中难以表达、难以理解的抽象内容,利用多媒体视频等手段予以解决,增加课程内容的趣味性与直观性,充分调动学生的积极性和主动性,有效地突破教学重点与难点。同时还根据教学内容采用以下教学方法。(一)讨论式教学法对课程核心内容可采用课堂讨论的形式,要始终让学生参与到教学过程中,改变“一言堂”的教学模式,这样能很好地激发学生的学习积极性和主动性,学生对所学知识的理解会更深刻。例如在讲解CA6140型车床螺纹进给传动链时,先通过公制螺纹讲解,教会学生如何分析螺纹传动链,使他们掌握分析传动链的方法和步骤。然后对于模数制螺纹、英制螺纹、径节螺纹传动链就可以采用讨论式教学法引导学生讨论分析,激发了大家的学习兴趣,并以此来培养学生综合分析问题和解决问题的能力。(二)项目教学法“机械制造工程学”课程实践性强,由于学生尚未有工程概念,结果造成学生对教学内容理解不足,不知道学了以后如何应用,难以激起学生的学习热情和积极性。例如在讲授工艺规程制定时,如果只是单纯讲解工艺路线编制的基本内容和基本原则,学生没有直观的认识,很难理解相应知识,因此学生在后期课程设计具体应用时,常常不知道某一表面加工时,该采用哪种加工方法、使用什么样的刀具和采用哪种机床。所以在讲授这部分内容时,可以采用项目教学法,以典型零件加工为例,如轴类零件加工,通过轴类工艺规程的制定,讲授和讨论要完成这一项目的相关内容,最后通过项目的完成,学生对工艺规程制定的教学内容能够深入理解,能够学以致用,大大地提高学生的学习质量。

四、改革实践教学环节

实践教学环节是学生提高实践技能的重要环节,对学生分析和解决生产实际问题能力的提高起着十分重要的作用,本课程的实践教学包括课程实验和课程设计。在实验教学环节,进一步充实、完善、发挥实验室的功能,不断开拓新的实验项目,满足不断发展的教学需要。目前根据“机械制造工程学”课程的特点开设了验证性实验和综合性实验,同时日常还对实验室进行开放,学生可利用业余时间到实验室了解常用的加工设备、工艺装备,还可以进行零件的加工等,更好地培养学生独立思考的能力,提高学生的感性认识和动手能力。“机械制造工程学”课程设计是培养学生工程能力另一重要的环节,内容主要包括零件机械加工工艺规程设计和专用机床夹具设计。课程设计首要的问题是设计题目的选择,尽可能结合学生掌握的程度,选择难度适中,与实际生产紧密结合的题目。同时为了提高课程设计质量,提前下达设计题目,让学生在课程学习过程中熟悉设计任务,引导其积极、主动地学习相关知识。

五、增加小论文或学习报告

该课程知识面广、实践性强,要讲授好这门课的难度很大。随着教学改革的不断深入,教学质量在不断提高,但受学时的限制,虽然讲授的内容多而广,但有些具体内容又显得不够。如在教学中对刀具的讲解原则上只以车刀为例,对于成形表面加工刀具、螺纹加工刀具等常用表面的加工刀具讲得很少或省略不讲,其深度和广度都不够,而这些内容在工艺设计中又是非常重要的,导致学生在实际应用时有些细节问题不可能去认真思考,从而影响了教学效果,因此有必要通过其他方式让学生补充这方面的知识。同时,了解制造技术的新发展,有利于激发学生的学习兴趣,提高学生自主学习的能力。六、完善多元化成绩评价体系针对“机械制造工程学”课程的特点和教学要求,结合应用型人才培养模式的要求,采用基于过程的多元化综合考核方式,学生的期末课程总评成绩由4部分构成,分别为课堂考核、实验考核、知识拓展考核和期末考试。课堂考核占总成绩的20%,主要考核学生平时课堂出勤、作业、课堂表现等等。实验考核占总成绩的10%;知识拓展考核占总成绩的10%,以学生所写的小论文或学习报告来考核。期末考试占总成绩的70%,采用闭卷考试方式进行,主要考核理论知识和知识的应用。在多元化的成绩评价体系中增大实践部分的内容,注重对学习过程的考核,这样的考核体系大大提高了学生的学习主观能动性和实际动手能力。“机械制造工程学”课程具有很强的实践性,因此,在“机械制造工程学”教学中要强化实践教学,注重工程实际应用,增强学生的实践能力和创新思维能力,为应用型人才培养打下坚实的基础。

参考文献:

[1]汪洪峰,左敦稳,汪建利.《机械制造工程》教学改革设想[J].滁州学院学报,2002,(5).

[2]彭海燕,王晓军,周莉等.机械制造技术基础课程教学改革的探讨[J].广东技术师范学院学报,2008,(9).

[3]左敦稳,李军,黎向锋等.国内部分高校机械制造技术类专业必修课的比较研究[J].南京航空航天大学学报:社会科学版,2009,(1).

[4]成仕兰.提高《机械制造基础》课程教学效率的研究[J].当代职业教育,2013,(4).

金属切削机床范文篇6

[论文摘要]本文通过对高速切削加工技术的优越性和巨大经济效益的分析,全面论述了高速切削对机床设备及刀具系统的具体要求,阐述了高效率、高精度、高柔性和绿色化的高速切削加工技术是机械加工领域的发展趋势。

1高速切削的概念

当切削速度超过被切削材料临界切削速度时,切削温度下降,切削抗力减小,刀具使用寿命延长。目前,主轴转速高达60000r/min,进给速度高达90m/min,加速度达到1.7g的高速切削机床已商品化。并在航天、模具、汽车等行业的实际应用中,产生了巨大的技术经济效益。高速切削加工不但要求切削主轴的高转速,而且要求轴向进给的高速度和高加速度、先进的切削刀具等相关的关键技术。高速切削应该是可靠的高速切削。通常将切削速度和进给速度达到常规机床5~10倍的切削加工称之为高速切削。然而,根据Salomon的高速切削理论,高速切削应为切削温度不再随切削速度的提高而上升,且以高切削速度、高切削精度、高进给速度与加速度为主要特征的切削加工。因此,对于不同的材料,高速切削的速度范围是不同的。目前,常用材料的高速切削范围:铝合金为1000~7000m/min,碳钢为500~2000m/min,钛合金为i00~1000m/min。

2机床选择

现阶段,为了实现高速切削加工,一般采用高柔性的高速数控机床、加工中心,也有采用专用的高速铣、钻床。这些设备的共同之处是:必须同时具有高速主轴系统和高速进给系统,才能实现材料切削过程的高速化。高速切削与传统切削最大的区别是,“机床—刀具—工件”系统的动态特性对切削性能有更强的影响力。在该系统中,机床主轴的刚度、刀柄形式、刀长设定、主轴拉刀力、刀具扭力设定等,都是影响高速切削性能的重要因素。在高速切削中,材料去除率即单位时间内材料被切除的体积,通常受限于“机床—刀具—工件”工艺系统是否出现“颤振”。因此,为了满足高速切削加工的需求,首先要提高机床动静刚度尤其是主轴的刚度特性。现阶段高速切削之所以能够成功,一个很关键的因素在于对系统动态特性问题的掌握和处理能力。为了更好地描述机床主轴的刚度特性,工程上提出新的无量纲参数一DN值,用以评价机床的主轴结构对高速切削加工的适应性。所谓DN值即“主轴直径与每分钟转速之积”。新近开发的加工中心主轴DN值大都已超过100万。为了减轻轴承的重量,还采用了比钢制品要轻得多的陶瓷球轴承;轴承润滑方式大都采用油气混合润滑方式。在高速切削加工领域,目前已开发空气轴承和磁轴承以及由磁轴承和空气轴承合并构成的磁气/空气混合主轴。在机床进给机构方面,高速切削加工所用的进给驱动机构通常都为大导程、多头高速滚珠丝杠,滚珠采用小直径氮化硅陶瓷球,以减少其离心力和陀螺力矩;采用空心强冷技术来减少高速滚珠丝杠运转时由于摩擦产生温升而造成的丝杠热变形。近几年来,用直线电机驱动的高速进给系统问世,这种进给方式取消了从电动机到工作台溜板之间的一切中间机械传动环节,实现了机床进给系统的零传动。由于直线电机没有任何旋转元件,不受离心力的作用,可以大大提高进给速度。直线电机的另一大优点是行程不受限制。直线电机的次极是一段一段连续铺在机床的床身上。次极铺到哪里,初极工作台就可运动到哪里,而且对整个进给系统的刚度没有任何影响。采用高速丝杠或直线电机,能够大大提高机床进给系统的快速响应。直线电机最高加速度可达2~10G,最大进给速度可达60~200m/min或更高。此外,机床的运动性能也将直接影响加工效率和加工精度。在模具及自由曲面的高速切削加工中,主要采用小切深大进给的加工方法。要求机床在大进给速度条件下,应具有高精度定位功能和高精度插补功能,特别是圆弧高精度插补。圆弧加工是采用立铣刀或螺纹刀具加工零部件或模具时,必不可少的加工方法。

3刀具选择

3.1刀具材料的发展高速切削技术发展的历史,也就是刀具材料不断进步的历史。高速切削的代表性刀具材料是立方氮化硼(CBN)。端面铣削使用CBN刀具时,其切削速度可高达5000m/min,主要用于灰口铸铁的切削加工。聚晶金刚石(PCD)刀具被称之为2l世纪的刀具,它特别适用于切削含有SiO2的铝合金材料,而这种金属材料重量轻、强度高,广泛地应用于汽车、摩托车发动机、电子装置的壳体、底座等方面。目前,用聚晶金刚石刀具端面铣削铝合金时,5000m/min的切削速度已达到实用化水平,此外陶瓷刀具也适用于灰口铸铁的高速切削加工;

3.2涂层刀具CBN和金刚石刀具尽管具有很好的高速切削性能,但成本相对较高。采用涂层技术能够使切削刀具既价格低廉,又具有优异性能,可有效降低加工成本。现在高速加工用的立铣刀,大都采用TiAIN系的复合多层涂镀技术进行处理,如目前在对铝合金或有色金属材料进行干式切削时,DLC(DiamondLikeCarbon)涂层刀具就受到极大的关注,预计其市场前景十分可观;

金属切削机床范文篇7

当切削速度超过被切削材料临界切削速度时,切削温度下降,切削抗力减小,刀具使用寿命延长。目前,主轴转速高达60000r/min,进给速度高达90m/min,加速度达到1.7g的高速切削机床已商品化。并在航天、模具、汽车等行业的实际应用中,产生了巨大的技术经济效益。高速切削加工不但要求切削主轴的高转速,而且要求轴向进给的高速度和高加速度、先进的切削刀具等相关的关键技术。高速切削应该是可靠的高速切削。通常将切削速度和进给速度达到常规机床5~10倍的切削加工称之为高速切削。然而,根据Salomon的高速切削理论,高速切削应为切削温度不再随切削速度的提高而上升,且以高切削速度、高切削精度、高进给速度与加速度为主要特征的切削加工。因此,对于不同的材料,高速切削的速度范围是不同的。目前,常用材料的高速切削范围:铝合金为1000~7000m/min,碳钢为500~2000m/min,钛合金为i00~1000m/min。

2机床选择

现阶段,为了实现高速切削加工,一般采用高柔性的高速数控机床、加工中心,也有采用专用的高速铣、钻床。这些设备的共同之处是:必须同时具有高速主轴系统和高速进给系统,才能实现材料切削过程的高速化。高速切削与传统切削最大的区别是,“机床—刀具—工件”系统的动态特性对切削性能有更强的影响力。在该系统中,机床主轴的刚度、刀柄形式、刀长设定、主轴拉刀力、刀具扭力设定等,都是影响高速切削性能的重要因素。在高速切削中,材料去除率即单位时间内材料被切除的体积,通常受限于“机床—刀具—工件”工艺系统是否出现“颤振”。因此,为了满足高速切削加工的需求,首先要提高机床动静刚度尤其是主轴的刚度特性。现阶段高速切削之所以能够成功,一个很关键的因素在于对系统动态特性问题的掌握和处理能力。为了更好地描述机床主轴的刚度特性,工程上提出新的无量纲参数一DN值,用以评价机床的主轴结构对高速切削加工的适应性。所谓DN值即“主轴直径与每分钟转速之积”。新近开发的加工中心主轴DN值大都已超过100万。为了减轻轴承的重量,还采用了比钢制品要轻得多的陶瓷球轴承;轴承润滑方式大都采用油气混合润滑方式。在高速切削加工领域,目前已开发空气轴承和磁轴承以及由磁轴承和空气轴承合并构成的磁气/空气混合主轴。在机床进给机构方面,高速切削加工所用的进给驱动机构通常都为大导程、多头高速滚珠丝杠,滚珠采用小直径氮化硅陶瓷球,以减少其离心力和陀螺力矩;采用空心强冷技术来减少高速滚珠丝杠运转时由于摩擦产生温升而造成的丝杠热变形。近几年来,用直线电机驱动的高速进给系统问世,这种进给方式取消了从电动机到工作台溜板之间的一切中间机械传动环节,实现了机床进给系统的零传动。由于直线电机没有任何旋转元件,不受离心力的作用,可以大大提高进给速度。直线电机的另一大优点是行程不受限制。直线电机的次极是一段一段连续铺在机床的床身上。次极铺到哪里,初极工作台就可运动到哪里,而且对整个进给系统的刚度没有任何影响。采用高速丝杠或直线电机,能够大大提高机床进给系统的快速响应。直线电机最高加速度可达2~10G,最大进给速度可达60~200m/min或更高。此外,机床的运动性能也将直接影响加工效率和加工精度。在模具及自由曲面的高速切削加工中,主要采用小切深大进给的加工方法。要求机床在大进给速度条件下,应具有高精度定位功能和高精度插补功能,特别是圆弧高精度插补。圆弧加工是采用立铣刀或螺纹刀具加工零部件或模具时,必不可少的加工方法。

3刀具选择

3.1刀具材料的发展高速切削技术发展的历史,也就是刀具材料不断进步的历史。高速切削的代表性刀具材料是立方氮化硼(CBN)。端面铣削使用CBN刀具时,其切削速度可高达5000m/min,主要用于灰口铸铁的切削加工。聚晶金刚石(PCD)刀具被称之为2l世纪的刀具,它特别适用于切削含有SiO2的铝合金材料,而这种金属材料重量轻、强度高,广泛地应用于汽车、摩托车发动机、电子装置的壳体、底座等方面。目前,用聚晶金刚石刀具端面铣削铝合金时,5000m/min的切削速度已达到实用化水平,此外陶瓷刀具也适用于灰口铸铁的高速切削加工;

3.2涂层刀具CBN和金刚石刀具尽管具有很好的高速切削性能,但成本相对较高。采用涂层技术能够使切削刀具既价格低廉,又具有优异性能,可有效降低加工成本。现在高速加工用的立铣刀,大都采用TiAIN系的复合多层涂镀技术进行处理,如目前在对铝合金或有色金属材料进行干式切削时,DLC(DiamondLikeCarbon)涂层刀具就受到极大的关注,预计其市场前景十分可观;

3.3刀具夹持系统刀具的夹持系统是支撑高速切削的重要技术,目前使用最为广泛的是两面夹紧式工具系统。已作为商品正式投放市场的两面夹紧式工具系统主要有:HSK、KM、Bigplus、NC5、AHO等系统。在高速切削的情况下,刀具与夹具回转平衡性能的优劣,不仅影响加工精度和刀具寿命,而且也会影响机床的使用寿命。因此,在选择工具系统时,应尽量选用平衡性能良好的产品。

高速加工的切削速度为常规切速的10倍左右。为了使刀具每齿进给量基本保持不变,以保证零件的加工精度、表面质量和刀具的耐用度,则进给量也必须相应提高10倍左右,达到60m/min以上,有的甚至高达120m/min。因此,高速切削加工通常是采用高转速、大进给和小切深的切削工艺参数。由于高速切削的切削余量往往很小,所形成的切屑很薄很轻,把切削时产生的热量很快带走;若采用全新耐热性更好的刀具材料和涂层,采用干切削工艺也是高速切削加工的理想工艺方案。

金属切削机床范文篇8

[论文摘要]本文通过对高速切削加工技术的优越性和巨大经济效益的分析,全面论述了高速切削对机床设备及刀具系统的具体要求,阐述了高效率、高精度、高柔性和绿色化的高速切削加工技术是机械加工领域的发展趋势。

1高速切削的概念

当切削速度超过被切削材料临界切削速度时,切削温度下降,切削抗力减小,刀具使用寿命延长。目前,主轴转速高达60000r/min,进给速度高达90m/min,加速度达到1.7g的高速切削机床已商品化。并在航天、模具、汽车等行业的实际应用中,产生了巨大的技术经济效益。高速切削加工不但要求切削主轴的高转速,而且要求轴向进给的高速度和高加速度、先进的切削刀具等相关的关键技术。高速切削应该是可靠的高速切削。通常将切削速度和进给速度达到常规机床5~10倍的切削加工称之为高速切削。然而,根据Salomon的高速切削理论,高速切削应为切削温度不再随切削速度的提高而上升,且以高切削速度、高切削精度、高进给速度与加速度为主要特征的切削加工。因此,对于不同的材料,高速切削的速度范围是不同的。目前,常用材料的高速切削范围:铝合金为1000~7000m/min,碳钢为500~2000m/min,钛合金为i00~1000m/min。

2机床选择

现阶段,为了实现高速切削加工,一般采用高柔性的高速数控机床、加工中心,也有采用专用的高速铣、钻床。这些设备的共同之处是:必须同时具有高速主轴系统和高速进给系统,才能实现材料切削过程的高速化。高速切削与传统切削最大的区别是,“机床—刀具—工件”系统的动态特性对切削性能有更强的影响力。在该系统中,机床主轴的刚度、刀柄形式、刀长设定、主轴拉刀力、刀具扭力设定等,都是影响高速切削性能的重要因素。在高速切削中,材料去除率即单位时间内材料被切除的体积,通常受限于“机床—刀具—工件”工艺系统是否出现“颤振”。因此,为了满足高速切削加工的需求,首先要提高机床动静刚度尤其是主轴的刚度特性。现阶段高速切削之所以能够成功,一个很关键的因素在于对系统动态特性问题的掌握和处理能力。为了更好地描述机床主轴的刚度特性,工程上提出新的无量纲参数一DN值,用以评价机床的主轴结构对高速切削加工的适应性。所谓DN值即“主轴直径与每分钟转速之积”。新近开发的加工中心主轴DN值大都已超过100万。为了减轻轴承的重量,还采用了比钢制品要轻得多的陶瓷球轴承;轴承润滑方式大都采用油气混合润滑方式。在高速切削加工领域,目前已开发空气轴承和磁轴承以及由磁轴承和空气轴承合并构成的磁气/空气混合主轴。在机床进给机构方面,高速切削加工所用的进给驱动机构通常都为大导程、多头高速滚珠丝杠,滚珠采用小直径氮化硅陶瓷球,以减少其离心力和陀螺力矩;采用空心强冷技术来减少高速滚珠丝杠运转时由于摩擦产生温升而造成的丝杠热变形。近几年来,用直线电机驱动的高速进给系统问世,这种进给方式取消了从电动机到工作台溜板之间的一切中间机械传动环节,实现了机床进给系统的零传动。由于直线电机没有任何旋转元件,不受离心力的作用,可以大大提高进给速度。直线电机的另一大优点是行程不受限制。直线电机的次极是一段一段连续铺在机床的床身上。次极铺到哪里,初极工作台就可运动到哪里,而且对整个进给系统的刚度没有任何影响。采用高速丝杠或直线电机,能够大大提高机床进给系统的快速响应。直线电机最高加速度可达2~10G,最大进给速度可达60~200m/min或更高。此外,机床的运动性能也将直接影响加工效率和加工精度。在模具及自由曲面的高速切削加工中,主要采用小切深大进给的加工方法。要求机床在大进给速度条件下,应具有高精度定位功能和高精度插补功能,特别是圆弧高精度插补。圆弧加工是采用立铣刀或螺纹刀具加工零部件或模具时,必不可少的加工方法。

3刀具选择

3.1刀具材料的发展高速切削技术发展的历史,也就是刀具材料不断进步的历史。高速切削的代表性刀具材料是立方氮化硼(CBN)。端面铣削使用CBN刀具时,其切削速度可高达5000m/min,主要用于灰口铸铁的切削加工。聚晶金刚石(PCD)刀具被称之为2l世纪的刀具,它特别适用于切削含有SiO2的铝合金材料,而这种金属材料重量轻、强度高,广泛地应用于汽车、摩托车发动机、电子装置的壳体、底座等方面。目前,用聚晶金刚石刀具端面铣削铝合金时,5000m/min的切削速度已达到实用化水平,此外陶瓷刀具也适用于灰口铸铁的高速切削加工;

3.2涂层刀具CBN和金刚石刀具尽管具有很好的高速切削性能,但成本相对较高。采用涂层技术能够使切削刀具既价格低廉,又具有优异性能,可有效降低加工成本。现在高速加工用的立铣刀,大都采用TiAIN系的复合多层涂镀技术进行处理,如目前在对铝合金或有色金属材料进行干式切削时,DLC(DiamondLikeCarbon)涂层刀具就受到极大的关注,预计其市场前景十分可观;

金属切削机床范文篇9

关键词:爬行滑动摩擦阻力

引言

爬行是机床常见而不正常的运动状态,主要出现在机床各传动系统的执行部件上(如刀架系统、工作台等),且一般在低速行时出现较多。运动速度低时,润滑油被压缩,油膜变薄,油楔作用降低,部分油膜破坏,摩擦面阻力发生变化。通常情况下,轻微程度的爬行有不易察觉的振动,显著的爬行则是大距离地跳动。

进给运动中的爬行现象破坏了系统运动的均匀性,不仅使被加工件精度和表面质量下降,也会破坏液压系统工作的稳定性,使机床导轨加速磨损,甚至产生废品和事故。

一、机床爬行原因分析

引起爬行的主要原因,是摩擦因数随运动速度的变化和传动系统刚性不足。机床在实际使用中,爬行现象主要是在传动系统刚性不足,驱动力与负载摩擦阻力波动变化的情况下形成。机床液压系统侵入空气,液压元件间隙增大及机械装置自身原因都可能引起爬行故障。

我们知道爬行是指机床运动部件慢速动行时的不平稳性,表现为有规律的一停一跃。这种现象的出现,以磨床居多数,会严重影响工作的表面质量和尺寸精度。产生原因可用实例来说明:假设有一原动件通过弹簧推动另一从动件,当原动件以等速向前运动,通过弹簧推动从件在平面上滑行时,当原动件启动后,首先需压缩弹簧一段距离,直到足以克服从动件的静摩擦力时,从动件才会起动,此时弹簧蓄能。当从动件起动后,由于动摩擦系数小于静摩擦系数,于是使从动件获得一个加速度,此时弹簧放能。如果移动速度很慢,弹簧的压缩量又较大,那么从动件的速度很快就会超过原动件,产生一个跳跃,直到弹簧压力和动摩擦力平衡后,从动件开始减速,但因为惯性,但因为惯性,还会再向前冲一段距离。至此,从动件因为失去了原动力就会停下来,直到原动件重新压缩弹簧到能克服从动件的静摩擦力时,又重复上述循环。

此实例和实际导轨副产生爬行的机理十分相似。从动件可以视作溜板或工作台,平面可以视作导轨。二驱动系统不可能是完全刚性的,在驱动过程中不可避免地会有弹性变形,因而可以认为是弹簧起同样作用。

二、解决对策

2.1改善导轨摩擦特性改善导轨摩擦特性就是降低摩擦阻力和减小静、动摩擦系数之差。为此,可采取以下措施:

2.1.1滑动面的加工方法,从降低摩擦阻力的角度看,总的来说是磨削比刮削好。试验表明,上导轨面用碗形砂轮端面磨削,下导轨面用盘形砂轮周边磨削,可获得最好的效果;其次是下导轨面用碗形砂轮端面磨削,上导轨面刮研。当上、下导轨面都为磨削时,其接触情况应用着色检验,接触指标须满JB2278—78《金属切削机床通用技术条件》和JB2280—78《金属切削机床械加工结合面接触的检验及评定》的规定。

对刮研的导轨面,摩擦阻力和接触点数有关,点数太少说明接触面积小,比压大,不易形成油膜。但也不是接触点数越多越好,若接触点数太多,超过每25*25毫米20—25点,大多数接触点呈尖峰状,同样不利于形油膜,造成尖峰与尖峰接触,使摩擦阻力增大。对于上、下导轨面都为刮研的状况,看来以基本(满足可以稍偏少)JB2278—78规定的指标(表2)为适宜。对于上导轨面刮研,下导力面磨削的状况,只检验刮研面的接触点数,考核指标为表2的75%。

2.1.2在上导轨表面粘贴塑料板,台聚四氟乙烯、足龙等,可使摩擦系数和静、动摩擦系数之差降低60%左右,对防止爬行有显著效果。但塑料的导热性差,在通常铸铁对铸铁滑动时,摩擦热是同时从两个滑动表面传导出去,如果一个表面是塑料,就阻碍了热的传记导。在重载和高速的情况下,大量摩擦热会使机床身温度很快上升,由此而产生的变形足以破坏机床的原始精度。

2.1.3选用具有防爬特性的润滑油。低速运行时,导轨润滑只能是边界润滑状态(介于干摩擦和液体摩擦之间的一种状态),而一般润滑油的边界油膜都不够强固,容易出现干摩擦。因此,为排除爬行,宜采用专用的防爬导轨油,其中加入了各种添加剂,增强润滑油的吸附及楔入能力,以提高边界油膜的强度过,防止干摩擦,对降低摩擦阻力,防止爬行,有一定效果。多润滑的粘度,从防止爬行的角度看,宜选用粘度大的润滑油。但工作台负荷分布不均时,润滑油大会使导轨的油墨厚薄不均,从而引起工作台倾斜,降低机床加工精度。

2.1.4对新的或大修后的机床,由于导轨面上刮削或磨削的刀痕较深,以致摩擦阻力较大。可在导轨面上涂敷薄薄一层氧化铬,用手动的方法(切勿有机动)对研几个来回,对排除爬行有一定效果。

2.1.5采用静压导轨,实现完全的液体摩擦,可以从根本上解决爬行问题。但是,成功地应用静压导轨并不是很简单的事,也不是在所有场合都可以使用,比如外圆磨床工作台很单薄的构件,由于工件往往被顶得过紧,于是工作台就产生弹性变形而拱凸起来,使静压油墨难以形成。因此,在改造老设备时,若准备采用静压导轨,应慎重,除了考虑技术上是否可能外,经济上是否合算也是必须考虑的问题。

2.2降低驱动阻力驱动阻力的主要组成部分是导轨副的摩擦阻力,和正压力成正紧或太松;活塞杆两端螺母拧得太紧,以至同心不良;活塞杆和活塞不同心;活塞杆的弯曲;缸体内孔形状精度不良(孤行、锥型等);油缸安装和导轨不平行;缸内腐蚀拉毛等。另外,还须注意楔铁是否弯曲,楔铁和压板是否调整得过紧等。在找出故障原因后,就可以采取针对性措施性来加以排除。

三、应注意的问题

在整个驱动系统的总刚度中,最末一个环节的刚度往往有决定性的影响,这是设计上必须注意的一个问题。而在维修上,主要应注意排除液压系统中的空气。油液本身的压缩性极小,一般可以认为油液是不可压缩的。但空气的压缩性很大,侵入液压系统后,一部分溶解于压力油中,一部分就形成气泡浮游在压力油里,随着液压系统工作循环而产生反复的压缩和膨胀,起到了“弹簧”的作用,于是导致了爬行。公务员之家:

金属切削机床范文篇10

关键词:机械制造基础;基础课程;教学改革

机电工程学院的教学主要有机电一体化、机械制造、机械工程和自动化等专业课,其中机械制造基础是这些专业课程的基础课程。在机械制造教学中,以培养学生的应用能力为主,教会实际应用能够运用到的知识,在教学内容和教学重点上是将理论性知识讲通并加强知识的应用能力,努力做到在高校课堂上经理论知识与实际应用相结合的教学方式。

1机械制造基础的内容和特点

机械制造基础课程主要有四大重点内容供学生学习,包括金属切削机床、机床夹具、金属切削原理与刀具和机械制造工艺,这四大点内容相结合形成了机械制造系统,也是机械制造重要技术中的基础内容。完整的系统体系是需要互相协作的[1]。一旦失去机床则不能完成工件和刀具的正常运转;切削零件的加工过程则需要准确、坚固的夹具进行合理的配合;工艺在机械制造过程中的程度、标准以及质量与切削时的种种原因都有关联,零件在机械制造过程中与加工质量和生产速度还有经济利益都有密不可分的关系。因此必须掌握机械制造体系中的内在关系,将知识和技术结合在一起进行实际应用,以正确、科学有效的方式解决面临的状况,从而制造出更精美的物品,使企业获得更多经济利益。学生掌握机械制造基础的内容后,应该通过学习将专业知识综合、合理的应用到实际中,由此可见这门课程涉及的范围和知识面很广,综合性非常强[2]。机械制造基础教学内容源于实际加工制造所运用到的技术,教研人员通过不断的收集、分析和总结更加完善、科学的技术教学内容,方便课堂的实践活动。

2机械制造基础教学内容改革

机械制造基础内容的改革应该跟紧教学大纲要求,合理有效的整改教学内容。例如,机械制造基础课程教学过程中,如果教师想要让学生学好机床知识,则可以通过网络收集出机床的各类比较典型的机床特点,为学生提供良好的学习资源;将金属切削的要点和运动方式、夹具设计和特点结合在一起进行集中教学,使学生系统性的接受知识学习,在整个教学过程中将机床相关知识全面掌握和学习。

3机械制造基础教学方法改革

教师应将教学目标设置为与实际关系紧密的内容,教学内容越贴近实际,学生学习起来更有价值。在开展课堂教学之前,教师应先让学生进行抛光、打磨、行车等加工技术的练习,对机床、切削、加工程序和标准等基础知识有深刻的了解和认识。学生在学习基础概念后则要运用到实际操作中,用概念知识对应上实际操作问题,并进行解决[3]。学生经历周而复始的基础知识学习和实际操作,这必定能使理论知识加深印象,并能将理论知识充分运用到实际操作之中。

4机械制造基础教学改革方法

4.1案例教学法

机械制造基础教学过程中,教师应该在讲解教学内容之前引入真实案例,教学内容与实际生活结合,促使学生能够将教学内容充分利用到实际操作中,激发学生学习兴趣,锻炼学生操作能力。例如在教学工步这一理论时,教师可以在课前让学生操作木板上钻孔的活动,通过动手操作让学生从中发现问题、探索方法,从而将工步理论课题引出。

4.2课堂问题导学法

机械制造基础教学过程中,教师根据教材内容和课时教学目标来对学生进行有效提问,引导学生思维活跃性,培养学生思考问题的能力[4]。

4.3建立讨论组

教师可以将学生分成若干个小组,学生在小组中进行讨论和学习。并使学生更具团队协作意识,思维能力和组织能力也会随之加强。

4.4模型展现法

在讲解机械制造基础课程时,教师可以根据教学需求将学习的模型或者教学工具带到课堂上来为学生展示,模拟真实的情况,加深学生对知识的认知。并能有效引发学生兴趣,这对学生理解和掌握知识非常有帮助。4.5相似教学法教学过程中的许多知识都是互相关联并且极为相似却又不同,这样的知识教师则可以将其结合起来一起讲授给学生,促进学生对掌握知识更加扎实。

5结束语

总之,社会科技不断创新,加工工艺也在不断创新和完善。教学中教师要不断探寻新型教学模式和教学方法,不断培养学生思维能力,使学生掌握知识更加扎实,加强学生对知识的运用,将学到的知识消化吸收并充分利用到实际操作中。通过不断实践和探究,使学生在工艺技术方面取得更多进步。

作者:张浩然 唐成志 宋天时 单位:沈阳理工大学

参考文献:

[1]于东林,姜峰,高路,等.工程材料及机械制造基础课程立体化教学与改革的探讨[J].化工高等教育,2014,31(2):58-61.

[2]郑爱权.“定岗双元”精密机械教学产业园的建设与运行影响因素的实证研究[J].工程技术研究,2016(8):32+39.