机械加工技术全解析

forge

常见的机械加工设备包括车床、铣床、钻床、磨床、滚齿机床、刨床、电火花机、线切割机等。它们各自的功能和加工精度如下：

1. 普通车床

• 功能：主要用于加工旋转体的外圆、内孔、端面、螺纹等。

• 加工精度：一般可达到IT8～IT7。

• 表面粗糙度：一般为Ra12.5～3.2μm。

2. 数控车床（CNC车床）

• 功能：与普通车床类似，但具有更高的精度和灵活性，适合加工复杂形状的零件。

• 加工精度：一般可达到IT6～IT5。

• 表面粗糙度：一般为Ra1.6～0.4μm。

3. 普通铣床

• 功能：可以加工平面、沟槽、曲面、齿轮等。

• 加工精度：一般可达到IT11～IT9。

• 表面粗糙度：一般为Ra25～6.3μm。

4. 数控铣床（CNC铣床）

• 功能：可以加工更复杂、更精密的零件。

• 加工精度：一般可达到IT8～IT7。

• 表面粗糙度：一般为Ra6.3～1.6μm。

5. 磨床

• 功能：用于加工精度要求较高的零件，如内外圆、平面等。

• 加工精度：一般可达到IT5～IT3。

• 表面粗糙度：一般为Ra0.4～0.02μm。

6. 钻床

• 功能：用于加工孔。

• 加工精度：一般可达到IT11～IT10。

• 表面粗糙度：一般为Ra12.5～3.2μm。

7. 镗床

• 功能：用于加工内孔。

• 加工精度：一般可达到IT8～IT7。

• 表面粗糙度：一般为Ra6.3～1.6μm。

8. 刨床

• 功能：用于加工平面。

• 加工精度：一般可达到IT11～IT10。

• 表面粗糙度：一般为Ra6.3～3.2μm。

9. 插床

• 功能：用于加工内孔或花键。

• 加工精度：一般可达到IT9～IT8。

• 表面粗糙度：一般为Ra3.2～1.6μm。

10. 拉床

• 功能：用于加工内孔或平面。

• 加工精度：一般可达到IT9～IT8。

• 表面粗糙度：一般为Ra3.2～1.6μm。

11. 锯床

• 功能：用于切割材料。

• 加工精度：一般可达到IT12～IT11。

• 表面粗糙度：一般为Ra25～12.5μm。

12. 线切割机

• 功能：用于加工精密小孔或复杂形状。

• 加工精度：一般可达到IT5～IT3。

• 表面粗糙度：一般为Ra0.4～0.1μm。

13. 电火花加工机

• 功能：用于加工硬质材料或复杂形状。

• 加工精度：一般可达到IT7～IT5。

• 表面粗糙度：一般为Ra1.6～0.4μm。

14. 激光切割机

• 功能：用于切割金属或非金属材料。

• 加工精度：取决于切割材料和设备，一般可达到较高的精度。

• 表面粗糙度：取决于切割参数，一般为Ra6.3～1.6μm。

15. 加工中心

• 功能：集成了车、铣、钻、攻丝等多种加工功能。

• 加工精度：一般可达到IT6～IT5。

• 表面粗糙度：取决于具体工序，一般为Ra1.6～0.4μm。

16. 3D打印机

• 功能：用于制造复杂的三维物体。

• 加工精度：取决于打印材料和设备，精度可以从低到非常高。

• 表面粗糙度：取决于打印分辨率，可以从Ra25～0.8μm不等。

17. 五轴加工中心

• 功能：可以进行五轴联动加工，适合复杂曲面加工。

• 加工精度：一般可达到IT6～IT5。

• 表面粗糙度：一般为Ra0.8～0.1μm。

这些数据提供了各种机械加工设备的大致精度和表面粗糙度范围，但请注意，实际的加工精度和表面粗糙度可能会因具体的设备、材料、工艺参数和操作条件而有所不同。

机械加工常见工艺
1. 车削：使用车床加工旋转体零件，如轴类、盘类等。

2. 铣削：使用铣床加工平面、沟槽、曲面等。

3. 磨削：使用磨床进行精密加工，提高表面光洁度。

4. 钻削：使用钻床加工孔。

5. 镗削：使用镗床加工内孔。

6. 刨削：使用刨床加工平面。

7. 插削：使用插床加工内孔或花键。

8. 拉削：使用拉床加工内孔或平面。

9. 锯削：使用锯床切割材料。

10. CNC加工：使用计算机数控机床进行高精度加工。

11. 线切割：使用线切割机加工精密小孔或复杂形状。

12. 电火花加工：使用电火花机加工硬质材料或复杂形状。

工艺流程
1. 设计：根据产品需求设计零件图纸。

2. 材料选择：根据设计要求选择合适的材料。

3. 下料：将原材料切割成适合加工的形状和尺寸。

4. 粗加工：去除多余材料，形成零件的大致形状。

5. 半精加工：提高零件的尺寸精度和表面光洁度。

6. 精加工：达到设计图纸要求的精度和表面质量。

7. 检验：检查加工后的零件是否符合设计要求。

8. 热处理：提高材料的硬度或改善其性能。

9. 表面处理：如电镀、喷涂、氧化等，提高零件的耐腐蚀性或美观性。

机加工报价成本计算
1. 材料费：根据零件的体积和材料的单价计算。

2. 加工费：根据加工时间和加工难度计算。

3. 管理费：通常为成本的一定比例，如20%。

4. 利润：根据企业的定价策略确定。

5. 税费：根据当地税率计算。

报价公式
总报价 = (材料费 + 加工费 + 管理费 + 利润 + 税费)

• 材料费 = 材料重量 × 材料单价

• 加工费 = 加工时间 × 加工单价

• 管理费 = （材料费 + 加工费） × 管理费比例

• 利润 = （材料费 + 加工费 + 管理费） × 利润率

• 税费 = （材料费 + 加工费 + 管理费 + 利润） × 税率

报价示例
假设一个零件需要以下成本：

• 材料费：100元

• 加工费：200元

• 管理费比例：20%

• 利润率：10%

• 税率：5%

则总报价计算如下：

• 管理费 = (100 + 200) × 0.20 = 60元

• 利润 = (100 + 200 + 60) × 0.10 = 36元

• 税费 = (100 + 200 + 60 + 36) × 0.05 = 19.8元

• 总报价 = 100 + 200 + 60 + 36 + 19.8 = 415.8元

请注意，这只是一个简化的示例，实际报价可能会更复杂，需要考虑更多的因素，如设备折旧、人工成本、能源费用等。

机械加工新技术
近年来，随着科技的不断进步，一些新兴的机械加工技术不断涌现，它们在提高加工效率和精度方面发挥了重要作用。

机器人原位高效高质量铣削加工技术
这项技术通过使用轻量化五轴全并联高效加工功能模块，实现了“大范围定位+局部精雕细刻”的原位制造新模式，显著提升了加工效率并降低了设备成本。

清华大学联合北京卫星厂、烟台清科嘉创新研究轻量化五轴全并联高效加工功能模块，提出把“机床”举起来“随时随地五轴加工”的理念，创建“大范围定位+局部精雕细刻”原位制造新模式，开展机器人化、小型化、便携式原位柔性加工新技术研究，设计并研制移动式混联加工机器人装备，解决跨尺度定位及测量、精度主动调控等关键技术。已应用于空间站核心舱、天舟系列货运飞船、遥感系列卫星等的制造，生产效率显著提升，设备成本大幅降低。

超弦精加工技术
这是一种针对使用圆弧刀具进行高效精加工的编程解决方案，能够基于刀具形状，通过特殊刀路算法，对加工过程中的刀具接触点进行动态补偿，实现高精度高效率的精加工。

Mastercam 的 Accelerated Finishing™ 超弦精加工技术是对于使用圆弧刀具进行高效精加工的编程解决方案。在最新的 Mastercam 2020 版中，Accelerated Finishing™ 超弦精加工技术可以支持五个大类的圆弧刀具，如椭圆型式（Oval Form）、圆桶型式（Barrel Form）、锥度型式（Taper Form）、透镜型式（Lens Form）、镜筒型式（Barrel-Lens Form）。该技术可以充分利用圆弧刀具的外形进行高精度高效率的精加工。

人工智能（AI）在超精密加工中的应用
AI技术通过深度学习和大数据分析，能够实现对加工过程的智能控制和优化。它可以根据加工材料的特性、加工设备的性能以及加工要求等因素，自动调整加工参数，提高加工精度和效率。同时，AI技术还能够实时监测加工过程，及时发现并处理异常情况，确保加工过程的稳定性和可靠性。

数字孪生技术
数字孪生技术通过创建物理资产的虚拟副本，可以在虚拟环境中模拟加工过程，从而优化实际的机械加工过程，提高效率和精度。

西门子公司紧跟德国工业4.0和智能制造的发展趋势，高度重视数字孪生技术的研究与应用探索。通过数字孪生技术，制造商可以对产品进行数字化设计、仿真和验证，包括机械以及其他物理特性，并且将电器和电子系统一体化集成。

增材制造（3D打印）
这项技术通过逐层添加材料的方式来制造零件，不仅能够制造出传统方法难以实现的复杂结构，还能够减少材料浪费，提高加工效率。

纳米加工技术
纳米加工技术可以在纳米级别上控制材料的加工，适用于制造超精密的机械零件和设备。

复旦大学微纳科技平台副主任、复旦大学信息学院微纳系统中心副主任陈宜方教授，自1990年起长期致力于以电子束光刻为核心的纳米加工与应用的前沿工作。应用研究领域涵盖：纳米电子学、光学超材料/超表面材料、X射线光学部件、红外偏振探测器、强激光靶和真空离子源等。

国际公差等级-IT等级
加工精度通常用IT等级来表示，IT等级是国际公差等级，数字越小，精度越高。 加工精度的IT级别是根据国际标准ISO 2768制定的，用来定义机械加工过程中尺寸的允许偏差。IT代表International Tolerance，即国际公差。IT级别从IT01至IT18，数字越小，公差越小，加工精度越高。

• IT01：用于特别精密的尺寸传递基准，如特别精密的标准量块，公差范围在0.05μm至0.5μm之间 。

• IT0：用于特别精密的尺寸传递基准及宇航中特别重要的精密配合尺寸，公差范围在0.05μm至0.5μm之间 。

• IT1：用于精密的尺寸传递基准、高精密测量工具特别重要的极个别精密配合尺寸，公差范围在0.1μm至1.2μm之间 。

• IT2：用于高精密的测量工具，特别重要的精密配合尺寸，公差范围在0.2μm至1.5μm之间 。

• IT3：用于精密测量工具，小尺寸零件的高精度的精密配合以及和C级滚动轴承配合的轴径与外壳孔径，公差范围在0.2μm至2μm之间 。

• IT4：用于精密测量工具、高精度的精密配合和P4级、P5级滚动轴承配合的轴径和外壳孔径，公差范围在0.3μm至3μm之间 。

• IT5：用于配合公差要求很小，形状公差要求很高的条例下，公差范围在0.4μm至4μm之间 。

• IT6：配合表面有较高均匀性的要求，能保证相当高的配合性质，公差范围在0.6μm至6μm之间 。

• IT7：在一般机械中广泛应用，应用条件IT6相似，但精度稍低，公差范围在1μm至10μm之间 。

• IT8：在机械制造中属于中等精度，公差范围在1.4μm至14μm之间 。

• IT9：应用条件与IT8相类似，但精度低于IT8时采用，公差范围在2μm至25μm之间 。

• IT10：应用条件与IT9相类似，但要求精度低于IT9时采用，公差范围在2.5μm至40μm之间 。

• IT11：广泛应用于间隙较大，且有显著变动也不会引起危险的场合，公差范围在3.5μm至60μm之间 。

• IT12：配合精度要求很低，装配后有很大的间隙，适用于基本上无配合要求的部位，公差范围在5μm至100μm之间 。

• IT13：应用条件与IT12相类似，但比旧国标7级精度公差值稍大，公差范围在7μm至160μm之间 。

• IT14：用于非配合尺寸及不包括在尺寸链中的尺寸，公差范围在10μm至250μm之间 。

• IT15：用于非配合尺寸及不包括在尺寸链中的尺寸，相当于旧国标的9级精度公差，公差范围在14μm至400μm之间 。

• IT16：用于非配合尺寸，相当于旧国标的10级精度公差，公差范围在20μm至640μm之间 。

• IT17 和 IT18：用于非配合尺寸，相当于旧国标的11级或12级精度的公差，用于塑料成型尺寸，公差范围在26μm至1000μm以上 。

这些数值是大致的公差范围，具体数值会根据基本尺寸的大小而变化。在实际应用中，应参考最新的国际或国家标准来确定具体的公差值。