第一章机械加工方法.

第一章机械加工方法根据零件的功能不同，它便具有不同的形状，研究如何形成这些形状的方法，就是零件成形的方法。第一节零件表面成形按照零件形成过程中质量的变化，可将零件成形方法分为三类：一、零件成形的方法1、Δm〈0：材料去除加工传统的切削加工方法，在制造过程中通过材料切除而获得需要的几何形状。包括车、铣、刨、钻、镗、磨削加工和特种加工。切削加工：利用切削刀具从工件上切除多余材料.特种加工：指利用化学、物理或电化学方法对工件材料进行去除的一系列方法的总称。2、Δm=0：材料成型加工特点是材料成型前后，其质量基本保持不变，主要通过模具成型。包括铸造、锻造、冲压、注塑、粉末冶金等工艺。3.Δm〉0：材料累积加工利用微体积材料逐渐叠加的方式和快速成形(RapidPrototyping)技术，通过材料累加来使零件成形。二、零件表面的形成方法及所需运动1．零件表面的形状零件表面可以看作是一条线（称为母线）沿另一条线（称为导线）运动的轨迹。母线和导线统称为形成表面的发生线。常见的零件表面按其形状可分为3类：（1）旋转表面：（3）特形表面：（2）纵向表面：2．零件表面的形成方法（1）轨迹法：刀具切削点按一定的规律作轨迹运动，形成所需的发生线（刀具需要有一个独立的成形运动。（2）成形法：刀具刀刃就是切削线，它的形状及尺寸与需要成形的发生线一致（刀具不需要专门的成形运动）。（3）相切法：刀具中心按一定规律作轨迹运动，切削点运动轨迹与工件相切就形成了发生线（刀具需要有两个独立的成形运动，即刀具的旋转和刀具中心按一定规律运动）。（4）展成法：切削线与发生线逐点相切，发生线是切削线的包络线（刀具和工件需要有一个独立的复合成形运动--展成运动）。图用来形成被加工表面形状的运动（刀具与工件间的相对运动）称为表面成形运动，表面成形运动由机床的主运动和进给运动组成。2．机床切削成形运动机床的切削成形运动由表面成形运动和辅助运动组成。用来形成被加工表面形状的运动称为表面成形运动，成形运动由机床的主运动和进给运动组成。主运动：切下切屑所需最基本的运动，一般说来，它是速度最高、消耗功率最大的运动。主运动只有一个。如：车削是工件的旋转运动，平面刨削时刀具的往复运动。进给运动：配合主运动连续不断的切除切屑，同时得到具有几何特性所需的运动。进给运动可以是一个或多个，其消耗功率较主运动小。如：车刀的纵向连续进给、刨平面的间歇进给运动。2019/12/19第二节机械加工方法综述根据机床的运动不同，刀具不同，可分为不同的加工方法：如车削、铣削、磨削、刨削、钻削等。一、车削1.运动特点主切削运动是工件的回转运动，进给运动是刀具的直线运动。2.典型加工表面圆柱面圆锥面成形表面端面螺纹3.表面质量加工精度IT8-IT7表面粗糙度Ra6.3-1.64.车削工艺特点及应用车削工艺特点1、易于保证工件各加工面的位置精度﹡例如易于保证同轴度要求利用卡盘安装工件，回转轴线是车床主轴回转轴线利用前后顶尖安装工件，回转轴线是两顶尖的中心连线﹡易于保证端面与轴线垂直度要求由横溜板导轨，与工件回转轴线的垂直度2、切削过程较平稳避免了惯性力与冲击力，允许采用较大的切削用量，高速切削，利于生产率提高。3、适于有色金属零件的精加工有色金属零件表面粗糙度大Ra值要求较小时，不宜采用磨削加工，需要用车削或铣削等。用金刚石车刀进行精细车时，可达较高质量。4、刀具简单车刀制造、刃磨和安装均较方便。二、铣削1.运动特点主切削运动是刀具的回转运动，进给运动是工作台带动工件运动。2.典型加工表面平面键槽螺旋槽（麻花钻）成形面（齿轮）复杂曲面（数控铣床）3.表面质量加工精度IT8-IT7表面粗糙度Ra6.3-1.6um键槽铣刀铣削方式顺铣4.顺铣和逆铣端铣端铣逆铣周铣周铣顺铣和逆铣各有特点，应根据加工的具体条件合理选择。顺铣.avi图逆铣.avi图定义1.按切削速度方向定义铣削时主运动速度方向与进给运动方向相同的叫顺铣；反之，叫逆铣。定义2.按切屑厚度变化定义铣削时切屑厚度由大变小（最大零）是顺铣；铣削时切屑厚度由小变大（零最大）是逆铣。（1）从切屑截面形状分析（2）从工件装夹可靠性分析（3）从工作台丝杆、螺母间隙分析逆铣顺铣对比角度逆铣顺铣结论切屑截面形状逆铣时，刀齿的切削厚度由零逐渐增加，刀齿切入工件时切削厚度为零，由于切削刃钝圆半径的影响，刀齿在已加工表面上滑擦一段距离后才能真正切入工件，因而刀齿磨损快，加工表面质量较差。顺铣时则无此现象，但顺铣不宜铣带硬皮的工件顺铣时铣刀寿命比逆铣高2－3倍，加工表面也比较好工件装夹可靠性逆铣时，刀齿对工件的垂直作用力Fv向上，容易使工件的装夹松动。顺铣时，刀齿对工件的垂直作用力Fv向下，使工件压紧在工作台上，加工比较平稳。顺铣时工件加紧比逆铣可靠2019/12/19工作台丝杠、螺母间隙逆铣时，工件承受的水平铣削力FH与进给速度的方向相反，铣床工作台丝杠始终与螺母接触。顺铣时，工件承受的水平铣削力FH与进给速度相同，由于丝杠螺母间有间隙，铣刀会带动工件和工作台窜动，使铣削进给量不均匀，容易打刀。采用顺铣法加工时必须采取措施消除丝杠与螺母之间的间隙。顺铣时工作台有窜动，容易打刀。由于铣刀是多刃刀具，刀齿能连续地依次进行切削，没有空程损失，且主运动为回转运动，可实现高速切削，故铣平面的生产效率一般都比刨平面高。由于铣平面的生产率高，在大批大量生产中铣平面已逐渐取代了刨平面。因为刨平面不能获得足够的切削速度，有色金属材料的平面加工几乎全部都用铣削。5.铣削工艺特点及其应用1)生产率较高多齿工作，旋转运动利于高速铣削2)容易产生振动由于多齿工作，每个齿切削厚度变化，切削力变化，切削过程不稳定，易产生振动3)刀齿散热条件较好多齿工作，每个齿间歇工作，有冷却时间，散热条件好，但切入切出时冲击可能引起刀片碎裂6.端铣和周铣1）周铣法﹡逆铣△切削层由0增大到最大值△切削开始刀刃不切入工件，而是挤压滑行，刀刃磨损，工件表面质量下降△切削力上抬工件，增加了工件振动可能△逆铣时，螺母中间隙处于有利位置，不至使工件窜动，不易损坏刀具△目前常用逆铣法﹡顺铣由于螺母中间隙处于不利位置，工件可能会窜动，可能会损坏刀具，损坏工件﹡工件有黑皮时常用逆铣法2）端铣法周铣法与端铣法的比较﹡参加工作齿数△周铣法，与ae有关(ae：铣削宽度，垂直于铣刀轴线)一般1~2齿(ap：铣削深度，同铣刀轴线)△端铣法，与ae有关(相当于工件宽度)一般较多△端铣的切削过程比周铣时平稳，有利于提高质量﹡切削层厚度端铣：切削层厚度均匀，刀具磨损小，并减少表面粗糙度周铣：切削层厚度不均匀，刀具磨损稍大，表面粗糙度稍差两者比较后，端铣可达较小的表面粗糙度。﹡端铣刚度较好，且多半采用硬质合金刀片，而周铣多半用高速钢，端铣可用高速铣削，生产率高，也提高工件表面质量﹡目前铣削平面时多采用端铣法周铣法适应性广，除平面外，还有铣沟槽、齿形等，也常采用三、刨削1.运动特点主切削运动是刀具的往复直线运动；进给运动是垂直于主运动方向所做的间歇运动。2.典型加工表面平面斜面沟槽成形表面3.表面质量加工精度IT8-IT7表面粗糙度Ra6.3-1.6um四、钻削（孔）和镗削（孔）钻孔是在事先无孔的加工表面形成孔的加工方法。镗孔是在预制孔上用切削刀具使之扩大的一种加工方法，镗孔工作既可以在镗床上进行，也可以在车床上进行。a钻削：1.运动特点主切削运动是钻头的旋转运动，进给运动是钻头相对于工件的轴向运动。2.表面质量加工精度IT13-IT11表面粗糙度Ra12.5-6.33工艺特点(1)容易产生“引偏”﹡引偏：1)由于钻头弯曲而引起孔径扩大，孔不圆。2)孔的轴线歪斜﹡引偏原因：1)麻花钻是最常用刀具，由于细长而刚性差2)麻花钻上有两条较深的螺旋槽，刚性差3)钻头仅有两条很窄二棱边与孔壁接触，接触刚度和导向作用也很差。4)钻头横刃处前角有很大负值，切削条件极差，钻孔时一半以上的轴向力由横刃产生，稍有偏斜将产生较大附加力矩，使钻头弯曲此外，两切削刃不对称，工件材料不均匀，也易引偏。(2)排屑困难﹡切削较宽，排屑困难，与孔壁有较大的摩擦和挤压，降低了孔壁的质量，有时切削阻塞在容屑槽里，卡死钻头，甚至将钻头扭断。﹡排屑是钻孔重要问题之一可多次退出，或修磨出分屑槽。(3)切削热不易传散b镗削：用镗刀对已有孔进行再加工，称为镗孔。对较大孔，内成形面，孔内环槽等，镗削是唯一合适的加工方法。1.运动特点主切削运动是镗刀随镗杆转动，进给运动是工件做直线进给运动。2.表面质量加工精度一般镗孔：IT9~IT7，Ra为0.8~1.6精细镗：IT7~IT6，Ra为0.2~0.8（1）工件旋转，刀具作进给运动镗圆柱孔镗锥孔3．三种不同的镗孔方式（2）刀具旋转，工件作进给运动镗床上镗孔专用镗模镗孔镗杆镗刀工件工件台主轴镗模拖板镗刀镗杆工件（3）刀具旋转并作进给运动镗杆镗刀工件工作台主轴4．镗孔的工艺特点及应用范围镗孔和钻一扩一铰工艺相比，孔径尺寸不受刀具尺寸的限制，且镗孔具有较强的误差修正能力，可通过多次走刀来修正原孔轴线偏斜误差，而且能使所镗孔与定位表面保持较高的位置精度。几种镗刀镗孔的特点1、单刃镗刀镗孔(刀头结构与车刀类似)(1)适应性较广，灵活性较大可粗加，半精加，精加工一把镗刀可加工直径不同的孔(2)可以校正原有孔轴线歪斜或位置偏差(3)生产率较低，较适用于单件小批量生产单刃镗刀的刚度较低，为减少变形和振动，采用较小的切削用量，另外，仅有一个主切削刃工作，所以生产率较低。2、多刃镗刀镗孔多刃镗刀的镗刀片是浮动的，两个对称的切削刃产生的切削力，自动平衡其位置。(1)加工质量较高刀片浮动可抵偿偏摆引起不良影响较宽的修光刃可减少孔壁粗糙度值(2)生产率较高，两刀刃同时工作，故生产率较高(3)刀具成本较单刃镗刀高浮动镗刀主要用于批量生产，精加工箱体零件上直径较大的孔。2019/12/19齿轮的切削加工，按其形成齿型的原理，可分为两类：即成形法和展成法。用成形法加工齿轮时采用的刀具是盘状模数铣刀和指状模数铣刀。五、齿面加工圆柱齿轮加工的方法主要有滚齿和插齿等；锥齿轮的加工方法有：直齿圆锥齿轮的刨齿、铣齿、拉齿和加工弧齿轮的铣齿。精加工齿轮齿面方法有研齿、剃齿和磨齿。（一）插齿原理、插齿机床和插齿刀1、插齿机床及其插齿原理（1）插齿原理及所需要的运动齿轮滚刀是按展成法加工齿轮的刀具，在齿轮制造中应用很广泛，可以用来加工外啮合的直齿轮、斜齿轮、标准齿轮和变位齿轮。用齿轮滚刀加工齿轮的过程，相当于一对螺旋齿轮啮合滚动的过程。（二）滚齿原理、滚刀和滚齿机床1、滚齿原理用齿轮滚刀加工齿轮的情况4、滚齿机床滚齿机主要用于滚切直齿和斜齿圆柱齿轮和蜗轮。（1）滚切直齿圆柱齿轮机床的运动和传动原理图（2）滚切斜齿圆柱齿轮机床的运动和传动原理图（3）滚齿机结构床身立柱刀架溜板刀杆后立柱心轴工作台（三）剃齿原理和剃齿刀1、剃齿工作原理盘形剃齿刀外型很像齿轮，加工时剃齿刀和齿轮轴交错成一角度，作螺旋齿轮啮合。2、剃齿刀的用途和种类剃齿刀是一种精加工齿轮刀具，主要限制是不能加工淬硬的齿轮。剃齿刀按其结构可以分为下列几种：（1）齿条形剃齿刀（2）盘形剃齿刀（3）小模数剃齿刀（4）蜗轮剃齿刀盘形剃齿刀小模数剃齿刀蜗轮剃齿刀（四）磨齿机床磨齿机多用于对淬硬的齿轮进行齿廓的精加工。磨齿机有两大类即用成形砂轮磨齿和用展成法磨齿。1、成形砂轮磨齿机的原理和运动2、展成法磨齿机的原理和运动1）连续磨齿2）分度磨齿六、复杂曲面加工如螺旋桨的表面，涡轮叶片表面，复杂模具型腔面等，其表面形状比较复杂，不能用基本立体要素（例如棱柱、棱锥、球等）描述，通常称之为复杂曲面。复杂曲面的切削加工方法主要有仿形铣和数控铣两种，使用的刀具一般是头部为圆形的球头铣刀。七、磨削磨削的主运动是砂轮的旋转运动，砂轮上的每个磨粒都可看成是一个微小刀齿，砂轮的磨削过程，实际上是磨粒对工件表面的切削、刻削、和滑擦三种作用的综合效应。磨削可分为外圆磨、内孔磨、平面磨等。1、外圆表面的磨削加工（1）加工方法1）工件