机械制造基础(4数控类)

第4章金属切削加工切削加工是指用切削刀具从坯料或工件上切除多余材料，以获得所要求的几何形状、尺寸精度和表面质量的零件加工方法。在现代机器制造中，尺寸公差和表面粗糙度数值要求较小的机械零件，一般都要经过切削加工而得到。切削加工分为钳工和机械加工两部分。钳工一般是由工人手持工具对工件进行切削加工，机械加工是由工人操作金属切削机床进行切削加工。机械加工主要方式有车削、铣削、刨削、拉削、磨削、钻削、镗削和齿轮加工等。第4章金属切削加工4.1车削加工在车床上利用工件的旋转运动和刀具的移动进行切削加工的方法，称为车削加工。其中工件的旋转运动是提供切削可能性的运动，并消耗了大量的动力，称为主运动；刀具在机床上使工件材料层不断投入切削的运动称为进给运动。车削加工是金属切削加工中最基本的方法，在机械制造业中应用十分广泛。第4章金属切削加工4.1.1车削加工特点及应用1.工艺范围广车削加工主要用来加工各种回转体表面以及回转体端面，还可进行切断、切槽、车螺纹、钻孔、绞孔、扩孔等工作。图4-1车削加工的应用范围第4章金属切削加工2.生产率高3.生产成本低4.高速细车是加工小型有色金属零件的主要方法5.精度范围大（1）荒车（2）粗车（3）半精车（4）精车第4章金属切削加工4.1.2普通车床1.车床的种类车床的种类很多，按其用途和结构不同，主要分为卧式车床、立式车床、转塔车床、马鞍车床、多刀半自动车床、仿形车床及仿形半自动车床、单轴自动车床、多轴自动车床及多轴半自动车床等。此外，还有各种专门化车床，如凸轮轴车床、铲齿车床、曲轴车床、高精度丝杠车床等。其中以普通卧式车床应用最为广泛。第4章金属切削加工2.CA6140普通型卧式车床1、11—床腿;2—进给箱;3—主轴箱;4—床鞍;5—中滑板;6—刀架;7—回转盘;8—小滑板;9—尾座;10—床身;12—光杠;13—丝杠;14—溜板箱图4-2CA6140普通型卧式车床外观图第4章金属切削加工（1）机床的主要技术参数在床身上最大加工直径/mm400在刀架上最大加工直径/mm210主轴可通过的最大棒料直径/mm48最大加工长度/mm65090014001900中心高/mm205顶尖距/mm750100015002000主轴内孔锥度莫氏6号主轴转速范围/（r/min）10～1400（24级）纵向进给量/（mm/r）0.028～6.33（64级）横向进给量/（mm/r）0.014～3.16（64级）加工米制螺纹/mm1～192（44种）加工英制螺纹/（牙/英寸）2～24（20种）加工模数螺纹/mm0.25～48（39种）加工径节螺纹/（牙/英寸）1～96（37种）主电动机功率/kW7.5第4章金属切削加工（2）机床的主要组成部件和功能①主轴箱：内装有主轴和变速、变向等机构，由电动机经变速机构带动主轴旋转，实现主运动，并获得所需转速及转向，主轴前端可以安装卡盘等夹具，用以装夹工件。②进给箱：改变机动进给的进给量或被加工螺纹的导程。③溜板箱：将进给箱传来的运动传递给刀架，使之实现纵向进给、横向进给、快速移动或车螺纹。溜板箱上装有手柄和按钮，可以方便地操作机床。第4章金属切削加工④床鞍：位于床身的中部，其上装有中滑板、回转盘、小滑板和刀架。刀架用以夹持车刀，并使其做纵向、横向或斜向进给运动。它是由大刀架、横刀架（中刀架）、转盘、小刀架和方刀架组成的。⑤尾座：安装在床身的尾座导轨上，其上的套筒可安装顶尖或各种孔加工刀具，用来支承工件或对工件进行孔加工。⑥床身：车床的基本支承件。车床的主要部件均安装在床身上，可保持各部件间准确的相对位置。第4章金属切削加工3.立式车床立式车床的主轴是直立的，主要用于加工径向尺寸大而轴向尺寸相对较小，且形状较复杂的大型或重型盘轮类零件。有单柱立式车床和双柱立式车床两种。1—底座;2—工作台;3—立柱;4—垂直刀架;5—横梁;6—垂直刀架进给箱;7—侧刀架;8—侧刀架进给箱;9—顶梁图4-3立式车床第4章金属切削加工4.转塔式车床转塔式车床也叫六角车床，其结构与普通车床相似，有床身、床头箱、溜板箱、方刀架等。所不同的是没有丝杠，并由六角刀架代替尾座。1—进给箱;2—主轴箱;3—前刀架;4—转塔刀架;5—纵向溜板;6—定程装置;7—床身;8—转塔刀架溜板箱;9—前刀架溜板箱图4-4转塔式车床及其刀架第4章金属切削加工5.马鞍车床马鞍车床是普通车床的一种变形车床，它在靠近主轴箱一端装有一段形似马鞍的可卸导轨。卸去马鞍导轨可使加工工件的最大直径增大，从而扩大加工工件直径的范围。图4-5马鞍车床第4章金属切削加工4.1.3车刀车刀是用于数控车床、普通车床、转塔车床和自动车床的刀具。1.车刀按用途分类车刀按用途可分为外圆车刀、成形车刀、螺纹车刀等。1—45°弯头车刀;2—90°外圆车刀;3—外螺纹车刀;4—75°外圆车刀;5—成形车刀;6—90°左外圆车刀;7—车槽刀;8—内孔车槽刀;9—内螺纹车刀;10—闭孔车刀;11—通孔镗刀图4-6车刀按用途分类第4章金属切削加工2.车刀按结构分类车刀按结构可分为整体车刀、焊接车刀、机夹车刀、可转位车刀和成形车刀等。图4-7车刀按结构分类第4章金属切削加工4.2铣削加工4.2.1铣削加工特点及应用用多刃回转刀具在铣床上对平面、台阶面、沟槽、成形表面、型腔表面、螺旋表面进行切削加工的方法称为铣削加工。图4-8铣削加工的应用第4章金属切削加工一般情况下，铣削时铣刀的旋转为主运动，工件的移动为进给运动。铣削可以完成对工件进行的粗加工和半精加工，其加工精度可达IT9～IT7，精铣表面粗糙度Ra值可达3.2～1.6μm。铣削的工艺特点：（1）生产率较高（2）铣削过程不平稳（3）散热条件较好（4）铣床结构比较复杂，铣刀的制造和刃磨比较困难。第4章金属切削加工4.2.2铣削加工切削用量1.铣削运动不论哪一种铣削加工，为完成铣削过程必须有以下运动:（1）主运动（vc）铣刀的旋转；（2）进给运动（vf）工件随工作台缓慢的直线移动。第4章金属切削加工2.铣削用量铣削时的铣削用量由铣削速度vc、进给量f、背吃刀量（又称铣削深度）ap和侧吃刀量（又称铣削宽度）ae四要素组成。（1）铣削速度vc铣削速度即铣刀最大直径处的线速度，可由下式计算vc=πdn/1000（m/min）式中d——铣刀直径，mm；n———铣刀转速，r/min。第4章金属切削加工（2）进给量f铣削时工件在进给运动方向上相对于刀具的移动量即为铣削时的进给量。有以下三种度量方法：①每齿进给量fz，mm/z。②每转进给量f，mm/r。③每分钟进给量vf，又称进给速度，mm/min。上述三者的关系为vf=fn=fzzn一般铣床铭牌上所指出的进给量为vf值。第4章金属切削加工（3）背吃刀量（铣削深度）ap背吃刀量为平行于铣刀轴线方向测量的切削层尺寸，mm。因周铣与端铣时相对于工件的方位不同，故ap在图中的标示也有所不同。图4-9铣削运动和铣削要素第4章金属切削加工4.2.3铣床常用的铣床有卧式铣床、立式铣床、工具铣床和龙门铣床等。1.卧式万能铣床卧式万能铣床具有功率大，转速高，刚性好，工艺范围广，操纵方便等优点。主要适用于单件、小批生产，也可用于成批生产。1—电动机;2—变速机构;3—床身;4—主轴;5—横梁;6—吊架;7—纵向工作台;8—转台;9—横向工作台;10—升降台;11—操纵机构图4-10中型卧式万能铣床第4章金属切削加工2.立式铣床立式铣床包括立式升降台铣床和万能回转头铣床。图4-11立式升降台铣床第4章金属切削加工3.万能工具铣床万能工具铣床的特点是操纵方便，精度较高，并备有多种附件，主要适于工具车间使用。图4-12万能工具铣床第4章金属切削加工4.龙门铣床龙门铣床是一种大型高效通用机床，它在结构上呈框架式结构布局，具有较高的刚度及抗振性。1—床身;2、8—侧铣头;3、6—立铣头;4—立柱;5—横梁;7—操纵箱;9—工作台图4-13龙门铣床第4章金属切削加工4.2.4铣刀1.铣刀的种类（1）高速钢铣刀①圆柱铣刀圆柱铣刀的螺旋形切削刃分布在圆柱表面，没有副切削刃，主要用于卧式铣床上铣平面。图4-14圆柱铣刀第4章金属切削加工②三面刃铣刀三面刃铣刀由于在刀体的圆周上及两侧环形端面上均有刀刃，故称为三面刃铣刀，也称盘铣刀。按照刀齿的排列方式可分为直齿、错齿和镶齿。图4-15三面刃铣刀第4章金属切削加工③锯片铣刀锯片铣刀是整体的直齿圆盘铣刀，只有圆柱刀刃。在相同外径下，按照刀齿数量的多少，分为粗齿和细齿两种。图4-16锯片铣刀第4章金属切削加工④立铣刀立铣刀用来铣削台阶、小平面和沟槽，主要用于立式铣床。立铣刀也有细齿和粗齿两种。图4-17立铣刀第4章金属切削加工⑤键槽铣刀键槽铣刀主要用来铣削轴上的键槽。其端面刀刃直至中心，而立铣刀的端面刀刃不到中心。还有一种半圆键槽铣刀，专门用来加工轴上半圆键槽，其规格以外径和宽度来表示。图4-18键槽铣刀第4章金属切削加工⑥角度铣刀角度铣刀用来加工带有角度的沟槽和小斜面，特别是加工多齿刀具的容屑槽。它分为单角铣刀和双角铣刀两种。双角铣刀又分为对称双角铣刀和不对称双角铣刀。图4-19角度铣刀第4章金属切削加工其他还有加工T形槽的T形槽铣刀，加工圆弧形状的半圆铣刀，加工齿轮的齿轮盘铣刀以及加工平面的套式面铣刀等。图4-20T形槽铣刀图4-21半圆铣刀图4-22齿轮盘铣刀图4-23套式面铣刀第4章金属切削加工（2）硬质合金铣刀端铣刀、三面刃铣刀、立铣刀和键槽铣刀等，其切削部分均可采用焊接或机械装夹的硬质合金刀片，这样就变成了硬质合金铣刀。①硬质合金端铣刀装配式硬质合金端铣刀是把硬质合金刀片焊在刀齿上，再用机械方法把刀齿夹固在刀体上。图4-24装配式硬质合金端铣刀第4章金属切削加工夹固刀齿可采用楔块、螺钉以及螺钉压板等方法。图4-25夹固刀齿的方法第4章金属切削加工②不重磨式硬质合金端铣刀这种铣刀是直接把多边形刀片夹固在刀体上，刀刃磨钝后不再重磨，而是把刀片转过一个角度使用另一个尖角。1—刀体;2—刀片;3、4—压块;5—左、右牙螺栓;6—刀垫图4-26不重磨式硬质合金端铣刀第4章金属切削加工③不重磨式硬质合金立铣刀不重磨式硬质合金立铣刀是把三角形硬质合金刀片用螺钉压板夹固在刀体槽中。这种结构简单、紧凑、零件少，但是刀片的定位精度取决于刀体的制造精度。图4-27不重磨式硬质合金立铣刀第4章金属切削加工2.铣刀的几何参数铣刀可以分为圆柱铣刀和端铣刀两种基本形式，每个刀齿可以看作是绕中心旋转的一把简单刀头。因此只要通过对一个刀齿的分析，就可以了解整个铣刀的几何角度。图4-28圆柱铣刀的标注角度第4章金属切削加工端铣刀各部分结构及标注角度如图4-29所示。其每一个齿相当于一把车刀，其各角度的定义可参照车刀确定。图4-29端铣刀各部分结构及标注角度第4章金属切削加工4.2.5铣削加工方式1.圆柱铣刀铣削圆柱铣刀铣削有逆铣和顺铣两种方式。铣刀旋转切入工件的方向与工件的进给方向相反时称为逆铣，相同时称为顺铣。图4-30逆铣与顺铣第4章金属切削加工2.端铣刀铣削用端铣刀铣削平面时，可分为对称端铣、不对称逆铣和不对称顺铣三种不同的铣削方式。图4-31端铣的铣削方式第4章金属切削加工4.3钻削与镗削加工4.3.1钻削钻削加工是用钻头或扩孔钻等刀具在工件上加工孔的方法。用钻头在实体材料上加工孔的方法称为钻孔，用扩孔钻扩大已有孔的方法称为扩孔。此外，还可以进行锪孔、锪埋头孔和攻螺纹等工作。钻削时，钻床主轴的旋转运动为主运动，主轴的轴向移动为进给运动。图4-32钻削加工范围第4章金属切削加工1.钻削特点和应用（1）钻头的刚性差、定心作用也很差，易导致钻孔时的孔轴线歪斜，钻头易扭断。（2）易出现孔径扩大现象。（3）钻孔加工是一种半封闭式切削，排屑困难，已加工表面质量不高。（4）切削热不易传散。可见，钻孔的加工质量较差，尺寸精度一般为IT13～IT11，表面粗糙度Ra为0～12.5μm。钻孔直径一般小于80mm，是一种粗加工方法。第4章金属切削加工2.钻床（1）立式钻床加工时工件直接或通过夹具安装在工作台上，主