切削加工方法

CHD第4章切削加工方法基本内容22712车削加工钻、扩、铰、镗加工3刨削、插削和拉削加工特种加工45铣削加工磨削加工6光整加工14.1车削加工何谓车削加工？用车刀在车床上加工工件的工艺过程称为车削加工。主运动：工件随车床主轴旋转进给运动：刀具沿轴向或径向作进给运动加工精度:一般车削加工精度可达IT7~IT8，表面粗糙度Ra为6.3~1.6μm。适用范围：各种回转体表面。常用车床类型普通卧式车床普通车床—适于各种中、小型轴、盘、套类零件的单件、小批量生产。适用范围：适于加工直径大，长度短且质量较大的大型盘套类零件。常用车床类型立式车床（二）适用范围：成批加工形状复杂的盘套类零件。适于加工零件尺寸较小、形状较复杂的中、小型轴、盘、套类零件。结构特点：没有丝杠和尾座，而在床尾装有一个可纵向移动的转塔刀架，其上可装多把刀，工作中周期性转位，顺序地对工件进行加工。刀具行程由挡块控制，易保证精度，提高生产率。转塔车床（六角车床）常用车床类型1.挡块限送料长度；2.双刀同时车外圆；3.车外圆及倒角；4.打中心孔；5.钻孔；6.套车外螺纹；7.前刀架刀切槽；8.前刀架刀倒角；9.前刀架刀滚花；10.切断刀切下工件转塔车床（六角车床）常用车床类型精密单轴纵切自动车床1.机床的用途形状较复杂，精度要求高，一次成形的小型轴类零件。用于成批大量生产的钟表、仪器仪表行业。毛坯为棒料2.机床的工作原理送料、夹紧、放松、纵向和横向进给皆由分配轴上的鼓轮或凸轮分别进行控制。分配轴转一转，完成一个工作循环。常用车床类型数控车床卧式数控车床立式数控车床数控车床—适于多品种、小批量生产复杂形状的零件单刀架数控车床双刀架数控车床数控车床经济型数控车床普通数控车床数控车床4.1.1车削加工的工艺特点1.易于保证工件各加工表面的位置精度在一次装夹中零件各加工表面具有同一的回转轴线，所以能保证工件各加工表面的同轴度精度。工件端面与轴线的垂直度则由机床本身的精度保证，它取决于车床横拖板导轨与工件回转轴线的垂直度。装夹方式：（1）对短轴类或盘类零件，常采用卡盘或花盘装夹；（2）长轴类零件常采用双顶尖+拨盘或双顶尖+卡盘装夹；三爪卡盘四爪卡盘2.加工过程比较平稳车削加工过程一般是连续切削，切削力变化较小，不会产生冲击，加工过程比较平稳，可以采用大切削用量，提高了生产率。3.适合于有色金属零件的精加工钢铁：粗车半精车精车磨削有色金属：粗车半精车精车精细车4.刀具简单车削加工的工艺特点（a）直头外圆车刀；（b）弯头车刀；（c）偏刀；（d）切槽或切断刀；（e）镗孔刀；（f）螺纹车刀；（g）成形车刀。车刀主要类型4.1.2车削加工的应用车削加工是机械加工中最基本的、应用范围非常广泛的一种加工方法。其应用如下：车削加工的应用pafv1.车外圆面2.车内园面（车床上镗孔）3.车端面、切槽、切断粗车：精车：vfpa①实体零件：钻孔—车（镗）扩、铰②已铸出、锻出孔：镗孔4.车锥面Ddl1)转动小刀架法2)成形刀法3)偏移尾架法4)靠模尺法可加工内外圆锥面，且不受工件锥角大小的限制。适于加工锥面较短的内外圆锥面，且不受工件锥角大小的限制。可加工较长的锥面，但不能加工锥孔及锥角较大的锥面。08适用于大批量生产，可加工内外锥面。0125.车成形面1)双手控制法2)成形刀法3)靠模尺法(轨迹法）6.车螺纹7.滚花4.2钻、扩、铰、镗加工4.2.1钻削加工用钻头在实体材料上加工孔的工艺方法称为钻削加工。钻削是孔加工的基本方法之一，通常在钻床或车床上进行，也可以在镗床或铣床上进行。孔加工刀具按用途可分为两大类：一类是从实体材料中加工出孔的刀具，如：麻花钻、扁钻、中心钻和深孔钻等；另一类是对工件上已有孔进行再加工的刀具，常用的有扩孔钻，铰刀及镗刀。1.钻床及其加工范围钻床是用钻头在工件上加工孔的机床，可完成钻孔、扩孔、铰孔及攻螺纹等工作。运动分析：工件固定，刀具作旋转主运动，同时沿轴向作进给运动。钻床的主参数：最大钻孔直径。分类：台式钻床：小型钻床，常安装在台桌上，加工直径小于12mm的孔。立式钻床：适用于中小工件的单件，小批量生产。摇臂钻床：适用于加工一些大而重的工件上的孔。深孔钻床及其他钻床。钻床台式钻床立式钻床摇臂钻床nnf2.钻削刀具——麻花钻麻花钻是钻削加工的最常用刀具。标准高速钢麻花钻由三部分组成：柄部、颈部、工作部分①柄部用在与机床或夹具联接，起夹持定位作用，并传递扭矩和轴向力。②颈部位于工作部分和柄部之间，磨削柄部时，是砂轮的退刀槽。钻头的标记也常注于此。③工作部分由切削部分和导向部分组成。麻花钻的结构麻花钻的结构钻头切削部分5个刀刃6个刀面两条主切削刃:螺旋槽与主后刀面的两条交线两条副切削刃:棱边与螺旋槽的两条交线一条横刃:两后刀面在钻芯处的交线两个螺旋形前刀面:螺旋槽的螺旋面两个经刃磨获得的主后刀面:与工件过渡表面（孔底）相对的端部两曲面两个副后刀面:与孔壁相对的棱带麻花钻的工作部分有两个对称的刃瓣，可以看作两把对称的车刀，两条对称的螺旋槽用于容屑和排屑；为了减少与加工孔壁的摩擦，导向部分磨有两条棱带，棱边直径磨有(0.03～0.12）/100的倒锥量，形成副偏角κr′。麻花钻的几何角度麻花钻的主要几何参数有:(1)螺旋角β是钻头轴心线与棱带螺旋线切线之间的夹角。螺旋角越大，切削越容易，但钻头的强度低。一般β=18°～30°,直径较小的钻头β应取小值。(2)前角γo主剖面(N-N)内测量的前刀面与基面的夹角。因为前刀面是螺旋面，所以主切削刃各点的前角是变化的，从外缘处的大约+30°逐渐减小到钻芯处的大约-30°。(3)后角α。轴向主剖面(X-X)内测量的主后刀面与切削平面的夹角。切削刃各点的后角也是变化的，从外缘处的大约8°～14°逐渐增加到钻芯处的大约20°～25°。(4)顶角2Ф是两条主切削刃之间的夹角，一般，2Ф=116°～120°(5)横刃斜角ψ是在端面投影图中横刃与主切削刃之间的夹角，一般，ψ=50°～55°3.钻削运动在钻床上钻孔时,钻头的旋转为主运动,钻头沿工件的轴向移动为进给运动；在车床上钻孔时,工件的旋转为主运动,装在尾架上的钻头沿工件轴向移动为进给运动。钻削用量：（1）钻削速度υ（m/s）式中：d——钻头直径（mm）n——钻头或工件的转速，r/min3.钻削运动（2）钻削进给量f（mm/r）钻头或工件每转一周，钻头沿轴向移动的距离。（3）切削深度ap（mm）式中：d——钻头直径（mm）4.钻削加工的工艺特点1）钻孔是孔的粗加工方法；2）可加工直径0.05～125mm的孔；3）孔的尺寸精度在IT10以下；4）孔的表面粗糙度一般大于Ra12.5μm；5）对于精度要求不高的孔，如螺栓的贯穿孔、油孔以及螺纹底孔，可直接采用钻孔；6)一些内螺纹在攻丝前，要先钻孔；7)刀具刚性差，容易发生“引偏”；8)排屑困难，切削热不易排出。引偏及预防引偏：是指加工时钻头弯曲引起的孔径扩大、孔不圆或孔轴线歪斜等缺陷。原因：（1）钻头的刚性差，导向作用差；（2）钻头的横刃有很大的负前角，很难进行切削；（3）钻头的两条主切削刃很难刃磨得完全对称，径向力很难抵消，容易产生“引偏”。减少引偏的措施：（1）预钻锥形定心坑；（2）用钻套为钻头导向；（3）尽量将钻头的两条主切削刃刃磨得对称一致。排屑困难及改善措施钻孔时，由于切屑较宽，容屑槽尺寸又受到限制，因而切屑与孔壁产生较大的摩擦、挤压、拉毛，刮伤已加工表面，降低表面质量，有时甚至会将钻头扭断。改善措施：（1）在钻头上修磨出分屑槽（群钻），将宽的切屑分成窄条，以利于排屑。（2）当钻深孔（L/D＞5~10）时，采用深孔钻加工。5.钻削的应用钻削的应用钻孔主要用于粗加工。如螺钉孔，油孔，内螺纹底孔等。单件、小批生产中、小型工件上的小孔（D13mm），常用台式钻床加工。中、小型工件上较大的孔（D50mm），常用立式钻床加工。大型工件上的孔，则采用摇臂钻床加工。回转体工件上的孔，多在车床上加工。4.2.2扩孔和铰孔1.扩孔扩孔是用扩孔钻对工件上已有的孔进行扩大加工。常用作铰孔或磨床前的预加工扩孔以及毛坯孔的扩大，常作为孔的半精加工，在成批或大量生产时应用较广。扩孔的加工精度可达IT10-IT9，Ra可达6.3-3.2μm。1.切削刃不必自外圆延续到中心，避免了横刃及其由横刃引起的不良影响；2.由于扩孔的余量小，切削深度ap（ap=（dm-dw）/2）小,切屑窄,易排除，不会划伤已加工表面，同时排屑槽可作得较小较浅,增加了刀具刚度，所以可以加大切削用量，改善加工质量；3.导向性较好,切削平稳，生产率高；4.扩孔是孔的半精加工工艺，当孔的精度和表面质量要求更高时，需要进行精加工——铰孔。扩孔特点2.铰孔铰孔是应用普遍的孔的精加工方法之一，一般加工精度可达IT9-IT7，Ra可达1.6-0.4μm。铰刀分为：机用铰刀:用于在机床上铰孔,常用高速钢制造,有锥柄和直柄两种型式；手用铰刀:常为整体式结构，直柄方头,结构简单，手工操作,使用方便。铰孔铰刀的结构及铰孔的特点1、铰孔加工质量较高；2、铰刀的刀刃多（6~12个），容屑槽很浅，刚性和导向性比扩孔钻更好；3、铰刀本身的精度很高，而且具有修光部分，可校准孔径和修光孔壁；4、铰孔的切削余量小，切削速度低，切削力小，产生的切削热少，所以工件的变形小，铰孔表面质量较高。钻-扩-铰是经常采用的典型加工工艺，但一般只能保证孔本身的精度，而不能保证孔的位置精度，一般使用钻模、多轴钻和组合机床来解决。对直径较大或非标准孔则采用镗削加工。对于直径较大的孔（一般孔径大于30mm），生产中常采用镗削来代替扩孔和铰孔。因为镗刀结构简单，价格比大直径的扩孔钻和铰刀便宜得多，并且轻便。镗孔的通用性好，可进行粗、半精、精加工，特别适用于加工批量零件。镗孔质量取决于机床精度。镗孔可以在多种机床上进行，常见的主要有在车床上镗孔和在镗床上镗孔。4.2.3镗削加工1.车床上镗孔在车床上镗孔主要适用于回转体零件上的单孔和零件上的轴承孔的加工。a图，在车床上用卡盘装夹工件，一次完成内孔、外圆和端面的加工，可保证同轴度和垂直度；b图，在车床上用花盘弯板装夹小型支架类工件，镗削加工轴承孔。4.2.3镗削加工2.镗床上镗孔对于箱体类和支架类零件上的孔和孔系，常用镗床加工。镗床：镗床是一种主要用镗刀在工件上加工孔的机床。通常用于加工尺寸较大，精度要求较高的孔，特别是分布在不同表面上，孔距和位置精度要求较高的孔，如箱体上的孔。还可以铣平面、铣沟槽、钻孔、扩孔、铰孔等。运动分析：主运动为镗刀的旋转运动，进给运动为镗刀或工件的移动。4.2.3镗削加工镗床分类：①卧式镗床卧式镗床既可完成粗加工（如粗镗、粗铣、钻孔等），又可进行精加工（如精镗孔）。卧式镗床主要是加工孔，特别是箱体零件上的许多大孔、同心孔、平行孔等。易于保证被加工孔的尺寸精度和位置精度。镗孔的尺寸精度可达IT7，表面粗糙度Ra值为1.6-0.8μm。卧式镗床外形图卧式镗床卧式镗床结构1—床身2—下滑座3—工作台4—主轴箱5—前立柱6—主轴7—后立柱8—后支撑XZfn卧式镗床卧式镗床②坐标镗床坐标镗床是一种高精度的机床。主要用来镗削精密孔（IT5级或更高），例如钻模、镗模上的精密孔。坐标镗床可以镗孔、钻孔、扩孔、铰孔以及精铣平面和沟槽，还可以进行精密刻线和划线，以及进行孔距和直线尺寸的精密测量工作。卧式坐标镗床1--下滑座；2—上滑座；3—工作台；4—立柱；5—主轴箱；6—床身底座坐标镗床③金刚镗床金刚镗床以使用金刚镗刀而得名，是一种高速精密镗床。主要特点是主运动速度很高，切削深度和进给量很小，加工精度可达IT5—IT6，Ra达0.63--0.08μm。卧式单面金刚镗床卧式双面金刚镗床金刚镗床在镗床上常用的镗刀一般可分为单刃镗刀和多刃镗刀两大类。①单刃镗刀结构简单，制造方便，通用性好，可以校正原有孔的轴线歪斜或位置偏差，但生产率较低。单刃镗刀的结构与车刀类似，它是将镗刀垂直或按某一角度安装在镗刀杆上。镗刀单刃镗刀a)镗盲孔b）镗通孔双刃镗刀1---刀块2—刀片3—调节