机械制造中的切削加工方法与典型零件的加工工艺

机械制造中的切削加工方法与典型零件的加工工艺机械零件都是由若干不同类型的基本表面(例如外圆表面、内圆表面、平面、圆锥面、曲面等)构成的，零件的加工过程实际上就是获得这些表面的过程。今天我们以这些面的切削加工为主线学习机械制造中的主要切削加工方法及典型零件的加工工艺。第一部分机械制造中的切削加工方法1.车削2.铣削3.磨削4.钳加工第二部分典型零件的加工工艺编制目录第一部分机械制造中的切削加工方法1.车削车削是在车床上利用工件的旋转运动和刀具的移动来进行切削的，车削是最基本和应用最广泛的切削方法。1.1车削运动切削时，工件与刀具的相对运动称为切削运动。切削运动包括主运动和进给运动。车削时主运动是工件旋转，进给运动是车刀移动。1.2车床的种类车床的种类很多，主要有仪表车床、自动车床、半自动车床、回轮车床、转塔车床、立式车床、落地车床、卧式车床、数控车床和数控车加工中心等，其中以卧式车床和卧式车加工中心应用最广泛。1.3车削的加工范围车削加工范围很广，可以车外圆、端面、锥面、成型曲面、切断、切槽、滚花、钻孔、镗孔、车螺纹等。1.4车削的特点1）车削适合于加工各种内、外回转表面。2）车刀结构相对简单，制造容易，刃磨及拆装方便。3）车削对工件的结构、材料、生产批量等有较强的适应性，可车削各种钢材、铸铁、有色金属及尼龙等非金属。4）绝大多数车削为连续切削，切削力变化小，切削过程平稳，有利于高速切削和强力切削，生产效率高。1.5切削用量切削用量：是在切削过程中的切削速度、进给量和背吃刀量的总称。切削速度：切削刃上选定点相对于工件的主运动的瞬时速度称为切削速度。切削速度的单位为m/min或m/s.进给量：刀具在进给方向上相对工件的位移量称为进给量,进给量的单位为mm。背吃刀量：指工件已加工表面和待加工表面间的垂直距离（，背吃刀量的单位为mm。1.6车床的工艺装备工艺装备：工艺装备是产品制造工艺过程中所用的各种工具的总称，包括夹具、刀具、量具、检具、辅具、钳工工具和工位器具等。车床夹具：三爪自定心卡盘（正爪、反爪）：能自动定心，用于装夹外圆较小或内孔较大的零件，装夹工件不需要找正，使用方便。常用规格Φ160mm、Φ200mm、Φ250mm等。四爪单动卡盘（正爪、反爪）：四个卡爪单独沿径向移动,装夹工件时，需通过调节各卡爪的位置进行找正。常用规格Φ250mm、Φ315mm、Φ400mm、Φ500mm等。前顶尖：顶尖的作用是定中心、支撑工件与承受切削时的切削力。装在主轴上，随主轴和工件一起回转，与工件中心孔无摩擦。后顶尖（固定顶尖）：后顶尖是插入尾座套筒锥孔中的顶尖，固定顶尖定心好，刚度高，切削是不易产生振动，但与中心孔有相对运动，容易发热和磨损。后顶尖（回转顶尖）：回转顶尖可克服发热和磨损的缺点，但定心精度稍差，刚度也稍低。中心架：在车刚度较低的细长轴或不能穿过车床主轴孔的粗长轴工件时，采用中心架来增强刚度、保证同轴度。跟刀架（两爪跟刀架、三爪跟刀架）：使用时，一般固定在车床床鞍上，车削时跟随在车刀后面移动。跟刀架多用于无台阶的长光轴加工，细长光轴宜选用三爪跟刀架。1.7车削精度粗车（拉毛坯）的加工精度可达IT12-IT11，表面粗糙度Ra50-12.5um；精车的加工精度可达IT8-IT6，表面粗糙度Ra1.6-0.8um。1.8车刀的种类及应用（见图表1）1.9常用刀具材料的性能和应用场合（见图表2）图表1车刀的种类及应用图表1续图表2常用刀具材料的性能和应用场合图表2续1.10齿轮轴车削工序图例（材料45钢）分析图样制定工艺路线：1）齿轮轴的材料为45钢，毛坯材料应为热轧圆钢。2）关注各尺寸精度，表面粗糙度，锥度等。3）圆锥表面对公共基准A-B的斜向圆跳动公差。4）制定加工工艺路线，编制工艺流程卡齿轮轴加工顺序：下料→热处理→车端面→车总长→粗车齿轮轴左端→粗车齿轮轴右端→调头，精车齿轮轴左端→精车齿轮轴右端。齿轮轴（车削工序）工艺流程卡工序工种工艺流程使用设备1下料Φ40mm×154mm（材料45号钢）带锯下料2热处理调质处理220-250HBW热处理3车工①夹右端，平端面、钻中心孔、车外圆达Φ36②夹左端，车总长达149、钻中心孔、车外圆达Φ36③一夹一顶，加工各外园、环槽、倒角、螺纹等达图中尺寸④加工1：10圆锥，保证长度25.5mm⑤打表自检，保证↗≤0.03mmC616普通车床或GS200M数控车床第一部分机械制造中的切削加工方法2.铣削铣削是在铣床上使用多刀刃的铣刀进行切削的一种加工方法，铣削是加工平面和键槽的主要方法之一。2.1铣削运动铣削的主运动是刀具的旋转运动，工件本身不动，而是装夹在机床的工作台上完成进给运动。铣削刀具比较复杂，一般为多刃刀具。2.2铣床的种类铣床的种类很多，常用的有万能滑枕铣床、立式升降台铣床、万能工具铣床、龙门铣床、数控铣床和加工中心等，我所以万能滑枕铣床和立式加工中心应用最广泛。2.3铣削的加工范围在铣床上使用各种不同的铣刀可以完成平面（平行面、垂直面、斜面）、台阶、槽（直角槽、V形槽、T形槽、燕尾槽等）、切断、镗孔和特形曲面等的加工，。2.4铣削的加工特点1）铣削是切削加工中最主要的加工方法之一，常用于各种零件的半成型和成型加工，特别是板类零件的加工。2）铣削具有较高的加工精度，其经济加工精度一般为IT9-IT7，表面粗糙度Ra值达12.5-1.6um，精密铣加工精度可达IT5，表面粗糙度值可达Ra0.4um2）铣加工中心特别适合模具等形状复杂的组合体零件的加工。2.5工件的装卡铣削加工中，工件的装卡非常重要，大体可分为四类：机用虎钳装卡、压板和螺栓装卡、分度头装卡、专用夹具装卡。2.6铣床附件及配件（图表3）2.7铣刀的种类及用途（图表4）图表3铣床附件及配件图表3铣床附件及配件图表4铣刀种类及用途2.8齿轮轴铣削工序图例（材料45钢）分析图样制定工艺路线：1）齿轮轴的材料为45钢，毛坯经过调质处理、车削加工。2）选择铣床、铣刀、分度头、尾座等，设计装夹方式。加工键槽、齿面要注意：找正、装卡、加工一次完成，保证键槽与轴线的对称度要求和位置要求。3）制定加工工艺路线，编制工艺流程卡齿轮轴齿部、键槽的加工顺序：半成品→装卡、找正、夹紧→对刀、选择加工参数→完成齿面、键槽的加工。齿轮轴（铣削工序）工艺流程卡工序工种工艺流程使用设备1下料Φ40mm×154mm（材料45号钢）带锯下料2热处理调质处理220-250HBW热处理3车工①两端加工中心孔②一夹一顶，加工各外园、环槽、倒角、螺纹等达图中尺寸，加工1：10圆锥，保证长度25.5mm⑤打表自检，保证↗≤0.03mm普通车床或数控车床4铣工①选用4mm×16mm半圆键槽铣刀，选用模数2mm、2号模数铣刀②选用分度头、尾座，一夹一顶装夹，三爪夹Φ20±0.006mm处③打表找正，加工键槽达图尺寸，加工齿面留磨量单面0.2mm立式铣床或立式加工中心立式加工中心+回转工作台3.磨削磨削是用砂轮或其它模具以较高的线速度对工件表面进行加工的方法，其主运动是砂轮的旋转运动。第一部分机械制造中的切削加工方法3.1磨床的种类磨床的种类很多，主要有外圆磨床、内圆磨床、平面及端面磨床、工具磨床、导轨磨床、曲轴磨床等，应用最多的是平面磨床和外圆磨床。3.2磨削运动平面磨床：磨头主轴上砂轮的回转运动是主运动；进给运动包括工作台的纵向进给运动、砂轮的横向和垂直进给运动。外圆磨床：磨头主轴上砂轮的回转运动是主运动；进给运动包括工件的圆周进给运动、工作台的纵向进给运动、砂轮架的横向进给运动。3.3磨削加工的特点1）加工精度高，磨削加工主要用于精加工,磨削精度可达到IT6-IT4，表面粗糙度可达到Ra0.8-0.2um。2）磨削可以对淬硬的工件进行加工，硬度越高相对应的表面光洁度越好。3.4磨削的加工范围在各类磨床上能实现：外圆加工、内孔加工、平面加工、螺纹加工、齿轮加工、导轨加工和花键加工等。磨削可以加工未淬火钢、铸铁、铜、铝等，也可以加工淬硬钢、高速钢、钛合金、硬质合金以及非金属材料。3.5磨削用砂轮的特性1）磨料的种类：砂轮中磨粒的材料称为磨料，它是砂轮的主要成分。按成分一般分为氧化物系AIO（白刚玉、棕刚玉）、碳化物系SiC（绿碳化硅、黑碳化硅）和高硬磨料系CBN（人造金刚石、立方氮化硼）三类。2）粒度F：表示磨料颗粒尺寸大小的参数称为粒度，根据加工零件表面粗糙度要求和加工材料的力学性能选择。砂轮的粒度代号(F4～F220)，通常采用F46、F60。3）砂轮的硬度：是指结合剂黏结磨料颗粒的牢固程度，它表示砂轮在外力的作用下磨料颗粒从砂轮表面脱落的难易程度。砂轮的硬度等级代号（A～Y）。常用L、K。3.7齿轮轴的磨削工序图例（材料45钢）分析图样制定工艺路线：1）半成品齿轮轴的材料为45钢，毛坯经过调质处理，齿部经高频淬火处理。2）零件为台阶轴，轴阶尺寸公差要求较高Φ20（±0.006mm），表面粗糙度Ra1.6。3）锥度为1:10的锥面相对于A-B的斜向圆跳动为0.01mm。4）制定加工工艺路线，编制工艺流程卡齿轮轴齿部、轴端的磨削加工顺序：半成品→修研两端中心孔→粗磨、精磨、掉头→粗磨、精磨→完成加工。齿轮轴（磨削工序）工艺流程卡工序工种工艺流程使用设备1下料Φ40mm×154mm（材料45号钢）带锯下料2热处理调质硬度220-250HBW热处理3车工两端加工中心孔，一夹一顶，加工各外园、环槽、倒角、螺纹等达图中尺寸，加工1：10圆锥，保证长度25.5mm普通车床或数控车床4铣工①选用4mm×16mm半圆键槽铣刀，选用模数2mm、2号模数铣刀②一夹一顶，加工键槽达图尺寸，加工齿面留磨量单面0.2mm，立式铣床或立式加工中心5热处理齿部高频淬火硬度50～55HRC热处理6磨工①在车床上修研两中心孔②在磨齿机上两顶尖装夹粗、精磨齿面达图尺寸;③在外圆磨上一夹一顶、掉头，粗、精加工外圆Φ20±0.006mm，圆锥1：10达图尺寸。普通车床磨齿机外圆磨3.7齿轮轴图例（材料45钢）4.钳加工在机械产品的生产制造过程中，钳工是不可缺少的工种之一。其特点是以手工操作为主，灵活性强，主要担负着机械加工方法不能解决的的某些工作。4.1钳工常见的基本操作：划线、錾削、锉削、锯削、钻孔、扩孔、锪孔、铰孔、铆接、弯曲、刮削、研磨、螺纹攻丝等。4.2钳工专业基础知识第一部分机械制造中的切削加工方法1）划线：是指根据图样和技术要求，在毛坯或半成品上用划线工具划出加工界限（或基准线）的过程。划线的作用：①确定工件各加工面的加工位置和加工余量，使加工有明显的尺寸界线（特别是大型铸件）。②便于复杂工件在机床上安装，按线找正定位。③能全面检查毛坯的尺寸，及时发现不合格的毛坯。④采用借料划线可使误差不大的毛坯得到补救。⑤在板料上划线排料，可以提高材料利用率。常用的划线工具：划线平台、划针、划规（单脚规)、钢板尺、直角尺、高度游标尺、划线盘、分度头、方箱、V型铁、样冲等。2)錾削：是钳工用手锤敲击錾子对工件进行切削加工的一种方法，一般用碳素工具钢锻成（T7A），常用錾子的分类及应用：①扁錾：主要用来錾平面、去毛刺和分割板料。②尖錾：主要用来錾削沟槽及分割曲线板料。③油槽錾：常用来錾切平面或曲面上的油槽。3)锉削：用锉刀对工件表面进行切削加工，使工件达到所要求的尺寸、形状和表面粗糙度，这种工作称为锉削。锉削的加工范围：锉削的加工范围很广，可以锉削工件的外表面、内孔、沟槽和各种形状复杂的表面，装配过程中个别零件的修配，锉削是钳工的一项重要基本操作，钳工技能大赛传统比赛项目。锉刀材料：一般用高碳工具钢(T12、T13）制成，经过热处理，硬度达HRC62～67，锉刀是专业厂生产的一种标准工具。锉刀的种类：锉刀分普通锉、特种锉和整形锉（什锦锉或组锉）三类。普通锉按其断面形状不同，又可分为平锉（板锉）、方锉、三角锉、半圆锉和圆锉五种。特种锉有刀口锉、菱形锉、扁三角锉、椭圆锉、圆肚锉等。整形锉通常以5把、6把、8把、10把、12把位一组。锉刀的规格：分尺寸规格和齿纹的粗细规格。①锉刀的尺寸规格：圆锉刀以直径