机械切削加工工艺与装备

第5章机械切削加工工艺与装备5.1车削加工工艺与装备机械加工及设备5.1.1车削加工的概念及可加工的表面车削加工的概念车削加工是指在车床上用刀具与旋转工件间的相对运动来去除工件多余材料，使被加工零件的形状、尺寸和表面质量达到图纸的要求过程。Vf图5-1车削加工过程图车削可加工的表面5.1.1车削加工的概念及可加工的表面车端面车削时工件作旋转运动（主运动v），刀具沿径向进给（进给运动f），以实现对端面的加工。vvvvffff图5-2车端面车削可加工的表面5.1.1车削加工的概念及可加工的表面车外圆柱面车削时工件作旋转运动（主运动v），刀具沿轴向进给（进给运动f），以实现对外圆面的加工。vvvfff图5-3车外圆柱面车削可加工的表面5.1.1车削加工的概念及可加工的表面车外圆锥面车削时工件作旋转运动（主运动v），刀具沿轴向和径向进给（进给运动f），以实现对外圆锥面的加工。vf工件车刀图5-4车圆锥面车削可加工的表面5.1.1车削加工的概念及可加工的表面车成形面车削时工件作旋转运动（主运动v），车刀按加工要求同时作轴向和径向进给运动（进给运动f）。图5-5车成形面v工件车刀f车削可加工的表面5.1.1车削加工的概念及可加工的表面车螺纹车削时工件作旋转运动（主运动v），工件每转一转螺纹车刀沿轴向进给一个螺距（进给运动f）。图5-6车螺纹vf螺纹车刀车削可加工的表面5.1.1车削加工的概念及可加工的表面切槽与切断车削时工件作旋转运动（主运动v），刀具沿径向进给（进给运动f），以实现切槽或切断加工。vf工件切槽刀图5-7车削切槽与切断车削可加工的表面5.1.1车削加工的概念及可加工的表面切内槽车削时工件作旋转运动（主运动v），刀具沿径向进给（进给运动f），以实现切内槽加工。图5-8车削切内槽vf内切槽刀工件车削可加工的表面5.1.1车削加工的概念及可加工的表面镗孔车削时工件作旋转运动（主运动v），刀具沿轴向进给（进给运动f），以实现镗孔加工。图5-9镗孔vf工件镗刀车削可加工的表面5.1.1车削加工的概念及可加工的表面钻中心孔车削时工件作旋转运动（主运动v），中心钻沿轴向进给（进给运动f），以实现钻中心孔加工。vf工件中心钻图5-10钻中心孔车削可加工的表面5.1.1车削加工的概念及可加工的表面钻孔车削时工件作旋转运动（主运动v），钻头沿轴向进给（进给运动f），以实现钻孔加工。图5-11钻孔钻头f工件v车削可加工的表面5.1.1车削加工的概念及可加工的表面铰孔vf工件铰刀图5-12铰孔车削时工件作旋转运动（主运动v），铰刀沿轴向进给（进给运动f），以实现铰孔加工。车削可加工的表面5.1.1车削加工的概念及可加工的表面锪锥孔车削时工件作旋转运动（主运动v），锪孔刀沿轴向进给（进给运动f），以实现锪孔加工。图5-13锪锥孔工件vf锪刀车削可加工的表面5.1.1车削加工的概念及可加工的表面攻丝车削时工件作旋转运动（主运动v），工件每转一转丝锥轴向进给一个螺距（进给运动f），以实现攻丝。图5-14攻丝v工件f丝锥车削可加工的表面5.1.1车削加工的概念及可加工的表面车内螺纹车削时工件作旋转运动（主运动v），工件每转一转螺纹车刀轴向进给一个螺距（进给运动f）。图5-15车内螺纹vf车刀工件车削可加工的表面5.1.1车削加工的概念及可加工的表面滚花车削时工件作旋转运动（主运动v），滚刀沿径向或轴向进给（进给运动f），以实现对外圆面的滚花。图5-16滚花工件v滚刀f车床的分类5.1.2车床的分类及结构特点车床是机械制造中使用最广的一类机床，主要用于加工轴、盘、套和其他具有回转表面的零件。按用途和结构的不同，车床主要分为卧式车床、立式车床、落地车床、转塔车床、单轴自动车床、多轴自动和半自动车床、仿形车床及各种专门化车床，如曲轴车床、凸轮轴车床等。图5-17车削加工的零件转塔车床车床的分类卧式车床卧式车床的主轴水平布置，作旋转主运动，大刀架沿床身作纵向运动，可车削各种旋转体和内外螺纹等，是使用范围最广的车床。图5-18普通卧式车床5.1.2车床的分类及结构组成车床的分类卧式车床图5-19数控卧式车床5.1.2车床的分类及结构组成车床的分类立式车床立式车床的主轴处于垂直位置，其主要特点是：工作台在水平面内，工件的安装调整比较方便。立式车床主要用于加工直径大、长度短的大型、重型工件和不易在卧式车床上装夹的工件。图5-20立式车床加工的零件5.1.2车床的分类及结构组成车床的分类立式车床图5-21单立柱立式车床5.1.2车床的分类及结构组成车床的分类立式车床图5-22双立柱立式车床5.1.2车床的分类及结构组成车床的分类落地车床落地车床又称花盘车床、端面车床、大头车床，主要适用于车削直径大，长度短、重量较轻的盘形、环形工件或薄壁筒形等工件。落地车床广泛应用于石油化工、重型机械、汽车制造、矿山铁路设备及航空部件的加工制造。图5-23落地车床加工的零件5.1.2车床的分类及结构组成车床的分类落地车床图5-24落地车床5.1.2车床的分类及结构组成车床的分类自动车床自动车床按一定程序自动完成中小型工件的多工序加工，能自动上下料，重复加工一批同样的工件，适用于大批、大量生产。图5-25自动车床加工的零件5.1.2车床的分类及结构组成车床的分类自动车床图5-26自动车床5.1.2车床的分类及结构组成主轴箱进给箱主轴卡盘刀架尾座溜板箱丝杠光杠床身床腿图5-27普通车床的结构图5.1.2车床的分类及结构组成车床的结构组成图5-27普通车床的传动原理图主轴箱溜板箱进给箱主轴箱5.1.2车床的分类及结构组成车床的结构组成主轴头Z向伺服电机Z向伺服电机刀架尾架床身底座刀架图5-28数控车床的结构图5.1.2车床的分类及结构组成车床的结构组成图5-29数控车床光机图车床的结构组成5.1.2车床的分类及结构组成5.1.3车刀车刀的分类按加工表面分：外圆车刀、端面车刀、内孔车刀、切断刀、切槽刀、螺纹车刀。按结构分：整体车刀、焊接车刀、机夹车刀、可转位车刀和成型车刀。5.1.3车刀车刀的分类图5-30不同外圆车刀加工原理图85.1.3车刀车刀的结构特点外圆车刀fffvvv(a)直头车刀(b)45弯头车刀(c)90外圆车刀直头外圆车刀90外圆车刀图5-31常用的外圆车刀45弯头车刀5.1.3车刀车刀的结构特点端面车刀图5-32端面车刀vvvvffff45弯头车刀90反偏刀90正偏刀直头车刀90正偏刀90反偏刀直头车刀45弯头车刀5.1.3车刀车刀的结构特点螺纹车刀焊接外螺纹车刀机夹外螺纹车刀焊接内螺纹车刀机夹内螺纹车刀图5-33螺纹车刀5.1.3车刀车刀的结构特点切槽刀机夹外切槽刀焊接外切槽刀图5-34切槽刀机夹内切槽刀焊接内切槽刀5.1.4工件在车床上的装夹三爪卡盘装夹图5-35三爪卡盘装夹优点：自定心卡盘装夹工件方便、省时。缺点：夹紧力没有单动卡盘大。适用于：圆柱、套、盘类等圆形零件。5.1.4工件在车床上的装夹四爪卡盘装夹图5-36四爪卡盘装夹常见的有四爪自定心卡盘（适于四方形零件）和四爪单动卡盘（适用于夹持偏心零件和不规则形状零件）两种。优点：夹紧力较大。缺点：卡盘找正比较费时。5.1.4工件在车床上的装夹两顶尖装夹两顶尖装夹适用于装夹精度要求高，必须经过多次装夹才能加工好的工作，以及工序较多的工作。工件后顶尖卡箍拨盘前顶尖紧定螺钉图5-37两顶尖装夹优点：两顶尖装夹工件方便，不需找正，装夹精度高。缺点：装夹前必须先在工件端面钻出中心孔，夹紧力较小。5.1.4工件在车床上的装夹芯轴装夹适用于：盘套类零件的精加工。优点：两顶尖装夹工件方便，不需找正。图5-38芯轴装夹工件垫片芯轴螺母前顶尖后顶尖胀紧芯轴5.1.5车削加工阶段的划分粗车粗车半精车图5-39粗车和半精车以切除大部分加工余量为主要目的加工，对精度及表面粗糙度无太高要求。加工精度：IT12～IT14，Ra50～12.5μm。5.1.5车削加工阶段的划分半精车粗车半精车图5-39粗车和半精车在粗车基础上，进一步提高精度和减小粗糙度值。可作为中等精度表面的终加工，也可作为精车或磨削前的预加工。加工精度：IT11～IT9，Ra6.3～3.2μm。5.1.5车削加工阶段的划分精车图5-40精车精车可作为高精度回转体表面的终加工，或者光整加工前的预备加工。加工精度：IT8～IT6，Ra1.6～0.8μm。5.1.6车削加工特点(1)易于保证工件各加工面的位置精度；①易于保证同轴度要求；②易于保证端面与轴线垂直度要求。(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)适于有色金属精加工;(4)刀具简单成本较低;(5)适应广泛，批量不限。第5章机械切削加工工艺与装备5.2钻、扩、铰孔加工工艺与装备机械加工及设备5.2.1钻孔工艺及装备概述钻孔是指用钻头在工件的实体部位加工孔的过程。钻孔属于粗加工：IT14~IT12,Ra50~12.5µm。图5-41零件钻孔5.2.1钻孔工艺及装备钻床常用的钻床有：台钻（Φ12mm孔），立式钻床（Φ50mm孔），摇臂钻床（Φ80mm孔)。图5-42台钻5.2.1钻孔工艺及装备钻床图5-42立式钻床5.2.1钻孔工艺及装备钻床图5-43摇臂钻床图5-44多头钻床5.2.1钻孔工艺及装备钻头生产中常用的钻头是麻花钻，其结构主要由柄部、颈部及工作部分组成，工作部分又分导向部分和切削部分。切削部分导向部分工作部分颈部柄部扁尾d0工作部分导向部分柄部d0切削部分图5-44钻头的结构原理图5.2.1钻孔工艺及装备钻头柄部钻头的夹持部分，用以传递扭矩和轴向力，有直柄和锥柄两种形式，直柄用于小直径钻头，锥柄用于大直径钻头。柄部柄部5.2.1钻孔工艺及装备钻头颈部柄部和工作部分的连接部分，是磨削柄部时砂轮的退刀槽，也是打印商标和钻头规格的地方。导向部分导向部分有两条螺旋槽和两条棱边，螺旋槽起排屑和输送切削液作用，棱边起导向、修光孔壁作用。颈部导向部分螺旋槽棱边5.2.1钻孔工艺及装备钻头切削部分切削部分有两个主切削刃，两个副切削刃和一个横刃组成。横刃主切削刃主切削刃棱边(副后刀面)前刀面主后刀面棱边(副后刀面)横刃副切削刃图5-45钻头切削部分的组成5.2.1钻孔工艺及装备钻孔的工艺特点(1)钻头易被“引偏”。原因是：①刚性差：细长、有两条较深螺旋槽；②导向差：棱边窄，与孔壁接触刚度差；③横刃处产生的轴向力大，会加剧偏斜；④主切削刃不对称，会使径向力不平衡。减小引偏的措施：①预钻锥形定心孔；②用钻套导向；③提高刃磨精度，使两主切削刃对称。5.2.1钻孔工艺及装备钻孔的工艺特点(2)排屑困难；容屑槽尺寸有限，钻屑较宽，被迫卷成螺旋状，流出孔壁时与孔壁发生剧烈摩擦。影响钻进，降低工件表面质量。改进措施：①钻深孔时，反复退刀排屑；②修磨分屑槽。(3)切削热不易传散。切削液不易深入孔内切屑区。增大了刀具磨损，限制了效率。5.2.2扩孔工艺用扩孔钻对已钻出的孔作进一步的加工以扩大孔径，提高精度降低表面粗糙度。属半精加工：IT10~IT9，Ra6.3~3.2µm。扩孔钻的结构图5-46扩孔钻的结构组成扩孔的工艺特点（与麻花钻相比）①刚性好：扩孔钻的容屑槽浅而窄，钻芯粗壮；②导向性好：一般有3~4个导向棱边；③切削条件好：只有切削刃外缘部分参与切削；④孔壁光洁，切屑少，流出时与孔壁摩擦小。5.2.2扩孔工艺扩孔的应用常用作铰孔前的预加工，对于质量要求不高的孔，也可作孔加工的最终工序。5.2.3饺孔工艺铰孔是用铰刀从被加工孔的孔壁上切除微量金属，使孔的精度和表面质量得到提高的加工方法。属精加工：IT8~IT7，Ra1.6~0.4µm。铰孔的概念图5-47铰孔加工图5.2.3饺孔工艺铰刀的结构机用铰刀手用铰刀图5-48铰刀的结构组成5.2.3饺孔工艺饺孔的工艺特点(1)铰孔可以达到较高精度和较低的表面粗糙度；(2)铰孔矫正位置精度误差的能力很差，孔位置精度由铰孔前的加工工序来保证；(3)