金属切削机床及各种加工方法.ppt
2019/6/21,机械工程学院 机械制造基础,1,第2章 金属切削机床及各种加工方法,2.1 金属切削机床 2.2 外圆表面加工 2.3 内圆表面加工 2.4 平面加工 2.5 螺纹加工 2.6 齿轮齿形加工 2.7 特种加工,2019/6/21,机械工程学院 机械制造基础,2,l 按加工性质和加工刀具共分12类（表2.1）,l 按照机床通用性（万能程度） （1）通用机床（万能机床）： （2）专门化机床（专能机床）： （3）专用机床：,2.1 金属切削机床 2.1.1 金属切削机床的分类,l 按照加工精度： l 按照自动化程度：手动、机动、半自动、自动,2019/6/21,机械工程学院 机械制造基础,3,2.1.2 金属切削机床型号编制方法,l 国产机床型号：（代表字母，代表数字）,2019/6/21,机械工程学院 机械制造基础,4,表2.3 各类主要机床的主参数和折算系数,2019/6/21,机械工程学院 机械制造基础,5,2.1.3 机床的基本构造,l 基本构件： 主传动部件 进给运动部件 动力源 刀具安装装置 工件安装装置 支承件,2.1.4机床的基本传动类型 机床的基本传动类型有机械、液压、气动、电伺服等。最常用的有机械传动和液压传动。,2019/6/21,机械工程学院 机械制造基础,6,传动副及符号,l 机械传动：,2019/6/21,机械工程学院 机械制造基础,7,结构图,2019/6/21,机械工程学院 机械制造基础,8,机械传动传动比：,传动链：从输入到输出方向，由若干传动副依次组合起来的传动系统。 传动系统图：用国家标准规定的符号表示的传动系统。 传动结构式：按传动链次序用传动轴号和传动副的结构参数表示的传动关系式。 传动平衡式：用数字表达式排列的方程式来表示传动链“末端件”（起始和终了传动件）之间的传动关系。 传动级数：传动系统输出转速不同个数。,2019/6/21,机械工程学院 机械制造基础,9,传动结构式：,例,传动平衡式：,2019/6/21,机械工程学院 机械制造基础,10,（1） 滑移齿轮变速,传动结构式：- -,机床中常用的变速机构：,2019/6/21,机械工程学院 机械制造基础,11,传动结构式：- -,（2） 离合器变速,2019/6/21,机械工程学院 机械制造基础,12,结构图,2019/6/21,机械工程学院 机械制造基础,13,传动结构式：- - - -,（3） 塔轮变速,2019/6/21,机械工程学院 机械制造基础,14,结构图,2019/6/21,机械工程学院 机械制造基础,15,机床传动系统的分析方法：“抓两头，连中间 ”,2019/6/21,机械工程学院 机械制造基础,16,C616车床传动系统,2019/6/21,机械工程学院 机械制造基础,17,例,2019/6/21,机械工程学院 机械制造基础,18,进给运动：,例,主运动：,2019/6/21,机械工程学院 机械制造基础,19,丝杠螺母进给：（S为丝杠导程） 齿轮齿条进给： （m为末级齿轮模数）,进给量计算 ：,机床挂轮的要求： 1） 备用齿轮中应有选用齿轮齿数； 2） 要防止挂轮互相干涉，要求满足下列条件： za+zbzd+k zc+zdzb+k 其中k=1522， zd、 zb为大齿轮 车、铣螺纹时要求进给量应与加工螺纹的螺距或导程相等，齿轮加工时，滚刀转过1/k转，齿轮转过一个齿或插齿刀转过一个齿，齿轮也转过一个齿。从而可计算出挂轮的传动比，根据传动比来选配挂轮齿数。,2019/6/21,机械工程学院 机械制造基础,20,练习： 车制外螺纹，已知除挂轮以外传动比为1，P丝6mm，限用10个配换齿轮（20，30，35，40，50，65，87，120，127），车削P工0.8mm的单线螺纹，试计算配换齿轮。,2019/6/21,机械工程学院 机械制造基础,21,液压系统的主要组成部分： 动力源 速度控制回路 压力控制回路 方向控制回路 执行机构 液压附件,l 机床的液压传动简介,2019/6/21,机械工程学院 机械制造基础,22,2.2 外圆表面的加工,外圆表面是轴类、盘类、套类零件的主要表面或辅助表面、外圆表面的加工方法很多，常用的机械切削方法有车削、磨削等。 2.2.1 车削加工 在车床上利用工件旋转，刀具相对移动来加工工件的。,l 车削的方法,l 工件的装夹,l 车床,2019/6/21,机械工程学院 机械制造基础,23,（1） 易于保证各外圆表面及其它表面间的位置精度 (2) 粗车：精度IT13IT11、表面粗糙度Ra5012.5m； 半精车：精度IT10IT9、表面粗糙度Ra 6.33.2m 精车：精度IT8IT6、表面粗糙度Ra1.60.8m （3） 适合于有色金属零件的精加工 （4） 切削过程平稳、切削效率高 （5）刀具简单，适应性广,l 车削的工艺特点:,2019/6/21,机械工程学院 机械制造基础,24,2.2.2磨削加工,（1）磨料：刚玉类（Al2O3，包括棕刚玉、白刚玉等） 碳化硅类（SiC，包括黑色碳化硅、绿色碳化硅） 高硬度磨料（立方氮化硼CBN、金刚石等） （2）磨料粒度：砂轮越粗效率越高，但加工表面质量差。 粗加工和磨软材料时选粗砂轮，精加工及磨硬材料时选细砂轮。 （3）结合剂：陶瓷、树脂、橡胶及金属结合剂等 （4）硬度：指砂轮磨料脱落的难易程度 加工硬材料用软砂轮，加工软材料用硬砂轮。 （5）组织：磨料、结合剂与气孔的比例 加工软材料用疏松的砂轮（防止砂轮堵塞） （6）形状、尺寸与特性代号： GB 80 ZR1 A P 300×4 磨料（白刚玉） 粒度 硬度 结合剂（陶瓷） 形状（平） 尺寸,l 砂轮,2019/6/21,机械工程学院 机械制造基础,25,l 磨削过程：,切削；刻划；滑擦,l 外圆磨床,2019/6/21,机械工程学院 机械制造基础,26,（1）径向分力Fy较大 （2）磨削温度高 （3）精度高IT7IT6、表面粗糙度小Ra 0.20.8m （4）砂轮有自锐作用（磨粒有自锐性、磨钝磨粒的脱落） （5）磨削加工的工件材料范围广 可以加工高硬度的材料，但不能加工塑性较大的软材料，如有色金属紫铜、铝合金等。,l 磨削的工艺特点,2019/6/21,机械工程学院 机械制造基础,27,l 外圆磨削工艺方法,纵磨法：加工时径向力小，加工质量好，但效率低，且对前道工序要求较高（必须经过半精车或精车）。 用于加工细长工件，但见小批量生产。,2019/6/21,机械工程学院 机械制造基础,28,l 外圆磨削工艺方法,横磨法：加工时径向力大，加工质量略差，效率高。 用于批量生产短而粗刚性较好且加工面较短的工件。,2019/6/21,机械工程学院 机械制造基础,29,深磨法：一次磨削量大，加工时径向力大，加工质量略差，效率高。用于批量生产短而粗刚性较好的工件。,l 外圆磨削工艺方法,2019/6/21,机械工程学院 机械制造基础,30,无心磨削：,l 外圆磨削工艺方法,2019/6/21,机械工程学院 机械制造基础,31,l 外圆磨削工艺方法,无心磨削：一次磨削完成，加工质量好IT6IT5, Ra0.80.2m，效率高。用于批量生产光轴、销轴和套，工件外圆表面不允许有阶梯、轴向通槽。,2019/6/21,机械工程学院 机械制造基础,32,2.2.3 研磨 （视频）,（1） 研磨方法： 研磨工具（常用铸铁材料）； 研磨工具材料要求硬度较低，能包容异物，耐磨性好。常用材料为铸铁。 研磨剂：为磨粒与调和剂的调和物。 通常磨粒有刚玉、碳化硅、金刚砂等，调和剂为机油与红丹粉混合物。,2019/6/21,机械工程学院 机械制造基础,33,（2） 研磨的特点：,（a） 速度低、压力小，加工精度达IT6IT4、表面粗糙度最小达Ra 0.10.008m。 （b）切削余量小，通常为0.0050.05mm，要求前道工序精度高，表面质量好。 （c）可以纠正形状误差，但不能改变位置误差。 （d）适应性广，可用于各种材料的工件加工。,2019/6/21,机械工程学院 机械制造基础,34,2.2.4 外圆表面的加工方案分析,l 举例分析： 1. 加工10件 45钢（调质）轴外圆，尺寸精度h9，表面粗糙度Ra3.2。 加工方案：粗车半精车 2. 加工45钢（调质）轴外圆，尺寸精度h7，表面粗糙度Ra1.6。 加工方案：A. 粗车半精车磨削（批量或单件） B 粗车半精车精车（单件） 3. 加工10件 T12A（淬火）轴套外圆，尺寸精度h7，表面粗糙度Ra1.6。 加工方案：粗车半精车磨削 4. 加工10件 紫铜轴套外圆，尺寸精度h6，表面粗糙度Ra0.8。 加工方案：粗车半精车精车 5. 加工10件 45钢（调质）轴外圆，尺寸精度h5，表面粗糙度Ra0.08。 加工方案：粗车半精车磨削研磨,2019/6/21,机械工程学院 机械制造基础,35,麻花钻的角度： 前角0为正交平面内前刀面与基面的夹角，由于钻头的前刀面为螺旋面，故越靠近中心，前角越小，横刃为负前角。 侧后角为轴向圆柱剖面内后刀面与切削平面的夹角 。故越靠近中心，后角越大。 顶角2两主切削刃在中心截面上投影的夹角。标准钻头顶角为118°。 横刃斜角 主切削刃与横刃在钻头端面上投影的夹角。 螺旋角 最外缘螺旋线切线与轴线的夹角,2.3内圆表面加工 2.3.1钻铰加工,l 钻孔 （1）麻花钻：直柄麻花钻（0.520） 锥柄麻花钻（880） 钻头结构： 钻头一般为高速钢材料。,2019/6/21,机械工程学院 机械制造基础,36,（2） 钻床,工件回转，钻头轴向进给（如车床等钻孔），钻孔时孔径会变化，形成锥度、鼓形等。 回转并轴向进给（如钻床、铣床、镗床等钻孔），钻孔时易出现孔的偏斜；,（3） 钻孔的方式：,2019/6/21,机械工程学院 机械制造基础,37,钻孔,2019/6/21,机械工程学院 机械制造基础,38,钻头刚性差，易引偏； 钻孔排屑困难，切屑挤压、摩擦已加工表面，表面质量差； 钻孔加工生产效率低； 钻孔精度IT13IT11，Ra为5012.5m,（4） 防止钻头引偏的措施： 钻头切削刃要对称; 先加工平面，防止表面不平而引偏； 用短而粗的钻头先钻一引孔； 采用小进给，减小轴向力； 使用钻套引导，合理使用切削液。,（3） 钻孔的特点：,2019/6/21,机械工程学院 机械制造基础,39,钻孔用于所有实体零件上孔粗加工，孔径0.550，一般超过50的孔不直接钻孔； 钻孔一般用于软材料零件的加工，不适合硬材料零件孔的加工。（特殊情况可用合金钻头钻淬硬材料）,（5）钻孔的应用,2019/6/21,机械工程学院 机械制造基础,40,（1） 钻头：扩孔钻（多齿，刚性好） 也可用麻花钻（麻花钻的横刃不切削）,（2） 扩孔的特点： 加工精度IT10IT9，Ra6.33.2m； 扩孔钻头的切削刃短，无横刃，切削条件好； 扩孔加工余量小，容屑槽较浅，钻头刚性好， 可大进给高速切削，效率高； 钻头有多个切削刃，导向性好，切削平稳，可校正毛坯孔轴线偏斜。,（3） 扩孔的应用： 用于小孔基础上的孔径扩大，一般孔径小于80 用于半精加工低硬度材料的孔,l 扩孔,2019/6/21,机械工程学院 机械制造基础,41,l 铰孔,（1） 铰刀：手动铰刀（锥度小而长150） 机用铰刀（锥度较短1080）,（2） 铰孔的特点： 铰孔余量小（粗铰0.150.35mm），切削速度低，切削力小，发热少，铰刀导向性好，切削平稳，加工质量好； 加工精度IT87，Ra1.60.4m； 铰孔的适应性较差，一把铰刀只能加工一种尺寸精度的孔，不宜加工非标孔、台阶孔、盲孔、非连续表面（如轴向有键槽等），不能加工硬材料工件； 铰孔可纠正孔的形状误差，不能纠正位置误差。,（3） 铰孔的应用： 铰孔用于软材料零件孔的精加工，不能加工硬材料； 铰孔孔径180,2019/6/21,机械工程学院 机械制造基础,42,2.3.2镗削加工,镗孔刀： 单刃镗刀；浮动镗刀； 可调镗排；万能镗排。 镗孔的方式： 车床镗孔，与车外圆相似 镗床类机床镗孔：主运动为镗刀旋转，进给运动为镗刀轴向进给或工件轴向进给,l 镗孔精度 u 普通机床镗孔精度IT8IT7，Ra1.60.8m u 坐标镗床镗孔精度IT7IT6，Ra0.04m,2019/6/21,机械工程学院 机械制造基础,43,l 镗孔加工特点,（1） 单刃镗刀镗孔特点 适应性广，灵活，但对操作工人技术水平要求较高； 可以校正原有孔的轴线位置偏差； 生产率较低，镗杆刚性差，单刃切削，调整时间长，一般用于单件、小批量生产。,（2） 浮动镗刀镗孔特点 加工质量高，浮动可减少刀杆、刀具安装偏差； 生产效率高，双刃切削，操作方便； 刀具结构复杂，对刀具刃磨要求较高，刃口要对称，一般用于较大孔径的批量生产。,2019/6/21,机械工程学院 机械制造基础,44,2.3.3拉削加工,1. 拉刀：其截面形状为加工孔的轴向端面形状，它把总的切削量分散到拉刀的各个刀齿上。 拉孔加工要求工件安装采用浮动式结构，防止孔中心与拉刀中心不重合，而破坏拉刀。,2. 拉孔的特点： l 拉削速度低，切削量小，拉削平稳，刀具磨损慢，加工精度高，表面质量好 l 拉削精度IT7IT6，Ra0.80.4m l 拉削刀具结构复杂，制造困难，成本高 l 拉削效率高，一般用于批量生产 l 拉削加工适应性好，可以加工各种截面形状的孔，但不能加工阶梯孔薄壁零件孔及轴向尺寸太大的孔。,2019/6/21,机械工程学院 机械制造基础,45,2.3.4 磨孔,l 磨孔方法 （1） 纵磨法：要求砂轮加长杆的刚性要好，磨削时超越工件口距离为砂轮宽度的1/31/2，否则会出现加工误差。,（a）超越距离太短 （b）超越距离太长,2019/6/21,机械工程学院 机械制造基础,46,（2）横磨法 （3）无心内圆磨削：适用于薄壁大圆孔 （4）坐标磨削,2019/6/21,机械工程学院 机械制造基础,47,l 磨孔的特点：,¨ 砂轮轴长，刚性差，易变形、振动，加工质量差 ¨ 磨削内孔精度IT8IT6，Ra0.80.4m ¨ 砂轮直径小，线速度低，磨削效率低 ¨ 砂轮直径小，磨料切削次数多，磨损快 ¨ 切削温度较高，冷却条件差 ¨ 排屑困难，易堵塞砂轮 ¨ 适应性好，可以加工硬材料，盲孔、阶梯孔等,2019/6/21,机械工程学院 机械制造基础,48,2.3.5 研磨孔和珩磨孔,l 研磨孔：与研磨外圆一样，用于单件、小批量孔的光整加工,2019/6/21,机械工程学院 机械制造基础,49,l 珩磨孔,研磨余量0.020.15mm，精度达IT6IT5，Ra0.2 0.025m；用于151500mm孔的批量光整加工及深孔加工；加工效率高。,为了降低表面粗糙度，珩磨表面形成的是不重复的交叉网纹。 粗磨2为4060° 精磨2为1545°,2019/6/21,机械工程学院 机械制造基础,50,2.3.6 内圆表面加工方案分析,例题：,2019/6/21,机械工程学院 机械制造基础,51,2.4 平面加工 2.4.1铣削加工,l 铣削工艺特点： （1） 生产率较高 （2） 刀齿散热条件较好 （3） 切削过程不平稳 （4） 铣削加工精度IT98，Ra6.31.6m；高速铣精度IT76，Ra1.60.4m,l 铣削加工应用,l 铣削加工刀具,立铣刀、盘铣刀、三面刃铣刀等,平面、直槽、T形槽、燕尾槽、三维内外形状等,2019/6/21,机械工程学院 机械制造基础,52,l 铣削方式,（1） 周铣法：用圆周齿进行铣削加工,2019/6/21,机械工程学院 机械制造基础,53,（2）端铣法 ：用端面齿进行铣削加工,端铣法刀杆刚性好，可大用量切削，效率较周铣高； 端铣时有多个切削刃同时切削，切削平稳性好，周铣只有一个到两个齿切削，切削平稳性较差，加工质量比端铣低一个等级； 端铣刀齿有修光过渡刃和副刀刃，加工质量较好； 端铣到结构简单，可镶嵌硬质合金刀片，周铣刀结构复杂； 端铣适应性较差，一般用于加工大平面，周铣适应性较好，可以加工平面、各种沟槽等。,2019/6/21,机械工程学院 机械制造基础,54,2.4.2刨削平面,l 刨削的工艺特点： （1） 精度低IT9IT8，Ra6.31.6m； （2） 效率低； （3） 刀具结构简单 l 宽刃精刨：加工表面粗糙度Ra1.60.4m ，直线度不大于0.02mm/1m， 可代替刮研或磨削，以保证平面贴合度，常用于导轨面、结合面的精加工 l 刨削加工应用：加工平面、直通沟槽等。,l 刨削方法：牛头刨床加工，龙门刨床加工,2019/6/21,机械工程学院 机械制造基础,55,l 插削加工：,插削方法：立式刨削 插削应用：常用于内孔直槽或外形的加工。,2019/6/21,机械工程学院 机械制造基础,56,2.4.3 磨削平面,l 周磨：卧轴矩台，精度高IT7IT6，表面质量好Ra1.60.4m，用于精加工。 l 端磨：立轴圆台，加工精度低，表面质量差，但效率高，用于粗加工代替铣、刨。 l 砂带磨削,2.4.4 平面的其它加工方法 拉削平面 研磨 刮研：可以得到较高的直线度和平面度（0.010.0025 mm/m），主要用于导轨等高精度结合面加工，提高导向精度和接触程度，适用于单件小批量生产。,2019/6/21,机械工程学院 机械制造基础,57,2.4.4 平面加工方案分析,实例：平板表面： 110件 Q235 IT8 Ra0.8 110000件 Q235 IT8 Ra1.6 110件 紫铜 IT8 Ra0.8 110件 Q235 IT6 Ra0.1,2019/6/21,机械工程学院 机械制造基础,58,2.5.2 铣削螺纹 l 盘形或指形铣刀铣螺纹 用于加工大导程螺纹，效率较高。 l 梳形螺纹铣刀铣螺纹 用于批量加工小螺距较短的螺纹，效率较高。 l 旋风铣螺纹 精度不高，用于批量生产螺杆或精密丝杠的粗加工,2.5 螺纹加工 2.5.1 螺纹的车削加工,l 尖刀车削螺纹 特点：精度高，适应性广（可以加工各种牙形、左右旋、内外螺纹），但效率低。 l 梳刀车螺纹 特点：效率较高，但只能加工小螺距较短的螺纹。,2019/6/21,机械工程学院 机械制造基础,59,2.5.5 螺纹的冷轧加工 l 搓丝：效率高，但精度低，只能加工外螺纹。 l 滚压螺纹 ：效率高，精度高，只能加工外螺纹。 2.5.6 攻丝与套丝 用于精度不高，螺距较小、直径不太大的内外螺纹的加工。,2.5.3 螺纹的拉削加工 批量生产精度较高的矩形或梯形内螺纹。 2.5.4 螺纹的磨削加工,l 单线砂轮磨削 适应性好，但效率低。 l 多线砂轮磨削 用于磨削小螺距螺纹，效率高。 l 无心磨削 磨削小螺距螺纹时，一般不需要进行粗加工。,2019/6/21,机械工程学院 机械制造基础,60,2.6 齿轮的齿形加工,l 铣齿 铣齿加工的特点：成本低，精度低，效率低。 铣齿加工适用：单件小批量生产、修配精度较低的齿轮。,2019/6/21,机械工程学院 机械制造基础,61,2.6.2 展成法加工齿形,l 滚齿：利用齿轮齿条啮合的原理，加工齿轮的齿形面为刀齿面运动轨迹的包络线。用于加工直齿、螺旋齿圆柱外齿轮及蜗轮等。 精度IT8IT7 加工录像,l 插齿：利用齿轮啮合的原理，加工齿轮的齿形面为刀齿面运动轨迹的包络线。用于加工直齿圆柱内、外齿轮及齿条等。,2019/6/21,机械工程学院 机械制造基础,62,l 磨齿 成形法磨齿：成形砂轮磨削，与盘铣刀铣齿相同。 展成法磨齿：利用齿轮齿条啮合原理。,2.6.3 齿轮精加工方法,l 剃齿：利用齿轮啮合时齿面间的相互滑动，对齿面进行加工。加工时齿坯与剃齿刀直接啮合，不需要外加传动于齿坯，可以在原齿轮精度基础上提高一个精度等级。一般用于软齿面齿轮加工。 l 珩齿：利用齿轮啮合时齿面间的相互滑动，对齿面进行加工。加工时齿坯与珩齿轮直接啮合，不需要外加传动于齿坯，可以在原齿轮精度基础上提高一个精度等级。一般用于硬齿面齿轮加工。,返回,车削装夹,车削装夹,车削加工,2019/6/21,机械工程学院 机械制造基础,66,车床,2019/6/21,机械工程学院 机械制造基础,67,铣削平面,2019/6/21,机械工程学院 机械制造基础,68,铣削沟槽,2019/6/21,机械工程学院 机械制造基础,69,周铣,2019/6/21,机械工程学院 机械制造基础,70,齿轮加工,2019/6/21,机械工程学院 机械制造基础,71,2.7 特种加工,2.7.1特种加工技术及其特点 特种加工技术概念：特种加工是利用电能、热能、光能、化学能、电化学能、声能和特殊机械能等使材料成型的工艺方法。 特种加工技术的主要特点： （1）加工材料范围广，不受其力学性能的限制； （2）易于加工复杂型面、细微表面以及柔性零件； （3）能获得良好的加工质量，热应力、残余应力、变形小； （4）各种加工方法易于复合形成新的工艺方法。,制造技术发展趋势：高精度、高效率、多品种、小批量、小型化微型化；材料强度高、硬度高、耐热耐压等,2019/6/21,机械工程学院 机械制造基础,72,2.7.2 特种加工的分类,电火花成型加工、电火花线切割 超声加工 电解加工、电铸加工 电子束加工、离子束加工 激光加工 高压水切割,
