机械制造技术基础教学课件PPT金属切削机床及各种加工方法.ppt

第2章 金属切削机床 及各种加工方法,2.1 金属切削机床的分类、型号及传动 2.2 车削加工 2.3 铣削、刨削和拉削 2.4 钻削与镗削加工 2.5 磨削加工 2.6 光整加工 2.7 齿轮齿形加工 2.8 特种加工技术概述,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 金属切削机床的分类、型号及传动 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,机械工程学院 机械制造基础,3,新型机床介绍,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 金属切削机床的分类、型号及传动 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,机械工程学院 机械制造基础,4,机械工程学院 机械制造基础,5,并联机床,并联机床(parallel machine tools)，又称并联结构机床(parallel structured machine tools)、虚拟轴机床(virtual axis machine tools) 是基于空间并联机构stewart平台原理开发的，是并联机器人机构与机床结合的产物，是空间机构学、机械制造、数控技术、计算机软硬技术和cad/cam技术高度结合的高科技产品。它克服了传统机床串联机构刀具只能沿固定导轨进给、刀具作业自由度偏低、设备加工灵活性和机动性不够等固有缺陷，可实现多坐标联动数控加工、装配和测量多种功能，更能满足复杂特种零件的加工。自其1994年在美国芝加哥机床展上首次面世即被誉为是“21世纪的机床”，成为机床家族中最有生命力的新成员。,机械工程学院 机械制造基础,6,并联机床,整体而言，传统的串联机构机床，是属于数学简单而机构复杂的机床，而相对的，并联机构机床则机构简单而数学复杂，整个平台的运动牵涉到相当庞大的数学运算，因此虚拟轴并联机床是一种知识密集型机构。这种新型机床完全打破了传统机床结构的概念，抛弃了固定导轨的刀具导向方式，采用了多杆并联机构驱动，大大提高了机床的刚度，使加工精度和加工质量都有较大的改进。另外，由于其进给速度的提高，从而使高速、超高速加工更容易实现。由于这种机床具有高刚度、高承载能力、高速度、高精度以及重量轻、机械结构简单、制造成本低、标准化程度高等优点，在许多领域都得到了成功的应用，因此受到学术界的广泛关注。由并联、串联同时组成的混联式数控机床，不但具有并联机床的优点，而且在使用上更具实用价值。,机械工程学院 机械制造基础,7,机械工程学院 机械制造基础,8,机械工程学院 机械制造基础,9,五轴机床,机械工程学院 机械制造基础,10,五轴机床,机械工程学院 机械制造基础,11,2.1.2 金属切削机床的型号,l 国产机床型号：（代表字母，代表数字）,机械工程学院 机械制造基础,12,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,2.1.3 机床的基本构造,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。,机械工程学院 机械制造基础,13,传动副及符号,l 机械传动：,机械工程学院 机械制造基础,14,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。,机械工程学院 机械制造基础,15,传动结构式：,例,传动平衡式：,机械工程学院 机械制造基础,16,（1） 滑移齿轮变速,传动结构式：- -,机床中常用的变速机构：,机械工程学院 机械制造基础,17,传动结构式：- -,（2） 离合器变速,机械工程学院 机械制造基础,18,传动结构式：- - - -,（3） 塔轮变速,机械工程学院 机械制造基础,19,机床传动系统的分析方法：“抓两头，连中间 ”,机械工程学院 机械制造基础,20,c616车床传动系统,机械工程学院 机械制造基础,21,例,机械工程学院 机械制造基础,22,进给运动：,例,主运动：,机械工程学院 机械制造基础,23,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 ：,机械工程学院 机械制造基础,24,作业,机械工程学院 机械制造基础,25,机械工程学院 机械制造基础,26,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,机械工程学院 机械制造基础,27,2.2 车削加工,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 车削加工范围 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,2.2.2 车削加工机床,机械工程学院 机械制造基础,28,（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:,机械工程学院 机械制造基础,29,l 车外圆和端面 l 切断和车槽 l 车内孔,机械工程学院 机械制造基础,30,l 车削锥面,1）转动小滑板（小刀架）：转过角度等于锥度斜角，手动进给小滑板。适合于加工大而短的内外锥度。,2）偏移尾座：偏移距离s=l(d-d)/2l，大拖板自动进给。适合于加工小而长的外锥度。,3）靠模法：靠模连在中拖板上，大拖板自动进给，精度高、效率高。适合于批量加工小而长的外锥度，也可加工成型面。,4）成形刀具法：成形刀具作横向进给，精度高、效率高。适合于批量加工短锥度，也可加工短的成型面。,机械工程学院 机械制造基础,31,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 刀具前刀面上牙形角要与螺纹的牙形角吻合，刀尖与机床中心等高，刀杆与主轴轴线垂直（用样板校对） 吃刀的方法径向或斜向。,l 车削螺纹,机械工程学院 机械制造基础,32,2.3.2 铣床：卧式升降台铣床、立式升降台铣床、龙门铣床、数控铣床等。,2.3 铣削、刨削和拉削,2.3.4 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,2.3.1 铣削加工范围,2.3.3 铣削加工刀具,立铣刀、盘铣刀、三面刃铣刀、键槽铣刀、锯片铣刀等。,平面、直槽、t形槽、燕尾槽、三维内外形状等,机械工程学院 机械制造基础,33,l 铣削方式,（1） 周铣法：用圆周齿进行铣削加工,机械工程学院 机械制造基础,34,（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； 端铣刀结构简单，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。,机械工程学院 机械制造基础,35,l 铣削中的分度,当铣削四方、六方、齿形离合器、齿轮和多齿刀具的容屑槽时，每铣过一个表面后，需要将工件转动一定角度，再铣另一表面，这种工作称为分度，分度使用铣床的附件分度头进行。 万能分度头 分度盘分度,机械工程学院 机械制造基础,36,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 铣削螺纹,机械工程学院 机械制造基础,37,2.3.5 刨削加工,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 刨削机床：牛头刨床加工，龙门刨床加工,l 刨削运动与加工范围：加工平面、直通沟槽和成型面等。,机械工程学院 机械制造基础,38,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。,插削机床：插床,机械工程学院 机械制造基础,39,2.3.6 拉削加工,1）拉削运动与加工范围：可以加工各种截面形状的内外表面，但不能加工薄壁零件及轴向尺寸太大的零件。,4）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，拉削效率高，一般用于批量生产 l 拉孔加工要求工件安装采用浮动式结构，不夹紧，防止孔中心与拉刀中心不重合，而破坏拉刀。,3）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。,2）拉床,机械工程学院 机械制造基础,40,2.4.2 钻床,2.4 钻削与镗削加工 2.4.1 钻削运动与加工范围,钻床加工可用于：钻孔、扩孔、铰孔、攻丝等。,机械工程学院 机械制造基础,41,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,2.4.3 钻头、锪钻、铰刀和丝锥,（1）麻花钻：直柄麻花钻（0.520） 锥柄麻花钻（880） 钻头材料： 钻头一般为高速钢材料。 钻头结构：三条切削刃，前刀面（螺旋面）、后刀面等,机械工程学院 机械制造基础,42,（2）扩孔钻：扩孔钻（多齿，刚性好） 通常也可用麻花钻（麻花钻的横刃不切削）,（3）锪钻,（4）铰刀：手动铰刀（锥度小而长150） 机用铰刀（锥度较短1080）,（5）丝锥：手动和机用,机械工程学院 机械制造基础,43,（1） 钻孔 钻孔的特点 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，钻孔精度it13it11，ra为5012.5m 钻孔加工生产效率低,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。,2.4.4 钻床加工工艺特点,机械工程学院 机械制造基础,44,钻孔用于所有实体零件上孔粗加工，孔径0.550，一般超过30的孔分次钻孔，先用0.70.8d的钻头钻孔，再扩孔。 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） 钻孔方式： 1）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； 2）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。,钻孔的应用,深孔钻削：l/d5的孔，通常采用深孔钻钻孔,机械工程学院 机械制造基础,45,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。,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,（2） 扩孔,机械工程学院 机械制造基础,46,（3）铰孔,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。,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,机械工程学院 机械制造基础,47,（4）攻螺纹,攻螺纹一般用于直径较小的内螺纹加工，精度较低，可用于单件生产，也可用于批量生产。 攻螺纹前先要钻螺纹底孔： 塑性材料底孔直径：d=d-p 脆性材料底孔直径：d=d-(1.051.1)p,机械工程学院 机械制造基础,48,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,3. 镗孔工艺特点 l 镗刀： 单刃镗刀；浮动镗刀； 可调镗排；万能镗排。,1. 镗床：卧式镗床、坐标镗床、镗铣削中心等,2.4.5 镗削加工,2. 镗削运动与加工范围 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,机械工程学院 机械制造基础,49,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。,机械工程学院 机械制造基础,50,2.5 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 3004 磨料（白刚玉） 粒度 硬度 结合剂（陶瓷） 形状（平） 尺寸,2.5.1 砂轮,机械工程学院 机械制造基础,51,2.5.2 磨削类型与运动,磨削类型与运动 1）内外圆磨削,2）平面磨削,3）型面磨削,4）砂带磨削,机械工程学院 机械制造基础,52,（1）砂轮磨粒小而多，一次切削量小，精度高it7it6、表面粗糙度小ra 0.20.8m （2）磨削温度高 （3）砂轮有自锐作用（磨粒有自锐性、磨钝磨粒的脱落 （4）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,l 磨削过程：切削、刻划和摩擦抛光作用的综合。,机械工程学院 机械制造基础,53,2.5.3 外圆磨削加工工艺,1) 外圆磨床,机械工程学院 机械制造基础,54,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。,机械工程学院 机械制造基础,55,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。,机械工程学院 机械制造基础,56,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,机械工程学院 机械制造基础,57,l 外圆磨削工艺方法,机械工程学院 机械制造基础,58,1）无心磨削原理：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。,2.5.4 无心磨削加工工艺,2）无心磨床,机械工程学院 机械制造基础,59,2.5.5 内圆磨削,2）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,1）内圆磨床,机械工程学院 机械制造基础,60,（2）横磨法 （3）无心内圆磨削：适用于薄壁大圆孔 （4）坐标磨削,机械工程学院 机械制造基础,61,3）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,机械工程学院 机械制造基础,62,2.5.6 平面磨削加工工艺,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 平面磨削工件装夹,机械工程学院 机械制造基础,63,2.5.7 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。,机械工程学院 机械制造基础,64,2.6 光整加工 2.6.1 研磨(p207),（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。 （2）研磨加工范围 外圆、内孔、平面、球面等,机械工程学院 机械制造基础,65,（3） 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、不同批量的工件加工。,机械工程学院 机械制造基础,66,2.6.2 珩磨(p213),珩磨余量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,机械工程学院 机械制造基础,67,2.7 齿轮的齿形加工(p227),2.7.1 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。,机械工程学院 机械制造基础,68,2.7.2 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,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。,机械工程学院 机械制造基础,69,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。,2.7.3 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