工艺技术_金属切削的基础知识概述

2020 2 23 1 第五篇切削加工 2020 2 23 2 概述 金属切削加工是用切削工具将坯料或工件上的多余材料切除 以获得所要求的尺寸 形状 位置精度和表面质量的加工方法 金属切削加工 钳工 机械加工 加工方法有划线 錾 锯 刮 研 攻螺丝 套螺丝等 通过操作机床来完成切削加工的 如车 钻 刨 磨 齿轮加工等 切削加工的主要特点 工件精度高 生产率高及适应性好 凡是要求具有一定几何尺寸精度和表面粗糙度的零件 通常都采用切削加工方法来制造 2020 2 23 3 本章学习目的和要求 1 掌握切削加工的运动和切削要素2 了解常用刀具材料3 掌握刀具几何角度4 了解切削过程的切削热 变形 刀具的耐用度5 了解材料的切削加工性 重点内容 1 掌握切削加工的运动和切削三要素2 掌握刀具几何角度本章难点 车刀几何角度 第17章金属切削的基础知识 2020 2 23 4 第一节切削加工的运动分析及切削要素 一 零件表面的形成 2020 2 23 5 主运动切下切屑所需要的最基本的运动 对切削起主要作用 速度最高 消耗机床的功率95 以上 机床主运动只有1个 主运动 切削运动 进给运动使工件不断投入切削 从而加工出完整表面所需的运动 速度低 消耗机床的功率5 以下 机床的进给运动可以有一个或几个 进给运动 切削运动 刀具和工件之间的相对运动 该相对运动由主运动和进给运动组成 二 切削运动 2020 2 23 6 2020 2 23 7 三 切削运动中的三个表面 1 待加工表面 指加工时工件上有待切除的表面 2 已加工表面 指工件上经刀具切削后产生的表面 3 加工表面 过渡表面 指工件上由刀具切削刃形成的表面 2020 2 23 8 四 切削用量三要素 切削速度 在主运动的一个循环 或单位时间 内 工件与刀具间沿进刀方向相对运动的距离 在单位时间内 工件和刀具沿主运动方向相对移动的距离 待加工表面和已加工表面的垂直距离 进给量 背吃刀量 2020 2 23 9 1 切削速度 V m s 在单位时间内 工件和刀具沿主运动方向相对移动的距离 当主运动为旋转运动时 切削速度为 式中 dW 待加工表面直径 mm n 工件或刀具的转速 r min 当主运动为往复直线运动 如刨削 时 切削速度为 m s m s 式中 nr 主运动每分钟往复次数 次 min L 往复直线运动行程长度 mm 2020 2 23 10 2 进给量 f mm 在单位时间内 主运动的一个循环内 刀具或工件沿进给运动方向的相对位移 如在车削 镗削 钻削时 进给量表示工件或刀具每转一转 刀具或工件移动的距离 单位是mm r 在牛头刨床 龙门刨 刨削时 刀具 工件 每往复一次 工件 刀具 移动的距离 单位时间的进给量 进给速度 vf mm s 2020 2 23 11 3 背吃刀量 切削深度 ap mm 待加工表面和已加工表面的垂直距离 在车削外圆时 ap dw dm 2 mm 其中 dw 工件待加工表面的直径 dm 工件已加工表面的直径 2020 2 23 12 由切削刃正在切削的这一层金属叫作切削层 切削层的截面尺寸称为切削层参数 它决定了刀具切削部分所承受的负荷和切屑尺寸的大小 通常在垂直于切削速度的平面内度量 包括切削厚度ac 切削宽度aw和切削面积AC 五 切削层几何参数 2020 2 23 13 1 切削厚度 ac mm 两相邻加工表面之间的垂直距离 mm 2 切削宽度 aw mm 沿主刀刃度量的切削层的长度 mm 3 切削面积 AC mm2 mm2 2020 2 23 14 刀具上与工件的加工表面相对的表面 第二节刀具材料及刀具构造 一 刀具的组成 切削部分 刀头 夹持部分 刀体 前刀面 主后刀面 副后刀面 主刀刃 副刀刃 刀尖 切屑流出所经过的表面 刀具上与工件的已加工表面相对的表面 2020 2 23 15 夹持部分 刀体 切削部分 刀头 前刀面 主后刀面 副后刀面 主刀刃 副刀刃 刀尖 2020 2 23 16 二 刀具材料 1 对刀具材料有如下要求 1 高的硬度和耐磨性 2 足够的强度和韧性 3 高的耐热性与化学稳定性 4 良好的工艺性和经济性 2 常用刀具材料 碳素工具钢C 0 7 1 4 T8 T10 T10A T12等HRC 61 65 2020 2 23 17 特点 a 淬火后硬度高 HRC 61 65 b 价格低 耐热温度低 淬火后应力 变形大 250 300 应用 速度低 形状简单的手动工具 如锉刀 锯条等 合金工具钢 Me 5 9SiCr CrWMn等 HRC 61 68 耐热温度 350 400 应用 速度低 形状复杂的工具 如绞刀 板牙 丝锥等 2020 2 23 18 高速钢 高合金钢 W 6 20 Cr 3 8 4 4 V 1 0 4 HRC 62 69 耐热温度 600 V 20 30 m min 应用 各种形状复杂的刀具 如钻头 铣刀 拉刀 齿轮刀具和其他成形刀具 硬质合金 碳化物 粘结剂 粉末冶金 碳化物 WC TiC TaC NbC 粘结剂 Co HRC 76 84 耐热温度 1000 允许的切削速度是高速钢的4 10倍 2020 2 23 19 钨钴类 YG WC Co 韧性好 硬度低 切削韧性材料时耐磨性较差 适于加工铸铁 青铜等脆性材料和粗加工 钨钴钛类 YT WC TiC Co 硬度高 耐磨性好 耐热性好 但韧性较差 适于加工韧性材料和精加工 陶瓷材料 主要成分是Al2O3 HRC 93 94 耐热温度 1200 1450 主要用于加工半精加工和精加工高硬度 高强度钢及冷硬铸铁等材料 人造金刚石 立方氮化硼等刀具材料 2020 2 23 20 三 刀具几何形状 1 辅助平面为确定刀具的几何角度而引入的辅助平面包括切削平面 基面和正交平面 基面 过切削刃选定点与主运动方向垂直的平面 切削平面 过切削刃选定点与主切削刃相切且垂直于基面的平面 正交平面 主剖面 通过切削刃选定点 并同时垂直于基面和切削平面的平面 2020 2 23 21 2020 2 23 22 2 车刀的主要角度 车刀的主要角度包括前角 0 后角 0 主偏角 r 负偏角 r 和刃倾角 s 2020 2 23 23 1 在正交平面内测量角度 a 前角 0 正交平面中 前刀面与基面之间的夹角 前角大 刃口锋利 切屑变小 切削力小 切削轻快 但易产生崩刃 应根据刀具和工程材料及加工性质选择 加工塑性材料 取较大的前角 10 20 粗加工或灰铸铁取较小的前角 5 15 b 后角 0 正交平面中 主后刀面与切削平面之间的夹角 增大后角可减少主后刀面与工件间的摩擦 提高工件加工质量和刀具耐用度 并使切削刃锋利 在保证加工质量和刀具耐用度的前提下 一般粗加工 强力车削 材料较硬时取小值 6 8 反之取8 12 2020 2 23 24 2 在基面内测量角度 a 主偏角 r 主刀刃在基面上投影与进给方向的夹角 影响切削层的形状 切削刃的工作长度和单位切削刃上的负荷 减少 r 主切削刃单位长度上的负荷减少 刀具磨损小 寿命提高 45 60 75 90 b 副偏角 r 副刀刃在基面上投影与进给反方向的夹角 影响已加工表面的粗糙度和刀尖强度 减少 r 减少表面的粗糙度的数值 还可提高刀具强度 过小 会使副切削刃与已加工面的摩擦增加 引起震动 降低表面质量 5 15 粗加工取较大值 2020 2 23 25 注意 车外圆与车端面弯头车刀主 副偏角的变化 2020 2 23 26 3 在切削平面内测量的角度 刃倾角 s 主刀刃与基面间的夹角 影响切屑流出方向 刀尖强度 切入切出平稳性 切削分力和切削的工作长度 5 5度 保证加工质量的前提下 尽量取较大的负值 小值 提高刀具耐冲击力 刃倾角正负的规定 刀尖处于切削刃最高点时 刃倾角为正 刀尖处于切削刃最低点时 刃倾角为负 切削刃平行于底面时 刃倾角为零 刃倾角及其对切屑排出方向的影响 粗加工取负值精加工取正值 2020 2 23 27 请将下图中所标注的刀具基本角度填写在横线上 思考题 前角为 后角为 主偏角为 副偏角为 刃倾角为 2020 2 23 28 请将下图中所标注的刀具基本角度填写在横线上 思考题 前角为60 后角为180 主偏角为450 副偏角为350 刃倾角为80 2020 2 23 29 刀具的结构形式 整体式 焊接式 机夹可转位式 多为高速钢车刀 其结构简单 制造 使用都方便 不需焊接和刃磨 避免了焊接和刃磨引起的缺陷 保持了硬质合金的原有性能 提高了刀具的耐用度 结构简单 紧凑 刚性好 可磨出各种所需角度 应用广泛 3 刀具的结构形式 2020 2 23 30 第三节金属切削过程 金属材料在刀具的作用下变形 分离的过程 1 切屑形成过程 切削层的金属 弹性变形 塑性变形 挤裂 切离 切屑 切削层的金属受到刀具前刀面的推挤后产生弹性变形 随着切应力 切应变逐渐增大 达到其屈服强度时 产生塑性变形而滑移 刀具继续切入时 材料内部的应力 应变继续增大 当切应力达到其断裂强度时 金属材料被挤裂 沿刀具前刀面流出 一 切屑的形成过程及切屑种类 2020 2 23 31 a 带状切屑 b 节状切屑 c 崩碎切屑 用大前角的刀具 较高的切削速度和小的进给量切削塑性材料时 易得到带状切屑 带状切屑 切削过程平稳 切削力变化小 工件表面光洁 必须采取断屑措施 节状切屑 低的切削速度和较大的进给量加工中等硬度的钢材时产生 切削力波动较大 工件表面粗糙 崩碎切屑 切削层金属发生弹性变形后 一般不经过塑性变形就突然崩裂 工件材料脆性越大 刀具前角越小 切削深度和进给量越大 越易产生此类切屑 刀尖容易磨损 容易产生振动 影响表面质量 2 切屑的种类 2020 2 23 32 1 切屑的形态可随切削条件不同而改变 2 可控制切削条件 使切屑形态向有利于生产的方面转化 保证切削加工的顺利进行和工件的加工质量 增大前角 提高切削速度 减小进给量 有利于 使粒状切屑 节状切屑向带状切屑转化 使切削过程平稳 降低加工表面粗造度数值 结论 2020 2 23 33 二 积屑瘤 1 积屑瘤的形成在一定的切削速度下切削塑性材料时 常发现在刀具的前刀面上靠近刀尖的部位粘附着一小块很硬的金属 称为积屑瘤 形成原因 由于切屑底面与前刀面的挤压和剧烈摩擦 使切屑底层的流动速度低于上层的流动速度 形成滞流层 当滞流层金属与前刀面之间的摩擦力超过切屑材料内部的结合力时 滞流层的金属与切屑分离而粘附在刀刃附近 形成楔形的积屑瘤 积屑瘤形成动画 2020 2 23 34 有利方面 粗加工 保护刀具 增加工作前角 积屑瘤硬度很高 可代替切削刃进行切屑 减少刀具的磨损 积屑瘤的存在 使刀具的实际工作前角增大 可减小切削变形和切削力 使切削轻快 2 积屑瘤对加工过程的影响 2020 2 23 35 不利方面 精加工 影响工件尺寸精度 影响工件表面粗造度 积屑瘤破裂后会划伤表面 加快刀具磨损 会形成硬点和毛刺 使工件表面粗造度值增大 时大时小 时有时无 使切削力产生波动而引起振动 积屑瘤的顶端突出于切削刃之外 使实际的切削深度不断变化 2020 2 23 36 3 积屑瘤的控制 影响积屑瘤的因素 工件材料 切削用量 刀具角度 切削液等 控制措施 要避免在中温 中速加工塑性材料 对材料进行正火或调质处理 增大前角可减小切削变形 降低切削温度 减小积屑瘤的高度 采用润滑性能优良的切削液可减少甚至消除积屑瘤 粗加工时对已加工表面质量要求不高 可利用积屑瘤减小切削力 保户刀具 而精加工时 要保证工件加工质量 必须避免产生积屑瘤 2020 2 23 37 1 切削力切削力是指切削时刀具切入工件 使被加工材料发生变形成为切屑所需的力 三 切削力和切削功率 1 切削力的来源 a 前刀面受到切屑的压力和摩擦力 b 后刀面受到工件表面的压力和摩擦力 c 切屑的变形抗力 2 总切削力的分解将总切削力沿速度方向 轴向和径向分解为三个相互垂直的分力 即切削力Fc 进给力Ff 背向力Fp 总切削力 2020 2 23 38 主切削力 切向力Fc 切削合力在切削速度方向上的分力 垂直于基面 其大小约占总的切削合力的 是计算机床动力及主要传动零件强度和刚度的依据 背向力 径向力Fp 切削合力在切削深度方向上的分力 它在基面内 与切深方向相反 进给力 轴向力Ff 切削合力在进给方向上的分力 它在基面内 与进给方向平行 但方向相反 是设计和计算进给机构零件强度和刚度的依据 2020 2 23 39 3 影响切削力的主要因素 工件材料 材料的强度 硬度越高 塑性韧性越好 切削力越大 切削用量 减小切削用量 可使切削力减小 刀具角度 前角增大 刃口锋利 切削力减小 冷却条件 加切削液 切削力减小 4 切削力的估算 生产中常用单位切削力p估算切削力的大小 单位切削力 切削单位面积所需要的切削力 单位 N MM2 N 2020 2 23 40 2 切削功率 在切削加工过程中 所需的切削功率Pc可以按下式计算 式中Fc 主切削力 N vc 主运动速度 m s 根据上式求出切削功率 可按下式计算机床电动机功率PE c 机床传动效率 一般取 c 0 75 0 85 2020 2 23 41 四 切削热和切削温度 1 切削热来源 1 被加工件材料的弹性变形和塑性变形 2 切屑与前刀面的摩擦 3 后刀面与已加工表面之间的摩擦 传散 1 切屑 50 86 2 工件 40 10 3 车刀 9 3 4 空气 1 2020 2 23 42 2 切削温度及影响因素切削温度一般指切屑 工件与刀具接触表面上的平均温度 决定因素 工件材料 切削用量和刀具角度 1 工件材料的影响 a 工件材料的强度 硬度越高 切削中消耗的功越大 所产生的切削热越多 切削温度就越高 b 工件材料的导热性好 温度低 脆性材料 温度低 2020 2 23 43 2 切削用量的影响 a 切削速度增加 温度升高 当速度升高一倍时 温度升高20 30 b 进给量f增加 温度升高 当f增加一倍时 温度升高10 c 背吃刀量 切削深度 ap增加 温度升高不多 如ap增加一倍时 温度只升高3 3 刀具角度的影响 a 前角增大 温度降低 b 主偏角 在进给量一定时 主偏角增大 温度上升 2020 2 23 44 3 切削液 1 切削液的作用 a 冷却作用 b 润滑作用 c 洗涤与排屑作用 d 防锈作用 2 切削液的种类 乳化液 乳化油 水 呈乳白色 应用最广泛 切削油 矿物油 润滑作用 水溶液 水 防锈剂等 呈透明状 3 切削液的选用 粗加工 以冷却为主 如水溶液 低浓度的乳化液等 精加工 以润滑为主 高浓度的乳化液 切削油等 2020 2 23 45 五 刀具磨损和刀具耐用度1 刀具的磨损形式由于切削条件不同 刀具磨损产生在刀具的不同部位 一般有三种形式 后刀面磨损 前刀面磨损和前后刀面同时磨损 a 后刀面磨损 b 前刀面磨损 c 前后刀面同时磨损 2020 2 23 46 2 刀具磨损过程 1 初磨阶段 2 正常磨损阶段 3 急剧磨损阶段应在刀具正常磨损阶段后期 急剧磨损阶段之前刃磨刀具 3 刀具耐用度 刀具两次刃磨之间实际切削的时间 称为刀具的耐用度 刀具磨损到一定程度时就不应该再使用 而应该进行刃磨 在实际生产中 不可能经常测量刀具的磨损程度 而是规定刀具的使用时间 2020 2 23 47 第四节材料的切削加工性 一 衡量材料切削加工性的指标 2 相对加工性kr 1 一定刀具耐用度下的切削速度 当刀具的耐用度为T时 切削某种材料所允许的切削速度 材料的切削加工性越好 若T 60min 则 材料被切削加工的难易程度通常称为材料的切削加工性 主要包括 刀具耐用度高 允许的切削速度高 切削力小 加工质量易于保证 断屑问题易于解决 2020 2 23 48 若把45钢的作为基准 写为 各种材料 与45钢 正火态 之比值 材料具有良好的切削加工性 材料的切削加工性较差 常用材料的切削加工性分为八级 2020 2 23 49 3 已加工表面质量 5 切削力 4 切屑的控制或断屑的难易 凡较容易获得好的表面质量的材料 其切削加工性较好 反之则较差 精加工时 常以此为衡量指标 凡切屑较容易控制或易于断屑的材料 其切削加工性较好 反之则较差 在自动机床或自动线上加工时 常以此为衡量指标 在相同切削条件下 凡切削力较小的材料 其切削加工性较好 反之则较差 在粗加工中 当机床刚性或动力不足时 常以此为衡量指标 2020 2 23 50 二 影响材料切削加工性的因素 1 物理性能 2 材料的力学性能 材料的导热性愈好 一定刀具耐用度下的切削速度愈高 材料的切削加工性愈好 1 材料的强度 硬度愈高 切削力愈大 切削温度愈高 刀具磨损加剧 切削加工性愈差 2 材料的塑性 韧性愈高 切削时切屑的变形加大 摩擦力提高 切削力愈大 切削温度愈高 刀具磨损加剧 切削加工性愈差 2020 2 23 51 三 改善材料切削加工性的途径 1 调整材料的化学成分 2 热处理 在钢中加入S Pb等元素 可有效的改善材料的切削加工性 易切削钢 高碳钢 退火 低碳钢 正火 2020 2 23 52 1 切削用量对加工质量的影响 当切削速度增大时 切削力减小 可减小或避免积屑瘤 有利于提高加工质量 进给量增大使工件残留面积的高度显著增大 表面更粗糙 切削深度增大 时切削力和工件变形增大 可能引起振动 使零件的加工精度和表面质量下降 四 提高生产率的途径 2020 2 23 53 2 切削用量对刀具耐用度的影响 在切削用量中 切削速度对刀具耐用度的影响最大 进给量次之 切削深度影响最小 3 选择切削用量的原则 粗加工 较大的切削深度和进给量 取尽可能大的切削速度 精加工 一般取较大的切削速度 较小的切削深度和进给量以保证加工质量 2020 2 23 54 4 切削用量的选定 切削深度的选择 进给量的选择 切削速度的选择 粗加工时尽可能一次去除加工余量 精加工时应一次切除精加工工序余量 粗加工时的进给量应根据机床系统的强度和刀具强度选择 精加工时 一般切削深度不大 切削力较小 粗加工时切削速度受机床功率限制 而精加工时 主要受刀具耐用度的限制 2020 2 23 55 第18章常用切削加工方法综述 主要内容 18 1车削加工 18 2钻削和镗削加工 18 3刨削和拉削加工 18 4铣削加工 重点内容外圆车削 磨削及平面车削 刨削 磨削及孔的成形基本方法和工艺特点 18 5磨削的工艺特点及其应用 要求 了解各种不同类型的加工方法及相应机床的工艺特点及适用范围 从而能根据不同零件的特点 正确选择加工方法及机床 制订最佳加工方案 2020 2 23 56 第一节车削的工艺特点及其应用 车削 用车刀在车床上加工工件的工艺过程 加工精度 IT8 IT7 表面粗糙度 Ra 1 6 0 8um主运动 工件的旋转运动 进给运动 刀具的直线运动 所以 车削加工适宜各种回转体表面的加工 2020 2 23 57 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 转塔式六角车床 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 立式车床 适于直径较大 长度较短的重型零件 L D 0 3 0 8 数控车床 适于多品种 小批量生产复杂形状的零件 2020 2 23 58 一 车削的工艺特点 4 刀具简单 1 易于保证加工面间的位置精度 2 切削过程比较平稳 3 适用于有色金属零件的精加工 2020 2 23 59 二 车削加工的应用 1 车外圆面 2 车内圆面 车床上镗孔 3 车端面 切槽 切断 粗车 精车 实体零件 钻孔 车 镗 扩 铰 已铸出 锻出孔 镗孔 4 车锥面 5 车成形面 2020 2 23 60 车削的主要用途 2020 2 23 61 三 工件装夹的方法 1 卡盘装夹 适用于L D 4的工件 2 顶尖装夹 适用于L D 4 10的工件 3 心轴装夹 适用于盘 套类零件的精加工 4 其它附件 跟刀架 中心架 花盘等 2020 2 23 62 第二节钻 扩 铰 镗削加工 一 钻削加工 钻床 台式钻床 加工D 13mm的孔 立式钻床 加工D 50mm的孔 中小型工件钻孔 摇臂钻床 加工大型多孔件 钻削加工 用钻头在实体零件上加工孔的方法 加工精度 IT13 IT11 表面粗糙度 Ra 25 12 5um刀具 钻头 设备 钻床 车床 镗床 铣床 在钻床上钻孔时 工件固定不动 钻头既旋转作主运动 又同时向下作轴向移动完成进给运动 2020 2 23 63 柄部 尾部 夹持颈部 连接 过渡 作用 导向部分 导向作用 螺旋槽 刃带 切削部分 担负主要的切削工作 两条主切削刃两条副切削刃一条横刃 1 钻头 麻花钻 工作部分 2020 2 23 64 2 钻削的工艺特点 轴线引偏 刀具旋转 钻床上钻孔 孔径扩大 孔不圆 工件旋转 车床上钻孔 1 钻孔时钻头易产生 引偏 引偏 方式 2020 2 23 65 引偏 产生的原因 1 钻头刚性差 2 导向作用也很差 3 横刃减少 引偏 的措施 预钻锥形定心坑 用钻套为钻头导向 刃磨时 尽量把钻头的两个主切削刃对称 2020 2 23 66 2 排屑困难 3 切削热不易传散 钻孔工件52 5 钻头14 5 切屑28 介质5 车削工件4 刀具20 切屑75 介质1 使工件表面质量降低 卡死 甚至折断钻头 钻削产生的热量大部分集中在工件和钻头中 而且不易传散出去 使刀具磨损加剧 2020 2 23 67 3 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 1 单件 小批生产中 小型工件上的小孔 D 13mm 常用台式钻床加工 2 中 小型工件上较大的孔 D 50mm 常用立式钻床加工 3 大型工件上的孔 则采用摇臂钻床加工 4 回转体工件上的孔 多在车床上加工 5 大批量生产中 为了保证加工精度 提高生产效率和降低成本 广泛采用钻模 多轴钻和组合机床进行加工 6 精度高 粗糙度小的中 小直径孔 D 50mm 钻削之后采用扩孔或铰孔进行半精加工或精加工 2020 2 23 68 二 扩孔和铰孔 1 扩孔 2 铰孔 用扩孔钻对工件上已有的孔进行扩大加工 加工精度 IT10 IT9 表面粗糙度 Ra 3 2 1 6um 用绞刀对工件上已有的孔进行精加工 加工精度 IT9 IT7 表面粗糙度 Ra 1 6 0 4um 钻 扩 铰是非常典型的工艺 刀具刀刃多 切削用量小 无横刃 刚性好 生产效率高 用于一般精度孔的最终加工 高精度孔的半精加工 铰刀刀刃多 导向性好 刚性好铰孔加工余量小 切削力小 切削热少 排屑 冷却润滑条件好 2020 2 23 69 2020 2 23 70 钻 扩 铰只能保证孔本身的精度 不易保证孔与孔之间的尺寸精度和位置精度 为了解决这一问题 可利用夹具 如钻模 进行加工 或者采用镗孔 2020 2 23 71 三 镗削加工 用镗刀对已有的孔进行再加工 一般镗孔加工精度 IT8 IT7 表面粗糙度 Ra 1 6 0 8um 精细镗加工精度 IT7 IT6 表面粗糙度 Ra 0 8 0 2um 回转体零件上的孔 在车床上加工 箱体类零件上的孔或孔系 在镗床上加工 在镗床上除可加工孔或孔系外 还可加工平面 沟槽 钻 扩铰孔等 2020 2 23 72 卧式镗床的主要工作 2020 2 23 73 第三节刨 拉削加工 一 刨削加工 刨削是平面加工的主要方法之一 加工精度 IT8 IT7 表面粗糙度 Ra 6 3 1 6um 刨床 牛头刨床 适于加工中 小型零件 龙门刨床 适于加工大型零件 插床 主要加工工件内表面 如键槽 花键等 2020 2 23 74 1 刨削的工艺特点 1 生产率较低 2 通用性好 2 刨削的应用 刨削加工除主要用于加工平面外 经适当的调整和增加某些附件 还可加工齿轮 齿条 沟槽 母线为直线的成形面等 2020 2 23 75 二 拉削加工 加工精度 IT8 IT7 表面粗糙度 Ra 0 4 0 8um 用拉刀在拉床加工工件的工艺方法 拉削可以认为是刨削的进一步发展 如图所示 它是利用多齿的拉刀 逐齿依次从工件上切下很薄的金属层 使表面达到较高的精度和较小的粗糙度值 2020 2 23 76 拉削加工的各种表面 2020 2 23 77 拉削加工的主要特点 生产率较高由于拉刀是多齿刀具 加工范围较广加工精度较高 表面粗糙度较小 拉床简单拉刀寿命长拉刀制造困难成本高 2020 2 23 78 第四节铣削加工 一 铣削加工设备 铣床 龙门铣床 升降台式铣床 立式铣床 卧式铣床 二 铣削方式 周铣 端铣 用圆柱铣刀的圆周上分布的刀齿加工平面的方法 用端铣刀端面分布的刀齿加工平面的方法 铣削是平面加工的主要方法之一 加工精度 IT8 IT7 表面粗糙度 Ra 6 3 1 6um 2020 2 23 79 1 周铣 顺铣 在切削部位铣刀的旋转方向与工件的进给方向相同逆铣 在切削部位铣刀的旋转方向与工件的进给方向相反 a 铣削每齿切削厚度的变化 逆铣 0 max 已加工表面粗糙 加速刀具磨损顺铣 max 0 工件表面质量高 有利b 切削力变化 垂直分力 逆铣 铣削力上抬工件 不利于工件的夹紧顺铣 铣削力将工件压向工作台 减少了工件振动 有利 2020 2 23 80 水平分力 逆铣 与Vf方向相反 平稳顺铣 与Vf方向相同 当水平分力大于工作台的摩擦阻力时 易造成工作台串动 非常不利 2020 2 23 81 2 端铣 对称铣 铣刀轴线与工件铣削宽度的对称中心线重合 不对称铣 铣刀轴线与工件铣削宽度的对称中心线不重合 2020 2 23 82 1 端铣加工质量比周铣高 2 生产率比周铣高 3 端铣适应性比周铣差 3 周铣和端铣的比较 2020 2 23 83 4 铣削加工的应用 2020 2 23 84 第五节磨削加工 用砂轮作为刀具磨削工件的工艺过程 是零件精加工的主要方法之一 加工精度 IT7 IT6 表面粗糙度 Ra 0 8 0 2um 高精度磨削 表面粗糙度 Ra 0 1 0 008um 一 磨削过程 指砂轮表面的磨粒从工件表面切除细微金属层的过程 砂轮是由磨料与粘结剂组成的多孔物体 2020 2 23 85 凸起 锋利的磨粒 起切削作用 切削厚度较大 凸起较小 较钝的磨粒 起刻滑 挤压作用 凹下 更钝的磨粒 起滑擦作用 磨削 切削 刻滑 滑擦三个作用的综合 2020 2 23 86 二 磨削工艺特点 三 磨削的应用 可加工铸铁 碳钢 合金钢等一般结构材料 也能加工高硬度的淬硬钢 硬质合金 陶瓷 玻璃等难切削材料 但不适宜塑性较大的有色金属 磨削加工表面 外圆面 内圆面 平面 各种成形面 1 精度高 表面粗糙度低 2 磨削温度高 800 1000 3 砂轮具有自锐性 4 径向分力Fy较大 2020 2 23 87 磨削加工范围 2020 2 23 88 1 外圆磨削 2020 2 23 89 内圆磨与外圆磨相比较 表面粗糙度大 生产率低 磨孔与铰孔或拉孔比较 有如下特点 1 可以加工淬硬的工件孔 2 不仅能保证孔本身的尺寸精度和表面质量 还可提高孔的位置精度和轴线的直线度 3 用同一个砂轮 可以磨削不同直径的孔 灵活性较大 4 生产率比铰孔低 比拉孔更低 磨孔一般仅用于淬硬工件孔的精加工 2 内圆磨削 2020 2 23 90 3 平面磨削 周磨 端磨 多用于加工质量要求较高的工件 多用于加工质量要求不高的工件 或代替铣削作为精磨前的预加工 4 成形面磨削 2020 2 23 91 5 磨削发展简介 1 高精度 小粗糙度磨削 2 高效磨削 精密磨削 Ra 0 04 0 1um 超精磨削 Ra 0 012 0 025um 镜面磨削 Ra 0 04 0 1um 高速磨削 强力磨削 以大的磨削深度 小的磨削速度进行磨削 砂带磨削 以砂带代替砂轮进行磨削 2020 2 23 92 第20章零件典型表面加工方法的选择 1外圆面的加工 外圆表面是轴 套 盘等类零件的主要表面或辅助表面 不同零件上的外圆表面或同一零件上不同部位的外圆表面 往往具有不同的技术要求 需要结合具体的生产条件 拟定合理的加工方案 外圆表面的技术要求 一般分为四个方面 1 尺寸精度 指外圆表面直径和长度的尺寸精度 2 形状精度 指外圆表面的圆度 圆柱度等 3 位置精度 指外圆表面与其他表面间的同轴度 对称度等 4 表面质量 主要指表面粗糙度 外圆表面的典型加工方法 车削和磨削 2020 2 23 93 外圆表面加工方案 2020 2 23 94 2孔的加工 加工方法 钻 扩 铰 车 镗 拉 铣 磨 珩磨等 在实体材料上加工孔 钻 零件上已铸出 锻出孔 直接扩孔 镗孔 直径大于100mm的孔 镗孔孔加工的技术要求 尺寸精度 本身的尺寸精度 直径 长度等 形状精度 圆度 圆柱度等 位置精度 同轴度 垂直度等 表面质量 表面粗糙度 2020 2 23 95 孔加工方案 2020 2 23 96 3平面的加工 形状精度 平面度 直线度等 位置精度 平行度 垂直度等 表面质量 表面粗糙度 加工方法 铣 刨 拉 车 端面 磨 研磨 刮研等 平面的技术要求 2020 2 23 97 平面加工方案 2020 2 23 98 4成形面的加工 成形刀具加工 轨迹法 靠模尺法 范成法 仿形车 仿形铣 数控机床加工 加工方法 车 铣 刨 拉 磨 研磨等 成形面的技术要求 尺寸精度 本身的尺寸精度 形状精度 圆度 圆柱度等 位置精度 同轴度 垂直度等 表面质量 表面粗糙度 2020 2 23 99 第21章机械加工工艺的基本知识 主要内容 1基本概念 2毛坯的选择 3工件的安装和夹具 4工艺过程的制定 5典型零件加工工艺过程实例 本章重难点 加工工艺的制定 各定位元件分别限制了哪几个自由度 2020 2 23 100 一 生产过程和工艺过程 1 生产过程 由原材料到生产出成品的全部劳动过程的总和 1基本概念 2020 2 23 101 2 工艺过程 生产过程中直接改变原材料的性能 尺寸和形状使之变成成品的过程 工艺过程具体可分为 铸造 压力加工 焊接 机械加工 热处理 特种加工 电镀 涂覆 装配等工艺过程 3 工艺过程的组成 1 工序 在一个工作地点 对一个或一组工件连续完成的那部分工艺过程 2 安装 是工序的组成部分 在机械加工中 一次装夹所连续完成的那部分工艺过程 2020 2 23 102 工序方案实例 2020 2 23 103 4 工步 指工件在一个工序内 一次安装中 当加工表面 切削工具和切削用量中的转速与进给量均不变条件下所完成的那部分工艺过程 5 走刀 在一个工步内 若被加工表面切去的金属层很厚 需要分几次切削 则每进行一次切削就是一次走刀 一个工步可包括一次或几次走刀 3 工位 为了减少工件安装的次数 常采用各种回转工作台 回转夹具或移位夹具 使工件在一次安装中先后处于几个不同的位置进行加工 此时 工件在机床上占据的每一个位置所完成的那一部分加工过程称为工位 2020 2 23 104 二 生产纲领和生产类型 1 生产纲领 产品 或零件 的生产纲领 是包括备品和废品在内的该产品 或零件 的年产量 式中 N 零件的生产纲领 Q 产品的生产纲领 台 年 n 每台产品中该零件的数量 件 台 备品的百分率 b 废品的百分率 2 生产类型 2020 2 23 105 小批生产 中批生产 大批生产 1 单件生产单个的制造某一种零件 很少重复 甚至不重复生产 如 大型机械 试制品 修配件等 2 成批生产成批的制造某一相同的零件 每隔一定时间又重复生产 3 大量生产在大多数工作地点 经常重复地进行一种零件某一工序的生产 2020 2 23 106 生产类型与生产纲领的关系 2020 2 23 107 2020 2 23 108 三 制订零件机械加工工艺规程的原则 内容及步骤 1 工艺规程的作用工艺规程是将零件机械加工工艺过程的有关内容 用文件的形式写出来 2 制定工艺规程的原则制定工艺规程的原则是 在一定的生产条件下 以最少的劳动消耗和最低的费用 按计划规定的时间 可靠地加工出符合图样及技术要求的零件 3 制定工艺规程的内容和步骤 1 零件图的研究与工艺分析 2 确定生产类型 3 确定毛坯的种类和尺寸 2020 2 23 109 4 选择定位基准和主要表面加工方法 5 拟定零件加工的工艺路线 6 确定各工序尺寸及公差 7 确定各工序的设备 刀具 夹具 量具和其它辅助工具 8 确定切削用量和工时定额 9 确定各主要工序的技术要求及检验方法 10 填写工艺文件 1 材料的使用性能原则 2毛坯选择的一般原则 2020 2 23 110 1 零件使用条件与失效形式分析零件使用条件应根据产品的功能和零件在产品中的作用进行分析 机械零件在使用过程中会因某种性能不足而出现相应形式的失效 因此可根据零件的失效形式 分析得出起主导作用的使用性能 并以此作为选材的主要依据 2 确定使用性能指标和数值通过分析零件工作条件和失效形式 确定零件对使用性能的要求后 必须进一步转化为实验室性能指标和数值 这是选材的极其重要的步骤 3 根据力学性能选材时应注意的问题零件所要求的力学性能指标和数值确定下来之后便可进行选材 l 学会正确使用手册和有关资料 2 正确使用硬度指标 3 强度与韧性应合理配合 2020 2 23 111 2 材料的工艺性能原则 零件都是由不同的工程材料经过一定的加工制造而成的 因此 材料的工艺性能 即加工成合格零件的难易程度 显然也是选材必须考虑的主要问题 3 经济性原则 1 尽量降低材料及其加工成本2 用非金属材料代替金属材料3 零件的总成本 4 毛坯的种类 铸件 锻件 型材 组合毛坯 2020 2 23 112 5 毛坯种类的选择 毛坯选择有两种不同的方向 1 使毛坯的形状和尺寸尽量与零件接近 零件制造的大部分劳动量用于毛坯 机械加工多为精加工 劳动量和费用都比较少 2 毛坯的形状及尺寸与零件相差较大 机械加工切除较多材料 其劳动量及费用也较大 毛坯选择应除满足一般原则外 还要全面考虑下列一些因素的影响 1生产纲领的大小 2零件材料和力学性能 3满足材料的工艺要求 2020 2 23 113 一 工件的安装方式 1 直接安装 划线找正 工件直接安装在机床工作台或通用夹具上 找正比较费时 定位精度的高低主要取决于所有工具或仪表的精度 以及工人的技术水平 定位精度不易保证 生产率低 仅适用于单件小批量生产 2 采用夹具安装 工件安装在为其加工专门设计和制造的夹具上中 定位精度高 生产率高 适用于大批量生产 3工件的安装与夹具 定位 夹紧 安装 2020 2 23 114 2020 2 23 115 二 工件的基准 工件基准 零件设计与制造中 需以一些指定的点 线或面作为根据 来确定其他点 线或面的位置 这些作为根据的点 线或面称为基准 基准 设计基准 工艺基准 在加工过程中 用作工件定位的基准 在工件上用以测量已加工表面位置的基准 装配时用以确定零件在产品中位置的基准 设计图样上所采用的基准 定位基准 测量基准 装配基准 定位基准 2020 2 23 116 定位基准的选择 a 粗基准的选择 选取不加工的表面为粗基准 若工件必须首先保证某重要表面的加工余量均匀 则应选择该表面为粗基准 粗基准 没有经过切削加工就被用作定位基准的表面 保证各重要加工表面都有足够的加工余量 保证加工表面与非加工表面之间的相互位置精度 3 选取粗基准的表面应尽量平整 光洁 不应有飞边 浇口 冒口及其它缺陷 以便定位准确 夹紧可靠 注意 粗基准只能在第一道工序中使用一次 不能重复使用 2020 2 23 117 2020 2 23 118 b 精基准的选择 1 基准重合原则 定位基准与设计基准重合 可避免产生定位误差 精基准 经过切削加工才用作定位基准的表面 2020 2 23 119 2 基准统一原则 加工零件上某些位置精度要求较高的表面时 应尽可能选同一定位基准 以保证各加工表面的位置精度 2020 2 23 120 4 选择精度高 安装稳定可靠的表面作精基准 互为基准原则 对某些位置精度要求高的表面 可以通过互为基准 反复加工的方法来保证其相互位置精度 铣床主轴 5 自为基准原则 重要表面的精加工 为保证余量小而均匀 可以用该重要表面自身作为定位基准 1 2 轴颈3 4 锥孔 2020 2 23 121 定位 六点定位 c 定位和夹紧概念 d 六点定则 是工件在机床上占有正确的位置 以保证被加工表面的精度 一个不受约束的物体在空间有六个自由度 即沿 方向的平移和绕 方向的转动 定位是限制这些自由度 但并非限制了这些自由度物体就不能动了 因这只是定位 若需工件不动还须夹紧 六个支撑点限制工件的六个自由度 三 工件的定位原理 2020 2 23 122 六点定位简图 六点定位原理 在机械加工中 要完全确定工件在夹具中的正确位置 必须用六个相应的支承点来限制工件的六个自由度 A面上三个点限制三个自由度 B面上两个点限制两个自由度 C面上一个点限制一个自由度 2020 2 23 123 六点定则的应用 完全定位 用定位元件限制工件的六个自由度的定位方式 不完全定位 没有完全限制六个自由度的定位方式 欠定位 该限制的自由度没有得到限制的定位方式 过定位 或超定位 一个自由度同时被两个以上的定位元件限制的定位方式 完全定位 不完全定位是合理的定位方式 欠定位是不允许的 会影响工件加工质量和加工精度 2020 2 23 124 常见的定位分析 1 完全定位 用定位元件限制工件的六个自由度的定位方式 连杆钻孔定位方案 平面支承 侧挡销 短圆柱销 2020 2 23 125 不完全定位 没有完全限制六个自由度的定位方式 2020 2 23 126 欠定位 该限制的自由度没有得到限制的定位方式 工件在夹具或机床上的位置不能正确确定 工件的加工精度是无法保证的 下图中的不通槽的加工 任何一个自由度未被限制都会造成工件质量问题的出现 欠定位在生产中是不允许出现的 2020 2 23 127 例如 车削细长轴时 除采用卡盘和顶尖外 为增加工件的刚性 往往还采用中心架或跟刀架 使之出现了过定位 车削细长轴时若用三爪卡盘和前后顶尖定位时 前后顶尖已限制了x 方向的平移和y z旋转五个自由度 而三爪卡盘又限制了 方向的平移 此时就出现了过定位 但是三爪卡盘是用来传递运动的 生产中可用卡箍来代替三爪卡盘 卡箍既可传递运动又不约束工件的自由度 变过定位为不完全定位 过定位 2020 2 23 128 四 工艺路线的拟定 1 加工方法的选择 根据零件各个加工表面的技术要求 来确定其加工方法及加工次数 使工件表面达到同样质量要求的加工方法有多种 因而在选择从粗到精各加工方法及其步骤时 要综合考虑各方面工艺因素的影响 综合考虑各方面工艺因素的影响 各种加工方法的精度和表面粗糙度工件材料的性质要考虑生产类型考虑本厂现有设备及技术条件 2020 2 23 129 2 加工阶段的划分 零件精度要求较高时 往往需要将加工过程划分几个阶段 一般分为粗加工 精加工和光整加工等 目的 保证加工质量 合理使用设备 合理安排热处理工序 3 工序的集中和分散 所谓工序集中 就是整个工艺过程中所安排的工序数量尽量少 每个工序所加工的表面数量尽量多 工序分散则恰恰相反 安排工序数量多 每道工序加工的表面数量少 分散到极限时 一道工序上只包含一个简单工步的内容 2020 2 23 130 4 加工顺序的安排 1 机械加工顺序的安排 先基面后其它先粗后精先主后次先面后孔 2 热处理工序的安排 预先热处理 调整硬度以利切削加工 时效处理 消除应力对加工精度的影响 最终热处理 使零件的性能达到要求 3 辅助工序的安排 包括检验 去毛刺 清洗 涂防锈漆等 工序集中 工序分散 减少工件安装次数采用高生产率的专用设备和专用工艺装备减少工序数目 缩短工艺路线 减少设备数量 采用比较简单的机床和工艺装备生产准备工作量小 容易适应产品的变换设备数量和工人数量多 生产面积大 工艺路线长 工序集中和工序分散的特点 2020 2 23 131 五 典型零件工艺过程 一 轴的机械加工工艺的制定 材料 45 淬火硬度 HRC40 50 2020 2 23 132 1 零件各主要部分的技术要求 1 在的轴段上装滑动齿轮 并开有键槽 2 和的两段为轴颈 支承于箱体的轴承孔中 3 表面粗糙度值Ra均为0 8 m 4 工件材料为45钢 淬火硬度为40 45 2 工艺分析 该零件各的配合表面本身均有一定的精度 相当于IT7 和粗糙度要求 2020 2 23 133 根据对各表面的具体要求 可采用如下的加工方案 粗车 半精车 热处理 粗磨 精磨 轴上的键槽可在立铣床上铣出 3 基准的选择 为了保证各配合表面的位置精度 选择轴线 轴两端的中心孔 为粗 精基准 基准统一和基准重合原则 4 工艺过程 2020 2 23 134 单件 小批量生产 2020 2 23 135 二 圆柱齿轮的机械加工工艺过程的制定 2020 2 23 136 2020 2 23 137 主要内容 1结构工艺性的基本概念 2切削加工对零件结构工艺性的要求 3装配结构工艺性 本章重难点 在设计零件结构时 不仅要考虑满足使用要求 还应当考虑是否能够制造和便于制造 也就是要考虑零件结构的工艺性 第23章零件的结构工艺性 2020 2 23 138 1零件结构工艺性基本概念 零件结构工艺性是指这种结构的零件被加工制造的难易程度 是评价零件结构有劣的重要技术指标 工艺性与零件的生产批量及具体生产条件相关 1 零件的加工精度 表面粗糙度值选择应合理 2 加工表面的几何形状应尽可能简单 3 便于安装 定位准确 夹紧可靠 4 便于加工 易于测量 5 提高标准化程度 注意 2020 2 23 139 2切削加工对零件结构工艺性的要求 1 增设工艺凸台 数控铣床床身的结构 一 便于装夹 2020 2 23 140 2 设凸缘或装夹孔 画线大平板的结构图 2020 2 23 141 二 便于加工 1 刀具不应与工件干涉 不合理 合理 刀具不应与工件干涉 2020 2 23 142 2 便于进刀和退刀 要有退刀槽或越程槽 从上倒下依次为 车螺纹退刀槽 铣齿或滚齿退刀槽 插齿空刀槽 插键槽 磨孔越程槽 a 结构不合理 b 结构合理 2020 2 23 143 3 尽量采用标准刀具加工 内圆角表面的形状 4 孔的轴线与端面垂直 避免在斜面或曲面上钻孔 5 避免弯曲孔 2020 2 23 144 6 配合表面尽量避免箱体内表面 外加工面代替内加工面 内表面加工改为外表面加工 设置工艺孔 7 增加工艺孔 2020 2 23 145 8 零件要有足够的刚度 增设加强肋 9 适当地采用零件的组合 2020 2 23 146 三 便于提高生产效率 1 减少机床调整和走刀次数 加工面应等高 2 减少刀具种类 尺寸差别不太大时 零件上的槽宽 圆角半径 孔 螺纹等尺寸应尽可能一致 2020 2 23 147 3 减少装夹次数 保证轴套两端孔的同轴度 轴上多键槽的布局 2020 2 23 148 4 便于多个零件加工 便于多件加工 2020 2 23 149 四 便于测量 便于位置误差测量的图例 便于尺