机械制造技术基础讲PPT课件

一 外圆表面的车削加工二 外圆表面的车拉加工 一 加工方法车拉加工方法是将传统的车削与拉削两种机械加工方法结合在一起而形成的组合加工方法 第二节外圆表面加工 车拉用于外圆表面加工时 加工精度较高 可省去精车和粗磨工序 在车拉加工中 工件以较高速度旋转 刀具也作慢速旋转 拉削 运动 根据其刀齿切入进给方式不同 车拉刀有螺旋形车拉刀和圆柱形车拉刀两种结构 图3 19所示为两种形式车拉刀的车拉加工原理 图3 19车拉加工原理 螺旋形车拉刀 圆柱形车拉刀 车 车拉加工方法是车拉加工方法的延伸和发展 它将车削与车拉加工结合在一起 使加工的柔性更大 对大余量切除的适应性更好 二 工艺特点与应用范围车拉加工过程中 每一时刻只有一个刀齿与工件接触 故切削力较小 工件变形小 加工精度较高 轴颈直径尺寸误差 0 1mm 轴颈径向圆跳动 0 05mm 表面粗糙度可达Ra0 3 0 8 m 车拉加工的刀具寿命长 车拉加工生产率高 车拉加工具有很好的柔性车拉加工的刀具较复杂 制造困难 车拉加工对毛坯制造精度要求较高 车拉加工适于在大批大量生产中加工结构复杂 精度要求较高的零件 三 外圆表面的磨削加工 一 加工方法1 工件有中心支承的外圆磨削 1 纵向进给磨削 纵磨法 见图3 20 纵磨法因磨削深度小 磨削力小 散热条件好 磨削精度较高 表面粗糙度数值较小 但生产率较低 它适于在单件小批生产中磨削较长的外圆表面 图3 20纵向进给磨削外圆 2 横向进给磨削 切入磨法或横磨法 图3 21是它的加工示意图 切入磨法因工件与砂轮接触面积大 磨削力大 发热量多 磨削温度高 工件表面易发生变形和烧伤 故磨削精度不高 表面粗糙度数值较大 但生产率较高 它适于在大批大量生产中磨削刚度较好的工件外圆表面 图3 21横向进给磨削外圆 在图3 22所示的磨削方法适于在大批大量生产中磨削轴颈对相邻轴肩有垂直度要求的轴 套类工件 图3 22同时磨削外圆和端面 2 工件无中心支承的外圆磨削 无心磨削 图3 23是它的加工原理示意图 磨削时工件放在 砂轮与导轮之间的托板上 不用中心孔支承 故称为无心磨削 图3 23无心外圆磨削 无心磨削时砂轮和工件的轴线总是水平放置的 而导轮的轴线通常要在垂直平面内倾斜一个角 使工件获得一定的轴向进给速度 为保证导轮与工件接触线呈直线形状 需将导轮的形状修正成回转双曲面形 图3 23无心外圆磨削 1 6 无心磨削时 工件的中心必须高于导轮和砂轮中心连线 使工件与砂轮 导轮间的接触点 不在工 件同一直径线上 从而工件在多次转动中逐渐被磨圆 图3 23无心外圆磨削 h 0 15 0 25 dd 工件直径 无心磨床上磨削出来的工件尺寸精度和几何形状精度比较高 表面粗糙度数值较小 无心磨削的生产效率高 容易实现工艺过程的自动化 但所能加工的零件具有一定的局限性 不适宜磨削带长键槽和平面 以及同轴度要求较高的阶梯轴外圆柱表面 3 快速点磨用快速点磨法磨削外圆时 砂轮轴线与工件轴线之间有一个微小倾斜角 0 5 砂轮与工件以点接触进行磨削 砂轮对工件的磨削加工类似于一个微小的刀尖对工件进行加工 图3 24为快速点磨法与传统磨削方法的比较 为控制磨削精度 砂轮与工件的接触点必须与工件轴线等高 图3 24快速点磨法与传统磨削方法的比较 快速点磨法采用CBN 立方氮化硼 或金刚石砂轮进行高速磨削 其磨削速度可达100 160m s 快速点磨法与传统的磨削方法相比较 砂轮与工件接触面积小 磨削速度高 磨削过程中的磨削力小 发热量少 磨削质量好 生产效率高 砂轮寿命长 二 外圆磨削的尺寸控制磨削的主要特点之一是砂轮具有自锐作用 磨粒的自锐作用可以使磨粒始终保持锋利状态 但它会使砂轮的径向磨损速度加剧 使磨削外圆一般不能用预先确定砂轮径向进给量的方法来保证工件的直径尺寸 为保证外圆磨削的尺寸精度 需要根据工件在磨削过程中的实际尺寸变化来控制砂轮的径向进给量 在大批大量磨削过程中通常采用在对工件进行主动测量的方法来控制工件的尺寸 如图3 25 图3 25外圆磨削尺寸的自动控制 三 外圆磨削加工的工艺特点及应用范围1 磨粒硬度高 它能加工一般金属刀具所不能加工的工件表面 2 磨削加工能切除极薄极细的切屑 修整误差的能力强 加工精度高 IT6 IT5 加工表面粗糙度小 Ra可小至0 1 m 3 由于磨粒切除金属材料属大负前角切削 且磨削速度高 故磨削区的瞬时温度极高 有时甚至高达能使金属表面熔化的程度 4 由于大负前角磨粒在切除金属过程中消耗的摩擦功大 再加上磨屑细薄 切除单位体积金属所消耗的能量 磨削要比车削大得多 综上分析可知 磨削加工适用于精加工 但它不适宜加工塑性较大的有色金属材料 例如铜 铝及其合金 近年来出现了高效磨削工艺 如高速磨削 宽砂轮磨削 多砂轮磨削 深切缓进给磨削和砂带磨削等 及一些高精度磨削和高光洁表面磨削的先进制造技术 四 外圆表面的光整加工光整加工是精加工后 从工件表面上不切除或切除极薄金属层 用以提高加工表面的尺寸和形状精度 降低表面粗糙度的加工方法 对于加工精度要求很高 IT6以上 表面粗糙度值要求很小 Ra为0 2 m以下 的外圆表面 需经光整加工 光整加工的主要任务是降低表面粗糙度 有的方法还有提高尺寸精度和形状精度的作用 但一般都没有提高位置精度的作用 外圆表面的光整加工方法主要有研磨 超精加工 滚压 抛光等 1 研磨研磨是在研具与工件之间加入研磨剂 对工件表面进行光整加工的方法 图3 26机械研磨外圆 6 15 研磨分手工研磨和机械研磨两种 研磨时 工件和研具之间的相对运动较复杂 研磨剂中的每一颗磨粒一般都不会在工件表面上重复自己的运动轨迹 它对误差与缺陷具有较强的修正能力 能提高加工表面的尺寸精度 形状精度和减小表面粗糙度 研具材料比工件材料软 部分磨粒能嵌入研具的表层 为使研具磨损均匀和保持形状准确 研具材料的组织应细密 而且耐磨 最常用的研具材料是铸铁 它适用于加工各种工件材料 而且制造容易 成本低 也有用铜 巴氏合金等材料制造研具的 研磨剂由磨料 研磨液和表面活性物质等混合而成 磨料主要起切削作用 研磨液有煤油 汽油 机油 工业甘油等 主要起冷却润滑作用 表面活性物质有油酸 硬脂酸等 它附着在工件表面 使其生成一层相当薄易于切除的软化膜 研磨分粗研和精研 均属光整加工 研磨前加工面要进行良好的精加工 研磨外圆可获得很高的尺寸精度 IT6 IT4级 和极小的表面粗糙度 Ra0 1 0 008 m 及较高的形状精度 圆度误差为0 003 0 001mm 但研磨不能提高位置精度 生产效率较低 研磨的工艺特点是设备和研具简单 成本低 容易保证加工质量 可加工钢 铸铁 硬质合金 光学玻璃 陶瓷等多种材料 2 超精加工超精加工是用细粒度的磨条或砂带进行微量磨削的一种光整加工方法 其加工原理如图3 27所示 图3 27外圆的超精加工 超精加工的工艺特点是设备简单 自动化程度较高 操作简便 生产效率高 超精加工只能减小工件的表面粗糙度 Ra可达0 1 0 012 m 但不能提高尺寸精度和形状位置精度 工件的尺寸精度和形状位置精度由超精加工之前工序保证 第三节孔加工 孔加工所用刀具的尺寸受被加工孔尺寸的限制 刚性差 易产生弯曲变形和振动 孔的加工尺寸取决于定尺寸刀具的相应尺寸 刀具的制造误差和磨损将影响孔的加工精度 加工孔时 切削区在工件内部 排屑及散热条件差 加工精度和表面质量都不易控制 一 钻孔与扩孔1 钻孔钻孔是指在实体材料上加工 其直径一般小于80mm 钻孔加工有两种方式 一种是钻头旋转 另一种是工件旋转 图3 28两种钻孔方式a 钻头旋转b 工件旋转 上述两种钻孔方式产生的误差不同 钻头旋转由于切削刃不对称和钻头刚性不足而使钻头引偏时 被加工孔的中心线会发生偏斜或不直 但孔径基本不变 图3 28两种钻孔方式a 钻头旋转 图3 28两种钻孔方式b 工件旋转 工件旋转由于钻头引偏会引起孔径变化 但孔中心线仍是直的 常用的钻孔刀具有 麻花钻 中心钻 深孔钻等 标准麻花钻的结构如图3 29所示 图3 29标准麻花钻的结构a 锥柄b 直柄 麻花钻头有两条主切削刃 两条副切削刃和一条横刃 如图3 30所示 螺旋槽表面为钻头的前刀面 切削部分顶端的锥曲面为主后刀面 刃带为副后刀面 横刃是两主后刀面的交线 图3 30麻花钻的切削部分 导向部分有两条对称的螺旋槽和刃带 螺旋槽用来形成切削刃和前角 并起排屑和输送冷却液的作用 刃带起导向和修光孔壁的作用 其倒锥以减小钻头与孔壁的摩擦 钻头的柄部是用于与机床主轴联接 传递扭矩和轴向力 麻花钻的主要几何角度有顶角2 前角 o 后角 f 横刃斜角 和螺旋角 如图3 31所示 图3 31标准麻花钻的几何角度 钻头的弯曲刚度和扭转刚度较低 定心性不好 钻孔加工的精度一般只能达到IT13 IT11级 表面粗糙度Ra一般为50 12 5 m 但钻孔的金属切除率大 切削效率高 钻孔主要用于加工质量要求不高的孔 对于加工精度要求较高的孔 钻孔后还需进行扩孔 铰孔镗孔或磨孔等加工 2 扩孔扩孔是用扩孔钻对已经钻出 铸出或锻出的孔作进一步加工以扩大孔径并提高孔的加工质量 扩孔钻与麻花钻相似 但刀齿数较多 没有横刃 图3 32扩孔 图3 33扩孔钻 与钻孔相比 扩孔具有下列特点 1 扩孔钻齿数多 多为3 4个齿 导向性好 切削比较稳定 2 扩孔钻没有横刃 切削条件好 3 加工余量较小 容屑槽可以做得浅些 钻芯可以做得粗些 刀体强度和刚性较好 扩孔加工的精度一般为IT11 IT10级 表面粗糙度Ra为12 5 6 3 m 扩孔常用于直径小于 100mm孔的加工 在钻孔直径较大 D 30mm 时 常先预钻孔 然后再扩孔 这样可提高孔的加工质量和生产效率 扩孔除了可以加工圆柱孔之外 还可以用各种特殊形状的扩孔钻 亦称锪钻 来加工各种沉头座孔和锪平端面 如图3 34所示 图3 34锪钻a 锪沉头座孔b 锪锥孔c 锪端面 二 铰孔铰孔是对较小直径孔的精加工方法之一 由于其经济实用 故在生产中应用很广 1 铰刀铰刀一般分为手用铰刀及机用铰刀两种 铰刀不仅可加工圆形孔 也可用锥度铰刀加工锥孔 铰刀主要用于对中 小孔的半精加工和精加工 图3 35铰刀 铰刀的结构与扩孔钻相似 有工作部分 柄部和颈部组成 工作部分又分为切削部分与校准 修光 部分 图3 36铰刀的结构 铰刀齿数较多 硬质合金铰刀4 8个齿 高速钢铰刀6 12个齿 其校准部分起校准孔径 修光孔壁及导向作用 对于手用铰刀 为增加导向作用 校准部分应做得长些 对于机用铰刀 为减少摩擦 校准部分应做得短些 校准部分包括圆柱部分和倒锥部分 被加工孔的加工精度和表面粗糙度取决于圆柱部分的尺寸精度和形位精度 倒锥部分的作用是减少铰刀与孔壁的摩擦 2 铰孔的工艺特点及应用铰孔余量对铰孔质量的影响很大 余量太大 铰刀的负荷大 切削刃很快被磨钝 不易获得高的表面质量 尺寸精度也不易保证 余量太小 不能去掉上道工序留下的刀痕 一般粗铰余量取为0 15 0 35mm 精铰取为0 05 0 15mm 铰孔通常采用较低的切削速度 高速钢铰刀加工钢和铸铁时vc 8m min 以避免产生积屑瘤 进给量的取值与被加工孔