第二三讲教案12表面成形13机械加工方法

1、华北水利水电学院授课时间2012年 2月24日第1周星期五第二大节授课 5305地点实到 人数授课题目1.2机械加工表面的成形（1学时）；1.3机械加工方法上部（1学时） 机械加工方法下部（2学时）授课专业 班级2009058 59教学目的 与教学要求1. 掌握四种成形方法2. 掌握加工表面与切削要素3. 了解各种加工方法4. 了解特种加工方法主 要 内 容1. 四种成形方法及典型例子2. 加工表面与切削要素（切削用量和切削层参数）3. 各种加工方法重点与难点1. 四种成形运动2. 切削用量3. 常用加工方法教学方法 手段（教具）多媒体+板书课后作业与 思考题教学后记教学过程:1.2机械加工表

2、面的成型一、工件表面的成型方法零件的形状是由各种表面组成的，所以零件的切削加工归根到底是表面成形问题。 各种典型表面都可以看做是一条线(称为母线)沿着另一条线(称为导线)运动的轨迹。母 线和导线统称为形成表面的发生线。需要注意的是，有些表面的两条发生线完全相同，只因母线的原始位置不同， 也可形成不同的表面。如图1-8中，母线均为直线1,导线均为圆2，轴心线均为00 ，所需要的运 动也相同。但由于母线相对于旋转轴线00 的原始位置不同， 所产生的表面也就不同，分别为圆柱面、圆锥面或双曲面。图1-8母线原始位置变化时形成的表面3.零件表面的形成方法(1) 轨迹法它是利用刀具作一定规律的轨迹运动对工

3、件进行加工的方法。用尖头车刀、刨刀等切削时，切削刃与被加工表面可看作点接触，因此切削刃可看作一个点，发生线为接触点的轨迹线。采用轨迹法形成发生线时，刀具需要一个独立的成形运动。(2) 成形法成形法是利用成形刀具对工件进行加工的方法。用成形法来形成发生线，刀具不需要专门的成形运动。(3) 相切法相切法是利用刀具边旋转边作轨迹运动来对工件进行加工的方法。 采用铳刀、砂轮等旋 转刀具加工时。采用相切法生成发生线时，需要两个相互独立的成形运动， 即刀具的旋转运 动和刀具中心按一定规律的运动。(4) 展成法展成法是利用工件和刀具作展成切削运动进行加工的方法。切削加工时，刀具与工件按确定的运动关系作相对运

4、动， 切削刃与被加工表面相切，切削刃各瞬时位置的包络线， 便是 所需的发生线。用展成法生成发生线时， 刀具与工件之间的相对运动通常由两个分运动组合而成，它们之间保持严格的运动关系，彼此不独立，共同组成一个运动，称为展成运动。如 上述工件的旋转运动 B和直线运动A都是形成渐开线的展成运动。二、表面成形运动和辅助运动这种形成发生线，亦即形成被加工表面的运动，称为表面成形运动，简称成形运动。此外，机床还有多种辅助运动。1 表面成形运动成形运动是保证得到工件要求的表面形状的运动，按其组成情况不同，可分为简单运动和复合运动两种。如果一个独立的成形运动，是由单独的旋转运动或直线运动构成，则称此成形运动为简

5、单成形运动。如果一个独立的成形运动，是由两个或两个以上的旋转运动或直线运动按照某种驱动的运动关系组合而成，则称此运动为复合成形运动，简称复合运动。在切削成形运动中又有主运动和进给运动之分，主运动是切下切屑的最基本运动，其速度最高，消耗功率最大， 同时主运动只有一个。进给运动是使金属层不断投入切削，从而获得完整表面的运动。 与主运动相比，速度较低，消耗功率较少。进给运动可以有一个或几个， 可以是连续的，也可以是间断的。2.辅助运动 各种空行程运动。例如车床的刀架或铳床的工作台，在进给前后都有 快进和快退的运动。切入运动。分度运动。操作和控制运动。三、加工表面与切削要素1. 加工表面加工表面是指切

6、削加工时，工件上存在的待加工表面、已加工表面和过渡表面的统称，2. 切削要素(1)切削用量要素所谓切削用量是指切削速度、进给量和背吃刀量三者的总称。它们分别定义如下：1)切削速度Vc它是切削加工时，切削刃上选定点相对于工件的主运动速度。切削刃上各点的切削速度可能是不同的。当主运动为旋转运动时， 工件或刀具最大直径处的切削速度由下式确定：dwnVc1000式中 vc 切削速度，单位为 m/min ；mm；dw工件待加工表面的直径，单位为n工件的转速，单位为r/min。2）进给量 f 它是指刀具在进给运动方向上相对工件的位移量。当主运动是回转运动 （如车削）时，进给量指工件或刀具每回转一周，两者沿

7、进给方向的相对位移量，单位为 mm/r;当主运动是直线运动（如刨削）时，进给量指刀具或工件每往复直线运动一次，两 者沿进给方向的相对位移量，单位为mm/双行程或 mm/单行程；对于多齿的旋转刀具（如铳刀、切齿刀），常用每齿进给量 fz，单位为mm/z或mm/齿，它与进给量f的关系为f zfz式中 z铳刀刀齿齿数。在切削加工中，也有用进给速度Vf来表示进给运动的。所谓进给速度Vf是指切削刃上选定点相对于工件的进给运动速度，其单位为 mm/min 。若进给运动为直线运动，则进给速 度在切削刃上各点是相同的。在外圆车削中，vff n式中 vf进给速度，单位为 mm/min ;f进给量，单位为 mm/

8、r;n主运动转速，单位为r/min。铣削时进给速度为vff zfz n因此，合成切削速度 ve可表达为ve vc vf（3）背吃刀量 ap 在基面上垂直于进给运动方向测量的切削层最大尺寸。由图1-11（ b ）可知，外圆车削ap （dw dm）/2式中 ap 背吃刀量，单位为 mm ；dw工件加工前（待加工表面）直径，单位为 mm ；dm工件加工后（已加工表面）直径，单位为mm。材料切除率，用 Qz表示，单位为 mm3/min，即Qz 1000vc fa p2切削层参数（ 1）切削层公称厚度 hD 垂直于正在加工的表面（过渡表面）度量的切削层参数。（ 2）切削层公称宽度 bD 平行于正在加工的

9、表面（过渡表面）度量的切削层参数。（ 3）切削层公称横截面积 AD 在切削层参数平面内度量的横截面面积。1.3 机械加工方法主要有： 车削、铣削、 刨削、磨削、钻削和特种加工等。 本节对这些主要方法逐一介绍。一、车削车削中工件旋转，形成主切削运动。车削加工精度一般为IT8IT7 ,表面粗糙度为 Ra6.31.6卩m精车时，可达IT6IT5，表面粗糙度可达 Ra0.40.1卩m车削的生产率较高，切 削过程比较平稳，刀具较简单。二、铣削主切削运动是刀具的旋转。 卧铣时， 平面的形成是由铣刀的外圆面上的刀刃形成的； 立 铣时， 平面是由铣刀的端面刃形成的。前者称为周铣法， 后者称为端铣法。 提高铣刀

10、的转速 可以获得较高的切削速度， 因此生产率较高。 在铣削加工中按照铣削时主运动速度方向与工 件进给方向是否相同，又分为顺铣和逆铣。相同时为顺铣，相反时为逆铣顺铣：铣削力的水平分力与工件的进给方向相同， 工件台进给丝杠与固定螺母之间一般 有间隙存在， 因此切削力容易引起工件和工作台一起向前窜动， 使进给量突然增大， 引起打 刀。在铣削铸件或锻件等表面有硬皮的工件时， 顺铣刀齿首先接触工件硬皮， 加剧了铣刀的 磨损。逆铣： 可以避免顺铣时发生的窜动现象。逆铣时， 切削厚度从零开始逐渐增大， 因而刀 刃开始经历了一段在切削硬化的已加工表面上挤压滑行的阶段，加速了刀具的磨损。同时， 逆铣时，铣削力将

11、工件上抬，易引起振动，这是逆铣的不利之处。铳削的加工精度一般可达IT8IT7，表面粗糙度为 Ra6.31.6卩m三、刨削刨削时，刀具（或工作台）的往复直线运动为切削主运动，如图1-15 所示。由于刨削速度不可能很高，因而生产率较低。刨削比铳削平稳，其加工精度一般可达IT8IT7，表面粗糙度为 Ra6.31.6卩m,精刨平面度可达 0.02/1000，表面粗糙度为 Ra0.80.4卩m四、磨削磨削以砂轮或其它磨具对工件进行加工,其主运动是砂轮的旋转磨削时,由于刀刃很多（一个磨粒相当于一把微型刀刃） ,所以加工时平稳、精度高,表面粗糙度数值小，磨削精度可达 IT6IT4，表面粗糙度 Ra可达1.2

12、5-0.01卩m,甚至可达0.10.008卩m。磨削的另一特点是可以对淬硬的金属材料进行加工。因此，往往作为最 终加工工序。磨削时，产生热量大，需有充分的切削液进行冷却。按功能不同，磨削还可分 为外园磨、内孔磨、平磨等。五、钻削与镗削它是孔加工的最常用方法。钻削中钻头的旋转是其主运动，而进给运动则是钻头的直线移动，如图1-17所示。钻削的加工精度较低，一般只能达到IT10,表面粗糙度一般为 Ra12.5 6.3卩m,因此在钻削后常常采用扩孔和铰孔来进行半精加工和精加工。扩孔采用扩孔钻，铰孔采用铰刀进行加工。 铰削加工精度一般为IT9IT6 ,表面粗糙度为 Ra1.60.4卩m。扩孔、 铰孔时，

13、扩孔钻、铰刀一般顺着原底孔的轴线进行加工，即采用自为基准的原则，因此无法提高孔的位置精度。镗孔则可以校正孔的位置。六、齿面加工齿轮齿面加工方法可分为两大类：成形法和展成法。成形法加工齿面所使用的机床一般为普通铳床，刀具为成形铳刀，需要两个简单成形运动：刀具的旋转运动Bi为其主运动和直线移动A2为其进给运动，如图1-20所示。展成法加工齿面的常用机床有滚齿机（如 Y3150E型滚齿机）、插齿机（如工件径向进给和调位Y5132型插齿机）等。在滚齿机上滚切斜齿圆柱齿轮时，滚刀的旋转为其主运动，同时还需要两个复合成形运动：由滚刀的旋转运动B11和工件的旋转运动 B12组成的展成运动，由刀架轴向移动 A

14、21和工件附加旋转运动 B22组成差动运动。前者产生渐开线齿形，后 者切出螺旋线齿长。图 1-21所示为滚齿机滚切斜齿圆柱齿轮的传动原理图，共由四条传动 链组成：速度传动链“电机1-2 uv 3-4”，即主运动传动链，使滚刀获得一定速度和方向的运动；展成传动链“ 4 52 6 7 Ux 8 9”，产生展成运动并保证滚刀与工件之 间的严格运动关系（滚刀转一转，工件转过一个齿）;轴向进给传动链“9 10 Uf 11 12”, 使刀架获得轴向进给运动；差动传动链“12 13 Uy 14 15 2 6 7 ux 8 9”，保证差动运动的严格运动关系（刀架移动一个导程，工件附加转一转）。滚切直齿圆柱齿轮

15、时，一般不需要差动运动。图1-20成形法加工齿轮图1-21滚切斜齿圆柱齿轮的传动原理九、特种加工特种加工方法是指应用物理的（电、声、光、力、热、磁）或化学的方法，对具有特殊 要求（如高精度）或特殊加工对象（如难加工材料、形状复杂或尺寸微小的材料、刚度极低 的材料） 进行加工的手段。 特种加工与传统切削加工的显著不同是加工时主要不是依靠机械 能来切除金属，而且工具材料的硬度可以低于被加工材料的硬度。1、电火花加工电火花加工是利用工具电极和工件电极间瞬时火花放电所产生的高温熔蚀工件表面材料来实现加工的。 它是在专用的电火花加工机床上进行的。 电火花加工机床一般由脉冲电源、 自动进给机构、机床本体及

16、工作液循环过滤系统等部分组成。电火花加工的应用范围：加工硬、脆、韧、软和高熔点的导电材料；加工半导体材料及非导电材料；加工各种型孔、曲线孔和微小孔；加工各种立体曲面型腔，如锻模、压铸模、塑料模的模膛；用来进行切断、切割以及进行表面强化、刻写、打印铭牌和标记等。2、电解加工电解加工是利用金属在电解液中产生的电化学阳极溶解，将工件加工成形。 加工时， 工件接直流电源（1020V）的正极，工具接电源负极。工具向工件缓慢进给，使两极之间保 持较小间隙（0.1mm1mm）,具有一定压力（0.5MPa2Mpa）的电解液从两极间的间隙中 高速（560m/s）流过。与其它加工方法比较，电解加工具有下述特点：工

17、作电压小，工作电流大；可以简单的直线进给运动一次加工出复杂形状的型腔或型面；加工范围广， 不受金属材料本身力学性能的限制，可以加工硬质合金、淬火钢、不锈钢、耐热合金等高硬度、高强度及韧性金属材料；生产率较高，约为电火花加工的510倍；加工中无机械切削力或切削热，适于易变形或薄壁零件的加工；可以达到较好的表面粗糙度（ Ra1.250.2卩m）和）.1mm左右的平均加工精度；附属设备多，占地面积大，造价高；电解液既腐蚀机床，又容易污染环境。电解加工主要用于加工型孔、型腔、复杂型面、小直径深孔、膛线以及进行去毛刺、刻 印等。3、激光加工激光是一种强度高、方向性好、单色性好的相干光。激光加工具有如下特

18、点： 不需要加工工具； 激光束的功率密度很高 （1081O10W/cm2）,几乎对任何难加工的金属和非金属材料 都可以加工； 激光加工是非接触加工，工件无受力变形； 激光打孔、切割的速度很高，加工部位周围的材料几乎不受切削热的影响，工件热 变形很小。 激光切割的切缝窄，切割边缘质量好。激光加工已广泛用于金刚石拉丝模、 钟表宝石轴承、 发散式气冷冲片的多孔蒙皮、 发动 机喷油咀、航空发动机叶片等的小孔加工（小孔直径可以小到00.01mm以下，深径比可达50: 1 ）以及多种金属材料和非金属材料的切割加工。4、超声波加工超声波加工是利用超声频 （16KHZ25KHZ ）振动的工具端面冲击工作液中的悬浮磨粒， 由磨粒对工件表面撞击抛磨来实现对工件加工的一种方法， 即利用超声波的机械冲击和空化 作用去除工件上多余材料的方法。 超声发生器将工频交流电能转变为有一定功率输出的超声 频电振荡， 通过换能器将此超声频电振荡转变为超声机械振动， 借助于振幅扩大棒把振动的 位移幅值由 0.005mm0.01mm 放大到 0.01 0.15mm ，驱动工具振动。 工具端面在振动中冲 击工