第8讲 机械加工方法

1、2 模具设计与制造专业主要专业课程 2.1.1 零件表面的成形方法；零件表面的成形方法； 2.1.2 切削成形运动和切削用量；切削成形运动和切削用量； 2.1.3 切削层与切削层参数；切削层与切削层参数； 2.1.4 常用的切削加工方法；常用的切削加工方法； 2.1.5 选择加工方法的原则。选择加工方法的原则。 第第8 8讲讲 模具机械加工方法模具机械加工方法 2.1.1 零件表面的成形方法零件表面的成形方法 模具零件的表面都是由基本表面组成的。这些表模具零件的表面都是由基本表面组成的。这些表 面包括平面、圆柱面、圆锥面以及各种成形面（螺面包括平面、圆柱面、圆锥面以及各种成形面（螺 纹面、渐开

2、线齿面）等。纹面、渐开线齿面）等。 零件表面通常要以零件表面通常要以 看成是一条母线沿着另看成是一条母线沿着另 一条导线运动而成的。一条导线运动而成的。 母线和导线统称为母线和导线统称为发生发生 线线。 形成平面、圆柱面和直线成形面的母线和导线形成平面、圆柱面和直线成形面的母线和导线 的作用可以互换，称为可逆表面。的作用可以互换，称为可逆表面。 而形成螺纹面、圆环面、球面和圆锥面的母线和而形成螺纹面、圆环面、球面和圆锥面的母线和 导线则不能互换，称为非可逆表面。导线则不能互换，称为非可逆表面。 轨迹法轨迹法 成形法成形法 相切法相切法 展成法展成法 零件表面的四种加工方法零件表面的四种加工方法

3、 轨迹轨迹法法靠刀尖的运动轨迹来形成所需靠刀尖的运动轨迹来形成所需 要表面形要表面形 状的方法。如数控车车削。状的方法。如数控车车削。 成形法成形法利用成形刀具来形成发生线，对工件进利用成形刀具来形成发生线，对工件进 行加工的方法。如成形车刀车削。行加工的方法。如成形车刀车削。 相切法相切法由圆周刀具上的多个切削点来共同形成由圆周刀具上的多个切削点来共同形成 所需工件表面形状的方法。如数控铣削。所需工件表面形状的方法。如数控铣削。 展成法展成法利用工件和刀具作展成切削运动来形成利用工件和刀具作展成切削运动来形成 工件表面的方法。如插齿或滚齿加工。工件表面的方法。如插齿或滚齿加工。 成形车削成形

4、车削成形铣削成形铣削成形磨削成形磨削 展成法滚齿加工展成法滚齿加工 轨迹法轨迹法 成形法成形法相切法相切法 展成法展成法 2.1.2 切削成形运动和切削用量切削成形运动和切削用量 1、成形运动、成形运动 成形运动是指刀具相对工件的表面的切削运动，成形运动是指刀具相对工件的表面的切削运动， 分主运动和进给运动两种。分主运动和进给运动两种。 主运动是运动速度快、消耗功率最大，直接切除主运动是运动速度快、消耗功率最大，直接切除 工件上切削层的运动。机床的主运动只能有一个，工件上切削层的运动。机床的主运动只能有一个， 可以由工件完成，也可以由刀具完成。车削时主运可以由工件完成，也可以由刀具完成。车削时

5、主运 动是工件的旋转运动；铣削时主运动是铣刀的旋转动是工件的旋转运动；铣削时主运动是铣刀的旋转 运动。运动。 进给运动是不断把切削层投入切削的运动。进进给运动是不断把切削层投入切削的运动。进 给运动速度低，消耗功率小。进给运动不限于一给运动速度低，消耗功率小。进给运动不限于一 个，可以是连续的，也可以是间歇性的。个，可以是连续的，也可以是间歇性的。 车削时进给运动是车刀的纵向或径向运动；铣车削时进给运动是车刀的纵向或径向运动；铣 削时进给运动是工件的纵向、横向或轴向运动。削时进给运动是工件的纵向、横向或轴向运动。 2、切削过程中工件上的表面、切削过程中工件上的表面 切削时，工件上形成三个不断变

6、化着的三个表切削时，工件上形成三个不断变化着的三个表 面：已加工面、待加工面和过渡面。面：已加工面、待加工面和过渡面。 已加工面已加工面 指经切削形成的新表面，它随着切指经切削形成的新表面，它随着切 削运动的进行逐渐扩大。削运动的进行逐渐扩大。 待加工面待加工面 指即将被切除的表面，它随着切削指即将被切除的表面，它随着切削 运动的进行逐渐缩小，直至全部切去。运动的进行逐渐缩小，直至全部切去。 过渡面过渡面 指正在切削的表面，指正在切削的表面， 是不断变化着的表面，是不断变化着的表面， 它在待加工面和已加它在待加工面和已加 工面之间。工面之间。 3、切削用量、切削用量 切削用量是指切削加工过程中

7、切削速度、进给切削用量是指切削加工过程中切削速度、进给 量和背吃刀量的总称，又称切削用量三要素。量和背吃刀量的总称，又称切削用量三要素。 切削速度切削速度c 是指切削刃上选定点相对工件的主是指切削刃上选定点相对工件的主 运动线速度。当主运动为旋转运动时，其切削速度运动线速度。当主运动为旋转运动时，其切削速度 c（单位为（单位为m/min）为）为 dn 1000 c= 式中式中 d完成主运动的工件或刀具的最大直径（完成主运动的工件或刀具的最大直径（mm） n主运动的转速（主运动的转速（r/min）。）。 进给量进给量f 当主运动旋转一周时，刀具（或工件）当主运动旋转一周时，刀具（或工件） 沿直给

8、方向上的位移量（沿直给方向上的位移量（mm）。进给量的大小也）。进给量的大小也 反映了进给速度反映了进给速度f（单位为（单位为mm/min）的大小，其）的大小，其 关系为关系为 f f n 当主运动为往复直线运动时当主运动为往复直线运动时(如刨削如刨削)，进给量指，进给量指 刀具或工件每往复一次，两者沿进给方向的相对刀具或工件每往复一次，两者沿进给方向的相对 位移量，单位是位移量，单位是mm每双行程，或每双行程，或mm每单每单 行程。行程。 铣削、绞削时，用每齿进给量表示，单位是铣削、绞削时，用每齿进给量表示，单位是 mm每齿。它与进给量的关系为：每齿。它与进给量的关系为： fcf z = 背

9、吃刀量（切削深度）背吃刀量（切削深度） 背吃刀量是在与主运动和进给运动方向相垂直的方背吃刀量是在与主运动和进给运动方向相垂直的方 向上测量的工件上已加工表面和待加工表面间的距离，向上测量的工件上已加工表面和待加工表面间的距离， 单位为单位为mmmm。外圆车削的背吃刀量是工件已加工表面和。外圆车削的背吃刀量是工件已加工表面和 待加工表面之间的垂直距离单位为待加工表面之间的垂直距离单位为mmmm。钻孔时背吃刀钻孔时背吃刀 量是钻孔半径。量是钻孔半径。 主运动是回转运动时主运动是回转运动时： 式中式中 工件上待加工表面直径，工件上待加工表面直径，mmmm； 工件上已加工表面直径，工件上已加工表面直径

10、，r/mmr/mm。 主运动是直线运动时：主运动是直线运动时： 式中式中 工件上待加工表面厚度，工件上待加工表面厚度，mmmm； 工件上已加工表面厚度，工件上已加工表面厚度，mmmm。 mw p HHa 2 mw p dd a m d w d w H m H 外圆车削时的切削用量外圆车削时的切削用量 2.1.3 切削层与切削层参数切削层与切削层参数 以车削加工为例，如下图所示，工件每转一转，以车削加工为例，如下图所示，工件每转一转， 车刀沿工件轴线移动一段距离，即进给量车刀沿工件轴线移动一段距离，即进给量( (单位为单位为mmmm r)r)。这时，切削刃从加工表面。这时，切削刃从加工表面的位置

11、移至相邻的位置移至相邻 的加工表面的加工表面的位置上，的位置上，、之间由车刀切削刃之间由车刀切削刃 切下的一层金属称为切削层。在与切削速度方向相切下的一层金属称为切削层。在与切削速度方向相 垂直的切削层截面内度量的切削层的尺寸称为切削垂直的切削层截面内度量的切削层的尺寸称为切削 层参数。层参数。 切削层参数有切削层参数有 公称厚度公称厚度hD、 切削宽度切削宽度bD和和 切削面积切削面积AD 切削层的公称厚度切削层的公称厚度 过切削刃上选定点，在过切削刃上选定点，在 基面内测量的垂直于加工表面的切削层尺寸基面内测量的垂直于加工表面的切削层尺寸( (单位为单位为 mm)mm)。 例纵车外圆时例纵

12、车外圆时 切削宽度切削宽度 过切削刃上选定点，在基面内测量的平行于加过切削刃上选定点，在基面内测量的平行于加 工表面的切削层尺寸工表面的切削层尺寸( (单位为单位为mm)mm)。例纵车外圆时。例纵车外圆时 r p sin k a D b D h r sin kf 切削面积切削面积 过切削刃上选定点，在基面内测过切削刃上选定点，在基面内测 量的切削层的横截面面积（单位为量的切削层的横截面面积（单位为mmmm2 2） 对于车削，不论切削刃形状如何，切削面积均对于车削，不论切削刃形状如何，切削面积均 为：为： D A D h D b = f p a= 2.1.4 常用的切削加工方法常用的切削加工方法

13、 模具零件的外形表面一般采用车、铣、刨、磨模具零件的外形表面一般采用车、铣、刨、磨 等普通切削加工方法加工。等普通切削加工方法加工。 选择加工方法的原则是结合零件结构形状及大选择加工方法的原则是结合零件结构形状及大 小，在保证质量的前提下，优先采用效率高的加工小，在保证质量的前提下，优先采用效率高的加工 方法，同时兼顾现有设备和经济性。方法，同时兼顾现有设备和经济性。 模具零件的成形表面一般采用线切割、数控铣和模具零件的成形表面一般采用线切割、数控铣和 电火花成形加工。电火花成形加工。 （一）车削加工（一）车削加工 车削加工是回转体零件首选的加工方法，适合车削加工是回转体零件首选的加工方法，适

14、合 加工内、外回转体表面和端面，还能加工螺旋面、加工内、外回转体表面和端面，还能加工螺旋面、 钻孔、铰孔及滚花等。钻孔、铰孔及滚花等。 运动特征：主运动为主轴带动工件作回转运动运动特征：主运动为主轴带动工件作回转运动 ；进；进 给运动是刀具的直线运动。给运动是刀具的直线运动。 所用刀具：车刀、钻头、扩孔钻、铰刀、丝锥等。所用刀具：车刀、钻头、扩孔钻、铰刀、丝锥等。 最常用的车床是卧式车床，工件通常经过粗车、最常用的车床是卧式车床，工件通常经过粗车、 半精车和精车等工序来达到设计要求。精车的尺寸半精车和精车等工序来达到设计要求。精车的尺寸 精度可达精度可达IT6IT8，表面粗糙度为，表面粗糙度为

15、Ra1.6m。 车削加工视频车削加工视频 钻中心孔钻中心孔钻孔钻孔镗孔镗孔 铰孔铰孔镗锥孔镗锥孔 车端面车端面 切槽或切断切槽或切断车螺纹车螺纹 滚花滚花车锥面车锥面 车成形面车成形面车外圆车外圆攻螺纹攻螺纹 车外圆车外圆 车锥面车锥面 图4.1 完成车削加工的核心要求： 被加工表面为回转面，其回转中心位于车床主轴中心。 模具零件常用的车削加工方法 （二）铣削加工（二）铣削加工 铣削加工是非回转体零件加工最常用的方法，适铣削加工是非回转体零件加工最常用的方法，适 合加工各种平面及各种成形面，能进行钻孔、铰孔、合加工各种平面及各种成形面，能进行钻孔、铰孔、 镗孔等加工。镗孔等加工。 主运动是铣刀

16、的旋转运动，进给运动是铣刀或工主运动是铣刀的旋转运动，进给运动是铣刀或工 件的直线运动或旋转运动。件的直线运动或旋转运动。 应用最广的铣床是立式铣床，精铣的尺寸精度可达应用最广的铣床是立式铣床，精铣的尺寸精度可达 IT8，表面粗糙度为，表面粗糙度为Ra1.6m。 铣削加工视频铣削加工视频 （三）刨削加工（三）刨削加工 刨削加工效率不如铣削加工，应用不广泛。可用刨削加工效率不如铣削加工，应用不广泛。可用 于模具零件外形的加工。于模具零件外形的加工。 大型模板可用龙门刨床加工。刨削的尺寸精度可达大型模板可用龙门刨床加工。刨削的尺寸精度可达 IT10，表面粗糙度为，表面粗糙度为Ra1.6m。 （四）

17、钻削加工（四）钻削加工 钻削加工是模具零件中孔的主要加工方法。所用钻削加工是模具零件中孔的主要加工方法。所用 设备主要是台式钻床和摇臂钻床，可钻孔、扩孔、设备主要是台式钻床和摇臂钻床，可钻孔、扩孔、 铰孔等加工，常用于模具零件的螺钉孔、销钉孔、铰孔等加工，常用于模具零件的螺钉孔、销钉孔、 弹簧孔、冷却水道孔、线切割穿丝孔等一般孔的加弹簧孔、冷却水道孔、线切割穿丝孔等一般孔的加 工。工。 刨削加工视频刨削加工视频 （五）磨削加工（五）磨削加工 磨削加工是一种精加工方法，适合精加工平面、内磨削加工是一种精加工方法，适合精加工平面、内 孔和外圆。能加工一般刀具难以加工的高硬度、高脆孔和外圆。能加工一

18、般刀具难以加工的高硬度、高脆 性材料，如淬火钢、硬质合金等。性材料，如淬火钢、硬质合金等。 常用的磨床有平面磨床和内外圆磨床。磨削尺寸精常用的磨床有平面磨床和内外圆磨床。磨削尺寸精 度可达度可达IT6IT7，表面粗糙度为，表面粗糙度为Ra0.4m。 形状复杂的凸模或凹模镶件可采用成形磨削。形状复杂的凸模或凹模镶件可采用成形磨削。 磨削加工视频磨削加工视频 （六）坐标镗床加工（六）坐标镗床加工 坐标镗床是一种高精度孔加工的精密机床，具有精坐标镗床是一种高精度孔加工的精密机床，具有精 密坐标定位装置，主要用于加工位置精度要求的孔。密坐标定位装置，主要用于加工位置精度要求的孔。 可进行钻孔、扩孔、铰

19、孔（见铰削）、铣削、精密刻可进行钻孔、扩孔、铰孔（见铰削）、铣削、精密刻 线和精密划线等工作，也可作孔距和轮廓尺寸的精密线和精密划线等工作，也可作孔距和轮廓尺寸的精密 测量。测量。 孔的尺寸精度可达孔的尺寸精度可达IT6IT7，表面粗糙度为，表面粗糙度为 Ra0.8m.，孔距精度可达，孔距精度可达0.01mm。 主运动是镗刀的旋转运动，进给运动是镗刀或工件主运动是镗刀的旋转运动，进给运动是镗刀或工件 的直线运动。的直线运动。 坐标镗床加工视频坐标镗床加工视频 （七）仿形加工（七）仿形加工 仿形加工以靠模为依据，触关沿靠模表面移动，仿形加工以靠模为依据，触关沿靠模表面移动， 通过仿形机构使刀具作

20、同步仿形动作，从而在模具零通过仿形机构使刀具作同步仿形动作，从而在模具零 件上加工出与靠模相同的型面。随着数控机床的普通，件上加工出与靠模相同的型面。随着数控机床的普通， 仿形加工已很少使用。仿形加工已很少使用。 （八）坐标磨床加工（八）坐标磨床加工 坐标磨床是一种对高精度孔精加工的精密机床，坐标磨床是一种对高精度孔精加工的精密机床， 可加工淬硬的孔，主要用于精密模具的孔精加工，尺可加工淬硬的孔，主要用于精密模具的孔精加工，尺 寸精度可达寸精度可达5m，表面粗糙度为，表面粗糙度为Ra0.2m。 仿形加工视频仿形加工视频 坐标磨床加工视频坐标磨床加工视频 （九）成形磨削（九）成形磨削 成形磨削是对成形表面分段精加工的一种方法，成形磨削是对成形表面分段精加工的一种方法， 可磨削淬硬的凸模和凹模拼块，还可磨削电火花加可磨削淬硬的凸模和凹模拼块，还可磨削电火花加 工用电极。成形磨削通常在成形磨床上进