机械制造工艺教案23节已排名师优质课赛课一等奖市公开课获奖课件

机械制造工艺基础主讲教师：周世权第1页15.2孔加工HoleCutting

孔是轴类、盘套类和箱体类零件主要表面（如轴承孔、定位孔等），也可能是这些零件辅助表面（如油孔、紧固孔等）。孔加工方法较多，惯用有钻、扩、铰、镗、拉、磨、珩磨等。5.2.1钻孔（扩孔）钻头作回转运动和轴向进给运动，从工件实体上切去切屑，加工出孔工序称为钻孔。钻孔经常在钻床和车床上进行，也能够在镗床或铣床上进行。惯用钻床有台式钻床、立式钻床和摇臂钻床。第2页2钻孔惯用刀具是麻花钻。主切削刃，顶角，标准麻花钻顶角为118°。两条副切削刃，在钻头顶部，两主后面交线形成横刃，横刃前角为负角，所以在钻削时，横刃在挤压、刮削工件，切削条件很差。刚度较差，假如顶角刃磨不对称，形成径向力易使钻头引偏，造成孔位置误差，所以麻花钻钻孔精度较差，表面质量较低。1．麻花钻第3页32．麻花钻几何参数麻花钻几何参数如图2-18(b)所表示，定义及特点如表5－6。表5－6麻花钻主要几何参数图2-19第4页43．钻削特点1．轻易产生“引偏”所谓“引偏”，是指加工时因为钻头弯曲而引发孔径扩大、孔不圆(图5-21(a))或孔轴线歪斜(图5-21(b))等。麻花钻普通呈细长状，刚性铰差。必须制出两条较深螺旋槽，使钻心变细，深入减弱了钻头刚性。钻头仅有两条很窄棱边与孔壁接触，接触刚度和导向作用也很差。第5页5

钻头横刃处前角，含有很大负值，切削条件极差，实际上不是在切削，而是挤刮金属。有资料介绍，钻孔时二分之一以上轴向力是由横刃产生，稍有偏斜，将产生较大附加力矩，使钻头弯曲。另外，钻头两个主切削刃，也极难磨得完全对称，加上工件材料不均匀性，钻孔时径向力不可能完全抵消。第6页6(1)预钻锥形定心坑即先用小顶角大直径短麻花钻预先钻一个锥形坑，然后再用所需钻头钻孔。因为预钻时钻头刚性好，锥形坑不易偏，以后再用所需钻头钻孔时，这个坑就能够起定心作用。(2)用钻套为钻头导向这么可降低钻孔开始时引偏，尤其是在斜面或曲面上钻孔时，更为必要。(3)钻头两个切削刃刃磨对称尽可能把钻头两个主切削刃磨得对称一致。使两主切削刃径向切削力相互抵消，从而降低钻头引偏。在实际加工中，常采取以下办法来降低引偏第7页7为了改进排屑条件，可在钻头上修磨出分屑槽，将宽切屑分成窄条，以利于排屑。当钻深孔时，应采取适当深孔钻进行加工。第8页8钻孔直径普通小于，钻削尺寸公差等级为，表面粗糙度值为。生产效率也比较低。钻削主要用于粗加工，比如螺钉孔、油孔等；一些内螺纹，在攻丝之前，需要先进行钻孔；精度和粗糙度要求较高孔，也要以钻孔作为预加工工序。4．钻削加工精度和粗糙度第9页95.2.2扩孔和铰孔1．扩孔扩孔是利用扩孔钻(图5-24)对已经有孔进行加工(图5-25)以扩大孔径，并提升孔精度和降低表面粗糙度。扩孔时切削深度，比钻孔时()小很多，因而刀具结构和切削条件比钻孔时好很多，与钻削相比，扩孔主要有以下特点：(1)切削刃无须自外圆延续到中心，这么就防止了横刃和由横刃所引发一些不良影响。第10页10第11页11(2)因为小，切屑窄，易排出，不易擦伤已加工表面。同时容屑槽也可作得较小较浅，从而能够加粗钻心，大大提升扩孔钻刚度，有利于加大切削用员和改进加工质量。(3)因为容屑糟较窄，可在刀体上作出较多刀齿(普通在整体带柄部扩孔钻上右3～4个齿)，所以可提升生产率。同时也加多了刀具棱带，增加了扩孔时导向作用，切削比较平稳。因为上述原因，扩孔加工质量比钻孔高，普通精度可达IT10～IT9，表面粗糙度Ra为3.2～6.3μm。第12页12考虑到扩孔比钻孔有较多优越性，在钻直径较大孔时(普通D≥30mm)，可先用小钻头(直径为孔径0.5～0.7倍)预钻孔，然后再用原尺寸大钻头扩孔。实践表明，这么虽分两次钻孔，生产效率也比用大钻头一次钻出时高。若用扩孔钻扩孔，则效率将更高，精度也比较高。扩孔常作为孔半精加工，当孔精度和表面粗糙度要求再高时，则要采取铰孔。第13页13

铰孔是用铰刀对孔进行精加工方法，普通加工精度可达IT9～IT7，表面粗糙度Ra值为0.4～0.6μm。铰孔加工质量较高原因(1)铰刀含有修光部分其作用是校准孔径、修光孔壁，从而深入提升了孔加工质量。(2)铰孔余量小(粗铰为0.15～0.35mm，精铰为0.05～0.15mm)，切削力较小；铰孔时切削速度普通较低(m=1.5～10m/min)，产生切削热较少。所以，工件受力变形和受热变形较小，加之低速切削，可防止积屑瘤不利影响，使得铰孔质量比较高。2．铰孔第14页14图5-26铰刀结构第15页155.2.3镗孔

用镗刀对已经有孔进行再加工，称为镗孔。普通镗孔精度达IT8～IT7，表面粗糙度Ra值为0.8～0.16μm；精细镗时，精度可达IT7～IT6，表面粗糙度Ra值为0.2～0.8μm。第16页16(3)镗刀杆长径比大，悬伸距离长，切削稳定性差，易产生振动，故切削用量很小，故生产率低。(4)镗刀在内孔里面工作，难于观察，只能凭切屑颜色、出现振动等情况来判断切削过程是否正常。(1)镗削适应性广。镗削在孔基础上进行除直径很小且较深孔以外，各种直径及各种结构类型孔均可镗削。(2)镗削可有效地修正前工序所造成孔轴线弯曲、偏斜等形状误差和位置误差。但因为镗刀杆直径受孔径限制，普通刚性较差，易弯曲变形和振动，故镗削质量控制(尤其是细长孔)不如铰削方便。1．镗削工艺特点第17页171．工件旋转刀具作进给运动在车床类机床上加工盘类零件属于这种方式2．镗孔方式及应用图5-27镗孔方式2．工件不动而刀具作旋转和进给运动这种加工方式是在镗床类机床上进行。3．刀县旋转工件作进给运动适于镗削箱体两壁相距较远同轴孔系，易于确保孔与孔、孔与平面间位置精度。第18页18(1)加工质量较高因为镗刀片在加工过程中浮动，可抵偿刀具安装误差或镗杆偏摆所引发不良影响，提升了孔加工精度。较宽修光刃，可修光孔壁，减小表面粗糙度。不过它与铰孔类似，不能校正原有孔轴线歪斜或位置偏差。(2)生产率较高浮动镗刀片有两个主切削刃同时切削，而且操作简便，所以可提升生产率。3．浮动镗孔特点及应用第19页19(3)刀具成本较单刃镗刀高因为浮动镗刀片结构比单刃镗刀复杂，且刃磨要求高，故成本较高。因为以上特点，浮动镗刀片镗孔主要用于批量生产、精加工箱体类零件上直径较大孔。第20页205.2.4磨孔1．磨孔方式孔磨削能够在内圆磨床上进行，也能够在万能外圆磨床上进行。与外圆磨削类似，内圆磨削也能够分为纵磨法和横磨法。鉴于砂轮轴刚性很差，横磨法仅适合用于磨削短孔及内成形面。更难以采取深磨法，所以，多数情况下是采取纵磨法。图5-29磨圆柱孔第21页212．磨孔加工特点及应用磨孔与铰孔或拉孔比较，有以下特点：(1)能够加工淬硬工件孔；(2)不但能确保孔本身尺寸精度和表面质量，还能够提升孔位置精度和轴线直线度；(3)用同一个砂轮，能够磨削不一样直径孔，灵活性较大；(4)生产率比铰孔低，比拉孔更低。第22页22磨孔与磨外圆比较，存在以下主要问题：(1)表面粗糙度较大磨削速度较磨外圆时低。加上砂轮与工件接触面积大，切削液不易进入磨削区，所以磨孔表面粗糙度较磨外圆时大。(2)生产率较低磨孔时，砂轮轴细、悬伸长，刚性很差，不宜采取较大磨削深度和进给量，故生产率较低。因为砂轮直径小，为维持一定磨削速度，转速要高，增加了单位时间内磨粒切削次数，磨损快；磨削力小，降低了砂轮自锐性，且易堵塞。所以，需要经常修整砂轮和更换砂轮，增加了辅助时间，使磨孔生产效率深入降低。第23页23因为以上原因，磨孔普通仅适合用于淬硬工件孔精加工，如滑移齿轮、轴承环以及刀具上孔等。不过，磨孔适应性很好，不但能够磨通孔，还能够磨削阶梯孔和盲孔等，因而在单件小批生产中应用较多，尤其是对于非标准尺寸孔，其精加工用磨削更为适当。大批大量生产中，精加工短工件上要求与外圆面同铀孔时，也能够采取无心磨法(如图5-30)。 第24页24图5-30无心磨轴承环内孔第25页255.2.5孔分类和加工方法选择1．孔分类孔是组成零件基本表面之一，零件上有各种多样孔，常见有以下几个：

紧固孔（如螺钉孔等）和其它非配合油孔等。箱体类零件上孔，如床头箱箱体上主轴和传动轴轴承孔等。这类孔往往组成“孔系”。

深孔，即L/D>5～10孔，如车床主轴上轴向通孔等。

圆锥孔，如车床主轴前端锥孔以及装配用定位销孔等。这里仅讨论圆柱孔加工方案，因为对各种孔要求不一样，也需要依据详细生产条件，确定较合理加工方案。第26页26

实体材料上加工孔，必须先采取钻孔。已经铸出或锻出孔(多为中、大型孔)加工，则可直接采取扩孔或镗孔。孔精加工，铰孔和拉孔适于加工未淬硬中、小直径孔；中等直径以上孔，能够采取精镗或精磨；淬硬孔只能采取磨削。2．孔加工方法选择第27页271)钻：用于加工IT10以下低精度孔。2)钻─扩(或镗)用于加工IT9精度孔，当孔径小于30mm时，钻孔后扩孔；若孔径大于30mm，采取钻孔后镗孔。3)钻─铰用于加工直径小于20mm、IT8精度孔。4)钻─扩(或镗)─铰(或钻─粗镗─精镗，或钻)─拉用于加工直径大于20mm、IT8精度孔。5)钻─粗铰─精铰用于加工直径小于12mm、IT7精度孔。6)钻─扩(或镗)─粗铰─精铰(或钻─拉─精拉)用于加工直径大于12mm、精度孔。7)钻─扩(或镗)─粗磨─精磨用于加工精度并已淬硬孔。(1)在实体材料上加工孔方法第28页28表5-7孔加工(在实体材料上)方法选择框图(图中数字为Ra值，单位为μm第29页29(2)铸(或锻)件上已铸(或锻)出孔，可直接进行扩孔或镗孔，直径大于100mm孔，用镗孔比较方便。至于半精加工、精加工和精细加工，可参考在实体材料上加工孔方法，比如：粗镗─半精镗─精镗─精细镗；扩─粗磨─精磨─研磨(或珩磨)等。第30页301.试用简图说明麻花钻结构特点和几何参数特点。2.为何钻孔时会出现“引偏”，并给出几个减小“引偏”方法。3.钻孔有哪些工艺特点，在钻孔后进行扩孔、铰孔为何能提升孔加工质量？4.镗孔有哪几个方式，各自含有什么样特点？5.试说明浮动镗孔特点及其应用。6.试说明孔种类以及孔有几个加工方法，且简述孔加工方法选择标准？复习思索题第31页315.3平面加工PlanCutting5.3.1刨平面刨削是以刨刀相对工件往复直线运动与工作台(或刀架)间歇进给运动实现切削加工，它是平面加工主要方法之一。常见刨床类机床有牛头刨床、龙门刨床和插床等。1．刨削工艺特点(1)通用性好依据切削运动和详细加工要求，刨床结构比车床、馈铣床等简单，成本低，调整和操作也较简便。所用单刃刨刀与车刀基本相同，形状简单，制造、刃磨和安装皆较方便。所以刨削通用性好。第32页32(2)生产率普通较低刨削主运动为往复直线运动，反向时受惯性力影响，加之刀具切入和切出时有冲击，限制了切削速度提升。单刃刨刀实际参加切削切削刃长度有限，一个表面往往要经过屡次行程才能加工出来，基本工艺时间较长。刨刀返回行程时，普通不进行切削，增加了辅助时间。因为以上原因，刨削生产率，普通低于铣削。不过对于狭长表面(如导轨、长槽等)加工，以及在龙门刨床上进行多件或多刀加工时，刨削生产率可能高于铣削。(3)普通刨削精度可达IT8～IT7，表面粗糙度Ra为1.6～6.3μm。当采取宽刀精刨时，即在龙门刨床上，用宽刃刨刀以很低切削速度，切去工件表面上一层极薄金属。平面度小于0.02‰，表面租糙度Ra值可达0.4～0.8μm。第33页332．薄板件刨削特点薄板零件刚性差，散热困难，加工时很轻易翘曲变形，刨削这类薄板零件有以下特点：

装夹应稳定可靠。常采取撑板来进行装夹(图5-35)。工件夹紧时，现有水平方向又有垂直向下夹紧力，增加了装夹可靠性。但夹紧力不可过大，不然工件会变形而中间凸起。

普通选取高速钢刀具。所用刨刀前角、后角较大，修光刃较短，以降低切削力；主偏角较小，以增加径向切削力，利于压紧工件；降低轴向切削力，以降低工件变形。刨削用量不宜过高。加工时宜用较小背吃刀量(小于0.3～0.5mm)和进给量(约为0.1～0.25mm/双行程)，以降低切削力，并使用适当切削液。

普通应先刨好四面，再刨削顶面。但对于薄而宽工件，可从中间开始刨削，再向外扩展，这祥加工变形较小。第34页34图5-34宽刃精细刨刀图5-35撑板装夹薄板零件1—刀片；2—压紧螺钉；3—刀杆第35页355.3.2铣平面铣削也是平面主要加工方法之一。铣床种类很多，惯用是升降台卧式和立式铣床。1．铣削工艺特点铣削加工含有以下特点：(1)生产率较高铣刀是一个多刃刀具，铣削时有多个刀齿同时参加工作，总切削宽度较大。铣削主运动是铣刀旋转，有利于采取高速铣削，所以铣削生产率普通比刨削高。第36页36(2)轻易产生冲击和振动

铣削过程是一个断续切削过程，铣刀刀齿切入和切出时，因为同时工作刀齿数增减而产生冲击和振动。当振动频率与机床固有频率一致时，将会发生共振，造成刀齿崩刃，甚至毁坏机床零部件。另外，每个刀齿切削厚度是改变，这就引发切削面积和切削力改变，所以，铣削过程不平稳，轻易产生振动。冲击和振动现象存在，限制了铣削加工质量和生产率深入提升。第37页37

(a)柱铣(b)端铣图5-40铣削切削厚度改变

第38页38(3)刀齿散热条件很好铣刀刀齿在切离工件一段时间内，能够得到一定冷却，散热条件很好。不过，切入和切出时热和力冲击，将加速刀具磨损，甚致可能引发硬质合金刀片碎裂。(4)切削方式多样化铣削时，可依据不一样材料可加工性和详细加工要求，选取顺铣和逆铣等提升刀具耐用度和加工生产率。第39页39当用铣削方式加工平面时，用圆柱铣刀加工方法叫柱铣法(也叫周铣法)；用面铣刀加工方法叫端铣法。(1)柱铣法柱铣法有逆铣和顺铣两种铣削方式：铣刀旋转方向与工件进给方向相反称为逆洗；反之，铣刀旋转方向与工件进给方向相反称为顺铣。2．铣削方式第40页40

(a)逆铣(b)顺铣图5-41逆铣和顺铣第41页41

逆铣——每个刀齿切削厚度是从零增大到最大值。因为铣刀刃口处总有圆弧存在，而不是绝对尖锐，所以在刀齿接触工件早期，不能切入工件，而是在工件表面上挤压、滑行，使刀齿与工件之间摩擦加大，加速刀具磨损，同时也使表面质量下降。铣削力垂直分力向上，从而上抬工件，故工件需要较大夹紧力。

顺铣——每个刀齿切削厚度是由最大减小到零，铣削力垂直分力向下，将工件压向工作台，降低了工件振动可能性，使铣削较平稳，尤其铣削薄而长工件时，更为有利。第42页42

从提升刀具耐用度和工件表面质量，以及增加工件夹持稳定性等观点出发，普通以采取顺铣法为宜。不过，顺铣时忽大忽小水平分力与工件进给方向是相同，就会使工件连同工作台和丝杠一起，向前窜动，造成进给量突然增大，甚致引发打刀。而逆铣时，水平分力与进给方向相反，铣削过程中工作台丝杠一直压向螺母，不会因为间隙存在而引发工件窜动。当前，普通铣床尚没有消除工作台丝扛与螺母之间间隙机构，所以，在生产中仍多采取逆铣法。

当铣削带有黑皮表面时，比如铸件或锻件表面粗加工，若用顺铣法，因刀齿首先接触黑皮，将加剧刀齿磨损，所以也应采取逆铣法。第43页43(a)逆铣(b)顺铣图5-42逆铣和顺铣时丝杠螺母间隙第44页44(2)．端铣法用端铣刀端面刀齿加工平面，称为端铣法。依据铣刀和工件相对位置不一样，端铣法能够分为对称铣削法和不对称铣削法第45页45(a)对称铣削(b)不对称逆铣(c)不对称顺铣图5-43端铣方式第46页46端铣法能够经过调整铣刀和工件相对位置，调整刀齿切入和切出时切削厚度，从而到达改进铣削过程目标。(3)．柱铣法与端铣法比较

端铣切削过程比柱铣时平稳，有利于提升加工质量。柱铣时，同时工作刀齿数与加工余量(相当于铣削宽度ae)相关，普通仅有l～2个。而端铣时，同时工作刀齿数与被加工表面宽度(也相当于ae)相关，而和加工余量(相当于铣削深度ap)无关，既使在精铣时，也有较多刀齿同时工作。第47页47

(a)柱铣(b)端铣图5-44柱铣和端铣比较第48页48

端铣可到达较小表面粗糙度-端铣刀刀齿切入和切出工件时，即使切削厚度较小，但不象柱铣时切削厚度变为零，从而改进了刀具后刀面与工件摩擦情况，提升了刀具耐用度，并可减小表面粗糙度。另外，端铣时还可利用修光刀齿修光已加工表面。

端铣刀刀具系统刚性很好-端铣刀直接安装在铣床主轴端部，悬伸长度较小。而圆柱铣刀安装在细长刀铀上，刀具系统刚性差。

端铣能够采取高速铣削-不但大大地提升了生产效率，也提升了已加工表面质量。

因为端铣法含有以上优点，所以，在平面铣削中，当前大都采取端铣洗。第49页49比较内容柱铣端铣有没有修光刃／工件表面质量无／差有／好刀杆刚度／切削震动小／大大／小同时参加切削刀齿／切削平稳性少／差多／好易否镶嵌硬质合金刀片／刀具耐用度难／低易／高生产率／加工范围低／广高／较小表5-9柱铣和端铣比较第50页505.3.3平面磨削

用砂轮或其它磨具加工工件，称为磨削，本节主要讨论平面磨削。1．平面磨削方式及其比较1．平面磨削方式：用回转砂轮周围磨削叫周磨或用回转砂轮端面磨削叫端磨。工件随工作台作直线往复运动，或随圆工作台作圆周运动，磨头作间歇进给运动。第51页51(a)周磨