机械零件加工方法课件

机械制造技术基础北京交通大学机电学院刘伟1机械制造技术基础北京交通大学机电学院刘伟1机械制造技术基础第2章

机械制造过程基础知识FundamentalofMechanicalManufacturingProcess2.2

零件机械加工方法MechanicalMachiningMethodforParts2机械制造技术基础第2章机械制造过程基础知识2.2零件机械

机器零件都是由若干不同类型的基本表面（例如外圆表面、内圆表面、平面等）构成的，零件的加工过程实际上就是获得这些表面的过程。3机器零件都是由若干不同类型的基本表面（零件表面的切削加工成形方法切削加工的成形运动典型表面加工方法切削用量与切削层截面参数14234零件表面的切削加工成形方法142341零件表面的切削加工成形方法51零件表面的切削加工成形方法5加工过程中质量的变化（）〈0：材料去除加工=0：材料成形加工：如铸造、锻造、挤压、粉末冶金等。〉0：材料累积：加工利用微体积材料逐渐叠加的方式使零件成形切削加工：利用切削刀具从工件上切除多余材料特种加工：指利用机械能以外的其他能量直接去除材料一、机械制造中的加工方法6加工过程中质量的变化〈0：材料去除加工=0：材料成形加工：如

二、零件表面的切削加工成形方法1．零件表面的形状

零件表面可以看作是一条线（称为母线）沿另一条线（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。常见的零件表面按其形状可分为3类：7

二、零件表面的切削加工成形方法7

（1）旋转表面：（3）特形表面：（2）纵向表面：8（1）旋转表面：（3）特形表面：（2）纵向表面2．零件表面的形成方法

轨迹法：刀具切削点按一定的规律作轨迹运动，形成所需的发生线（刀具需要有一个独立的成形运动。

成形法：刀具刀刃就是切削线，它的形状及尺寸与需要成形的发生线一致（刀具不需要专门的成形运动）。

92．零件表面的形成方法轨迹法：刀具切削点按一定的规律

相切法：刀具中心按一定规律作轨迹运动，切削点运动轨迹与工件相切就形成了发生线（刀具需要有两个独立的成形运动，即刀具的旋转和刀具中心按一定规律运动）。

展成法：又称范成法，其工件的一条生线也是刀刃运动轨迹的包络线，且包络线需通过刀具与工件之间的范成运动来生成。

10相切法：刀具中心按一定规律作轨迹运动，切削点运主运动

指直接切除工件上的余量形成加工表面的运动。主运动的速度即切削速度，用v（m/s）表示。

进给运动

指为不断把余量投入切削的运动。进给运动的速度用进给量（f—mm/r）或进给速度（vf—mm/min）表示。定位和调整运动

使工件或刀具进入正确加工位置的运动。如调整切削深度，工件分度等。2．切削加工的成形运动11主运动进给运动定位和调整运动

◆主运动和进给运动是实现切削加工的基本运动，可以由刀具来完成，也可以由工件来完成；可以是直线运动（用T表示），也可以是回转运动（用

R

表示）。正是由于上述不同运动形式和不同运动执行元件的多种组合，产生了不同的加工方法。2．切削加工的成形运动12◆主运动和进给运动是实现切削加工的基本运动，可以由3典型表面加工方法133典型表面加工方法133.1外圆表面加工方法一、外圆表面的车削加工3．精细车2．精车1．粗车143.1外圆表面加工方法3．精细车2．精车1．粗车14提高外圆表面车削生产效率的途径

车削是轴类、套类和盘类零件外圆表面加工的主要工序，也是这些零件加工耗费工时最多的工序。提高外圆表面车削生产效率的途径主要有：

15提高外圆表面车削生产效率的途径15

2）采用强力切削

强力切削是通过增大切削面积来提高生产效率的。

l）采用高速切削

高速切削是通过提高切削速度来提高加工生产效率的。切削速度的提高除要求车床具有高转速外，主要受刀具材料的限制。162）采用强力切削强力切削是通过增大切削3）采用多刀加工方法173）采用多刀加工方法17二、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18二、外圆表面的磨削加工18（1）纵向进给磨削19（1）纵向进给磨削19

（2）横向进给磨削（切入磨削）20（2）横向进给磨削（切入磨削）20(3)外圆和端面同时磨削21(3)外圆和端面同时磨削212．工件无中心支承的外圆磨削2-4无心外圆磨削222．工件无中心支承的外圆磨削2-4无心外圆磨削22（二）外圆磨削的尺寸控制

23（二）外圆磨削的尺寸控制23三、外圆表面的精整、光整加工

精整、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、减小表面粗糙度或用以强化表面的加工方法。24三、外圆表面的精整、光整加工241.研磨研磨是指用研磨工具和研磨剂，从工件上研去一层极薄表面层的精加工方法。研磨是以物理和化学作用除去零件表层金属的一种加工方法，因而包含着物理和化学的综合作用。251.研磨研磨是指用研磨工具和研磨剂，从工件上研去一层极研磨分手工研磨和机械研磨两种。

图2-5机械研磨外圆26研磨分手工研磨和机械研磨两种。图2-5机械研2．超精加工（1）定义：用极细磨料的油石，以恒定压力（5～20Mp）和复杂相对运动对工件进行微量切削，以降低表面粗糙度为主要目的的精密加工方法。（2）加工方法：工件以较低速度旋转，油石做往复振动和纵向进给（3）加工范围：大批量生产中加工曲轴、凸轮轴的轴径外圆、飞轮、离合器盘的端平面以及滚动轴承的滚道等。27272．超精加工图2-6外圆的超精加工282．超精加工图2-6外圆的超精加工283.2内圆表面加工293.2内圆表面加工291．钻孔钻头旋转工件旋转一、钻孔与扩孔加工图2-7两种钻孔方式301．钻孔钻头旋转工件旋转一、钻孔与扩孔加工图2-7两种钻常用的钻孔刀具有：麻花钻、中心钻、深孔钻等。标准麻花钻的结构如图。31常用的钻孔刀具有：麻花钻、中心钻、深孔钻等。标

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。扩孔钻与麻花钻相似，但刀齿数较多，没有横刃。2．扩孔图2-8扩孔图2-9扩孔钻32扩孔是用扩孔钻对已经钻出、铸出或锻出的孔作进

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。锪钻的前端常带有导向柱，用已加工工孔导向。

加工沉头座孔加工锥面锪平端面图2-10锪钻33扩孔除了可以加工圆柱孔之外，还可以用各种特殊形二、铰孔

铰孔是孔的精加工方法之一，在生产中应用很广。对于较小的孔，相对于内圆磨削及精镗而言，铰孔是一种较为经济实用的加工方法。34二、铰孔34铰刀35铰刀35三、镗孔

镗孔是在预制孔上用切削刀具使之扩大的一种加工方法，镗孔工作既可以在镗床上进行，也可以在车床上进行。镗孔有三种不同的加工方式。1．镗孔方式36三、镗孔镗孔有三种不同的加工方式。1．镗孔方式36（1）工件旋转，刀具作进给运动

镗圆柱孔镗锥孔图2-11工件旋转、刀具进给的镗孔方式37（1）工件旋转，刀具作进给运动镗圆柱孔镗锥孔图（2）刀具旋转，工件作进给运动镗床上镗孔专用镗模镗孔镗杆镗刀工件工件台主轴镗模拖板镗刀镗杆工件图2-12刀具旋转、工件进给的镗孔方式38（2）刀具旋转，工件作进给运动镗床上镗孔专用镗模镗孔镗（3）刀具旋转并作进给运动镗杆镗刀工件工件台主轴图2-13刀具既回转又进给的镗孔方式39（3）刀具旋转并作进给运动镗杆镗刀工件工件台主轴图2-131．珩磨原理及珩磨头

四、珩磨孔珩磨是利用带有磨条（油石）的珩磨头对孔进行精整、光整加工的方法。图2-14珩磨原理401．珩磨原理及珩磨头四、珩磨孔珩磨头磨条的径向伸缩调整有手动、气动和液压等多种结构形式。图为手动调整结构。螺母弹簧调整锥磨条本体沙条座顶销弹簧卡箍图2-15珩磨头41珩磨头磨条的径向伸缩调整有手动、气动和液压等多五、拉孔卧式拉床圆孔拉削压力表液压缸活塞拉杆随动支架夹头床身拉刀靠板工件滑动托架球面支承垫圈工件拉刀图2-16在卧式拉床上拉孔42五、拉孔卧式拉床圆孔拉削压力表液压缸活塞拉杆随动支架夹头床身3.3平面及复杂曲面加工433.3平面及复杂曲面加工43一、概述

平面是箱体类零件、盘类零件的主要表面之一，平面加工的技术要求包括：平面本身的精度（例如直线度、平面度），表面粗糙度，平面相对于其他表面的位置精度（例如平行度、垂直度等）。加工平面的方法很多，常用的有铣、刨、车、拉、磨削等方法。其中铣平面是平面加工应用最广泛的方法。44一、概述44二、铣平面图2-17铣平面45二、铣平面图2-17铣平面45铣削方式顺铣1.铣削方式端铣端铣逆铣周铣周铣46铣削方式顺铣1.铣削方式端铣端铣逆铣周铣周铣46顺铣和逆铣各有特点，应根据加工的具体条件合理选择。

由于端铣的加工质量和生产效率比周铣高，在大批量生产中端铣比周铣用得多。周铣可使用多种形式的铣刀，能铣槽、铣成形表面，并可在同一刀杆上安装几把刀具同时加工几个表面，适用性好，在生产中用得也比较多。47顺铣和逆铣各有特点，应根据加工的具体条件合理3.4齿轮加工483.4齿轮加工48圆柱齿轮加工的方法主要有滚齿和插齿等；锥齿轮的加工方法有加工直齿圆锥齿轮的刨齿、铣齿、拉齿和加工弧齿轮的铣齿。49圆柱齿轮加工的方法主要有滚齿和插齿等；锥齿轮的一、插齿50一、插齿50插齿原理及所需要的运动图2-19插齿原理及加工时所需的运动51插齿原理及所需要的运动图2-19插齿原理及加工时所需的运

插齿刀刀刃运动轨迹形成一个齿轮，称为产形齿轮，直齿插齿刀刀刃在端面上的投影就是产形轮的齿形。52插齿刀刀刃运动轨迹形成一个齿轮，称为产形齿轮，

齿轮滚刀在齿轮制造中应用很广泛，可以用来加工外啮合的直齿轮、斜齿轮、标准齿轮和变位齿轮。用齿轮滚刀加工齿轮的过程，相当于一对螺旋齿轮啮合滚动的过程。二、滚齿53齿轮滚刀在齿轮制造中应用很广泛，可以用来加工外用齿轮滚刀加工齿轮的情况图2-20滚齿54用齿轮滚刀加工齿轮的情况图2-20滚齿54三、剃齿1、剃齿工作原理

盘形剃齿刀外型很像齿轮，加工时剃齿刀和齿轮轴交错成一角度，作螺旋齿轮啮合。图2-21剃齿工作情况1-剃齿刀；2工件55三、剃齿1、剃齿工作原理盘形剃齿刀外型很像齿轮2、剃齿刀的用途和种类剃齿刀是一种精加工齿轮刀具，主要限制是不能加工淬硬的齿轮。562、剃齿刀的用途和种类剃齿刀是一种精加工齿轮刀盘形剃齿刀小模数剃齿刀蜗轮剃齿刀图2-22几种典型的剃齿刀57盘形剃齿刀小模数剃齿刀蜗轮剃齿刀图2-22几种典型的剃齿四、磨齿机床

磨齿机多用于对淬硬的齿轮进行齿廓的精加工。1、成形砂轮磨齿机的原理和运动58四、磨齿机床582、展成法磨齿机的原理和运动1）连续磨齿

2）分度磨齿592、展成法磨齿机的原理和运动594.切削用量与切削层截面参数●切削运动—刀具与工件间的相对运动1.主运动—速度最高、消耗机床功率最多的运动2.进给运动—金属层不断投入切削的运动3.合成运动—主运动、进给运动合成的运动4.加工表面—待加工表面、过渡表面、已加工表面604.切削用量与切削层截面参数●切削运动—刀具与工件间的相对4.切削用量与切削层截面参数●切削参数◆切削用量1.切削速度vc—切削刃上点在主运动方向的瞬时速度2.进给量f—每转刀具相对工件的位移量进给速度vf3.背吃刀量ap—垂直于主运动和进给运动的切削层最大尺寸俗称切削深度614.切削用量与切削层截面参数●切削参数◆切削用量1.切削速4.切削用量与切削层截面参数●切削参数◆切削用量◆切削层参数1.切削层公称厚度

hD—垂直于过渡表面测量的切削层尺寸hD﹦fsinκr2.切削层公称宽度

bD—沿过渡表面测量的切削层尺寸bD﹦ap/sinκr3.切削层公称横截面积

AD—切削层横截面积AD﹦hDbD﹦apf624.切削用量与切削层截面参数●切削参数◆切削用量◆切削层参图2-23切削运动与加工表面

63图2-23切削运动与加工表面63图2-24

切削用量和切削层参数64图2-24切削用量和切削层参数64机械制造技术基础北京交通大学机电学院刘伟65机械制造技术基础北京交通大学机电学院刘伟1机械制造技术基础第2章

机械制造过程基础知识FundamentalofMechanicalManufacturingProcess2.2

零件机械加工方法MechanicalMachiningMethodforParts66机械制造技术基础第2章机械制造过程基础知识2.2零件机械

机器零件都是由若干不同类型的基本表面（例如外圆表面、内圆表面、平面等）构成的，零件的加工过程实际上就是获得这些表面的过程。67机器零件都是由若干不同类型的基本表面（零件表面的切削加工成形方法切削加工的成形运动典型表面加工方法切削用量与切削层截面参数142368零件表面的切削加工成形方法142341零件表面的切削加工成形方法691零件表面的切削加工成形方法5加工过程中质量的变化（）〈0：材料去除加工=0：材料成形加工：如铸造、锻造、挤压、粉末冶金等。〉0：材料累积：加工利用微体积材料逐渐叠加的方式使零件成形切削加工：利用切削刀具从工件上切除多余材料特种加工：指利用机械能以外的其他能量直接去除材料一、机械制造中的加工方法70加工过程中质量的变化〈0：材料去除加工=0：材料成形加工：如

二、零件表面的切削加工成形方法1．零件表面的形状

零件表面可以看作是一条线（称为母线）沿另一条线（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。常见的零件表面按其形状可分为3类：71

二、零件表面的切削加工成形方法7

（1）旋转表面：（3）特形表面：（2）纵向表面：72（1）旋转表面：（3）特形表面：（2）纵向表面2．零件表面的形成方法

轨迹法：刀具切削点按一定的规律作轨迹运动，形成所需的发生线（刀具需要有一个独立的成形运动。

成形法：刀具刀刃就是切削线，它的形状及尺寸与需要成形的发生线一致（刀具不需要专门的成形运动）。

732．零件表面的形成方法轨迹法：刀具切削点按一定的规律

相切法：刀具中心按一定规律作轨迹运动，切削点运动轨迹与工件相切就形成了发生线（刀具需要有两个独立的成形运动，即刀具的旋转和刀具中心按一定规律运动）。

展成法：又称范成法，其工件的一条生线也是刀刃运动轨迹的包络线，且包络线需通过刀具与工件之间的范成运动来生成。

74相切法：刀具中心按一定规律作轨迹运动，切削点运主运动

指直接切除工件上的余量形成加工表面的运动。主运动的速度即切削速度，用v（m/s）表示。

进给运动

指为不断把余量投入切削的运动。进给运动的速度用进给量（f—mm/r）或进给速度（vf—mm/min）表示。定位和调整运动

使工件或刀具进入正确加工位置的运动。如调整切削深度，工件分度等。2．切削加工的成形运动75主运动进给运动定位和调整运动

◆主运动和进给运动是实现切削加工的基本运动，可以由刀具来完成，也可以由工件来完成；可以是直线运动（用T表示），也可以是回转运动（用

R

表示）。正是由于上述不同运动形式和不同运动执行元件的多种组合，产生了不同的加工方法。2．切削加工的成形运动76◆主运动和进给运动是实现切削加工的基本运动，可以由3典型表面加工方法773典型表面加工方法133.1外圆表面加工方法一、外圆表面的车削加工3．精细车2．精车1．粗车783.1外圆表面加工方法3．精细车2．精车1．粗车14提高外圆表面车削生产效率的途径

车削是轴类、套类和盘类零件外圆表面加工的主要工序，也是这些零件加工耗费工时最多的工序。提高外圆表面车削生产效率的途径主要有：

79提高外圆表面车削生产效率的途径15

2）采用强力切削

强力切削是通过增大切削面积来提高生产效率的。

l）采用高速切削

高速切削是通过提高切削速度来提高加工生产效率的。切削速度的提高除要求车床具有高转速外，主要受刀具材料的限制。802）采用强力切削强力切削是通过增大切削3）采用多刀加工方法813）采用多刀加工方法17二、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82二、外圆表面的磨削加工18（1）纵向进给磨削83（1）纵向进给磨削19

（2）横向进给磨削（切入磨削）84（2）横向进给磨削（切入磨削）20(3)外圆和端面同时磨削85(3)外圆和端面同时磨削212．工件无中心支承的外圆磨削2-4无心外圆磨削862．工件无中心支承的外圆磨削2-4无心外圆磨削22（二）外圆磨削的尺寸控制

87（二）外圆磨削的尺寸控制23三、外圆表面的精整、光整加工

精整、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、减小表面粗糙度或用以强化表面的加工方法。88三、外圆表面的精整、光整加工241.研磨研磨是指用研磨工具和研磨剂，从工件上研去一层极薄表面层的精加工方法。研磨是以物理和化学作用除去零件表层金属的一种加工方法，因而包含着物理和化学的综合作用。891.研磨研磨是指用研磨工具和研磨剂，从工件上研去一层极研磨分手工研磨和机械研磨两种。

图2-5机械研磨外圆90研磨分手工研磨和机械研磨两种。图2-5机械研2．超精加工（1）定义：用极细磨料的油石，以恒定压力（5～20Mp）和复杂相对运动对工件进行微量切削，以降低表面粗糙度为主要目的的精密加工方法。（2）加工方法：工件以较低速度旋转，油石做往复振动和纵向进给（3）加工范围：大批量生产中加工曲轴、凸轮轴的轴径外圆、飞轮、离合器盘的端平面以及滚动轴承的滚道等。91272．超精加工图2-6外圆的超精加工922．超精加工图2-6外圆的超精加工283.2内圆表面加工933.2内圆表面加工291．钻孔钻头旋转工件旋转一、钻孔与扩孔加工图2-7两种钻孔方式941．钻孔钻头旋转工件旋转一、钻孔与扩孔加工图2-7两种钻常用的钻孔刀具有：麻花钻、中心钻、深孔钻等。标准麻花钻的结构如图。95常用的钻孔刀具有：麻花钻、中心钻、深孔钻等。标

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。扩孔钻与麻花钻相似，但刀齿数较多，没有横刃。2．扩孔图2-8扩孔图2-9扩孔钻96扩孔是用扩孔钻对已经钻出、铸出或锻出的孔作进

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。锪钻的前端常带有导向柱，用已加工工孔导向。

加工沉头座孔加工锥面锪平端面图2-10锪钻97扩孔除了可以加工圆柱孔之外，还可以用各种特殊形二、铰孔

铰孔是孔的精加工方法之一，在生产中应用很广。对于较小的孔，相对于内圆磨削及精镗而言，铰孔是一种较为经济实用的加工方法。98二、铰孔34铰刀99铰刀35三、镗孔

镗孔是在预制孔上用切削刀具使之扩大的一种加工方法，镗孔工作既可以在镗床上进行，也可以在车床上进行。镗孔有三种不同的加工方式。1．镗孔方式100三、镗孔镗孔有三种不同的加工方式。1．镗孔方式36（1）工件旋转，刀具作进给运动

镗圆柱孔镗锥孔图2-11工件旋转、刀具进给的镗孔方式101（1）工件旋转，刀具作进给运动镗圆柱孔镗锥孔图（2）刀具旋转，工件作进给运动镗床上镗孔专用镗模镗孔镗杆镗刀工件工件台主轴镗模拖板镗刀镗杆工件图2-12刀具旋转、工件进给的镗孔方式102（2）刀具旋转，工件作进给运动镗床上镗孔专用镗模镗孔镗（3）刀具旋转并作进给运动镗杆镗刀工件工件台主轴图2-13刀具既回转又进给的镗孔方式103（3）刀具旋转并作进给运动镗杆镗刀工件工件台主轴图2-131．珩磨原理及珩磨头

四、珩磨孔珩磨是利用带有磨条（油石）的珩磨头对孔进行精整、光整加工的方法。图2-14珩磨原理1041．珩磨原理及珩磨头四、珩磨孔珩磨头磨条的径向伸缩调整有手动、气动和液压等多种结构形式。图为手动调整结构。螺母弹簧调整锥磨条本体沙条座顶销弹簧卡箍图2-15珩磨头105珩磨头磨条的径向伸缩调整有手动、气动和液压等多五、拉孔卧式拉床圆孔拉削压力表液压缸活塞拉杆随动支架夹头床身拉刀靠板工件滑动托架球面支承垫圈工件拉刀图2-16在卧式拉床上拉孔106五、拉孔卧式拉床圆孔拉削压力表液压缸活塞拉杆随动支架夹头床身3.3平面及复杂曲面加工1073.3平面及复杂曲面加工43一、概述

平面是箱体类零件、盘类零件的主要表面之一，平面加工的技术要求包括：平面本身的精度（例如直线度、平面度），表面粗糙度，平面相对于其他表面的位置精度（例如平行度、垂直度等）。加工平面的方法很多，常用的有铣、刨、车、拉、磨削等方法。其中铣平面是平面加工应用最广泛的方法。108一、概述44二、铣平面图2-17铣平面109二、铣平面图2-17铣平面45铣削方式顺铣1.铣削方式端铣端铣逆铣周铣周铣110铣削方式顺铣1.铣削方式端铣端铣逆铣周铣周铣46顺铣和逆铣各有特点，应根据加工的具体条件合理选择。

由于端铣的加工质量和生产效率比周铣高，在大批量生产中端铣比周铣用得多。周铣可使用多种形式的铣刀，能铣槽、铣成形表面，并可在同一刀杆上安装几把刀具同时加工几个表面，适用性好，在生产中用得也比较多。111顺铣和逆铣各有特点，应根据加工的具体条件合理3.4齿轮加工1123.4齿轮加工48圆柱齿轮加工的方法主要有滚齿和插齿等；锥齿轮的加工方法有加工直齿圆锥齿轮的刨齿、铣齿、拉齿和加工弧齿轮的铣齿。113圆柱齿轮加工的方法主要有滚齿和插齿等；锥齿轮的一、插齿114一、插齿50插齿原理及所需要的运动图2-19插齿原理及加工时所需的运动115插齿原理及所需要的运动图2-19插齿原理及加工时所需的运

插齿刀刀刃运动轨迹形成一个齿轮，称为产形齿轮，直齿插齿刀刀刃在端面上的投影就是产形轮的齿形。116插齿刀刀刃运动轨迹形成一个齿轮，称为产形齿轮，