《机械制造工艺与设备》图文-第5章

5.1钻削加工5.2镗削加工5.3刨削加工5.4圆柱齿轮加工目录钻削是孔加工的一种基本方法。钻削所用的设备主要是钻床，所用的刀具是麻花钻、扩孔钻、铰刀等。5.1钻削加工常用的钻削加工模具加工方法钻削加工的特点1.钻头在半封闭状态下切削，排屑困难。2.切削热不易传散。3.冷却困难，切削温度高，钻头磨损严重。4.钻头呈细长状，刚度差，钻出的孔容易引偏（如孔径扩大、孔不圆、孔的轴线歪斜）。5.1.1钻床1.台式钻床台式钻床是放置在台桌上使用的小型钻床，如图所示。台式钻床用于钻削中、小型工件上的小孔，按最大钻孔直径划分有2mm、6mm、12mm、16mm、20mm等多种规格，多用于单件、小批量生产。台式钻床1—底座；2—工作台；3—进给手柄；4—主轴；5—主轴架；6—V带；7—带轮；8—电动机；9、11—锁紧手柄；10—立柱2.立式钻床立式钻床是一种中型钻床，如图所示。它由主轴箱、进给箱、立柱、工作台和底座等组成。电动机6通过传动装置将运动和动力传至主轴箱5和进给箱4，使主轴3旋转并沿轴线向下机动进给。主轴箱5和进给箱4内部均有变速机构，可分别实现对主轴3的变速和对进给量的调整。加工时，工件安装在工作台2上，工作台2和进给箱4可沿立柱7上的导轨上下移动，调整其位置，以适应在不同高度的工件上进行钻孔加工。立式钻床1—底座；2—工作台；3—主轴；4—进给箱；5—主轴箱；6—电动机；7—立柱3.摇臂钻床摇臂钻床是一种大型钻床，如图所示。它由立柱、摇臂、主轴箱、工作台、底座等组成。主轴箱3装在摇臂4上，可沿摇臂4上导轨做水平移动。摇臂4套装在立柱2上，借助电动机及丝杠的传动，可沿立柱2上下移动。立柱2是由内立柱和外立柱组成的，外立柱可绕内立柱-180°~180°回转。摇臂钻床1—立柱座；2—立柱；3—主轴箱；4—摇臂；5—主轴；6—工作台；7—底座4.深孔钻床深孔钻床是用特制的深孔钻头，专门加工深孔的钻床，常用于加工如炮筒、枪管和机床主轴等零件中的深孔。深孔钻床的结构特点如下：（1）为避免机床过高，深孔钻床一般采用卧式布局。（2）为减少孔中心线的偏斜，主运动是工件的旋转运动，钻头只做直线进给运动而不旋转。（3）为保证获得很好的冷却效果，在深孔钻床上配有周期退刀排屑装置及切削液输送装置，使切削液由刀具内部输入至切削部位，如图所示。深孔钻床1—工件；2—钻头；3—钻杆5.1.2麻花钻麻花钻是最常用的孔加工刀具，用于实体材料上孔的粗加工，一般由高速钢制成。钻孔加工精度为IT13～IT11,表面粗糙度Ra为50～12.5μm，加工孔径范围为0.1～80mm，以ф30mm以下最为常用。标准麻花钻的结构由柄部、颈部和工作部分组成。1.柄部如图所示。麻花钻2.颈部颈部位于工作部分和柄部之间，是磨削柄部时砂轮的退刀槽。钻头的标志（如钻头孔径和商标）就打印在此处。3.工作部分工作部分包括切削部分和导向部分。1）切削部分切削部分担负主要的切削工作，由两条主切削刃、两条副切削刃、一条横刃、两个前刀面、两个后刀面及两个副后刀面组成，如图所示。麻花钻切削部分组成2）导向部分导向部分有两条对称的螺旋槽和两条窄棱面，螺旋槽起着排屑和输送切削液的作用，窄棱面起着导向和修光孔壁的作用。导向部分应有微小的锥度，以减小与孔壁的摩擦。5.1.3扩孔钻扩孔钻是用来对工件上已有孔进行扩大的刀具。扩孔属于半精加工，其目的是扩大孔径并提高精度和降低表面粗糙度，常用做铰孔或磨孔前的预加工或精度要求不高孔的最终加工。扩孔加工精度为IT11～IT10，表面粗糙度Ra为6.3～3.2μm。扩孔方法如图所示。扩孔方法扩孔钻的外形与麻花钻的外形相似，如图所示。但是扩孔钻有3～4个刀齿，而麻花钻只有2个刀齿。由于扩孔钻螺旋槽较小、较浅，因而其钻芯较粗，刚性及强度好，使切屑较易排出。扩孔钻的切削刃不必自外缘延续到中心，其前端呈平面且没有横刃。因此，扩孔加工余量较小，切削时进给抗力小，切削过程较平稳，可以采用较大的切削速度和进给量，加工质量和生产率均比钻孔高。扩孔时，孔的尺寸是由扩孔钻的尺寸来保证的。扩孔钻5.1.4铰刀铰刀是应用较为普遍的孔的精加工刀具之一。铰孔主要是对未淬硬的中、小尺寸孔进行精加工，一般加工精度为IT9～IT7，表面粗糙度Ra为1.6～0.4μm。直径较大的铰刀为节约材料，常做成套式结构，如图所示。成套式结构的铰刀镗削加工所用的设备主要是镗床，所用的刀具是镗刀。通常镗刀的旋转是主运动，镗刀或工件沿孔轴线的移动是进给运动。镗削加工适合于单件、小批量生产中加工各种大型、复杂工件上的孔系，这些孔除了要有较高的尺寸精度外，还要有较高的位置精度，所以生产中常作为大型和箱体零件上孔的半精加工和精加工工序。5.2镗削加工镗削加工能方便准确的调整被加工孔与镗刀的相对位置，因而能保证被加工孔与其他表面间的相互位置精度。镗刀结构简单，且径向尺寸可以调节，用一把镗刀就可加工直径不同的孔。在一次安装中，既可进行粗加工，也可进行半精加工和精加工，可加工各种结构类型的孔，如盲孔、阶梯孔等。镗削加工能校正原有孔的轴线歪斜。镗削加工对操作者技术要求较高。镗削加工的生产率较低。12345镗削加工的特点如下：卧式镗床的典型加工方法5.2.1镗床1.卧式镗床卧式镗床的典型加工方法如图所示。卧式镗床工艺范围较广，除镗孔外，还可铣平面及各种沟槽、钻孔、扩孔、铰孔、车削端面和短外圆柱面、车槽和车螺纹等。TP619型卧式镗床如图所示。它由主轴箱、工作台、主立柱、后立柱和床身等组成。TP619型卧式镗床1—后立柱；2—镗杆支承座；3—床身；4—下滑座；5—上滑座；6—工作台；7—平旋盘；8—主轴；9—主轴箱；10—主立柱2.坐标镗床坐标镗床是指具有精密坐标定位装置的镗床。依靠坐标位置的精密测量装置能精确地确定工作台、主轴箱等移动部件的位移量，实现镗刀和工件的精确定位。坐标镗床工艺范围广，除镗孔、钻孔、扩孔、铰孔及铣削加工外，还能进行精密刻度、样板的精密划线、孔间距及直线尺寸的精密测量等。其适用于镗削尺寸、形状、位置精度要求很高的孔系，如精密钻模、镗模及量具等。坐标镗床有立式坐标镗床和卧式坐标镗床两大类。立式坐标镗床主要用于加工轴线与安装基面（底面）垂直的孔系和铣削顶面，它还有单立柱和双立柱两种形式。卧式坐标镗床主要用于加工轴线与安装基面平行的孔系和铣削侧面。5.2.2镗刀1.单刃镗刀单刃镗刀只有一个切削刃，如图（a）和图（b）所示分别为在镗床上加工通孔和盲孔用的单刃镗刀。其结构简单，制造方便，粗、精加工都适用，通用性好，使用范围广，可校正原有孔的轴线歪斜，但生产率较低，比较适用于单件、小批量生产。单刃镗刀一般均有尺寸调节装置，可加工直径不同的孔。单刃镗刀2.双刃镗刀双刃镗刀两端都有切削刃，工作时基本上可消除径向力对镗杆的影响。工件的孔径尺寸与精度由镗刀径向尺寸保证，镗刀上的两个刀片可径向调整。调整时，先松开紧固螺钉5，再旋转调节螺钉3，通过斜面垫板4将刀齿的径向尺寸调好后，再拧紧紧固螺钉5把刀齿固定，如图所示。双刃镗刀1—刀块；2—刀片；3—调节螺钉；4—斜面垫板；5—紧固螺钉刨削加工主要用于加工水平面、垂直面、斜面、各种沟槽及成形面，如图所示。刨削加工5.3刨削加工模具加工方法刨削加工的特点1.刨削与铣削的加工精度与表面粗糙度大致相当。2.刨削的加工范围不如铣削加工范围广泛。铣削可以加工内凹面，曲面等。但对于大型零件的沟槽，如V形槽、T形槽等，一般用刨削。3.刨削的生产率一般低于铣削。这是因为铣削是多刃切削，采用高速切削，且没有空程。4.刨削的成本一般比铣削低。因为牛头刨床的结构比铣床简单，刨刀的制造和刃磨较铣刀容易。5.3.1刨床刨削加工是在刨床上进行的，常用的刨床为牛头刨床和龙门刨床。1.牛头刨床牛头刨床主要用于加工中、小型工件。如图所示为牛头刨床。它主要由床身、滑枕、刀架、横梁、工作台及底座组成。牛头刨床的主参数是最大刨削长度。牛头刨床1—工作台；2—刀架；3—滑枕；4—压板；5—床身；6—摆动机构；7—变速机构；8—进刀机构；9—横梁；10—底座2.龙门刨床龙门刨床主要用于加工大型或重型工件上的各种平面，尤其适用于加工长而窄的平面和沟槽，也可在工作台上一次装夹数个中、小型工件进行多件加工。如图所示为龙门刨床。它由床身、工作台、立柱、横梁、垂直刀架、侧刀架等组成。龙门刨床1—工作台；2—侧刀架；3—横梁；4、6—垂直刀架；5—立柱；7—侧刀架；8—床身5.3.2刨刀1.刨刀的种类刨刀的种类很多，按使用用途分，常见的刨刀有平面刨刀、偏刀、角度偏刀、直切刀和弯头切刀等，如图所示。常见的刨刀2.刨刀的形状及结构特点刨刀形状及结构与车刀相似，但由于刨削过程的不连续性，刨刀切入工件时承受较大的冲击力，易损坏，因此，刨刀刀杆的横截面积比车刀大。刨刀刀杆形状一般有直头、弯头两种。弯头刨刀受力后，刀杆弯曲部分可向上方弹起，这样刀尖不易啃入工件，可避免刀尖折断，而且弯头刨刀还可防止当刨刀从已加工表面上提起时损坏已加工表面，所以切削量大的刨刀常制成弯头。1.齿轮切齿加工原理齿轮切齿加工按其原理可分为成形法（仿形法）和展成法（范成法）两类。1）成形法成形法加工是用成形刀具直接切出齿形。常用的成形刀具有盘形铣刀和指形铣刀，如图所示。5.4圆柱齿轮加工常用的成形刀具1—铣刀；2—工件2）展成法展成法加工是利用一对齿轮啮合时，其共轭齿廓互为包络线的原理来切齿的，即把齿轮啮合副（齿轮—齿条、齿轮—齿轮）中的一个转化为刀具，另一个转化为工件，并强制刀具和齿坯做严格的啮合运动而切出齿廓。展成法的加工精度和生产率较高，在齿轮加工中应用最广。展成法加工的刀具切削刃与被切齿轮的齿数无关。因此，只需一把刀具就可以加工模数相同而齿数不同的齿轮。用展成法切齿的常用刀具有齿轮滚刀、齿轮插刀、齿条插刀、剃齿刀、砂轮等。在金属切削机床中，用来加工齿轮轮齿表面的机床，称为齿轮加工机床，其种类繁多，主要有滚齿机、插齿机、剃齿机、珩齿机和磨齿机等。5.4.1滚齿加工在滚齿机上用滚刀按展成法原理加工齿轮的方法称为滚齿加工。1.滚齿加工原理及其应用滚齿加工原理是由一对交错螺旋齿轮啮合演化而来的，如图（a）所示。若其中一个螺旋齿轮齿数极少（通常齿数为1），则这个螺旋齿轮便成了蜗杆形状，如图（b）所示。若在这个蜗杆形螺旋齿轮的圆柱面上开槽，加以铲背、淬火及刃磨出前、后刀面，则就得到了齿轮滚刀，如图（c）所示。滚齿加工原理2.Y3150E型滚齿机如图所示为Y3150E型滚齿机。它由床身、立柱、刀架溜板、滚刀架、后立柱和工作台等组成。立柱2固定在床身1上，刀架溜板3带动滚刀架5可沿立柱2的导轨上下移动，滚刀架5安装在刀架溜板3上，滚刀架5连同滚刀一起可沿刀架溜板3的圆形导轨调整安装角度。滚刀安装在刀杆4上做旋转运动。工件安装在工作台9的心轴7上，随同工作台9一起转动。后立柱8和工作台9一起装在床鞍10上，可沿滚齿机水平导轨移动，用于调整工件的径向位置或做径向进给运动。Y3150E型滚齿机1—床身；2—立柱；3—刀架溜板；4—刀杆；5—滚刀架；6—支架；7—心轴；8—后立柱；9—工作台；10—床鞍3.直齿圆柱齿轮加工的传动原理加工直齿圆柱齿轮除需要滚刀旋转与工件旋转复合而成的展成运动外，还需要滚刀旋转的主运动，以及滚刀沿工件轴线方向的进给运动。因此，滚齿机的传动主要由主运动传动链、展成运动传动链、轴向进给运动传动链组成，如图所示。如果是加工斜齿轮，还得有一个附加运动传动链。滚齿轮传动原理和传动链4.滚刀滚刀是加工外啮合直齿、斜齿圆柱齿轮时最常用的刀具。其外形呈蜗杆状，如图所示，是一种粗加工和半精加工的切齿刀具。加工时，滚刀除做旋转主运动外，还沿工件轴线方向移动以切出全部齿宽。模数为1～10mm的标准齿轮滚刀一般用高速钢整体制造，大模数的滚刀一般采用镶齿式。滚刀及滚齿运动5.4.2插齿加工在插齿机上用插齿刀按展成法原理加工齿轮的方法称为插齿加工。1.插齿加工原理及其运动插齿加工是采用一对平行轴的圆柱齿轮相啮合的原理进行加工的。其中一个齿轮作为工件，另一个齿轮变为齿轮形的插齿刀，它的模数和压力角与被加工齿轮相同，且磨出前、后刀角以形成切削刃，通过无间隙的啮合运动将工件加工出齿形，如图所示。插齿加工原理如图所示，插齿加工的主要运动有以下几种：（1）主运动。主运动是指插齿刀的往复直线运动，即切削运动。（2）展成运动。展成运动是指插齿刀的转动和被切齿轮的转动，两者间应严格保证啮合关系。（3）径向进给运动。径向进给运动是指插齿时，插齿刀不能一开始就切到轮齿的全齿深，需要逐渐切入，因此，插齿刀在做展成运动的同时，要沿工件的半径方向做进给运动。（4）让刀运动。让刀运动是指为了避免插齿刀在返程时，刀齿的后刀面与齿面发生摩擦，在插齿刀返回时工件要让开一些，而当插齿刀处于工作行程时工件又恢复原位。插齿加工的主要运动特点123插齿和滚齿的加工精度相当。插齿刀结构简单，制造刃磨方便，加工精度较高，但插齿机较复杂，增加了传动误差。插齿加工的齿面粗糙度小。插齿加工的生产率比滚齿加工低。2.插齿加工的特点及应用插齿加工与滚齿加工相比有以下特点：3.插齿刀插齿刀本质上是一个具有切削刃的渐开线圆柱齿轮。直齿插齿刀有盘形、碗