机械制造技术基础 课件 第2章 金属切削机床和表面加工方法

第2章

金属切削机床和表面加工方法机械制造技术基础第2章

金属切削机床和表面加工方法学习目标：机床的种类众多，不同机床适宜的加工对象不同，换句话说，不同的工件和不同的加工表面适合在不同类型的机床上加工，这样才能够保证较好的加工质量、较高的加工效率和较低的加工成本。学习本章目的就是通过了解并掌握各种类型机床的工艺范围、特点和适用情况，学会针对不同的工件、不同的表面和不同的加工要求，选择合适的加工机床和工艺方法。2.1金属切削机床的基本知识第2章

金属切削机床和表面加工方法立项依据及意义一基本概念2.1.1机床分类和型号编制方法2.1.2表面成形方法2.1.3机床的组成和运动2.1.4机床的技术性能指标2.1.52.1.1基本概念机床金属切削机床工艺装备（工装）2.1金属切削机床的基本知识2.1.2

机床的分类和型号编制方法机床的分类分类目的：便于区别、使用、管理、交流分类方法：按加工方式和所用的刀具12大类（车、钻、铣、镗、磨、齿轮加工、螺纹加工、刨、拉、特种加工、锯、其他）按某些辅助特征（精度、自动化程度、万能性等）如万能性：通用机床专门化机床---某一类零件专用机床---某一种零件2.1金属切削机床的基本知识GB/T15375-2008（2009年2月1号实施）《金属切削机床型号编制方法》编制规则:

采用汉语拼音字母和阿拉伯数字按一定规则组合而成2.1金属切削机床的基本知识通用机床型号的编制方法2.1金属切削机床的基本知识

机床的类代号2.1金属切削机床的基本知识通用特性和结构特性当某类机床既有普通形式，又有某种通用特性时，则在类别代号后加通用代号予以区别，通用特性代号有统一的固定含义，对于主参数值相同而结构性能不同的机床，在型号中加结构特性以示区别。结构特性代号用汉语拼音字母表示结构特性在型号中没有统一的含义，只在同类机床中起区分机床结构、性能的作用。当机床型号中有通用特性代号时，结构特性代号应排在通用特性代号之后。2.1金属切削机床的基本知识机床的组、系代号在同一类机床中，主要布局或使用范围基本相同的机床为同一组。在同一组机床中，主参数相同、主要结构及布局形式相同的机床为同一系。机床的组别代号和系别代号均用一位阿拉伯数字（0~9）表示，其具体含义可查阅机床手册。组别代号位于通用特性、结构特性代号之后，系别代号位于组别代号之后。2.1金属切削机床的基本知识主参数代号机床的主参数代表机床规格的大小，用阿拉伯数字表示。一般在型号中主参数的值是折算值（实际值乘以折算系数），位于系代号之后。2.1金属切削机床的基本知识设计顺序号、第二主参数对于某些通用机床，当无法用一个主参数表示时，则在型号中用设计顺序号（阿拉伯数字）表示。设计顺序号由01起始编号。第二主参数一般不予表示，如特殊情况需要表示时，一般也把实际值折算成两位数值表示，最多不超过三位数。举例1：CM6132主参数代号（最大车的直径320mm）系代号（卧式车床系）组代号（卧式车床组）通用特性代号（精腔机床）类代号（车床类）2.1金属切削机床的基本知识举例2

T4163B举例32.1金属切削机床的基本知识其它：例THM6350/JCS北京机床研究所生产的精密卧式铣镗加工中心；CA6140最大加工棒料直径为400mm的普通卧式车床；C2150×6最大棒料直径为50mm的六轴棒料自动车床；MB8240/2最大回转直径为400mm的半自动曲轴磨床的第二种变型。2.1金属切削机床的基本知识专用机床的型号专用机床的型号一般由设计单位代号和设计顺序号组成，表示方法如下：例如：型号为H—015，表示上海机床厂设计制造的第15种专用机床为专用磨床。机床自动线的型号由通用机床和专用机床组成机床自动线，其型号为“ZX”（读作“自线”），具体表示方法如下：2.1金属切削机床的基本知识2.1.3表面成形方法2.1金属切削机床的基本知识1.典型零件及典型特征表面

基本都是由内外圆柱面、平面、锥面、球面、成形面等一些典型的特征表面所构成2.1金属切削机床的基本知识每一个表面可以看成是由一根母线沿着导线运动而形成的；母线和导线统称为发生线。切削加工时，具体实现这两种生成线的是刀具的切削刃与工件的相对运动，并通过此运动将工件的表面切削成形1-母线2-导线2.表面成形规律：2.1金属切削机床的基本知识3.表面成形方法可归纳为以下四种：轨迹法。工件表面的发生线（母线和导线）均由轨迹运动生成。成型法。工件的一条发生线是通过刀刃的形状直接获得的。相切法。工件的一条发生线是刀刃运动轨迹的包络线。范成法。又称展成法，其工件的一条发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。各种形式的齿轮、链轮、蜗轮大多数采用范成法加工成形。问题：

？可以用那种方法成形？2.1金属切削机床的基本知识2.1.4机床的组成和运动2.1金属切削机床的基本知识机床在机械加工工艺系统中的作用？？怎样实现？2.1金属切削机床的基本知识1.机床组成？动力源执行机构动力传动系统控制系统机床基础部分2.1金属切削机床的基本知识要想完成零件的加工，机床需强制工件和刀具做相对运动、产生相互作用才能实现。机床上形成表面所必须的运动，也就是机床的工作运动，被称为表面成形运动。采用不同的成形方法生成表面，机床需要提供的运动是不同的。2.机床的运动渐开线齿轮的展成法加工？机床需要提供哪些运动？有哪个执行机构实现？这些执行元件之间的相互关系2.1金属切削机床的基本知识3.机床的传动装置机床动力源输出的机械能要通过传动装置传递给机床的运动执行元件，才能使机床完成机械能的输出，即实现成形运动。机床的传动装置有机械、液压、气动、电气等多种类型。机床上传递运动和动力的一系列按顺序排列的传动元件的集合，习惯上称为传动链。传动链的初始端，即动力源（电机），叫做始端件；传动链的末端元件，即运动执行元件（刀架或工作台），叫做末端件；始端件和末端件之间，由各种类型传动元件连接起来，如皮带轮、链轮、齿轮、丝杠螺母、齿轮齿条、联轴器、离合器等，从而构成一条完整的传动链。相关概念：2.1金属切削机床的基本知识举例：普通卧式车床的传动系统主轴回转运动（主运动）传动链：可用下式表示：

2.1金属切削机床的基本知识机床传动链发展趋势：加工技术不断追求高速、高效、高精度，机床的结构和相应的元部件也发生很大变化以适应这种需求。对于精密或超精密机床，在结构上采取的措施之一就是缩短机床的传动链，以减少传动链误差累积电主轴

直线电机驱动工作台2.1金属切削机床的基本知识2.1.5机床的技术性能指标工艺范围加工精度和表面粗糙度生产率和自动化程度其它2.1金属切削机床的基本知识机床的发展趋势工艺范围不断扩大加工精度不断提高切削速度和生产率不断提高自动化程度日益提高2.1金属切削机床的基本知识END机械制造技术基础第2章

金属切削机床和表面加工方法2.2常见的金属切削机床和表面加工方法一车床和车削加工2.2.1铣床和铣削加工2.2.2孔加工机床和孔加工方法2.2.3磨床和磨削加工2.2.4其它机床和加工方法概述2.4.5机床的作用就是为刀具和工件提供必要的成形运动，强制刀具在工件上去除材料，最后使零件成形。各种切削加工机床都是为了加工某种表面而发展起来的，由于零件形状千差万别，组成零件的特征表面形式多样，这就决定了机床结构型式的多样性。本节重点介绍工业生产中比较常见的金属切削机床及对应的表面加工方法。引言2.2常见的金属切削机床和表面加工方法2.2.1车床和车削加工2.2常见的金属切削机床和表面加工方法2.2.1车床和车削加工普通车床结构以普通车床为例：最常见床身2-进给箱3-主轴箱4-主轴5-方刀架6-尾座7-溜板箱8-接屑盘9-丝杠10-光杠数控车床结构：

与普通车床结构对比，找出结构上的相同点和不同点整体布局和普通车床没有颠覆性变化，只是加入数控系统，减少了操作者更多的对刀、调刀和对机床调整的工作。2.2.1车床和车削加工2.车削工艺范围车床上加工的表面基本上都是回转表面；可加工的典型零件类型主要是轴类、盘套类等回转体零件；典型的产品包括小到眼镜框铰链的螺钉，大到气缸、炮管、各种机床主轴、涡轮轴等。2.2.1车床和车削加工3.车刀车削加工所用的刀具叫做车刀分类：按结构整体式；焊接式；机夹（可转位）式硬质合金焊接刀片各种材料制成的可转位刀片特点、应用：对比2.2.1车床和车削加工分类：按用途外圆车刀、端面车刀、切断刀、内孔车刀、螺纹车刀和成形车刀等2.2.1车床和车削加工车刀刀杆选择时主要考虑机床的中心高；一般选矩形截面，但当刀杆厚度尺寸受到限制时，可加宽为方形，以提高刚性。关于刀片和刀杆的配对，可以参考厂家产品样本及选用说明。机床中心高/mm150180~200260~300350~400方刀杆截面h2/mm2162202252302矩形刀杆截面h×b/mm×mm20×1225×1630×2040×25刀杆长度mm125、150、170、200、250常用车刀刀杆的截面尺寸2.2.1车床和车削加工4.工件在车床上的安装

要考虑工件的形状、大小和加工数量不同装夹方式：两种一种是用通用夹具（机床附件）进行装夹---优先考虑，尽量采用二是用专用车床夹具装夹---满足一定条件本章重点：通用夹具（车床附件）2.2.1车床和车削加工1）三爪卡盘最常用主要特点：能自动定心；适用表面形式？圆形、其它？正爪

反爪如何正确使用？2.2.1车床和车削加工2）四爪卡盘主要特点：一般四个卡爪单独调节，不能自动定心；亦有四爪联动形式适用：方型、长方形、椭圆形等表面四爪单独调整四爪联动和三爪卡盘比较：

优、缺点？适用场合？2.2.1车床和车削加工3）双顶尖装夹外形？种类：死顶尖、活顶尖（优缺点和应用场合）如何使用？--驱动、前后顶尖安装顺序适用场合：较长或必须经过多次装夹的轴类工件新型顶尖：如何使用？适用场景2.2.1车床和车削加工4）前端卡盘、后端顶尖装夹什么情况下采用这种方式装夹工件？一般轴类工件，特别是较重的工件（注意工件轴向受力、限位）优点：简单、安全可靠，能承受较大的轴向切削力2.2.1车床和车削加工5）用卡盘、顶尖配合中心架、跟刀架装夹工件出发点：增加支撑刚度；主要用于：细长轴加工；效果：减小工件弯曲变形和振颤2.2.1车床和车削加工5.其它车床简介1）立式车床布局特点（和卧式车床比较）适用场合2.2.1车床和车削加工2）转塔车床布局特点（和卧式车床比较）适用场合和卧式车削中心比较？2.2.1车床和车削加工2.2.2铣床和铣削加工2.2常见的金属切削机床和表面加工方法2.2.2铣床和铣削加工铣床上完成的加工被称为铣削加工1.铣床类型；布局；关键元部件及功能万能卧式普通立式数控立式2.铣削工艺范围适合加工的表面形式：平面、沟槽以及各种曲面、成型面等适用的零件类型：及其广泛--可大可小（匹配机床规格）、可简单可复杂加工性质：可作为粗加工、半精加工、精加工手段2.2.2铣床和铣削加工3.铣刀常用形式：圆柱铣刀；面铣刀；立铣刀；三面刃；键槽铣刀成形铣刀重点关注：刀具整体结构布局；刀齿分布：主刀刃、副刀刃；如何安装使用？如何修磨？2.2.2铣床和铣削加工对应可加工表面特征：平面、台阶、沟槽、成型面2.2.2铣床和铣削加工4.铣削方式周铣和端铣；顺铣和逆铣重点关注：概念对应所用机床和刀具情况优缺点适用场合顺铣逆铣端铣时的对称铣削和不对称铣削2.2.2铣床和铣削加工5.铣削用量要素铣削速度v进给量f铣削深度ap铣削宽度ac注意：不同铣削方式下，参数的表述2.2.2铣床和铣削加工6.工件在铣床上的安装直接装在工作台上：用T型螺栓和压板；用夹具安装通用夹具--机床附件、尽量采用专用夹具--根据需要，自行设计制造（具备条件--可行性、经济性）2.2.2铣床和铣削加工利用通用夹具安装工件常用：平口虎钳：分度头-什么是“分度”回转台：关注要点：能夹什么样的零件？如何装夹？夹具如何在机床上安装、找正？注意和机床的自动化程度的匹配2.2.2铣床和铣削加工关于分度头的工作原理和使用：非数控数控分度范围更广；自动化程度更高--注意和机床自动化程度的匹配2.2.2铣床和铣削加工7.铣削工艺特点及应用总结：其它平面的加工方法（如刨削、磨削等）比较，生产率较高；加工材料的范围也日益广泛;铣削加工的范围极为广泛，不仅可以加工各种类型的大小平面、台阶面，而且可以加工各种直槽、螺旋槽、内外成形表面等，还可以加工有分度要求的平面和沟槽，这是其它加工方法很难完成的。铣削加工精度范围宽：可作为粗加工、半精加工、精加工。一般精铣后的精度等级可达IT9~IT7，表面粗糙度Ra值可达6.3~1.6μm。结论：铣削加工既适用于成批大量生产，也适用于单件小批生产；既适合大型箱体、底座等零件的加工，也适合中小型支架、壳体等零件的加工；即可作为粗加工、半精加工，也可作为精加工手段。2.2.2铣床和铣削加工2.2.3孔加工机床和孔加工方法2.2常见的金属切削机床和表面加工方法2.2.3孔加工机床和孔加工方法问题：

前面介绍的机床，可以加工孔吗？什么样的孔它们加工起来很方便、经济，哪些则不行？1.钻床及其工艺范围钻床和镗床可以很好的解决各种类型的孔的高效快捷加工问题钻床：

主要工作是实体材料钻孔；类型：

立式钻床摇臂钻床台钻要点：机床结构布局及各部分的作用；机床运动；适用场合--工艺范围注意：不同工作，刀具不同2.2.3孔加工机床和孔加工方法2.镗床及其工艺范围镗床也是以孔加工为主的机床。镗削加工主要是指利用镗刀在镗床上对已经铸出、锻出或钻出的孔进一步加工的方法，以达到增大孔径、提高孔的精度和降低表面粗糙度的目的。机床类型：很多，重点介绍卧式镗床金刚镗床要点：机床结构、布局各主要部件运动、功能机床特点机床的典型工作2.2.3孔加工机床和孔加工方法3.孔加工刀具及工艺特点按照零件上是否有底孔，孔加工刀具分为两类：第一类是从实体材料上（无底孔）钻孔的刀具，称为钻头。钻头有麻花钻、扁钻、深孔钻等，其中麻花钻最为常用；第二类是在现有底孔的基础上扩大孔径所用的刀具，包括扩孔钻、铰刀、镗刀等。按照刀具的直径大小是否可调，孔加工刀具也可以分为两类：第一类刀具的直径是固定值，包括钻头、扩孔钻、铰刀、部分镗刀；第二类刀具的径向尺寸大小是可以调节的，多数镗刀都属于这一类。2.2.3孔加工机床和孔加工方法1）麻花钻要点：名称的来由整体结构每一部分的作用刀头及刀刃重点介绍：切削部分主刀刃副刀刃横刃--如何形成的？对刀具的工作性能影响？主刀刃和副刀刃处的前角、后角及分布规律；横刃处的前后角和分布规律决定了刀具的使用性能：可在实体材料打孔；打孔精度有限；打孔孔径尺寸有限2.2.3孔加工机床和孔加工方法新型麻花钻：体现在结构上；体现在所用材料上得益于：新型机床和加工方法的需求高硬、超硬刀具材料的使用；刀具制造工艺方法的创新；2.2.3孔加工机床和孔加工方法总结：

钻孔的工艺特点：①麻花钻属于定尺寸刀具，其直径受孔径限制不能随意增大，加上排屑和输送切削液的需要，螺旋槽必须要有一定的深度。因此，钻芯细，刚性差，加工精度受到影响；②钻头仅凭两条宽度较窄的螺旋形棱带起导向作用，导向能力较差，使孔的轴线容易产生偏斜；③钻头的前、后刀面都是曲面，沿主切削刃各点的前角和后角是变化的，特别是横刃处的前角达-30°，工作后角很小，切削条件很差，加工质量难以提高；④钻头的横刃较长，钻孔时定心条件差，工作时轴向力大，钻头容易偏摆；⑤钻头的主切削刃全长参加切削，刃上各点的切削速度又不相等，刀尖处最大，磨损严重，影响了加工质量和生产率；⑥切屑沿刀刃上各点流出时，流速相差较大，卷成螺旋形，加上钻削加工是半封闭式切削，所以排屑不畅，切削温度高，切削液输送困难，严重影响钻削加工过程和刀具磨损，从而限制了生产率的提高。综上所述原因，钻孔后的形位误差较大，容易造成孔轴线歪斜、孔径扩大、孔不圆等。钻削加工的尺寸精度较低，正常切削条件下一般仅能获得IT13~IT12精度的孔，加工表面粗糙Ra为50~12.5μm。因此，钻孔属于粗加工方法，可用于单件、小批生产，也可用于大批量生产。2.2.3孔加工机床和孔加工方法为了提高孔的加工精度，生产中常常采取一些必要措施，防止孔轴线发生偏斜或减少偏斜的程度：①钻孔前先平端面，保证进给方向与端面垂直，起钻时两刀刃受到相等的径向力；②先用刚性较好的尖顶钻头或中心钻钻出定心坑，以提高钻头起钻时的稳定性；③仔细刃磨钻头，尽量保证切削刃对称，防止产生径向力不平衡而造成钻头歪斜和孔径扩大现象；④修磨横刃，把横刃磨短，且横刃的处角度更加合理，以改善定心和切削条件；⑤适当减小进给量，并采用工件回转的钻削方式（类似于车床上钻孔），这样，即使钻头引偏，孔径尺寸变化，但是能保证被加工孔的轴线与端面垂直，而孔径误差在后面工序纠正相对比较容易；⑥

利用钻模上的钻套（详见第4章）为钻头导向，这点对斜面钻孔尤为重要。2.2.3孔加工机床和孔加工方法2）扩孔钻不在实体材料上打孔要点：整体结构每一部分的作用刀头及刀刃重点介绍：切削部分和钻头比较整体布局主刀刃、副刀刃主刀刃和副刀刃处的前角、后角及分布规律；2.2.3孔加工机床和孔加工方法与钻头相比，扩孔钻在结构及加工条件上有如下特点：(1)因切除余量较小，所以容屑槽浅，钻芯粗，强度和刚性较好；(2)切削刃不必延伸到钻心，所以没有横刃，扩孔时轴向力小，轴线不易偏斜；(3)刀齿数较多，可作出3~4个，因此导向棱带多，导向性好，切削平稳。正是由于上述特点，所以扩孔时可以采用较大的进给量，生产率较高，被加工孔的精度和表面质量都较好，而且扩孔在一定程度上还可以纠正原孔轴线的歪斜。扩孔后的精度一般可达IT10~IT9，表明粗糙度Ra值可达6.3~3.2μm，因此，扩孔属于半精加工，常作为铰孔的预加工。对于精度要求不太高的孔，扩孔也可作为终加工。2.2.3孔加工机床和孔加工方法3）铰刀用于铰削工件上已钻削（或扩孔）加工后的孔，主要是为了提高孔的加工精度，降低其表面的粗糙度；是孔的精加工和半精加工用刀具，加工余量一般很小。要点：整体结构每一部分的作用刀头及刀刃切削齿校准齿为什么铰刀的加工精度高或者说：为什么铰刀是精加工刀具2.2.3孔加工机床和孔加工方法4）镗刀镗刀是专门用于对已有的孔进行粗加工、半精加工或精加工的刀具；镗刀不但可用在镗床上使用，也可在车床或铣床上使用。类型：单刃双刃直径固定直径可调盲孔镗刀通孔镗刀VS要点：认识镗刀的刀刃：每种镗刀的特点：适用的场合：2.2.3孔加工机床和孔加工方法2.2.4磨床和磨削加工2.2常见的金属切削机床和表面加工方法1.磨床用磨料磨具（砂轮、砂带、油石等）为工具进行切削加工的机床，统称磨床。机械零件上的各种表面都能用磨床磨削，所以对应磨床的种类也很多1）外圆磨床普通外圆磨床无心磨床普通外圆磨床--要点：普通外圆磨床能做哪些工作？怎么做？（机床和砂轮的调整）对比普通外圆磨床，万能外圆磨床结构上有哪些变化？在工艺范围上有哪些扩展？2.2.4磨床和磨削加工无心外圆磨床--要点为什么叫“无心”；整体布局、关键部件及运动磨削原理优缺点适用场合总结：无心外圆磨削时，导轮和托板全长支撑工件，刚性好，工件不用打顶尖孔，装夹工件省时省力，可连续磨削，容易实现自动化，生产效率很高，但机床调整复杂。2.2.4磨床和磨削加工2）内圆磨床内圆磨床主要用于磨削各种圆柱孔和圆锥孔要点整体布局、关键部件及运动磨削原理适用场合2.2.4磨床和磨削加工3）平面磨床主要用于磨削平面；根据机床工作台和主轴的布局形式不同，形成多种类型要点：（对比各种平面磨床）砂轮的工作表面不同；砂轮受力和散热条件不同：工件的安装：一般采用电磁吸盘吸在工作台上；利用工作台上的T型槽安装夹具或直接安装工件。2.2.4磨床和磨削加工2.砂轮

（磨床上用的“刀”--多刃）砂轮的主要特性参数：磨料的种类；磨料的粒度；结合剂的种类；砂轮的硬度；砂轮组织；砂轮的形状和尺寸等。其性能好坏对加工精度、表面粗糙度和生产率影响很大。要点：结构组成及各部分作用；砂轮表面磨粒的分布特征；砂轮工作时磨粒的工作状态磨削加工去除余量较小；精加工决定了砂轮磨削时的表现：如适用材料、自锐性、保型性、磨削热、单程材料去除量和去除率、适合加工的表面形式等等2.2.4磨床和磨削加工1)磨料的种类：它应该具有高硬度、高耐磨性、高耐热性、足够的强度和韧性，还应具有锋利的棱角。常用的磨料有3大类：氧化物系、碳化物系和超硬磨料系。它们的名称、代号、性能和适用范围见教材表2-4所示。2）磨料的粒度--指磨粒尺寸的大小。国标规定了粒度有两种表示方法：磨粒：大颗粒--筛选法区分，粒度为40＃表示对应的磨粒刚好能通过每英寸40个筛孔的筛子微粉：小颗粒--水力沉降法分级，前面冠以符号W。例如W28，表示颗粒的实际最大尺寸为28个微米一般规律：颗粒大，加工精度低，表面粗糙；颗粒小，则高，表面更光洁常用磨粒的粒度号及适用范围参考教材表2-52.2.4磨床和磨削加工3）结合剂结合剂是磨具中用以粘接磨料的物质2.2.4磨床和磨削加工4）砂轮硬度指砂轮工作时在外力的作用下磨料颗粒脱落的难易程度。砂轮的硬度合适，磨粒磨钝后因切削力增大便可自行脱落，露出新的锋利的磨粒。砂轮特有的这种自锐性可以增加磨削效率，提高工件的表面质量。等级超软软中软中中硬硬超硬代号DEFGHJKLMNPQRSTY选用普通磨削常用G~N级硬度的砂轮；磨淬火钢选用H~K；未淬硬钢选用L~N；高表面质量磨削选用K~L；刃磨硬质合金刀具选用H~J砂轮硬度等级、代号2.2.4磨床和磨削加工5）砂轮组织指磨具中磨粒、结合剂、气孔三者之间的比例关系国标规定了15个组织号，分别代表了砂轮组织的“疏松”或“紧密”以及程度；普通磨削常用4~7号组织（即中等组织）的砂轮组织号01234567891011121314磨粒率/%626058565452504846444240383634用途成形磨削、精密磨削磨削淬火钢、刀具刃磨磨削韧性大而硬度不高的材料磨削热敏性大的材料砂轮的组织分级2.2.4磨床和磨削加工6）

形状和尺寸砂轮的形状和尺寸是根据机床类别和加工要求设计的砂轮名称截面形状简图代号用途平行砂轮1磨削外圆、内圆、平面，并用于无心磨双斜边砂轮4磨削齿轮的齿形和螺纹桶形砂轮2立轴端磨平面杯形砂轮6立轴端磨平面、内圆及刀具后刀面碗形砂轮11刃磨刀具后刀面、端磨平面蝶形一号砂轮12a磨削铣刀、铰刀、拉刀及齿轮的齿形薄片砂轮41切断和开槽生产中常用的几种砂轮的形状、代号和应用情况2.2.4磨床和磨削加工表达砂轮特性的标记一般标注在砂轮端面上，标注方法可参考相关标准或规范使用时，特别留意盘面标记的vmax值2.2.4磨床和磨削加工3.磨削加工方法1）磨削加工的实质磨削过程实际是为数甚多的磨粒对工件表面进行切削、刻划、摩擦抛光综合作用的结果。一般来说，粗磨时以切削作用为主，精磨时切削、刻划和抛光作用并存。2.2.4磨床和磨削加工2）磨削方法在外圆磨床上纵磨法横磨法要点：砂轮工作状态、运动形式、进给和吃刀量大小、加工效果、适合加工的表面形式此外：有些零件的外圆还可在无心磨床上采用无心磨削的方法外圆磨削：2.2.4磨床和磨削加工内圆磨削可以在内圆磨床或万能外圆磨床上进行和外圆磨削对比，特征如下：加工质量不如外圆磨削：受孔径限制，砂轮直径较小，即时高速旋转，磨削速度也只有普通外圆磨削的一半左右，所以工件表面不易磨光；加工精度不易控制：磨内孔一般采用纵磨法，只有在磨削长度较短、直径较大的孔时，才采用横磨法--纵磨时，由于砂轮越程问题或主轴刚度问题，容易造成孔口形状误差，即加工精度不易控制；磨削效率低：砂轮直径小、转速高，磨损快，需要多次修磨；砂轮轴径受限，刚度不好，吃刀量受限；需要增加光磨次数来保证加工质量上述原因，内圆磨削经常被精镗和铰削代替---满足铰削加工条件情况下；否则，还要采用磨削加工内圆磨削的精度一般可达IT8~IT6，表面粗糙度的Ra值一般为1.6~0.4μm。2.2.4磨床和磨削加工平面磨削周磨：用砂轮圆周上的磨粒进行磨削的方法生产中一般在卧轴矩台平面磨床上进行磨削时砂轮与工件的接触面积小，磨削力小，磨削热少，便于冷却和排屑，砂轮磨损均匀。因此，这种方法的加工精度高，表面粗糙度较低，但效率低，适于精磨端磨：利用砂轮端面上的磨粒进行磨削的方法生产中一般在立轴圆台平面磨床上进行。这种磨床的功率大，砂轮轴的刚性好，悬伸短，可采用较大的磨削用量，生产率较高。但这种磨削方式砂轮与工件的接触面积大，磨削热多且不易散发，冷却液不易进入中心区域，冷却效果不好，工件易产生较大热变形或烧伤。此外，砂轮从外缘到中心各处的线速度不等，造成磨损不均，所以，磨削精度较低。这种磨削方式一般用来加工精度不高的平面或对硬度较高的零件以磨代铣。2.2.4磨床和磨削加工4.磨削加工的特点和应用磨削工艺特点：1)加工精度高、表面粗糙度低。砂轮经过仔细修整后具有无数锋利、等高的微刃，加上磨床本身能做微量的横向进给，从而切下极薄的金属层，半钝化和脱落的磨粒还具有滑擦抛光作用，因此磨削的尺寸精度能达到IT6~IT7，表面粗糙度可达Ra0.1μm。2)周磨时径向磨削力大。这是磨削加工的一个显著特点。径向磨削力作用在砂轮和工件上，会造成砂轮加速钝化，工件弯曲变形，出现圆柱度误差。为此，需要一定的光磨次数，或采用辅助支承。3)磨削温度高、产生残余应力。磨削属于高速切削，切屑与工件分离的时间短，砂轮导热性又很差，造成工件表面的温度很高，不但容易造成工件表面热变形和烧伤，而且表里的温差会造成残余应力。为此，磨削时通常需要浇注大量的切削液，以降低磨削温度。光磨：磨削即将结束时，不再吃刀，继续磨削，直到火花消失为止。光磨主要作用是消除加工系统由于径向力引起的弹性变形对加工精度的影响。应用：磨削加工更适合精加工，特别是对硬度较高的材料，如淬火钢、工具钢等；不适合加工塑性较大的有色金属材料，如铜、铝及其合金等，因为磨削这类材料时容易造成砂轮堵塞，使其失去切削能力。磨削加工既可以用于单件小批生产，也可以用于成批大量生产。2.2.4磨床和磨削加工2.2.5其它机床和加工方法概述2.2常见的金属切削机床和表面加工方法2.2.5其它机床和加工方法概述1.拉床和拉削加工拉床：是用拉刀加工工件各种内、外表面和成形表面的机床要点：机床结构、布局、切削运动、运动的驱动方式、拉刀和工件的安装拉削原理：利用拉刀的齿升量完成深度方向的进给，从而去除材料拉刀：是一种形状复杂刀具要点：结构、刀齿分布及作用圆孔拉刀平面拉刀成型面拉刀刀齿放大3-校准齿4-精切齿5-粗切齿2.2.5其它机床和加工方法概述拉削加工及应用：典型拉削工作工艺特点：一般均在一次行程中完成粗、精加工，生产率很高。拉刀属于定尺寸刀具，拉床又是液压传动，切削平稳，加工质量好。拉孔的直径一般为8~120mm，孔的深径比l/D≤5。拉削精度主要取决于拉刀的精度，通常情况下，粗拉的尺寸精度为IT8~IT7，表面粗糙度Ra值为1.6~0.8μm，精拉为IT7~IT6，Ra值为0.8~0.4μm。拉刀结构和制造过程均较复杂，成本较高，

主要用于成批或大量生产中加工在拉刀进给方向无阻挡的表面（如通孔、通槽等）。应用：2.2.5其它机床和加工方法概述2.齿轮加工机床和齿轮加工齿轮加工过程：一般分两个阶段齿坯加工---实质就是一个盘类、套类或轴类零件的加工齿形加工---需要特殊的方法才能实现（本节要解决的问题）齿形成形工艺：两大类无屑加工：精锻、精铸、冲压、粉末压制等；加工精度都较低，所以应用范围很窄有屑加工切削加工目前仍然是齿形加工的主要方法，加工精度高，应用范围广特种加工2.2.5其它机床和加工方法概述1）成形法用与被切齿轮的齿槽法向截面形状一致的成形刀具切出齿形的方法；最常用的方法有铣齿、拉齿、磨齿；一般没有淬火的，优先考虑铣或拉硬度很高的材料一般用磨需要专门的成形刀具或磨具齿轮成形方法--切削加工：盘状齿轮铣刀

指状齿轮铣刀常用的方法：铣床上铣齿小模数（m<8）齿轮：一般用盘状齿轮铣刀在卧式铣床上加工模数m≥8的齿轮一般用指状齿轮铣刀在立式铣床上加工要点：铣削运动、铣刀的结构特点及对加工精度的影响2.2.5其它机床和加工方法概述成形法铣齿的工艺特点：成形齿轮所用机床为通用机床，通常生产成本低；但齿形误差大，使用普通分度头分度精度较低，分齿误差也较大，因此用成形法铣齿的精度较低。每铣一齿都要重复分度、切入、切出、退刀动作，生产率低。应用：成形法铣齿一般用于单件小批生产或机修工作中，加工9级精度以下、齿面粗糙度Ra值为6.3~3.2μm以上的齿轮刀号12345678加工齿数范围12~1314~1617~2021~2526~3435~5455~134135以上及齿条齿轮铣刀的刀号及对应的加工范围其它方法：在拉床上拉削齿形--因为专用拉刀造价昂贵，一般只适用于大批量生产中加工径向尺寸较小的内齿轮；在磨床上磨齿：多用于高精度齿轮或齿面较硬的齿轮2.2.5其它机床和加工方法概述2）展成法是齿形加工最常用的方法，它利用齿轮刀具与被切齿轮的啮合运动，在专用机床上切出齿形。具体方法：插齿滚齿插齿加工原理插齿刀插齿机要点：插齿运动、插齿刀的结构特点、插齿刀的刀刃及主要角度；工件和刀具的安装插齿工艺的应用：加工内、外直齿圆柱齿轮以及相距很近的双联或多联齿轮；利用附件还可以加工螺旋齿轮2.2.5其它机床和加工方法概述滚齿加工原理插齿刀插齿机要点：滚齿运动、滚刀的结构特点、滚刀的刀刃及主要角度、重磨；工件和滚刀的安装方法滚齿工艺的特点和应用：适于加工直齿圆柱齿轮、螺旋齿圆柱齿轮和蜗轮；不能加工内齿轮、扇形齿轮和间距很近的多联齿轮。滚齿加工也可以用于各种批量的生产类型2.2.5其它机床和加工方法概述滚齿和插齿比较：①相同点：滚齿和插齿均属于展成法，两种方法加工出来的齿轮精度和齿面粗糙度基本相同，精度为8~7级，表面Ra值为1.6μm左右；两种方法在各种加工批量中均被广泛应用。②不同点：插齿刀的制造、刃磨与检验比滚刀方便，插齿刀的精度较高，但插齿机的分齿传动链（使刀和被切齿轮强制实现按一定传动比啮合的传动链）较滚齿机的复杂，增加了传动误差。因此滚齿加工分齿精度较高，而插齿加工齿形精度较高；滚齿加工齿轮的齿宽全长是由刀具多次断续切削出来的，不能像插齿那样通过调整圆周进给量来控制齿面的粗糙度，因此，插齿后的齿面粗糙度优于滚齿；滚齿为连续切削，而插齿不仅有空行程，而且上下往复运动限制了切削速度的提高，所以，滚齿的生产率高于插齿；滚齿和插齿的加工范围：螺旋齿轮在滚齿机上加工比在插齿机上加工方便且经济，而内齿轮和多联齿轮受结构所限，只能插齿而不能滚齿，对于蜗轮和轴向尺寸较大的齿轮轴，只能用滚齿而不能用插齿。2.2.5其它机床和加工方法概述3）齿轮的精加工：

进一步提高齿轮加工精度或降低齿面粗糙度的方法对于7级精度以上或淬火后的齿轮，在铣齿、滚齿和插齿后还需要进行精加工，进一步提高齿形的精度剃齿用剃齿刀；一般用于在滚齿或插齿后未经淬火（35HRC以下）的圆柱齿轮加工。剃齿精度可达7~6级，齿面的粗糙度Ra值可达0.8~0.4μm。要点：剃齿刀的结构和齿形特点、剃齿运动、微量去除材料原理剃齿刀剃齿工艺特点及应用：没有强制性的分齿运动，所以不能纠正分齿误差，但可以提高齿形精度和齿向精度，降低表面粗糙度，所以剃前一般采用滚齿加工。剃齿的生产率很高，多用于大批量生产。一般剃齿刀用高速钢制造，难以加工高硬度齿面2.2.5其它机床和加工方法概述珩齿用珩磨轮在珩磨机上进行的齿形精加工方法，其原理与剃齿完全相同，只是用珩磨轮代替剃齿刀珩齿主要用于加工齿面硬度在35HRC以上的圆柱齿轮，珩齿可达6级精度，齿面粗糙度Ra值可达0.4~0.2μm。要点：珩磨轮的结构和制作、珩齿运动、微量去除材料原理珩齿的工艺特点和应用：珩齿过程中有剃、磨、抛光综合作用。珩齿主要用于消除淬火后的氧化皮和齿面的轻微磕碰而产生的毛刺，进一步降低表面粗糙度，并使齿轮啮合时的噪声有所降低。珩齿常作为7级或766级齿轮“滚-剃-淬火-珩”工艺的最终工序。2.2.5其它机床和加工方法概述磨齿磨齿的方法：成形法：用成形砂轮，在普通磨床即可展成法：锥形砂轮磨齿双蝶形砂轮磨齿蜗杆砂轮法磨削齿面是用砂轮对未淬火或淬火后的齿面进行精加工

锥形砂轮磨齿

双蝶形砂轮磨齿要点：加工原理、展成运动、砂轮形貌展成法磨齿侧工艺特点和应用：展成法磨齿的加工精度高，可达6~4级，最高可达3级，表面粗糙度在0.4μm以下；常用于齿面淬火后的高精度齿轮的加工。2.2.5其它机床和加工方法概述3.数控机床和加工中心数控机床的本质：数控机床仍采用刀具和磨具对工件上多余材料进行切削去除，这点在本质上和普通机床并没有不同，但在如何控制机床的切削运动等方面与传统的切削加工存在较大差别。数控机床的分类：按工艺用途分：数控机床可分为数控车床、铣床、镗床、冲床、电火花机床等等；根据所控制的联动坐标轴数不同：数控机床又可以分为二轴联动、三轴联动、四轴联动、五轴联动甚至更多轴的联动，以适应日益复杂、精度更高的零件的加工需求。2.2.5其它机床和加工方法概述数控机床的组成和工作原理组成：程序编制和存储载体及输入装置、数控装置（CNC）、伺服驱动装置、位置检测装置、辅助控制装置、机床本体等几部分组成工作原理：以立式数控镗铣床为例2.2.5其它机床和加工方法概述数控机床的特点：自动化程度高。生产效率高。加工的零件精度高。有利于实现计算机辅助制造。目前，CAD/CAM技术应用广泛，柔性制造系统（FMS）、现代集成制造系统CIMS不断发展和推广，而数控机床及其加工技术正是这些技术和系统得以推广和应用的硬件基础。适应性强。如果加工对象改变，除了更换刀具和解决工件的装夹方式外，只需改变相应的加工程序即可，所以数控机床特别适合目前多品种、小批量、变化快的生产特征，它不但能够加工形状简单的零件，而且特别适合加工形状复杂的轮廓表面。初始投资较大，加工成本较高。随着技术的不断发展应用，数控机床的价格是不断下降的趋势。2.2.5其它机床和加工方法概述加工中心：

带刀库的数控机床常见类型：镗铣类加工中心车削类加工中心镗铣类加工中心车削类加工中心要点：机床结构主要加工对象优势和局限性2.2.5其它机床和加工方法概述4.精密与特种加工方法精密加工常用的切削加工方法：珩磨、研磨、超精加工、抛光、金刚石镗削、金刚石车削、砂带磨削和镜面磨削等。精密加工切削的工作原理：普通切削基本相同，所不同的是：加工所用的刀具、机床性能不一样，切削用量不一样，加工环境和测量手段不一样等等2.2.5其它机床和加工方法概述研磨概念：研磨是利用研磨工具（称研具或研磨盘）和研磨剂，在一定压力下通过研具和工件之间的复杂相对运动，从工件表面去除极薄表面层的精密加工方法要点：研磨设备（研磨机）研磨工具：研具或研磨盘研磨剂研磨运动及参数研磨加工研磨剂：由磨料、研磨液和辅料混合调配而成。磨料一般用刚玉、碳化硅、金刚石等的微粉；研磨液可用煤油或煤油加机油，主要起冷却和润滑作用；2.2.5其它机床和加工方法概述研具或研磨盘研磨剂的载体，用以涂敷和镶嵌磨料。研具或研磨盘材料的硬度一般比被研工件材料软，以便磨料能嵌入研具表面而不是工件表面，较好的发挥切削作用。研具材料应组织均匀，耐磨性好，否则不易保持其几何精度，影响加工质量。最常用的研具或研磨盘材料是铸铁，也可使用软钢、铜、塑料等。2.2.5其它机床和加工方法概述研磨运动及参数：研磨盘转速研磨轨迹：复杂且不重复压力机械研磨小零件外圆研磨工艺特点及应用：研磨加工能加工外圆、内孔和平面等，工件的尺寸精度能达到0.003~0.005mm，表面粗糙度Ra可达0.1~0.05μm，通常不能提高工件的位置精度。研磨加工方法简单，容易保证质量，尤其是当两个零件有密切配合要求时，研磨是一种很有效的加工方法（可以手工，亦可机动）但是一般情况下研磨的生产效率较低，可用于钢、铸铁、铝、硬质合金、半导体、陶瓷、塑料和光学玻璃等材料的精密加工。2.2.5其它机床和加工方法概述珩磨利用油石作为加工工具对圆柱孔进行精密加工；主要用来对孔进行精密加工工具：珩磨头

要点：结构及调整方法、与主轴浮动连接珩磨加工的原理：要点：如何形成复杂切削轨迹且不重复；微量多次去除过程2.2.5其它机床和加工方法概述珩磨工艺特点及应用由于珩磨头的刚性好，珩磨余量小（一般为0.02~0.15mm），冷却润滑充分，切削温度低，表面破坏层浅，有利于获得高尺寸精度（可达IT5）和好的表面质量的孔。工件上孔径大的地方，油石对工件孔壁的压力自动减小，被磨去的金属就少，最终使工件上的孔获得精确的圆柱形状。珩磨后孔的圆度和圆柱度可控制在0.003~0.005mm范围内。由于珩磨头与机床主轴浮动连接，所以无法修正孔的位置误差与直线度误差。珩磨时珩磨头轴向运动速度很高，同时参加切削的磨粒数又多，所以珩磨的生产率很高，常在大批大量生产中加工发动机的气缸孔、缸套以及各种液压油缸孔及炮筒等。珩磨的加工范围很广，它能加工直径范围为φ15~φ500mm的孔，还能加工长径比大于10的深孔，但不宜加工有色金属，因为极易造成油石堵塞。2.2.5其它机床和加工方法概述抛光利用机械、化学、电化学的作用，使工件获得光亮、平整表