第2章 金属切削机床及各种加工方法.ppt

1、第2章 金属切削机床及各种加工方法,2.1 金属切削机床的分类、型号及传动 2.2 车削加工 2.3 铣削、刨削和拉削 2.4 钻削与镗削加工 2.5 磨削加工 2.6 光整加工 2.7 齿轮齿形加工 2.8 特种加工技术概述,机械工程学院 机械制造基础,2,l按加工性质和加工刀具共分12类（表2.1）,l按照机床通用性（万能程度） （1）通用机床（万能机床）： （2）专门化机床（专能机床）： （3）专用机床：,2.1 金属切削机床的分类、型号及传动2.1.1 金属切削机床的分类,l 按照加工精度： l 按照自动化程度：手动、机动、半自动、自动,机械工程学院 机械制造基础,3,新型机床介绍,l

2、按加工性质和加工刀具共分12类（表2.1）,l按照机床通用性（万能程度） （1）通用机床（万能机床）： （2）专门化机床（专能机床）： （3）专用机床：,2.1 金属切削机床的分类、型号及传动2.1.1 金属切削机床的分类,l 按照加工精度： l 按照自动化程度：手动、机动、半自动、自动,机械工程学院 机械制造基础,4,2.1.2 金属切削机床的型号,l 国产机床型号：（代表字母，代表数字）,机械工程学院 机械制造基础,5,l基本构件： 主传动部件 进给运动部件 动力源 刀具安装装置 工件安装装置 支承件,2.1.3 机床的基本构造,2.1.4 机床的基本传动类型 机床的基本传动类型有机械、液

3、压、气动、电伺服等。最常用的有机械传动和液压传动。,机械工程学院 机械制造基础,6,传动副及符号,l机械传动：,机械工程学院 机械制造基础,7,结构图,机械工程学院 机械制造基础,8,机械传动传动比：,传动链：从输入到输出方向，由若干传动副依次组合起来的传动系统。 传动系统图：用国家标准规定的符号表示的传动系统。 传动结构式：按传动链次序用传动轴号和传动副的结构参数表示的传动关系式。 传动平衡式：用数字表达式排列的方程式来表示传动链“末端件”（起始和终了传动件）之间的传动关系。 传动级数：传动系统输出转速不同个数。,机械工程学院 机械制造基础,9,传动结构式：,例,传动平衡式：,机械工程学院

4、机械制造基础,10,（1） 滑移齿轮变速,传动结构式：- -,机床中常用的变速机构：,机械工程学院 机械制造基础,11,传动结构式：- -,（2）离合器变速,机械工程学院 机械制造基础,12,结构图,机械工程学院 机械制造基础,13,传动结构式：- - - -,（3）塔轮变速,机械工程学院 机械制造基础,14,结构图,机械工程学院 机械制造基础,15,机床传动系统的分析方法：“抓两头，连中间 ”,机械工程学院 机械制造基础,16,C616车床传动系统,机械工程学院 机械制造基础,17,例,机械工程学院 机械制造基础,18,进给运动：,例,主运动：,机械工程学院 机械制造基础,19,丝杠螺母进给

5、：（S为丝杠导程） 齿轮齿条进给： （m为末级齿轮模数）,进给量计算 ：,机床挂轮的要求： 1） 备用齿轮中应有选用齿轮齿数； 2） 要防止挂轮互相干涉，要求满足下列条件： za+zbzc+k zc+zdzb+k 其中k=1522 车、铣螺纹时要求进给量应与加工螺纹的螺距或导程相等，齿轮加工时，滚刀转过1/k转，齿轮转过一个齿或插齿刀转过一个齿，齿轮也转过一个齿。从而可计算出挂轮的传动比，根据传动比来选配挂轮齿数。,机械工程学院 机械制造基础,20,液压系统的主要组成部分： 动力源 速度控制回路 压力控制回路 方向控制回路 执行机构 液压附件,l机床的液压传动简介,机械工程学院 机械制造基础,

6、21,2.2 车削加工,外圆表面是轴类、盘类、套类零件的主要表面或辅助表面、外圆表面的加工方法很多，常用的机械切削方法有车削、磨削等。 2.2.1 车削加工范围 在车床上利用工件旋转，刀具相对移动来加工工件的。,l 车削的方法,车削加工,机械工程学院 机械制造基础,23,2.2.2 车削加工机床,车削装夹,车削装夹,机械工程学院 机械制造基础,26,（1） 易于保证各外圆表面及其它表面间的位置精度 (2) 粗车：精度IT13IT11、表面粗糙度Ra5012.5m； 半精车：精度IT10IT9、表面粗糙度Ra 6.33.2m 精车：精度IT8IT6、表面粗糙度Ra1.60.8m （3） 适合于有

7、色金属零件的精加工 （4） 切削过程平稳、切削效率高 （5）刀具简单，适应性广,l 车削的工艺特点:,机械工程学院 机械制造基础,27,l车削锥面,1）转动小滑板（小刀架）：转过角度等于锥度斜角，手动进给小滑板。适合于加工大而短的内外锥度。,2）偏移尾座：偏移距离S=L(D-d)/2l，大拖板自动进给。适合于加工小而长的外锥度。,3）靠模法：靠模连在中拖板上，大拖板自动进给，精度高、效率高。适合于批量加工小而长的外锥度，也可加工成型面。,4）成形刀具法：成形刀具作横向进给，精度高、效率高。适合于批量加工短锥度，也可加工短的成型面。,机械工程学院 机械制造基础,28,尖刀车削螺纹 特点：精度高，

8、适应性广（可以加工各种牙形、左右旋、内外螺纹），但效率低。 l刀具前刀面上牙形角要与螺纹的牙形角吻合，刀尖与机床中心等高，刀杆与主轴轴线垂直（用样板校对） 吃刀的方法径向或斜向。,l车削螺纹,梳刀车螺纹 特点：效率较高，但只能加工小螺距较短的螺纹。 旋风铣 特点：效率较高，用于加工大、小螺距较长的螺纹。,机械工程学院 机械制造基础,29,2.3 铣削、刨削和拉削,2.3.1 铣削加工范围,平面、直槽、T形槽、燕尾槽、三维内外形状等,机械工程学院 机械制造基础,30,铣削沟槽,机械工程学院 机械制造基础,31,2.3.2 铣床：卧式升降台铣床、立式升降台铣床、龙门铣床、数控铣床等。,2.3 铣削

9、、刨削和拉削,2.3.4 铣削工艺特点： （1） 生产率较高 （2） 刀齿散热条件较好 （3）切削过程不平稳 （4）铣削加工精度IT98，Ra6.31.6m；高速铣精度IT76，Ra1.60.4m,2.3.3铣削加工刀具,立铣刀、盘铣刀、三面刃铣刀、键槽铣刀、锯片铣刀等。,机械工程学院 机械制造基础,32,l铣削方式,（1） 周铣法：用圆周齿进行铣削加工,机械工程学院 机械制造基础,33,l铣削方式,机械工程学院 机械制造基础,34,周铣,机械工程学院 机械制造基础,35,（2）端铣法 ：用端面齿进行铣削加工,端铣法刀杆刚性好，可大用量切削，效率较周铣高； 端铣时有多个切削刃同时切削，切削平稳

10、性好，周铣只有一个到两个齿切削，切削平稳性较差，加工质量比端铣低一个等级； 端铣刀齿有修光过渡刃和副刀刃，加工质量较好； 端铣到结构简单，可镶嵌硬质合金刀片，周铣刀结构复杂； 端铣适应性较差，一般用于加工大平面，周铣适应性较好，可以加工平面、各种沟槽等。,机械工程学院 机械制造基础,36,l铣削中的分度,当铣削四方、六方、齿形离合器、齿轮和多齿刀具的容屑槽时，每铣过一个表面后，需要将工件转动一定角度，再铣另一表面，这种工作称为分度，分度使用铣床的附件分度头进行。 万能分度头 分度盘分度,机械工程学院 机械制造基础,37,l盘形或指形铣刀铣螺纹 用于加工大导程螺纹，效率较高。 l梳形螺纹铣刀铣螺

11、纹 用于批量加工小螺距较短的螺纹，效率较高。,l 铣削螺纹,机械工程学院 机械制造基础,38,2.3.5 刨削加工,l 刨削的工艺特点： （1） 精度低IT9IT8，Ra6.31.6m； （2） 效率低； （3） 刀具结构简单 l宽刃精刨：加工表面粗糙度Ra1.60.4m ，直线度不大于0.02mm/1m， 可代替刮研或磨削，以保证平面贴合度，常用于导轨面、结合面的精加工,l 刨削机床：牛头刨床加工，龙门刨床加工,l刨削运动与加工范围：加工平面、直通沟槽和成型面等。,机械工程学院 机械制造基础,39,l 插削加工：,插削方法：立式刨削 插削应用：常用于内孔直槽或外形的加工。,插削机床：插床,机

12、械工程学院 机械制造基础,40,2.3.6 拉削加工,1）拉削运动与加工范围：可以加工各种截面形状的内外表面，但不能加工薄壁零件及轴向尺寸太大的零件。,4）拉孔的特点： l拉削速度低，切削量小，拉削平稳，刀具磨损慢，加工精度高，表面质量好 l 拉削精度IT7IT6，Ra0.80.4m l 拉削刀具结构复杂，制造困难，成本高，拉削效率高，一般用于批量生产 l拉孔加工要求工件安装采用浮动式结构，不夹紧，防止孔中心与拉刀中心不重合，而破坏拉刀。,3）拉刀：其截面形状为加工孔的轴向端面形状，它把总的切削量分散到拉刀的各个刀齿上。,2）拉床,机械工程学院 机械制造基础,41,2.4.2钻床,2.4 钻削

13、与镗削加工2.4.1 钻削运动与加工范围,钻床加工可用于：钻孔、扩孔、铰孔、攻丝等。,机械工程学院 机械制造基础,42,麻花钻的角度： 前角0为正交平面内前刀面与基面的夹角，由于钻头的前刀面为螺旋面，故越靠近中心，前角越小，横刃为负前角。 侧后角为轴向圆柱剖面内后刀面与切削平面的夹角 。故越靠近中心，后角越大。 顶角2两主切削刃在中心截面上投影的夹角。标准钻头顶角为118。 横刃斜角 主切削刃与横刃在钻头端面上投影的夹角。 螺旋角 最外缘螺旋线切线与轴线的夹角,2.4.3 钻头、锪钻、铰刀和丝锥,（1）麻花钻：直柄麻花钻（0.520） 锥柄麻花钻（880） 钻头材料： 钻头一般为高速钢材料。

14、钻头结构：三条切削刃，前刀面（螺旋面）、后刀面等,机械工程学院 机械制造基础,43,（2）扩孔钻：扩孔钻（多齿，刚性好） 通常也可用麻花钻（麻花钻的横刃不切削）,（3）锪钻,（4）铰刀：手动铰刀（锥度小而长150） 机用铰刀（锥度较短1080）,（5）丝锥：手动和机用,机械工程学院 机械制造基础,44,（1）钻孔 钻孔的特点 钻头刚性差，易引偏； 钻孔排屑困难，切屑挤压、摩擦已加工表面，表面质量差，钻孔精度IT13IT11，Ra为5012.5m 钻孔加工生产效率低,防止钻头引偏的措施： 钻头切削刃要对称; 先加工平面，防止表面不平而引偏； 用短而粗的钻头先钻一引孔； 采用小进给，减小轴向力；

15、使用钻套引导，合理使用切削液。,2.4.4 钻床加工工艺特点,机械工程学院 机械制造基础,45,钻孔用于所有实体零件上孔粗加工，孔径0.550，一般超过30的孔分次钻孔，先用0.70.8D的钻头钻孔，再扩孔。 钻孔一般用于软材料零件的加工，不适合硬材料零件孔的加工。（特殊情况可用合金钻头钻淬硬材料） 钻孔方式： 1）回转并轴向进给（如钻床、铣床、镗床等钻孔），钻孔时易出现孔的偏斜； 2）工件回转，钻头轴向进给（如车床等钻孔），钻孔时孔径会变化，形成锥度、鼓形等。,钻孔的应用,深孔钻削：L/D5的孔，通常采用深孔钻钻孔,机械工程学院 机械制造基础,46,扩孔的特点： 加工精度IT10IT9，Ra

16、6.33.2m； 扩孔钻头的切削刃短，无横刃，切削条件好； 扩孔加工余量小，容屑槽较浅，钻头刚性好， 可大进给高速切削，效率高； 钻头有多个切削刃，导向性好，切削平稳，可校正毛坯孔轴线偏斜。,扩孔的应用： 用于小孔基础上的孔径扩大，一般孔径小于80 用于半精加工低硬度材料的孔,（2） 扩孔,机械工程学院 机械制造基础,47,（3）铰孔,铰孔的特点： 铰孔余量小（粗铰0.150.35mm），切削速度低，切削力小，发热少，铰刀导向性好，切削平稳，加工质量好； 加工精度IT87，Ra1.60.4m； 铰孔的适应性较差，一把铰刀只能加工一种尺寸精度的孔，不宜加工非标孔、台阶孔、盲孔、非连续表面（如轴向

17、有键槽等），不能加工硬材料工件； 铰孔可纠正孔的形状误差，不能纠正位置误差。,铰孔的应用： 铰孔用于软材料零件孔的精加工，不能加工硬材料； 铰孔孔径180,机械工程学院 机械制造基础,48,（4）攻螺纹,攻螺纹一般用于直径较小的内螺纹加工，精度较低，可用于单件生产，也可用于批量生产。 攻螺纹前先要钻螺纹底孔： 塑性材料底孔直径：d=D-P 脆性材料底孔直径：d=D-(1.051.1)P,机械工程学院 机械制造基础,49,l镗孔精度 u普通机床镗孔精度IT8IT7，Ra1.60.8m u坐标镗床镗孔精度IT7IT6，Ra0.04m,3. 镗孔工艺特点 l镗刀： 单刃镗刀；浮动镗刀； 可调镗排；万

18、能镗排。,1. 镗床：卧式镗床、坐标镗床、镗铣削中心等,2.4.5 镗削加工,2. 镗削运动与加工范围 主运动为镗刀旋转，进给运动为镗刀轴向进给或工件轴向进给,机械工程学院 机械制造基础,50,l 镗孔加工特点,1）单刃镗刀镗孔特点 适应性广，灵活，但对操作工人技术水平要求较高； 可以校正原有孔的轴线位置偏差； 生产率较低，镗杆刚性差，单刃切削，调整时间长，一般用于单件、小批量生产。,2） 浮动镗刀镗孔特点 加工质量高，浮动可减少刀杆、刀具安装偏差； 生产效率高，双刃切削，操作方便； 刀具结构复杂，对刀具刃磨要求较高，刃口要对称，一般用于较大孔径的批量生产。,机械工程学院 机械制造基础,51,

19、2.5 磨削加工,（1）磨料：刚玉类（Al2O3，包括棕刚玉、白刚玉等） 碳化硅类（SiC，包括黑色碳化硅、绿色碳化硅） 高硬度磨料（立方氮化硼CBN、金刚石等） （2）磨料粒度：砂轮越粗效率越高，但加工表面质量差。 粗加工和磨软材料时选粗砂轮，精加工及磨硬材料时选细砂轮。 （3）结合剂：陶瓷、树脂、橡胶及金属结合剂等 （4）硬度：指砂轮磨料脱落的难易程度 加工硬材料用软砂轮，加工软材料用硬砂轮。 （5）组织：磨料、结合剂与气孔的比例 加工软材料用疏松的砂轮（防止砂轮堵塞） （6）形状、尺寸与特性代号： GB 80 ZR1 A P 3004 磨料（白刚玉） 粒度 硬度 结合剂（陶瓷） 形状（平

20、） 尺寸,2.5.1 砂轮,机械工程学院 机械制造基础,52,2.5.2 磨削类型与运动,磨削类型与运动 1）内外圆磨削,2）平面磨削,3）型面磨削,4）砂带磨削,机械工程学院 机械制造基础,53,（1）砂轮磨粒小而多，一次切削量小，精度高IT7IT6、表面粗糙度小Ra 0.20.8m （2）磨削温度高 （3）砂轮有自锐作用（磨粒有自锐性、磨钝磨粒的脱落 （4）磨削加工的工件材料范围广 可以加工高硬度的材料，但不能加工塑性较大的软材料，如有色金属紫铜、铝合金等。,l 磨削的工艺特点,l 磨削过程：切削、刻划和滑擦膻作用的综合。,机械工程学院 机械制造基础,54,2.5.3 外圆磨削加工工艺,1

21、) 外圆磨床,机械工程学院 机械制造基础,55,l外圆磨削工艺方法,纵磨法：加工时径向力小，加工质量好，但效率低，且对前道工序要求较高（必须经过半精车或精车）。 用于加工细长工件，但见小批量生产。,机械工程学院 机械制造基础,56,l外圆磨削工艺方法,横磨法：加工时径向力大，加工质量略差，效率高。 用于批量生产短而粗刚性较好且加工面较短的工件。,机械工程学院 机械制造基础,57,深磨法：一次磨削量大，加工时径向力大，加工质量略差，效率高。用于批量生产短而粗刚性较好的工件。,l外圆磨削工艺方法,机械工程学院 机械制造基础,58,l外圆磨削工艺方法,机械工程学院 机械制造基础,59,1）无心磨削原

22、理：一次磨削完成，加工质量好IT6IT5, Ra0.80.2m，效率高。用于批量生产光轴、销轴和套，工件外圆表面不允许有阶梯、轴向通槽。,2.5.4 无心磨削加工工艺,2）无心磨床,机械工程学院 机械制造基础,60,2.5.5 内圆磨削,2）磨孔方法 （1）纵磨法：要求砂轮加长杆的刚性要好，磨削时超越工件口距离为砂轮宽度的1/31/2，否则会出现加工误差。,（a）超越距离太短 （b）超越距离太长,1）内圆磨床,机械工程学院 机械制造基础,61,（2）横磨法 （3）无心内圆磨削：适用于薄壁大圆孔 （4）坐标磨削,机械工程学院 机械制造基础,62,3）磨孔的特点：, 砂轮轴长，刚性差，易变形、振动

23、，加工质量差 磨削内孔精度IT8IT6，Ra0.80.4m 砂轮直径小，线速度低，磨削效率低 砂轮直径小，磨料切削次数多，磨损快 切削温度较高，冷却条件差 排屑困难，易堵塞砂轮 适应性好，可以加工硬材料，盲孔、阶梯孔等,机械工程学院 机械制造基础,63,2.5.6 平面磨削加工工艺,l周磨：卧轴矩台，精度高IT7IT6，表面质量好Ra1.60.4m，用于精加工。 l 端磨：立轴圆台，加工精度低，表面质量差，但效率高，用于粗加工代替铣、刨。,l 平面磨削工件装夹,机械工程学院 机械制造基础,64,2.5.7 螺纹的磨削加工,l 单线砂轮磨削 ：适应性好，但效率低。 l 多线砂轮磨削：用于磨削小螺

24、距螺纹，效率高。 l 无心磨削 磨削小螺距螺纹时，一般不需要进行粗加工。,机械工程学院 机械制造基础,65,2.6 光整加工2.6.1 研磨,（1） 研磨方法 研磨工具（常用铸铁材料）：研磨工具材料要求硬度较低，能包容异物，耐磨性好。常用材料为铸铁。 研磨剂：为磨粒与调和剂的调和物。 通常磨粒有刚玉、碳化硅、金刚砂等，调和剂为机油与红丹粉混合物。 （2）研磨加工范围 外圆、内孔、平面、球面等,机械工程学院 机械制造基础,66,（3） 研磨的特点,（a） 速度低、压力小，加工精度达IT6IT4、表面粗糙度最小达Ra 0.10.008m。 （b）切削余量小，通常为0.0050.05mm，要求前道工

25、序精度高，表面质量好。 （c）可以纠正形状误差，但不能改变位置误差。 （d）适应性广，可用于各种材料、不同批量的工件加工。,机械工程学院 机械制造基础,67,2.6.2 珩磨,珩磨余量0.020.15mm，精度达IT6IT5，Ra0.2 0.025m；用于151500mm孔的批量光整加工及深孔加工；加工效率高。,为了降低表面粗糙度，珩磨表面形成的是不重复的交叉网纹。 粗磨2为4060 精磨2为1545,机械工程学院 机械制造基础,68,2.7 齿轮的齿形加工,2.7.1铣齿 铣齿加工的特点：成本低，精度低，效率低。 铣齿加工适用：单件小批量生产、修配精度较低的齿轮。,机械工程学院 机械制造基础

26、,69,2.7.2 展成法加工齿形,l 滚齿：利用齿轮齿条啮合的原理，加工齿轮的齿形面为刀齿面运动轨迹的包络线。用于加工直齿、螺旋齿圆柱外齿轮及蜗轮等。 精度IT8IT7,l 插齿：利用齿轮啮合的原理，加工齿轮的齿形面为刀齿面运动轨迹的包络线。用于加工直齿圆柱内、外齿轮及齿条等。,机械工程学院 机械制造基础,70,l磨齿 成形法磨齿：成形砂轮磨削，与盘铣刀铣齿相同。 展成法磨齿：利用齿轮齿条啮合原理。,2.7.3 齿轮精加工方法,l剃齿：利用齿轮啮合时齿面间的相互滑动，对齿面进行加工。加工时齿坯与剃齿刀直接啮合，不需要外加传动于齿坯，可以在原齿轮精度基础上提高一个精度等级。一般用于软齿面齿轮加工。 l珩齿：利用齿轮啮合时齿面间的相互滑动，对齿面进