第四章机械零件常见表面加工方案的确定ppt课件.pptx

工工艺分析艺分析图图纸纸提出提出修改修改意见意见审查审查材料材料审查零件审查零件的结构工的结构工艺性艺性下一步下一步审审查查技术技术要求要求机械零件的加工实质上是分别将每个表面按零件图要求加工好，所以先要解决零件表面的加工方案。那么，如何确定单个表面的加工方案呢？第4章 机械零件常见表面的加工方案的确定4.1.1 表面加工方法的选择原则（1） 表面的形状和尺寸工件表面的加工方法应与表面的形状相适应：圆孔可以采用钻、铰、镗、车或磨等方法进行加工；非圆孔可以采用拉削、插削和电加工等方法进行加工；4.1 零件表面的加工方案的确定零件表面的加工方案的确定4.1.1 表面加工方法的选择原则（1） 表面的形状和尺寸表面的尺寸大小也要影响加工方法的选择：小孔可以用钻、铰或拉削等方法加工。大尺寸的孔可以采用镗削或磨削等方法加工。4.1.1 零件表面加工方法的选择原则综合考虑工件形状和尺寸例如，对于工件尺寸和质量比较大的回转面，应选用立车的方法进行加工。4.1.14.1.1加工经济精度： 指在正常的加工条件下（采用符合质量标准的设备和工艺装备，使用标准技术等级的工人、不延长加工时间），所能保证的加工精度和表面粗糙度。4.1.14.1.1 4.1.2 零件表面的加工方案的确定零件表面的加工方案的确定4.2 平面加工 4.2.1概述 平面加工常用的加工方法有: 铣削加工：主要用于末淬硬工件的粗加工和半精加工， 磨削加工：主要用于零件件的精加工，可加工高硬度零件 刨削加工：加工的生产率和精度低，主要用于狭长平面的末淬硬零件的加工 车削加工：用于末淬硬轴类零件的端面加工4.2 平面加工 4.2.1概述平面加工常用的加工方法有: 拉削加工：生产率和加工精度都高，一般用于大批量生产时的末淬硬零件的加工 研磨 ：主要用于提高零件表面的光洁度，是一种光整加工方法。4.2.2 铣削加工 1） 铣削加工的特点：（1）铣刀是一种多齿刀具，在铣削时，铣刀的每个刀齿不象车刀和钻头那样连续地进行切削，而是间歇地进行切削，刀具的散热和冷却条件好，铣刀的耐用度高，切削速度可以提高；（2）铣削时经常是多齿进行切削，可采用较大的切削用量，与刨削相比，铣削有较高的生产率，在成批及大量生产中，铣削几乎已全部代替了刨削；（3）由于铣刀刀齿的不断切入、切出，铣削力不断地变化，故而铣削容易产生振动，加工精度不高。2）铣削用量： 铣削用量包括：切削速度、进给量、铣削深度和铣削宽度四要素。其铣削用量如图所示。铣削运动及铣削用量a)在卧铣上铣平面 b)在立铣上铣平面4.2.2 铣削加工 3）铣削的应用 铣床的加工范围很广，可以加工平面、斜面、垂直面、各种沟槽和成形面（如齿形），如下图所示。 4.2.2 铣削加工3）铣削的应用4） 铣削加工种类周铣：用铣刀圆柱表面上的刀齿进行加工。a逆铣 b顺铣4）铣削加工种类周铣包括顺铣和逆铣 端铣： 用铣刀端面上的刀齿进行铣削加工4.2.2 铣削加工5）铣床 铣床种类很多，常用的有卧式铣床、立式铣床、龙门铣床和数控铣床及铣镗加工中心等。在一般工厂，卧式铣床和立式铣床应用最广，其中万能卧式升降台式铣床，简称万能卧式铣床应用最多，特加以介绍。 万能卧式铣床 卧式万能升降台铣床简称万能铣床，是铣床中应用最广的一种。其主轴是水平的，与工作台面平行。下面以X6132铣床为例，介绍万能铣床型号以及组成部分和作用。X6132万能卧式升降台铣床 立式铣床 四轴龙门铣床外形 4.2.3 刨削加工 在生产中常用的刨床有：牛头刨床和龙门刨床。前者用作加工中、小型板件，后者用于大型板件的加工。刨削加工一般用于单件或小批量生产，加工精度为IT9IT7，表面粗糙度值Ra为(12.51.6)um，故一般用于粗加工，生产率比铣削低。加工原理如下图所示。 刨削加工示意图 4.2.3 刨削加工1工作台2刀架3滑枕4床身5变速手柄6滑枕行程调节柄7横向进给手柄8横梁牛头刨床外形图4.2.3 刨削加工1、8侧刀架 2横梁 3、7立柱 4顶梁 5立刀架 9工作台 10床身龙门刨床外形图4.2.3 刨削加工4.2.4 磨削加工 1、平面磨削加工工艺特点及分类 对于精度要求高的平面以及淬火零件的平面加工，一般需要采用平面磨削的方法。 a 卧轴矩台平面面磨床磨削 b卧轴圆台平面面磨床磨削 c立轴矩台平面面磨床磨削 d立轴矩台平面面磨床磨削4.2.5 平面平面的加工方案的确定的加工方案的确定4.2.5 平平面的加工方案面的加工方案方案 公差等级表面粗糙度加工方案适用范围1IT12IT102512.5粗车轴、套、盘类等零件未淬火的端面2IT9IT76.30.8粗车半精车精车3IT10IT86.31.6粗刨（铣）精刨（铣）用于不淬硬的平面4IT7IT60.80.1粗刨（铣）精刨（铣）平磨用于不淬硬或淬硬的平面5IT7IT60.40.05粗刨（铣）精刨（铣）粗磨精磨用于高精度低粗糙度的平面43 外圆表面加工 4.3.1 外圆表面的加工方法 具有外圆表面的典型零件有轴类、盘类和套类零件，外圆表面加工根据表面成形方法不同有轨迹法和成形法两种，根据使用加工设备不同有车削、磨削和光整加工，其中车削加工常用于外圆表面的粗加工和半精加工；磨削加工用于外圆表面的精加工；而光整加工用于外圆表面的超精加工。在大批量生产中，有的外圆表面还可采用拉削加工，如曲轴外圆表面粗加工。43 外圆表面加工 4.3.1 外圆表面的加工方法 车削：常用于外圆表面的粗加工（粗车）和半精加工（半精车） 磨削：用于外圆表面的精加工 光整加工：用于外圆表面的超精加工其中车削加工4.3.2 外圆的车削加工 1）车削的工艺特点 （1）易于保证零件各加工表面的位置精度（2）生产率较高 （3）生产成本较低 （4）适于车削加工的材料广泛2）车削加工类型一般可分为4种：粗车、半精车、精车和精细车。 (1) 粗车 主要用于零件的粗加工，作用是去除工件上大部份加工余量和表层硬皮，为后续加工作准备。加工余量约(1.5mm2mm),加工后的尺寸精度可达IT11IT13；表面粗糙度Ra可达（5012.5）m (2) 半精车 在粗车的基础上对零进行半精加工,进一步减少加工余量,提高表面光洁度, 加工余量约 (1.5mm0.8mm),加工尺寸精度可达IT8IT10；表面粗糙度Ra可达（6.33.2）m,一般可用作中等精度要求零件的终加工工序。 (3) 精车 在半精车的基础上对零件进行精加工, 加工余量约 (0.5mm0.8mm), 加工后的尺寸精度可达IT7IT8；表面粗糙度Ra可达（1.63.2）m. (4) 精细车 主要用于有色金属的精加工。加工余量小于 0.3mm, 加工后的尺寸精度可达IT6IT7；表面粗糙度Ra可达（0.40.0025）m。3）车削加工工艺范围 卧式车床的工艺范围相当广泛，可以车削内外圆柱面、圆锥面、环形槽、回转体成型面，车削端面和各种常用的公制、英制、模数制、径节制螺纹，还可以进行钻中心孔、钻孔、扩孔、铰孔、攻螺纹、套螺纹和滚花等工作 3）车削加工工艺范围3）车削加工工艺范围4）车刀的种类和用途 车刀按用途分为外圆车刀、端面车刀、内孔车刀、切断刀、切槽刀等多种形式 常用车刀类型4）车刀的种类和用途5）车床 （1）主要技术参数 机床的主要技术参数包括机床的主参数和基本参数。 （2）车床必须具备的成形运动： 主运动为工件的旋转运动。进给运动为刀具的直线移动。进给运动分为三种形式：纵向进给运动、横向进给运动、斜向进给运动。 （3）车床的分类 车床的种类很多，按用途和结构的不同，主要分为以下几类 1）卧式车床 2）立式车床 3）转塔车床 4）自动车床和半自动车床 5） 仿形车床 6）专门化车床 4.3.3外圆表面的磨削加工 外圆磨削加工是利用砂轮作为切削工具，对工件外圆进行高速切削的一种加工方法，多用于零件外圆表面的精加工和淬硬表面的加工。1）外圆磨削加工的工艺特点及应用范围 （1）磨粒硬度高，它能加工一般金属切削刀具所不能加工的工件表面。 （2）磨削加工能切除极薄极细的切屑，修正误差的能力强，加工精度高（IT6IT5），加工表面粗糙度小。 （3）磨粒在砂轮上随机分布，同时参加磨削的磨粒数相当多，磨痕轨迹纵横交错，容易磨出表面粗糙度小的光洁表面。 （4）由于大负前角磨粒在切除金属过程中消耗的摩擦功大，再加上磨屑细薄，切除单位体积金属所消耗的能量，磨削要比车削大得多 2）外圆表面的磨削方法 在外圆磨床上磨削外圆 在外圆磨床上磨削外圆也称为“中心磨法”，工件安装在前后顶尖上，用拨盘和鸡心夹头来传递动力和运动。常用的磨削方法有：纵磨法、横磨法及综合磨法。 在外圆磨床上磨削外圆 (a)纵磨法 (b) 横磨法 (c) 深磨法图 8-13 外圆磨削加工方法3）M1432A型万能外圆磨床 M1432A型机床是普通精度级万能外圆磨床，经济精度为IT6IT7级，加工表面的表面粗糙度值Ra可控制在1.250.08m范围内。万能磨床可用于内外圆柱表面、内外圆锥表面的精加工，虽然生产率较低，但由于其通用性较好，被广泛用于单件小批生产车间、工具车间和机修车间。3）M1432A型万能外圆磨床 M1432A型磨床的运动 1）主运动：外圆磨和内圆磨砂轮的旋转运动。由电机驱动。 2）进给运动：工件的圆周进给运动；工件台带动工件的纵向进给运动；砂轮横向进给运动。均由磨床的液压系统完成。 3）辅助运动：砂轮架的快速进退运动；尾架套筒的伸缩运动。也由磨床的液压系统来完成。3）M1432A型万能外圆磨床4.3.4 外圆表面外圆表面的加工方案的确定的加工方案的确定外外圆表面的加工方案圆表面的加工方案方案公差等级表面粗糙度Ra(m)加工方案适用范围1IT13IT115012.5粗车适用于淬火钢外的各种金属2IT10IT86.33.2粗车半精车3IT8IT71.60.8粗车半精车精车4IT6IT50.80.2粗车半精车精车精细车主要用于要求高的有色金属5IT8IT70.80.4粗车半精车磨削适用于除有色金属外的各种金属，特别是淬火钢6IT7IT60.40.1粗车半精车粗磨精磨7IT5IT30.10.025粗车半精车粗磨精磨超精磨4.4 内圆表面加工方案的确定 4.4.1 概述 内圆面的加工方法，有钻孔、扩孔、铰孔、镗孔、拉孔和磨孔等。对于精度要求高的孔，最后还需经珩磨或研磨及滚压等精密加工。4.4 内圆表面加工方案的确定 4.4.1 概述 内圆面(孔)的加工与外圆面的加工相比，具有以下特点： 1)孔加工所用的刀具(或磨具)的尺寸受被加工孔的直径的限制，刀具的刚性差，容易产生弯曲变形及振动；孔的直径越小，深度越大，这种影响越显著。 2)大部分孔加工刀具为定尺寸刀具，孔的直径往往取决于刀具的直径，刀具的制造误差及磨损将直接影响孔的加工精度。 3)加工孔时，切削区在工件的内部，排屑条件、散热条件都差。因此，孔的加工精度和表面质量都不容易控制。4.4.2 钻孔 钻孔主要用于在实体材料上加工孔，是粗加工工序，加工精度一般可达到IT1012；粗糙度Ra可达（50 12.5）um。所用刀具一般都采用麻花钻。由于加工精度不高，故主要用于加工要求不高的孔或精加工孔的预孔。 麻花钻4.4.2 钻孔4.4.3 扩孔 扩孔主要用于对已有的孔进行再加工，从而扩大孔径，扩孔后孔的精度可达IT9 IT10级，粗糙度值Ra可达（12.5 6.5）um。扩孔是半精加工工序,通常作为铰孔前的预加工工序或者精度要求不高的孔的最终加工工序。 扩孔钻4.4.3 扩孔4.4.4 锪孔 主要用于在已加工的孔的基础上加工出圆柱形和锥形沉头孔以及端面凸台。所用刀具为锪钻，其结构和加工原理如下图所示 4.4.5 铰孔 铰孔主要用于中小孔的精加工和半精加工,其加工精度可达IT6IT9,Ra值可达(3.20.2)um.主要加工方法有:手铰与机铰两大类.如下图所示. 铰刀结构 4.4.5 铰孔4.4.6 磨孔 内圆磨削是指用直径较小的砂轮加工圆柱孔、圆锥孔、孔端面和特殊形状内孔表面的方法。其加工可在内圆磨床和万能外圆磨床上进行。磨孔工艺特点及应用由于内圆磨削的工作条件必外圆磨削差，故内圆磨削有如下特点： 磨孔用的砂轮直径受到工件孔径的限制，约为孔径的0.50.9倍，砂轮直径小则磨耗快，因此经常需要修整和更换，增加了辅助时间。 由于选择直径较小的砂轮，磨削时要达到砂轮圆周速度2530m/s是很困难的。因此，磨削速度比外圆磨削速度低的多，故孔的表面质量较低，生产效率也不高。 砂轮轴的直径受到孔径和长度的限制，又是悬臂安装，故刚性差，容易弯曲和变形，产生内圆磨削砂轮轴的偏移，从而影响加工精度和表面质量。 砂轮与孔的接触面积大，单位面积压力小，砂粒不易脱落，砂轮显得硬，工件易发生烧伤，故应选用较软的砂轮。 切削液不易进入磨削区，排屑较困难，容易堵塞砂轮，影响砂轮的切削性能。内圆磨削方法中心内圆磨削方法无心内圆磨削 在无心内圆磨床上进行的，被加工工件多为薄壁件，不宜用夹盘夹紧，工件的内外圆同轴度要求较高。这种磨削方法多用于磨削轴承环类型的零件，其工艺特点是精度高，要求机床具有高精度、高的自动化程度和高的生产率，以适应大批大量生产 无心内圆磨床磨削4.4.7 镗孔 镗孔是在工件已有的孔上进行扩大孔径的加工工艺方法。镗孔和钻扩铰 工艺相比，孔径尺寸不受刀具尺寸的限制，且镗孔具有较强的误差修正能力，可通过多次走刀来修正原孔轴线偏斜误差，而且能使所镗孔与定位表面保持较高的位置精度 车床上镗孔加工4.4.7 镗孔镗床上镗孔4.4.7 镗孔4.4.8 拉孔 拉孔是一种高生产率的精加工方法，可以加工各种形状的通孔。它是用特制的拉刀在拉床上进行的。 拉刀 拉削根据工件截面形状不同，存在多种形式的拉刀。圆孔拉刀是常用的拉削刀具，结构如下图示。4.4.9 内孔表面内孔表面的加工方案的确定的加工方案的确定孔孔的加工方的加工方案（部分）案（部分）方案公差等级表面粗糙度加工方案适用范围1IT13IT11 5012.5钻加工除淬火钢外各种金属实心毛坯上较小的孔2IT10IT96.33.2钻扩3IT8IT76.33.2钻扩铰4IT7IT60.40.2钻扩机铰手铰5 IT13IT10 12.56.3粗镗除淬火钢外各种金属，毛坯有铸出孔或锻出孔6IT9IT83.21.6粗镗精镗7IT8IT71.60.8粗镗半精镗精镗8IT7IT60.80.4粗镗半精镗精镗精细镗9IT7IT60.20.1粗镗半精镗粗磨精磨主要用于淬火钢，但不宜用于有色金属4.5齿轮加工 4.5.1齿轮概述 齿轮传动广泛应用于机床、汽车、飞机、船舶及精密仪器等行业中，因此，在机械制造中，齿轮生产占有极其重要的位置。其功用是按规定的速比传递运动和动力。4.5.2齿轮加工机床的工作原理 齿轮加工机床的种类繁多，构造各异，加工方法也各不相同，按齿面加工原理来分，有范成法（展成法）和成形法。 成形法 成形法它是利用仿照与被切齿轮齿槽形状相符的盘状铣刀或指状铣刀切出齿形的方法，如下图所示。在铣床上加工齿形的方法属于成形法 用盘状铣刀和指状铣刀加工齿轮a)盘状铣刀铣齿轮 b)指状铣刀铣齿轮 范成法 用范成法加工齿轮时，刀具与工件模拟一对齿轮（或齿轮与齿条）作啮合运动（范成运动），在运动过程中，刀具齿形的运动轨迹逐步包络出工件的齿形。 范成法切齿刀具的齿形可以和工件齿形不同，且可以用一把刀具切出同一模数而齿数不同的齿轮，加工时连续分度，具有较高的加工精度和生产率。 滚齿机、插齿机、剃齿机和弧齿锥齿轮铣齿机均是利用范成法加工齿轮的齿轮加工机床。4.5.2齿轮加工机床的工作原理4.5.3滚齿 滚齿加工原理和工艺特点 滚齿是应用一对螺旋圆柱齿轮的啮合原理进行加工的。所用刀具称为齿轮滚刀。滚齿是齿形加工中生产率较高、应用最广的一种加工方法。滚齿加工通用性好，既可加工圆柱齿轮，又可加工蜗轮；既可加工渐开线齿形又可加工圆弧、摆线等齿形；既可加工小模数、小直径齿轮，又可加工大模数、大直径齿轮。 滚齿原理齿轮滚刀 4.5.4插齿 插齿原理及运动 a 盘形插齿刀 b碗形插齿刀 c锥柄插齿刀 图8-56 插齿刀的类型4.5.5 剃齿 剃齿原理 剃齿是根据一对轴线交叉的斜齿轮啮合时，沿齿向有相对滑动而建立的一种加工方法 剃齿工作原理4.5.6 珩齿 珩齿原理及特点 珩齿是热处理后的一种光整加工方法。珩齿的运动关系和所用机床与剃齿相似，珩轮与工件是一对斜齿轮副无侧隙的自由紧密啮合,所不同的是珩齿所用刀具是含有磨料、环氧树脂等原料混合后在铁心上浇铸而成的塑料齿轮。切削是在珩轮与被加工齿轮的“自由啮合”过程中，靠齿面间的压力和相对滑动来进行的 珩磨轮珩磨原理 方案的选择齿形加工方案主要取决于齿轮的精度等级、结构形状、生产类型、热处理方法和生产条件。常用齿形加工方案如下： （1）8级精度以下齿轮 调质齿轮用滚齿或插齿就能满足要求。淬硬齿轮用滚（插）齿齿端加工淬火校正孔的加工方案，但在淬火前齿形精度应提高一级。 （2）76级精度齿轮 采用滚（插）齿齿端加工剃齿淬火校正基准珩齿。此方案生产率高、设备简单、成本较低，适用于成批或大批大量生产齿面需淬硬的齿轮。 （3）5级以上精度的齿轮 粗滚齿精滚齿齿端加工淬火校正基准粗磨齿精磨齿。此方案最高精度可达43级。 4.5.7 齿形加工方案的确定4.6 螺螺纹加工纹加工方案的确定方案的确定 螺纹的结构简单、形式多样、传动螺纹的结构简单、形式多样、传动稳定、连接可靠、调整迅速准确、装拆稳定、连接可靠、调整迅速准确、装拆方便、成本低廉，在机械行业中应用广方便、成本低廉，在机械行业中应用广泛。泛。4.6.1 车车螺螺纹纹 其其特点是通过车床机构的调整，能方便地特点是通过车床机构的调整，能方便地车出不同螺距、不同直径、不同线数和不车出不同螺距、不同直径、不同线数和不同牙形的螺纹，适合于单件同牙形的螺纹，适合于单件 小批量生产。小批量生产。 攻攻螺纹是用丝锥在工件的光孔内加工出内螺纹的螺纹是用丝锥在工件的光孔内加工出内螺纹的方法，如下图左。方法，如下图左。 套套螺纹是用板牙在工件光轴上加工出螺纹的方螺纹是用板牙在工件光轴上加工出螺纹的方法，如下图右。法，如下图右。4.6.2 攻螺纹和套螺攻螺纹和套螺纹纹 攻攻螺纹和套螺纹的特点是特别适宜于小尺螺纹和套螺纹的特点是特别适宜于小尺寸的螺纹加工，对于特别小的螺纹，攻螺纹寸的螺纹加工，对于特别小的螺纹，攻螺纹和套螺纹几乎是其它方法不能代替的。和套螺纹几乎是其它方法不能代替的。 攻攻螺纹和套螺纹的另一特点是操作十分灵螺纹和套螺纹的另一特点是操作十分灵活，特别适宜于成批大量箱体类零件上小螺活，特别适宜于成批大量箱体类零件上小螺纹的加工。纹的加工。4.6.2 攻螺纹和套螺攻螺纹和套螺纹纹4.6.3铣螺纹、磨螺纹和滚压螺纹铣螺纹、磨螺纹和滚压螺纹 （1）铣螺纹：是在专用的螺纹铣床上进行，也可）铣螺纹：是在专用的螺纹铣床上进行，也可在万能卧式铣床上进行。铣螺纹比车螺纹的加工在万能卧式铣床上进行。铣螺纹比车螺纹的加工精度略低、表面粗糙度略大，但铣螺纹的生产率精度略低、表面粗糙度略大，但铣螺纹的生产率高，适宜于大批大量螺纹生产的粗加工和半精加高，适宜于大批大量螺纹生产的粗加工和半精加工。工。 （2）磨螺纹：是在专用的螺纹磨床上进行，主要）磨螺纹：是在专用的螺纹磨床上进行，主要是对需要热处理（硬度较高和精度要求高）的螺是对需要热处理（硬度较高和精度要求高）的螺纹进行精加工，一般需要磨削的螺纹是经过车螺纹进行精加工，一般需要磨削的螺纹是经过车螺纹或铣螺纹等半精加工后才进行的。纹或铣螺纹等半精加工后才进行的。 （3）滚压螺纹：是使坯料在滚压工具的压力下产生塑）滚压螺纹：是使坯料在滚压工具的压力下产生塑性变形，强制压制出相应的螺纹，滚压方式主要有两性变形，强制压制出相应的螺纹，滚压方式主要有两种：种： A. 搓螺纹：是在搓丝机上进行，利用搓丝机压出来搓螺纹：是在搓丝机上进行，利用搓丝机压出来的螺纹精度高，可达的螺纹精度高，可达5级，表面粗糙度为级，表面粗糙度为Ra 1.60.8 ，目前市场上购买的螺钉、螺栓等螺纹零件大都是由搓目前市场上购买的螺钉、螺栓等螺纹零件大都是由搓丝机生产出来的。丝机生产出来的。 B. 滚螺纹：是在专用的滚压螺纹机上进行的，被滚滚螺纹：是在专用的滚压螺纹机上进行的，被滚压出来的螺纹精度可达压出来的螺纹精度可达3级，表面粗糙度为级，表面粗糙度为Ra 0.8 0.2，其优点是大大提高了螺纹的抗拉强度、抗剪强，其优点是大大提高了螺纹的抗拉强度、抗剪强度和疲劳强度，且生产率很高，缺点是需要贵重的专度和疲劳强度，且生产率很高，缺点是需要贵重的专用设备，对坯料精度要求较高，而且只能滚压外螺纹。用设备，对坯料精度要求较高，而且只能滚压外螺纹。4.6.3铣螺纹、磨螺纹和滚压螺纹铣螺纹、磨螺纹和滚压螺纹