《机械制造工程基础》第3.3章外圆内圆和平面的加工.ppt
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1、 常用的切削加工方法有常用的切削加工方法有车削、钻削、车削、钻削、镗削、刨削、拉削、铣削和磨削镗削、刨削、拉削、铣削和磨削等。等。各种加工方法在基本原理方面有许多共同之各种加工方法在基本原理方面有许多共同之处,但由于所用机床和刀具不同,切削运处,但由于所用机床和刀具不同,切削运动形式各异,所以它们有着各自的工艺特动形式各异,所以它们有着各自的工艺特点及应用。点及应用。第第3章章 常用的切削加工方法常用的切削加工方法外圆内圆平面的加工外圆内圆平面的加工3.1 外圆表面的加工外圆表面的加工3.1.1 外圆的车削外圆的车削1)车削车削运动运动图图3-1 外圆车削的原理图外圆车削的原理图主运动主运动工
2、件旋转运动工件旋转运动进给运动进给运动刀具的进给运动刀具的进给运动图图3-2 外外圆加工方法圆加工方法图图3-3 外圆加工机床外圆加工机床普通车床所能加工的典型表面普通车床所能加工的典型表面 2)外圆的车削阶段外圆的车削阶段 (1)粗车粗车 从毛坯上尽可能多的切除多余材料。一般采用较大从毛坯上尽可能多的切除多余材料。一般采用较大的切深,较大的进给量,中等或较低的切削速度。的切深,较大的进给量,中等或较低的切削速度。加工效果:加工效果:IT14IT12,表面粗糙度,表面粗糙度Ra5013.5m。(2)半精车半精车 作为高精度外圆的预备加工,亦作为中等精度作为高精度外圆的预备加工,亦作为中等精度外
3、圆的终加工,其切深进给量均比粗车为小。外圆的终加工,其切深进给量均比粗车为小。加工效果:加工效果:IT11IT9、Ra6.33.2m。(3)精车精车 去除余量较小,以保证零件的加工精度和表面质量。去除余量较小,以保证零件的加工精度和表面质量。加工效果:加工效果:IT8IT6、Ra1.60.8m。3)外圆车削的工艺特点外圆车削的工艺特点(1)加工过程平稳,可采用较大的切削用量,生产率高。加工过程平稳,可采用较大的切削用量,生产率高。(2)车刀结构简单,安装、刃磨方便,刚性好。车刀结构简单,安装、刃磨方便,刚性好。(3)适应性好,除外圆加工外,还可以加工内圆、端面和切适应性好,除外圆加工外,还可以
4、加工内圆、端面和切槽等。槽等。(4)材料加工范围广,如钢、铸铁、有色金属和非金属等。材料加工范围广,如钢、铸铁、有色金属和非金属等。(5).易于保证工件各加工面的位置精度易于保证工件各加工面的位置精度a 易于保证同轴度要求易于保证同轴度要求 利用卡盘安装工件,回转轴线是车床主轴回转轴线。利用卡盘安装工件,回转轴线是车床主轴回转轴线。利用前后顶尖安装工件,回转轴线是两顶尖的中心连利用前后顶尖安装工件,回转轴线是两顶尖的中心连线。线。b 易于保证端面与轴线垂直度要求易于保证端面与轴线垂直度要求 由横溜板导轨,与工件回转轴线的垂直度来保证的。由横溜板导轨,与工件回转轴线的垂直度来保证的。1.卡盘卡盘
5、装夹轴类、盘套类工件。有三爪卡盘、装夹轴类、盘套类工件。有三爪卡盘、四爪卡盘和花盘四爪卡盘和花盘 3.顶尖顶尖 装夹实心轴类零件。装夹实心轴类零件。3.心轴心轴盘套类零件的装夹。盘套类零件的装夹。4.中心架和跟刀架中心架和跟刀架加工细长轴类工件,提高加工细长轴类工件,提高刚性,减少变形。刚性,减少变形。车削时工件的装夹方法车削时工件的装夹方法 三爪卡盘1.三爪自定心卡盘安三爪自定心卡盘安装工件装工件 长径比长径比L/D4实心轴类零件实心轴类零件4.4.用心轴安装工件用心轴安装工件在圆柱心轴上定位在圆柱心轴上定位 圆锥心轴安装工件的接触情况圆锥心轴安装工件的接触情况 盘套类零件的装夹盘套类零件的
6、装夹5.中心架和跟刀架的使用中心架和跟刀架的使用长径比长径比L/D10加工细长轴类工件加工细长轴类工件(二)机床的运动与传动3.1.2 外圆磨削外圆磨削外圆外圆磨削磨削是高精度外圆的主要精加工方法。是高精度外圆的主要精加工方法。粗磨粗磨 IT8IT7,Ra0.80.4精磨精磨 IT6IT5,Ra0.40.21)外圆磨床纵磨法外圆磨床纵磨法(1)磨削运动磨削运动 图图3-4 外外圆纵磨法圆纵磨法主运动主运动砂轮的高速回转运动砂轮的高速回转运动圆周进给运动圆周进给运动工件的回转运动工件的回转运动纵向纵向进给运动进给运动工件随工作台在工件随工作台在纵向的往复移动纵向的往复移动径向径向进给运动进给运动
7、工作台一个工作台一个往复往复行程,砂轮作一行程,砂轮作一次径向次径向进给进给3.1.3.1 普通磨削方法普通磨削方法图图3-5 纵磨机床纵磨机床(2)纵磨法的工艺特点纵磨法的工艺特点 每次磨削深度小,磨削力小,磨削热少;每次磨削深度小,磨削力小,磨削热少;由于工件作纵向进给,冷却散热条件好;由于工件作纵向进给,冷却散热条件好;可以消除工艺系统弹性变形所产生的加工误差;可以消除工艺系统弹性变形所产生的加工误差;适应性好,一个砂轮可磨削不同直径和长度大小适应性好,一个砂轮可磨削不同直径和长度大小的外圆;在磨外圆的同时,靠磨端面,可保证的外圆;在磨外圆的同时,靠磨端面,可保证各表面之间的位置精度;各
8、表面之间的位置精度;广泛用于各种生产批量。广泛用于各种生产批量。2)外圆磨床横磨法外圆磨床横磨法(1)磨削运动磨削运动主主运动运动砂轮的高速回转运动砂轮的高速回转运动圆周进给运动圆周进给运动工件的回转运动工件的回转运动径向径向进给运动进给运动砂轮连续或间歇砂轮连续或间歇的径向切入运动的径向切入运动图图3-6 外圆横磨法外圆横磨法 (2)工艺特点工艺特点 生产率高。生产率高。砂轮与工件的接触面积大,发热量大,冷却散热砂轮与工件的接触面积大,发热量大,冷却散热条件差,工件易产生热变形和烧伤现象。条件差,工件易产生热变形和烧伤现象。径向力大,工件易产生受力变形。径向力大,工件易产生受力变形。砂轮的修
9、整精度,直接影响工件的尺寸精度和形砂轮的修整精度,直接影响工件的尺寸精度和形状精度;无纵向进给工件表面磨痕明显。状精度;无纵向进给工件表面磨痕明显。一般用于在大批大量生产中磨削刚性好,长度短一般用于在大批大量生产中磨削刚性好,长度短的轴颈。的轴颈。无心磨削的生产率高,但调整机床费时,主要用于磨削大无心磨削的生产率高,但调整机床费时,主要用于磨削大批、大量的零件,如汽车发动机的活塞销和轴承外圈等。批、大量的零件,如汽车发动机的活塞销和轴承外圈等。3)无心磨床纵磨法无心磨床纵磨法v工工V通通V导导砂轮高速砂轮高速工件工件导轮低速导轮低速V导导V砂砂图图3-7 无心外圆磨削的原理图无心外圆磨削的原理
10、图磨 床 与 砂 轮无心外圆磨削的加工示意图无心外圆磨床外观图 4)外圆磨削与精车的比较外圆磨削与精车的比较 外圆磨削比精车更容易获得高的精度及低的表面粗糙度。外圆磨削比精车更容易获得高的精度及低的表面粗糙度。外圆磨削可加工淬火和未淬火的钢铁材料,以及高硬度的外圆磨削可加工淬火和未淬火的钢铁材料,以及高硬度的材料,不适于加工塑性大,硬度低的材料;精车则难于加材料,不适于加工塑性大,硬度低的材料;精车则难于加工高硬度淬火钢。工高硬度淬火钢。外圆磨削的温度较精车高,磨削过程必须使用冷却液。外圆磨削的温度较精车高,磨削过程必须使用冷却液。加工成本较精车高。加工成本较精车高。3.1.3.1 先进磨削方
11、法先进磨削方法 1)低粗糙度磨削低粗糙度磨削 采用修整后等高微细磨粒和半钝的微粒进行磨削加工的磨采用修整后等高微细磨粒和半钝的微粒进行磨削加工的磨削方法。加工后的表面粗糙度可达削方法。加工后的表面粗糙度可达Ra0.10.008 m。2)高效率磨削高效率磨削 高速磨削高速磨削 指砂轮线速度指砂轮线速度 50m/s的磨削。由于砂轮的线速度高,单的磨削。由于砂轮的线速度高,单位时间内通过的磨粒数增加,每个磨粒的磨痕细浅,表面位时间内通过的磨粒数增加,每个磨粒的磨痕细浅,表面粗糙度降低,如保持表面粗糙度不变,则可增加工件的进粗糙度降低,如保持表面粗糙度不变,则可增加工件的进给速度,给速度,因此,可提高
12、磨削效率。因此,可提高磨削效率。图图3-8 手工手工研磨研磨的原理图的原理图 研磨工件在车床上作回转运动,工人手持研具往复移动,研磨工件在车床上作回转运动,工人手持研具往复移动,往复移动的速度使得磨粒磨痕形成近往复移动的速度使得磨粒磨痕形成近45的网纹。的网纹。3.1.3 外圆研磨外圆研磨(降低表面粗糙度)降低表面粗糙度)1)手工研磨手工研磨(1)研磨原理研磨原理(2)工艺特点工艺特点 手工手工研磨研磨不需复杂设备,方法简单易于保证加工质量,不需复杂设备,方法简单易于保证加工质量,生产率较低。生产率较低。可研磨淬火钢、不淬火钢、铸铁、铜、铝及其合金。可研磨淬火钢、不淬火钢、铸铁、铜、铝及其合金
13、。研磨不能提高表面间的位置精度,则由上道工序保证。研磨不能提高表面间的位置精度,则由上道工序保证。2)2)机械研磨机械研磨 图图3-9 研磨滚子外圆的原理图研磨滚子外圆的原理图 在研磨机上进行,在研磨机上进行,用于大批大量生产。用于大批大量生产。3)研具材料、研磨剂研具材料、研磨剂 研具材料研具材料硬度低于工件,以便磨料嵌入研具表面,较好的发挥切硬度低于工件,以便磨料嵌入研具表面,较好的发挥切削作用。削作用。材料组织要均匀,应有一定的耐磨性,以保持研具原有材料组织要均匀,应有一定的耐磨性,以保持研具原有的几何形状,常用研具材料是铸铁。的几何形状,常用研具材料是铸铁。研磨剂研磨剂研磨液(植物油或
14、矿物油)中加入微细磨粒(金刚石粉、研磨液(植物油或矿物油)中加入微细磨粒(金刚石粉、立方氮化硼和陶瓷粉等)。立方氮化硼和陶瓷粉等)。3.1.4 外圆超精加工外圆超精加工 图图3-10 外圆外圆超精加工超精加工的原理图的原理图工件旋转工件旋转往复振动往复振动纵向进给纵向进给 特点:特点:(1)生产率高。生产率高。由于加工余量极小,加工过程一般由于加工余量极小,加工过程一般3060秒。秒。(2)表面质量好。表面质量好。运动轨迹复杂,网纹表面可储存润滑油,耐运动轨迹复杂,网纹表面可储存润滑油,耐磨性好。磨性好。(3)仅能提高工件的表面质量。仅能提高工件的表面质量。3.1.5 外圆加工方案外圆加工方案
15、粗车粗车半精车:半精车:IT11IT9,Ra6.33.2m;粗车粗车半精车半精车精车:精车:IT8IT6,Ra1.60.8m;粗车粗车半精车半精车精车精车研磨:研磨:IT6IT4,Ra0.20.012m。粗车粗车半精车半精车磨削:磨削:IT7IT6,Ra0.80.4m;粗车粗车半精车半精车粗磨粗磨精磨:精磨:IT6IT5,Ra0.40.2m;粗车粗车半精车半精车粗磨粗磨精磨精磨研磨研磨(超精加工超精加工):IT5IT3,Ra0.10.008m。3.2 内圆表面的加工内圆表面的加工 3.3.1 钻孔钻孔 1)钻床钻床 用钻头在工件的实体部位加工孔称为用钻头在工件的实体部位加工孔称为钻孔钻孔。钻孔
16、类机床。钻孔类机床有小台钻(有小台钻(12mm孔),立式钻床(孔),立式钻床(50mm孔),摇孔),摇臂钻床(臂钻床(80mm孔孔)。钻孔属于粗加工:钻孔属于粗加工:IT14IT12,Ra5013.5m。图图3-11 常用的钻床常用的钻床2)麻花麻花钻头钻头由工作部分和柄部由工作部分和柄部组组成,工作部分又分成,工作部分又分导导向部分和切削部分。向部分和切削部分。工作部分工作部分工作部分工作部分导向部分导向部分导向部分导向部分柄部柄部柄部柄部扁尾扁尾颈部颈部d0d0切削部分切削部分切削部分切削部分图图3-12 钻头的结构原理图钻头的结构原理图图图 标准高速钢麻花钻标准高速钢麻花钻 两条对称的螺
17、旋槽是钻屑流经的表面,槽边有高度两条对称的螺旋槽是钻屑流经的表面,槽边有高度10.5mm的棱边,起到导向,扶正和修光孔壁的作用。的棱边,起到导向,扶正和修光孔壁的作用。切削部分,有两个主切削刃,两个副切削刃和一个横刃组切削部分,有两个主切削刃,两个副切削刃和一个横刃组成。成。3)工艺特点工艺特点 (1)钻头容易偏斜,麻花钻头细长,刚性弱、横刃定心不准,钻头容易偏斜,麻花钻头细长,刚性弱、横刃定心不准,钻入容易被引偏,造成钻出孔的轴线不直或歪斜;钻入容易被引偏,造成钻出孔的轴线不直或歪斜;(2)孔径容易扩大,锋角对轴线不对称,两主切削刃不等长,孔径容易扩大,锋角对轴线不对称,两主切削刃不等长,会
18、造成钻削时径向力不相等,而引起孔径的扩大;会造成钻削时径向力不相等,而引起孔径的扩大;(3)孔壁粗糙,钻屑较宽,被迫卷成螺旋状,流出时与孔壁孔壁粗糙,钻屑较宽,被迫卷成螺旋状,流出时与孔壁发生剧烈地磨擦而刮伤已加工表面;发生剧烈地磨擦而刮伤已加工表面;(4)轴向抗力大。实验证明,轴向抗力大。实验证明,50%的轴向力和的轴向力和20%的扭距是的扭距是由横刃引起的。由横刃引起的。3.3.2 扩孔扩孔用扩孔钻对以钻出的孔作进一步的加工以扩大孔径,提高精用扩孔钻对以钻出的孔作进一步的加工以扩大孔径,提高精度降低表面粗糙度。属半精加工:度降低表面粗糙度。属半精加工:IT10IT9,Ra6.33.2m。图
19、图3-14 扩孔钻头的结构原理图扩孔钻头的结构原理图1)扩孔扩孔钻头钻头2)扩孔钻孔的特点)扩孔钻孔的特点(1)刚性好。刚性好。扩孔钻的容屑槽浅而窄,钻芯粗壮;扩孔钻的容屑槽浅而窄,钻芯粗壮;(2)导向性好。导向性好。一般有一般有34个刀齿,增加了导向的棱边数;个刀齿,增加了导向的棱边数;(3)切削条件好。切削条件好。只有切削刃的外缘部分参加切削,切削较只有切削刃的外缘部分参加切削,切削较轻快,可用较大的切削用量;轻快,可用较大的切削用量;(4)孔壁光洁。孔壁光洁。切屑少,流出时不会和孔壁产生较大的摩擦。切屑少,流出时不会和孔壁产生较大的摩擦。3.3.3 铰孔铰孔 铰刀加工孔的一种精加工方法,
20、所能达到的精度为:铰刀加工孔的一种精加工方法,所能达到的精度为:IT8IT7,Ra1.60.4m。1)铰刀铰刀图图3-15 铰刀的结构原理图铰刀的结构原理图2)铰孔的加工工艺规律铰孔的加工工艺规律(1)铰孔余量铰孔余量 粗铰粗铰0.150.25mm,精铰,精铰0.050.15mm。(2)铰削速度铰削速度 粗铰粗铰410m/min,精铰,精铰1.55m/min;应避免产生积屑瘤及引起振动。;应避免产生积屑瘤及引起振动。(3)机铰进给量机铰进给量 一般一般0.151.5mm/r。(4)切削液切削液 铰钢用乳化液,铰铸铁用煤油。铰钢用乳化液,铰铸铁用煤油。(5)在机床安装在机床安装 铰刀与机床主轴采
21、用浮动连接。铰刀与机床主轴采用浮动连接。3)工艺特点工艺特点 (1)铰孔精度不取决于机床精度。铰孔精度不取决于机床精度。(2)铰刀为定尺寸精加工刀具,比精镗孔更容易保铰刀为定尺寸精加工刀具,比精镗孔更容易保证孔的尺寸精度和形状精度,生产率高。证孔的尺寸精度和形状精度,生产率高。(3)铰孔适应性差。一定直径的铰刀只能铰削一定铰孔适应性差。一定直径的铰刀只能铰削一定直径及尺寸公差的孔,不能铰削非标准孔,台直径及尺寸公差的孔,不能铰削非标准孔,台阶孔和盲孔。阶孔和盲孔。(4)钻扩铰连用是钻扩铰连用是IT8IT7,Ra1.60.4m,直径,直径在在80mm以下孔的典型加工方法以下孔的典型加工方法。3.
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- 机械制造工程基础 机械制造 工程 基础 3.3 章外圆内圆 和平 加工
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