材料成型工艺学切削加工2课件.ppt

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1、第三章 常用加工方法综述 机器零件的大小不一，形状和结构各异，加工方法也多种多样，其中常用的有 车削、钻削、镗削、刨削、拉削、铣削和 磨削等。尽管它们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 运动形式各异，所以它们有着各自的工艺 特点及应用。1 车削的工艺特点及其应用 一、车削的工艺特点 1.易于保证工件各加工面的位置精度 同轴度、工件端面与轴线的垂直度 2.切削过程比较平稳 车削过程是连续进行的 切削层公称横截面积是不变的 车削时切削力基本上不发生变化 车削过程比铣削和刨削平稳 3.适用于有色金属零件的精加工 4.刀具简单 车刀是刀具中最简单的一种，制造、刃磨 和安装均

2、较方便 二、车削的应用加工表面：各种回转表面,如内外圆柱面、内外圆锥面、螺纹、沟槽、端面和成形面等。加工精度：可达IT8IT7,表面粗糙度Ra值为1.60.8m。加工零件：单一轴、多轴零件（IT6-IT5,0.1-0.4)2 钻、镗削的工艺特点及其应用 一、钻削的工艺特点 钻削时，钻头工作部分处在已加工表面的包围中，工作条件比车削外圆困难得多.1.容易产生“引偏”“引偏”:指加工时由于钻头弯曲 而引起的孔径扩大、孔 不圆或孔的轴线歪斜等。“引偏”原因：麻花钻细长、刚度差；钻心细、刚度差；接触刚度差、导向差；前角为负，切削条件差；横刃产生轴向力，弯曲；两主切削刃不对称，背向力不抵消2.排屑困难影

3、响：切屑与孔壁发生较大的摩擦,挤压、拉毛和刮伤已 加工表面,降低表面质量。有时切屑可能阻塞在钻头的容屑槽里,卡死钻头。措施：分屑（分屑槽）3.切削热不易传散 工件吸收的热量约占52.5%,钻头约占14.5%,切屑约占28%,介质约占5%左右。切屑、刀具与工件之间的摩擦很大。二、钻削的应用 钻削精度：12.5m 适用于粗加工:螺钉孔、油孔；攻丝前；预加工 单件小批：D13mm:台式床;D50mm:立式;大孔:摇臂;回转孔:车床 大批:使用钻模、多轴钻、组合机床 特点：背吃刀量比钻孔时小得多,刀具的结构和切削条件好(1)避免了横刃和由横刃所引起的一些不良影响。(2)切屑窄,易排出,不易擦伤已加工表

4、面。同时容屑槽也可做得较小较浅,从而可以加粗钻 心,大提高扩孔钻的刚度。(3)刀齿多(34个),导向作用好,切削平稳,生产率高。加工精度：IT10IT9,Ra3.26.3m。应用：扩孔常作为孔的半精加工 当孔的精度和表面粗糙度要求再高时,则要采用铰孔。四、镗孔 镗孔：用镗刀对已有的孔进行再加工。对于直径较大的孔(一般D80 100mm)、内成形面或孔内环槽等,镗削是唯一合适的加工方法。镗孔精度：一般达IT8IT7,Ra0.81.6m;精细镗时,IT7IT6,Ra0.20.8m。孔可以在多种机床上进行。回转体零件上的孔多在车床上加工,箱体类零件上的孔或孔系(即要求相互平行或垂直的若干个孔)则常用

5、镗床加工。镗刀：单刃镗刀、多刃镗刀 1.单刃镗刀镗孔 单刃镗刀刀头的结构与车刀类似 特点：(1)适应性较广,灵活性较大(2)可以校正原有孔的轴线歪斜或位置偏差(3)生产率较低（单刃镗刀的刚度比较低）应用：单件小批生产 3 刨、拉削的工艺特点及其应用 n 刨削是平面加工的主要方法之一。n 常见的刨床类机床有牛头刨床、龙门刨床和插床等。一、刨削的工艺特点 1.通用性好（刨床、刀具）2.生产率较低 刨削的主运动为往复直线运动,反向时受惯性力的影响,加之刀具切入和切出时有冲击,限制了切削速度的提高。单刃刨刀实际参加切削的切削刃长度有限,一个表面往往要经过多次行程才能加工出来,基本工艺时间较长。刨刀返回

6、行程时不进行切削,增加了辅助时间。加工精度：IT8IT7,Ra1.66.3m。二、刨削的应用 应用：主要用在单件、小批生产 加工平面、直槽、加工齿条、齿轮、花键和母线为直线的成形面等 图319 刨削的主要应用牛头刨床：最大刨削长度一般不超过 1000mm,因此只适于加 工中、小型工件。龙门刨床：主要用来加工大型工件,或 同时加工多个中、小型工件。插床：又称立式牛头刨床。主要用来加工工件的内表面,如 键槽(图3-20)、花键槽等,也可用 于加工多边形孔,如四方孔、六方 孔等。特别适于加工盲孔或有障 碍台肩的内表面。拉削特点：(1)生产率高 一次工作行程中能完成粗半精精加工(2)加工精度高、表面粗

7、糙度较小(如图）（拉刀、速度）(3)拉床结构和操作比较简单(4)拉刀价格昂贵(5)加工范围较广（如下页图）应用：成批大量生产、大的复合面、形状复杂4 铣削的工艺特点及其应用 铣削也是平面的主要加工方法之一。铣床的种类很多,常用的是升降台卧式铣床和立式铣床。一、铣削的工艺特点 1.生产率较高（多齿、主运动为旋转高速铣削）2.容易产生振动（刀齿切入切出冲击、每个刀齿的切削 层厚度随刀齿位置的不同而变化铣 削力变化）3.刀齿散热条件较好 比较切削厚度(每个齿)刀具磨损表面质量减振(FfN)工件窜动(FN)与进给方向逆铣 由小大 大 差 差 小、相反顺铣 由大小 小 好 好 大、相同 在生产中仍多采用

8、逆铣法 2.端铣法 端铣法：用端铣刀的端面刀齿加工平面。对称铣削法：根据铣刀和工件相对位置的不同,不对称铣削法：端铣法可以通过调整铣刀和工件的相对位置，调节刀齿切入和切出时的切削层厚度，从 而达到改善铣削过程的目的。比 较 周铣 端铣同时工作的刀齿数仅有1-2个 较多加工余量 相当于铣削宽度(ae)相当于铣削深度(ap)切削过程 不平稳 平稳刀具耐用 小(切削厚度、后刀面)大加工质量 低、表面粗糙 高、修光刀齿在平面的铣削中，目前大都采用端铣法；周铣法的适用性广，多种形式铣刀，除平面外，可进行沟 槽、齿形和成型面的加工三.铣削的应用 应用：平面、沟槽、成型面 精度：IT8-IT7 Ra=1.6

9、 3.2m 升降台铣床：单件、小批，中、小型工件 工作台不升降铣床：中、大型工件 龙门铣床：大型工件或同时加工多个中小型工件 5 磨削的工艺特点及其应用 磨削：用砂轮或其他磨具加工工件。磨床：外圆磨床、内圆磨床和平面磨床等。切削工具：砂轮：磨料+结合剂 砂轮的组成要素：包括磨料、粒度、硬度、结合剂、组织以及形状 和尺寸等。一、磨削过程 三个阶段：（1）划擦：磨粒从工件表面滑擦而过,只有弹性变形 而无切屑。（2）刻划：磨粒切入工件表层,刻划出沟痕并形成隆起（3）切削：切削层厚度增大到某一临界值,切下切屑。切屑：正常切屑+金属微尘砂轮的“自锐性”：磨粒破碎 磨粒脱落砂轮修整：恢复切削能力 外形精度

10、二、磨削的工艺特点 1.精度高、表面粗糙度小：IT7IT6,Ra0.20.8m,Ra0.0080.1m。2.砂轮有自锐作用3.背向磨削力 Fp 较大 4.磨削温度高:切削速度大、摩擦大、传热差，8001000C 切削液：三、磨削的应用和发展 磨削可加工的材料：一般结构材料：铸铁、碳钢、合金钢 难切削的材料：淬硬钢、硬质合金、陶瓷、玻璃 磨削可加工的表面：外圆面、内孔、平面、成形面、罗纹、齿轮齿形 刀具刃磨 磨削精度：半精加工和精加工1.外圆的磨削2.孔的磨削 特点:可加工淬硬的孔保证孔的尺寸精度和表面精度、位置精度和轴的直线度 可磨削不同直径的孔 生产率低3.平面磨削 周磨:端磨:第四章 精密

11、加工和特种加工简介 1 精整和光整加工精整加工:指在精加工之后从工件上切除很薄的材料层,以提高工件精度和减小表面粗糙度为目的的 加工方法。（IT6IT5)如:研磨、珩磨等光整加工:指不切除或从工件上切除极薄层材料层,以减 小工件表面粗糙度为目的的加工方法。(Ra0.2)如：超级光磨、抛光等 一、研磨 在研具与工件间置以研磨剂，对工件表面 进行精整加工的 方法。1.加工原理 加工原理:研磨时，研具在一定压力作用下与工件表面之间作复杂的相对运动，通过研磨剂的机械及化学作用从工件表面上切除很薄的一层材料，从而达到很高的精度和很小的粗糙度。研具材料：应比工件材料软，以便部分磨粒在研磨过程中能嵌入研具表

12、面，对工件表面进行研磨。常用材料：铸铁、软钢、黄铜、塑料、硬木研磨剂：磨料：作用：起机械切削作用 材料：刚玉、碳化硅 粒度：粗研80-100#,精研150-240#研磨液：作用：冷却、润滑，使磨料均匀分布在研具表面 材料：煤油、汽油、机油 辅助填料：作用：使金属表面产生极薄的、较软的化合物薄膜，以便工件表面凸峰容易被磨粒切除，提高研磨效率和表面质量。材料：硬脂酸、油酸等化学活性物质 研磨方法：手工研磨：机械研磨：2.研磨特点及应用 特点:(1)简便可靠:设备(研磨机，车床，钻床)及研具简便(2)高的尺寸和形状精度，低的粗糙度 误差小到0.1-0.3m，0.025m(3)生产率低 应用:常见的表

13、面；精密配合偶件（如阀心与阀体）；精密件的最终加工 二、珩磨 利用带油石的珩磨头对孔进行精整加工的方法。1.加工原理 油石从工件表面切除一层极薄的金属，油石在工件表面上的切削轨迹是交叉而不重复的网纹，故可获很高的精度和很小的表面粗糙度。切削液(珩磨液):作用：排除切屑与切削热 材料：煤油、机油、水 2.珩磨特点及应用 特点:(1)生产率高:多个磨条,磨粒刃口锋利)(2)高的尺寸和形状精度，低的粗糙度(3)珩磨表面耐磨损(4)珩磨头结构复杂(5)不宜加工有色金属件 应用:主要用于孔的精整加工 也可加工外圆面、平面、球面和齿面 三、超级光磨 用装有细磨粒、低硬度油石的磨头，在一定压力下对工件表面进

14、行光整加工的方法。1.加工原理 加工原理：工件旋转,油石轻压于工件表面,作轴向进给与微小振动,从而对工件微观不平的表面进行光磨。光磨液：材料：煤油加锭子油 作用：冷却润滑、清除切屑 形成油膜 油膜的形成：(如图)作用：自动停止切削 2.超级光磨的特点及应用 特点：(1)设备简单、操作方便(2)加工余量极小 3-10 m(3)生产率高(4)表面质量好：Ra 0.012m 交叉网格(耐磨)(5)不能提高尺寸精度和形位精度 应用:各种表面 四、抛光 在高速旋转的抛光轮上涂以磨膏，对工件表面进行光整加工的方法.抛光轮:毛毡、橡胶、皮革等 磨膏:磨料(氧化铬等)、油酸、软脂1.加工原理 在磨膏的作用下，

15、金属表面产生的一层极薄的软膜，可以被比工件材料软的磨料切除，而不会在工件上留下痕迹；高温下，工件表层材料被挤压发生塑性变形，填平表面原来的微观不平，获得很光亮的表面(呈镜面)。2.抛光的特点及应用 特点：(1)方法简便而经济(2)容易对曲面进行加工 抛光轮是弹性的.(3)仅能减小表面粗糙度,不能保持 或提高原加工精度(4)劳动条件差 应用:各种表面 零件表面的装饰加工、消除前道工序的 加工痕迹、提高疲劳强度n 各种精整和光整加工方法比较：研磨 珩磨 超级光磨抛光表面质量 提高 提高 提高（提高精 度 提高 提高 不提高 不提高应用范围 各种表面 孔 各种表面 各种表面工具设备 稍复杂 复杂 稍

16、复杂 简单生产率 最低 较高 高 高 第五章 典型表面加工分析组成零件的典型表面：外圆面、孔、平面、成型 面、螺纹表面、齿轮齿面工件表面的加工过程：获得符合要求（形状、尺 寸、精度、表面质量）的 工件表面的过程加工的基本原则：(1)粗、精加工要分开(2)几种加工方法要互相配合加工方案选择依据：形状、尺寸精度、表面质量、生产批量 1 外圆面的加工 外圆面是轴、套、盘类等零件的主要表面或辅助表面。一.外圆面的技术要求(1)本身精度:直径和长度的尺寸精度;外圆面的圆 度和圆柱度的 形状精度(2)位置精度:与其它外圆面或孔的同轴度;与端面 的垂直度等(3)表面质量:主要指表面粗糙度;另指表层硬度、残余

17、应力、显微组织等 二、外圆面的加工方案分析 加工方法:车削、磨削(研磨、超级光磨、抛光）(钢铁零件、有色金属零件）加工方案：如下图 2 孔的加工 常见的孔的种类：(1)紧固孔(如螺钉孔)、非配合的孔(2)回转体上的孔，如套筒、法兰盘和齿轮上的孔(3)箱体类零件上的孔，如床头箱体上主轴和传动轴的 轴承孔(4)深孔 L/D 5-10(5)圆锥孔，如销孔一、孔的技术要求(1)本身精度(2)位置精度(3)表面质量二.孔的加工方案分析 加工方法：钻、扩、铰、镗、拉、磨 加工方案：考虑：孔的大小与深度、精度与表面要求 工件的材料、形状尺寸、重量、批量 精加工：铰孔、拉孔 中、小直径 精镗、精磨中、大直径

18、工件材料：淬硬 磨削 精整加工：珩磨、研磨 框图：1.在实体材料上加工孔的典型方案 2.对铸(锻)件上已铸(锻)出的孔进行加工 3 平面的加工 平面是盘形和板形零件的主要表面，据作用 不同，分为:(1)非结合面(2)结合面和重要结合面，如零部件的固定连接平面(3)导向平面，如机床的导轨面(4)精密测量工具的工作面 平面的作用不同,其技术要求也不相同,加工方案也不同 一、平面的技术要求 对平面本身的尺寸精度要求不高，(1)形状精度 如平面度和直线度等(2)位置精度 如平面之间的尺寸精度 及平行度、垂直度(3)表面质量 二、平面加工方案分析 方法:车、铣、刨、磨、拉削等，研磨 回转零件端面:车、磨

19、 其它类型平面：刨、铣 淬硬平面：磨 拉削：大批生产、加工技术要求较高、面积不大 框图：4 成型面的加工 成型面：如机床的手把、凸轮、叶片等一、成型面的技术要求 包括：尺寸精度、形位精度、表面质量 首先要满足表面形状的要求二、成型面加工方法的分析 方法：车、铣、刨、拉、磨削 两种基本方式：(1)用成型刀具加工 用切削刃形状与工件廓形相符合的刀具,直接 加工出成型面.特点:机床运动和结构简单,操作方便 刀具制造、刃磨复杂 受工件成型面尺寸限制(2)利用刀具和工件作相对运动加工 如图.特点:机床运动和结构复杂刀具简单加工成型面尺寸范围较大 成型面的加工方法的选择,应根据零件的尺寸、形状及生产批量来

20、选择。5 螺纹的加工 螺纹的形式：(1)紧固螺纹：普通螺纹、管螺纹 牙型：三角形 要求：可旋入性、密封性和连接的可靠性(2)传动螺纹：牙型：梯形或锯齿形 要求：传动准确可靠、耐磨一、螺纹的技术要求 尺寸、形位精度、表面质量；对紧固螺纹：中径与顶径的精度（大、小径）对传动螺纹：.，螺距和牙型角的精度 二、螺纹加工方法分析 机床：车床、钻床、螺纹铣床、螺纹磨床 方法：如下表。1.攻丝和套扣 2.车螺纹 螺纹车削：属成型面车削 刀具：成型刀具，（如螺纹梳刀）。特点:通用设备、刀具简单 可加工各种形状、尺寸及精度的内、外 螺纹生产率低 3.铣螺纹 应用:成批量生产 机床:螺纹铣床 方式:(1)用盘形铣

21、刀铣削 用于加工尺寸较大的 传动螺纹.(2)用梳形铣刀铣削 用于加工短而螺距不 大的三角形内、外螺纹.加工精度低4.磨螺纹 应用:淬硬螺纹的精加工,如丝锥螺纹量规等 机床:螺纹磨床 方法:(1)单线砂轮磨削:砂轮修整方便、精度高、可加工较长螺纹(2)多线:困难、短 6 齿轮齿形的加工一、齿轮的技术要求:除要求尺寸精度、形位精度和表面质量外，(1)传递运动的准确性(2)传动的平稳性 瞬时传动比(3)载荷分布的均匀性 啮合时齿面接触良好(4)传动侧隙 啮合时非工作齿面应有一定间隙 不同齿轮因用途和工作条件不同有不同的技术要求 齿轮结构形式:圆柱齿轮、锥齿轮、蜗轮蜗杆等 齿形:渐开线、摆线、圆弧 齿

22、轮精度:渐开线圆柱齿轮 0-12个等级，精度由高到低。7级为基本级 齿轮副中两个齿轮的精度等级一 般取成相同 二、齿轮齿形加工方法的分析 加工方法：切削加工：主要方法 铸造：精度低 轧制：精度低、生产率高、机械性能高 切削加工方法分类：按加工原理不同分，(1)成型法：用与齿轮的齿间形状相符的成型刀具直接加工(仿形法)如铣齿、成型法磨齿(2)展成法：利用齿轮刀具与被切齿轮的啮合运动(展成运动)(范成法)切出齿形的方法.(包络法)如插齿、滚齿、剃齿和展成法磨齿 加工方法的选择：取决于齿轮精度、齿面粗糙度要求，齿轮的形状、结构、尺寸、材料和热处理状态1.铣齿 铣齿:利用成型铣刀,在万能铣床上加工齿轮

23、齿形.齿轮铣刀:盘形齿轮铣刀(m10)加工完一个齿间后,进行分度,再铣下一个齿间.铣齿特点:成本低：通用铣床、刀具简单 生产率低：每个齿都消耗切入、切出、退刀、分度时间 精度较低精度取决于铣刀的齿形精度；铣刀形状与齿 轮模数有关。（见表）分度头分度精度不高。应用：可加工直齿、斜齿、人字齿圆柱齿轮，齿条，锥齿轮 单件、小批、精度不高的低速齿轮2.插齿和滚齿 展成法加工。所用刀具和机床不同。(1)插齿原理及运动 插齿原理：按一对圆柱齿轮相啮合 的原理进行加工.插齿刀：高速钢制造,前角、后角、切削刃。插齿运动：用直齿插齿刀插圆柱齿轮时，主运动：插齿刀的往复直线运动 分齿运动（展成运动)：维持插齿刀与

24、被切齿轮之 间啮合关系的运动 保证：nw/n0=z0/zw 径向进给运动：齿深方向 让刀运动：(2)滚齿原理及运动 滚齿原理：按一对螺旋齿轮相啮合的原理进行加工的。齿轮滚刀：高速钢制造；在螺纹的垂直方向上开出 若干个容屑槽，形成刀齿及刀刃。滚齿运动：滚切直齿圆柱齿轮时，主运动：滚刀的旋转 分齿运动（展成运动）：保证：nw/n0=k/zw k滚刀头数 轴向进给运动：齿宽方向(3)插齿和滚齿的特点及应用 特点:a 插齿和滚齿的精度相当,且都比铣齿高（刀具、分齿精度）插、滚齿：7-8级；铣齿：9级 b 插齿的齿面粗糙度较小 c 插齿的生产率低于滚齿而高于铣齿（主运动、分齿运动）d 插齿刀和齿轮滚刀加

25、工齿轮齿数的范围大应用：滚齿应用最广泛，可加工斜齿圆柱齿轮、蜗轮。插齿，还可加工滚齿难加工的内齿轮、多联齿轮 成批大量生产时 3.齿轮精加工简介 6级精度以上。剃齿、珩齿、磨齿、研齿等(1)剃齿 原理：展成法 剃齿刀：斜齿圆柱齿轮 应用：低硬度材料(2)珩齿 原理：与剃齿相同 珩磨轮：磨料与环氧树脂制成，高齿形精度的斜齿齿轮。应用：减少粗糙度(3)磨齿 成型法:方法:与铣削相似 精度:低 应用:很少 展成法 双斜边砂轮磨齿:齿轮齿条啮合运动 蝶形砂轮磨齿:复习题:(1)何谓钻孔时的“引偏”？试举出几种减小引偏 的措施。(2)一般情况下，刨削的生产率为什么比铣削低？(3)用周铣法铣削平面时，从理论上分析顺铣比逆铣有哪些优点？实际生产中，目前多采用哪种铣削方式？为什么？(4)既然砂轮在磨削过程中有自锐作用，为什么来要进行修整？(1)试说明研磨、珩磨、超级光磨和抛光的加工原理。(1)在零件的加工过程中，为什么常把粗加工和 精加工分开进行？(2)按加工原理不同，齿轮齿形加工可分为哪两大类？(3)插齿和滚齿的精度和生产率为什么比铣齿高？