2金屬切削加工方法與設備

第2章金屬切削加工方法及設備2.1金屬切削機床基本知識2.2外圓表面加工2.3內圓表面加工2.4平面加工2.5圓柱齒輪加工2.6磨削加工2.1金屬切削機床的基本知識一、機床的分類1.按型號的編制方法：11類2.1金屬切削機床的基本知識一、機床的分類2.按機床通用性程度——通用機床、專門化機床、專用機床3.按機床自動化程度——手動、機動、半自動和自動機床4.按機床加工精度的不同——普通精度級、精密級、高精度級機床2.1金屬切削機床的基本知識一、機床的分類5.按機床質量和尺寸的不同——儀表機床、中型機床、大型機床、重型機床和超重型機床6.按機床主要工作部件的多少——單軸、多軸機床或單刀、多刀機床……2.1金屬切削機床的基本知識二、機床型號的編制方法2.1金屬切削機床的基本知識三、機床的運動及傳動1.機床的運動1）表面成形運動——主運動和進給運動；

——簡單成形運動和復合成形運動。2）輔助運動2.1金屬切削機床的基本知識三、機床的運動及傳動2.機床的傳動運動源執(zhí)行件傳動裝置傳動聯(lián)系傳動鏈傳動原理圖2.2外圓表面加工2.2外圓表面加工一、常用加工方法1.車削2.磨削3.光整加工粗加工和半精加工高硬材料和淬火后材料的精加工超精密加工（如研磨、拋光、滾壓等）2.2外圓表面加工二、外圓車削1.工藝范圍★可劃分為荒車、粗車、半精車、精車和精細車?！锟筛鶕?jù)加工對象、生產類型、生產率和加工經濟性等要求具體選擇。2.2外圓表面加工二、外圓車削2.提高外圓車削生產率的措施外圓車削承擔著整個零件加工的絕大數(shù)工作量，因此要提高外圓車削效率。途徑有下：高速車削、強力車削提高刀具壽命采用機夾可轉位車刀2.2外圓表面加工三、細長軸加工★細長軸——長度與直徑之比大于25的軸。1.加工過程中易出現(xiàn)的問題——易變形，出現(xiàn)直線度、圓柱度等加工誤差2.2外圓表面加工三、細長軸加工2.預防加工中彎曲變形的方法：（1）改進工件的裝夾方法——一頭夾，一頭頂；2.2外圓表面加工三、細長軸加工2.預防加工中彎曲變形的方法：（2）采用跟刀架（3）采用反向進給（圖）（4）合理選用車刀的幾何形狀2.2外圓表面加工四、車床1.普通臥式車床★應用最為廣泛。2.2外圓表面加工四、車床2.其他常見車床1）馬鞍車床★用于設備較少的單件小批量生產的小工廠及修理車間。馬鞍可裝卸,可增加工件最大直徑范圍。2.2外圓表面加工四、車床2.其他常見車床2)立式車床★用于加工徑向尺寸大而軸向尺寸相對較小，且形狀比較復雜的大型或重型零件。2.2外圓表面加工四、車床2.其他常見車床3)轉塔式車床★用于成批量生產，特別是加工多形狀復雜工件。轉塔刀架前刀架

2.2外圓表面加工五、外圓磨削1.工件的裝夾用兩頂尖裝夾工件用卡盤裝夾工件2.2外圓表面加工五、外圓磨削2.外圓磨削方法1）縱向磨削（1）磨削力小，散熱條件好，可獲得高精度和小Ra；適合加工細長、精密或薄壁工件；（2）磨削深度小，機動時間長，效率低。工件縱向往復進給，砂輪旋轉周期性橫向進給2.2外圓表面加工五、外圓磨削2.外圓磨削方法2）切入磨削法外圓長度小于砂輪寬度，砂輪橫向進給，無縱向進給。2.2外圓表面加工五、外圓磨削2.外圓磨削方法3）分段磨削法前兩者的結合，先切入法分段粗磨，再縱磨法精磨。適用于磨削余量大和剛性好的工件。2.2外圓表面加工五、外圓磨削2.外圓磨削方法4）深度磨削法采用較大的磨削深度在一次縱向進給中磨去工件的全部磨削余量，機動時間短，生產效率高。砂輪做成臺階型。2.2外圓表面加工六、外圓精密加工★方法：高精度磨削、研磨、滾壓、拋光等。1.高精度磨削（Ra<0.16μm)精密磨削（Ra=0.16-0.06μm)超精密磨削（Ra=0.04-0.02μm)鏡面磨削（Ra=0.01μm)2.2外圓表面加工六、外圓精密加工2.研磨利用涂敷或壓嵌在研具上的磨料顆粒，通過研具與工件在一定壓力下的相對運動對加工表面進行的精整加工。2.2外圓表面加工六、外圓精密加工2.研磨★兩種方法：手工研磨和機械研磨。研磨機2.2外圓表面加工六、外圓精密加工2.研磨★特點：低速進行，塑變小，切削熱小、運動復雜，可獲得小Ra；可提高表面形狀精度和尺寸精度，但不能提高位置精度；勞動量大，生產率低，設備要求低；材料適應性強；工藝范圍廣。2.2外圓表面加工六、外圓精密加工3.滾壓2.3內圓面加工一、加工方法加工方法鉆孔擴孔鏜孔拉孔磨孔珩磨研磨滾壓2.3內圓面加工一、加工方法加工特點所用刀具的尺寸受被加工孔直徑的限制；孔的加工尺寸及精度受刀具影響；孔的加工精度和表面質量都不易控制。2.3內圓面加工二、鉆孔與擴孔1.鉆孔鉆頭在實體材料上加工內圓面的方法，主要用于粗加工，多用于擴孔、鉸孔前的預加工；刀具為麻花鉆2.3內圓面加工二、鉆孔與擴孔1.鉆孔臺式鉆床——常用于單件、小批量生產，中小型工件上的小孔（<13mm）2.3內圓面加工二、鉆孔與擴孔1.鉆孔立式鉆床——常用于中小型工件上直徑較大的孔（<50mm）2.3內圓面加工二、鉆孔與擴孔1.鉆孔搖臂鉆床——常用于大中型工件上的孔?！锘剞D體上的孔多在車床上加工?！锍膳虼罅可a中，常用鉆模、多軸鉆或組合機床。2.3內圓面加工二、鉆孔與擴孔2.麻花鉆——通過其相對固定軸線的旋轉切削以鉆削工件的圓孔的工具。2.3內圓面加工二、鉆孔與擴孔3.擴孔用擴孔鉆對已有的內圓面再加工加大孔徑的方法，可作為最終加工，也可作為預加工，在成批或大量生產中應用較廣。刀具為擴孔鉆2.3內圓面加工二、鉆孔與擴孔4.锪孔用锪鉆在已加工孔上锪各種沉頭和锪孔端面的突出平面的方法。2.3內圓面加工三、鏜孔1.概述精度可達IT11-IT7，表面粗糙度可達Ra80-0.63μm;孔徑尺寸不受刀具尺寸限制，具有較強的誤差修正能力；刀桿、刀具剛性較差，易發(fā)生震動，加工質量和生產率不高。2.3內圓面加工三、鏜孔1.概述加工范圍廣泛，除直徑特別小和較深的孔都能鏜削；特適宜加工孔距有嚴格要求的箱體類零件孔系加工。2.3內圓面加工三、鏜孔2.鏜床1）臥式銑鏜床加工范圍廣泛，尤其適合大型、復雜的箱體類零件上的孔的加工。2.3內圓面加工三、鏜孔2.鏜床2）坐標鏜床——高精度機床，用于鏜削精密孔和位置精度要求很高的孔系。床身工作臺橫梁立柱頂梁主軸箱主軸立柱立式雙柱坐標鏜床2.3內圓面加工三、鏜孔2.鏜床2）坐標鏜床——高精度機床，用于鏜削精密孔和位置精度要求很高的孔系。立式單柱坐標鏜床2.3內圓面加工三、鏜孔2.鏜床2）坐標鏜床——高精度機床，用于鏜削精密孔和位置精度要求很高的孔系。臥式坐標鏜床2.3內圓面加工三、鏜孔3.鏜刀◆單刃鏜刀——結構簡單，制造容易，通用性好，使用較多。2.3內圓面加工三、鏜孔3.鏜刀◆雙刃鏜刀——可減少鏜刀塊安裝誤差及鏜桿徑向跳動所引起的加工誤差。雙刃浮動鏜刀在單刃鏜之后進行。2.3內圓面加工四、拉孔——用拉刀對孔進行加工的方法。1.工藝特點生產率高；拉孔精度與表面質量高；拉削運動簡單；拉刀使用壽命長；拉床結構簡單，操作方便；拉刀構造復雜，制造成本高。2.3內圓面加工四、拉孔2.適用場合多用于大量或成批生產時加工各種形狀的通孔及平面，不適宜加工尺寸過小或大尺寸孔、及盲孔、臺階孔和薄壁孔。2.3內圓面加工四、拉孔3.拉床及拉刀1）拉床按結構立式拉床臥式拉床按加工表面內拉式外拉式2.3內圓面加工2.3內圓面加工四、拉孔3.拉床及拉刀2）拉刀——高精度多齒刀具，一次行程即完成粗、半精和精加工，生產效率高。2.3內圓面加工五、鉸孔★用鉸刀從未淬火工件的孔壁上切除微量金屬層，以提精度降粗糙度的方法。1.特點及應用范圍鉸刀加工適應性差；鉸孔易保證尺寸和形狀精度，但不能校正位置誤差。適宜單件小批生產的小孔和錐度孔加工，及大批量中不宜拉削的孔加工。2.3內圓面加工五、鉸孔2.鉸刀2.3內圓面加工六、磨孔及孔的精密加工1.磨孔★用砂輪對工件內表面進行加工的方法。1）工藝特點及應用范圍砂輪直徑受到工件孔徑的限制，尺寸小，損耗快，常修正更換，效率低；砂輪軸收工件孔徑與長度限制，剛性差，易彎曲振動，影響精度和Ra；磨削速度低，砂輪直徑小，效率低；2.3內圓面加工六、磨孔及孔的精密加工1.磨孔1）工藝特點及應用范圍砂輪與工件接觸面積大，單位面積壓力小，硬砂輪易燒傷，應選軟砂輪；切削液不易進入磨削區(qū)，磨屑排出困難；與鉸孔拉孔比，不僅能保護孔本身的尺寸精度和表面質量，還可提高孔的位置精度和軸線的直線度。2.3內圓面加工六、磨孔及孔的精密加工1.磨孔2）普通內圓磨床2.3內圓面加工六、磨孔及孔的精密加工1.磨孔2）普通內圓磨床縱磨法磨孔切入法磨孔端面磨削法磨削端面周面磨削法磨削端面2.3內圓面加工六、磨孔及孔的精密加工2.孔的精密加工1）珩磨珩磨原理2.3內圓面加工六、磨孔及孔的精密加工2.孔的精密加工1）珩磨●可加工鑄鐵、淬硬或不淬硬的鋼件，不宜加工易堵塞油石的韌性金屬零件和帶鍵槽的孔、花鍵孔等斷續(xù)表面。●廣泛應用于發(fā)動機的氣缸孔、缸套及連桿孔，各種液壓裝置的套類零件內孔等的精密加工。2.3內圓面加工六、磨孔及孔的精密加工2.孔的精密加工2）研磨●尺寸精度可達IT6以上，Ra在0.16-0.01μm；●無法改善孔的位置精度；●生產率低。●研磨前要經過磨削、精鉸等工序。2.3內圓面加工六、磨孔及孔的精密加工2.孔的精密加工3）滾壓●尺寸精度可達0.01mm以內，Ra小于0.16μm；●表面硬化耐磨，可顯著提高工件的疲勞強度和使用壽命。●不需專用設備，可在普通機床上利用滾壓裝置進行，應用較多。2.4平面加工一、平面加工方法刨削銑削拉削車削磨削光整加工2.4平面加工二、刨削與插削1.刨床與插床1）牛頭刨床適用于單件小批量生產或機修車間，用來加工中、小型工件。2.4平面加工二、刨削與插削1.刨床與插床2）龍門刨床主要加工大型零件和平面，或同時加工多個中小型零件，加工精度和效率高。2.4平面加工二、刨削與插削1.刨床與插床3）插床主要用于單件、小批生產加工工件的內表面，如方孔、鍵槽等。特別適合加工不通孔或有臺階的內表面。2.4平面加工二、刨削與插削2.刨刀與插刀常用刨刀及其應用2.4平面加工二、刨削與插削2.刨刀與插刀刨刀切入和切出工件時沖擊很大，容易發(fā)生“崩刀”或“扎刀”。故刨刀刀桿截面較粗大，以增加刀桿剛性和防止折斷，且往往做成彎頭的，這樣彎頭刨刀刀刃碰到工件上的硬點時，比較容易彎曲變形，不會象直頭刨刀那樣使刀尖扎入工件，破壞工件表面和損壞刀具。2.4平面加工二、刨削與插削3.刨削加工的應用范圍及工藝特點★應用主要加工平面和直槽，若適當調整機床及夾具，可加工齒條、齒輪、花鍵及以母線為直線的成形面。2.4平面加工二、刨削與插削3.刨削加工的應用范圍及工藝特點★工藝特點刨床結構簡單，調整、操作方便；刀具制造、刃磨容易，加工費用低；特別適宜加工尺寸較大的T形槽、燕尾槽及窄長平面；加工精度較低；生產效率低。2.4平面加工三、銑削●加工范圍和刨削基本相同；●可實現(xiàn)高速銑削，生產率較高，應用廣泛。1.銑床1）臥式升降臺銑床★應用最廣泛。2.4平面加工三、銑削1.銑床2）立式升降臺銑床★可用各種面銑刀或立銑刀加工平面、斜面、溝槽、臺階、齒輪、凸輪及封閉輪等。2.4平面加工三、銑削1.銑床3）工具銑床——銑削工具模具的專用銑床。2.4平面加工三、銑削1.銑床4）龍門銑床垂直銑頭橫梁水平銑頭工作臺★剛性好，精度高，可幾把銑刀同時銑削，生產率和加工精度高。適宜用于中型或重型工件。2.4平面加工三、銑削2.銑刀1）銑刀種類（1）圓柱銑刀一般用高速鋼整體制造，用于臥式銑床上加工不大的平面。整體式鑲齒式2.4平面加工三、銑削2.銑刀1）銑刀種類（2）面銑刀主要用在立式銑床上加工臺階面和平面，特別適合較大平面的加工，生產率較高，應用廣泛。鑲焊接式硬質合金刀片機械夾固式可轉位硬質合金刀片2.4平面加工三、銑削2.銑刀1）銑刀種類（3）立銑刀用于加工凹槽，臺階面以及利用靠模加工成形面。2.4平面加工三、銑削2.銑刀1）銑刀種類（4）三面刃銑刀主要用在臥式銑床上加工臺階面和一端或二端貫穿的淺溝槽。直齒交錯齒鑲齒2.4平面加工三、銑削2.銑刀1）銑刀種類（5）鋸片銑刀用于切斷工件和銑窄槽。2.4平面加工三、銑削2.銑刀1）銑刀種類（6）鍵槽銑刀用于加工圓頭封閉鍵槽，使用它加工時，要作多次垂直進給和縱向進給才能完成鍵槽加工。2.4平面加工三、銑削2.銑刀1）銑刀種類（7）特種銑刀2.4平面加工三、銑削2.銑刀（2）銑刀的幾何參數(shù)圓柱銑刀的標注角度面銑刀的標注角度三、銑削3.銑削方式——周銑和端銑。1）周銑——用銑刀的圓周刀齒進行切削。周銑2.4平面加工三、銑削3.銑削方式1）周銑（1）逆銑2.4平面加工三、銑削3.銑削方式（1）逆銑切削厚度和切削力都是從0滑行一段距離，刀齒后刀面在工件表面的冷硬層擠壓、滑行，磨損嚴重垂向切削分力Fcn使工上抬刀具壽命大大下降,工件表面質量下降影響工件的夾持穩(wěn)定性，使工件產生周期性震動，影響加工表面的粗糙度max，避免沖擊2.4平面加工三、銑削3.銑削方式1）周銑（2）順銑絲桿與螺母的間歇2.4平面加工三、銑削3.銑削方式1）周銑（2）順銑刀齒切削厚度從最大開始，從而避免了擠壓、滑行垂向銑削分離Fcn始終壓向工件水平分力Fct與工件進給方向相同不會上抬工件銑刀壽命提高工件表面質量好無消除間歇裝置：Fct較小時，工作臺由絲桿驅動；Fct變得足夠大時，使工作臺進給量不均勻，甚至可能打刀

有消除間歇裝置：不會發(fā)生躥動2.4平面加工三、銑削3.銑削方式2）端銑——用銑刀的端面齒加工銑刀軸線的表面。端銑2.4平面加工三、銑削3.銑削方式2）端銑（1）對稱銑切入和切出的切削層對稱，平均公稱切削厚度較大；即使每齒進給量fz較小，也可使刀具在工件表面的硬化層下工作?！锍Ｓ糜阢娤鞔阌蹭摶蚓姍C床導軌，工作表面粗糙度均勻，刀具壽命較長。2.4平面加工三、銑削3.銑削方式2）端銑（2）不對稱逆銑逆銑部分大于順銑部分切入時公稱切削厚度最小，切出時較大切削平穩(wěn)，并可獲得最小的粗糙度當銑刀直徑大于工件寬度時不會產生滑移現(xiàn)象，不會出現(xiàn)圓柱銑刀逆銑刀時產生的各種不良現(xiàn)象★主要用于加工碳素結構鋼、合金結構鋼和鑄鐵，可提高刀具壽命1-3倍；銑削高強度低合金鋼時可提高刀具壽命一倍以上。2.4平面加工三、銑削3.銑削方式2）端銑（3）不對稱順銑順銑部分大于逆銑部分切入時公稱切削厚度較大，切削層對刀齒壓力逐漸減小，金屬粘刀量小，在切削塑性大，冷硬現(xiàn)象嚴重的不銹鋼和耐熱鋼時，可較顯著地提高刀具的壽命。但因工作時會使工作臺躥動，一般情況下不采用。2.4平面加工三、銑削3.銑削方式端銑法和周銑法各有優(yōu)點，其比較如下：2.4平面加工方法加工質量工藝范圍適用場合周銑法高更廣單件小批量多平面端銑法更高廣成批生產大平面四、平面的精密加工2.4平面加工尺寸精度IT6-IT5，直線度0.03-0.1以上，Ra小于0.8μm，即屬于精密加工范圍。常用方法平面磨削平面刮研研磨拋光四、平面的精密加工1.平面磨削（1）平面磨削方式2.4平面加工四、平面的精密加工（2）平面磨床2.4平面加工四、平面的精密加工（3）平面磨削工藝特征及應用與外、內圓磨削相比，平面磨床的工作運動簡單，機床機構簡單，容易保證加工精度；與銑削和刨削相比，更適合精加工；可加工淬硬工件，以修正熱處理變形，且能以最小限度的余量加工帶黑硬皮的平面。2.4平面加工四、平面的精密加工2.平面刮研2.4平面加工利用刮刀在工件表面刮去一層很薄金屬的光整加工方法，一般在精刨之后進行。四、平面的精密加工2.平面刮研2.4平面加工特點精度高，方法簡單，不需復雜設備工具；勞動強度大，生產率低，操作技術高；刮研后表面由許多微凸面組成，可儲存潤滑油，使滑動配合具有良好的潤滑條件。四、平面的精密加工3.平面研磨4.平面拋光2.4平面加工常用來加工小型平板、平尺和塊規(guī)的精密測量平面。小批量生產中用手工研磨，大批量生產中用機器研磨。利用高速旋轉的、涂有拋光膏的軟質拋光輪對工件進行光整加工的方法。設備簡單，生產率高。一、圓柱齒輪加工的特點和應用2.5圓柱齒輪加工齒輪粗加工滾齒插齒齒輪精加工剃齒珩齒磨齒二、滾齒加工2.5圓柱齒輪加工可加工6-8級精度齒輪，生產率高，通用性好，加工質量好，為首選加工齒輪方法。可加工直齒、斜齒的外嚙合圓柱齒輪，還可加工蝸輪。二、滾齒加工1.滾齒加工原理2.5圓柱齒輪加工滾齒加工原理滾刀。作旋轉主運動。齒輪。作展成運動作進給運動。二、滾齒加工2.滾齒機2.5圓柱齒輪加工1-車身2-立柱3-刀架溜板4-刀架5-后立柱6-工件心軸8-工作臺二、滾齒加工3.滾齒刀2.5圓柱齒輪加工標準齒輪滾刀一般采用阿基米德滾刀。有AA、A、B、C四種等級。AA級精度最高。三、插齒加工★加工直齒圓柱齒輪，尤其是加工滾齒不能加工的內齒輪和多聯(lián)齒輪。2.5圓柱齒輪加工三、插齒加工1.插齒工作原理2.5圓柱齒輪加工三、插齒加工2.插齒機2.5圓柱齒輪加工三、插齒加工3.插齒與滾齒加工比較2.5圓柱齒輪加工方法齒形精度表面粗糙度公法線長度變動量生產率加工范圍滾齒法高小大高圓柱直齒齒輪、圓柱斜齒齒輪、蝸輪插齒法更高更小更大低圓柱直齒齒輪、內齒輪、多聯(lián)齒輪四、剃齒加工2.5圓柱齒輪加工剃齒機是采用展成法加工齒輪的機床。剃齒加工是對未經淬火的圓柱齒輪齒形進行精加工的方法之一。可加工直齒、斜齒圓柱齒輪，也可加工多聯(lián)齒輪。五、磨齒加工——主要用于對高精度齒輪或淬硬的齒輪進行齒形的精加工，齒輪精度可達6級以上。六、珩齒加工2.5圓柱齒輪加工珩齒機是一種利用金剛石磨料與環(huán)氧樹脂澆注而成的、具有較高齒形精度的螺旋齒輪——珩磨輪對齒輪齒形進行精加工的機床。主要用于去除熱處理后齒面上的氧化皮，減小輪齒表面粗糙度，從而降低齒輪傳動的噪聲。一、磨削的特點及應用1.磨削能獲得較高的加工精度；2.不但可以加工軟材料，也可加工高硬度材料；3.一般情況下，磨削切削深度較小，在一次行程中所能切除的金屬層較??；4.幾乎各種表面都可使用磨削進行精加工。2.6磨削加工二、磨床1.外圓磨床2.6磨削加工普通精度級，萬能性大，磨削效率不高，自動化程度低，適用于工具車間、機修車間和單件小批量生產的車間使用。二、磨床2.內圓磨床2.6磨削加工用于磨削各種圓柱孔（通孔、盲孔、階梯孔和連續(xù)表面的孔等）和圓錐孔。二、磨床2.內圓磨床2.6磨削加工普通內圓磨削——適用于形狀規(guī)則便于旋轉的工件。磨削方法1二、磨床2.內圓磨床2.6磨削加工1-滾輪2-壓緊輪

3-導輪4-工件無心內圓磨削——適用于大批量生產，外圓表面已精加工的薄壁零件。磨削方法2二、磨床2.內圓磨床2.6磨削加工行星內圓磨削——適用于磨削大型或形狀不對稱且不便于旋轉的工件。磨削方法3二、磨床3.平面磨床2.6磨削加工優(yōu)點：砂輪的周邊磨削工件，接觸面積小，磨擦發(fā)熱少，排屑及冷卻條件好、工件變形小，磨損均勻，精度高。缺點：砂輪軸水平，呈懸臂狀態(tài)，剛性差，磨削用量小，生產效率低。圓周磨削二、磨床3.平面磨床2.6磨削加工優(yōu)點：砂輪的端面磨削工件，砂輪軸伸出較短剛性好，磨削用量大，生產效率高。缺點：發(fā)熱量大，冷卻條件差，排屑困難，工件熱變形大，表面易燒傷。磨削質量差。端面磨削二、磨床3.平面磨床2.6磨削加工矩形工作臺——加工長工件。圓形工作臺——加