第7章 其它机床刀具.ppt

1、第 7 章 其它机床与刀具,齿轮加工机床,拉床、刨床、插床,组合机床,数控机床,内容,7.1 齿轮加工机床与齿轮加工刀具,齿轮切削加工，按形成齿形的原理分两大类：成形法和展成法。,成形法：利用与被加工齿轮齿槽形状相同的刀 具，在齿 坯上加 工齿形：铣齿、拉齿、插齿、磨齿。,图 7-1 成形法加工齿轮,盘状,指状,例：用盘状铣刀和指状铣刀在铣床上借助分度装置铣齿,附：普通铣床上用成形铣刀铣齿步骤 将工件安装在分度头上，用铣刀对齿坯铣削加 工，工作台带动工件作直线进给运动。 铣完一个齿槽后，将齿坯分度转过一个齿，再 加工另一个齿槽，依次加工出所有齿形。,分度头,齿轮的齿廓形状决定于基圆的大小（与齿

2、轮的齿数有关），,图 7-2 渐开线形状与基圆关系,同模数的铣刀是按被加工工件齿数范围分号的,表 7-1 模数铣刀加工齿数范围,每号铣刀的齿形是按最少齿数的齿轮齿形确定的，用这把铣刀铣削同号中其他齿数的齿轮时齿形有误差。,特点：成形法铣齿运动简单，不需专门的机床，但要 用分度头分度，生产效率低。 应用：单件小批量生产低精度的齿轮。,常制成8把一套（精确的是15把/套）,展成法是利用一对齿轮啮合的原理加工的。铣刀看 成是特殊形状的齿轮与被啮合齿轮作齿轮传 动展成运动。,特点: 用一把铣刀就能加工同一模数而齿数不同的齿轮 生产率高。展成法加工时能连续分度。 较高的加工精度。是目前齿轮加工的主要方法

3、。,滚齿、插齿、剃齿、磨齿等都属于展成法加工。,（一对齿轮要正确啮合，模数m相等）,插齿原理及所需的运动,7.1.1插齿原理和插齿刀,1. 插齿原理及运动分析,让刀运动：避免空行程时刀具与工件的磨擦,插齿运动,切削运动：插齿刀的轴向往复运动,径向进给运动：切出全齿高,插齿机的传动原理,B11和B12是一个复合运动 ，需要一条内联系传动链 和一条外联系传动链联接。,B1189ux1011工件,内联系传动链（展成运动传动链）：,UX换置机构，改变工件的速度,Uf换置机构，改变插齿刀的速度,外联系传动链偏心轮带动插齿刀上下往复 偏心轮456uf78插齿刀,插齿刀的往复运动A2只有一个外联系传动链 电

4、动机12uv354曲柄偏心轮这是主运动链。,插齿刀,盘状直齿插齿刀：加工普通直齿外齿轮和大直径内齿轮,碗型直齿插齿刀：加工塔形、双联直齿轮。,锥型直齿插齿刀：加工直齿内齿轮,盘状直齿,碗型直齿,2. 插齿刀,插齿刀(Gear Shaper Cutter),2、插齿加工的特点,插齿加工精度、粗糙度同滚齿,运动精度低于滚齿 齿向偏差比滚齿大,生产率比滚齿低。,IT8IT7，Ra3.21.6m,插齿机,7.1.2 滚齿原理、齿轮滚刀及滚齿机的运动分析,1. 滚齿原理及齿轮滚刀,原理：相当于一对交错轴螺旋齿轮的啮合传动过程,IT8IT7，Ra3.21.6m,图 7-9 滚齿原理,据齿轮啮合原理，滚齿时

5、：滚刀的转速与齿坯的转速 必须严格符合如下关系：,滚刀和工件按斜齿圆柱齿轮啮合作旋转运动时，滚刀在工 件上连续不断地切出齿来。,n工 工件的转速 r/min,n刀 滚刀的转速 r/min,Z工 工件的齿数,K 滚刀的头数,齿轮的齿数减少到一个或几个，就成了蜗杆 (图7-9b) 。 再将蜗杆开槽并铲背，就成了齿轮滚刀(图7-9c),图 7-10 齿轮滚刀的基本蜗杆,齿轮滚刀的基本蜗杆,分圆柱截面展开图,重磨前后的齿形位置,蜗杆表面,滚刀前刀面,顶刃后刀面,侧刃后刀面,侧切削刃,顶刃,滚刀基本蜗杆相当于一个螺旋角很大的斜齿圆柱齿轮 它的轮齿很长，绕轴几圈，成为螺杆形状。,滚刀基本结构,整体式-中小

6、模数滚刀做成整体式,镶齿式大模数滚刀。节材，便热处理,整体式滚刀,滚刀的几何参数,齿轮滚刀的外径与孔径,大外径系列（I型）,小外径系列（II型）,齿轮滚刀的长度,齿轮滚刀的头数,齿轮滚刀的圆周齿数,I型：12-16个,II型：9-12个,滚刀的精度,AAA级、AA级、A级、B级、C级,滚刀精度等级与被加工齿轮精度等级的关系,教材无：,（1） 滚刀的前刀面及前角,滚刀容屑槽的一侧构成前刀面：剖截面是直线制造、重磨简单。,图 7-11 滚刀的容屑槽,螺旋槽,直槽,容屑槽分：螺旋槽、直槽。 直槽制造、重磨和检查滚刀齿形方便。但直槽滚刀，左 右两侧刃的前角数值相等而正负号相反（如图7-12a），等于

7、滚刀基本蜗杆分圆柱螺旋升角o 。 生产中o5做成直槽的。 o5做成螺旋槽滚刀容屑槽的螺旋角等于滚刀基 本蜗杆螺纹的螺旋升角o（图7-12b）左、右侧刃点a和b的前角 相同，切削条件相同。,直槽,螺旋槽,图 7-12 直槽和螺旋槽滚刀侧刃前角,（2）滚刀的后刀面和后角,滚刀的顶刃后角一般取1012，侧刃后角3左右。,齿轮滚刀直径较小、模数较小时常做成整体式，常用高速钢制造,模数较大时做成镶齿结构：在刀体上镶装高速钢齿条或硬质合金齿条。,注：,2. 蜗轮滚刀和蜗轮飞刀,教材：P164 自学！,3. 滚齿机的运动分析,1）滚切直齿圆柱齿轮,滚切直齿圆柱齿轮加工所需运动形成渐开线的展成运动 形成全齿长

8、的垂直进给运动 切出全齿深的径向进给运动,形成渐开线的展成运动由滚刀的旋转运动B11 和工件的旋转运动B12组成。,形成全齿长的垂直进给运动机床带动滚刀沿 工件轴向的运动A2,图7-15,图7-16,切出全齿深的径向进给运动是工作台带动工件 沿工件径向的运动,展成运动传动链： 滚刀主轴旋转45UX67工作台旋转。,UX,换置机构 UX 用来适应工件齿数和滚刀线数的变化,主运动传动链：联系动力源和滚刀主轴的传动链 电动机12UV34滚刀 其中：换置机构UV用于调整渐开线齿廓的成形速度,垂直进给运动传动链使刀架得到该运动 垂直运动传动链：78Uf910 其中：换置机构Uf用于调整渐开线齿廓的成形速

9、度,Uf,2) 滚刀的安装,滚刀刀齿是沿螺旋线分布的，螺旋升角为。加工直齿圆 柱齿轮时，为使滚刀刀齿方向与被切齿轮的齿槽方向一致 ， 滚刀轴线与被切齿轮端面之间应倾斜一个角度，称为滚刀 的安装角等于滚刀的螺旋升角。,（2） 滚切斜齿圆柱齿轮,加工斜齿圆柱齿轮的展成运动传动链、垂直进给运动传动链、主运动传动链与直齿圆柱齿轮的传动原理相同， 只是在刀架与工件之间增加了一条附加运动传动链(刀架1213Uy1415合成机构67Ux89工作台)，以保证形成螺旋齿形线,参图示,图7-18 滚切斜齿圆柱齿轮的传动原理图,刀架与工件之间增加了一条附加运动传动链，以保证形成螺旋齿形线 刀架1213Uy1415合

10、成机构67Ux89工作台,2） 滚刀的安装,图 7-19 滚切斜齿圆柱齿轮时滚刀的安装角,用右旋滚刀加工右旋齿轮,用右旋滚刀加工左旋齿轮,滚斜齿圆柱齿轮时，滚刀的安装角不仅与滚刀的螺旋线方向及 螺旋升角有关，而且还与被加工齿轮的螺旋线方向及螺旋角有关。 当滚刀与齿轮的螺旋线方向相同时：安装角= 当滚刀与齿轮的螺旋线方向相反时，滚刀的安装角=+ ,图7-20 用右旋滚刀滚切斜齿轮时工件的附加转动方向,加工右旋齿轮,加工左旋齿轮,工件附加转动B22的方向见下图。图中ac是斜齿圆柱齿轮的齿向线。 滚刀在位置I时，切削点在a点。滚刀下降f 到达位置时，需要切削的 是b点而不是b点。 右旋滚刀切右旋齿轮

11、，则工件比切直齿时多转一些( 图 7-20a) ， 切左旋齿轮，则应少转一些(图7-20b)，以便滚刀到达需要切削的b点。,床身,立柱,刀架溜板,刀杆,刀架体,支架,心轴,后立柱,工作台,床鞍,Y3150E滚齿机,（3）滚齿机结构和传动系统图,床身,立柱,刀架溜板,刀架体,后立柱,心轴,工作台,Y3150E滚齿机,谢 谢 观 看,1. 成型砂轮磨齿机的原理和运动 IT6IT5， Ra：0.80.4 m， 用成形砂轮磨削， 生产率较高，加工精度较低，应用较少。,7.1.3 磨齿原理及所需运动,磨齿有两类：成型磨齿、展成磨齿。多数磨齿机用展成法,图 7-23 成型砂轮磨齿的工作原理,砂轮高速旋转并

12、沿工件轴线方向往复运动。一个齿磨完后分度，再磨第二个齿,2. 展成法磨齿机的原理和运动,展成法磨齿机：连续磨齿、分度磨齿,（1）连续磨齿,原理与滚齿相似，砂轮作 展成运动，磨出渐开线。 工件作轴向直线往 复运动，磨削直齿； 作倾斜运动，磨削斜齿,图 7-24 展成法磨齿的工作原理,砂轮为蜗杆形，称为： 蜗杆砂轮磨齿机,蜗杆砂轮法,蝶形砂轮法,大平面砂轮法,锥形砂轮法,（2）分度磨齿,原理：利用齿条和齿轮的啮合原理，用砂轮代替齿条来磨削齿轮。,碟形齿轮磨齿：两个碟形砂轮相档于与被加工齿轮相啮合的齿条的两个齿面。砂轮作高速旋转运动，被加工齿轮往复移动和转动实现渐开线展成运动。,按砂轮形状分蝶形砂轮

13、型、大平面砂轮型和锥形砂轮型（图7-24b c 、d ）,7.1.4 锥齿轮的加工方法,锥齿轮分：直齿锥齿轮、弧齿锥齿轮,图 7-25 锥齿轮啮合及当量圆柱齿轮齿廓,制造锥齿轮的方法：成形法、展成法。 成形法用单片铣刀或指状铣刀在卧式铣床上加工。,锥齿轮加工普遍采用展成法：,原理：一对相互啮合的锥齿轮，将其中的一个锥齿轮转化成平面齿轮。,教材：P171-173 自学,谢 谢 观 看,7.2 拉床和拉刀,拉削用拉刀在拉床加工的工艺方法。,加工精度：IT8IT7，表面粗糙度：Ra0.40.8um,拉削孔径8-125mm，孔的深径比5,卧式液压拉床,7.2.1 拉床的功用和类型,图 7-29 拉削加

14、工的典型表面形状,（A为内拉削，为外拉削）,拉削的特点：,生产率高：一次行程可同时完成粗半精精加工。 是铣削的38倍 。,较高的加工质量： IT8IT6 Ra1.60.4um,拉刀耐用度高、寿命长 因切削速度低v18m/min，切削深度小，切削过程平稳。,拉削属封闭式切削，容屑、排屑和散热困难,拉刀制造复杂，成本高,图 7-30 拉床的外形图,卧式内拉床,立式内拉床,立式外拉床,连续式拉床,7.2.2 拉刀,1. 拉刀的类型及其应用,按受力为：拉刀和推刀。 按工件的加工表面为：内拉刀 、外拉刀,类型：,内拉刀加工工件内表面：圆孔拉刀、键槽拉刀、花键拉刀等。,外拉刀加工工件外表面：平面拉刀、成形

15、表面拉刀、齿轮拉刀等。,按构造：分整体式、组合式两类。,2. 拉刀的结构,（1）拉刀的组成部分,头部、颈部、过渡锥部、前导部、切削部、校准部、后导部及尾部组成,头部拉刀的夹持部分，用于传递拉力；,颈部 头部与过渡锥部的连接部分，是打标记的地方；,过渡锥部 使拉刀前导部易进入工件孔中，起对准的作用；,前导部 起引导作用，防止拉刀歪斜，可检查拉前孔径是否符合要求；,切削部担负切削工作，由粗切齿、过渡齿与精切齿三部分组成；,校准部 切削很少，只切工件弹性恢复量，提高加工精度和表面质量 的作用，也作为精切齿的后备齿；,后导部保证拉刀工作即将结束而离开工件时的正确位置， 防止工件 下垂而损坏已加工表面与

16、刀齿；,尾部支撑拉刀、防止拉刀下垂。,（2）拉刀切削部分设计参数,图 7-32 拉刀切削部分几何参数,af 齿升量，相邻两齿高度差：影响拉力、生产率、表面质量；,p 齿距，相邻齿间的轴向距离：影响容屑空间、工作齿数及平稳性；,b1 刃带宽度,o 拉刀前角,o 拉刀后角,拉削方式,分层拉削,分块拉削,成形式拉削,渐成式拉削,1、分层式拉削,成形式拉削每个刀齿的廓形与被加工表面最终形 状 一致，逐齿依次切去加工余量,3. 拉削方式,拉刀从工件上把拉削余量切下来的顺序,图 7-33 分层式拉削图形,图7-34渐成式拉削图形,可获得较小的表面粗糙度数值。,成形式拉削优、缺点：,易容屑,除圆孔拉刀外，拉

17、刀制造比较困难。,刀齿的形状与工件的廓形不相似，工件表面不是由最 后一个刀齿形成，而是由各切削刃包络而成。 优点：是拉刀制造简单， 缺点：是拉削表面质量不及同廓式拉削。, 渐成式拉削,（2）分块式 ( 轮切式 ),图 7-35 分块式拉刀截形及拉削图形,第一齿,第二齿,第三齿,4第一齿切去的金属层,5被第二齿切去的金属层,6被第三齿切去的金属层,分块拉削每层金属是由一组尺寸基本相同的刀齿切去，每个刀 齿仅切去一层金属的一部分。,（3）综合式拉削,综合式拉刀，集中了成形式拉刀与轮切式拉刀的优点，即： 粗切齿制成分块式结构， 精切齿采用成形式结构。 这样，既缩短拉刀长度，保持较高的生产率，又获得较

18、好的工件表面质量。,我国生产的圆孔拉刀较多地采取这种结构。,7.3.1 刨床,7.3 刨床与插床,刨床、插床的主运动都是直线运动，都属直线运动机床。,刨床是用刨刀加工工件的机床，加工各种平面、沟槽。,例：沟槽（直角槽、V形槽、燕尾槽、T形槽）,牛头刨床：加工中小型工件 龙门刨床：加工大型工件或同时加工多个中型工件,刨床,VC刨削速度 ap吃刀量 f进给量,刨削加工的特点,刨削和铣削加工平面和沟槽为主的加工方法，与铣 削加工相比，刨削加工特点：, 加工质量：精度、粗糙度与铣削相当，但刨削中低速切削。, 加工范围：不及铣削广泛，但适宜加工V形槽、T形槽、燕尾槽, 生产率：一般低于铣削，但加工窄长平

19、面，效率高于 铣削，例：机床导轨面等窄平面用刨削加工。, 加工成本：刨床简单，刨刀易刃磨，成本一般比铣削低。, 实际应用：单件、小批、修配，大重型生产用龙门刨。,刨削燕尾槽,刀架,图 7-36 牛头刨床,牛头刨床,刀架,滑枕,1 左侧刀架,2 横梁,3 左立柱,4 顶梁,5 左垂直刀架,6 右垂直刀架,7 右立柱,8 右侧刀架,9 工作台,10 床身,龙门刨床外形图,龙门刨床,7.3.2 插床,用插刀加工工件表面的机床。,原理：滑枕5带动刀具沿立柱6的导轨作上下往复主运动，工作台可 作纵、横两个方向的进给运动，圆工作台4带动工件回转进给。,图 7-38 插床,底座,下滑座,上滑座,圆工作台,滑

20、枕,立柱,牛头刨床 龙门刨床 插床（立式牛头刨床）,主运动： 刨刀往复直线移动 工件往复直线移动 刀具往复垂直上下移动,进给运动： 工件间歇移动 刨刀间歇移动 工件间歇纵向横向和回转运动,刨削长度 1m 120m,应用 中小件 大件,单件、小批量 批量、几个件一块刨,加工内表面（键槽），多边形孔（直线孔），特别是加工盲孔或有障碍台肩的内表面。,插削特点：效率低，用于单件小批生产。 除加工狭长平面外，刨床多被铣床取代。,谢 谢 观 看,7.4.1 组合机床简介,7.4 组合机床及刀具简介,组合机床：以大量通用部件为基础，配以少量的专用部件机床。,图 7-39 组合机床的组成,应用：钻孔、扩孔、铰

21、孔、镗孔、攻丝、刮平面、车削、铣削、磨 削及滚压等工序；打印、清洗、热处理、在线自动检查等。,其中应用最多的是：平面加工、孔加工,组合机床特点：,（1）组合机床中有 70%90% 的通用零、部件，使用、维修方便。,（2）设计、制造周期短 。,（3）改变加工对象时，多数部件可重新利用，组成新的组合机床。,（4）采用多刀、轴、面、工位加工，自动化程度高，生产率高。,（5）加工精度由工艺装备保证，产品质量稳定。对操作工人技术 水平要求低，劳动强度低。,（6）组合机床很容易组成自动线，实现联合操纵和控制。,7.4.2 组合机床常用的刀具,组合机床采用的刀具有：简单刀具、组合刀具及特种刀具。,为提高工序

22、集中程度或保证加工精度，可采用组合刀具，先 后或同时加工两个或两个以上的表面。,图 7-40 复合孔加工范例,1.组合刀具的类型,图 7-41 孔加工组合刀具,钻扩组合,组合扩,组合铰,组合镗,按刀齿与刀体组合方式为：整体式、焊接式和装配式。,按刀齿切削次序为：同时切削和顺序切削组合刀具,2. 组合刀具的特点,（1）生产效率高 加工工序集中，节省辅助时间，提高生产率。,（2）加工精度高 同时加工出的零件几个表面，各表面之间具 有高的位置精度。如孔的同轴度、孔与端面的垂直度等。,（3）加工成本低 组合刀具集中了几道工序或工步，减少机床台数 和占地面积，使工序成本降低。,（4）使用范围广 组合刀具

23、可加工圆孔、锥孔、螺纹孔，也可加工 平面、曲面、圆弧面等。,（5）要求操作者技术低 这是因为组合刀具有以上特点决定的。,（6）与单个刀具相比，组合刀具设计、制造和刃磨都比较麻烦，成 本较高，因此，适用于大批量生产或自动生产线。,7.4 数控机床简介,7.5.1数控机床的概念与分类,数控机床通过计算机装置控制的机床。,数控加工预先把各种操作、工艺步骤和加工尺寸等，编程输入 计算机。计算机对输入的信息进行处理，发出指令来控制机床 的各个执行元件，机床按照给定的程序，自动加工出工件。,数控机床的品种、规格繁多 按可同时控制的坐标轴数分：两坐标、三坐标及多坐标等数控机床。,按工艺用途分两大类：,1.

24、一般数控机床,种类、布局、工艺范围和通用机床相似，但指令进行工作,如：数控车床、数控立式铣床等。,2. 加工中心,加工中心机是带有刀库和自动换刀的机床。,零件一次装夹定位后，进行各种工艺、多道工序的集中加工，自动 更换和调整刀具，加工中心比一般数控机床更能够实现高精度、高效 率、高自动化加工。,7.5.2数控机床的特点,1.传动系统特点,机械结构比较简单，数控机床的动力源一般是调速电机。,2.传动精度和定位精度较高,采用精度高、摩擦损失小的元件，如：滚珠丝杠螺母机构、滚动 导轨、静压轴承等。,3. 机械部分的结构特点,高机床的动、静刚度，减少热变形,高机床的动、静刚度，减少热变形,机床的动、静

25、刚度高，热变形少,4. 加工中心类的数控机床具有自动换刀功能,数控机床自动换刀要求：,（1）刀具与主轴或刀架的联接标准化；,（2）主轴组件或刀架具备自动换刀功能，如自动夹紧刀具,（3）具有自动换刀装置。,5. 生产效率高，改善了劳动条件，便于现代化生产管理,7.5.3 加工中心的组成,7.5.4 自动化加工对刀具的要求,教材：P184-185 自学！,1. 刀具应具有很高的可靠性和尺寸耐用度。,2. 刀具应具有高的生产效率。,承受高速切削和大进给量的能力,3. 刀具在结构上满足快速更换的要求，刀具能预调，安装 定位精度高，刚性好，以保证高精度加工要求。,4. 刀具应具有高复合性,图 7-44

26、车削加工中心用模块化快换刀具结构,图 7-45 镗铣床工具系统,5.刀具在加工中的磨损、破损情况应有在线监测、预报 及补偿系统。,6.刀具应符合标准化、系列化、通用化的要求，尽可能 减少刀具、辅助工具的数量，以便管理。,谢 谢 观 看,第4章 车床与车刀,车削可加工回转体的内外表面，车床占机床总数的20%-35%。,车削 用车刀在车床上加工工件的工艺过程。,车削分粗车、半精车和精车。,粗车是切除大部分加工余量，对精度及表面粗糙度无太高要求。公差等级IT13IT11, 表面粗糙度Ra5012.5m,半精车是在粗车基础上，进一步提高精度、减小粗糙 度。是精车或磨削前的预加工。其公差等级IT10IT9 ，表面粗糙度 Ra6.33.2m,精车是使工件达到预定的精度、表面质量。精车的公 差等级为 IT8IT6 ，表面粗糙度 Ra1.60.8m,图4-1车削加工的主要工艺类型,5.1.1 钻床的功用和主要类型,钻床是用钻头在实体工件上加工孔的机床。 在钻床上加工时，工件不动，刀具旋转为主运动，刀具轴向移动 为进给运动。,图 5-1 钻床的加工方法,加工精度IT10-IT13 表面粗糙度Ra=10-20um,台式钻床,只能加工小孔（孔径12mm）,1工作台 2进给手柄 3主轴4带罩 5电动机 6主轴架7立柱 8机座,主要有台式钻床、立式钻床、摇臂钻床、深孔钻床等：,图 5-3 摇臂钻床,底