第二章-机械制造中加工方法

1、第二章 机械制造中的加工方法本章提要本章提要r 概述r 零件成形方法r 外圆表面加工r 孔加工r 平面加工r 成形表面加工r 数控加工r 特种加工2.1 概述概述2.1 概述概述机械制造的三种形式机械制造的三种形式r m0 材料累积制造过程2.2 零件的成形方法零件的成形方法2.2 零件的成形方法零件的成形方法零件的表面形状零件的表面形状内内 孔孔外外 圆圆平平 面面锥锥 面面渐开线表面渐开线表面螺纹表面螺纹表面2.2 零件的成形方法零件的成形方法表面成形原理表面成形原理 零件表面可看成母线沿着导线运动形成的轨迹。零件表面可看成母线沿着导线运动形成的轨迹。母线母线和和导线导线统称为形成表面的统

2、称为形成表面的发生线发生线。根据母线和。根据母线和导线的运动关系，常见零件表面可分成导线的运动关系，常见零件表面可分成3类类旋转表面旋转表面纵向表面纵向表面特形表面特形表面2.2 零件的成形方法零件的成形方法零件表面的形成方法零件表面的形成方法轨迹法轨迹法成形法成形法相切法相切法展成法展成法2.2 零件的成形方法零件的成形方法零件表面的成形运动零件表面的成形运动切削运动：切削运动：主运动主运动进给运动进给运动辅助运动辅助运动2.3 外圆表面加工外圆表面加工2.3 外圆表面加工外圆表面加工外圆表面的技术要求：外圆表面的技术要求：r 尺寸精度：直径、长度r 形状精度：圆度、圆柱度、直线度r 位置精

3、度：垂直度、径向圆跳动r 其它要求：表面粗糙度、表面硬度等2.3 外圆表面加工外圆表面加工外圆表面加工车削加工磨削加工光整加工粗车半精车精车精细车中心磨削无心磨削纵磨横磨复合磨高精度磨削超精加工研磨、珩磨抛光2.3 外圆表面加工外圆表面加工车车车削加工范围车削加工范围外圆柱面端面内圆柱面螺旋面2.3 外圆表面加工外圆表面加工车车车削加工范围车削加工范围切断切槽球面锥面椭圆柱面特殊型面2.3 外圆表面加工外圆表面加工车车车削的车削的 4 个阶段个阶段外圆车削外圆车削粗车粗车半精车半精车精细车精细车精车精车迅速切除多余金属；切削速度低；进给量和背吃刀量大中等精度一般工件的最终工序；光整加工的预加工

4、车床要求高；刀具耐磨性好；磨削加工性不好工件的加工2.3 外圆表面加工外圆表面加工磨磨纵磨纵磨特点：特点：工件或砂轮需作轴向进给。工件或砂轮需作轴向进给。优点：优点：磨削深度小、磨削力时接触面积小，散热较好，磨削深度小、磨削力时接触面积小，散热较好，容易得到较高的精度和表面质量，因而应用广泛。容易得到较高的精度和表面质量，因而应用广泛。缺点：缺点：但由于走刀次数多，生产效率低，适用于单件小但由于走刀次数多，生产效率低，适用于单件小批生产中磨削较长的外圆表面。批生产中磨削较长的外圆表面。2.3 外圆表面加工外圆表面加工磨磨横磨横磨特点：特点：砂轮宽度大于磨削宽度。工件不需作轴向进给，砂轮砂轮宽度

5、大于磨削宽度。工件不需作轴向进给，砂轮相对工件连续或断续地作径向进给。相对工件连续或断续地作径向进给。优点：优点：横磨法生产效率高，适用于大批大量生产中磨削刚性横磨法生产效率高，适用于大批大量生产中磨削刚性较好的工件外圆。较好的工件外圆。 缺点：缺点：工件与砂轮的接触面积大，磨削力大，发热较多，容工件与砂轮的接触面积大，磨削力大，发热较多，容易产生磨削烧伤和变形，所以加工精度低，表面粗糙度大。易产生磨削烧伤和变形，所以加工精度低，表面粗糙度大。2.3 外圆表面加工外圆表面加工磨磨无心磨无心磨特点：特点：工件放在砂轮与导轮之间拖板上，无须中心孔定位。工件放在砂轮与导轮之间拖板上，无须中心孔定位。

6、优点：优点：生产效率高，易于自动化生产，适于大批量生产，同生产效率高，易于自动化生产，适于大批量生产，同时尺寸精度和形状精度较高，表面质量较好。时尺寸精度和形状精度较高，表面质量较好。 缺点：缺点：位置精度较低；调整比较费时。位置精度较低；调整比较费时。2.3 外圆表面加工外圆表面加工磨磨高精度磨削高精度磨削在普通磨削的基础上，通过调整与磨削精度在普通磨削的基础上，通过调整与磨削精度相关的因素实现提高磨削精度的目的。相关的因素实现提高磨削精度的目的。r 提高砂轮磨粒的等高性r 选择合适的砂轮r 选择合适的磨削用量r 性能良好的磨削液r 精度和刚度较好的磨床2.3 外圆表面加工外圆表面加工超精加

7、工超精加工特点：特点：用细粒度的油石进行微量磨削。用细粒度的油石进行微量磨削。优点：优点：生产效率高，尺寸精度高，表面质量好。生产效率高，尺寸精度高，表面质量好。 缺点：缺点：修整工件形状和尺寸误差的作用较差。修整工件形状和尺寸误差的作用较差。2.3 外圆表面加工外圆表面加工研磨研磨特点：特点：用游离的磨粒进行微量磨削。用游离的磨粒进行微量磨削。优点：优点：尺寸精度、形状精度高，表面质量好。能有效提高表尺寸精度、形状精度高，表面质量好。能有效提高表面耐磨性和疲劳强度。面耐磨性和疲劳强度。 缺点：缺点：生产效率低。生产效率低。2.4 孔加工孔加工2.4 孔加工孔加工孔加工特点：孔加工特点：r 加

8、工孔的刀具尺寸受被加工孔尺寸的限制，刚性差，容加工孔的刀具尺寸受被加工孔尺寸的限制，刚性差，容易产生弯曲变形和振动；易产生弯曲变形和振动； r 被加工孔的尺寸往往直接取决于刀具的尺寸，刀具的制被加工孔的尺寸往往直接取决于刀具的尺寸，刀具的制造误差和磨损将直接影响孔的加工精度。造误差和磨损将直接影响孔的加工精度。r 加工孔时，切削区在工件内部，排屑及散热条件差，加加工孔时，切削区在工件内部，排屑及散热条件差，加工精度和表面质量都不易控制。工精度和表面质量都不易控制。r 孔的技术要求与外圆的技术要求相似，只不过孔的加工孔的技术要求与外圆的技术要求相似，只不过孔的加工精度不易保证，加工成本较高。精度

9、不易保证，加工成本较高。2.4 孔加工孔加工孔加工钻孔钻孔扩孔扩孔铰孔铰孔镗孔镗孔拉孔拉孔磨孔磨孔研磨孔研磨孔珩磨孔珩磨孔钻刀镗刀拉刀砂轮磨粒油石2.4 孔加工孔加工钻孔钻孔r 孔的尺寸精度一般为IT13IT11，粗加工 r 适用于精度要求不高的孔2.4 孔加工孔加工扩孔扩孔r 孔的尺寸精度一般为IT10IT9：半精加工r 扩大孔径，提高孔的加工质量 2.4 孔加工孔加工铰孔铰孔r 孔的尺寸精度一般为IT8IT6：精加工r 适用于直径较小孔的精加工 2.4 孔加工孔加工镗孔镗孔 镗孔是用镗刀对已钻出孔或毛坯孔作进一步加工的方法镗孔是用镗刀对已钻出孔或毛坯孔作进一步加工的方法 分为分为粗镗粗镗、

10、半精镗半精镗、精镗精镗和和精细镗精细镗（金刚镗）（金刚镗） 镗孔有三种方式：镗孔有三种方式： 工件回转，刀具作进给运动工件回转，刀具作进给运动 刀具回转，工件作进给运动刀具回转，工件作进给运动 工件不动，刀具旋转并作进给运动工件不动，刀具旋转并作进给运动2.4 孔加工孔加工镗孔镗孔工件回转，刀具作进给运动工件回转，刀具作进给运动2.4 孔加工孔加工镗孔镗孔刀具回转，工件作进给运动刀具回转，工件作进给运动2.4 孔加工孔加工镗孔镗孔工件不动，刀具旋转并作进给运动工件不动，刀具旋转并作进给运动2.4 孔加工孔加工镗孔镗孔镗孔特点镗孔特点r 镗刀在半封闭状态下工作镗刀在半封闭状态下工作r 镗刀刚性较

11、差，容易振动镗刀刚性较差，容易振动r 镗孔工艺范围广，加工不同直径的孔时，不镗孔工艺范围广，加工不同直径的孔时，不需更换刀具需更换刀具r 镗孔是实现精密孔系加工的重要方法，是用镗孔是实现精密孔系加工的重要方法，是用于单件小批的大型箱体类零件孔的主要加工方法于单件小批的大型箱体类零件孔的主要加工方法2.4 孔加工孔加工拉孔拉孔拉孔视频拉孔视频r 拉孔是在拉床上用拉刀对孔进行精加工的一种方法。r 拉刀是一种多齿刀具，沿着拉刀运动方向刀齿高度逐渐增加，从而一层层地从工件上切下余量，并获得较高的尺寸精度和较好的表面质量。 2.4 孔加工孔加工磨孔磨孔r 受工件内孔尺寸的限制，砂轮直径小，转速也不是很高

12、，因此内孔磨削的表面粗糙度较大。r 砂轮轴的直径小，悬出长，刚性差，变形和振动大，不宜采用较大的磨削深度与进给量，故生产效率较低 。r 磨削接触区面积较大，磨削热大，工件易烧伤 r 冷却条件差，排屑困难，砂轮易堵塞。所以，砂轮磨损较快，需要经常修整和更换，增加了辅助时间 2.4 孔加工孔加工研磨孔研磨孔r 孔的一种光整加工方法。r 研磨孔与研磨外圆机理相同，研具结构有所不同 2.4 孔加工孔加工珩磨孔珩磨孔2.5 外圆表面加工外圆表面加工2.5 平面加工平面加工平面加工特点：平面加工特点：r 平面是箱体、支架、盘类零件的主要表面之一平面是箱体、支架、盘类零件的主要表面之一 r 平面加工的主要技

13、术要求是直线度、平面度、表面粗糙平面加工的主要技术要求是直线度、平面度、表面粗糙度、表面层物理力学性能、位置精度等。度、表面层物理力学性能、位置精度等。2.5 平面加工平面加工平面加工车平面车平面铣平面铣平面刨平面刨平面磨平面磨平面刮研平面刮研平面抛光平面抛光平面拉平面拉平面2.5 平面加工平面加工铣平面铣平面铣平面铣平面特点：特点：r 生产率较高，散热条件较好生产率较高，散热条件较好. r 不连续切削，易形成冲击，切削过程容易产生振动，表不连续切削，易形成冲击，切削过程容易产生振动，表面质量较差，也加剧了刀具的磨损和破损。面质量较差，也加剧了刀具的磨损和破损。2.5 平面加工平面加工铣平面铣

14、平面铣削方式：铣削方式：r 铣床主轴与工件表面位置关系不同：铣床主轴与工件表面位置关系不同：周铣周铣和和端铣端铣 r 主运动方向和主进给运动方向不同：主运动方向和主进给运动方向不同：顺铣顺铣和和逆铣逆铣2.5 平面加工平面加工铣平面铣平面顺铣与逆铣对比：顺铣与逆铣对比：r 切削力方向切削力方向r 刀齿切削工作方式刀齿切削工作方式2.5 平面加工平面加工铣平面铣平面端铣三种方式对比：端铣三种方式对比：r 对称端铣：适用于淬硬钢和机床导轨对称端铣：适用于淬硬钢和机床导轨r 不对称顺铣：适用于碳钢和铸铁等不对称顺铣：适用于碳钢和铸铁等r 不对称逆铣：适用于冷硬性材料和不锈钢、耐热合金等不对称逆铣：适

15、用于冷硬性材料和不锈钢、耐热合金等2.5 平面加工平面加工刨平面刨平面刨平面刨平面特点：特点：r 存在空行程和冲击，生产率较低存在空行程和冲击，生产率较低. r 具有较高的直线度，特别适合加工狭长的平面。具有较高的直线度，特别适合加工狭长的平面。如何提高效率？2.5 平面加工平面加工磨平面磨平面2.5 平面加工平面加工刮研平面刮研平面r 光整加工，一般精刨之后进行光整加工，一般精刨之后进行 r 高表面质量和高的直线度高表面质量和高的直线度r 生产效率低，劳动强度大生产效率低，劳动强度大r 加工淬火的要求高的连接面和导向面等加工淬火的要求高的连接面和导向面等2.6 成形表面加工成形表面加工2.6

16、 成形表面加工成形表面加工成形表面加工的三种类型成形表面加工的三种类型成形表面加工的两种方法：成形表面加工的两种方法：成形刀具法成形刀具法和和仿形加工法仿形加工法2.6 成形表面加工成形表面加工成形刀具法：成形刀具法：r 加工精度主要取决于刀具精度加工精度主要取决于刀具精度r 同批次产品一致性好同批次产品一致性好r 生产效率较高生产效率较高r 刀具成本较高刀具成本较高仿形加工法：仿形加工法：r 加工精度主要取决于样板精度加工精度主要取决于样板精度r 工件形状越复杂、批量越大，效果越显著工件形状越复杂、批量越大，效果越显著2.7 数控加工数控加工2.7 数控加工数控加工数控加工特点数控加工特点r

17、 能加工轮廓形状复杂或可用数学模型描述的零件能加工轮廓形状复杂或可用数学模型描述的零件r 能加工超精零件能加工超精零件r 一次装夹可进行多道工序加工一次装夹可进行多道工序加工r 可同时加工两个或多个相同的零件，也可同时加可同时加工两个或多个相同的零件，也可同时加工多工序的不同零件工多工序的不同零件r 自动化程度高，能极大地减轻操作者的劳动强度自动化程度高，能极大地减轻操作者的劳动强度和紧张程度和紧张程度r 能明显缩短加工的准备时间，提高生产率能明显缩短加工的准备时间，提高生产率2.7 数控加工数控加工数控加工发展趋势数控加工发展趋势r 高精度化高精度化r 高速度化高速度化r 高柔性化高柔性化r

18、 高自动化高自动化r 智能化智能化r 超复合化超复合化2.8 特种加工特种加工2.8 特种加工特种加工概念概念 利用电、热、声、光、电化学等能量切除材料的加利用电、热、声、光、电化学等能量切除材料的加工方法工方法应用范围应用范围 具有高硬度、高强度、高脆性或高熔点的各种难加具有高硬度、高强度、高脆性或高熔点的各种难加工材料零件的加工，具有较低刚度或复杂曲面形状的工材料零件的加工，具有较低刚度或复杂曲面形状的特殊零件的加工等特殊零件的加工等主要技术主要技术 电火花加工、电解加工、激光加工、超声波加工电火花加工、电解加工、激光加工、超声波加工2.8 特种加工特种加工特种加工特点特种加工特点r 能量

19、密度高，能加工常规切削方法难以加工的材料。能量密度高，能加工常规切削方法难以加工的材料。r 非机械接触加工，加工时间短、工件受力受热小、工非机械接触加工，加工时间短、工件受力受热小、工件不易变形。件不易变形。r 加工能量容易控制，可进行微细零件的精密加工。加工能量容易控制，可进行微细零件的精密加工。r 无切屑或仅有粉末状切削，易于自动处理。无切屑或仅有粉末状切削，易于自动处理。r 加工过程易于实现自动化。加工过程易于实现自动化。 2.8 特种加工特种加工电火花加工电火花加工原理原理： 电火花加工是利用工具电极和工件电极间瞬时电火花加工是利用工具电极和工件电极间瞬时火花放电所产生的高温，熔蚀工件

20、材料来获得火花放电所产生的高温，熔蚀工件材料来获得工件成形的工件成形的分类分类： 电火花成形加工机床电火花成形加工机床和和电火花线切割机床电火花线切割机床2.8 特种加工特种加工电火花加工电火花加工电火花加工视频电火花加工视频工件1与工具电极4分别连接脉冲电源2的两输出端。自动进给调节装置3使工具和工件间经常保持很小的放电间隙，当脉冲电压加至两极时会击穿介质，局部产生放电火花，瞬时高温使工件熔蚀掉部分金属 2.8 特种加工特种加工线切割加工线切割加工电火花线切割加工视频电火花线切割加工视频2.8 特种加工特种加工电火花加工电火花加工电火花加工特点电火花加工特点r 工具不与工具直接接触，没有切削

21、力作用，对机床加工具不与工具直接接触，没有切削力作用，对机床加工系统的刚度要求不高。工系统的刚度要求不高。r 可加工任何导电材料的工件。可加工任何导电材料的工件。r 有配好的电参数，如电压、电流、频率、脉宽等称为有配好的电参数，如电压、电流、频率、脉宽等称为电规准。电规准。2.8 特种加工特种加工电解加工电解加工原理原理： 电解加工是利用金属在电解液中发生电解加工是利用金属在电解液中发生“阳阳极溶解极溶解”来进行加工的，又称为电化学加工来进行加工的，又称为电化学加工 电解加工视频电解加工视频2.8 特种加工特种加工电解加工电解加工电解加工特点电解加工特点r 工作电压低（工作电压低（6 624V

22、24V），工作电流大（），工作电流大（50050020000A20000A）r 能以简单的进给运动一次加工出形状复杂的型面或型腔能以简单的进给运动一次加工出形状复杂的型面或型腔r 可加工难加工材料可加工难加工材料r 生产生产率较高，约为电火花加工的生产生产率较高，约为电火花加工的5 51010倍倍r 加工中无机械切削力或切削热，适合于易变形或薄壁零加工中无机械切削力或切削热，适合于易变形或薄壁零件的加工件的加工r 平均加工公差可达平均加工公差可达0.1mm0.1mm左右左右r 附属设备多，占地面积大，造价高附属设备多，占地面积大，造价高r 电解液既腐蚀机床，又污染环境电解液既腐蚀机床，又污染环

23、境2.8 特种加工特种加工激光加工激光加工原理原理： 利用激光的能量密度高、利用激光的能量密度高、方向性好、单色性好、相干方向性好、单色性好、相干性好的特点性好的特点, ,通过光学系统聚通过光学系统聚焦成一个极小的光斑焦成一个极小的光斑, ,从而获从而获得极高的能量密度和极高的得极高的能量密度和极高的温度温度, ,使坚硬的材料瞬时急剧使坚硬的材料瞬时急剧熔化和蒸发熔化和蒸发, ,并产生强烈的冲并产生强烈的冲击波击波, ,使熔化的物质爆炸式地使熔化的物质爆炸式地喷射去除喷射去除激光加工视频激光加工视频2.8 特种加工特种加工激光加工激光加工激光加工特点激光加工特点r 激光功率高，可以加工任何能熔

24、化而不易产生化学分解激光功率高，可以加工任何能熔化而不易产生化学分解的难加工的金属和非金属固体材料的难加工的金属和非金属固体材料r 加工不需要刀具加工不需要刀具r 激光加工属非接触加工，加工变形小，无接触变形。激光加工属非接触加工，加工变形小，无接触变形。r 激光束能聚焦成激光束能聚焦成1 1 m m以下的光斑，加工孔径和窄缝可以以下的光斑，加工孔径和窄缝可以小至几微米，适用于微细加工。激光切割的切缝窄，切割小至几微米，适用于微细加工。激光切割的切缝窄，切割边缘质量好。边缘质量好。r 加工速度快，生产效率高，热影响区小，热变形小加工速度快，生产效率高，热影响区小，热变形小r 激光束传递方便、易

25、于控制，便于与机器人、自动检测、激光束传递方便、易于控制，便于与机器人、自动检测、计算机数字控制等先进技术相结合，实现自动化加工计算机数字控制等先进技术相结合，实现自动化加工r 采用多轴联动可加工异形曲面、曲线及雕刻等采用多轴联动可加工异形曲面、曲线及雕刻等2.8 特种加工特种加工电子束和离子束加工电子束和离子束加工电子束加工原理电子束加工原理： 电子束加工是在真空条件下，利用聚焦后能量密度极电子束加工是在真空条件下，利用聚焦后能量密度极高（高（106106109W/cm2109W/cm2）的电子束，以极高的速度冲击到工）的电子束，以极高的速度冲击到工件表面的极小位置上，在极短的时间内（几分之

26、一微秒）件表面的极小位置上，在极短的时间内（几分之一微秒）内，这些极高的能量大部分转化为热能，而此时被加工的内，这些极高的能量大部分转化为热能，而此时被加工的位置达到几千度的高温，从而引起材料局部的熔化和气化，位置达到几千度的高温，从而引起材料局部的熔化和气化，被真空系统带走。被真空系统带走。离子束加工原理离子束加工原理： 离子束加工也是在真空条件下，将离子源产生的离子离子束加工也是在真空条件下，将离子源产生的离子束经过加速聚焦，撞击工件表面，由于离子的质量比电子束经过加速聚焦，撞击工件表面，由于离子的质量比电子要大很多，因此可以获得更大的机械能，而不是像电子束要大很多，因此可以获得更大的机械能，而不是像电子束加工中靠动能转化为热能来实现加