第八章切削加工设备及应用

1、第八章第八章 切削加工设备及应用切削加工设备及应用8.1 8.1 车削加工车削加工8.2 8.2 铣削加工铣削加工 8.3 8.3 钻削加工钻削加工8.4 8.4 磨削、刨削、镗削加工磨削、刨削、镗削加工8.5 8.5 数控加工、精密加工、特种加工数控加工、精密加工、特种加工 8.1 8.1 车削概述车削概述 图图1.1. 1.1. 卧式车床所能加工的典型零件卧式车床所能加工的典型零件刀架：夹刀架：夹持车刀持车刀 尾座：在尾座套尾座：在尾座套筒内安装顶尖，筒内安装顶尖，可支承工件可支承工件 床身：连接各主床身：连接各主要部件并保证各要部件并保证各部件之间有正确部件之间有正确的相对位置的相对位置

2、 床腿床腿 光杠：实现纵光杠：实现纵向或横向自动向或横向自动进给进给 丝杠：将进给运丝杠：将进给运动传给溜板箱，动传给溜板箱，完成螺纹车削完成螺纹车削 溜板箱：溜板箱：将光杠传来将光杠传来的旋转运动变为车刀的的旋转运动变为车刀的纵向或横向的直线移动纵向或横向的直线移动 进给箱：将运进给箱：将运动传至光杠或动传至光杠或丝杠丝杠 主轴箱：主轴箱：支承主轴支承主轴部件部件 挂轮挂轮床腿床腿 主轴组件主轴组件 CA6140 CA6140车床主轴是一个空心的阶梯轴，其内车床主轴是一个空心的阶梯轴，其内孔可用来通过棒料、拆卸顶尖，安装夹紧装置的孔可用来通过棒料、拆卸顶尖，安装夹紧装置的杠件。主轴前端的锥孔

3、用以安装顶尖或心轴，主杠件。主轴前端的锥孔用以安装顶尖或心轴，主轴后端的锥孔是加工主轴时的工艺基面。主轴尾轴后端的锥孔是加工主轴时的工艺基面。主轴尾端的外圆柱面可作为安装各种辅具的基面。端的外圆柱面可作为安装各种辅具的基面。 卡盘的连接卡盘的连接（车床主轴轴端的结构形式） 主主轴前端用来安装卡盘或拨盘，短圆锥作定位基面。法兰外圈的11个螺纹孔用来拉紧四爪卡盘或拨盘，另一个孔装定位销传递转矩。内圈有8个螺纹孔用来安装三爪卡盘。这种结构的优点是装卸方便、安全可靠、定心精度高、主轴前端悬伸短。 卡盘 8.2 8.2 铣床概述铣床概述v铣削：一种常见的金属冷加工方式，和车削不同之处在于铣削加工中刀具在

4、主轴驱动下高速旋转，而被加工工件处于相对静止。v v1、铣削的切削运动、铣削的切削运动v主运动：铣刀旋转运动v进给运动：工作台在垂直铣刀轴线上的直线运动 v2、铣削加工特点：、铣削加工特点：v1）生产率较高v2）适应性较好（可加工内圆弧面、螺旋槽、齿轮等）v3）加工质量中等v4）铣削方法灵活v1、铣床种类、铣床种类v基本形式：升降台式铣床v 龙门铣床v2、X6132铣床铣床v（卧式万能升降台铣床）卧式万能升降台铣床刚性强，卧式万能升降台铣床刚性强，进给变速范围广，能承受中负荷进给变速范围广，能承受中负荷切削。主轴锥孔可直接或通过附切削。主轴锥孔可直接或通过附件安装各种圆柱铣刀、圆片铣刀、件安装

5、各种圆柱铣刀、圆片铣刀、成型铣刀、端面铣刀等刀具，适成型铣刀、端面铣刀等刀具，适于加工各种零件的平面、斜面、于加工各种零件的平面、斜面、沟槽、孔等。沟槽、孔等。龙门铣床刚性高，可同时加龙门铣床刚性高，可同时加工多个工件或多个表面，生产工多个工件或多个表面，生产效率高。适于加工大批量生产、效率高。适于加工大批量生产、大型零件。大型零件。v3、铣削刀具v圆柱形铣刀圆柱形铣刀v用于卧式铣床上加工平面。刀齿分布在铣刀的圆周上，按齿数分粗齿和细齿两种。螺旋齿粗齿铣刀齿数少，刀齿强度高，容屑空间大，适用于粗加工；细齿铣刀适用于精加工。v面铣刀面铣刀v用于立式铣床、端面铣床或龙门铣床上加工平面，端面和圆周上

6、均有刀齿。v立铣刀立铣刀v用于加工沟槽和台阶面等。 v相对于工件的进给方向和铣刀的旋转方向有两种方式：v1、顺铣，铣刀的旋转方向和切削的进给方向是相同的，在开始切削时铣刀就咬住工件并切下最后的切屑。v2、逆铣，铣刀的旋转方向和切削的进给方向是相反的，铣刀在开始切削之前必须在工件上滑移一段，以切削厚度为零开始，到切削结束时切削厚度达到最大。v在三面刃铣刀、某些立铣或面铣时，切削力有不同方向。面铣时，铣刀正好在工件的外侧，切削力的方向更应特别注意。顺铣时，切削力将工件压向工作台，逆铣时切削力使工件离开工作台。v1、顺铣特点：、顺铣特点：顺铣时，铣刀刀刃的切削厚度由最大到零，不存在滑行现象，刀具磨损

7、较小，工件冷硬程度较轻。垂直分力Fv向下，对工件有一个压紧作用，有利于工件的装夹。但是水平分力Fh方向与工件进给方向相同，不利于消除工件台丝杆和螺母间的间隙，切削时振动大。但其表面光洁度较好，适合精加工。2、逆铣特点v逆铣时，铣刀刀刃不能立刻切入工件，而是在工件已加工表面滑行一段距离。刀具磨损加剧，工件表面产生冷硬现象，垂直分力Fv对工件有一个上抬作用，不利于工件的装夹。但是水平分力Fh方向与工件进给方向相反，有利于消除工件台丝杆和螺母间的间隙，切削平稳，振动小。表面粗糙度较差，适合粗加工。v1、回转工作台、回转工作台 带有可转动的台面、用以装夹工件并实现回转和分度定位的附件，简称转台或第四轴

8、。转台可分为手动转台和机动转台两类。用于加工有分度要求的孔、槽和斜面，加工时转动工作台，则可加工圆弧面和圆弧槽等。 v2、万能铣头、万能铣头v 装夹在卧式铣床上使用，铣刀轴可在水平和垂直两个平面内回转。可以完成各个表面的铣削加工。 万能铣头万能铣头 铣刀轴可在水平和垂直两个平面内回转。绕水平z轴旋转的轴称为c轴，绕垂直x轴旋转的轴称为a轴，各轴协作完成各个表面的铣削加工。 8.3 8.3 钻床概述钻床概述v提问：1、下两幅图中是何种铣刀？2、左图属于顺铣还是逆铣？特点是什么？v 钻削加工是用钻头在工件上加工孔的一种加工方法。在钻床上加工时，工件固定不动，刀具作旋转运动（主运动）的同时沿轴向移动

9、（进给运动）。v（一）钻削的特点与应用（一）钻削的特点与应用 1钻削加工的工艺范围钻削加工的工艺范围 钻削加工的工艺范围较广，在钻床上采用不同的刀具，可以完成钻中 心孔、钻孔、扩孔、铰孔、攻螺纹、锪孔和锪平面等，如图8-1所示。在钻床上钻孔精度低，但也可通过钻孔-扩孔-铰孔加工出精度要求很高的孔（IT6IT8，表面粗糙度为1.60.4m），还可以利用夹具加工有位置要求的孔系。 麻花钻的结构麻花钻是一种形麻花钻是一种形状较复杂的双刀状较复杂的双刀槽孔加工工具。槽孔加工工具。 v2钻削加工的工艺特点钻削加工的工艺特点 （1）钻头在半封闭的状态下进行切削的，切削量大，排屑困难。 （2）摩擦严重，产生

10、热量多，散热困难。 （3）转速高、切削温度高，致使钻头磨损严重。 （4）挤压严重，所需切削力大，容易产生孔壁的冷作硬化。 （5）钻头细而悬伸长，加工时容易产生弯曲和振动。 （6） 钻孔精度低，尺寸精度为IT13IT12，表面粗糙度Ra为12.56.3m。v二、钻床种类二、钻床种类v 钻床的主要类型有台式钻床、立式钻床、摇臂钻床以及专门化钻床等。1立式钻床立式钻床v 立式钻床又分为圆柱立式钻床、方柱立式钻床和可调多轴立式钻床三个系列。如图8-2为一方柱立式钻床，其主轴是垂直布置的，在水平方向上的位置固定不动 必须通过工件的移动，找正被加工孔的位置。立式钻 床生产率不高，大多用于单件小批量生产加工

11、中小型工件2摇臂钻床v 在大型工件上钻孔，希望工件不动，钻床主轴能任意调整其位置。这就需用摇臂钻床。如图8-3是摇臂钻床 的外形图。摇臂钻床广泛地用于大、中型工件的加工。三、钻孔三、钻孔 、扩孔及铰孔 钻削加工使用的钻头是定尺寸刀具，按其结构特点和用途可分为扁钻、麻花钻、深孔钻和中心钻等，钻孔直径为0.1100mm，钻孔深度变化范围也很大。中心钻中心钻B型A型1麻花钻麻花钻（1） 麻花钻的组成 标准麻花钻如图所示，由柄部、颈部和工作部分组成。 （2）麻花钻钻孔的方法）麻花钻钻孔的方法v找正和引导方式：单件小批：按划线位置钻孔。v批量生产：采用专用钻床夹具利用钻套引导。 v钻深孔：当孔的深度超过

12、孔径三倍时，钻孔时要经常退出钻头及时排屑和冷却。v在硬材料上钻孔：钻孔速度不能过高，手动进给量要均匀，特别是孔将要钻透时，应注意适当降低速度和进给量。v钻削较大的孔：当钻孔直径较大（通常30mm）时，应分两次钻削。v在斜面上钻孔：易使钻头引偏，造成孔轴线歪斜。可先锪出平面后再进行钻孔），或采用特殊钻套来引导钻头。 1 1）按划线钻孔）按划线钻孔 如图所示，首先根据加工孔的材料和刀具，合理选择主轴转速。然后移动工件，如图所示，首先根据加工孔的材料和刀具，合理选择主轴转速。然后移动工件，使钻头对准划线的圆心样冲眼，即试钻。如发现有偏心现象，需重新进行校准。但由使钻头对准划线的圆心样冲眼，即试钻。如

13、发现有偏心现象，需重新进行校准。但由于钻头在工件上已定心，即使移动工件再钻，钻头还会落到原来位置上，所以，应在于钻头在工件上已定心，即使移动工件再钻，钻头还会落到原来位置上，所以，应在浅孔坑与划线距离较大处錾数条浅槽，使试钻孔底变平不再起导向作用，落钻再试，浅孔坑与划线距离较大处錾数条浅槽，使试钻孔底变平不再起导向作用，落钻再试，等对准后即可开始钻孔。当钻头快要钻通时应减慢进给量，钻通后方可退刀。等对准后即可开始钻孔。当钻头快要钻通时应减慢进给量，钻通后方可退刀。按划线法钻孔按划线法钻孔 2 2）按靠刀法钻孔）按靠刀法钻孔 如图所示，工件上的孔对基准的如图所示，工件上的孔对基准的孔距尺寸精度要

14、求较高时，如果还采孔距尺寸精度要求较高时，如果还采用划线法钻孔就不容易控制了，这时用划线法钻孔就不容易控制了，这时应利用铣床纵、横手轮有刻度的特点应利用铣床纵、横手轮有刻度的特点，采用靠刀法来对刀实现孔的钻削加，采用靠刀法来对刀实现孔的钻削加工。具体加工方法如下：工。具体加工方法如下： （1 1）先将中心钻夹在夹头内，使）先将中心钻夹在夹头内，使中心钻外圆与工件基准刚好靠到后，中心钻外圆与工件基准刚好靠到后，再向再向X X轴负方向摇进，使中心钻离开工轴负方向摇进，使中心钻离开工件，再向件，再向Y Y轴正方向摇进轴正方向摇进s s1 1距离。距离。 （2 2）在此位置上，靠近另一基准）在此位置上

15、，靠近另一基准后，就可摇过后，就可摇过s s距离，即对好左起第一距离，即对好左起第一个孔的中心位置。个孔的中心位置。用靠刀法移动距离确定孔的中心位置用靠刀法移动距离确定孔的中心位置 3 3）按钻模钻孔）按钻模钻孔 钻削夹具简称钻削夹具简称“钻模钻模”。它是在。它是在钻床上进行孔的钻、扩、铰、锪、攻钻床上进行孔的钻、扩、铰、锪、攻螺纹加工时，用以确定工件和刀具的螺纹加工时，用以确定工件和刀具的相对正确位置，并使工件得到夹紧的相对正确位置，并使工件得到夹紧的工艺装置。如图所示。工艺装置。如图所示。直柄直柄锥柄锥柄圆筒状的柄部锥柄部 MT柄钻夹头弹性夹头主軸固定槽钻床，车床加工中心直柄钻头直柄钻头4

16、.14.14.14.1直柄直柄刃径与柄径相同刃径与柄径相同4.14.14.14.14.24.24.24.24.34.34.34.34.44.44.44.4刃径柄刃径柄刃径柄刃径柄4.14.16.06.0刃径与柄径不同刃径与柄径不同刃径刃径4.14.16.0 6.0 柄柄6 6.0 .0 柄粗柄粗剛性好剛性好钻头的钻头的种种类类（按（按结结构分）构分）嵌刃式嵌刃式钻头钻头可转位刀片钻头可转位刀片钻头硬质合金钻头 高速高速钢钻头钢钻头钻头的钻头的种种类类（ （油孔）油孔）油油孔孔（ （内冷内冷） ）钻头钻头有利于有利于冷却効果冷却効果和和切切屑的屑的排出排出扩展：枪孔钻枪孔钻 v2扩孔扩孔 扩孔常

17、用于已铸出、锻出或钻出孔的扩大。扩孔可作为铰孔、磨孔前的预加工，也可以作为精度要求不高的孔的最终加工。扩孔比钻孔的质量好，生产效率高。扩孔对铸孔、钻孔等预加工孔的轴线的偏斜，有一定的校正作用。扩孔精度一般为IT10左右，表 面粗糙度Ra值可达6.33.2m。扩孔钻a)高速钢整体式 b)硬质合金镶齿套式v3 3铰孔铰孔 铰孔是利用铰刀从工件孔壁切除微量金属层，以提高其尺寸精度和减小表面粗糙度值的方法。它适用于孔的半精加工及精加工，也可用于磨孔或研孔前的预加工。铰孔精度一般为IT9IT7，表面粗糙度Ra值为3.21.6m ，精细铰尺寸公差等级最高可达IT6，表面粗糙度Ra值为1.60.4m。 铰刀

18、的类型直柄机用铰刀锥柄机用铰刀硬质合金锥柄机用铰刀手用铰刀可调节手用铰刀套式机用铰刀直柄莫氏圆锥铰刀锥度铰刀手用1：50 8.4 8.4 刨床、镗床、磨床概述刨床、镗床、磨床概述v1、刨削加工：刨刀与工件作水平方向相对直线往复运动的切削加工方法 。刨削是平面加工的主要方法之一。v2、刨削加工范围：平面、沟槽、直线成型面。 v刨削可以加工平面、平行面、垂直面、台阶、沟漕、斜面、曲面等。 牛头刨床的最大刨削长度一般不超过1000 mm，因此只适于加工中、小型工件。其主参数为最大刨削长度。如：B6050 其中B表示刨插类床，60表示牛头，50表示滑枕加工最长零件的十分之一 3、常见的刨床类机床有牛头

19、刨床、龙门刨床和插床等。 龙门刨床主要用来加上大型工件，或同时加工多个中、小型工件，还可以多把刨刀同时加工零件 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、花键槽等，也可用于加工多边形孔，如四方孔、六方孔等。 4、刨削加工常用装夹方式v1）压板装夹 v 使用压板时，压紧力的作用点最好靠近切削处，压紧力的大小要适当。如果工件放置压板处下面是空的，必须垫实方可用压板压紧。如压紧内孔面，应使用插销压板。v2）平口钳装夹v 在平口钳上装夹工件时，首先要保证平口钳在工作台上的正确位置，必要时使用百分表进行找正。工件不能伸出钳口两端或高出钳口面太多，因此工件下面的垫块厚度应适当。夹紧时应该使工

20、件紧靠在垫块上。 5、刨削与铣削的异同v 刨削和铣削是平面加工的两种基本方法。由于刨、铣加工所使用的设备、工艺装备和切削方式不同，所以它们的工艺特点也有较大的差异。v 1）刨削与铣削加工的生产率）刨削与铣削加工的生产率v 在大多数情况下，铣削加工的生产率明显高于刨削加工，只有加工窄长平面时，刨削加工的生产率才高于铣削加工。这是因为：v (1)刨削主运动是直线往复运动，刀具切入工件时有冲击，回程进还要克服惯性力，因此刨削的切削速度较低。铣削的主运动是回转运动，因此有利于采用高速切削。v (2)刨刀属于单刃刀具,实际参加切削的刀刃长度有限,一个表面通常要经过多次行程才能加工出来，而且回程一般不切削

21、，属于空行程。铣刀属于多刃刀具，同时参加切削的刀齿数较多，总的切削宽度大，也没有回程时间损失。v (3)对窄长平面（如长槽、导轨等），刨削的生产率高于铣削是因为刨削工件窄可减少横向走刀次数。v2）刨削与铣削的应用场合）刨削与铣削的应用场合v 刨削的生产率比铣削低，但由于刀具结构简单，刨床便宜，调整方便，所以，刨削加工在单件小批量生产中具有较好的经济效益，应用广泛。v 在大批量生产中，铣削加工使用得极为普遍。v 刨削和铣削虽然都是主要加工平面和沟槽，但是铣削加工的主运动是回转运动，铣刀类型多，铣床上的附件也较多，从而使铣削加工适应性强，加工范围广泛。从加工考虑，许多表面，用刨铣均能完成，但有些只

22、能用刨，或有些只能用铣。例如工件内孔中的键槽和多边形孔，可用插床（立式刨床）加工，用铣削是无法完成的。在铣床回转工作台上铣圆弧形沟槽、利用分度头铣离合器和齿轮、在万能铣床上通过挂轮铣螺旋槽等，这些在刨床上很难加工，甚至无法加工。 v1、镗削加工：利用镗刀对已有孔进行的切削加工工艺。v2、镗削切削运动 主运动：镗刀的旋转运动 进给运动：工件或镗刀的直线运动v3、镗床的分类：卧式镗床、坐标镗床、金刚镗床、落地镗床 卧式镗床 卧式镗床既要完成粗加工（如粗镗、粗铣、钻孔等），又要进行精加工（如精镗孔）。因此对镗床的主轴部件的精度、刚度有较高的要求. 卧式镗床的主参数是镗轴直径 。 坐标镗床 一种高精度

23、的机床。其主要特点是具有坐标位置的精密测量装置；有良好的刚性和抗振性 。它主要用来镗削精密孔（IT5级或更高），例如钻模、镗模上的精密孔。 工艺范围：可以镗孔、钻孔、扩孔、铰孔以及精铣平面和沟槽，还可以进行精密刻线和划线以及进行孔距和直线尺寸的精密测量工作 。 。 图 卧式坐标镗床1-下滑座；2上滑座；3工作台；4立柱；5主轴箱；6床身底座坐标镗床的主要技术参数是工作台的宽度。 金刚镗床 一种高速精密镗床。主要特点是主运动vc很高，ap和f很小，加工精度可达IT5IT6，Ra达0.63-0.08m。金刚镗床的主轴短而粗，刚度较高，传动平稳，能加工出低表面粗糙度和高精度孔。 单面卧式金刚镗床 4

24、、镗刀v5、镗削特点： 1）镗削加工适应性强。（一把镗刀可以加工不同直径的孔） 2）操作技术要求高，生产率低。 3）镗刀结构简单，成本低。 4）可修正孔轴线误差。 v1、磨削加工：利用砂轮在磨床上对工件进行切削加工的工艺。磨削加工属于精加工v2、磨削加工特点特点： 1）切削刃不规则 2）背吃刀量小、加工质量高 3）磨削速度快、温度高 4）磨削加工的适应性强 5）砂轮具有自锐性 3、磨削加工范围： 磨削加工的应用范围非常广泛，可以加工内外圆柱面、内外圆锥面、平面、成形面和组合面等退回退回 2、内圆磨削装置、内圆磨削装置 主要由内圆磨具和支架两部主要由内圆磨具和支架两部分组成分组成, 装在砂轮架的

25、前上方，装在砂轮架的前上方，使用时翻下，不用时翻向上方使用时翻下，不用时翻向上方。使用时翻下使用时翻下不使用时翻上不使用时翻上 内圆磨具是磨内孔用的砂内圆磨具是磨内孔用的砂轮主轴部件，它做成独立部件，轮主轴部件，它做成独立部件，装在支架孔中，可以很方便地装在支架孔中，可以很方便地进行更换。因磨削内圆的砂轮进行更换。因磨削内圆的砂轮直径较小，要达到足够的磨削直径较小，要达到足够的磨削线速度，就要求砂轮轴具有很线速度，就要求砂轮轴具有很高的转速。为使砂轮轴在高转高的转速。为使砂轮轴在高转速下运转平稳，砂轮轴轴承应速下运转平稳，砂轮轴轴承应有足够的刚度和寿命，故砂轮有足够的刚度和寿命，故砂轮轴前后各

26、用轴前后各用两个两个D级精度的角级精度的角接触球轴承接触球轴承支承，沿圆周方向支承，沿圆周方向均匀分布的弹簧通过套筒顶紧均匀分布的弹簧通过套筒顶紧轴承的外圈产生预紧轴承的外圈产生预紧。这种结。这种结构能利用弹簧自动消除因砂轮构能利用弹簧自动消除因砂轮轴热胀伸长或轴承磨损后产生轴热胀伸长或轴承磨损后产生的影响使轴承保持稳定的预紧的影响使轴承保持稳定的预紧力，以保持轴承的刚度和寿命。力，以保持轴承的刚度和寿命。 为适应磨削不同为适应磨削不同长度的内孔，接长长度的内孔，接长杆可以更换。但由杆可以更换。但由于受内圆磨具结构于受内圆磨具结构限制，接长杆轴径限制，接长杆轴径较细，且悬伸又较较细，且悬伸又较长，因此刚度较差，长，因此刚度较差，是内圆磨具中刚度是内圆磨具中刚度最薄弱的环节最薄弱的环节 8.5 8.5 数控机床及应用数控机床及应用 一、数控机床的组成一、数控机床的组成二、工作原理二、工作原理 将被加工零件的几何信息和工艺信息数字化，按标将被加工零件的几何信息和工艺信息数字化，按标准的格式编制成加工程序。然后将此程序输入到数控机床准的格式编制成加工程序。然后将此程序输入到数控机床的数控装置中，再将被加工零件装夹好，对刀后，即可启的数控装置中，再将被加工零件装夹好，对刀后，即可启动机床运行加工程序。