工业生产过程2机械加工与刀具

1、2014-9-23工业生产过程工业生产过程机械加工与刀具概述机械加工与刀具概述 ZZQ2014-9-23本节课内容：本节课内容：l零件常见表面（外圆、孔、平面、零件常见表面（外圆、孔、平面、螺纹、齿面）的机械加工方法；螺纹、齿面）的机械加工方法；l不同类型和结构的刀具。不同类型和结构的刀具。 2014-9-23今天的课程学完后，预期学习结果今天的课程学完后，预期学习结果 ： l掌握机械零件表面的成形方法轨迹法、成形法、相切法和展成法；l熟悉零件常见表面（外圆、孔、平面、螺纹、齿面）的机械加工方法；l了解切削用量与切削层截面参数等机械加工基本概念；l了解刀具的类型和结构，零件常见表面加工与所用刀

2、具的对应关系。 2014-9-23CDIOCDIO相关能力在今天课程中的培养：相关能力在今天课程中的培养：l应用基础科学知识与工程基础知识，实行工程推理并解决问题。 l对各项学习任务进行合理的时间安排，有效高质量地完成。 2014-9-23l机械是由若干机械零件组成的。要获得需要的机械零件，必须要了解该零件表面的成形方法，通过选择合适的机床、刀具和夹具，采用正确的装夹方法，对材料或毛坯进行加工，使其成具有一定形状、尺寸和精度的零件。其中，由机床、刀具、夹具和工件组成的系统称为机械加工工艺系统（简称工艺系统），它对能否满足工件的要求起着决定性的作用。本章（机械加工的基本概念）重点分析工艺系统各部

3、分的特点及机械加工中常用的概念和方法。2014-9-23案例导入案例导入l怎样获得如图所示的阶梯轴零件？分析：它是由一些外圆柱面、圆锥面(倒角)和平面组成，并有尺寸精度和表面粗糙度要求。怎样才能获得这些表面？需要哪些运动？需要用什么机床、刀具、夹具和量具？怎样把它装在机床上？精度怎样？2014-9-23工件表工件表面的成面的成形方法形方法l所有机械零件的表面，都是由一些基本表面形成的。这些表面包括平面、圆柱面、圆锥面以及各种成形表面（如螺纹表面、渐开线齿面等），这些表面通常可以看成是一条母线沿着另一条导线运动而形成的。图示的几何表面都是由母线1沿导线2运动而形成的。母线和导线统称为发生线。20

4、14-9-23注意：注意：l1虽然母线和导线相同，但若两者间起始位置不同，形成的表面也不同，如上页图中的b及c。l2有些表面，其母线和导线可以互换，如上页图中a、d和f等，称为可逆表面；另一些表面则不能互换，如图中b和e，称为不可逆表面。l切削加工中发生线是由刀具的切削刃和轨迹的相对运动得到的，不同的加工运动、不同的切削刃形状，形成发生线的方式不同，获得的零件表面就不同。2014-9-23平面的形成平面的形成2014-9-23圆柱面的形成圆柱面的形成2014-9-23圆锥面的形成圆锥面的形成2014-9-23螺纹面的形成螺纹面的形成2014-9-23形成形成零件零件表面表面的的4 4种方种方法

5、法2014-9-23形成零件表面的形成零件表面的4 4种方法种方法l（1）轨迹法 利用刀具作一定规律的轨迹运动对工件进行加工的方法。切削刃与被加工表面为点接触，发生线为接触点的轨迹线。如上页图中母线2，工件作回转运动形成导线，最终获得回转曲面。采用轨迹法形成发生线需要一个成形运动。l（2）成形法 利用成形刀具对工件进行加工的方法。如上页图b所示，切削刃1的形状和长度与所需形成的发生线（母线2）完全吻合，工件作回转运动形成导线，最终也获得回转曲面。2014-9-23轨轨迹迹法法2014-9-23成成形形法法2014-9-23形成零件表面的形成零件表面的4 4种方法种方法l（3）相切法 利用刀具边

6、旋转边作轨迹运动对工件进行加工的方法。如图c所示，刀刃1作回转运动，同时刀具轴线沿着发生线的等距线作轨迹运动，切削点运动轨迹的包络线就是所需的发生线。为了用相切法得到发生线，需要二个成形运动，即刀具的旋转运动和刀具中心按一定规律运动。l（4）展成法 利用刀具和工件作展成切削运动进行加工的方法。如图d所示，加工时，刀具1与工件按确定的运动关系作相对运动，切削刃与被加工表面相切，切削刃各瞬时位置的包络线，就是所需的发生线。用展成法形成发生线需要一个成形运动（即刀具运动A与工件运动B组合而成的展成运动3）。2014-9-23相切法相切法2014-9-23展成法展成法2014-9-23表面表面成形运动

7、成形运动可分为：可分为：简单成形运动复合成形运动2014-9-23车车外圆外圆时的时的成成形运动形运动2014-9-23车车螺纹螺纹时的时的成成形运动形运动2014-9-23齿条刀加工齿轮齿条刀加工齿轮时的时的成形运动成形运动渐开线母线，由复合展成运动形成，可分解为旋转运动B11和刀具直线移动A12 ，属复合成形运动。直线导线，由齿向进给运动形成，属简单成形运动。2014-9-23零件表面零件表面成形所需的成形运动成形所需的成形运动l母线和导线是形成零件表面的两条发生线。因此，形成表面所需要的成形运动，就是形成母线及导线所需要的成形运动的总和。为了加工出所需的零件表面，机床就必须具备这些成形运

8、动。l冯之敬主编机械制造工程原理（第2版）P5-6列举了形成几种零件表面所需要的成形运动的例子。2014-9-23课堂练习课堂练习 l教科书教科书P33P33习题习题1-21-2 2014-9-23切削加工成形运动切削加工成形运动l（1）主运动主运动 直接切除工件上的切削层，以形成工件以加工表面的基本运动。主运动的速度最高，消耗功率最大，机床的主运动只有一个。主运动可以由工件或由刀具完成，车削时的主运动是工件的旋转运动。l（2）进给运动进给运动 是指不断把切削层投入切削的运动。进给运动的速度较低，消耗的功率较小。进给运动不限于一个，可以是连续的，也可以是间歇性的。2014-9-23合成切削合成

9、切削运动运动l合成切削运动是同时进行的主运动与进给运动合成的运动。即主运动与进给运动的向量和。l合成切削速度v ve e 在主运动与进给运动同时进行的情况下，切削刃上任一点的实际切削速度是切削速度v vc c与进给速度v vf f的合成速度v ve e v ve e = = v vc c + + v vf f2014-9-23车车螺纹合成切削螺纹合成切削运动运动2014-9-23铣削铣削合成切削合成切削运动运动2014-9-23车削时的切削运动与加工表面车削时的切削运动与加工表面2014-9-23工件上三个不断变化着的表面工件上三个不断变化着的表面l已加工表面已加工表面 指经切削形成的新表面，

10、它随着切削运动的进行逐渐扩大。l待加工表面待加工表面 指即将被切除的表面。它随着切削运动的进行，逐渐缩小，直至全部切去。l过渡表面过渡表面 指切削刃正在切削的表面。2014-9-23各种切削运动和加工表面各种切削运动和加工表面l在切削过程中，切削刃相对于工件运动轨迹面，就是工件上的过渡表面和已加工表面。这里有两个要素，一是切削刃，二是切削运动。不同形状的切削刃与不同的切削运动组合，即可形成各种工件表面，如下两页图示。2014-9-23各种切削运动和加工表面各种切削运动和加工表面2014-9-23各种切削运动和加工表面各种切削运动和加工表面2014-9-23切削用量切削用量三要素三要素2014-

11、9-23切削用量切削用量切削速度切削速度 l（1）切削速度 它是切削刃上选定点相对于工件的主运动线速度。当主运动为旋转运动时，其切削速度为（单位为m/min）l式中 d 完成主运动的工件或刀具的最大直径（单位为mm）；l n 主运动的转速（单位为r/min）2014-9-23切削用量切削用量进给量进给量 l（2）进给量f 当主运动旋转一周时，刀具（或工件）沿进给方向上的位移量f。进给量的大小也反映了进给速度（单位为mm/min）的大小，关系为2014-9-23切削用量切削用量切削深度切削深度l切削深度（背吃刀量 ） 车削时（单位为mm）是工件上待加工表面与已加工表面间的垂直距离：l式中 d w

12、工件待加工表面的直径,单位为mm；l dm工件已加工表面的直径,单位为mm。2014-9-23车削时的切削层尺寸车削时的切削层尺寸2014-9-23切削层参数切削层参数2014-9-23切削方式切削方式正切削与斜切削正切削与斜切削2014-9-23切削方式切削方式自由切削与非自由切削自由切削与非自由切削2014-9-23刀刀具具l切削过程就是刀具从工件表面上切除多余的材料。根据工件和机床的不同，刀具也有不同的类型、结构、材料和几何参数。2014-9-23刀刀具具种种类类l根据所用机床及的所加工对象的不同，刀具可分为：l车刀用于车床；l铣刀用于铣床；l刨刀用于刨床；l镗刀用于镗床；l拉刀用于拉床

13、；l孔加工刀具用于加工孔；l齿轮刀具用于加工齿轮；l广义上，刀具还包括用于磨削加工的砂轮等。l以上刀具种类还可进一步细分。 2014-9-23各类型车刀各类型车刀 l车刀是金属切削加工中使用最广泛的刀具，它可以用来加工各种内、外回转体表面，如外圆、内孔、端面、螺纹，也可用于切槽和切断等。l以车刀为例，还可进一步细分为可用于加工各种具体零件表面的各类型车刀左偏刀、右偏刀、90偏刀、75偏刀（弯头刀）、尖刀（直头刀）、端面车刀、切断刀、成形车刀、宽刃精车刀、螺纹车刀、通孔车刀、盲孔车刀和内槽车刀等。l下页图示为各类型焊接式车刀。2014-9-23各各类类型型焊焊接接式式车车刀刀l1.切断刀 2、3

14、. 90偏刀 4.弯头刀 5.直头刀 6.成形车刀 7.宽刃精车刀8、10.螺纹车刀 9.端面车刀 11.内槽车刀 12.通孔车刀 13.盲孔车刀2014-9-23思考思考 l盲孔车刀能否用于加工端盲孔车刀能否用于加工端面？面？ 为什么？为什么？2014-9-23铣刀铣刀l铣刀是多齿回转刀具，可以加工各种平面、沟槽和成形表面等。铣刀的种类很多，按其用途可分为加工平面用铣刀、加工沟槽用铣刀和加工成形面用铣刀等三大类。通用规格的铣刀已标准化，由专业工具厂生产。下页介绍几种常用的铣刀。2014-9-23常用常用铣刀与加铣刀与加工的典型表面工的典型表面l a)、 b)、 铣平面 c) 铣螺纹 d)、e

15、) 铣沟槽 f) 铣台阶 g) 铣T型槽 h)切断 i)、j) 铣角度槽 k)、 l) 铣键槽 m) 铣齿形 n) 铣螺旋槽 o) 铣曲面 p) 铣立体曲面 q)球头铣刀2014-9-23圆圆柱柱铣铣刀刀2014-9-23端端铣铣刀刀2014-9-23盘形铣刀盘形铣刀2014-9-23立铣刀和立铣刀和键槽铣刀键槽铣刀2014-9-23角度铣刀角度铣刀2014-9-23成成形形铣铣刀刀2014-9-23直齿圆柱齿轮的成形铣削直齿圆柱齿轮的成形铣削2014-9-23孔加工刀具孔加工刀具l在实体上加工孔，常用麻花钻、中心钻及深孔钻；而对已有孔作进一步加工，则用扩孔钻、铰刀、镗刀等，此外，内孔拉（推）

16、刀、内圆磨砂轮及珩磨头也用来对已有孔作进一步的精加工。2014-9-23麻花钻麻花钻l麻花钻是一种形状复杂的双刃钻孔或扩孔的标准刀具。标准麻花钻是由柄部、颈部和工作部分组成，如图所示。 l麻花钻的主要几何参数有螺旋角（一般为25 32），顶角2，（2=118），横刃长度，横刃斜角等。2014-9-23麻麻花花钻钻的的刃刃磨磨2014-9-23群钻群钻l基本型群钻基本型群钻l1、1外刃后刀面l 2、2月牙槽 l 3、3内刃前刀面 l 4、4分屑槽l标准麻花钻的缺点是：切削刃长，前角变化大（从外缘30逐渐减小到钻芯-30），横刃切削条件差，排屑不畅等，为提高钻孔的精度和效率，常将标准麻花钻按特定方

17、式修磨成“群钻”。2014-9-23硬质硬质合金合金钻钻头头2014-9-23扩扩孔孔钻钻l扩孔钻是将孔进一步扩大用的刀具。扩孔钻有整体式和套式两种，如图所示。扩孔钻的外形与麻花钻类似，但其齿数较多（一般为34齿），容屑槽较浅，无横刃，导向性好，可获得比钻孔高的加工质量和生产效率。常用来加工直径小于100mm的孔。2014-9-23铰刀铰刀的结的结构构l铰刀用于中小尺寸孔的半精加工和精加工。铰刀的齿数多（612个），齿槽浅，刚性和导向性好。铰刀的结构由工作部分、颈部和柄部组成，工作部分有切削部分和校准部分，校准部分有圆柱部分和倒锥部分。铰刀圆柱校准部分的直径为铰刀的直径，它直接影响到被加工孔的

18、尺寸精度及刀具使用寿命。2014-9-23铰刀铰刀的种的种类类l铰刀的种类较多，可分为机用铰刀和手用铰刀，机用铰刀由机床引导，导向性能好，故工作部分长度短。2014-9-23镗镗刀刀l镗刀是在车床、镗床、加工中心、自动机床及组合机床上使用的刀具。镗刀按刀刃数可分为单刃镗刀和双刃镗刀。如图所示为单刃镗刀，其结构简单、制造容易，通用性好，但调整费时，且精度不易控制。下页图所示为双刃浮动镗刀，镗刀两边都有切削刃，可以消除径向力对镗刀杆的影响，所镗孔的尺寸和精度由镗刀的径向尺寸D保证。通过调整两刀刃的径向位置，可以加工一定尺寸范围内的孔。浮动镗刀是以间隙配合装入镗杆的方孔中，无需夹紧。2014-9-2

19、3双刃双刃浮动浮动镗刀镗刀2014-9-23拉刀拉刀l拉刀是一种高精度和高生产率的多齿刀具，各种形状贯通的内、外表面都能用拉刀加工。拉刀使用寿命长，但制造较复杂，成本高，主要用于大批量生产中。l拉削的各种表面拉削的各种表面2014-9-23圆孔拉刀圆孔拉刀的组成和的组成和拉削过程拉削过程l拉刀轴向尺寸较大，由切削部分、校准部分和辅助部分组成（圆孔拉刀的结构见图）。切削部分完成全部余量的切除工作（见图），它由粗切齿、过渡齿、精切齿组成。相邻刀齿的半径差称为齿升量，粗切齿齿升量最大，逐步递减至精切齿。校准部分起修光、校准作用，校准齿齿升量等于零。辅助部分包括前柄、颈部、过渡锥、前导部、后导部和后柄

20、等。2014-9-23提问提问 l如何做到“好钢用在刀刃上”？ 2014-9-23刀具的结构类型刀具的结构类型 l大多数刀具的刀刃（刀头）部分和夹持（刀体）部分采用不同的材料。根据刀头部分和刀体部分不同的组合方式，刀具可有不同的结构类型。 2014-9-23车刀的车刀的结构类型结构类型l车刀按结构可分为整体式、焊接式、机夹重磨式、可转位式及成形车刀等。l焊接车刀是将一定形状的硬质合金刀片用黄铜、纯铜等焊接在刀杆上的刀槽内而成。这种刀片有标准规格，应选用合适的硬质合金牌号和刀片规格。2014-9-23可转位车刀可转位车刀l采用机械夹固的方法，将刀片夹紧在刀杆上，如图所示。它由刀杆、刀片、刀垫和夹

21、紧元件组成，当切削刃用钝后，将刀片转过一个位置，便可用新的一个切削刃进行切削，当全部刀刃都用钝后再更换新刀片。可转位车刀是一种高效率的新型刀具。可转位刀片已经有国家标准，种类很多，可根据需要选择。2014-9-23成形车刀成形车刀l是加工回转体成形表面的专用高效车刀。它的刃形是根据工件廓形设计的,用成形车刀加工，只要一次就能切出成形表面，操作简单，生产率高，刀具使用寿命长，主要用于大批量生产。成形车刀按结构和形状分为平体成形车刀、棱体成形车刀和圆体成形车刀三类。2014-9-23齿轮刀具齿轮刀具l加工齿轮齿形的刀具称为齿轮刀具。齿轮刀具结构复杂，种类较多。按齿形形成的原理，齿轮刀具可分为成形法

22、和展成法两大类。2014-9-23滚滚齿齿刀展成法加工齿轮刀展成法加工齿轮2014-9-2388米滚齿机米滚齿机2014-9-23插齿插齿刀加工刀加工66米内齿轮米内齿轮2014-9-23砂轮的特性砂轮的特性l砂轮是磨削加工中的重要工具，砂轮是由按一定比例的磨料和结合剂，经压坯、干燥、焙烧而制成，有很多气孔。磨料、结合剂与气孔三者构成了砂轮三要素。砂轮的特性主要由磨料、粒度、结合剂、硬度和组织五个参数决定。2014-9-23砂轮的磨料砂轮的磨料l磨料即砂粒，是构成砂轮的主要成分。磨料应具备很高的硬度、耐磨性、耐热性和韧性，才能承受磨削时的热和磨削力，还要具有相当锋利的形状，以利磨削金属。常用的

23、磨料有氧化物系、碳化物系和超硬磨料(人造金刚石、立方氮化硼等)。2014-9-23砂轮的粒度砂轮的粒度l粒度指磨料颗粒的大小，用磨粒能通过的筛网号表示。例如30粒度是指磨粒刚可通过每英寸长度上有30个孔眼的筛网。粒度号越大则磨粒的颗粒越小。粗加工的磨粒尺寸大，精加工的磨粒尺寸小。通常把磨料颗粒尺寸大于40m的称为磨粒，颗粒尺寸小于40m的称为微粉，以W表示，例如W10，表示磨粒的实际尺寸为10m，微粉号越小则微粉越细。磨料的粒度将直接影响磨削表面质量和生产率。2014-9-23砂轮的砂轮的结合剂结合剂l结合剂的作用是将磨粒粘结在一起，使砂轮具有一定的形状和强度结合剂的特性影响砂轮的强度、耐腐蚀

24、性、耐热性及砂轮寿命。2014-9-23砂轮的硬度砂轮的硬度l砂轮的硬度是指在磨削力作用下，磨粒从砂轮表面脱落的难易程度。它反映了磨粒与粘合剂的粘结强度。砂轮硬，磨粒不易脱落，砂轮软，磨粒容易脱落。砂轮硬度的选用，主要是根据工件材料的性质和具体磨削条件，基本原则为：l1）工件材料硬，砂轮硬度应选软些，以便磨钝的磨粒及时脱落。l2）砂轮与工件磨削接触面积和弧长较大时，砂轮硬度应选软些。l3）用成形砂轮磨削时，为保持必要的形状，应选硬些的砂轮。l4）磨削有色金属（铝、黄铜等）等软材料时，为防止砂轮堵塞，应选用较软的砂轮。l5）砂轮的粒度号大时，应选软些的砂轮。2014-9-23砂轮的砂轮的组织组织 l砂轮的组织表示砂轮的疏密程度，它是按砂轮中磨料、结合剂、气孔三者的体积比例关系来分级的。磨粒在砂轮总体积中所占的比例越大，砂轮的组织越紧密，气孔越少；反之，则组织疏松，气孔多。紧密组织砂轮适用于重压力下的磨削；中等组织砂轮适用于一般磨削；疏松组织的砂轮适用于平面磨、内圆磨等磨削接触面积大的工序和磨削热敏性强的材料或工件。一般砂轮上若末标注组织号，即为中等组织。2014-9-23砂轮的形状与尺寸砂轮的形状与尺寸l砂轮的形状和尺寸应根据磨削条件和工件形状来选择，其原则是：l在可