2金属切削加工方法与设备

第2章金属切削加工方法及设备2.1金属切削机床基本知识2.2外圆表面加工2.3内圆表面加工2.4平面加工2.5圆柱齿轮加工2.6磨削加工2.1金属切削机床的基本知识一、机床的分类1.按型号的编制方法：11类2.1金属切削机床的基本知识一、机床的分类2.按机床通用性程度——通用机床、专门化机床、专用机床3.按机床自动化程度——手动、机动、半自动和自动机床4.按机床加工精度的不同——普通精度级、精密级、高精度级机床2.1金属切削机床的基本知识一、机床的分类5.按机床质量和尺寸的不同——仪表机床、中型机床、大型机床、重型机床和超重型机床6.按机床主要工作部件的多少——单轴、多轴机床或单刀、多刀机床……2.1金属切削机床的基本知识二、机床型号的编制方法2.1金属切削机床的基本知识三、机床的运动及传动1.机床的运动1）表面成形运动——主运动和进给运动；

——简单成形运动和复合成形运动。2）辅助运动2.1金属切削机床的基本知识三、机床的运动及传动2.机床的传动运动源执行件传动装置传动联系传动链传动原理图2.2外圆表面加工2.2外圆表面加工一、常用加工方法1.车削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、抛光、滚压等）2.2外圆表面加工二、外圆车削1.工艺范围★可划分为荒车、粗车、半精车、精车和精细车。★可根据加工对象、生产类型、生产率和加工经济性等要求具体选择。2.2外圆表面加工二、外圆车削2.提高外圆车削生产率的措施外圆车削承担着整个零件加工的绝大数工作量，因此要提高外圆车削效率。途径有下：高速车削、强力车削提高刀具寿命采用机夹可转位车刀2.2外圆表面加工三、细长轴加工★细长轴——长度与直径之比大于25的轴。1.加工过程中易出现的问题——易变形，出现直线度、圆柱度等加工误差2.2外圆表面加工三、细长轴加工2.预防加工中弯曲变形的方法：（1）改进工件的装夹方法——一头夹，一头顶；2.2外圆表面加工三、细长轴加工2.预防加工中弯曲变形的方法：（2）采用跟刀架（3）采用反向进给（图）（4）合理选用车刀的几何形状2.2外圆表面加工四、车床1.普通卧式车床★应用最为广泛。2.2外圆表面加工四、车床2.其他常见车床1）马鞍车床★用于设备较少的单件小批量生产的小工厂及修理车间。马鞍可装卸,可增加工件最大直径范围。2.2外圆表面加工四、车床2.其他常见车床2)立式车床★用于加工径向尺寸大而轴向尺寸相对较小，且形状比较复杂的大型或重型零件。2.2外圆表面加工四、车床2.其他常见车床3)转塔式车床★用于成批量生产，特别是加工多形状复杂工件。转塔刀架前刀架

2.2外圆表面加工五、外圆磨削1.工件的装夹用两顶尖装夹工件用卡盘装夹工件2.2外圆表面加工五、外圆磨削2.外圆磨削方法1）纵向磨削（1）磨削力小，散热条件好，可获得高精度和小Ra；适合加工细长、精密或薄壁工件；（2）磨削深度小，机动时间长，效率低。工件纵向往复进给，砂轮旋转周期性横向进给2.2外圆表面加工五、外圆磨削2.外圆磨削方法2）切入磨削法外圆长度小于砂轮宽度，砂轮横向进给，无纵向进给。2.2外圆表面加工五、外圆磨削2.外圆磨削方法3）分段磨削法前两者的结合，先切入法分段粗磨，再纵磨法精磨。适用于磨削余量大和刚性好的工件。2.2外圆表面加工五、外圆磨削2.外圆磨削方法4）深度磨削法采用较大的磨削深度在一次纵向进给中磨去工件的全部磨削余量，机动时间短，生产效率高。砂轮做成台阶型。2.2外圆表面加工六、外圆精密加工★方法：高精度磨削、研磨、滚压、抛光等。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)镜面磨削（Ra=0.01μm)2.2外圆表面加工六、外圆精密加工2.研磨利用涂敷或压嵌在研具上的磨料颗粒，通过研具与工件在一定压力下的相对运动对加工表面进行的精整加工。2.2外圆表面加工六、外圆精密加工2.研磨★两种方法：手工研磨和机械研磨。研磨机2.2外圆表面加工六、外圆精密加工2.研磨★特点：低速进行，塑变小，切削热小、运动复杂，可获得小Ra；可提高表面形状精度和尺寸精度，但不能提高位置精度；劳动量大，生产率低，设备要求低；材料适应性强；工艺范围广。2.2外圆表面加工六、外圆精密加工3.滚压2.3内圆面加工一、加工方法加工方法钻孔扩孔镗孔拉孔磨孔珩磨研磨滚压2.3内圆面加工一、加工方法加工特点所用刀具的尺寸受被加工孔直径的限制；孔的加工尺寸及精度受刀具影响；孔的加工精度和表面质量都不易控制。2.3内圆面加工二、钻孔与扩孔1.钻孔钻头在实体材料上加工内圆面的方法，主要用于粗加工，多用于扩孔、铰孔前的预加工；刀具为麻花钻2.3内圆面加工二、钻孔与扩孔1.钻孔台式钻床——常用于单件、小批量生产，中小型工件上的小孔（<13mm）2.3内圆面加工二、钻孔与扩孔1.钻孔立式钻床——常用于中小型工件上直径较大的孔（<50mm）2.3内圆面加工二、钻孔与扩孔1.钻孔摇臂钻床——常用于大中型工件上的孔。★回转体上的孔多在车床上加工。★成批或大量生产中，常用钻模、多轴钻或组合机床。2.3内圆面加工二、钻孔与扩孔2.麻花钻——通过其相对固定轴线的旋转切削以钻削工件的圆孔的工具。2.3内圆面加工二、钻孔与扩孔3.扩孔用扩孔钻对已有的内圆面再加工加大孔径的方法，可作为最终加工，也可作为预加工，在成批或大量生产中应用较广。刀具为扩孔钻2.3内圆面加工二、钻孔与扩孔4.锪孔用锪钻在已加工孔上锪各种沉头和锪孔端面的突出平面的方法。2.3内圆面加工三、镗孔1.概述精度可达IT11-IT7，表面粗糙度可达Ra80-0.63μm;孔径尺寸不受刀具尺寸限制，具有较强的误差修正能力；刀杆、刀具刚性较差，易发生震动，加工质量和生产率不高。2.3内圆面加工三、镗孔1.概述加工范围广泛，除直径特别小和较深的孔都能镗削；特适宜加工孔距有严格要求的箱体类零件孔系加工。2.3内圆面加工三、镗孔2.镗床1）卧式铣镗床加工范围广泛，尤其适合大型、复杂的箱体类零件上的孔的加工。2.3内圆面加工三、镗孔2.镗床2）坐标镗床——高精度机床，用于镗削精密孔和位置精度要求很高的孔系。床身工作台横梁立柱顶梁主轴箱主轴立柱立式双柱坐标镗床2.3内圆面加工三、镗孔2.镗床2）坐标镗床——高精度机床，用于镗削精密孔和位置精度要求很高的孔系。立式单柱坐标镗床2.3内圆面加工三、镗孔2.镗床2）坐标镗床——高精度机床，用于镗削精密孔和位置精度要求很高的孔系。卧式坐标镗床2.3内圆面加工三、镗孔3.镗刀◆单刃镗刀——结构简单，制造容易，通用性好，使用较多。2.3内圆面加工三、镗孔3.镗刀◆双刃镗刀——可减少镗刀块安装误差及镗杆径向跳动所引起的加工误差。双刃浮动镗刀在单刃镗之后进行。2.3内圆面加工四、拉孔——用拉刀对孔进行加工的方法。1.工艺特点生产率高；拉孔精度与表面质量高；拉削运动简单；拉刀使用寿命长；拉床结构简单，操作方便；拉刀构造复杂，制造成本高。2.3内圆面加工四、拉孔2.适用场合多用于大量或成批生产时加工各种形状的通孔及平面，不适宜加工尺寸过小或大尺寸孔、及盲孔、台阶孔和薄壁孔。2.3内圆面加工四、拉孔3.拉床及拉刀1）拉床按结构立式拉床卧式拉床按加工表面内拉式外拉式2.3内圆面加工2.3内圆面加工四、拉孔3.拉床及拉刀2）拉刀——高精度多齿刀具，一次行程即完成粗、半精和精加工，生产效率高。2.3内圆面加工五、铰孔★用铰刀从未淬火工件的孔壁上切除微量金属层，以提精度降粗糙度的方法。1.特点及应用范围铰刀加工适应性差；铰孔易保证尺寸和形状精度，但不能校正位置误差。适宜单件小批生产的小孔和锥度孔加工，及大批量中不宜拉削的孔加工。2.3内圆面加工五、铰孔2.铰刀2.3内圆面加工六、磨孔及孔的精密加工1.磨孔★用砂轮对工件内表面进行加工的方法。1）工艺特点及应用范围砂轮直径受到工件孔径的限制，尺寸小，损耗快，常修正更换，效率低；砂轮轴收工件孔径与长度限制，刚性差，易弯曲振动，影响精度和Ra；磨削速度低，砂轮直径小，效率低；2.3内圆面加工六、磨孔及孔的精密加工1.磨孔1）工艺特点及应用范围砂轮与工件接触面积大，单位面积压力小，硬砂轮易烧伤，应选软砂轮；切削液不易进入磨削区，磨屑排出困难；与铰孔拉孔比，不仅能保护孔本身的尺寸精度和表面质量，还可提高孔的位置精度和轴线的直线度。2.3内圆面加工六、磨孔及孔的精密加工1.磨孔2）普通内圆磨床2.3内圆面加工六、磨孔及孔的精密加工1.磨孔2）普通内圆磨床纵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内圆面加工六、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内圆面加工六、磨孔及孔的精密加工2.孔的精密加工1）珩磨●可加工铸铁、淬硬或不淬硬的钢件，不宜加工易堵塞油石的韧性金属零件和带键槽的孔、花键孔等断续表面。●广泛应用于发动机的气缸孔、缸套及连杆孔，各种液压装置的套类零件内孔等的精密加工。2.3内圆面加工六、磨孔及孔的精密加工2.孔的精密加工2）研磨●尺寸精度可达IT6以上，Ra在0.16-0.01μm；●无法改善孔的位置精度；●生产率低。●研磨前要经过磨削、精铰等工序。2.3内圆面加工六、磨孔及孔的精密加工2.孔的精密加工3）滚压●尺寸精度可达0.01mm以内，Ra小于0.16μm；●表面硬化耐磨，可显著提高工件的疲劳强度和使用寿命。●不需专用设备，可在普通机床上利用滚压装置进行，应用较多。2.4平面加工一、平面加工方法刨削铣削拉削车削磨削光整加工2.4平面加工二、刨削与插削1.刨床与插床1）牛头刨床适用于单件小批量生产或机修车间，用来加工中、小型工件。2.4平面加工二、刨削与插削1.刨床与插床2）龙门刨床主要加工大型零件和平面，或同时加工多个中小型零件，加工精度和效率高。2.4平面加工二、刨削与插削1.刨床与插床3）插床主要用于单件、小批生产加工工件的内表面，如方孔、键槽等。特别适合加工不通孔或有台阶的内表面。2.4平面加工二、刨削与插削2.刨刀与插刀常用刨刀及其应用2.4平面加工二、刨削与插削2.刨刀与插刀刨刀切入和切出工件时冲击很大，容易发生“崩刀”或“扎刀”。故刨刀刀杆截面较粗大，以增加刀杆刚性和防止折断，且往往做成弯头的，这样弯头刨刀刀刃碰到工件上的硬点时，比较容易弯曲变形，不会象直头刨刀那样使刀尖扎入工件，破坏工件表面和损坏刀具。2.4平面加工二、刨削与插削3.刨削加工的应用范围及工艺特点★应用主要加工平面和直槽，若适当调整机床及夹具，可加工齿条、齿轮、花键及以母线为直线的成形面。2.4平面加工二、刨削与插削3.刨削加工的应用范围及工艺特点★工艺特点刨床结构简单，调整、操作方便；刀具制造、刃磨容易，加工费用低；特别适宜加工尺寸较大的T形槽、燕尾槽及窄长平面；加工精度较低；生产效率低。2.4平面加工三、铣削●加工范围和刨削基本相同；●可实现高速铣削，生产率较高，应用广泛。1.铣床1）卧式升降台铣床★应用最广泛。2.4平面加工三、铣削1.铣床2）立式升降台铣床★可用各种面铣刀或立铣刀加工平面、斜面、沟槽、台阶、齿轮、凸轮及封闭轮等。2.4平面加工三、铣削1.铣床3）工具铣床——铣削工具模具的专用铣床。2.4平面加工三、铣削1.铣床4）龙门铣床垂直铣头横梁水平铣头工作台★刚性好，精度高，可几把铣刀同时铣削，生产率和加工精度高。适宜用于中型或重型工件。2.4平面加工三、铣削2.铣刀1）铣刀种类（1）圆柱铣刀一般用高速钢整体制造，用于卧式铣床上加工不大的平面。整体式镶齿式2.4平面加工三、铣削2.铣刀1）铣刀种类（2）面铣刀主要用在立式铣床上加工台阶面和平面，特别适合较大平面的加工，生产率较高，应用广泛。镶焊接式硬质合金刀片机械夹固式可转位硬质合金刀片2.4平面加工三、铣削2.铣刀1）铣刀种类（3）立铣刀用于加工凹槽，台阶面以及利用靠模加工成形面。2.4平面加工三、铣削2.铣刀1）铣刀种类（4）三面刃铣刀主要用在卧式铣床上加工台阶面和一端或二端贯穿的浅沟槽。直齿交错齿镶齿2.4平面加工三、铣削2.铣刀1）铣刀种类（5）锯片铣刀用于切断工件和铣窄槽。2.4平面加工三、铣削2.铣刀1）铣刀种类（6）键槽铣刀用于加工圆头封闭键槽，使用它加工时，要作多次垂直进给和纵向进给才能完成键槽加工。2.4平面加工三、铣削2.铣刀1）铣刀种类（7）特种铣刀2.4平面加工三、铣削2.铣刀（2）铣刀的几何参数圆柱铣刀的标注角度面铣刀的标注角度三、铣削3.铣削方式——周铣和端铣。1）周铣——用铣刀的圆周刀齿进行切削。周铣2.4平面加工三、铣削3.铣削方式1）周铣（1）逆铣2.4平面加工三、铣削3.铣削方式（1）逆铣切削厚度和切削力都是从0滑行一段距离，刀齿后刀面在工件表面的冷硬层挤压、滑行，磨损严重垂向切削分力Fcn使工上抬刀具寿命大大下降,工件表面质量下降影响工件的夹持稳定性，使工件产生周期性震动，影响加工表面的粗糙度max，避免冲击2.4平面加工三、铣削3.铣削方式1）周铣（2）顺铣丝杆与螺母的间歇2.4平面加工三、铣削3.铣削方式1）周铣（2）顺铣刀齿切削厚度从最大开始，从而避免了挤压、滑行垂向铣削分离Fcn始终压向工件水平分力Fct与工件进给方向相同不会上抬工件铣刀寿命提高工件表面质量好无消除间歇装置：Fct较小时，工作台由丝杆驱动；Fct变得足够大时，使工作台进给量不均匀，甚至可能打刀

有消除间歇装置：不会发生蹿动2.4平面加工三、铣削3.铣削方式2）端铣——用铣刀的端面齿加工铣刀轴线的表面。端铣2.4平面加工三、铣削3.铣削方式2）端铣（1）对称铣切入和切出的切削层对称，平均公称切削厚度较大；即使每齿进给量fz较小，也可使刀具在工件表面的硬化层下工作。★常用于铣削淬硬钢或精铣机床导轨，工作表面粗糙度均匀，刀具寿命较长。2.4平面加工三、铣削3.铣削方式2）端铣（2）不对称逆铣逆铣部分大于顺铣部分切入时公称切削厚度最小，切出时较大切削平稳，并可获得最小的粗糙度当铣刀直径大于工件宽度时不会产生滑移现象，不会出现圆柱铣刀逆铣刀时产生的各种不良现象★主要用于加工碳素结构钢、合金结构钢和铸铁，可提高刀具寿命1-3倍；铣削高强度低合金钢时可提高刀具寿命一倍以上。2.4平面加工三、铣削3.铣削方式2）端铣（3）不对称顺铣顺铣部分大于逆铣部分切入时公称切削厚度较大，切削层对刀齿压力逐渐减小，金属粘刀量小，在切削塑性大，冷硬现象严重的不锈钢和耐热钢时，可较显著地提高刀具的寿命。但因工作时会使工作台蹿动，一般情况下不采用。2.4平面加工三、铣削3.铣削方式端铣法和周铣法各有优点，其比较如下：2.4平面加工方法加工质量工艺范围适用场合周铣法高更广单件小批量多平面端铣法更高广成批生产大平面四、平面的精密加工2.4平面加工尺寸精度IT6-IT5，直线度0.03-0.1以上，Ra小于0.8μm，即属于精密加工范围。常用方法平面磨削平面刮研研磨抛光四、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）平面磨削工艺特征及应用与外、内圆磨削相比，平面磨床的工作运动简单，机床机构简单，容易保证加工精度；与铣削和刨削相比，更适合精加工；可加工淬硬工件，以修正热处理变形，且能以最小限度的余量加工带黑硬皮的平面。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层很薄金属的光整加工方法，一般在精刨之后进行。四、平面的精密加工2.平面刮研2.4平面加工特点精度高，方法简单，不需复杂设备工具；劳动强度大，生产率低，操作技术高；刮研后表面由许多微凸面组成，可储存润滑油，使滑动配合具有良好的润滑条件。四、平面的精密加工3.平面研磨4.平面抛光2.4平面加工常用来加工小型平板、平尺和块规的精密测量平面。小批量生产中用手工研磨，大批量生产中用机器研磨。利用高速旋转的、涂有抛光膏的软质抛光轮对工件进行光整加工的方法。设备简单，生产率高。一、圆柱齿轮加工的特点和应用2.5圆柱齿轮加工齿轮粗加工滚齿插齿齿轮精加工剃齿珩齿磨齿二、滚齿加工2.5圆柱齿轮加工可加工6-8级精度齿轮，生产率高，通用性好，加工质量好，为首选加工齿轮方法。可加工直齿、斜齿的外啮合圆柱齿轮，还可加工蜗轮。二、滚齿加工1.滚齿加工原理2.5圆柱齿轮加工滚齿加工原理滚刀。作旋转主运动。齿轮。作展成运动作进给运动。二、滚齿加工2.滚齿机2.5圆柱齿轮加工1-车身2-立柱3-刀架溜板4-刀架5-后立柱6-工件心轴8-工作台二、滚齿加工3.滚齿刀2.5圆柱齿轮加工标准齿轮滚刀一般采用阿基米德滚刀。有AA、A、B、C四种等级。AA级精度最高。三、插齿加工★加工直齿圆柱齿轮，尤其是加工滚齿不能加工的内齿轮和多联齿轮。2.5圆柱齿轮加工三、插齿加工1.插齿工作原理2.5圆柱齿轮加工三、插齿加工2.插齿机2.5圆柱齿轮加工三、插齿加工3.插齿与滚齿加工比较2.5圆柱齿轮加工方法齿形精度表面粗糙度公法线长度变动量生产率加工范围滚齿法高小大高圆柱直齿齿轮、圆柱斜齿齿轮、蜗轮插齿法更高更小更大低圆柱直齿齿轮、内齿轮、多联齿轮四、剃齿加工2.5圆柱齿轮加工剃齿机是采用展成法加工齿轮的机床。剃齿加工是对未经淬火的圆柱齿轮齿形进行精加工的方法之一。可加工直齿、斜齿圆柱齿轮，也可加工多联齿轮。五、磨齿加工——主要用于对高精度齿轮或淬硬的齿轮进行齿形的精加工，齿轮精度可达6级以上。六、珩齿加工2.5圆柱齿轮加工珩齿机是一种利用金刚石磨料与环氧树脂浇注而成的、具有较高齿形精度的螺旋齿轮——珩磨轮对齿轮齿形进行精加工的机床。主要用于去除热处理后齿面上的氧化皮，减小轮齿表面粗糙度，从而降低齿轮传动的噪声。一、磨削的特点及应用1.磨削能获得较高的加工精度；2.不但可以加工软材料，也可加工高硬度材料；3.一般情况下，磨削切削深度较小，在一次行程中所能切除的金属层较薄；4.几乎各种表面都可使用磨削进行精加工。2.6磨削加工二、磨床1.外圆磨床2.6磨削加工普通精度级，万能性大，磨削效率不高，自动化程度低，适用于工具车间、机修车间和单件小批量生产的车间使用。二、磨床2.内圆磨床2.6磨削加工用于磨削各种圆柱孔（通孔、盲孔、阶梯孔和连续表面的孔等）和圆锥孔。二、磨床2.内圆磨床2.6磨削加工普通内圆磨削——适用于形状规则便于旋转的工件。磨削方法1二、磨床2.内圆磨床2.6磨削加工1-滚轮2-压紧轮

3-导轮4-工件无心内圆磨削——适用于大批量生产，外圆表面已精加工的薄壁零件。磨削方法2二、磨床2.内圆磨床2.6磨削加工行星内圆磨削——适用于磨削大型或形状不对称且不便于旋转的工件。磨削方法3二、磨床3.平面磨床2.6磨削加工优点：砂轮的周边磨削工件，接触面积小，磨擦发热少，排屑及冷却条件好、工件变形小，磨损均匀，精度高。缺点：砂轮轴水平，呈悬臂状态，刚性差，磨削用量小，生产效率低。圆周磨削二、磨床3.平面磨床2.6磨削加工优点：砂轮的端面磨削工件，砂轮轴伸出较短刚性好，磨削用量大，生产效率高。缺点：发热量大，冷却条件差，排屑困难，工件热变形大，表面易烧伤。磨削质量差。端面磨削二、磨床3.平面磨床2.6磨削加工矩形工作台——加工长工件。圆形工作台——加