机械制造技术基础

1/62,机械制造技术基础,北京交通大学机电学院 刘伟,2/62,机械制造技术基础,第2章 机械制造过程基础知识 Fundamental of Mechanical Manufacturing Process,2.2 零件机械加工方法 Mechanical Machining Method for Parts,3/62,机器零件都是由若干不同类型的基本表面（例如外圆表面、内圆表面、平面等）构成的，零件的加工过程实际上就是获得这些表面的过程。,4/62,零件表面的切削加工成形方法 切削加工的成形运动 典型表面加工方法 切削用量与切削层截面参数,1,4,2,3,5/62,1 零件表面的切 削加工成形方法,6/62,加工过程中质量的变化 （ ）,0：材料去除加工,=0：材料成形加工：如铸造、锻造、挤压、粉末冶金等。,0：材料累积：加工利用微体积材料逐渐叠加的方式使零件成形,切削加工：利用切削刀具从工件上切除多余材料 特种加工：指利用机械能以外的其他能量直接去除材料,一、机械制造中的加工方法,7/62,二、零件表面的切削加工成形方法 1零件表面的形状 零件表面可以看作是一条线（称为母线）沿另一条线（称为导线）运动的轨迹。母线和导线统称为形成表面的发生线。常见的零件表面按其形状可分为3类：,8/62,（1）旋转表面：,（3）特形表面：,（2）纵向表面：,9/62,2零件表面的形成方法,轨迹法：刀具切削点按一定的规律作轨迹运动，形成所需的发生线（刀具需要有一个独立的成形运动 。,成形法：刀具刀刃就是切削线，它的形状及尺寸与需要成形的发生线一致（刀具不需要专门的成形运动）。,10/62,相切法：刀具中心按一定规律作轨迹运动，切削点运动轨迹与工件相切就形成了发生线（刀具需要有两个独立的成形运动，即刀具的旋转和刀具中心按一定规律运动）。,展成法：又称范成法，其工件的一条生线也是刀刃运动轨迹的包络线，且包络线需通过刀具与工件之间的范成运动来生成。,11/62,2切削加工的成形运动,12/62, 主运动和进给运动是实现切削加工的基本运动，可以由刀具来完成，也可以由工件来完成；可以是直线运动（用 T 表示），也可以是回转运动（用 R 表示）。正是由于上述不同运动形式和不同运动执行元件的多种组合，产生了不同的加工方法。,2切削加工的成形运动,13/62,3 典型表面加工方法,14/62,3.1 外圆表面加工方法 一、外圆表面的车削加工,3精细车,2精车,1粗车,15/62,提高外圆表面车削生产效率的途径 车削是轴类、套类和盘类零件外圆表面加工的主要工序，也是这些零件加工耗费工时最多的工序。提高外圆表面车削生产效率的途径主要有：,16/62,2）采用强力切削 强力切削是通过增大切削面积来提高生产效率的。,l）采用高速切削 高速切削是通过提高切削速度来提高加工生产效率的。切削速度的提高除要求车床具有高转速外，主要受刀具材料的限制。,17/62,3）采用多刀加工方法,18/62,二、外圆表面的磨削加工 （一）加工方法 1工件有中心支承的外圆磨削,19/62,（1）纵向进给磨削,20/62,（2）横向进给磨削（切入磨削）,21/62,(3)外圆和端面同时磨削,22/62,2工件无中心支承的外圆磨削,2-4 无心外圆磨削,23/62,（二）外圆磨削的尺寸控制,24/62,三、外圆表面的精整、光整加工 精整、光整加工是精加工后，从工件表面上不切除或切除极薄金属层，用以提高加工表面的尺寸和形状精度、减小表面粗糙度或用以强化表面的加工方法。,25/62,1. 研磨,研磨是指用研磨工具和研磨剂，从工件上研去一层极薄表面层的精加工方法。 研磨是以物理和化学作用除去零件表层金属的一种加工方法，因而包含着物理和化学的综合作用。,26/62,研磨分手工研磨和机械研磨两种。,图2-5 机械研磨外圆,27/62,2超精加工 （1）定义：用极细磨料的油石，以恒定压力（520Mp）和复杂相对运动对工件进行微量切削，以降低表面粗糙度为主要目的的精密加工方法。 （2）加工方法：工件以较低速度旋转，油石做往复振动和纵向进给 （3）加工范围：大批量生产中加工曲轴、凸轮轴的轴径外圆、飞轮、离合器盘的端平面以及滚动轴承的滚道等。,28/62,2超精加工,图2-6 外圆的超精加工,29/62,3.2 内圆表面加工,30/62,1钻孔,一、钻孔与扩孔加工,图2-7 两种钻孔方式,31/62,常用的钻孔刀具有：麻花钻、中心钻、深孔钻等。标准麻花钻的结构如图。,32/62,扩孔是用扩孔钻对已经钻出、铸出或锻出的孔作进一步加工。扩孔钻与麻花钻相似，但刀齿数较多，没有横刃。,2扩孔,图2-8 扩孔,图2-9 扩孔钻,33/62,扩孔除了可以加工圆柱孔之外，还可以用各种特殊形状的扩孔钻（亦称锪钻）来加工各种沉头座孔和锪平端面。锪钻的前端常带有导向柱，用已加工工孔导向。,图2-10 锪钻,34/62,二、铰孔 铰孔是孔的精加工方法之一，在生产中应用很广。对于较小的孔，相对于内圆磨削及精镗而言，铰孔是一种较为经济实用的加工方法。,35/62,铰刀,36/62,三、镗孔 镗孔是在预制孔上用切削刀具使之扩大的一种加工方法，镗孔工作既可以在镗床上进行，也可以在车床上进行。,镗孔有三种不同的加工方式。,1镗孔方式,37/62,（1）工件旋转，刀具作进给运动,图2-11 工件旋转、刀具进给的镗孔方式,38/62,（2）刀具旋转，工件作进给运动,图2-12 刀具旋转、工件进给的镗孔方式,39/62,（3）刀具旋转并作进给运动,图2-13 刀具既回转又进给的镗孔方式,40/62,1珩磨原理及珩磨头,四、珩磨孔,珩磨是利用带有磨条（油石）的珩磨头对孔进行精整、光整加工的方法。,图2-14 珩磨原理,41/62,珩磨头磨条的径向伸缩调整有手动、气动和液压等多种结构形式。 图为手动调整结构。,图2-15 珩磨头,42/62,五、拉孔,图2-16 在卧式拉床上拉孔,43/62,3.3 平面及复杂曲面加工,44/62,一、概述 平面是箱体类零件、盘类零件的主要表面之一，平面加工的技术要求包括：平面本身的精度（例如直线度、平面度），表面粗糙度，平面相对于其他表面的位置精度（例如平行度、垂直度等）。 加工平面的方法很多，常用的有铣、刨、车、拉、磨削等方法。其中铣平面是平面加工应用最广泛的方法。,45/62,二、铣平面,图2-17 铣平面,46/62,铣削方式,顺铣,1.铣削方式,逆铣,47/62,顺铣和逆铣各有特点，应根据加工的具体条件合理选择。,由于端铣的加工质量和生产效率比周铣高，在大批量生产中端铣比周铣用得多。周铣可使用多种形式的铣刀，能铣槽、铣成形表面，并可在同一刀杆上安装几把刀具同时加工几个表面，适用性好，在生产中用得也比较多。,48/62,3.4 齿轮加工,49/62,圆柱齿轮加工的方法主要有滚齿和插齿等；锥齿轮的加工方法有加工直齿圆锥齿轮的刨齿、铣齿、拉齿和加工弧齿轮的铣齿。,50/62,一、插齿,51/62,插齿原理及所需要的运动,图2-19 插齿原理及加工时所需的运动,52/62,插齿刀刀刃运动轨迹形成一个齿轮，称为产形齿轮，直齿插齿刀刀刃在端面上的投影就是产形轮的齿形。,53/62,齿轮滚刀在齿轮制造中应用很广泛，可以用来加工外啮合的直齿轮、斜齿轮、标准齿轮和变位齿轮。用齿轮滚刀加工齿轮的过程，相当于一对螺旋齿轮啮合滚动的过程。,二、滚齿,54/62,用齿轮滚刀加工齿轮的情况,图2-20 滚齿,55/62,三、剃齿,1、剃齿工作原理,盘形剃齿刀外型很像齿轮，加工时剃齿刀和齿轮轴交错成一角度，作螺旋齿轮啮合。,图2-21 剃齿工作情况 1-剃齿刀；2工件,56/62,2、剃齿刀的用途和种类,剃齿刀是一种精加工齿轮刀具，主要限制是不能加工淬硬的齿轮。,57/62,图2-22 几种典型的剃齿刀,58/62,四、磨齿机床 磨齿机多用于对淬硬的齿轮进行齿廓的精加工。 1、成形砂轮磨齿机的原理和运动,59/62,2、展成法磨齿机的原理和运动 1）连续磨齿 2）分度磨齿,60/62,4. 切削用量与切削层截面参数,切削运动刀具与工件间的相对运动,1.主运动,速度最高、消耗机床功率最多的运动,2.进给运动,金属层不断投入切削的运动,3.合成运动,主运动、进给运动合成的运动,4.加工表面,待加工表面、过渡表面、已加工表面,61/62,4. 切削用量与切削层截面参数,切削参数,切削用量,1.切削速度 vc,切削刃上点在主运动方向的瞬时速度,2.进给量 f,每转刀具相对工件的位移量,进给速度vf,3.背吃刀量 ap,垂直于主运动和进给运动的切削层最大尺寸,俗称切削深度,62/62,4. 切削用量与切削层截面参数,切削参数,切削用量,切削层参数,1.切削层公称厚度 hD,垂直于过渡表面测量的切削层尺寸,hD f sinr,2.切削层公称宽度 bD,沿过渡表面测量的切削层尺寸,bD ap /sinr,3.切削层公称横截面积 AD,切削层横截面积,ADhDbD apf,63/62,图2-23 切削运动与加工表面,64/62,图2-24 切削用量和切削层参数,