常用加工方法课件

第19章 常用加工方法综述 机械零件种类繁多，但其形状都是由一些基本表面组合而成。零件的最终成形，实际上是由一种表面形式向另一种表面形式的转化，包括不同表面的转化、不同尺寸的转化及不同精度的转化。转化过程的实现，主要依靠切削运动。常见的切削加工工艺有：车、刨、铣、钻、磨、镗等。.19.1 车削加工 一般在机床加工车间内，车床约占机床总数的50%。车削加工的主运动是工件的回转，刀具沿工件轴向的运动是进给运动。19.1.1 车床(1)卧式车床 卧式车床是目前生产中应用最广的一种车床，它具有性能良好、结构先进、操作轻便、通用性大和外形整齐美观等优点。卧式车床的主要部件有：主轴箱、溜板箱、进给箱、丝杠、光杠、刀架、尾座、床身、挂轮变速机构等。.CA6140型卧式车床.(2)立式车床 立式车床的主要特征是主轴立式布置，工件装夹在水平的回转工作台上，刀架在横梁或立柱上移动。立式车床适合加工直径大、长度短的大型和重型工件。(3)转塔、回轮车床 转塔、回轮车床适于成批生产外形较复杂，且具有内孔及螺纹的中小型轴、套类零件。.(4)自动、半自动车床 能实现自动装料、卸件，自动完成所有预定加工工步的机床称为自动机床。装料、卸件需手工进行，加工工步全部自动实现的称为半自动机床。自动、半自动车床主要适于大批、大量生产形状不太复杂的小型的轴、盘、套类零件，尤其适于加工细长的工件。可车削圆柱面、圆锥面和成型表面，当采用各种附属装置时，还可完成螺纹加工、孔加工、钻横孔、铣槽、滚花等工作。(5)数控车床 数控车床的主要特征具有实现自动控制的数控系统。.滑鞍转塔车床.回轮车床.19.1.2 车刀 车刀可按用途和结构分类。按用途分类 车刀可分为外圆车刀、内孔车刀、端面车刀、切断车刀、螺纹车刀等。详见图19.7。按结构分类 车刀按其结构可分为整体车刀、焊接车刀、机夹车刀和可转位车刀。.19.1.3 工件的安装 在车床上安装工件时，应使被加工表面的回转中心与车床主轴的轴线重合，以保证工件位置准确；要把工件夹紧，以承受切削力，保证工作时安全。在车床上加工工件时，主要有以下几种安装方法。(1)用三爪卡盘安装 三爪卡盘由于三爪联动，能自动定心，但夹紧力小，故适用于装夹圆棒料、六角棒料及外表面为圆柱面的工件。.(2)用四爪卡盘安装 由于四爪单动，夹紧力大，但装夹时工件需找正，故适合于装夹毛坯、方形、椭圆形和其他形状不规则工件及较大工件。(3)用顶尖安装 为了增加工件的刚性(加工长径比为410的轴类零件时)，往往采用双顶尖安装工件，如图19.10所示。.(4)用心轴安装 适用于已加工内孔的工件。用心轴装夹可以保证工件孔与外圆、孔与端面的位置精度。.(5)用花盘-弯板安装 形状不规则、无法使用三爪或四爪卡盘装夹的工件，可用花盘装夹。花盘是刻有长槽的大圆盘，安装在车床主轴上。长槽的作用是穿放螺栓。见P294图19.14。弯板是辅助支承角铁。用花盘-弯板安装时，需要仔细将工件找正。.19.1.4 车削的工艺特点易于保证工件各加工表面的位置精度；切削过程比较平稳；适用于有色金属零件的精加工；刀具简单。19.1.5 车削的应用 在车床上使用不同的车刀或其他刀具，可以加工各种回转表面，如内外圆柱面、内外圆锥面、螺纹、沟槽、端面和成形面等。加工精度可达IT8IT7，表面粗糙度Ra值为1.60.8m。.(1)车锥面1)转动小滑板 它适合于车削长度短、锥度大的内、外锥体和整体圆锥(如顶尖)。详见图19.17。2)偏移尾座法 如图19.18，把尾座偏移S，使工件轴线与车床主轴轴线之间的夹角等于工件锥体的斜角，就可用床鞍自动进给车削外圆锥。S=Lsin(L为两顶尖之间的距离)，当很小时，sintan，故S=Ltan，或.偏移尾座法车锥面.这种方法的优点是能利用床鞍自动进给，车出锥体表面质量好。它的缺点是顶尖与中心孔接触不良，磨损不均匀，中心孔的精度容易丧失，而且不能车内锥体和整体圆锥。它适合车削长度大、锥度小的外锥体。3)靠模法 采用靠模法加工锥体，生产率高，加工精度高，表面质量好。但需要在车床上安装靠模，它适于成批生产车削长度大、锥度小的外锥体。4)宽刀法 宽刀法只适宜加工较短的锥面，生产率较高，在成批和大量生产中应用较多。.(2)车成形面 在车床上加工的成形面是由一条曲线(母线)绕固定轴线回转而成的表面，如手柄、圆球等。车成形面的方法主要以下几种：1)双手控制法：操作水平要求高、生产率低，适合单件要求不高的制件的生产。2)成形刀法：成形刀具复杂，适合形状简单、要求不高的制件的生产。3)靠模法：与普通靠模加工相似，操作简单、生产率高，多用于成批生产。.(3)车螺纹 各种螺纹车削的基本规律大致相同。现以车削普通螺纹为例加以说明。1)保证牙型：正确刃磨车刀(刀尖角等于牙型角、背前角等于0)和安装车刀(刀尖与工件回转中心等高、刀尖角平分线垂直于工件轴线，常使用对刀样板)。2)保证螺距：为了获得所需要的工件螺距P工，必须正确调整车床和配换齿轮，并在车削过程中避免“乱扣”。.19.2 钻、镗加工19.2.1 钻床及其加工范围 常用的钻床有台式钻床、立式钻床和摇臂钻床三种。安装在主轴上的刀具旋转是主运动，刀具沿着主轴轴线方向的移动是进给运动。(1)台式钻床 台式钻床是一种放在钳工桌上使用的小型钻床。适合于在小型工件上加工直径12 mm以下的小孔。.(2)立式钻床 立式钻床的主轴在水平面上的位置是固定的，这一点与台式钻床相同。在加工时，必须移动工件，使要加工的孔的中心对准主轴轴线。立式钻床适合于中小型工件上孔的加工(孔径小于50 mm)。(3)摇臂钻床 摇臂钻床有一个能绕立柱旋转的摇臂，摇臂带着主轴箱可沿立柱垂直移动，同时主轴箱还能在摇臂上做横向移动，主轴可沿自身轴线垂向移动或进给。适宜加工一些笨重的大型工件及多孔工件上的大、中、小孔，广泛应用于单件和成批生产中。.19.2.2 钻孔 用钻头在实体材料上加工孔称为钻孔。(1)钻头1)麻花钻的构造：钻头用高速钢制成，由柄部、颈部和工作部分三部分组成。.2)麻花钻的改进与群钻在钻头后面近横刃处磨出月牙槽，形成凹圆弧刃R，增加了该处各点的前角，克服了横刃附近主切削刃上各点前角太小的缺点。修磨横刃，使横刃缩短为原来长度的1/51/7，大大地减少了横刃的不利影响。磨出分屑槽，把整块切屑分散为几块，使切屑能顺利地排出，同时也便于冷却润滑液注入，不仅可把切削热较快地带出，还可减少切屑与钻头和孔壁的摩擦。此外，根据理论分析和实践证明，分屑后还可减少切削力。.(2)钻削的工艺特点 1)容易产生“引偏”：指加工时由于钻头弯曲而引起的孔径扩大、孔不圆或孔的轴线歪斜等。2)排屑困难：钻屑与孔壁和钻头的排屑槽发生较大的摩擦。3)切削热不易传散：钻削是半封闭切削，切削液难以注入切削区。实验表明，仅28%的热量被钻屑带走。.在实际加工中，常采用如下措施来减少引偏：预钻锥形定心坑，见图19.31(a)。首先用小顶角(290100)大直径短麻花钻，预先钻一个锥形坑，然后再用所需的钻头钻孔。用钻套为钻头导向，见图19.31(b)。这样可以减少钻孔开始时的“引偏”，特别是在斜面或曲面上钻孔时，更为必要。刃磨时，应尽量把钻头的两个主切削刃磨得对称一致，使两主切削刃的径向切削力互相抵消，从而减少钻头的“引偏”。.图19.31 减少引偏的措施.19.2.3 扩孔 扩孔是用扩孔钻对工件上已有孔进行扩大加工。主要特点：1)切削刃不必自外圆延续到中心，避免了横刃和由横刃所引起的一些不良影响。2)切屑窄，易排出，不易擦伤已加工表面。同时容屑槽也可做得较小较浅，从而可以加粗钻心，大大提高扩孔钻的刚度，有利于加大切削用量和改善加工质量。3)刀齿多(34个)，导向作用好，切削平稳，生产率高。.19.2.4 铰孔 铰孔是应用较为普遍的孔的精加工方法之一，一般加工精度可达IT9IT7，表面粗糙度Ra值为0.41.6m。主要特点：1)铰刀有修光部分，提高孔加工质量；2)加工量小(粗铰0.15-0.35mm，精铰0.05-0.15mm)，故切削热少。铰孔有机械铰孔和人工铰孔两种方式。钻-扩-铰是最常用的孔加工工艺。.19.2.5 镗削加工 用镗刀对已有孔进行再加工称为镗孔。较大孔(一般D80100 mm)和孔内的环形槽等，镗削是惟一合适的加工方法。主运动是安装在主轴上的镗刀的回转，进给运动是工作台沿主轴轴线的移动(卧式镗床)或主轴箱沿立柱的上下移动(立式镗床)。尺寸精度为IT10-IT7，粗糙度Ra值为0.86.3m。.(1)镗床 镗床主要有卧式镗床、坐标镗床和铣镗加工中心三种。卧式镗床主要由主轴和平旋盘、主轴箱、前立柱、后立柱和工作台几大部分组成。详见P305图19.35。坐标镗床是高度精密机床，主要用于尺寸和位置精度要求很高的孔系的加工。如钻模、镗模和量具上的精密孔系。铣镗加工中心是高度自动化的数控加工中心，可一次装夹完成多工序加工。.(2)镗刀 镗刀有单刃镗刀和多刃镗刀之分。1)单刃镗刀(P307图19.38，适用于单件小批生产)适应性较广，灵活性较大；可以校正原有孔的轴线歪斜或位置偏差；生产率较低。2)多刃镗刀(图19.39，适用于批量生产、较大孔加工)加工质量较高；生产率较高；刀具成本较单刃镗刀高。.(3)镗削的特点在镗床上镗孔与在其他机床上镗孔的主要区别是它特别适合于加工带有孔系的箱体、机架等结构复杂的大型零件。镗 孔 精 度 为 IT10IT7，表 面 粗 糙 度 Ra值 为0.86.3m。由于镗床的功能多，它可方便地保证大型零件上孔与孔、孔与基准面的位置精度以及孔的同轴度和中心距尺寸精度等要求。镗床上可进行多种工序的加工，并能在一次安装中完成工件的粗加工、半精加工和精加工，因此它适合于单件小批生产。镗孔的质量主要取决于机床的精度。因而，对镗床的性能和精度要求较高。如果在低精度镗床上加工精度较高的孔系，则要使用镗模夹具。.(4)镗床上的主要工作 镗孔可以在多种机床上进行。回转体零件上的孔多在车床上加工，箱体类零件上的孔或孔系是镗床的加工范围。镗床上除镗孔外，还可以镗孔内沟槽、螺纹，也可以铣端面和钻孔等。.镗床的加工范围.19.3 刨、插、拉削加工 刨、插和拉削是平面加工的主要方法。共同的特点：主运动都是直线运动。19.3.1 刨削加工 在刨床上用刨刀加工工件的工艺过程称为刨削加工。(1)刨床 刨床有牛头刨床和龙门刨床两类，前者用于加工中、小零件，后者则用于加工大型零件(如机床的床身)，或同时加工几个中、小型工件上的平面。.(2)刨削的工艺特点生产率较低：单程加工，回程空驶。加工质量中等：尺寸精度IT9-IT7，表面粗糙度Ra 1.6-6.3m。通用性好，成本低。主要用于单件小批生产及修配工作中。.刨削的主要应用.19.3.2 插削加工 用插刀对工件作垂直直线往复运动的切削加工方法，称为插削。插床实际上就是立式刨床，图19.44。安装在滑枕上的刀具往复运动是主运动，工件随工作台实现进给运动。插床主要用于单件小批中，加工工件的内表面，如孔内键槽、方孔、长方孔、各种多边形孔和花键孔等，特别适于加工盲孔或有障碍台肩的内表面。.19.3.3 拉削加工 在拉床上用拉刀加工工件的加工方法称为拉削。卧式拉床结构见图19.46。拉刀的直线运动是主运动，没有进给运动！拉刀是长杆状刀具，一般由头部、颈部、过渡锥、前导部、切削部、校准部、后导部和尾部组成。.(3)拉削的工艺特点生产率高：一次成型；加工精度高：IT8IT7，Ra0.40.8m；拉床结构和操作比较简单；加工范围较广；拉刀价格昂贵、寿命长。适用于成批和大量生产，尤其适于在大量生产中加工大的复合型面，如发动机的汽缸体等。注意：不能拉制盲孔！.19.4 铣削加工 用铣刀在铣床上加工工件的过程称为铣削加工。19.4.1 铣床(1)卧式万能升降台铣床 主要由床身、横梁、主轴、转台、纵向工作台、横向工作台、升降台组成。主要用于铣削中小型零件上的平面、沟槽，尤其是螺旋槽和需要分度的零件。.(2)立式升降台铣床 主轴是垂直布置的，故又简称立铣。适合加工平面、台阶、沟槽、多齿零件和凸轮表面等。(3)龙门铣床 龙门铣床是一种大型高效率的铣床，它的外形与龙门刨床相似(图19.52)，它也有一个龙门式框架。适合在成批和大量生产中加工中型或大型零件上的平面和沟槽。.(4)数控铣床 这种铣床除了加工平面、台阶、沟槽外，还可以加工复杂的立体成形表面。.铣刀是多刃的旋转刀具.19.4.3 铣削的工艺特点生产率较高：多齿刀具切削。容易产生振动：单个刀齿间断切削。刀齿散热条件较好：单个刀齿间断切削。19.4.4 铣削方式(1)周铣 用圆柱铣刀铣削平面称为周铣。它可分为逆铣和顺铣两种方式。.1)逆铣：铣刀的旋转方向和工件进给方向相反称为逆铣。特点：每个刀齿的切削层厚度是从零增大到最大值，刀具磨损较快，工件表面质量不佳。铣刀作用在工件上的垂直分力FV向上，有将工件向上抬起的趋势，对工件的夹紧不利，还会引起振动。水平分力Fh与进给方向相反，消耗功率大。应用：适合于加工具有硬皮的铸件、锻件毛坯。或工件硬度较高时，也应采用逆铣。.2)顺铣：铣刀的旋转方向和工件进给方向相同称为顺铣。特点：每个刀齿的切削层厚度是由最大减小到零，刀具磨损较轻，表面质量较好。铣刀作用在工件上的垂直分力FV向下，减少了工件振动的可能性，尤其铣削薄而长的工件时，更为有利。水平分力Fh与工件的进给方向相同，工作台进给丝杠与固定螺母之间一般都存在间隙。应用：精加工，表面无硬化层时。.(2)端铣 用面铣刀的端面刀齿加工平面称为端铣法。端铣有对称端铣和不对称端铣两种方式。对称端铣时，铣刀中心线与工件中心线相一致。不对称端铣时，铣刀中心线偏于工件中心线的一侧。又有不对称逆铣和不对称顺铣两种。端铣法可以通过调整铣刀和工件的相对位置，调节刀齿切入和切出时的切削厚度，从而达到改善铣削过程的目的。.(3)端铣与周铣比较端铣的加工质量比周铣高：同时多刃切削故铣削过程平稳，修光刃不断修光已加工表面使表面粗糙度值较小，切削厚度较小故刀具耐用度也高。端铣的生产率比周铣高；铣刀直接装在主轴端部，刚性好，可以采用较大的切削量。端铣的适应性比周铣差：端铣只能铣削平面，不能铣削沟槽、成型面等。.19.4.5 铣床附件 铣床的主要附件有平口钳、万能铣头、回转工作台和分度头等。(1)万能铣头 在卧式铣床上装上万能铣头，其主轴可以扳转成任意角度，能完成各种立铣的工作。(2)回转工作台 回转工作台又称为圆形工作台、转盘和平分盘等。.(3)分度头 在铣削加工中，常会遇到铣六方、齿轮、花键和刻线等工作。这时，工件每铣过一面或一个槽之后，需要转一定角度，再铣削第二面或第二个槽，这种工作叫做分度。.19.4.6 铣 削 的 应 用.19.5 磨削加工 在磨床上用砂轮对工件表面进行切削加工的方法称为磨削加工。19.5.1 磨床 磨床的种类很多，常用的有外圆磨床、内圆磨床和平面磨床等。(1)外圆磨床1)万能外圆磨床 万能外圆磨床主要由床身、头架、尾架、工作台、砂轮架、内圆磨头部件组成。万能外圆磨床可用于内外圆柱表面、内外圆锥表面的精加工，虽然生产率较低，但由于其通用性较好，被广泛用于单件小批生产车间、工具车间和机修车间。.2)无心外圆磨床 无心外圆磨床是一种高生产率、易于实现自动化的磨削方法，适于成批、大量生产。(2)内圆磨床 内圆磨床用于磨削内圆柱面、内圆锥面及孔内端面等。(3)平面磨床 平面磨床主要用于磨削各种工件的平面。.19.5.2 砂轮的特性 砂轮是磨削的主要工具，它是由磨料和结合剂构成的多孔物体，其中磨料、结合剂和孔隙是砂轮的三个基本组成要素。砂轮的特性由磨料、粒度、硬度、结合剂、组织、形状及尺寸等因素来决定。(1)磨料及其选择 常用磨料的名称、代号、特性和用途见表19.2。.(2)粒度及其选择 粒度表示磨粒的粗细程度。粗磨的磨削余量大，要求表面粗糙度不很高，应选用粒度较粗的磨粒。因为磨粒粗，气孔大，磨削深度可较大，砂轮不易堵塞和发热。精磨的磨削余量较小，要求表面粗糙度较低，可选取细的磨粒。一般来说，磨粒愈细，磨削表面愈光洁。.(3)结合剂及其选择 结合剂是砂轮中黏结分散的磨粒、使之成形的材料。(4)硬度及其选择 砂轮的硬度是指砂轮表面上的磨粒在外力作用下脱落的难易程度。.(5)组织及其选择 砂轮的组织表示砂轮结构的松紧程度。根据磨粒、结合剂和气孔三者体积的不同，将砂轮组织分为紧密、中等和疏松三大类，并进一步分为15级。.(6)形状尺寸及其选择.砂轮的各特性按其形状、尺寸、磨料、粒度、硬度、组织、结合剂、线速度顺序书写，即可得到砂轮的代号。.19.5.3 磨削的特点(1)精度高、表面粗糙度小(2)径向分力较大(3)磨削温度高(4)可以加工用其他刀具无法加工的硬材料(5)砂轮有自锐作用.19.5.4 磨削的应用 磨削加工的应用范围很广，可以加工各种外圆面、内孔、平面和成形面(如齿轮、螺纹等)。此外还用于各种切削刀具的刃磨。.(1)外圆磨削1)在外圆磨床上磨外圆：盘套类工件则利用心轴和顶尖安装。磨削方法有.2)在无心外圆磨床上磨外圆 磨削时，工件不用顶尖支承，而是放在砂轮与导轮之间的托板上，所以称为无心磨。特点：工件不需要钻定心孔，因而效率高、易于实现自动化；但磨床调整比较复杂。适用：细长的光轴。.(2)内圆磨削 内圆磨削可以在内圆磨床上进行，也可以在万能外圆磨床上进行。磨孔与铰孔或拉孔比较，有如下特点：可以加工淬硬的工件孔；不仅能保证孔本身的尺寸精度和表面质量，还可以提高孔的位置精度和轴线的直线度；用同一个砂轮可以磨削不同直径的孔，灵活性较大；生产率比铰孔低，比拉孔更低。.(3)平面磨削 高精度平面及淬火零件的平面加工，大多数采用平面磨削方法。按主轴布局及工作台形状的组合，普通平面磨床可分为四类。.1)周磨：利用砂轮的圆周面进行的磨削。特点：砂轮与工件接触面积小，磨削热少，可获得较高精度(IT7-IT6)和良好的表面粗糙度(0.8-0.2m)，但生产效率不高。适用于批量磨削精度较高的中小型零件。2)端磨：利用砂轮的端面进行的磨削。特点：可以采用较大磨削用量，磨削热多，生产率高，但精度不及周磨。适用于磨削要求不高的平面。.19.5.5 磨削技术新发展(1)高效磨削工艺1)高速磨削2)深切缓进给磨削3)砂带磨削(2)超精密磨床和磨削加工中心的发展 精密加工必须由高精度、高刚度的机床作保证。磨削加工中心是当今磨削技术进步的主要标志，也是今后磨床技术的发展方向。.19.6 零件表面加工方法选择 零件表面的类型和要求不同，采用的加工方法也不一样，但无论何种表面，在设计其加工工艺时，都需遵循以下两个基本原则。粗、精加工分开：既保证生产效率，又获得合适的精度，还可以发现缺陷避免工时浪费。几种不同加工方法相配合。.19.6.1 加工经济精度和经济表面粗糙度.19.6.2 工件材料的性质 淬硬钢的精加工一般都要用磨削；硬度太低的材料磨削时容易堵塞砂轮，所以有色金属的精加工要采用精细车、精细镗等。19.6.3 工件的结构形状与尺寸 孔的加工方法有多种，但箱体等较大的零件不宜采用磨和拉；普通内圆磨床只能磨套类零件的孔；铰适于较小且有一定深度的孔；车适于回转体轴线上的孔。.19.6.4 生产率和经济性要求 各种加工方法的生产率有很大差异，选择加工方法要与生产类型相适应。如非圆内表面的加工方法有拉和插。但小批量生产主要适宜用插。拉刀的制造成本高、生产率高，适于大批量生产。花键孔为保证其精度，小批生产时也采用拉。.19.6.5 特殊要求 不同的加工方法对工件的表面性能有不同的效果。刮削和挤压加工能使工件表面产生加工硬化而提高耐磨性，刮削表面有良好的接触性能。珩磨孔的直线性和表面网状纹路对于发动机气缸内壁有良好的运动特性和储存润滑油的作用等。.