机械制造技术基础第5章--z铣削和刨插削加工课件

第五章第五章 铣削、刨削和插削加工铣削、刨削和插削加工本章要点铣削加工概述铣床铣刀插削加工刨削加工第五章 铣削、刨削和插削加工本章要点铣削加工概述铣床铣刀插1第第五五章章 铣削、刨削和插削铣削、刨削和插削机械制造基础机械制造基础 5-1 铣削加工概述铣削加工概述第五章 铣削、刨削和插削机械制造基础 5-1 铣削加工概述25-1.15-1.1铣削加工的应用和特点铣削加工的应用和特点铣削加工的应用 铣削加工是应用相切法成形原理，用多刃回转体刀具在铣床上对平面、台阶面、沟槽、成形表面、型腔表面、螺旋表面进行加工的一种切削加工方法，是目前应用最广泛的加工方法之一。铣削加工可以对工件进行粗加工和半精加工，其加工精度可达IT7IT9，精铣表面粗糙度Ra值可达3.21.6 m。铣削加工时，铣刀的旋转是主运动，铣刀或工件沿坐标方向的直线运动或回转运动是进给运动。不同坐标方向运动的配合联动和不同形状刀具相配合，可以实现不同类型表面的加工。图51所示是铣削加工的主要应用示例。5-1.1铣削加工的应用和特点铣削加工的应用 铣削加工是应用35-1.15-1.1铣削加工的应用和特点铣削加工的应用和特点5-1.1铣削加工的应用和特点45-1.15-1.1铣削加工的应用和特点铣削加工的应用和特点5-1.1铣削加工的应用和特点55-1.15-1.1铣削加工的应用和特点铣削加工的应用和特点5-1.1铣削加工的应用和特点65-1.15-1.1铣削加工的应用和特点铣削加工的应用和特点5-1.1铣削加工的应用和特点75-1.15-1.1铣削加工的应用和特点铣削加工的应用和特点铣削加工的特点 工艺范围广 通过合理地选用铣刀和铣床附件，铣削不仅可以加工平面、沟槽、成形面、台阶，还可以进行切断和刻度加工。铣削加工生产率高 由于多个刀齿参与切削，切削刃的作用总长度长，每个刀齿的切削载荷相同时，总的金属切除率就会明显高于单刃刀具切削的效率。断续切削 铣削时，每个刀齿依次切人和切出工件，形成断续切削，切人和切出时会产生冲击和振动。容屑和排屑 由于铣刀是多刃刀具，相邻两刀齿之间的空间有限。同一个被加工表面可以采用不同的铣削方式、不同的刀具，来适应不同工件材料和其他切削条件的要求。5-1.1铣削加工的应用和特点铣削加工的特点 工艺范围广 85-1.2 5-1.2 铣削要素铣削要素铣削用量（1）背吃刀量ap 平行于铣刀轴线测量的切削层尺寸，单位为mm。（2）侧吃刀量ae 垂直于铣刀轴线测量的切削层尺寸，单位为mm。5-1.2 铣削要素铣削用量（1）背吃刀量ap 平行于铣刀95-1.2 5-1.2 铣削要素铣削要素（3）铣削速度c 铣削速度为铣刀主运动的线速度，单位为mmin。其值可用下式计算：（4）进给量 进给量是铣刀与工件在进给方向上的相对位移量。它有三种表示方法：1）每齿进给量af 是铣刀每转一个刀齿时，工件与铣刀沿进给方向的相对位移量，单位为mmz。2）每转进给量f 是铣刀每转一转时，工件与铣刀沿进给方向的相对位移，单位为mmr。3）进给速度f 是单位时间内工件与铣刀沿进给方向的相对位移，单位为mmmin。5-1.2 铣削要素（3）铣削速度c 铣削速度为铣刀主运动105-1.2 5-1.2 铣削要素铣削要素切削层参数（1）切削厚度ac 铣刀上相邻两个刀齿主切削刃形成的过渡表面间的垂直距离。5-1.2 铣削要素切削层参数（1）切削厚度ac 铣刀上相115-1.2 5-1.2 铣削要素铣削要素（2）切削宽度aw主切削刃参加工作的长度。（3）切削层横截面积Acav铣刀同时有几个刀齿参加切削，铣刀的总切削层横截面积应为同时参加切削的刀齿切削层横截面积之和。由于切削时切削厚度、切削宽度和同时工作的齿数均随时间均随时间的变化而变化，从而计算较为复杂。为了计算简便，常采用平均切削总面积这一参数，其定义为：(Q单位时间材料的切除率，mm3/min)5-1.2 铣削要素（2）切削宽度aw主切削刃参加工作的长度125-1.2 5-1.2 铣削要素铣削要素铣削用量的选择（1）粗加工 一般选取较大的背吃刀量和侧吃刀量，使一次进给尽可能多的切除毛坯余量。在刀具性能允许条件下应以较大的每齿进给量进行切削，以提高生产率。（2）半精加工 此时工件的加工余量一般在0.52mm，并且无硬皮，加工时主要降低表面粗糙度值，因此应选择较小的每齿进给量，而取较大的切削速度。（3）精加工 这时加工余量很小，应当着重考虑刀具的磨损对加工精度的影响，因此宜选择较小的每齿进给量和铣刀所允许的最大铣削速度进行铣削。5-1.2 铣削要素铣削用量的选择（1）粗加工 一般选取较135-1.3 5-1.3 铣削方式铣削方式铣削方式圆周铣削端面铣削逆铣顺铣对称铣不对称铣逆铣顺铣5-1.3 铣削方式铣削方式圆周铣削端面铣削逆铣顺铣对称铣不14第第五五章章 铣削、刨削和插削铣削、刨削和插削机械制造基础机械制造基础 5-2 铣床铣床第五章 铣削、刨削和插削机械制造基础 5-2 铣床155-2.1 5-2.1 升降台铣床升降台铣床卧式升降台铣床 它具有水平的安装铣刀杆的主轴(图58)，可用圆柱铣刀、盘铣刀、成形铣刀和组合铣刀等加工平面、具有直导线的曲面和各种沟槽。5-2.1 升降台铣床卧式升降台铣床 它具有水平的安装铣刀杆165-2.1 5-2.1 升降台铣床升降台铣床卧式万能铣床 其结构与卧式铣床基本相同，只是在工作台和滑座之间增加了回转盘(图59)，使工作可绕回转盘轴线作45范围的偏转，改变工作台移动方向，从而可加工斜槽、螺旋槽等。此外，还可换用立式铣头，插头等附件，扩大机床的加工范围。5-2.1 升降台铣床卧式万能铣床 其结构与卧式铣床基本相同175-2.1 5-2.1 升降台铣床升降台铣床立式铣床 这种铣床与卧式铣床的区别是安装铣刀的主轴垂直于工作台面，主要用端铣刀或立铣刀进行铣削。5-2.1 升降台铣床立式铣床 这种铣床与卧式铣床的区别是安185-2.2 5-2.2 工作台不升降铣床工作台不升降铣床移动工作台铣床 回转工作台铣床 5-2.2 工作台不升降铣床移动工作台铣床 回转工作台铣床 195-2.3 5-2.3 龙门铣床龙门铣床龙门铣床的刚性和精度都很好，可用几把铣刀同时铣削，所以生产率和加工精度都较高。适宜加工大中型或重型工件。5-2.3 龙门铣床龙门铣床的刚性和精度都很好，可用几把铣刀205-2.4 5-2.4 工具铣床工具铣床床身1的顶部有水平导轨，水平主轴头架2可沿着它移动。可拆卸的立铣头5固定在水平主轴头架前面的垂直平面上，能左右偏转45，其垂直主轴可手动轴向进给。当水于主轴工作时，需卸下立铣头，将铣刀心轴装入水平主轴孔中，并用悬梁4和支架6把铣刀心轴支承起来，就成为卧式铣床。5-2.4 工具铣床床身1的顶部有水平导轨，水平主轴头架2可215-2.5 5-2.5 数控铣床数控铣床5-2.5 数控铣床225-2.6 5-2.6 数控加工中心数控加工中心立式加工中心 指主轴轴心线为垂直状态设置的加工中心(见图517)。其结构形式多为固定立柱式，工作台为长方形，无分度回转功能，适合加工盘类零件。在工作台上安装一个水平轴的数控回转台，可用于加工螺旋线类零件。立式加工中心的结构简单、占地面积小、价格低。5-2.6 数控加工中心立式加工中心 指主轴轴心线为垂直状态235-2.6 5-2.6 数控加工中心数控加工中心卧式加工中心 指主轴轴线为水平状态设置的加工中心(见图518)。通常都带有可进行分度回转运动的正方形分度工作台。与立式加工中心相比，卧式加工中心的结构复杂，占地面积大，重量大，价格也较高。5-2.6 数控加工中心卧式加工中心 指主轴轴线为水平状态设245-2.6 5-2.6 数控加工中心数控加工中心万能加工中心 又称复合加工中心，具有立式和卧式加工中心的功能，工件一次装夹后能完成除安装面外所有侧面和顶面的加工，也叫五面加工中心，常见的五面加工中心有两种形式，一种是主轴可实现立、卧转换；另一种是主轴不改变方向，工作台带着工件旋转90完成对工件五个面的加工。瑞士Willemin-Macodel公司 日本大隈公司 瑞士Mikron公司 5-2.6 数控加工中心万能加工中心 又称复合加工中心，具有25第第五五章章 铣削、刨削和插削铣削、刨削和插削机械制造基础机械制造基础 5-3 铣刀铣刀第五章 铣削、刨削和插削机械制造基础 5-3 铣刀265-3.1 5-3.1 铣刀的类型铣刀的类型圆柱铣刀 圆柱铣刀如图519所示。它般都是用高速钢制成整体的，螺旋形切削刃分布在圆柱表面上，没有副切削刃，螺旋形的刀齿切削时是逐渐切入和脱离工件的，所以切削过程较平稳。主要用于卧式铣床上加工宽度小于铣刀长度的狭长平面。根据加工要求不同，圆柱铣刀有粗齿、细齿之分，粗齿的容屑槽大，用于粗加工，细齿用于精加工。铣刀外径较大时，常制成镶齿的。5-3.1 铣刀的类型圆柱铣刀 圆柱铣刀如图519所示。275-3.1 5-3.1 铣刀的类型铣刀的类型面铣刀 主切削刃分布在圆柱或圆锥表面上，端面上为副切削刃，铣刀的轴线垂直于被加工表面。主要用在立式铣床或卧式铣床上加工台阶面和平面，特别适合较大于面的加工。用面铣刀加工平面，同时参加切削的刀齿较多，又有副切削刃的修光作用，使加工表面粗糙度值小，因此可以用较大的切削用量，生产率较高，应用广泛。5-3.1 铣刀的类型面铣刀 主切削刃分布在圆柱或圆锥表面上285-3.1 5-3.1 铣刀的类型铣刀的类型立铣刀 立铣刀如图521所示，一般由34个刀齿组成，圆柱面上的切削刃是主切削刃，端面上分布着副切削刃，工作时不能沿铣刀轴线方向作进给运动。它主要用于加工凹槽，台阶面以及利用靠模加工成形面。另外有粗齿大螺旋角立铣刀、玉米铣刀、硬质合金波形刃立铣刀等，它们的直径较大，可以采用大的进给量，生产率很高。5-3.1 铣刀的类型立铣刀 立铣刀如图521所示，一般由295-3.1 5-3.1 铣刀的类型铣刀的类型键槽铣刀 铣刀如图524所示。它的外形与立铣刀相似，不同的是它在圆周上只有两个螺旋下刀齿的刀刃延伸至中心，因此在铣两端不通的键槽时，可以作适量的轴向进给，它主要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的加工。5-3.1 铣刀的类型键槽铣刀 铣刀如图524所示。它的外305-3.1 5-3.1 铣刀的类型铣刀的类型三面刃铣刀 可分为直齿三面刃和错齿三面刃。它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。三面刃铣刀除圆周具有主切削刃外，两侧面也有副切削刃，从而改善了切削条件，提高了切削效率，减小了表面粗糙度值。但重磨后宽度尺寸变化较大，镶齿三面刃铣刀可解决这一个问题。锯片铣刀 5-3.1 铣刀的类型三面刃铣刀 可分为直齿三面刃和错齿三面315-3.1 5-3.1 铣刀的类型铣刀的类型其他铣刀 5-3.1 铣刀的类型其他铣刀 325-3.1 5-3.1 铣刀的类型铣刀的类型环形铣刀球头铣刀5-3.1 铣刀的类型环形铣刀球头铣刀335-3.1 5-3.1 铣刀的类型铣刀的类型机夹螺纹铣刀5-3.1 铣刀的类型机夹螺纹铣刀345-3.2 5-3.2 尖齿铣刀的主要参数尖齿铣刀的主要参数尖齿铣刀的主要结构尺寸尖齿铣刀的主要结构尺寸 上述各种铣刀大部分都是尖齿铣刀，只有切削刃廓复杂的成形铣刀才制成铲齿铣刀。尖齿铣刀的齿背经铣制而成，后刀面形状简单，铣刀用钝后只需刃磨后刀面；铲齿铣刀的齿背经铲制而成，铣刀用钝后只能刃磨前刀面。铣刀直径和齿数的选择铣刀直径和齿数的选择 选择铣刀直径的基本原则是：在保证刀杆刚度的前提下，选择较小的直径。对于面铣刀，其直径应大于铣削宽度aw，一般取d(1.21.6)aw，立铣刀和键槽铣刀直径应根据工件尺寸确定，铣槽时铣刀直径应等于槽宽。选取时应保证刀齿强度及足够的容屑空间。因此，粗加工铣刀的齿数应少些，精加工铣刀的齿数应多些；加工韧性材料时齿数宜少些，加工脆性材料时齿数宜多些。5-3.2 尖齿铣刀的主要参数尖齿铣刀的主要结构尺寸 上述各355-3.2 5-3.2 尖齿铣刀的主要参数尖齿铣刀的主要参数铣刀的齿形铣刀的齿形 齿形应满足刀齿强度和容屑空间的要求，保证排屑畅通和有较多的刃磨次数，也应考虑加工的难易。常见整体式刀齿齿形见表 表表53 整体式刀整体式刀齿齿形及形及应用用齿形形简 图计算公式算公式结构特点构特点直直线形形齿背背4550r0.52mmH（0.50.65）P圆周周齿距距Pd0/z强强度度较低，容屑空低，容屑空间小，便于制造，小，便于制造，用普通角度用普通角度铣刀刀铣槽。槽。一般用于一般用于细齿铣刀、角度刀、角度铣刀等。刀等。折折线形形齿背背455010（1020）r14mmH（0.30.5）P强强度度较高，容屑空高，容屑空间大，用成形大，用成形铣刀刀铣出槽型。出槽型。一般用于粗一般用于粗齿铣刀。刀。曲曲线形形齿背背圆弧半径弧半径R（0.30.5）d0r(0.40.6)HH（0.30.45）P刀刀齿接近于等接近于等强强度，有度，有较大容屑空大容屑空间，用，用圆弧成形弧成形铣刀刀铣出槽型。出槽型。一般用于粗一般用于粗齿铣刀。刀。5-3.2 尖齿铣刀的主要参数铣刀的齿形 齿形应满足刀齿强度365-3.2 5-3.2 尖齿铣刀的主要参数尖齿铣刀的主要参数铣刀的几何角度铣刀的几何角度 圆柱铣刀圆柱铣刀 端面铣刀端面铣刀 5-3.2 尖齿铣刀的主要参数铣刀的几何角度 圆柱铣刀 端375-3.3 5-3.3 铣刀的刃磨铣刀的刃磨尖齿铣刀的刃磨尖齿铣刀的刃磨 铣刀按刀齿后刀面的形状不同分为尖齿铣刀和铲齿铣刀。尖齿铣刀后刀面一般为平面，铣刀用钝后刃磨后刀面。铲齿铣刀的后刀面经铲削或铲磨成一定曲线形状(一般为阿基米德曲线)以形成后角，因此只能刃磨前面。铣刀刃磨一般是在万能工具磨床上进行。铲齿铣刀的刃磨铲齿铣刀的刃磨 5-3.3 铣刀的刃磨尖齿铣刀的刃磨 铣刀按刀齿后刀面的形状385-3.3 5-3.3 铣刀的刃磨铣刀的刃磨检查铣刀的刃口的方法检查铣刀的刃口的方法 回转多刃刀具的各刃口不在同一圆周(或端面)上，若出现跳动，切削时会引起刀齿负荷不均匀，使振动加剧、各刀齿磨损不一致，影响加工质量和刀具寿命。因此刃磨时必须控制圆周刀口或端面刀口位置的摆动应在规定范围内，尤其是没有刀带的铣刀。所以铣刀刃磨后应用图530所示方法进行检验。5-3.3 铣刀的刃磨检查铣刀的刃口的方法 回转多刃刀具的各395-3.4 5-3.4 镗铣加工中心工具系统镗铣加工中心工具系统镗铣类数控机床和加工中心所用的各种工具都由以下部分组成，即与机床主轴孔相适应的工具柄部、与工具柄部相联接的工具装夹部分和各种刀具。5-3.4 镗铣加工中心工具系统镗铣类数控机床和加工中心所用405-3.4 5-3.4 镗铣加工中心工具系统镗铣加工中心工具系统整体式刀具系统整体式刀具系统 5-3.4 镗铣加工中心工具系统整体式刀具系统 415-3.4 5-3.4 镗铣加工中心工具系统镗铣加工中心工具系统整体式刀具系统整体式刀具系统 5-3.4 镗铣加工中心工具系统整体式刀具系统 425-3.4 5-3.4 镗铣加工中心工具系统镗铣加工中心工具系统模块式刀具系统模块式刀具系统 5-3.4 镗铣加工中心工具系统模块式刀具系统 43第第五五章章 铣削、刨削和插削铣削、刨削和插削机械制造基础机械制造基础 5-4 刨插削加工刨插削加工第五章 铣削、刨削和插削机械制造基础 5-4 刨插削加工445-4.1 5-4.1 刨削加工刨削加工刨削加工方法刨削加工方法 刨削加工主要用于平面和沟槽加工。刨削可分为粗刨和精刨，精刨后的表面粗糙度Ra值可达3.21.6m，两平面之间的尺寸精度可达IT9IT7，直线度可达0.040.12 mm/m。刨削加工是在刨床上进行的，常用的刨床有牛头刨床和龙门刨床。牛头刨床主要用于加工中小型零件，龙门刨床则用于加工大型零件或同时加工多个中型零件。5-4.1 刨削加工刨削加工方法 刨削加工主要用于平面和沟槽455-4.1 5-4.1 刨削加工刨削加工5-4.1 刨削加工465-4.1 5-4.1 刨削加工刨削加工刨削加工特点刨削加工特点 刨削和铣削均是以加工平面和沟槽为主的切削加工方法。与铣削加工相比较，刨削加工有如下特点：加工质量刨削加工的精度、表面粗糙度与铣削大致相当。加工范围刨削加工范围不如铣削加工广泛。生产率刨削生产率一般低于铣削，因为铣削为多刃刀具的连续切削，无空程损失，硬质合金面铣刀还可以用于高速切削。加工成本由于牛头刨床结构比铣床简单，刨刀的制造和刃磨较铣刀容易，因此，一般刨削的成本比铣削低。5-4.1 刨削加工刨削加工特点 刨削和铣削均是以加工平面和475-4.1 5-4.1 刨削加工刨削加工宽刃细刨简介宽刃细刨简介 宽刃细刨是在普通精刨基础上，使用高精度的龙门刨床和宽刃细刨刀，以低速和小吃刀量在工件表面切去一层极薄的金属。由于切削力、切削热和工件变形均很小，从而可获得比普通精刨更高的加工质量。表面粗糙度Ra可达1.60.8m，直线度可达0.02 mmm。宽刃细刨主要用来代替手工刮削各种导轨平面，可使生产率提高几倍，应用较为广泛。宽刃细刨对机床、刀具、工件、加工余量、切削用量和切削液均有严格的要求。5-4.1 刨削加工宽刃细刨简介 宽刃细刨是在普通精刨基础上485-4.1 5-4.1 刨削加工刨削加工（1）刨床的精度要高，运动平稳性要好。为了维护机床精度，细刨机床不能用于粗加工。（2）细刨刀刃宽小于50 mm时，用硬质合金刀片；刃宽大于50 mm时，用高速钢刀片。刀刃要平整光洁，前后刀面的Ra值要小于0.1 mm。选取-10-20的负值刃倾角，以使刀具逐渐切人工件，减少冲击，使切削平稳。（3）工件材料组织和硬度要均匀，粗刨和普通精刨后均要进行时效处理。工件定位基面要平整光洁，表面粗糙度Ra要小于3.2m，工件的装夹方式和夹紧力的大小要适当，以防止变形。（4）总的加工余量为0.30.4mm，每次进给的背吃刀量为0.040.05 mm，进给量根据刃宽或圆弧半径确定，一般切削速度选取c210 mmin。（5）宽刃细刨时要加切削液：加工铸铁常用煤油；加工钢件常用全损耗系统用油和煤油(2：1)的混合剂。5-4.1 刨削加工（1）刨床的精度要高，运动平稳性要好。为495-4.2 5-4.2 插削加工插削加工插削加工可以认为是立式刨削加工。主要用于单件小批生产中加工零件的内表面，例如孔内键槽、方孔、多边形孔和花键孔等。5-4.2 插削加工插削加工可以认为是立式刨削加工。主要用于50机械制造技术基础第5章-z铣削和刨插削加工课件51