机械制造技术基础第10讲(2015).ppt

1、机械制造中的 加工方法及装备,第三章,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。 本章以外圆表面、孔表面、平面加工及圆柱齿轮齿面加工为主线，介绍机械制造中的加工方法及装备，数控加工和特种加工则各设一节作单独介绍。,第一节 概 述,一、机械制造中的加工方法 机械制造中的加工方法很多，按照工件在加工过程中质量的变化（m），可将加工方法分为材料去除加工（m 0）三种形式。,1材料去除加工 材料去除加工是通过在被加工对象上去除一部分材料后才制成一合格零件的。其特点是材料利用率较低，但加工精度相对较高、表面质量相对较好，并且

2、有很强的加工适应性，是机械制造中应用最广泛的加工方法。 在材料去除加工中，还可按材料去除方式不同分为切削加工和特种加工两种加工方法。,2材料成形加工 材料成形加工是一种在较高温度（或压力）下，使材料在模具中成形的方法。其特点是生产效率较高，但目前所能达到的加工经济精度还较低，一般常用于制造毛坯，也可用于制造形状复杂但精度和表面粗糙度要求较低的零件。 应用“接近最终形状成形技术”，可用来直接制造精度要求较高（例如IT7）的零件。,3材料累积加工 材料累积加工是利用微体积材料逐渐叠加的方式使零件成形的。这类加工方法包括原子沉积加工与微粒沉积加工以及快速原型制造等。 快速原型制造是将零件的三维实体C

3、AD模型数据经计算机处理，让成型材料在计算机控制下逐层累积成型。这种方法的特点是可以快速成型任意复杂的零件，不需任何刀具、模具。,二、零件表面形成原理及机床基本知识 （一）零件表面的形成方法及所需运动 1零件表面的形状 机器零件的结构形状尽管千差万别，但其轮廓都是由若干种几何表面（如平面、内旋转表面、外旋转表面及自由曲面等）按一定位置关系构成的。,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（成形线）。常见的零件表面按其形状可分为四类：,（1）旋转表面 如图3-1a、图 3-1b、图3-1c 所示。,图3-1 组成工件轮廓的各种几何表面

4、,（2）纵向表面 如图3-1d、图3-1e、图3-1f所示。,图3-1 组成工件轮廓的各种几何表面,（3）螺旋表面 如图3-1g所示。,图3-1 组成工件轮廓的各种几何表面,（4）复杂曲面 上述三种表面都是由固定形状的母线沿导线移动形成的。 复杂曲面则是由形状不断变化的母线沿导线移动形成的。例如螺旋桨的表面、涡轮叶片表面、复杂模具形腔面、飞机和汽车的外覆盖件表面等。,2零件表面的形成方法及所需的成形运动 研究零件表面的形成方法，应首先研究表面发生线的形成方法。 表面发生线的形成方法可归纳为以下四种：,图3-2 形成表面发生线的四种方法,（1）轨迹法（图3-2a）,刀具切削点1按一定的规律作轨迹

5、运动3，形成所需的发生线2，此时刀具需要有一个独立的成形运动。,（2）成形法（图3-2b） 刀具刀刃就是切削线1，它的形状及尺寸与需要成形的发生线2一致，此时刀具不需要专门的成形运动。,3-2 形成表面发生线的四种方法,（3）相切法（图3-2c） 刀具刀刃为旋转切削刀具（铣刀、砂轮）上的切削点1。加工时，刀具中心按一定规律作轨迹运动3，切削点运动轨迹与工件相切就形,3-2 形成表面发生线的四种方法,成了发生线 2，此时刀具需要有两个独立的成形运动。,（4）展成法（图3-2d） 刀具刀刃为切削线 1。在形成发生线的过程中，切削线 1与发生线 2逐点相切作纯滚动运动，发生线 1是切削线2 的包络线

6、，此时刀具和工件需要有一个独立的复合成形运动3（展成运动）。,图3-2 形成表面发生线的四种方法,在切削加工中，为了获得所需的工件表面形状，必须使刀具和工件按上述四种方法之一完成各自的运动。用来形成被加工表面形状的运动称为表面成形运动（简称成形运动），成形运动由机床的主运动和进给运动组成。 除了上述表面成形运动之外，为完成工件加工，机床还必须具备与形成发生线不直接有关的一些辅助运动，以实现加工中的各种辅助动作。,（二）机床的基本结构和传动 1金属切削机床的基本结构 （1）动力源 机床动力源一般采用交流异步电动机、步进电动机、直流或交流伺服电动机及液压驱动装置等，它们为机床执行机构的运动提供动力

7、。机床可以是几个运动共用一个动力源，也可以是一个运动单独使用一个动力源。,（2）运动执行机构 指机床执行运动的部件，如主轴、刀架和工作台等，它们带动被加工工件或刀具旋转或移动。 （3）传动机构 传动机构将机床动力源的运动和动力传给执行件，或将运动由一个执行件传递到另一个执行件，以保持两个执行件之间的准确传动关系。传动机构还可以改变运动方向、运动速度及运动形式。,（4）控制系统和伺服系统 控制系统一般是指数控机床上由计算机及相应的软、硬件构成的控制系统。它对机床运动进行控制，实现各运动之间的准确协调。 伺服系统根据控制系统给出的速度和位置指令驱动机床进给运动部件，完成指令规定的动作。,（5）支承

8、系统 支承系统是机床的机械本体，包括床身、立柱、框架及相关机械连接在内的支承结构，属于机床的基础部分。 2金属切削机床的传动 机床为了获得所需的运动，需要通过传动机构把执行件和动力源，或者把执行件和执行件连接起来，构成机床传动联系。,构成机床传动联系的一系列传动件称为传动链。 根据传动联系的性质，传动链可分为外联系传动链和内联系传动链两类。 （1）外联系传动链 机床动力源和执行件之间的传动联系称为外联系传动链。 外联系传动链的作用是使执行件按预定的速度运动，并传递一定的动力。,外联系传动链传动比的变化只影响执行件的运动速度，不影响发生线的性质，因此，外联系传动链不要求动力源与执行机构间有严格的

9、传动比关系。 （2）内联系传动链 执行件与执行件之间的传动联系称为内联系传动链。,内联系传动链的作用是将两个或两个以上的单独运动组成复合的成形运动，内联系传动链所联系执行件之间的相对速度及相对位移量有严格的要求。 数控机床各执行件之间的运动关系是由数控装置控制协调的，在数控机床上一般没有内联系传动链。,（三）机床的分类 机床是金属切削加工的主要设备。为适应不同的加工对象和加工要求，机床有许多品种和规格。为便于区别、使用和管理，须对机床加以分类并编制型号。 机床最基本的分类方法是按照机床的主要加工方法、所用刀具及其用途进行分类。,目前根据国家制定的机床型号编制方法的有关标准，机床共分为十一大类：

10、车床、钻床、镗床、磨床、齿轮加工机床、螺纹加工机床、铣床、刨插床、拉床、锯床和其它机床。 在每一类机床中，又按工艺范围、布局型式和结构性能等，分为10个组，每一组又分为若干系。,在上述基本分类的基础上，机床还可根据其它特征进一步细分。 同类机床按应用范围（通用性程度）又可分为通用机床、专门化机床和专用机床。 同类机床按工作精度又可分为普通精度机床、精密机床和高精度机床。 机床还可按重量、尺寸、自动化程度、主要工作部件（如主轴等）的数目等进行分类。,（四）金属切削机床型号的编制 机床型号是机床产品的代号，用以简明地表示机床的类型、性能、结构特点和主要技术参数等。 我国机床型号编制方法的现行国家标

11、准是GB/T 15375 1994金属切削机床型号编制方法，机床型号由一组汉语拼音字母和阿拉伯数字按一定规律组合而成。,1通用机床的型号编制 通用机床的型号中包括（参见表3-1表3-3） ： 机床类、组、系的代号、机床的特性代号（通用特性或结构特性代号）、机床主参数（主参数乘以折算系数，如1/10等）和设计顺序号、主轴数和第二主参数、机床的重大改进顺序号、其它特征代号以及企业代号等。,分类代号,类代号,通用特性、结构特性代号,组代号,系代号,主参数或设计顺序号,主轴数或第二主参数,重大改进顺序号,其他特性代号,企业代号,大写汉语拼音字母,阿拉伯数字,（1）型号表示方法 通用机床型号的表示方法为

12、：,大写汉语拼音字母或阿拉伯数字，或两者兼有,（2） 机床类、组、系的划分及其代号 机床的类别用大写汉语拼音字母表示。需要时，类以下还可有若干分类，分类代号用阿拉伯数字表示，放在类代号之前，作为型号的首位，但第一分类不予表示。,表3-1 机床的类别代号,组的划分及其代号 每类机床按其结构性能及使用范围分为10个组，用数字0 9表示。,表3-2 金属切削机床类、组划分（部分）,系的划分原则：凡主参数按一定公比排列，工件和刀具本身的相对运动特点基本相同，且基本结构及布局也相同的机床，划为同一系。,附表 金属切削机床组、系划分（部分）,（3） 机床的特性代号 当某类型机床除有普通型外，还具有某种通用

13、特性时，则在类代号之后加上通用特性代号。对主参数相同而结构、性能不同的机床，在型号中加结构代号予以区分。,表3-3 通用特性代号,（4） 机床主参数和设计顺序号 机床主参数代表机床规格的大小，用折算值（如1/100、1/10或1/1）表示。,附表 机床主参数的折算系数（部分）,（5） 主轴数和第二主参数的表示方法,附表 常用机床主参数及第二主参数（部分）,（6）机床的重大改进顺序号 （7）其他特征代号及其表示方法 （8）企业代号及其表示方法,C,类代号（车床类）,结构特性代号（结构不同）,组代号（落地及卧式车床组）,系代号（卧式车床系）,主参数（最大车削直径400mm）,A,6,1,40,Y,

14、类代号（齿轮加工机床类）,通用特性代号（精密机床）,组代号（滚齿机组）,系代号（滚齿机系）,主参数（最大工件直径500mm）,M,3,1,50,重大改进顺序号（第五次重大改进）,E,加工最大直径为500mm齿轮的精密滚齿机。,M,类代号（磨床类）,通用特性代号（高精度机床）,通用特性代号（半自动机床）,组代号（外圆磨床组）,系代号（万能外圆磨床系）,G,B,1,4,主参数（最大磨削直径320mm）,32,最大磨削直径为320mm的高精度半自动万能外圆磨床。,X,类代号（铣床类）,通用特性代号（数控机床）,组代号（立式铣床组）,系代号（升降台铣床系）,主参数（工作台面宽度400mm）,K,5,0

15、,40,工作台面宽度为400mm的数控立式升降台铣床。,C,类代号（车床类）,组代号（自动车床组）,系代号（卧式车床系）,主参数（最大车削直径50mm）,主轴数（6根主轴）,2,1,50,6,加工最大棒料直径为50mm的六轴自动车床。,Z,类代号（钻床类）,组代号（摇臂钻床组）,系代号（摇臂钻床系）,主参数（最大钻孔直径40mm）,主轴数（最大跨距1600mm）,3,0,40,16,最大钻孔直径为40mm、最大跨距为1600mm的摇臂钻床。,2. 专用机床的型号编制 专用机床型号由设计单位代号和设计顺序号组成。专用机床型号的表示方法为：,设计单位代号,设计顺序号（阿拉伯数字）,（1）设计单位代

16、号 设计单位代号包括机床生产厂和机床研究单位代号，位于型号之首。 （2）专用机床的设计顺序号 专用机床的设计顺序号按该单位的设计顺序（由“ 001 ”起始）排列，位于设计单位代号之后，并用“”号隔开。,北京第一机床厂,第100种专用机床（专用铣床）,我国的机床型号编制方法自1957年第一次颁布以来，已作过六次修改和补充（1959年、1963年、1971年、1976年、1985年和1994年）。,第二节 外圆表面加工,一、外圆表面的车削加工 （一）加工方法 1. 粗车 车削加工是外圆粗加工最经济有效的方法，提高生产率是其主要任务。 粗车通常采用尽可能大的背吃刀量和进给量来提高生产率，而切削速度则

17、通常较低。,粗车时，车刀应选取较大的主偏角，以减小背向力，防止工件产生变形和振动；选取较小的前角、后角和负值的刃倾角，以增强车刀切削部分的强度。 粗车所能达到的加工精度为IT12IT11，表面粗糙度Ra为50 12.5m。,2. 精车 精车的主要任务是保证零件所要求的加工精度和表面质量要求。 精车外圆表面一般采用较小的背吃刀量与进给量和较高的切削速度（vc100m/min）进行加工。 在加工大型轴类零件外圆时，则常采用宽刃车刀低速（vc = 212m/min）精车。,精车时，车刀应选用较大的前角、后角和正值的刃倾角，以提高加工表面质量。 精车可作为较高精度外圆的最终加工或作为精细加工的预加工。

18、精车的加工精度可达IT8 IT7级，表面粗糙度Ra可达 1.6 0.8m。,3. 细车 细车的特点是采用极小的背吃刀量 (ap= 0.030.05mm)和极小的进给量(f = 0.020.2mm/r),但切削速度很高(vc =1502000m/min)。 细车一般采用超硬材料刀具进行加工，所用机床也必须是主轴能作高速回转、并具有很高刚度的高精度或精密机床。,细车的加工精度及表面粗糙度与普通外圆磨削大体相当，加工精度可达IT6 IT5级 ，表面粗糙度Ra可达1.25 0.02m。 细车多用于磨削加工性不好的有色金属工件的精密加工。在加工大型精密外圆表面时，细车可以代替磨削加工。,（二）提高外圆表

19、面车削生产效率的途径 （1）采用高速切削 高速切削除要求车床具有高转速外，主要受刀具材料的限制。硬质合金车刀的切削速度可达200250m/min，陶瓷车刀可达500m/min，而人造金刚石和立方氮化硼车刀切削普通钢时的切削速度可达6001200m/min。 高速切削不但可以提高生产率，而且可以降低加工表面的粗糙度（Ra达1.250.63m）。,（2）采用强力切削 强力切削是通过增大切削面积 f ap 来提高生产效率的。可在车刀刀尖处磨出一段(1.2 1.5) f 长度的修光刃，在进给量提高几倍甚至十几倍的条件下进行切削时，加工表面粗糙度Ra仍能达到5 2.5m。 强力切削比高速切削的生产率更高

20、，适用于刚度比较好的轴类零件的粗加工，同时，车床加工系统必须具有足够的刚性及功率。,（3）采用多刀加工 多刀加工是通过减少刀架行程长度提高生产效率的。如图3-3所示。,图3-3 多刀加工,阶梯分段切削法,等分最长阶梯分段切削法,等分余量切削法,（三）车刀的种类和用途 车刀按用途分为外圆车刀、端面车刀、内孔车刀、切断刀、切槽刀等多种形式。,图3-4 常用车刀的种类及其用途,切断刀,左偏刀,右偏刀,弯头车刀,直头车刀,成形车刀,宽刃精车刀,外螺纹车刀,端面车刀,内螺纹车刀,内槽车刀,通孔车刀,盲孔车刀,车刀在结构上可分为整体车刀、焊接车刀和机械夹固式车刀（简称机夹车刀）。,图2-3 外圆车刀的切削

21、部分,整体车刀,焊接车刀,机夹车刀，根据使用情况不同又分为机夹重磨车刀（图3-5a）和机夹可转位车刀（图3-5b）。,图3-5 机械夹固车刀,机夹可转位车刀,机夹重磨车刀,机夹重磨车刀,常见硬质合金可转位车刀的刀片（图3-6 ）。,图3-6 硬质合金可转位刀片,图3-7 压孔式夹固机构,压孔式夹固机构结构简单，刀头部分小，但夹紧力不大，适用于小型刀具。,夹固机构应满足夹紧可靠、装卸方便、定位精确等要求。 图3-7至图3-10为几种常用的刀片夹固机构。,图3-8 上压式夹固机构,上压式夹固机构夹紧力大，定位可靠，但阻碍流屑，适用于不带孔刀片的夹固。,图3-9 杠杆式夹固机构,杠杆式夹固机构定位精

22、度较高，夹紧可靠，拆装方便。,图3-10 综合式夹固机构,综合式夹固机构夹紧力大，刀片固定准确可靠，结构复杂，适用于重负荷及有冲击负荷的切削。,（四）CA6140型卧式车床 车床的通用性好，可完成各种回转表面、回转体端面及螺纹等表面的加工，是应用最广泛的金属切削机床之一。按用途和结构的不同，车床主要分为以下几类： （1）卧式车床 卧式车床的万能性好，加工范围广，是基本的和应用最广的车床。,（2）立式车床 立式车床的主轴竖直安置，工作台面处于水平位置。主要用于加工径向尺寸大，轴向尺寸较小的大型、重型盘套类、壳体类工件。,（3）转塔车床 转塔车床有一个可装多把刀具的转塔刀架，根据工件的加工要求，预

23、先将所用刀具在转塔刀架上安装调整好；加工时，通过刀架转位，这些刀具依次轮流工作，转塔刀架的工作行程由可调行程档块控制。 转塔车床适于在成批生产中加工内外圆有同轴度要求的较复杂的工件。,（4）仿形车床 仿形车床能按照样板或样件的轮廓自动车削出形状和尺寸相同的工件。仿形车床适于在大批大量生产中加工圆锥形、阶梯形及成形回转面工件。 （5）专门化车床 专门化车床是为某类特定零件的加工而专门设计制造的，如凸轮轴车床、曲轴车床等。,1. 机床布局 图3-11是CA6140型卧式车床的外形图。 2. 机床的传动系统,3. 机床的主传动链 图3-13为CA6140型卧式车床传动系统图。,主传动系统,进给传动系

24、统,图3-13 CA6140型卧式车床传动系统图,CA6140型卧式车床的主传动部分从电动机开始到主轴为止。 主运动传动链的两个末端件是主电动机和主轴，其功用是把动力源的运动和动力传给主轴，使主轴带动着工件实现主运动，并实现主轴的变速和换向。,图3-13 CA6140型车床传动系统图（局部）,附图 传动路线表达式,高速传动路线,低速传动路线,4. 主轴箱的主要结构 图3-14是CA6140型卧式车床主轴箱的展开图。展开图是按照传动轴的传动顺序，通过其轴心线剖切，并展开在一个平面上的装配图。 图3-14是图3-15所示AA剖切面的展开图。,图3-15 展开图的剖切面,图3-14 CA6140型卧

25、式车床主轴箱的展开图,图3-14 CA6140型卧式车床主轴箱的展开图,图3-16 卡盘及拨盘的安装,图3-14 CA6140型卧式车床主轴箱的展开图,图3-17 双向多片离合器,图3-18 制动及其操纵机构,二、外圆表面的车拉加工 （一）加工方法 车拉加工方法是将传统的车削与拉削两种机械加工方法结合在一起而形成的组合加工方法。车拉用于外圆表面加工时，加工精度较高，可省去精车和粗磨工序。,在车拉加工中，工件以较高速度旋转，刀具也作慢速旋转“拉削”运动。 根据其刀齿切入进给方式不同，车拉刀有螺旋形车拉刀和圆柱形车拉刀两种结构。 图3 -19所示为两种形式车拉刀的车拉加工原理。,图3-19 车拉加工原理,螺旋形车拉刀,圆柱形车拉刀,车 车拉加工方法是车拉加工方法的延伸和发展，它将车削与车拉加工结合在一起，使加工的柔性更大，对大余量切除的适应性更好。 （二）工艺特点与应用范围 车拉加工过程中，每一时刻只有一个刀齿与工件接触，故切削力较小，工件变形小，加工精度较高，轴颈直径尺寸误差0.1mm，轴颈径向圆跳动0.05mm，表面粗糙度可达Ra0.3 0.8m 。,车拉加工的刀具寿命长。 车拉加工生产率高。 车拉加工具有很好的柔性 车拉加工的刀具较复杂，制造困难。 车拉加工对毛坯制造精度要求较高。 车拉加工适于在大批大量生产中加工结构复杂、精度要求较高的零件。,