1、工程案例第2章 典型表面的机械加 工方法与加工设备机器零件的结构形状虽然多种多样,但都是由一些最基本的几何表面(外圆、孔、平面等)组成的,如图所示。机器零件的加工过程就是获得这些零件上基本几何表面的过程。同一种表面,可选用加工精度、生产率和加工成本各不相同的加工方法进行加工。如何为这些典型表面选择合理的加工方法、加工设备将是本章主要解决的问题。【学习目标】第2章 典型表面的机械加 工方法与加工设备1.了解典型表面的加工方法。2.能够分析、制订典型表面加工方案。3.能够正确选择典型表面的加工方法及加工设备。2.1 外圆表面2.1.1 加工方法外圆表面是轴、圆盘、套筒类零件的主要或辅助表面,在零件
2、的切削加工中占有很大的比重。如图2-1所示的轴类零件,其主要加工表面是外圆表面。对外圆表面提出的技术要求主要有:尺寸精度,包括外圆直径和长度的尺寸精度;形状精度,主要有直线度、平面度、圆度、圆柱度等;位置精度,如平行度、垂直度、同轴度、径向圆跳动等;表面质量,主要是指表面粗糙度,也包括有些零件要求的表面层硬度及残余应力的大小、方向和金相组织等。2.1 外圆表面2.1 外圆表面1.外圆表面的车削加工(1)粗车 粗车主要是迅速切除多余的金属,通常采用尽可能大的背吃刀量和进给量来提高生产率。(2)半精车 半精车一般作为精加工外圆的预加工。半精车的背吃刀量和进给量较粗车时小。(3)精车 精车一般作为最
3、终加工工序或作为精细加工的预加工工序。(4)精细车 精细车是用极小的背吃刀量(0.030.05mm)和进给量(0.020.2mm/r)、高的切削速度(1502000m/min)对工件进行精细加工的方法。精细车一般采用立方氮化硼、金刚石等超硬材料刀具进行加工。2.1 外圆表面2.外圆表面的磨削加工外圆表面的磨削加工是用砂轮作为刀具磨削工件,以经济地获得高的加工精度和小的表面粗糙度值。加工精度通常可达IT7IT5,表面粗糙度可达Ra0.8Ra0.2m。高精度磨削的表面粗糙度可达Ra0.1Ra0.008m。它特别适合于各种高硬度和淬火后零件的精加工。3.外圆表面的光整加工外圆表面的光整加工是指在精加
4、工后,从工件表面上不切除或切除极薄的金属层,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,它适用于某些精度和表面质量要求很高的零件。2.1 外圆表面2.1 外圆表面2.1.2 车削加工设备1.车削的工艺特点(1)易于保证工件各加工面的位置精度。(2)切削过程较平稳,有利于提高生产率。(3)加工材料范围较广,适用于有色金属零件的精加工。(4)刀具的制造、刃磨和安装均较方便,生产成本低。(5)适应性好。2.1 外圆表面2.车削加工设备车床外圆表面的车削加工是在车床上使用不同的车刀或其他刀具加工各种回转表面,如内(外)圆柱面、内(外)圆锥面、螺纹、沟槽、端面和成形面等,2
5、.1 外圆表面(1)CA6140普通卧式车床2.1 外圆表面(2)常用车刀2.1 外圆表面(2)常用车刀2.1 外圆表面2.1.3 磨削加工设备1.磨削加工的工艺特点磨削加工是指用带有磨粒的工具(砂轮、砂带、油石等)以给定的背吃刀量(或称切削深度),对工件进行加工的方法。常见磨削加工的种类如图2-5所示。2.1 外圆表面磨削加工具有以下特点:(1)背吃刀量小、加工质量高。切削厚度可以小到数微米,有利于形成光洁的表面。(2)砂轮有自锐作用。磨削过程中,磨钝了的磨粒会自动脱落而露出新鲜锐利的磨粒。(3)磨削速度快、温度高,必须使用充足的切削液。磨削时的切削速度高,砂轮本身的传热性差,在磨削区易形成
6、瞬时高温,切削液起冷却、润滑作用,还可以冲掉细碎的切屑和碎裂及脱落的磨粒,避免堵塞砂轮空隙,提高砂轮的寿命。(4)磨削的背向力大(径向磨削分力大),使工件产生水平方向的弯曲变形,直接影响工件的加工精度。磨削加工通常用来磨削外圆表面、内孔、平面及凸轮、螺纹、齿轮等成形面。2.1 外圆表面2.磨削加工设备磨床磨床广泛用于零件的精加工,尤其是淬硬钢件、高硬度特殊材料及非金属材料(如陶瓷)的精加工,常见磨削的加工范围如图2-6所示。2.1 外圆表面(1)磨床的种类外圆磨床内圆磨床平面磨床工具磨床刀具和刃具磨床各种专门化磨床2.1 外圆表面(2)外圆磨床外圆表面磨削方法 外圆表面磨削方法有中心磨削和无心
7、磨削两种。2.1 外圆表面万能外圆磨床2.2 内圆表面2.2.1 加工方法内圆(孔)表面是箱体、支架、套筒、环、盘类零件上的重要表面,也是机械加工中经常遇到的表面,如图2-10所示。2.2 内圆表面内孔加工的技术要求主要有以下几点:(1)尺寸精度 孔径和长度的尺寸精度。(2)形状精度 孔的圆度、圆柱度及轴线的直线度。(3)位置精度 孔与孔或孔与外圆面的同轴度,孔与孔或孔与其他表面之间的尺寸精度、平行度、垂直度及角度等。(4)表面质量 表面粗糙度、表层加工硬化和表层物理力学性能要求等。2.2 内圆表面内孔的切削加工方法有很多,如图2-11所示有钻孔、扩孔、铰孔、锪孔、车孔、镗孔、拉孔、磨孔、砂带
8、磨孔、珩磨孔和研磨孔等。2.2 内圆表面1.内孔的钻削加工钻孔是指用钻头在工件的实体部位加工孔的工艺过程。它是最基本的孔加工方法。钻孔的精度较低,一般为IT10以下,表面粗糙度大,为Ra50Ra12.5m,所以只能用作粗加工。2.内孔的镗削加工镗孔是利用镗刀对已有孔进行的加工。一般镗孔的精度可达IT8IT7,表面粗糙度为Ra1.6Ra0.8m;精细镗时,精度可达IT7IT6,表面粗糙度为Ra0.8Ra0.2m。镗孔加工根据工件不同,可以在镗床、车床、铣床、组合机床和数控机床上进行。2.2 内圆表面3.内孔的拉削加工拉孔是用拉刀在拉床上加工孔的过程。加工精度高,一般可达IT8IT7,表面粗糙度为
9、Ra0.8Ra0.4m。4.内孔的磨削加工磨孔 是 孔 的 精 加 工 方 法 之 一,精 度 可 达IT8IT6,表 面 粗 糙 度 可 达 Ra1.6Ra0.4m,采用高精磨,表面粗糙度可达Ra0.1m。磨孔可以在内圆磨床或万能外圆磨床上进行。5.内孔的光整加工珩磨孔是对孔进行的较高效率的光整加工方法,需在磨削或精镗的基础上进行。珩磨后,孔的精度等级可达IT6IT5,表面粗糙度可达Ra0.2Ra0.025m,孔的形状精度也相应提高。2.2 内圆表面2.2.2 加工机床的选择加工机床的选择受被加工零件的尺寸、加工要求、生产纲领、机床的类型、生产率、投资费用等因素的影响。如图2-12所示,对于
10、不同内孔的加工,可参照以下条件选择加工机床:2.2 内圆表面2.2.3 钻削加工内圆表面的钻削加工主要根据工件尺寸大小、精度要求不同,选用不同的钻床及刀具。1.钻削加工机床钻床是孔加工用机床,主要用来加工外形比较复杂、没有对称回转轴线的工件上的孔,如杠杆、盖板、箱体和机架等零件上的各种孔。在钻床上加工时,工件固定不动,刀具旋转做主运动,同时沿轴向移动做进给运动。钻床可完成钻孔、扩孔、铰孔、攻螺纹、锪埋头孔和锪端面等工作。钻床的加工范围及所需运动如图2-13所示。2.2 内圆表面(2)摇臂钻床摇臂钻床加工范围较广,可用来加工各种批量的大、中型工件和多孔工件及大而重的工件。2.2 内圆表面(3)深
11、孔钻床深孔钻床是专门用于加工孔径比(D/L)为1/6以上的深孔的专门化钻床,例如加工枪管、炮管和机床主轴零件的深孔。2.2 内圆表面2.钻削常用刀具常用的钻削加工刀具有麻花钻(图2-17)、扩孔钻(图2-18)和铰刀(图2-19)等。2.2 内圆表面2.钻削常用刀具常用的钻削加工刀具有麻花钻(图2-17)、扩孔钻(图2-18)和铰刀(图2-19)等。2.2 内圆表面2.2.4 镗削加工镗削加工的工艺范围较广,主要完成精度高、孔径大或孔系的加工,此外,还可铣平面、沟槽、钻孔、扩孔、铰孔和车端面、外圆、内(外)环形槽及车螺纹等,如图2-20所示。2.2 内圆表面卧式铣镗床的主要加工方法如图2-21
12、所示。2.2 内圆表面卧式镗床的布局及组成如图2-22所示,其主要组成部件有主轴箱1、前立柱2、工作台5、后立柱8和床身导轨10等。2.2 内圆表面坐标镗床是一种高精度机床,其主要特点是具有测量坐标位置的精密测量装置,可实现工件和刀具的精确定位。其主要零部件的制造和装配精度很高,并有良好的刚性和抗震性。它主要用来铣削精密孔(IT5或更高)和位置精度要求很高的孔系(定位精度可达0.010.002mm)。卧式坐标镗床如图2-23所示。2.2 内圆表面2.2.5 拉削加工拉孔是在拉床上用一个工步完成工件已有孔的粗、精加工的方法。拉削可看成是多把刨刀排列成队的多刃刨削。拉削时工件不动,拉刀相对于工件做
13、直线运动,拉刀以切削速度vc做主运动,进给运动是由后一个刀齿高出前一个刀齿的齿升量f 来完成的,从而在一次行程中一层一层地从工件上切去多余的金属层,获得所要求的表面,如图2-24所示。常用圆孔拉刀的结构如图2-25所示。2.2 内圆表面拉削可以加工圆形与形状复杂的通孔、平面及其他没有障碍的外表面,但不能加工台阶孔、不通孔和薄壁孔,如图2-26所示。2.2 内圆表面2.2.6 磨削加工内孔(圆)的磨削可以在普通内圆磨床、无心内圆磨床、行星内圆磨床上进行,也可以在万能外圆磨床上进行。如图2-27所示。2.3 平面2.3.1 加工方法平面是机械零件如箱体类、连杆类、盘类零件的主要表面之一,如图2-2
14、8所示。平面加工时,主要的技术要求有以下三个方面:(1)平面的几何精度,如平面度、直线度。(2)各表面间的位置精度,如平行度、垂直度。(3)加工表面质量,如表面粗糙度、表面加工硬化、残余应力及金相组织。2.3 平面2.3.1 加工方法2.3 平面2.3.1 加工方法2.3 平面2.3.1 加工方法2.3 平面2.3.2 铣削加工及设备1.铣削加工铣削加工以铣刀旋转为主运动,工件沿相互垂直的3个方向做切削进给运动,从而不断从工件表面切除多余的材料形成加工表面。铣削加工的主要特点是用多刃铣刀进行切削,可采用较大的切削用量,故生产率较高。2.3 平面2.铣床如图2-31所示,铣床的种类很多,一般常用
15、的有以下几种:2.3 平面3.铣刀铣刀按用途不同可分为平面用铣刀(图2-32)、沟槽用铣刀(图2-33)以及成形面用铣刀(图2-34)三大类。2.3 平面3.铣刀铣刀按用途不同可分为平面用铣刀(图2-32)、沟槽用铣刀(图2-33)以及成形面用铣刀(图2-34)三大类。2.3 平面2.3.3 刨削加工及设备1.刨削加工刨削加工是在刨床上利用刨刀或工件的直线往复运动进行切削加工的方法。刨刀一般是单刃切削,结构简单,刃磨方便,主要用来加工平面(水平面、垂直面、斜面)、沟槽(T形槽、V形槽、键槽)以及成形面,刨床的加工范围如图2-35所示。2.3 平面2.刨床刨床根据构造特点分为两大类:普通刨床,如
16、牛头刨床、龙门刨床和单臂刨床等;专用刨床,如曲面刨床等。2.3 平面3.刨刀2.3 平面2.3.4 磨削加工及设备1.磨削加工磨削加工常作为刨削或铣削后的精加工,特别是用于磨削淬硬工件以及具有平行表面的零件(如滚动轴承环、活塞环)。磨削两平面间的尺寸精度可达IT6IT5,表面粗糙度为Ra0.8Ra0.2m。平面磨削可分为圆周磨削和端面磨削两种方式。2.3 平面2.平面磨床平面磨床的加工精度可达IT6IT5,两平面平行度误差小于0.01mm,表面粗糙度一般可达Ra0.4Ra0.2m。常用的平面磨床按其砂轮轴线的位置和工作台的结构特点,可分为卧轴矩台平面磨床、卧轴圆台平面磨床、立轴矩台平面磨床、立
17、轴圆台平面磨床等类型。2.4 齿形齿轮传动是目前机械传动中应用最广泛、最常见的一种传动形式,如图2-40所示为圆柱齿轮零件图。2.4 齿形2.4.1 加工方法齿轮的加工方法主要有铣齿、插齿、滚齿、剃齿、珩齿和磨齿,如图2-41所示。其他加工方法还有刨齿、梳齿、挤齿和研齿等。2.4 齿形2.4.2 加工设备根据所用刀具和加工方法的不同,齿轮的加工设备主要有滚齿机、插齿机、铣齿机等。精加工机床中包括剃齿机、珩齿机及各种圆柱齿轮磨齿机等。其中:滚齿机主要用于加工直齿、斜齿圆柱齿轮和蜗轮;插齿机主要用于加工单联及多联的内、外直齿圆柱齿轮;剃齿机主要用于淬火前的直齿和斜齿圆柱齿轮的齿廓精加工;珩齿机主要
18、用于对热处理后的直齿和斜齿圆柱齿轮的齿廓精加工,珩齿对齿形精度改善不大,主要是降低齿面的表面粗糙度;磨齿机主要用于淬火后的圆柱齿轮的齿廓精加工。此外,还有花键轴铣床、齿轮倒角机、齿轮噪声检查机等。2.4 齿形1.铣削加工铣齿属于成形法加工齿轮,是用成形铣刀在万能卧式铣床上进行的,刀具的截形与被加工齿轮的齿槽形状相同。刀具沿齿轮的齿槽方向进给,一个齿槽铣完,被加工齿轮分度后,再铣第二个齿槽,直至加工出整个齿轮。2.4 齿形2.滚齿加工(1)滚齿加工的特点 适应性好,生产率高,齿轮齿距误差小,齿轮齿廓表面粗糙度较差。滚齿加工主要用于直齿圆柱齿轮、斜齿圆柱齿轮、蜗轮和花键轴。(2)滚齿机 Y3150
19、E滚齿机主要用于滚切直齿圆柱齿轮和斜齿圆柱齿轮。2.4 齿形(3)滚刀在蜗杆圆周上等分地开出沟槽(垂直于蜗杆螺旋线方同或平行于滚刀轴线方向),经过齿形铲背,使刀齿具有正确的齿形和后角,再加以淬火和刃磨前面,就成了一把齿轮滚刀,如图2-44所示。2.4 齿形3.插齿加工插齿机主要用于加工直齿圆柱齿轮,尤其适于加工滚齿难以加工的内齿轮、多联齿轮、带台阶齿轮、扇形齿轮、齿条及人字齿轮、端面齿盘等,但不能加工蜗轮。(1)齿面的插削2.4 齿形(2)插齿刀 按加工模数范围、齿轮形状不同分为盘形、碗形、锥柄等直齿插齿刀,它们的主要类型及应用范围如图2-46所示。2.5 螺 纹螺纹也是零件上常见的表面之一,如图2-47所示,在各种机械产品中,由于螺纹既可用于零件之间的连接、紧固又可用于传递动力,改变运动形式又可用作测量件来测量工件,因此应用非常广泛。2.5 螺 纹螺纹的加工方法很多,主要有攻螺纹、套螺纹、车螺纹、铣螺纹、磨螺纹、搓螺纹和滚螺纹等。2.5 螺 纹螺纹的各种加工方法及其所能达到的经济加工精度、表面粗糙度及适用范围见表2-6。THANK YOU
