精密机械制造技术21典型加工方法与常用刀具

LOGO机械制造技术基础22:13:09第二章制造工艺装备第一节典型加工方法与常用刀具车刀：整体式、焊接式、机夹重磨式和机夹可转位式孔加工刀具：麻花钻、扩孔钻、铰刀等铣刀：平面铣刀、指状铣刀等拉刀：拉刀和推刀齿轮刀具：滚齿、插齿、铣齿、磨齿、锑齿等砂轮：外圆、内圆、平面砂轮等22:13:09一、车削与车刀车刀功能：是金属切削加工中应用最广泛的一种刀具，主要用于加工外圆、内孔、端面、螺纹及各种回转体表面、切断与切槽等。（图2-1）22:13:09结构型式：整体式（高速钢）焊接式机夹重磨式机夹可转位车刀（硬质合金）22:13:0922:13:091、硬质合金焊接式车刀在碳钢（一般为45钢）刀杆上按刀具几何角度的要求开出刀槽，用焊料（一般为铜丝）将硬质合金刀片（专业厂家生产、已标准化）焊接在刀槽内，并按所设计的几何角度刃磨后使用的车刀。22:13:09特点：结构简单、刚性好，适应性强，可以根据具体的加工条件和要求刃磨出合理的几何角度。注意：焊接时产生内应力或裂纹、刀片硬度下降，切削性能和耐用度降低。22:13:092、硬质合金机夹重磨式车刀用机械的方法将硬质合金刀片夹固在刀杆上的车刀。刀片磨损后，可取下重磨，然后再安装使用。优点:可避免焊接引起的应力、裂纹等缺陷；刀杆可多次重复使用。缺点：刀头结构较复杂，刚度不如焊接式，有夹持应力。22:13:0922:13:093、机夹可转位式车刀将预先加工好的有一定几何角度的多角形硬质合金刀片，用机械的方法装夹在特制的刀杆上，便成为机夹可转位式车刀。刀具的几何角度是由刀片形状及其刀杆槽中的安装位置来确定，不需要刃磨。22:13:09刀片的一个切削刃磨损后，只要松开刀片夹紧元件，将刀片转位，改用另一个新刀刃，重新夹紧后即可继续切削。待全部刀刃都磨钝后，再装上新刀片即可。优点和机夹重磨式车刀一致：可避免焊接引起的应力、裂纹等缺陷；刀杆可多次重复使用。刀头结构较复杂，刚度不如焊接式，有夹持应力。22:13:0922:13:0922:13:09二、钻削、扩削、铰削与孔加工刀具按用途分两大类：从实体材料上加工成孔：麻花钻、中心钻及深孔钻；对已有孔进行再加工：扩孔钻、铰刀、镗刀，内拉刀、内圆磨砂轮、珩磨头等。22:13:091、麻花钻麻花钻是一种形状较为复杂的双刃钻孔或扩孔的标准刀具，一般用于孔的粗加工也可用于攻丝、铰孔、拉孔、镗孔、磨孔的预制孔。22:13:09麻花钻结构由三部分构成:尾部：钻头的夹持部分，用于与机床联接，并传递扭矩和轴向力。按直径分为直柄（小直径）和锥柄（大直径）两种。颈部：尾部与工作部分间的过渡部分，供磨削砂轮退刀和打印标记用。小直径的直柄钻头没有颈部。工作部分：钻头的主要部分，前端是切削部分，承担主要的切削工作；后端为向导部分，引导钻头，也是切削部分的后备部分。22:13:0922:13:09公称直径螺旋角：钻头螺旋槽最外缘处螺旋线的切线与钻头轴线间的夹角为螺旋角。标准麻花钻β=18°~30°，小直径钻头直径较小。顶角：为两主切削刃在与其平行线的轴向平面上的投影之间的夹角。标准麻花钻2φ=118°。麻花钻主要几何参数22:13:09主偏角：主偏角的大小决定于顶角的大小，顶角之半φ在数值上与主偏角接近。前角：在正交平面内测量的前刀面与基面的夹角。后角：在假定工作平面内测量的切削平面与后主刀面的夹角。22:13:0922:13:092、扩孔钻扩孔钻是用于对已钻孔进一步加工，以提高孔的加工质量的刀具。扩孔钻的刀齿较多，一般有三四个，导向性好，切削平稳。由于扩孔余量较小，容屑槽浅，刀体强度和刚性较好；扩孔钻没有横刃，改善了切削条件，可以大大提高切削效率和加工质量。扩孔钻的主要类型有两种，即整体式扩孔钻和套式扩孔钻，其中套式扩孔钻适用于大直径孔的扩孔加工。22:13:0922:13:093、铰刀铰刀用于中、小尺寸的半精加工和精加工，也可以用于磨孔或研孔前的预加工。铰刀齿数多（6~12个），导向性芯部直径大，刚性好22:13:09铰削余量小，切削速度低，加上切削过程中的挤压作用，所以能获得较高的加工精度和较好的表面质量。铰刀分为手用铰刀和机用铰刀两类。手用铰刀分为整体式和可调整式两种，机用铰刀分为带柄的和套式两种。22:13:09Table22:13:09三、铣削与铣刀概念刀齿分布在圆周表面（圆柱和盘状铣刀）或端面（端面铣刀）上的多刃回转刀具。用途加工平面、台阶、沟槽和各种成形表面。22:13:091、铣刀的几何角度圆柱铣刀的几何角度前角用法平面γn、后角αn或α0及螺旋角β。端铣刀的几何角度盘铣刀的每一个刀齿相当于一把车刀，角度标注坐标系与外圆车刀定义一致，故其角度定义与车刀相同。22:13:0922:13:0922:13:092、硬质合金端铣刀硬质合金机夹重磨式端铣刀（图2-26）硬质合金可转位端铣刀（图2-27）22:13:0922:13:093、铣削方式及合理选用铣削方式指铣削时铣刀相对于工件的运动和位置关系。铣削方式影响：刀具的耐用度、工件的加工表面粗糙度、铣削过程的平稳性及切削加工的生产率。圆周铣削法(周铣法)：逆铣和顺铣端面铣削法(端铣法)：对称铣、不对称逆铣、不对称顺铣。22:13:0922:13:0922:13:09四、拉刀拉刀是一种高生产率、高精度的多齿刀具。可加工出各种形状的内孔结构。如：内圆孔、内方孔、内花键、内孔键槽等。也可加工各种形状的外表面。如：平面、成形面。22:13:091、拉刀的类型按加工工件表面不同分：内拉刀和外拉刀。按拉刀工作受力方向不同分：拉刀和推刀。按拉刀的结构：整体式和组合式。22:13:092、拉刀的结构图2-30为圆孔拉刀的结构，分为八个部分：①头部；②颈部；③过渡锥部；④前导部；⑤切削部；⑥校准部；⑦后导部；⑧尾部。各部分都有其基本功能。22:13:0922:13:093、刀齿几何参数图2-31示出了拉刀切削部分的主要参数：齿升量αf：前后两刀齿（或齿组）半径或高度之差。粗切齿取0.02~0.20mm精切取0.005~0.015mm齿距P：相邻两刀齿之间的轴向距离。22:13:09前角γ0：根据刀具材料选取。后角α0：直接影响拉刀刃磨后的径向尺寸。刃带ba1：为增加拉刀的重磨次数而设。22:13:0922:13:094、拉削方式指拉削过程中，加工余量在各刀齿上的分配方式。分层式拉削：精度高，刀具长分块式拉削：效率高、刀具短、精度低综合式拉削：分层式、分块式综合，优势互补22:13:09拉削方式影响：拉刀的结构形式拉削力的大小拉刀的耐用度拉削表面质量及生产效率22:13:095、拉刀工作图要求表达拉刀整体结构的主视图；切削部、校准部刀具角度标注的局部视图；完整合理的尺寸标注；22:13:09合理的技术要求：粗糙度、尺寸精度，文字说明。材料及热处理要求；一般设计时参考相关刀具设计手册。22:13:09五、齿轮刀具用于切削齿轮齿形的刀具，种类较多，结构复杂。按工作原理分：（1）成形法齿轮刀具：使用于单件、小批量。有：盘形齿轮铣刀、指状齿轮铣刀。（2）展成法齿轮刀具：滚刀、插齿刀、剃齿刀。22:13:0922:13:091、插齿刀适用于直齿轮、斜齿轮、内齿轮、塔形齿轮、人字齿轮与齿条的加工。加工同模数、同压力角的任意齿数的齿轮；既可以加工标准齿轮，也可以加工变位齿轮。22:13:1022:13:102、齿轮滚刀加工直齿、斜齿和螺旋齿轮常用的工具。同一把滚刀可以加工模数、压力角相同而齿数不同的齿轮。22:13:1022:13:10齿轮滚刀加工的工作原理滚齿加工机床为滚齿机----利用螺旋齿轮啮合原理滚齿加工运动：滚刀旋转运动---主运动滚刀沿被加工齿轮轴线运动----进给运动滚刀转一圈工件转一齿----展成运动22:13:10齿轮滚刀的选用用于加工基准压力角为20°的渐开线齿轮的齿轮滚刀已经标准化，模数m=1~10、单头、右旋、前角为0°、直槽，其基本结构型式和主要结构尺寸见表2-3。齿轮滚刀的基本参数应按被切齿轮的相同参数选取。滚刀的参数标注在其端面。齿轮滚刀的精度等级，应按被切齿轮的精度要求或工艺文件的规定选取；齿轮滚刀的旋向，最好与被切齿轮一致。22:13:10六、砂轮磨削是用带有磨粒的工具（砂轮、砂带、油石）对工件进行切削加工的方法。是半精加工、精加工的主要方法。粗加工现也开始应用。22:13:10砂轮是最重要的磨削工具，应用范围及其广泛：能加工金属材料、高硬度的非金属材料等。机械工业部郑州三磨研究所是我国磨料、磨具、磨削研究机构。22:13:10砂轮的制造与特性砂轮的制造：用结合剂把磨粒粘结起来，经压坯、干燥、焙烧及车整而成的多孔疏松物体。影响砂轮特性的因素：由磨料、粒度、结合剂、硬度、组织及形状尺寸等因素决定。22:13:101、磨料磨料是制造砂轮的主要材料，直接担负切削工作。磨料应具有高硬度，高耐热性和一定的韧性，在磨削过程中受力破坏后还要能形成锋利的几何形状。常用磨料：刚玉（如Al2O3）类、碳化物类和超硬磨料系。表2-5列出了常用磨料性能、适应范围。22:13:102、粒度粒度是指磨粒颗粒的大小，通常可以分为磨粒（颗粒尺寸40μm)和微粉（颗粒尺寸=40μm）两类。粒度号越大，表示磨粒颗粒越小。微粉按颗粒实际尺寸分级。粗磨用粗粒度（30＃~40＃），精磨用细粒度（60＃~120＃）。工件材料硬度低、塑性大、磨削面积大时，选粗粒度的砂轮。22:13:103、硬度硬度是指砂轮工作表面的磨粒在磨削力的作用下脱落的难易程度。它反映磨粒与结合剂的粘固强度。磨粒不易脱落，称砂轮硬度高；反之，称砂轮硬度低。从低到高分为超软、软、中软、中、中硬、硬、超硬7个等级。22:13:10砂轮硬度选择原则工件材料较硬时，应选较软的砂轮；工件与砂轮接触面积大时，选较软砂轮；粗磨时选较软砂轮，以提高磨削效率；对于精磨或成形磨，选用硬砂轮----以保持砂轮的轮廓形状。22:13:104、结合剂结合剂是将磨料粘结在一起，使砂轮具有必要的形状和强度的材料。常用结合剂的种类有陶瓷、树脂、橡胶及金属结合剂（用于金刚石砂轮）等。22:13:105、组织指砂轮中磨粒、结合剂和气孔三者间的体积比例关系。按磨粒在砂轮中所占体积的不同，砂轮的组织分为紧密、中等和疏松三大类。组织号越大，磨粒所占体积较少，表明砂轮越疏松。生产中最常用中等组织（组织号4~7）的砂轮。22:13:106、形状、尺寸和代号根据用途、磨削方式和磨床类型，砂轮可制成各种形状和尺寸，已标准化。表2-6列出了常用砂轮的形状、代号和类型22:13:10砂轮特性用代号标注在砂轮端面上，用以表示砂轮的磨料、粒度、硬度、结合剂、组织、形状、尺寸及最高工作线速度。例如：砂轮1-300×50×75-A60L5V-35形状代号：1—平形，2—筒形、11—碗形，12a—碟形1号外径D厚度T孔径H磨粒：A--棕刚玉粒度号硬度最高速度组织号结合剂22:13:10砂轮选择的原则选择依据：根据被磨材料的性质、要求达到的工件表面的粗糙度和金属的磨削率。选择原则：（1）磨削钢时：选用刚玉类砂轮；磨削硬铸铁、硬质合金或非铁金属，选用碳化硅砂轮；（2）磨削软材料选用硬砂轮；磨削硬材料选用软砂轮；（3）磨削软而韧的材料，选用粗磨粒；磨削硬而脆的材料，选用细磨粒；（4）工件要求表面粗糙度低时，选用细磨粒；（5）要求加工表面质量好时：22:13:10LOGO22:13:10