第三章机械加工基础.

12019/12/19第三章机械加工基础2019/12/192内容提要一、金属切削加工原理二、金属切削加工设备三、机械加工精度四、表面质量五、各种加工方法所能达到的经济精度和表面粗糙度2019/12/193第一节金属切削加工原理金属切削过程:工件与刀具相对运动并相互作用的压缩挤压过程。刀具从工件上切除多余的金属，使工件获得规定的加工精度与表面质量。刀具切削部分要具有适当的几何参数。由金属切削机床来完成切削过程中工件与刀具之间的相对运动。2019/12/1942019/12/195机械加工工艺系统机床、夹具、刀具和工件构成一个机械加工工艺系统。2019/12/196一、切削运动与切削用量1、切削运动：机床上工件与刀具之间的相对运动。（1）主运动：切下金属所必须的刀具和工件之间的最主要的运动。（2）进给运动：刀具和工件之间附加的相对运动，使新的金属不断投入切削的运动。2019/12/197切削运动n切削表面2019/12/198刨、钻、铣的切削运动2019/12/1992、工件上的加工表面（3）切削表面：切削刃正在切削着的表面；又称加工表面或过渡表面。总是位于待加工表面和已加工表面之间切削刃正在切削着的表面、并在切削过程中不断改变着位置；（1）待加工表面：将被切去金属的表面；（2）已加工表面：已经切去金属层后形成的新表面。2019/12/19102019/12/19113、切削用量三要素：v、f、aP（1）切削速度v：主运动速度,回转体上直径最大点上的速度。(m/s)（2）进给量f：工件或刀具每回转一周时，两者沿进给方向的相对位移。（mm/r）进给速度vf：单位时间的进给量。（mm/s）（3）切削深度aP：已加工表面和待加工表面间的垂直距离。（mm）1000/dnv2ddamwpdw_——待加工表面直径dm_——已加工表面直径2019/12/1912进给量图片2019/12/1913二、刀具2019/12/19141、刀具切削部分的构造要素2019/12/1915前刀面：切屑流过的表面。后刀面：1.主后刀面Aα:与工件切削表面相对的面。2.副后刀面Aα’:与已工表面相对的面。2019/12/1916三面，二刃，一尖2019/12/1917刀具切削部分的构造要素⑵切削刃主切削刃S：前刀面与主后刀面相交的锋边。副切削刃S’：前刀面与副后刀面相交的锋边。刀尖：主、副切削刃的实际交点或主副切削刃的连接刃（过渡刃）。2019/12/19182、车刀主要角度刀具制造成一定的几何角度，使其具有切削能力前角后角主偏角副偏角刃倾角2019/12/19193、刀具材料切削过程中刀具要承受很大的切削力、冲击、振动和很高的切削温度的作用。刀具切削性能的好坏取决于刀具切削部分的材料、刀具结构和刀具几何角度。刀具材料对刀具耐用度、加工质量、加工效率、加工成本的影响都居首位。2019/12/1920刀具是否胜任切削工作？一是取决于刀具结构和切削部分几何形状的合理性——锋利；二是取决于刀具切削部分的材料——经久耐用、不易磨损；尤其是在切削温度较高时，热硬性好。2019/12/1921（1）刀具材料应具备的性能高的硬度HRC62以上。好的耐磨性抵抗磨损的能力。足够的强度承受较大的切削力，抗弯强度。足够的韧性承受冲击载荷和振动。高的耐热性高温保持硬度、耐磨性、强度、韧性良好的工艺性刀具自身的制造性能好。良好的经济性材料和制造成本低。2019/12/1922（2）常用的刀具材料工具钢：碳素工具钢、合金工具钢、高速钢硬质合金：钨钴类、钨钛钴类、钨钛钽(铌)类金刚石陶瓷立方氮化硼涂层刀具超硬刀具材料2019/12/1923第二节金属切削加工设备金属切削加工设备：一般指金属切削机床。金属切削机床：用刀具切削的方法将毛坯加工成为零件的机器。工作母机：金属切削机床是制造机器的机器（又称工具机）机床：习惯上称金属切削机床为机床。基础机器：金属切削机床机械制造的基础机器。2019/12/1924本节主要内容一、金属切削机床的分类和型号编制二、车床三、齿轮加工方法和机床四、铣床、刨床和拉床五、磨床六、钻床和镗床2019/12/1925一、金属切削机床的分类和型号编制1、机床分类（1）按加工方法和所用刀具分类GB共分12类车床C(车)钻床Z(钻)镗床T(镗)磨床M,2M,3M(磨)齿轮加工机床Y(牙)螺纹加工机床S(丝)锯床G(锯)铣床X(铣)刨插床B(刨)拉床L(拉)特种加工机床D(电)其他机床Q(其)2019/12/1926（2）按应用范围分类通用机床普通卧式车床、万能外圆磨床、万能铣床专门化机床花键铣床、曲轴车床、铲齿车床专用机床：为某一零件的某一工序专门设计制造的机床。生产率和自动化程度高，用于批量生产。2019/12/1927（3）按机床工作精度分类普通精度机床精密机床M高精度机床G（4）、按机床重量、尺寸分类仪表机床（轻型机床Q）中型机床大型机床（质量大于10t）重型机床（质量大于30t）超重型机床（质量大于100t）2019/12/1928（5）按机床主要器官的数目分类单轴机床多轴机床单刀机床多刀机床（6）按自动化程度分类普通机床半自动机床B自动机床Z数控机床K加工中心机床H柔性加工单元R2019/12/1929其他机床仿形机床F简式或经济性机床J高速机床S数显机床X2019/12/19302、机床型号的编制方法（JB1838-85）机床的型号表示机床的类型、通用特性和结构特性以及主要技术参数等MG1432A类别代号（磨床）通用特性和结构特性代号（高精度）组别代号（外圆磨床组）系别代号（万能外圆磨床系）主参数（最大磨削直径320mm)重大改进顺序号（第一次重大改进）2019/12/1931企业代号其它特性代号重大改进序号主轴数或第二主参数主参数或设计顺序号系列代号组代号通用特性、结构特性代号(A、D、E)类别代号分类代号(Δ)Ο(Ο)ΔΔΔ(.Δ)(Ο)/()-()机床的型号CM61402MB1432A/S22019/12/1932CA6140C车床（类代号）A结构特性代号6组代号（落地及卧式车床）1系代号（普通落地及卧式车床）主参数（最大加工件回转直径400mm）C2150×6C车床（类代号）21多轴棒料自动车床（组系代号）50最大棒料直径50mm（主参数）6轴数为6（第二主参数）机床型号举例:2019/12/1933MGB1432M磨床（类代号）G高精度（通用特性代号）B半自动（通用特性代号）14万能外圆磨床（组系代号）32最大磨削外径320mm（主参数）XKA5032AX铣床（类代号）K数控（通用特性代号）A（结构特性代号）50立式升降台铣床（组系代号）32工作台面宽度320mm（主参数）A第一次重大改进（重大改进序号）2019/12/19342019/12/19352019/12/19362019/12/19372019/12/19382019/12/19392019/12/1940机床的主要技术参数主参数代表机床的规格：最大切削直径主轴直径工作台面宽度第二主参数：主轴数最大跨度最大工件长度工作台工作面长度2019/12/19412019/12/1942工件表面成形方法a、轨迹法b、成形法c、相切法d、范成法（展成法）利用刀具对工件按一定规律作轨迹运动的加工方法。利用各种成形刀具对工件加工的方法。刀具切削刃与所需形状完全吻合。利用刀具边旋转边作轨迹运动对工件进行加工的方法。刀刃各瞬时位置的包络线便是所需的形状。利用工件和刀具作展成运动进行加工的方法。刀具切削刃与被加工表面相切，刀刃各瞬时位置的包络线便是所需的形状。2019/12/1943车床是主要用车刀对旋转的工件进行车削加工的机床。主运动：工件的旋转运动进给运动：刀具直线运动所用刀具：车刀、钻头、扩孔钻、铰刀、丝锥车床种类：卧式、立式、转塔、仿形、自动和半自动、专门化车床（曲轴、凸轮轴车床、铲齿车床）加工精度：经济加工精度IT8~IT7,表面粗糙度Ra1.25~2.5二、车床立式车床2019/12/1944普通卧式车床的工艺范围主要加工轴类和直径不太大的盘类、套类零件的各种回转外表面、锥面、环槽、回转体的端面、钻、扩、铰、滚花和螺纹等。2019/12/1945（一）齿轮加工方法按轮齿成形原理分两大类：1.成形法加工精度和生产率较低，适于单件小批生产。2.展成法加工精度和生产率较高，一把刀可加工相同模数、相同压力角的任何齿数的齿轮。剃齿刀（二）齿轮加工机床圆柱齿轮：滚齿机、插齿机等；直齿锥齿轮：刨齿机、铣齿机、拉齿机；弧齿锥齿轮：铣齿机。精加工齿轮：剃齿机、珩齿机、磨齿机铣齿滚齿插齿三、齿轮加工方法和机床磨齿2019/12/1946滚齿加工原理滚齿时刀具与工件模拟一对交错轴螺旋齿轮的啮合传动。2019/12/1947滚齿加工的特点滚齿加工是一种应用最广的齿形加工方法。可用作粗加工、精加工。加工精度为4~10级。可加工圆柱外齿轮、蜗轮。加工的尺寸范围也比较大。加工的齿形有渐开线、摆线、圆弧形及其它一些特殊齿形。适应性好，生产率高，效率更高。被切齿轮的齿距误差小。齿廓表面粗糙度较大Ra1.6μm以上。2019/12/1948插齿机和插齿加工插齿是模拟一对直齿圆柱齿轮的啮合过程工件的齿形曲线是由插齿刀刀刃多次切削的包络线形成的。2019/12/1949插齿的切削运动主运动：插齿刀的上下往复运动。展成运动：刀具转过一个齿，工件也转过一个齿径向进给运动：插齿刀每往复进给一次，工件径向移动一个距离：切削深度，逐渐切至全齿深。圆周进给运动：插齿刀的转动。让刀运动：为了避免擦伤工件齿面和减少刀具的磨损，插齿刀向上回程时，工件与刀具之间让开一个很小的间隙，在刀具向下开始切削之前迅速复位。2019/12/19502019/12/1951磨齿机用于高精度硬齿轮的精加工，最高IT6。有成形法和展成法磨齿。2019/12/1952齿端倒角2019/12/1953铣床铣床系指主要用铣刀在工件上加工各种表面的机床。通常铣刀旋转运动为主运动，工件(和)铣刀的移动为进给运动。铣床可以加工平面、沟槽、轮齿、螺纹和花键轴，还能加工比较复杂的型面，效率较刨床高，在机械制造和修理部门得到广泛应用。2019/12/1954铣削工艺范围2019/12/1955铣刀2019/12/1956刨床龙门刨床刨床是用刨刀对加工工件的平面、沟槽或成形表面进行刨削的机床。用刨床刨削窄长表面时具有较高的效率，它适用于中小批量生产和维修车间。刨床主要有牛头刨床、龙门刨床和单臂刨床。2019/12/1957刨削加工与刨刀2019/12/1958拉床拉床用拉刀加工工件各种内、外成形表面的机床，拉削时拉刀使被加工表面在一次走刀中成形，所以拉床的运动比较简单，它只有主运动，没有进给运动。切削时，拉刀作低速平稳的直线运动，同时拉刀承受的切削力也很大，所以拉床的主运动通常是由液压驱动的。拉刀或固定拉刀的滑座往往是由油缸的活塞杆带动的。拉床主参数指额定拉力。按加工表面不同，拉床可分为内拉床和外拉床。2019/12/1959拉刀与夹具采用液压传动，工作平稳，薄的切削层，高精度的拉刀，可获得较高的精度（IT6～IT8）和较小的粗糙度（0.1～1.6μm）。拉削时，每一刀齿只工作一次，拉刀的耐用度和使用寿命很高。拉刀所有刀齿通过后，即完成全部粗、精加工；所以生产率高。2019/12/1960拉削工艺用于加工通孔、平面及成形表面2019/12/1961磨床是用砂轮作切削工具，对工件表面进行切削加工的精密加工的机床，其应用广泛。磨床精加工精度IT7～IT5级，Ra0.8～0.04um，也可粗加工，高速磨、强力磨；可磨普通材料，又可磨高硬度难加工材料；适应各种工件形状、表面及生产批量。磨床种类：（1）外圆磨床：普通、万能、无心外圆磨床等（2）内圆