任务四 选择成型表面的加工方法

任务四选择成型表面的加工方法与加工设备一、普通成型表面的加工方法二、齿形表面的加工方法三、螺纹表面的加工方法表面的形成机械零件的表面形状不外乎是几种基本形状的表面：平面、圆柱面、圆锥面以及各种成形面。当精度和表面粗糙度要求较高时，需要在机床上用刀具经切削加工而形成。机械零件的任何表面都可看作是一条线(称为母线)沿着另一条线(称为导线)运动的轨迹。形成表面的母线和导线统称为发生线。如：平面可看作是是由一根直线(母线)沿着另一根直线(导线)运动而形成(图1a)；圆柱面和圆锥面可看作是由一根直线(母线)沿着一个圆(导线)运动而形成(图1b和c)；普通螺纹的螺旋面是由“八”形线(母线)沿螺旋线(导线)运动而形成(图ld)；直齿圆柱齿轮的渐开线齿廓表面是由渐开线(母线)沿直线(导线)运动而形成(图1e)等等。零件表面的成形由上图可以看出，有些表面，其母线和导线可以互换，如：平面、圆柱面和直齿圆柱齿轮的渐开线齿廓表面等，称为可逆表面；而另一些表面，其母线和导线不可互换。如：圆锥面、螺旋面等，称为不可逆表面。切削加工中发生线是由刀具的切削刃和工件的相对运动得到的，由于使用的刀具切削刃形状和采取的加工方法不同，形成发生线的方法可归纳为以下四种：轨迹法、成型法、相切法、展成法(1)轨迹法•它是利用刀具作一定规律的轨迹运动对工件进行加工的方法。切削刃与被加工表面为点接触，发生线为接触点的轨迹线。图a中母线Al(直线)和导线A2，(曲线)均由刨刀的轨迹运动形成。采用轨迹法形成发生线需要一个成形运动。(2)成形法它是利用成形刀具对工件进行加工的方法。切削刃的形状和长度与所需形成的发生线(母线)完全重合。图b中，曲线形母线由成形刨刀的切削刃直接形成，直线形的导线则由轨迹法形成。(3)相切法•它是利用刀具边旋转边作轨迹运动对工件进行加工的方法。见图c中，采用铣刀、砂轮等旋转刀具加工时，在垂直于刀具旋转轴线的截面内，切削刃可看作是点，当切削点绕着刀具轴线作旋转运动B1，同时刀具轴线沿着发生线的等距线作轨迹运动A2时，切削点运动轨迹的包络线，便是所需的发生线。为了用相切法得到发生线，需要二个成形运动，即刀具的旋转运动和刀具中心按一定规律运动。(4)展成法•它是利用工件和刀具作展成切削运动进行加工的方法。切削加工时，刀具与工件按确定的运动关系作相对运动(展成运动或称范成运动)，切削刃与被加工表面相切(点接触)，切削刃各瞬时位置的包络线，便是所需的发生线。例如，图d所示，用齿条形插齿刀加工圆柱齿轮，刀具沿箭头A1方向所作的直线运动，形成直线形母线(轨迹法)，而工件的旋转运动B21和直线运动A22，使刀具能不断地对工件进行切削，其切削刃的一系列瞬时位置的包络线，便是所需要渐开线形导线(见图e)。用展成法形成发生线需要一个成形运动(展成运动)。成型表面加工★齿形加工圆柱齿轮的加工工艺过程一般为：热处理齿部热处理齿形加工定位面精加工齿坯加工毛坯制造齿形精加工齿形加工齿轮运动精度：要求齿轮在一转内，最大转角误差不超过一定限度，保证从动件与主动件运动协调准确。齿轮工作平稳性：要求齿轮传动瞬时传动比的变化不能过大。齿面的接触精度：啮合齿的接触部位占齿面的比例大小。传动侧隙：齿轮啮合时，非工作齿面间应具有一定间隙。１.齿轮的技术要求８级以下精度的齿轮不淬硬齿轮：滚齿（或插齿）；淬硬齿轮：滚齿（或插齿）—齿端加工—齿面热处理—修正内孔6～7级精度的齿轮＊滚齿—齿端加工—剃齿—表面淬火—修正基准—珩齿。＊滚齿—齿端加工—渗碳淬火—修正基准—磨齿。5级精度以上的齿轮：一般采用磨齿。２.齿形加工方案选择加工方案的选择取决于齿轮的精度等级、生产批量和热处理方法。成形法——用与被切齿轮齿槽形状相符的成形刀具切出齿形；如铣齿、拉齿和成型磨齿等；展成法——齿轮刀具与工件按齿轮副的啮合关系作展成运动，工件的齿形由刀具的切削刃包络而成；如插齿、滚齿、剃齿、磨齿和珩齿等。3.齿形加工方法齿形加工方法成形法展成法滚齿相当于一对螺旋圆柱齿轮传动（a），一个齿轮的齿数减少到1～2个齿，螺旋升角减小而螺旋角加大到接近90°，该齿轮就转变为蜗杆（b），在蜗杆纵向切若干槽并加工出前后角等，该蜗杆就成为滚刀（c）。1.滚齿滚齿的工作原理滚齿的运动主运动：滚刀的旋转运动；分齿（展成）运动：即保持滚刀与被切齿轮之间啮合关系的运动。如果滚刀的头数为k(一般k=1～4)，被切齿轮的齿数为z，则滚刀转速n刀与被切齿轮转速n工之间，应严格保证如下关系：n工/n刀＝k/z轴向进给运动：滚刀沿工件轴向作进给运动2.插齿——插齿就是用插齿刀在插齿机上加工齿轮的齿形。插齿的工作原理插齿加工相当于把一对啮合的直齿圆柱齿轮中的一个齿轮的齿磨制成具有前、后角的刀刃，然后，以该齿齿轮作为插齿刀进行加工，当插齿刀与相啮合的齿轮毛坯之间强制保持一对齿轮啮合的传动比关系时，就能切削出齿形来。插齿的运动主运动：插齿刀的往复直线运动分齿（展成）运动：插齿刀与工件间保持一对齿轮传动的啮合关系的运动。插齿刀的齿数为z刀,工件齿数为z工,插齿刀转速为n刀,工件转速为n工,两者的啮合关系：n工/n刀＝z刀/z工径向进给运动：为逐步切至全齿深，插齿刀应有径向进给运动。让刀运动：在插齿刀向上运动时，工作台带动工件从径向退离切削区一段距离；当插齿刀在工作行程时，工件又恢复原位。滚齿与插齿的比较用滚齿法加工齿轮，可以获得较高的运动精度；用插齿法加工齿轮的齿形精度比滚齿高；滚齿的生产率一般比插齿高，但对于模数较小、齿圈较薄的小齿轮，以及扇形齿轮，插齿的生产率比滚齿高；滚齿的通用性比插齿好，用一把滚刀可以加工模数和压力角相同的直齿轮和任意螺旋角的斜齿轮，还可以加工蜗轮；而插齿则不能。但是按展成法加工齿轮距离较近的多联齿轮，以及加工内齿轮、人字齿轮、齿条、带凸台的齿轮等，只能用插齿法加工；3.齿形的精加工剃齿剃齿是利用一对交错轴螺旋齿轮啮合的原理，盘形剃齿刀实质上是一个高精度的螺旋齿轮，加工时工件2装在工作台上的顶尖间，由装在机床主轴上的剃齿刀1带动自由转动，剃齿刀与工件的轴线在空间交叉一个角度ф。当剃齿刀回转时，其圆周速度υ可分解为两个分速度：与轮齿方向垂直的法向分速度υn，带动工件旋转；与轮齿方向平行的齿向分速度υt，使两啮合齿面产生相对滑移。剃齿刀在υt和一定压力的作用下，从工件的齿面上剃下很薄的切屑。珩齿珩齿原理与剃齿相似，珩轮与工件呈一对螺旋齿轮无侧隙的紧密啮合，珩轮回转时的圆周速度υ，可分解为法向分速度υn，以带动工件回转；齿向分速度υt，使珩轮与工件产生相对滑移。珩轮上的磨料借助珩轮齿面与工件齿面间的相对滑动速度(υt)磨去工件齿面上的微薄金属。两者的主要区别就是刀具不同，以及珩磨轮的转速比剃齿刀要高。磨齿：磨齿有仿形法和展成法两类。碟形砂轮磨齿：两片碟形砂轮倾斜安装，构成假想齿条的两个齿面。见图(a)。锥形砂轮磨齿：砂轮截面修整成假想齿条的一个齿廓。见图(b)。蜗杆砂轮磨齿：用蜗杆砂轮磨齿时的运动与滚齿相同。见图(c)。螺纹的分类螺纹也是零件上常见的表面之一，它有多种形式，按用途的不同可分为如下两类:(1)紧固螺纹它用于零件间的固定连接，常用的有普通螺纹和管螺纹等，螺纹牙型多为三角形。对普通螺纹的主要要求是可旋人性和连接的可靠性;对管螺纹的主要要求是密封性和连接的可靠性。(2)传动螺纹它用于传递动力、运动或位移，如丝杠和测微螺杆的螺纹等，其牙型多为梯形或锯齿形。对于传动螺纹的主要要求是传动准确、可靠，螺牙接触良好及耐磨等。螺纹加工方案及其选择1.螺纹加工方法螺纹常用的切削加工方法有车螺纹、铣螺纹、磨螺纹、攻螺纹和套螺纹等；少无切削加工方法有搓螺纹和滚螺纹等；特种加工方法有电火花加工和电火花共轭同步回转加工等。2.螺纹加工方案及其选择图中列出螺纹加工方案，按其主干可归纳为五类，即车(铣)类、车(铣)磨类、攻套类、滚压类和特种加工类。螺纹的形成一平面图形（如三角形、矩形、梯形等）绕一圆柱（或圆锥）作螺旋运动，形成一圆柱（或圆锥）螺旋体。工业上，常将该螺旋体称为螺纹。螺纹旋向螺纹有右旋和左旋之分。顺时针旋转时旋入的螺纹，称右旋螺纹；逆时针旋转时旋入的螺纹，称左旋螺纹。工程上常用右旋螺纹。螺纹线数螺纹有单线和多线之分。沿一根螺旋线形成的螺纹称单线螺纹；沿两根以上螺旋线形成的螺纹称多线螺纹。连接螺纹大多为单线。螺纹的种类螺纹按用途可分为连接螺纹（普通螺纹、管螺纹等）和传动螺纹（梯形、锯齿形等）；按牙型可分为三角形、梯形、锯齿形等；按螺纹要素是否标准分标准螺纹、特殊螺纹和非标准螺纹(仅牙型符合标准称为特殊螺纹，牙型不符合标准称为非标准螺纹)。连接螺纹：钟表螺丝连接螺栓传动螺纹台虎钳传动螺纹：升降台螺纹的技术要求螺纹也和其他类型的表面一样，有一定的尺寸精度、形位精度和表面质量的要求。由于它们的用途和使用要求不同，技术要求也有所不同。对于紧固螺纹和无传动精度要求的传动螺纹，一般只要求中径、外螺纹的大径、内螺纹的小径的精度。对于有传动精度要求或用于读数的螺纹，除要求中径和顶径的精度外，还要求螺距和牙型角的精度。为了保证传动或读数精度及耐磨性，对螺纹表面的粗糙度和硬度等也有较高的要求。常见标准螺纹的类别、标准编号、牙型及特征代号螺纹加工方法的分析螺纹的加工方法很多，可以在车床、钻床、螺纹铣床、螺纹磨床等机床上利用不同的工具进行加工。选择螺纹的加工方法时，要考虑的因素较多，其中主要的是工件形状、螺纹牙型、螺纹的尺寸和精度、工件材料和热处理以及生产类型等。下表列出了常见螺纹加工方法所能达到的精度和表面粗糙度，可以作为选择螺纹加工方法的依据和参考。各种螺纹加工方法所能达到的精度和表面粗糙度加工方法精度等级(GB197-81)表面粗糙度Ra攻螺纹(俗称攻丝)6～71.6～6.3套螺纹(俗称套扣)7～81.6～3.2车削4～80.4～1.6铣刀铣削6～83.2～6.3旋风铣削6～81.6～3.2磨削4～60.1～0.4研磨40.1滚压4～80.1～0.81.攻丝和套扣攻丝和套扣是应用较广的螺纹加工方法。对于小尺寸的内螺纹，攻丝几乎是唯一有效的加工方法。单件小批生产中，可以用手用丝锥手工攻丝;当批量较大时，则应在车床、钻床或攻丝机上用机用丝锥加工。套扣的螺纹直径一般不超过16mm，它既可以手工操作，也可以在机床七进行。由于攻丝和套扣的加工精度较低，主要用于加工精度要求不高的普通螺纹。2.小螺纹加工方法在车床上可以车削外螺纹、内螺纹；对于加工直径较小的螺孔，可先钻出光孔，再用丝锥攻丝得到。右图为钻削螺纹3、车削内、外螺纹4、铣削螺纹5、磨削螺纹