第一章机械加工方法与切削机床

第一章机械加工方法与切削机床学习目的与要求（1）熟悉传统加工方法的加工范围（2）熟悉主要加工机床的类型、结构及其加工工艺特点（3）了解各种刀具的结构和用途（4）了解机床的分类和型号编制方法（5）熟悉机床的传动方法和传动链（6）了解特种加工与常规切削加工的区别（7）了解特种加工的原理、特点和应用范围主要内容第1章机械加工方法与切削机床1.1传统切削加工方法与切削机床1.1.1车削与车床1.1.2铣削与铣床1.1.3刨削与刨床1.1.4钻削与钻床1.1.5镗削与镗床1.1.6磨削与磨床1.2曲面加工方法与加工机床1.2.1齿面加工与加工机床1.2.2复杂曲面加工与加工中心1.3特种加工方法与加工机床1.3.1电火花加工1.3.2电解加工1.3.3激光加工1.3.4超声波加工1.4金属切削机床基础1.4.1概述1.4.2金属切削机床的主要部件1.5现代机床的发展1.5.1数控机床1.5.2加工中心思考与练习：§1-1传统切削加工方法与切削机床一、车削加工与车床1、车削加工运动：工件旋转作主运动、车刀作进给运动工艺特点①适用范围广②易保证被加工零件各表面的位置精度③可用于有色金属零件的精加工④切削过程比较平稳⑤生产成本较低⑥加工的万能性好车床加工典型工序外圆柱面外圆锥面螺纹端面沟槽内圆锥面内圆柱面旋转曲面中心孔打孔滚花2、车床的种类卧式车床立式车床：主要用于加工径向尺寸大而轴向尺寸相对较小且形状比较复杂的大型或重型零件。按结构形式分为单柱式和双柱式转塔车床：没有尾座和丝杠，床身尾部装有多工位刀架，一般不能车螺纹二、铣削加工与铣床1、铣削加工运动：铣刀旋转作主运动、工件作进给运动应用：平面、沟槽、复杂曲面、孔工艺特点：①生产效率高②刀齿散热条件较好③铣削加工应用范围广泛④铣削时容易产生振动分类：平面铣削端铣周铣逆铣顺铣（1）端铣与周铣端铣：加工质量好，大平面铣削周铣：适应性较强，小平面、沟槽、成形面加工特点比较：①端铣的生产率高于周铣②端铣的加工质量比周铣好③周铣的适应性比端铣好（2）顺铣与逆铣顺铣：主切削运动方向与工件进给方向相同逆铣：主切削运动方向与工件进给方向相反加工特点比较①顺铣容易引起打刀；逆铣则可以避免打刀②铣削铸件或锻件等表面有硬皮的工件时，采用逆铣③逆铣时，切削厚度从零开始增大，加速刀具的磨损④逆铣时，铣削力将工件上抬，容易引起振动2、铣床的种类升降台式铣床卧式升降台铣床：主轴水平立式升降台铣床：主轴垂直床身式铣床：工作台不升降，加工中等尺寸的零件龙门铣床：适于采用大切削用量的切削双轴圆形工作台铣床龙门铣床三、刨削加工与刨床1、刨削加工运动：刀具的往复直线运动为主切削运动、工件台带动工件作间歇的进给运动应用：平面、直槽、母线为直线的成形面工艺特点：①机床与刀具简单，通用性好②刨削精度低③生产率低④加工成本低2、刨床的种类龙门刨床：工作台带着工件作直线往复运动；大型工件牛头刨床：滑枕带着刨刀作直线往复运动插床：立式刨床。主运动为滑枕带动插刀沿垂直方向的直线往复运动四、钻削加工与钻床1、钻削加工运动：钻头的旋转运动为主切削运动，钻头的轴向运动为进给运动应用：钻、扩、铰孔；攻丝；锪孔、锪平等（1）钻孔粗加工刀具：麻花钻特点：①容易产生“引偏”②排屑困难：分屑槽③切削热不易传散④加工精度差钻孔隐偏减少隐偏措施预钻锥形定心坑钻套为钻头导向四差一大导向差、刚性差、加工精度差、切削条件差和轴向力大（2）扩孔和铰孔分别为半精加工和精加工扩孔钻的结构特点：①刚性较好②导向性较好③切削条件好铰孔特点：P10—P11注意扩孔和铰孔无法提高孔轴线的位置精度和直线度；而镗孔则可以2、钻床的种类立式钻床摇臂钻床其他钻床（如深孔钻床）五、镗削加工与镗床1、镗削加工运动：镗刀旋转为主切削运动，工件或镗刀直行为进给运动应用：直径较大的已有孔和孔系；外圆和平面工艺特点①加工机座、箱体、支架等外形复杂的大型零件②加工范围广泛③能获得较高的精度和较低的粗糙度④可有效地校正原孔的轴线偏斜，保证孔及孔系的位置精度⑤生产率低2、镗床的种类卧式镗床车床镗孔镗床镗孔区别镗床是镗刀旋转作主运动，工件或镗刀作进给运动；车床是工件旋转作主运动，车刀作进给运动坐标镗床卧式坐标镗床立式坐标镗床立式单柱坐标镗床立式双柱坐标镗床六、磨削加工与磨床1、磨削加工定义运动：砂轮的旋转为主运动工艺特点①加工精度高，表面粗糙度小②可加工高硬度材料③径向分力大④磨削温度高⑤砂轮的自锐性⑥应用越来越广泛2、磨床的种类外圆磨床普通外圆磨床无心磨床M1432A型万能外圆磨床特点：工件置于砂轮和导论之间并用托板支承定位，工件中心略高于两轮中心的连线，在导论的摩擦力作用下旋转分类：纵磨法（贯穿磨法）和横磨法（切入磨法）无心磨削示意图无心磨削内圆磨床平面磨床卧轴矩台平面磨床立轴圆台平面磨床§1-2曲面加工方法与加工机床一、齿面加工与加工机床1、齿轮齿形加工方法成形法→普通铣床展成法→滚齿机、插齿机等（1）铣齿——成形法成本低、加工精度低、生产率低、仅适用于单件小批生产或加工精度不高的低速齿轮，也用于齿形的粗加工铣齿工艺特点弧齿锥齿轮铣齿机（2）滚齿——展成法①滚齿所需要的运动主运动：滚刀的高速旋转分齿运动（展成运动）：滚刀与被切齿轮之间的啮合关系运动垂直进给运动：滚刀沿工件轴向的进给运动②滚齿机上滚切斜齿圆柱齿轮运动：展成运动→渐开线齿形差动运动→螺旋线齿长四条传动链：①速度传动链②展成传动链③轴向进给传动链④差动传动链③滚齿加工特点齿形精度和机床分度精度较铣齿高可滚削出同模数而不同齿数的齿轮，提高了精度，降了成本加工范围广连续切削，精度和生产效率高不能滚削内齿轮和相距太近的多联齿轮适宜于单件小批或成批大量生产Y3150E型滚齿机（3）插齿——展成法①插齿所需要的运动主运动：插齿刀的上下往复直线运动分齿运动(展成运动)：插齿刀和工件之间的啮合关系运动圆周进给运动径向进给运动让刀运动②插齿加工特点：节省刀具，降低成本与滚齿的加工精度基本相同加工出的工件的齿形精度比滚齿高，分齿精度略低于滚齿生产效率较滚齿低加工范围较广泛适宜于单件小批或成批大量生产（4）剃齿——展成法插齿加工特点：齿形精加工精度可达7～6级主要用来提高齿形精度和齿向精度，减小表面粗糙度值机床结构简单，生产效率高用于加工插齿或滚齿后未经淬火的直齿和螺旋齿圆柱齿轮多用于大批大量生产的齿形精加工（5）珩齿——展成法珩齿加工特点：①一种齿形光整加工过方法，属于展成法加工②具有磨齿、剃齿、和抛光等精加工的综合作用③对齿形精度改善不大④用于加工经过淬火的齿轮（6）磨齿成形法磨齿展成法磨齿锥形砂轮磨齿双碟形砂轮磨齿（7）研齿——展成法2、齿形加工方法选择加工方案精度等级齿面表面粗糙度Ra/μm适用范围成形法铣齿9级以下6.3～3.2单件小批生产中加工直齿和螺旋齿轮及齿条展成法插齿8～71.6各种批量生产中加工内外圆柱齿轮、双联齿轮、扇形齿轮、短齿条等，但插削斜齿只适用于大批量生产滚齿8～73.2～1.6各种批量生产中加工直齿、斜齿外啮合圆柱齿轮和蜗轮剃齿7～60.8～0.4大批量生产中滚齿或插齿后未经淬火的齿轮精加工珩齿7～61.6～0.4大批量生产中高频淬火后齿形精加工磨齿6～30.8～0.2单件小批生产中淬硬或不淬硬齿形的精加工研齿0.4～0.2淬硬齿轮的齿形精加工，可有效的减小齿面的Ra值二、复杂曲面加工与加工中心特种加工方法与加工机床种类：化学、电化学、电化学机械加工，电火花加工，超声波加工、激光束加工，离子束加工、电子束加工，磨料流加工，磨料喷射加工，液体喷射加工及各类复合加工特点①可加工超硬脆材料和精密微细零件②靠电能、化学能、声能、光能、热能等去除多余材料③可获得很低的表面粗糙度，残余应力、冷作硬化、热影响度远小于一般金属切削加工④加工范围广、适应性强⑤各种加工方法易复合形成新工艺方法，便于推广应用特种加工1、电火花加工加工原理工艺特点①适应性强，可加工任何导电的硬脆、软韧及难切削加工材料②“无切削力”，方便地加工难加工的小孔、窄槽、薄壁件和各种特殊及复杂形状截面的型孔、型腔等③工件表面硬度高，表面润滑性和耐磨性较好，特别适用于模具制造④一般加工速度较慢电火花加工原理示意图①切割各宗高硬度的导电材料②切割形状很复杂的模具③几乎没有切削力，切割极薄或易变形的工件④金属丝电极，故不需制造成型电极电火花线切割加工2、点解加工加工原理工艺特点①工作电压小，电流大②应用范围广③生产率较高④工具电极可长期使用⑤适于加工易变形或薄壁件⑥加工精度难以控制⑦附属设备多，造价高⑧电解液腐蚀机床，污染环境3、激光加工加工原理工艺特点①无加工工具，不存在工具磨损、断屑、排屑问题②几乎可加工任何难加工的金属和非金属，加工异形孔③非接触加工，工件无受力变形④效率高，工件受力热变形小，切割边缘质量好⑤激光束传递方便⑥易于控制4、超声波加工加工原理工艺特点①各种脆硬材料，特别是电火花和点解加工难以加工的不导电材料和半导体材料，导电的硬质合金、淬火钢②各种型孔、型腔及复杂成型表面③加工质量好，无残余应力、组织改变及烧伤等现象④刀具硬度可低于被加工材料的，易加工复杂形状工件⑤机床结构简单，操作维修方便应用①型孔型腔加工②超声波切割③超声波清洗④超声波复合加工超声波加工示意图§1-4金属切削机床基础一、概述1、机床的基本组成①动力源②传动系统③基础件④工作部件⑤控制系统⑥冷却系统⑦润滑系统⑧其他装置2、机床的运动表面成形运动（工作运动）、辅助运动3、机床技术性能指标①工艺范围②技术规格③加工精度和表面粗糙度④生产率⑤自动化程度⑥机床的效率和精度保持性⑦其他机床的主要技术参数：尺寸参数、运动参数和动力参数4、机床精度与刚度（1）机床精度：几何精度、运动精度、传动精度、定位精度、工作精度和精度保持性（2）机床刚度：静刚度和动刚度5、机床的分类及型号编制（1）分类（2）型号编制①通用机床型号表示方法②机床的类别和组别划分③机床的特性代号④机床主参数和第二主参数⑤机床的重大改进顺序号⑥同一型号机床的变型代号二、金属切削机床的主要部件1、主轴部件（1）基本要求旋转精度、静刚度、抗振性、热变形（2）传动方式齿轮传动、带传动、电动机直接驱动（3）主轴部件结构主轴的支承形式：两支承方式、三支承方式构造材料和热处理普通机床：中碳钢→调质处理+局部高频淬火精密机床等：合金钢车床主轴简图主轴轴承：滚动轴承、液体动压轴承、液体静压轴承、空气静压轴承、自调磁浮轴承等2、机床的传动系统（1）主传动系统按电动机类型：交流电动机驱动和直流电动机驱动按传动装置：机械传动装置、液压传动装置、电气传动装置及它们的组合按变速连续性：分级变速传动和无级变速传动（2）进给传动系统机械进给传动液压进给传动电伺服进给传动①控制类型开环系统闭环系统半闭环系统电气伺服系统②驱动部件步进电动机(脉冲电动机)直流伺服电动机：小惯量直流电动机和大惯量直流电动机交流伺服电动机直线伺服电动机：同步式和感应式③机械传动部件：主要指齿轮(或同步齿轮)和丝杠螺母传动副滚珠丝杠作用：旋转运动→直线运动支承方式：角接触球轴承或双向推力圆柱滚子轴承与滚针轴承的组合轴承3、机床基础件：床身、立柱、横梁、底座等大件（1）基本要求①具有足够的刚度和较高的刚度-质量比②较好的动态特性；各阶频率不共振；不因薄壁振动产生噪声③热稳定性好④排泄通畅，吊运安全，良好的结构工艺性（2）结构箱形类板块类梁支类a）车床类床身b）镗床、龙门刨床类床身c）大型和重型机床类床身（3）材料①铸铁：灰铸铁，HT200，HT150，HT100②钢板焊接结构③预应力钢筋混凝土④天然花岗岩4、机床导轨：动导轨和静导轨（支承导轨）（1）主要技术要求①导向精度高②承载能力大，刚度好③精度保持性好④低速运动平稳性好（2）导轨截面形状和组合形式机床组合导轨形