2023年机械加工方法与机床（教学课件）.ppt

第第2章章 机械加工方法与机床机械加工方法与机床 2.1 机械加工方法 2.2 金属切削机床 2.3 车床传动系统及典型部件 2.4 数控机床与加工中心 2.1 机械加工方法 2.2 金属切削机床 2.3 车床传动系统及典型部件 2.4 数控机床与加工中心 教学指导教学指导 教学提示：本章着重介绍了常规的机械加工方法；金属切削机床型号的编制方法；常用的金属切削机床及其加工工艺范围；CA6140型普通车床的传动系统及其主要结构；同时，对数控机床及加工中心也做了简单介绍。教学要求：熟悉工件组成外表的类型及加工方法，学会正确选用机床的类型；掌握切削机床型号的编制方法及常见机床型号的含义；了解常用机床的结构组成、熟悉其加工工艺范围及加工方式；重点掌握CA6140卧式车床的主要部件结构、工作原理及传动系统分析方法，并能对其它类型机床的传动系统进行分析；了解数控机床及加工中心的加工特点。2.1 机械加工方法 2.1.1 零件外表的形成方法 1.零件外表的形状 机器零件的结构形状尽管千差万别，但其轮廓都是由一些单一的几何外表如平面、内外旋转外表及自由曲面等按一定位置关系构成的。零件外表可以看作一条线称为母线沿另一条线称为导线运动的轨迹。母线和导线统称为形成外表的发生线。常见的零件外表按形状可分为：旋转外表、纵向外表和特型外表三大类。1.零件外表的形状 1旋转外表旋转外表 圆柱外表由平行于轴线的母线圆柱外表由平行于轴线的母线A沿圆导线沿圆导线B转动形成；转动形成；圆锥外表由不平行于轴线但与轴线相交的母线圆锥外表由不平行于轴线但与轴线相交的母线A沿圆沿圆导线导线B转动形成；转动形成；球面由圆母线球面由圆母线A沿导线沿导线B转动形成。转动形成。1旋转外表旋转外表 1)圆柱面：由平行于轴线的直线1沿着v方向转动，而形成圆柱面；1旋转外表旋转外表 2)圆锥面：由不平行于轴线，但与轴线相交的直线1沿着V方向转动，而形成圆锥面；1旋转外表旋转外表 3)球面：由圆1沿着V方向转动，而形成球面；说明：在车床、钻床、镗床、外圆磨床等机床加工的外表是旋转外表。1.零件外表的形状 2纵向外表-直线移动而形成或沿直线移动而形成 平面由直母线A沿直导线B移动形成；曲面直母线成形面由直母线A沿曲线导线B移动形成；或者视为由曲线母线A沿直导线B移动形成。说明：在刨床、插床、铣床、平面磨床等机床上加工的外表是纵向外表。1.零件外表的形状 3特形外表特形外表-复杂运动而形成复杂运动而形成 螺旋面：由直线1沿着螺旋线2运动，即边作旋转运动v，边作轴线方向移动v而形成螺旋面。2.零件外表的形成方法与成形运动 推论：任何一个外表，都可以看作是一条曲线沿着另一条曲线运动的轨迹。这两条曲线叫做该外表的发生线，而前一条发生线，称为母线；后一条发生线，称为导线。在形成外表的过程中，有些外表的两条发生线的形状都保持固定不变，如圆柱面；有些外表只有一条发生线的形状保持不变，如当母线为圆，导线为直线形成圆锥面；而另外一些外表那么两条发生线的形状都要发生变化，如螺旋桨的外表。有些外表的两条发生线是可以互换的，例如圆柱面亦可以由圆母线沿着直线导线移动形成；有些外表的两条发生线那么不可互换，如圆锥面。前者叫可逆外表，后者叫不可逆外表。工件外表的形成方法：外表的形成过程，是其母线与导线工件外表的形成方法：外表的形成过程，是其母线与导线形成过程的组合。形成过程的组合。1 1同一种工件形状的外表，可以有多种形成方法；同一种工件形状的外表，可以有多种形成方法；2.零件外表的形成方法与成形运动 2同一种方法，可以形成多种外表形状；这是因为，被形成的外表形状，不 仅取决于刀刃形状及外表形成方法，而且还取决于发生线的原始位置。例 如，相同形状的母线和导线，因母线 位置不同，将形成不同的外表。3刀刃的形状愈复杂，加工所需的运动愈少。工件外表发生线的形成过程，与所用刀具的刀刃形状有关。同样一条发生线在采用不同刀刃形状的情况下就有不同的形成方法。刀刃形状有以下三种：1)刀刃是一个点(实际是很短的一段线)，切削时刀刃作轨迹运动；2)刀刃是一段曲线，其轮廓与工件发生线吻合；3)刀刃是一段曲线，其轮廓与工件发生线不吻合。根据所使用的刀具切削刃形状和采取的加工方法，形成外表发生线的方法主要有轨迹法、成形法、相切法、展成法范成法 2.零件外表的形成方法与成形运动 轨迹法 1)轨迹法：刀具切削点按一定的规律作轨迹运动，形成所需的发生线刀具需要有一个独立的成形运动。2.零件外表的形成方法与成形运动 2)范成法展成法：在形成发生线的过程中，切削线与发生线作纯滚动运动展成运动切削线与发生线逐点相切，发生线是切削线的包络线刀具和工件需要有一个独立的复合成形运动展成运动 展成法 2.零件外表的形成方法与成形运动 3)相切法：刀具中心按一定规律作轨迹运动，切削点运动轨迹与工件相切就形成了发生线刀具需要有两个独立的成形运动，即刀具的旋转和刀具中心按一定规律运动 相切法 2.零件外表的形成方法与成形运动 4)成形法：刀具刀刃就是切削线，它的形状及尺寸与需要成形的发生线一致刀具不需要专门的成形运动 2.零件外表的形成方法与成形运动 2.1.2 切削加工 切削加工 切削加工是利用切削工具从工件上切去多余材料，使工件获得符合图纸要求的几何形状、尺寸和外表质量的加工过程。切削加工是机械制造的重要方法之一，是提高零件的尺寸精度和外表质量的主要手段，在机械制造业中占有十分重要的地位，约占机械总制造量的40%60%。通过切削加工，使工件在形状、尺寸和外表粗糙度等方面到达图纸的要求，成为满足设计需求的零件。切削加工对于零件的形状和尺寸一般不受限制，可加工如外圆、内圆、锥面、平面、螺纹、齿形面及空间曲面等各种型面。到目前为止，切削加工的精度等级一般为IT12 IT3，外表粗糙度Ra值为250.008m。传统的切削加工的根本方法有车削、铣削、刨削、镗削和钻削等。1.车削加工车削加工 车削是指工件作回转主运动，车刀作进给运动的切削加工方法。车削加工主要用于加工回转面，并能加工平面，而这两种面在机械零件中应用最为广泛，因此，车削加工是机械加工方法中应用最普遍的加工方法。车削加工由于加工过程连续，切削层公称截面积恒定，切削力变化不大，切削过程平稳，所以车削加工的加工精度较高。而且车削加工经一次装夹就能加工出外圆面、内圆面、锥面、台阶面以及端面等，因此，依靠车床自身的精度就能保证各加工面之间的位置精度。车削加工在一般情况下车刀与工件始终接触，根本上没有冲击现象，可以采用很高的切削参数进行切削，所以生产率较高。而且车削加工适应多种材料、多种外表、较大尺寸范围和精度等级，因此，加工范围广泛。此外，车削加工还有刀具简单、生产本钱较低的特点。2.钻削加工钻削加工 用钻头或铰刀、锪刀在工件上加工孔的方法统称钻锪铰加工，它可以在台式钻床、立式钻床、摇臂钻床上进行，也可以在车床、铣床、镗床或专用机床上进行。1)钻孔 钻孔是用钻头在实体材料上加工孔的一种加工方法。钻孔是最常见的孔加工方法之一，属于粗加工，按深径比孔深与孔径之比可分为浅孔钻和深孔钻。1 浅孔钻是深径比L/D5 的孔。加工浅孔使用的刀具通常为麻花钻，加工精度等级一般为IT12 IT10，外表粗糙度Ra值为253.2m。2 深孔钻是深径比L/D5 的孔。其中L/D=520的孔称为普通深孔，加工普通可用深孔刀具或接长麻花钻在车床或钻床上完成；L/D=20100的孔称为特殊深孔，加工特殊深孔需用深孔刀具在深孔加工机床上进行。钻孔加工的两种方式 钻孔加工有两种方式，一种是钻头旋转，如在钻床、镗床上钻孔；另一种是工件旋转，如在车床上钻孔。钻头旋转时，当因切削刃不对称或钻头刚性缺乏而使钻头引偏时，被加工孔的中心线会发生偏斜或不直，但孔径根本不变；工件旋转时那么相反，钻头引偏会引起孔径变化，孔的中心线仍是直的。2)扩孔 扩孔是用扩孔刀具扩大工件孔径的一种加工方法。扩孔钻与钻头类似，结构形式有：整体锥柄扩孔钻，扩孔直径为10 mm32 mm；镶齿套式扩孔钻，扩孔直径为25 mm80 mm；此外还有硬质合金可转位扩孔钻。扩孔属于半精加工，加工精度等级一般为IT10 IT9，外表粗糙度Ra值为6.33.2m。3)铰孔 铰孔是用铰刀在未淬硬工件孔壁上切除微量金属层，以提高工件尺寸精度和降低外表粗糙度的加工方法。铰孔可加工圆柱孔和圆锥孔，可以机铰，也可以手铰。铰孔属于精加工，可分为粗铰和精铰。粗铰的尺寸精度为IT8 IT7，外表粗糙度Ra值为1.60.8m；精铰的尺寸精度为IT7 IT6，外表粗糙度Ra值为0.80.4m。4)锪孔 锪孔是用锪钻加工各种沉头螺栓孔、锥孔、凸台面等的加工方法。锪孔一般在钻床上完成。3.镗削加工镗削加工 镗削加工是在预制孔上用刀具使孔扩大的一种加工方法。镗孔工作既可以在镗床或镗铣床上进行，也可以在车床上进行。在车床上镗孔时工件做旋转运动，刀具作轴向进给运动。它的工艺特点是：加工后孔的轴心线与工件的回转轴线一致，孔的圆度主要取决于机床主轴的回转精度，孔的轴向几何形状误差主要取决于刀具进给方向相对于工件回转轴线的位置精度。这种镗孔方式适于加工与外圆外表有同轴度要求的孔。在镗床或镗铣床上镗削时镗刀作旋转主运动，工件或镗刀作进给运动。下面分别加以介绍。镗削加工镗削加工刀具旋转 1刀具旋转，工件作进给运动 图2.4a所示为在镗床上镗孔的情况，镗床主轴带动镗刀旋转，工作台带开工件作进给运动。这种镗孔方式镗杆的悬伸长度L一定，镗杆变形对孔的轴向形状精度无影响。但工作台进给方向的偏斜会使孔中心线产生位置误差。镗深孔或离主轴端面较远孔时，为提高镗杆刚度和镗孔质量，镗杆由主轴前端锥孔和镗床后立柱上的尾座孔支承。图图2.4 刀具旋转、工件进给的镗孔方式刀具旋转、工件进给的镗孔方式 1镗杆镗杆 2镗刀镗刀 3工件工件 4工作台工作台 5主轴主轴 镗削加工镗削加工刀具旋转 1刀具旋转，工件作进给运动 图2.4b为用专用镗模镗孔的情形，镗杆与机床主轴采用浮动联接，镗杆支承在镗模的两个导向套中，刚性较好。在这种镗孔方式中，进给方向相对主轴轴线的平行度误差对所加工孔的位置精度无影响，此项精度由镗模精度直接保证。图图2.4 刀具旋转、工件进给的镗孔方式刀具旋转、工件进给的镗孔方式 1镗杆镗杆 2镗刀镗刀 3工件工件 4工作台工作台 5主轴主轴 6拖板拖板 7镗模支架镗模支架 镗削加工镗削加工刀具旋转并作进给运动 2刀具旋转并作进给运动 如图2.5所示，镗杆的悬伸长度是变化的，镗杆的受力变形也是变化的，镗出来的孔必然会产生形状误差，靠近主轴箱处的孔径小，造成形状误差。图图2.5 刀具旋转并进给的镗孔方式刀具旋转并进给的镗孔方式 1镗杆镗杆 2镗刀镗刀 3工件工件 4工作台工作台 5主轴主轴 镗孔是加工较大孔径最常用的方法之一，箱体类零件上的孔以及要求相互平行或垂直的孔系通常都在镗床或镗铣床上镗孔。镗孔可作为粗加工、半精加工、精加工和精细加工，粗镗孔的尺寸精度为IT12 IT11，外表粗糙度Ra值为2512.5m；精镗孔的尺寸精度为IT8 IT7，外表粗糙度Ra值为1.60.8m；精细镗孔的尺寸精度为IT7 IT6，外表粗糙度Ra值为0.80.2m。4.铣削加工 铣削是指铣刀作旋转主运动，工件作进给运动的切削加工方法。铣削加工可以在卧式铣床、立式铣床、龙门铣床、工具铣床以及各种专用铣床上进行。铣削加工的范围很广泛，能加工平面、台阶面、各种槽、型腔以及成型面。根据铣刀形式不同，用分布于铣刀端平面上的刀齿进行铣削称为端铣；用分布于铣刀圆柱面上的刀齿进行铣削称为周铣。周铣分为逆铣和顺铣两种方式。逆铣 铣削时，铣刀切入工件时的切削速度方向和工件的进给方向相反，这种铣削方式称为逆铣。顺铣 铣削时，铣刀切出工件时的切削速度方向与工件的进给方向相同，这种铣削方式称为顺铣。4.铣削加工 1铣平面 铣铣削削方方式式 顺铣顺铣 铣削方式 端铣 端端铣铣 逆铣逆铣 周铣周铣 周铣 铣削方式 端铣端铣有对称铣与不对称逆铣、不对称顺铣三种方式.铣淬硬钢采用对称铣；铣碳钢