机械制造基础教学配套课件作者黄胜银 第9章

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1、1 第9章常用金属切削加工方法与设备 第9章常用金属切削加工方法与设备 9 1车削加工9 2铣削和刨削加工9 3钻削和镗削加工9 4磨削及砂轮9 5齿轮加工机床及工具9 6数控加工技术9 7特种加工技术9 8各种表面的加工方法选择 3 9 1车削加工 9 1 1车床 应用 主要用于加工各种回转表面 内外圆柱面 圆锥面及成形回转表面 和回转体的端面 有些车床可以加工螺纹面 运动 车床的主运动是由工件的旋转运动实现的 进给运动则由刀具的直线移动完成的 分类 按其用途和结构的不同 主要分为 卧式车床及落地车床 立式车床 转塔车床 仪表车床 单轴自动和半自动车床 多轴自动和半自动车床 彷形车床及多刀专

2、门化车床 车床 4 CA6140型卧式车床 1 工艺范围 它适用于加工各种轴类 套筒类和盘类零件上的回转表面 如 内圆柱面 圆锥面 环槽及成形回转表面 端面及各种常用螺纹 还可以进行钻孔 扩孔 铰孔和滚花等工艺 图9 1卧式车床所能加工的典型表面 5 2 CA6140机床布局及主要技术性能 6 CA6140机床布局卧式车床主要加工轴类和直径不太大的盘 套类零件 故采用卧式布局 主轴水平安装 刀具在水平面内作纵 横向进给运动 另 CT6140 图9 2CA6140卧式车床外形图 7 CA6140卧式车床的传动原理图 图9 3CA6140卧式车床的传动原理图 8 9 1 2车刀 车刀主要类型 直头

3、外圆车刀 弯头车刀 偏刀 切槽或切断刀 镗孔刀 螺纹车刀 成形车刀 图9 4车刀种类及用途 车刀 1 车刀分类车刀按结构可分为 1 整体车刀 2 焊接车刀其优点是结构简单 紧凑 刀具刚度好 抗振性能强 制造方便 适用灵活 其缺点是切削性能较低 刀杆不能重复利用 辅助时间长 3 机夹车刀 4 可转位车刀使用可转位刀片的机夹车刀 其优点是刀具使用寿命常 生产效率高 有利于推广新技术 新工艺 有利于降低刀具成本 车刀 图9 5可转位车刀的组成1 刀杆2 刀垫3 刀片4 夹固元件 2 转位车刀的夹紧要求 1 定位精度高刀片转位或更换新刀片后 刀尖位置的变化应在工件精度允许的范围内 2 刀片夹紧可靠应保

4、证刀片 刀垫 刀杆接触面紧密贴合 经得起冲击和振动 同时 夹紧力也不宜过大 应力分布应均匀 以免压碎刀片 3 排屑流畅刀片前面上最好无障碍 保证切屑排出流畅 并容易观察 特别对于车孔刀 最好不用上压式 防止切屑缠绕划伤已加工表面 4 使用方便转换刀刃和更换新刀片方便 迅速 车刀 3 可转位车刀刀片的夹紧形式a 杠杆式夹紧 图9 6杠杆式夹紧a 直杆式b 直杆式c 曲杆式 刀杆 刀片 刀垫 杠杆 弹簧套 螺钉 弹簧 螺钉 车刀 b 偏心销式夹紧 车刀 偏心销 刀垫 刀片 刀杆 刀垫 刀片 销轴 楔快 螺钉 弹簧片 c 楔销式夹紧 图9 7偏心销式夹紧 图9 8楔销式夹紧 车刀 d 拉垫式夹紧 1

5、 2 拉垫 刀片 销轴 锥端螺钉 图9 9拉垫式夹紧 e 上压式夹紧 车刀 销轴 刀垫 刀片 压板 锥孔压板 螺钉 支钉 弹簧 图9 10上压式夹紧 4 成形车刀用在各类车床上加工内 外回转体成形表面 其刀形根据工件轮廓计 该种车刀有平体 棱体 圆体三种型式 平体成形车刀只能用来加工外成形表面 并且沿前刀面的可重磨次数不多 棱体成形车刀可重磨次数比平体成形车刀多 也只能用来加工外成形表面 圆体成形车刀的外形是回转体 切削刃在圆周表面上分布 可用来加工内 外成形表面 由于重磨时磨的是前刀面 故可重磨次数更多 图9 11径向进给的成形车刀a 平体 b 棱体 C 圆体 车刀 1 应用加工表面 沟槽

6、键槽 T型槽 燕尾槽等 多齿零件的齿槽 齿轮 链轮 棘轮 花键轴等 螺纹形表面及各种曲面 铣床与铣刀 9 2铣削和刨削加工 9 2 1铣床 图9 12铣削加工的典型表面 2 铣削特点每个刀齿不均匀 不连续切削 切入与切离时均会引起振动 铣削时切削层参数及切削力是变化的 也易引起振动 影响加工质量 同时参加切削的刀齿较多 生产率较高 铣削方法 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 铣碳钢和合金钢用不对称逆铣 减小入冲击 提高刀具寿命 铣不锈钢和耐热合金用不对称顺铣 周铣顺铣铣刀的旋转方向和工件的进给方向相同 铣削力的水平分力与工件的进给方向相同 工作台进给丝杠与固

7、定螺之间 铣床与铣刀 9 2铣削和刨削加工 9 2 1铣床 一般有间隙存在 因此切削力容易引起工件和工作台一起向前窜动 使进给量突然增大 引起打刀 在铣削铸件或锻件等表面有硬度的工件时 顺铣刀齿首先接触工件硬皮 加剧了铣刀的磨损 逆铣铣刀的旋转方向和工件的进给方向相反 逆铣时切削厚度从零开始逐渐增大 因而刀刃开始经历了一段在切削硬化的已加工表面上挤压滑行的阶段 加速了刀具的磨损 逆铣时铣削力将工件上抬 易引起振动 这是不利之处 铣床与铣刀 铣床分类卧式升降台铣床 立式升降台铣床 工件可在三个方向进行位置调整或作进给运动 龙门铣床 机床刚度高 可多刀同时加工多个工件或多个表面 生产率高 适于成批

8、大量生产中加工大型工件上平面和沟槽或多件同时加工 工具铣床各种专门化铣床 图9 13卧式升降台铣床 铣床与铣刀 9 2 2铣刀铣刀是一种多刃回转刀具 铣削时同时参加切削的切削刃较长 且无空行程 Vc也较高 所以生产率较高 铣刀的种类多 结构不一 应用范围很广 铣床与铣刀 图9 14铣刀的类型 9 2 3刨床和刨刀1 刨床用于刨削各种平面和沟槽 主要类型有牛头刨床和龙门刨床 刨削特点 机床刀具简单 通用性好 生产率较低 加工精度较低 刨床与刨刀 图9 15刨削的主要应用 9 2 3刨床和刨刀1 牛头刨床 主运动 由滑枕沿床身导轨在水平方向作往复直线运动来实现 特点 主运动速度不能太高 因为滑枕换

9、向时有大的惯性力 加之只能单刀加工 且在反向运动时不加工 所以牛头刨床效率和生产效率低 应用 主要适用于单件 小批量生产或机修车间 在大批量生产中被铣床代替 主参数 最大刨削长度 刨床与刨刀 2 龙门刨床 应用主要用于加工大型或重型零件上的各种平面 沟槽和各种导轨面 运动分析主运动为工作台的往复直线运动 主参数最大刨削宽度 图9 16龙门刨床 刨床与刨刀 24 9 2 3刨床和刨刀2 刨刀刨刀的好坏直接影响工件的精度 表面粗糙度及生产效率 常用刨刀 如图9 16所示 图9 17常用刨刀 9 3钻削和镗削加工 9 3 1钻床及钻头1 钻床 1 应用钻床是用钻头在工件上加工孔的机床 通常用于加工尺

10、寸较小 精度要求不太高的孔 可完成钻孔 扩孔 铰孔及攻螺纹等工作 图9 18钻床加工方法 钻床 2 运动分析 工件固定 刀具作旋转主运动 同时沿轴向作进给运动 3 钻床的主参数 最大钻孔直径 4 分类立式钻床 适用于中小工件的单件 小批量生产 摇臂钻床 适用于加工一些大而重的工件上的孔 工件不动 移动主轴 台式钻床 小型钻床 常安装在台桌上 用来加工直径小于12mm的孔 深孔钻床及其他钻床 5 钻削特点 刀具刚性差 排屑困难 切削热不易排出 钻床 图9 19立式钻床图9 20摇臂钻床1 工作台2 主轴3 进给箱1 底座2 内立柱3 外立柱4 摇臂4 变速箱5 立柱6 底座5 主轴箱6 主轴 2

11、 麻花钻按用途可分为两大类 一类是从实体材料中加工出孔的刀具 如 麻花钻 扁钻 中心钻和深孔钻等 另一类是对工件上已有孔进行再加工的刀具 常用的有扩孔钻 铰刀及镗刀 是常见的孔加工刀具 一般用于实体材料上的粗加工 钻孔的尺寸精度为IT11 IT12 Ra为50 12 5 m 加工孔径范围为0 1 80mm 以 30mm以下时最常用 标准麻花钻由柄部 颈部和工作部分组成 柄部用在与机床或夹具联接 起夹持定位作用 并传递扭矩和轴向力 颈部位于工作部分和柄部之间 磨削柄部时 是砂轮的退刀槽 钻头的标记也常注于此 工作部分由切削部分和导向部分组成 孔加工刀具 2 麻花钻标准麻花钻由柄部 颈部和工作部分

12、组成 柄部用在与机床或夹具联接 起夹持定位作用 并传递扭矩和轴向力 颈部位于工作部分和柄部之间 磨削柄部时 是砂轮的退刀槽 钻头的标记也常注于此 工作部分由切削部分和导向部分组成 孔加工刀具 图9 21麻花钻刀体结构 麻花钻的工作部分有两个对称的刃瓣 通过中间的钻芯连接在一起 两条对称的螺旋槽 用于容屑和排屑 导向部分磨有两条棱边 刃带 为了减少与加工孔壁的摩擦 棱边直径磨有 0 03 0 12 100的倒锥量 形成副偏角 r 麻花钻的两个刃瓣可以看作两把对称的车刀 孔加工刀具 其切削部分的构成为 前刀面 螺旋槽的螺旋面 主后刀面 与工件过渡表面 孔底 相对的端部两曲面 副后刀面 与工件的加工

13、表面 孔壁 相对的两条棱边 主切削刃 螺旋槽与主后刀面的两条交线 副切削刃 棱边与螺旋槽的两条交线 横刃 两后刀面在钻芯处的交线 麻花钻的主要几何参数有螺旋角 锋角2 前角 o 后角 和横刃斜角 等 孔加工刀具 图9 22麻花钻切削部分结构 标准麻花钻存在切削刃长 前角变化大 从外缘处的大约 30 逐渐减小到钻芯处的大约 30 螺旋槽排屑不畅 横刃部分切削条件很差 横刃前角约为 60 等结构问题 生产中 为了提高钻孔的精度和效率 常将标准麻花钻按特定方式刃磨成 群钻 其修磨特点为 将横刃磨窄 磨低 改善横刃处的切削条件 将靠近钻心附近的主刃修磨成一段顶角较大的内直刃及一段圆弧刃 以增大该段切削

14、刃的前角 同时 对称的圆弧刃在钻削过程中起到定心及分屑作用 在外直刃上磨出分屑槽 改善断屑 排屑情况 经过综合修磨而成的群钻 切削性能显著提高 钻削时轴向力下降35 50 扭矩降低10 30 刀具使用寿命提高3 5倍 生产率 加工精度都有显著提高 孔加工刀具 3 铰刀用于对孔进行半精加工和径加工 加工精度可达IT6 IT8 Ra可达1 6 0 4 m 图9 23铰刀的结构和几何参数 孔加工刀具 3 铰刀铰刀分为 机用铰刀 用于在机床上铰孔 常用高速钢制造 有锥柄和直柄两种型式 手用铰刀 常为整体式结构 直柄方头 结构简单 手工操作 使用方便 图9 24不同种类的铰刀 孔加工刀具 9 3 2镗床

15、及镗刀1 镗床 1 应用镗床是一种主要用镗刀在工件上加工孔的机床 通常用于加工尺寸较大 精度要求较高的孔 特别是分布在不同表面上 孔距和位置精度要求较高的孔 如箱体上的孔 还可以进行铣削 钻孔 扩孔 铰孔等工作 镗床 图9 25卧式镗床的主要加工方法 9 3 2镗床及镗刀 2 镗削特点刀具结构简单 通用性达 可粗加工也可半精加工和精加工 适用批量较小的加工 镗孔质量取决于机床精度 3 运动分析主运动为镗刀的旋转运动 进给运动为镗刀或工件的移动 4 分类 卧式镗床卧式镗床既要完成粗加工 如粗镗 粗铣 钻孔等 又要进行精加工 如精镗孔 因此对镗床的主轴部件的精度 刚度有较高的要求 卧式镗床的主参数

16、是镗轴直径 镗床 坐标镗床一种高精度的机床 其主要特点是具有坐标位置的精密测量装置 有良好的刚性和抗振性 它主要用来镗削精密孔 IT5级或更高 例如钻模 镗模上的精密孔 工艺范围 可以镗孔 钻孔 扩孔 铰孔以及精铣平面和沟槽 还可以进行精密刻线和划线以及进行孔距和直线尺寸的精密测量工作 图9 26卧式坐标镗床1 下滑座 2 上滑座 3 工作台 4 立柱 5 主轴箱 6 床身底座 坐标镗床的主要技术参数是工作台的宽度 镗床 金刚镗床一种高速精密镗床 主要特点是主运动vc很高 ap和f很小 加工精度可达IT5 IT6 Ra达0 63 0 08 m 金刚镗床的主轴短而粗 刚度较高 传动平稳 能加工出低表面粗糙度和高精度孔 图9 27单面卧式金刚镗床 镗床 2 镗刀多用于箱体孔的粗 精加工 一般可分为单刃镗刀和多刃镗刀两大类 单刃镗刀结构简单 制造方便 通用性好 图9 28单刃镗刀 2 镗刀 多刃镗刀两端都有切削刃 工作时可消除径向力对镗杆的影响 工件的孔径尺寸与精度由镗刀径向尺寸保证 多采用浮动连接结构 可减少镗刀块安装误差及镗杆径向跳动所引起的加工误差 孔的加工精度可达IT6 IT7 Ra