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1、 机械制造技术基础第3版 第一章机械加工方法 第一节零件的成形方法 第二节机械加工方法 第一节零件的成形方法 一 m 0的制造过程 m 0主要指切削加工 这是本书重点讲述的内容 切削加工是通过刀具和工件之间的相对运动及相互力的作用实现的 工件往往通过夹具安装在机床上 机床带动刀具或工件或两者同时进行运动 切削过程中 有力 热 变形 振动 磨损等现象发生 这些运动的综合决定了零件最终获得的几何形状及表面质量 如何正确选择机床 刀具 夹具 加工方法及切削用量是本课程的重要内容 m 0的工艺内容主要由材料成形课程研究 此处值得注意的是 统计数据表明 机电产品40 50 的零件是由模具成形的 因此模具
2、的作用是显而易见的 模具可分为注射模 压铸模 锻模 冲裁模 拉伸模 吹塑模等等 在我国模具是一个薄弱环节 模具制造精度一般要求较高 其生产往往是单件生产方式 模具的设计要用到CAD CAE等一系列技术 是一个技术密集型的产业 二 m 0的制造过程 在 m 0的制造过程中 通过材料逐渐累加成形 这一工艺方法的长处是可以成形任意复杂形状的零件 而无需刀 夹具等生产准备活动 这一工艺又称RP技术 RapidPrototyping 快速制造出来的原型可作为设计评估 投标或展示的样件 RP技术与快速精铸技术 QuickCasting 及快速模具制造技术 RapidTooling 等相结合 又可以为小批量
3、或大批量生产服务 因而RP技术已成为加速新产品开发及实现并行工程的有效技术 一些工业发达国家 如美 日等 已经全面应用这一技术来提高制造业的竞争能力 三 m 0的制造过程 第二节机械加工方法 一 车削 图1 1车床加工的典型工序 车削方法的特点是工件旋转 形成主切削运动 因此车削加工后形成的面主要是回转表面 也可加工工件的端面 铣削的主切削运动是刀具的旋转运动 工件本身不动 而是装夹在机床的工作台上完成进给运动 二 铣削 图1 2铣削加工 二 铣削 图1 3顺铣和逆铣 a 顺铣b 逆铣 a b 刨削时 刀具的往复直线运动为切削主运动 如图所示 因此 刨削速度不可能太高 故生产率较低 图1 4刨
4、削加工 三 刨削 在钻床上 用旋转的钻头钻削孔是孔加工最常用的方法 钻头的旋转运动为主切削运动 如图所示 图1 6镗床镗孔 四 钻削与镗削 图1 7车床镗孔 齿轮齿面的加工运动较复杂 根据形成齿面的方法不同 可分为两大类 成形法和展成法 又称范成法 成形法加工齿面所使用的机床一般为普通铣床 刀具为成形铣刀 需要两个简单成形运动 刀具的旋转运动B11 主切削运动 和直线移动A21 进给运动 图1 8滚切斜齿圆柱齿轮的传动原理 五 齿面加工 三维曲面的切削加工 主要采用仿形铣和数控铣的方法或特种加工方法 仿形铣必须有原型作为靠模 加工中球头仿形头始终以一定压力接触原型曲面 仿形头的运动变换为电感量
5、 信号经过放大控制铣床三个轴的运动 形成刀头沿曲面运动的轨迹 铣刀多采用与仿形头等半径的球头铣刀 六 复杂曲面加工 磨削以砂轮或其它磨具对工件进行加工 如图所示 其主运动是砂轮的旋转运动 图1 10磨削加工 a 磨外圆b 磨内孔c 磨平面 1 拨盘2 拨销3 尾架4 工件5 鸡心夹头6 头架 七 磨削 八 特种加工 1 电火花加工 请点击链接 2 电解加工3 激光加工4 超声波加工 1 电火花加工 电火花加工是利用工具电极和工件电极间瞬时火花放电所产生的高温 熔蚀工件材料来成形工件的 电火花加工在专用的电火花加工机床上进行 如图所示 图1 11电火花加工原理示意图 1 床身2 立柱3 工作台4
6、 工件电极5 工具电极6 进给机构 7 工作液8 脉冲电源9 工作液循环过滤系统 电解加工是利用金属在电解液中产生阳极溶解的电化学原理对工件进行成形加工的一种方法 图1 13电解加工原理示意图 1 直流电源2 工件3 工具电极4 电解液5 进给机构 2 电解加工 激光是一种能量密度高 方向性好 激光束的发散角极小 单色性好 波长和频率单一 相干性好的光 图1 14激光加工机示意图 1 激光器2 光阑3 反射镜4 聚焦镜 5 工件6 工作台7 电源 3 激光加工 超声波加工是利用超声频 16 25kHz 振动的工具端面冲击工作液中的悬浮磨粒 由磨粒对工件表面撞击抛磨来实现对工件加工的一种方法 其
7、加工原理如图所示 图1 15超声波加工原理示意图 1 超声波发生器2 3 冷却水4 换能器5 振幅扩大棒6 工具7 工件8 工作液 4 超声波加工 第二章金属切削原理与刀具 第一节刀具的结构 第二节刀具材料 第三节金属切削过程及其物理现象 第四节切削力与切削功率 第五节切削热与切削温度 第六节刀具磨损与刀具寿命 第七节切削用量的选择及工件材料加工性 第一节刀具的结构 一 切削运动与切削要素 二 刀具角度 三 刀具种类 1 切削运动 刀具与工件间的相对运动称为切削运动 即表面成形运动 切削运动可分解为主运动和进给运动 一 切削运动与切削要素 图2 1切削运动与切削表面 2 切削要素 1 切削用量
8、1 切削速度vc2 进给量f3 背吃刀量 切削深度 p 图2 1切削运动与切削表面 图2 2切削用量与切削层数 2 切削层几何参数切削宽度 w2 切削厚度 c3 切削面积Ac 2 切削要素 图2 3车刀的组成 二 刀具角度 1 刀具切削部分的组成 2 刀具角度的参考平面 图2 5确定车刀角度的参考平面 3 刀具的标注角度 1 前角 o 2 后角 o 3 主偏角 r 4 副偏角 r 5 刃倾角 s 图2 6车刀的主要角度 参考系与角度 4 刀具的工作角度 以切削过程中实际的切削平面 基面和正交平面为参考平面所确定的刀具角度称为刀具的工作角度 又称实际角度 1 刀具安装位置对工作角度的影响 图2
9、8车刀安装高度对工作角度的影响a 刀尖高于工件轴线b 刀尖低于工件轴线 图2 9车刀安装偏斜对工作角度的影响 为切削时刀杆纵向轴线的偏转角 4 刀具的工作角度 图2 10纵向进给运动对工作角度的影响 2 进给运动对工作角度的影响 图2 11横向进给运动对工作角度的影响 4 刀具的工作角度 视频 1 刀具分类 按加工方式和具体用途 可分为车刀 孔加工刀具 铣刀 拉刀 螺纹刀具 齿轮刀具 自动线及数控机床刀具和磨具等几大类型 按所用材料性质 可分为高速钢刀具 硬质合金刀具 陶瓷刀具 立方氮化硼 CBN 刀具和金刚石刀具等 按结构形式 可分为整体刀具 镶片刀具 机夹刀具和复合刀具等 按是否标准化 可
10、分为标准刀具和非标准刀具等 三 刀具种类 1 车刀 图2 12常用的几种车刀a 直头外圆车刀b 45 弯头外圆车刀c 90 弯头外圆车刀d 端面车刀e 内孔车刀f 切断刀g 宽刃光刀 2 常用刀具简介 孔加工刀具一般可分为两大类 一类是从实体材料上加工出孔的刀具 常用的有麻花钻 中心钻和深孔钻等 另一类是对工件上已有孔进行再加工用的刀具 常用的有扩孔钻 铰刀及镗刀等 2 孔加工刀具 2 常用刀具简介 图2 16中型标准群钻a 外形图b 投影图 图2 15麻花钻的结构 2 常用刀具简介 图2 19扩孔钻a 高速钢整体式b 镶齿套式c 镶硬质合金可转位式 2 常用刀具简介 图2 20不同种类的铰刀
11、 图2 21单刃镗刀 2 常用刀具简介 图2 22铣刀种类 3 铣刀 2 常用刀具简介 图2 24常用内拉刀a 圆孔拉刀b 花键拉刀 4 拉刀 图2 25外拉刀 2 常用刀具简介 螺纹可用切削法和滚压法进行加工 图2 26切削法工作的螺纹刀具a 平体螺纹梳刀b 棱体螺纹梳刀c 圆体螺纹梳刀d 板牙e 丝锥 5 螺纹刀具 2 常用刀具简介 齿轮刀具是用于加工齿轮齿形的刀具 图2 27盘形齿轮铣刀 6 齿轮刀具 图2 28插齿刀a 盘形直齿插齿刀b 碗形直齿插齿刀c 锥柄直齿插齿刀 2 常用刀具简介 图2 29滚刀 图2 30两种典型的剃齿刀 2 常用刀具简介 1 高的硬度2 高的耐磨性3 高的耐
12、热性4 足够的强度和韧性5 良好的工艺性6 良好的热物理性能和耐热冲击性能 第二节刀具材料 一 刀具材料应具备的性能 1 碳素工具钢与合金工具钢碳素工具钢是含碳量最高的优质钢 碳的质量分料为0 7 1 2 如T10A 二 常用的刀具材料 2 高速钢又称为锋钢或风钢 它是含有较多W Cr V合金元素的高合金工具钢 如W18Cr4V 3 硬质合金它是以高硬度 高熔点的金属碳化物 WC TiC 为基体 以金属Co Ni等为粘结剂 用粉末冶金方法制成的一种合金 三 新型刀具材料 陶瓷是以氧化铝 Al2O3 或氮化硅 Si3N4 等为主要成分 经压制成形后烧结而成的刀具材料 陶瓷的硬度高 化学性能高 耐
13、氧化 所以被广泛用于高速切削加工中 但由于其强度低 韧性差 长期以来主要用于精加工 陶瓷刀具与传统硬质合金刀具相比 具有以下优点 可加工硬度高达65HRC的高硬度难加工材料 可进行扒荒粗车及铣 刨等大冲击间断切削 耐用度可提高几倍至几十倍 切削效率提高3 10倍 可实现以车 铣代磨 1 切屑过程及切屑种类 第三节金属切削过程及其物理现象 一 切削过程及切屑种类 图2 31切屑的形成过程a 金属切削层变形图像b 切削过程晶粒变形情况c 切削过程3个变形区 图2 32切屑类型a 带状切屑b 挤裂切屑c 单元切屑d 崩碎切屑 2 切屑的类型及其控制 3 积屑瘤现象 在切削速度不高而又能形成连续切屑的
14、情况下 加工一般钢料或其它塑性材料时 常常在前刀面处粘着一块剖面有时呈三角状的硬块 它的硬度很高 通常是工件材料的2 3倍 在处于比较稳定的状态时 能够代替切削刃进行切削 这块冷焊在前刀面上的金属称为积屑瘤或刀瘤 图2 34积屑瘤现象 在金属切削时 刀具切入工件 使被加工材料发生变形并成为切屑所需的力 称为切削力 图2 35切削合力和分力 第四节切削力与切削功率 一 切削力的来源 切削合力及其分解 切削功率 1 测定机床功率 计算切削力用功率表测出机床电动机在切削过程中所消耗的功率PE后 计算出切削功率Pc 2 用测力仪测量切削力测力仪的测量原理是利用切削力作用在测力仪的弹性元件上所产生的变形
15、 或作用在压电晶体上产生的电荷经过转换处理后 读出Fc Ff和Fp的值 二 切削力的测量 1 计算切削力的指数公式 三 切削力的经验公式和切削力估算 2 按单位切削力计算切削力和切削功率 单位切削力kc是指单位切削面积上的切削力 切削塑性材料时 变形和摩擦都比较大 所以发热较多 切削速度提高时 因切屑的变形减小 所以塑性变形产生的热量百分比降低 而摩擦产生热量的百分比增高 切削脆性材料时 后刀面上摩擦产生的热量在切削热中所占的百分比增大 第五节切削力与切削功率 一 切削热的产生和传导 图2 37切削热的产生与传导 切削温度的测量方法很多 大致可分为热电偶法 辐射温度计法以及其它测量方法 目前应
16、用较广的是自然热电偶法和人工热电偶法 二 切削温度的测量 1 切削用量的影响2 工件材料的影响3 刀具角度的影响4 刀具磨损的影响5 切削液的影响 三 影响切削温度的主要因素 1 水溶液2 乳化液3 切削油 四 切削液 1 切削温度对工件材料强度和切削力的影响2 对刀具材料的影响3 对工件尺寸精度的影响4 利用切削温度自动控制切削速度或进给量5 利用切削温度与切削力控制刀具磨损 五 切削温度对工件 刀具和切削过程的影响 1 前刀面磨损 第六节刀具磨损与刀具寿命 一 刀具磨损的形态及其原因 图2 38刀具的磨损形态 图2 39前刀面的磨损痕迹随时间的变化 2 后刀面磨损 图2 40刀具磨损的测量位置 切削时 工件的新鲜加工表面与刀具后刀面接触 相互摩擦 引起后刀面磨损 3 边界磨损 切削钢料时 常在主切削刃靠近工件外表皮处以及副切削刃靠近刀尖处的后刀面上 磨出较深的沟纹 二 刀具磨损过程及磨钝标准 图2 41典型的磨损曲线 vTm C式中v 切削速度 m min T 刀具寿命 min m 指数 表示v T间影响的程度 C 系数 与刀具 工件材料和切削条件有关 三 刀具寿命的经验公式 1
