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1、机 械 制 造 工 程 学,主讲教师 叶仲新 机械工程系 机械制造教研室,第1章 机械加工方法概述,1.1 零件加工表面的形成方法 1.2 机械加工方法,1.1 零件的成形方法,第1章 机械加工方法概述,零件表面是由若干个表面元素组成的。这些形状都要通过各种成形方法来完成。零件表面在由原材料或毛坯制造方法来实现的过程中，按照质量m减小或增大的变化状态，可将获得方式分为： m0， m0，m0 三种类型，不同类型将采用不同的工艺方法。,m0，毛坯制造方法。铸造、锻造及模具成形（注塑、冲压等）工艺中，在成形前后，材料主要是发生形状变化，而质量基本不变。 m0，切削加工方法。包括磨料磨削、特种加工等，
2、在制造过程中通过材料逐渐被切除而获得需要的几何形状。 m0，快速成型制造方法。在成形中通过材料累加获得所需形状，这种制造方法又称为材料累加法,第1章 机械加工方法概述,1. m = 0的制造过程,m = 0 的制造过程是指利用材料塑性变形的工艺来获得零件形状的方法，属无屑加工方法。包括铸造、锻造、冲压等毛坯制造方法。锻压设备包括锻造机、冲压机、挤压机和轧制机四大类。 模具是用来将材料填充在其型腔中，以获得所需形状和尺寸制件的工具。按填充方法和填充材料的不同，模具可分为：锻压具模、冲裁具模、拉伸具模、压铸模具、冷冲模具、注射模具、吹塑模具、粉末冶金模具等。,第1章 机械加工方法概述,2. m0的
3、制造过程,m0 制造过程是指从表面去除材料来获得零件形状的方法。包括切削加工和特种加工。 切削加工是指零件在切削机床上，通过机床的传动系统，使零件与刀具按一定规律作相对运动，从而获得所需要的表面几何形状的方法。包括车、铣、钻、镗、刨、拉、磨等加工方法。在切削过程中，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。,特种加工是指利用电或化学等方法以完成零件材料的去除，从而获得所需要的表面几何形状。这些方法主要适合于加工超硬度、易碎等常规加工方法难加工的场合。也称为高能束流加工，包括激光束、电子束、离子束、高压水射流等加工方法。特种加工机床近年来发展很快
4、，按其加工原理可分成：电加工、超声波加工、激光加工、电子束加工、离子束加工、水射流等加工机床。,第1章 机械加工方法概述,3. m 0的制造过程,m0 的制造过程是指通过材料逐渐堆积形成三维实体工艺方法。成形后与成形前相比m0，零件是逐渐生长出来的，称为快速成型制造（RPM）方法。 RPM方法是综合利用CAD技术、数控技术、材料科学、机械工程、电子技术及激光技术的技术集成，以实现从设计到三维实体造型的制造一体化系统技术。RPM方法是通过采用粘结、熔结、聚合作用或化学反应等手段，逐层可选择地固化树脂、切割薄片、烧结粉末、材料熔覆或材料喷洒等方式来实现的。,第1章 机械加工方法概述,1.2 机械加
5、工方法,采用机械加工方法获得零件的形状，是通过机床利用刀具将毛坯上多余的材料切除来获得的。根据机床运动的不同和刀具的不同，可分为不同的加工方法。 刀具切削加工的方式有：车削加工；铣削加工；钻削加工；镗削加工；刨削加工；拉削加工；齿轮加工；螺纹加工等。 磨料切削加工的方式有：磨削加工；珩磨加工；研磨加工；超精加工等。,第1章 机械加工方法概述,1.车削加工,车削方法的是工件旋转，形成主切削运动，车削时通过刀具相对工件实现不同的进给运动，可以获得不同的工件形状，加工后形成的工件表面主要是回转表面，还可以加工螺纹面、端平面及偏心轴等。车削加工精度一般为IT8IT7，表面粗糙度为Ra6.31.6m。精
6、车时，可达IT6IT5，表面粗糙度可达Ra0.40.1m。特点有：工艺范围广、加工精度范围大、生产率高、可实现超精密加工、生产成本较低。,第1章 机械加工方法概述,第1章 机械加工方法概述,2.铣削加工,铣削的主切削运动是刀具的旋转运动，工件本身不动，由机床的工作台完成进给运动。铣削刀具较复杂，一般为多刃刀具。铣削可加工平面、沟槽以及螺旋面、齿面、成形表面。在专用铣床上还可加工外圆。不同的铣削方法，铣刀完成切削的方式不同，卧铣时，平面的形成是由铣刀的外圆面上的切削刃形成的；立铣时，平面是由铣刀的端面刃形成的。铣削可获得较高的切削速度，因此生产率较高。,第1章 机械加工方法概述,2.铣削加工,第
7、1章 机械加工方法概述,由于铣刀刀齿的切入、切出，形成冲击，切削过程容易产生振动，因而限制了表面质量的提高。这种冲击，也加剧了刀具的磨损和破损，往往导致硬质合金刀片的碎裂。铣削时，铣刀在切离工件的一段时间内，可以得到一定冷却，因此散热条件较好。 由于铣削加工属多刃断续切削，冲击振动较大。多用于粗加工或半精加工。加工精度为IT10 IT7 ；表面粗糙度为Ra 6.3 1.6m 。,普通铣削一般能加工平面或槽面等，用成形铣刀也可以加工出特定的曲面，如铣削齿轮等。数控铣床可通过数控系统控制几个轴按一定关系联动，铣出复杂曲面来，这时刀具一般采用球头铣刀。数控铣床在加工模具的模芯和型腔，叶轮机械的叶片等
8、形状复杂的工件时，应用非常广泛的，因而得到了很快的发展。,2.铣削加工,第1章 机械加工方法概述,按照铣削时主运动速度方向与工件进给方向的相同或相反，又分为顺铣和逆铣。 顺铣时，铣削力的水平分力与工件的进给方向相同，而工作台进给丝杠与固定螺母之间一般又有间隙存在，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，容易引起打刀。逆铣则可以避免这一现象，因此，生产中多采用逆铣。,2.铣削加工,第1章 机械加工方法概述,第1章 机械加工方法概述,在铣削铸件或锻件等表面较硬的工件时，顺铣时铣刀齿首先接触工件的硬皮，加剧了铣刀的磨损；逆铣则无这一缺点。但逆铣时，切削厚度从零开始逐渐增大，因而
9、切削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，也会加速刀具的磨损。同时，逆铣时，铣削力具有将工件上抬的趋势，也易引起振动，这是逆铣的不利之处。,2.铣削加工,第1章 机械加工方法概述,端铣时的顺铣与逆铣 a)对称端铣 b）不对称逆铣 c）不对称顺铣,第1章 机械加工方法概述,3.刨、插、拉削加工,刨削时的主运动和进给运动均为直线运动。 刨床主要用于加工各种平面和沟槽。因此，刨削速度不可能太高，故生产率较低。刨削比铣削平稳，其加工精度一般可达IT8IT7，表面粗糙度为Ra6.31.6m。,1）刨削加工,第1章 机械加工方法概述,1）刨削加工,第1章 机械加工方法概述,刨床可分为牛头
10、刨床和龙门刨床。牛头刨床的主运动为滑枕带动刀具作直线往复运动，进给运动为工作台带动工件作间歇横向运动。一般只用于单件生产，加工中小型工件。 龙门刨床的主运动为工作台带动工件作纵向往复运动，进给运动为刀架在龙门架上作横向间歇运动。主要用来加工大型工件，加工精度和生产率都高于牛头刨床。,1）刨削加工,第1章 机械加工方法概述,1）刨削加工,第1章 机械加工方法概述,插削主要用于加工工件的内表面，如键槽、内孔等，相当于立式刨削。,2）插削加工,第1章 机械加工方法概述,拉削可使加工表面一次切削成形。机床运动简单，切削速度低，效率高，刀具成本高，适用于大批量生产。拉床可分为卧式和立式，内拉和外拉等。,
11、3）拉削加工,第1章 机械加工方法概述,3）拉削加工,第1章 机械加工方法概述,4.钻削与镗削加工,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。钻削的加工精度较低，一般只能达到IT10，表面粗糙度一般为Ra12.56.3m。在单件、小批生产中，中小型工件上较大的孔（D50mm）常用立式钻床加工；大中型工件上的孔，用摇臂钻床加工。精度高、表面质量要求高的小孔，在钻削后常常采用扩孔和铰孔来进行半精加工和精加工。,第1章 机械加工方法概述,1）钻削加工,第1章 机械加工方法概述,扩孔采用扩孔钻头，铰孔采用铰刀进行加工。铰削加工精度一般为IT9IT6，表面粗糙度为Ra
12、1.60.4m。扩孔、铰孔时，扩孔钻和铰刀均在原底孔的基础上进行加工，因此无法提高孔轴线的位置精度以及直线度。,镗孔可在镗床上或车床上进行。在镗床上镗孔时，镗刀与车刀基本相同，不同之处是镗刀随镗杆一起转动，形成主切削运动，而工件不动。镗孔加工精度一般为IT9IT7，表面粗糙度为Ra6.30.8m。 数控钻床、数控镗床主要是实现孔轴线的位置控制，因此只要控制刀具移到孔中心的坐标上即可即实现点位控制。,2）镗削加工,第1章 机械加工方法概述,2）镗削加工,第1章 机械加工方法概述,5.齿轮齿形（面）加工,齿轮齿形的加工，按其形成齿形的工作原理可分为成形法和展成法。 用成形法加工齿轮齿形时，刀刃的形
13、状应与被加工齿轮的齿槽的横截面形状相同。这类刀具有盘状和指状铣刀、刨刀、拉刀。 用展成法加工齿轮齿形时，要求刀具与工件之间模拟一对齿轮的啮合，用刀齿的运动轨迹包络出工件的齿形。这类刀具有滚刀、插齿刀、剃齿刀等。,第1章 机械加工方法概述,1）齿形（面）成形法加工,第1章 机械加工方法概述,1）齿形（面）展成法加工,第1章 机械加工方法概述,2）齿形（面）展成法加工,滚齿加工就是在滚齿机上用齿轮滚刀加工齿面。其过程相当于一对螺旋齿轮啮合的过程。,第1章 机械加工方法概述,2）齿形（面）展成法加工,第1章 机械加工方法概述,滚齿机,第1章 机械加工方法概述,滚齿刀,第1章 机械加工方法概述,插齿加
14、工就是在插齿机床用插齿刀加工齿面。加工原理为一对圆柱齿轮的啮合按展成法加工圆柱齿轮。,2）齿形（面）展成法加工,第1章 机械加工方法概述,2）齿形（面）展成法加工,第1章 机械加工方法概述,插齿刀,第1章 机械加工方法概述,6.复杂曲面加工,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。仿形铣必须有型体作为靠模，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，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。,第1章 机械加工方法概述,数控技术的出现为曲面加工提供了更有效的方法。在数控铣床或加工中心上加工时，
15、曲面是通过球头铣刀逐点按曲面坐标值加工而成。在编制数控程序时，要考虑刀具半径补偿，因为数控系统控制的是球头铣刀球心位置轨迹，而成形面是球头铣刀切削刃运动的包络面。,6.复杂曲面加工,第1章 机械加工方法概述,磨削加工是一种历史悠久的加工方法，又是一种具有发展前景的加工方法。这种加工方法既能作为精加工、超精加工，也能作为粗加工。既能加工普通材，也能加工超硬材料。磨削可分为外圆磨、内孔磨、平磨等。分别用于外圆柱面、圆锥面、平面、螺旋面、齿面等各种成形表面的加工。 磨削加工的主运动是砂轮的旋转运动。磨削加工所用的刀具以砂轮和砂带为主。与前述的刀具切削有着不同的加工机理。,7.磨削加工,第1章 机械加
16、工方法概述,7.磨削加工,第1章 机械加工方法概述,7.磨削加工,第1章 机械加工方法概述,7.磨削加工,第1章 机械加工方法概述,7.磨削加工,第1章 机械加工方法概述,7.磨削加工,第1章 机械加工方法概述,砂轮可看成是一把具有无数微小刀刃所构成的铣刀。其磨削过程实际上是磨粒对工件表面的切削、刻削和滑擦三种作用的综合效应。磨削中，磨粒本身也会由尖锐逐渐磨钝，使切削能力变差，切削力变大。当切削力超过粘结剂强度时，磨钝的磨粒会脱落，露出一层新的磨粒，这就是砂轮的“自锐性”。但切屑和碎磨粒仍会阻塞砂轮，因而，磨削一定时间后，需用金刚石车刀等对砂轮进行修整。,7.磨削加工,第1章 机械加工方法概述,7.磨削加工,第1章 机械加工方法概述,7.磨削加工,第1章 机械加工方法概述,7.磨削加工,第1章 机械加工方法概述,磨削时，由于切削刃很多，所以加工时平稳、精度高，表面粗糙度小。磨床是精加工机床，磨削精度可达IT6IT4，表面粗糙度可达Ra1.250.01m，甚至可达Ra0.10.008m。磨削的另一特点是可以对淬硬的工件进行加工，因此，磨削往往作为最终加工工序。但磨削时，产生热
