机械制造基础之切削加工

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1、1,第八讲,一、内容 1、切削加工概述 2、切削机床与切削运动 二、习题 1、名词解析：机械加工、切削运动、主运动、进给运动、切削速度、进给量、背吃刀量、粗加工、半精加工、精加工、精密加工、超精密加工。 2、切削加工主要具有哪些特点？ 3、机床由哪几个主要部分组成？ 4、齿轮传动的优点有哪些？ 5、机械传动的优缺点有哪些？ 6、液压传动的优缺点有哪些？ 7、对刀具材料的基本要求有哪些？,2,第六章切削加工第一节 切削加工概述 一、切削加工的分类、特点、应用及发展方向 1切削加工的分类 切削加工是利用切削刀具从工件毛坯上切除多余的材料，以获得具有一定形状、尺寸、精度和表面粗糙度的零件的加工方法。

2、 目前，机械零件除了少数是利用精密铸造、精密锻造、粉末冶金等无屑加工方法获得，大多数零件还是靠切削加工的方法来完成。因此，切削加工在机械制造中占有重要的地位。,3,切削加工可分为机械加工和钳工两部分。 （1）机械加工又称（机加工、冷加工），是通过人工操纵机床设备来实现的。 主要有车削、钻削、镗削、铣削、刨削、磨削及齿轮加工等。 所用的机床分别为车床、钻床、镗床、铣床、刨床、磨床及齿轮加工机床等。 （2）钳工是在平台上手持工具 来进行切削加工。 主要加工有画线、錾切、锯割、锉削、刮削、钻孔、扩孔、铰孔、攻螺纹、套丝、机械装配和设备修理等。 对于有些加工工艺过程，例如钻孔和绞孔，机械加工和钳工并没

3、有明显的界限，两者均可进行。 目前，随着加工技术的发展和自动化程度的提高，钳工中的某些工种已逐渐实现机械化和自动化，而且这种替代将会愈来愈多。但在机器装配和修理等工艺过程中，钳工比机械加工更为灵活、方便和经济，并容易保证产品的质量，所以钳工加工具有独特的价值，是切削加工中不可缺少的一部分。,4,2切削加工的特点和作用切削加工主要具有如下特点： (1)切削加工的精度和表面粗糙度的范围广泛，且可获得很高的加工尺寸精度和表面粗糙度精度精度。 目前，切削加工的尺寸公差等级为ITl2一IT3，甚至更高；表面粗糙度Ra值为0.008-25 m。 (2)切削加工零件的材料、形状、尺寸和重量的范围较大。 切削

4、加工多用于金属材料的加工，如各种碳钢、合金钢、铸铁、有色金属及其合金等，也可用于某些非金属材料的加工，如石材、木材、塑料和橡胶等。 对于零件的形状和尺寸一般不受限制，只要能在机床上实现装夹，大都可进行切削加工。 可加工常见的各种型面，如外圆、内圆、锥面、平面、螺纹，齿形及空间曲面等。 切削加工零件重量的范围很大，重的可达数百吨，如葛洲坝一号船闸的闸门，高30余米，重600 t；轻的只有几克，如微型仪表零件。,5,(3)切削加工的生产率较高。 在常规条件下，切削加工的生产率一般高于其他加工方法。只是在少数特殊场合，其生产率低于精密铸造、精密锻造和粉末冶金等方法。 (4)切削过程中存在切削力。 刀

5、具和工件均须具有一定的强度和刚度，且刀具材料的硬度必须大于工件材料的硬度。 在现代机械制造中，目前除少数采用精密铸造、精密锻造以及粉末冶金和工程塑料压制成形等方法直接获得零件外，绝大多数机械零件要靠切削加工成形。因此，切削加工在机械制造业中占有十分重要的地位，目前占机械制造总工作量的40一60左右。因为上述第四个特点，限制了切削加工在细微结构和高硬高强等特殊材料加工方面的应用，从而给特种加工留下了生存和发展的空间。,6,3切削加工的发展方向随着科学技术和现代工业日新月异的飞速发展，切削加工正朝着高精度、高效率、自动化、柔性化和智能化方向发展，主要体现在以下三方面： (1)加工设备朝着数控技术、

6、精密和超精密、高速和超高速方向发展。据预测到2l 世纪初，数控技术、精密和超精密加工技术将进一步普及和应用。普通加工、精密加工和超精密加工的精度可分别达到1 m ，001 m ，和0001 m(即1nm)，向原子级加工靠近。 (2)刀具材料朝着超硬刀具材料方向发展。目前我国常用刀具材料是高速钢和硬质合金，预计2l世纪是超硬刀具材料的应用时代，陶瓷、聚晶金刚石(PCD)和聚晶立方氮化硼(PCBN)等超硬材料将被普遍应用于切削刀具，使切削速度可高达每分钟数千米。 (3)生产规模由目前的小批量、单品种、大批量，向多品种、变批量的方向发展；生产方式由目前的手工操作、机械化、单机自动化、刚性流水线自动化

7、向柔性自动化和智能自动化方向发展。,7,2l世纪的切削加工技术必将面临未来自动化制造环境的一系列新的挑战，它必然要与计算机、自动化、系统论、控制论及人工智能、计算机辅助设汁与制造(CADCAM)、计算机集成制造系统(CIMS)等高新技术及理论相融合。向着精密化、柔性化、智能化方向发展，并由此推动其他各新兴学科在切削理论和技术中的应用。,8,二、零件的种类与组成 1零件的种类 机械加工的具体对象是组成机械产品的各种零件，机械零件随着其功能、结构、形状、尺寸和精度等具体因素的不同而千变万化；但是从结构上大体可以分成六大类。 每一类零件不仅结构类似 其加工方法也有很多共同之处，将零件分类有利于掌握和

8、简化其加工工艺。,9,（1）轴类,光軸,空心轴,半轴,)阶梯轴,花健轴,十字轴,偏心轴,曲轴,凸轮轴,轴类零件是机器的主要零件之一，其主要功能是支撑传动零件(齿轮、带轮、离合器等)和传递扭矩。,10,（2）套筒类,气缸套,滑动轴承,滑动轴承,钻模拟套,轴承衬套,液压缸,套筒类零件的应用也很广泛可以作为旋转轴径的支撑、运转零件的导向或者与其他零件组合成工作内腔。,11,组合机床主轴箱,车床进给箱,磨床尾座壳体,分离式减速箱,泵壳,曲轴箱,支架箱体类零件是各类零件的基础零件，它将机器结构中的有关零件连接成一个整体，井使之保持正确的位置，以完成规定的运动。,（3）支架箱体类,12,（4）六面体类,1

9、3,（5）床身机座类,（6）特殊类零件,14,切削加工的对象是各种各样的机械零件，而零件又是由一个个表面所组成，所以，具体切削的是形状、位置、尺寸和精度等多样化的表面。从形状上，组成零件常见的表面有平面、外圆面、内圆面、圆锥面、螺纹、齿形、成形面和各种沟槽等。 如图的零件就是由外圆面、内圆面、外圆锥面、内圆锥面、外螺纹、内螺纹、直角槽、回转槽、轴肩平面和端平面等所组成。 切削加工就是通过各种各样的加工工艺加工出这些表面，从而形成一定要求的零件。,15,第二节 切削机床与切削运动 一、机床的类型与基本构造 金属加工机床简称机床是将金属毛坯上的多余金属变成切屑，使毛坯变成所需机械零件的机器。 现代

10、制造业所加工的机械零件特别是精密机械零件的主要加工方法是切削加工，切削加工占机器总制造量的50左右，机床制造业的水平直接影响了机械制造业的产品质量和劳动效率等。 实际生产中需要加工的工件种类繁多，其形状、结构、尺寸、精度、表面质量和数量等各不相同。为了满足不同加工的需要，机床的品种和规格也应多种多样。各有特点，但它们在结构、运动及自动化等方面有许多类似之处，也有着共同的原理及规律。,16,1机床的类型机床主要根据加工性质和所用刀具进行分类。根据国家制定的机床型号编制方法。 （1）按机床的工作原理、结构性能和使用范围可划分为12大类。 每一大类又根据工艺特点、布局形式、结构性能等不同可分为若干分

11、类。 其中最基本的机床是车床、铣床、刨床、磨床、钻床五种，其他各种机床都是由这五种机床演变而来。 机床的各类代号用大写的汉沿拼音字母表示。必要时，每类可分为若干分类，分类代号用阿拉伯数字表示，作为型号的首位。例如磨床分为M，2M，3M三类。,17,（2）分类 按加工精度不同，同一种机床可分为：普通精度级、精密级和高精度级三种精度等级；。 按万能性程度分：通用机床、专门化机床和专用机床。 按自动化程度分： 手动、机动、半自动和自动机床。 按加工件的大小和机床质量，分为： 仪表机床，中型机床、大型机床(10一30 t)、重型机床(30100 T)、超重型机床(100T以上)。,18,（3）通用特性

12、 当某类机床除了普通型，还有某种通用特性时，可在机床类型代号之后加特性代号予以区别。通用特性代号排在类别代号之后，用汉语拼音字母表示，如表所示。 若有两个通用代号，则连加，例如MK表示数控磨床。MBG表示半自动高精度磨床，THK表示自动换刀数控镗床。,我国机床型号现行的编制方法，可参阅机械工业部部颁标准JB1838-85“金属切削机床型号编制方法”。,19,2、机床的基本构造 在各类机床中，车床、钻床、刨床、铣床和磨床是五种最基本的机床。,20,牛头刨床 龙门刨床 插床,21,22,镗 床,23,7,液压拉床,24,如图所示，尽管这些机床的外形、布局和构造各不相同，但归纳起来，它们都是由如下几

13、个主要部分组成的。 (1)主传动部件：实现机床的主运动；例如车床、钻床、铣床的主轴箱，刨床的变速箱和磨床的磨头等。 (2)进给传动部件 ：实现机床的进给运动；也用来实现机床的调整、退刀及快速运动等。例如车床的进给箱、溜板箱，钻床、铣床的进给箱，刨床的进给机构，磨床的液压传动装置等。 (3)工件安装装置 用来安装工件。 例如卧式车床的卡盘和尾架，钻床、刨床、铣床和平面磨床的工作台等。 (4)刀具安装装置 用来安装刀具。 例如车床、刨床的刀架，钻床、立式铣床的主轴，卧式铣床的刀轴，磨床磨头的砂轮轴等。 (5)支承件 用来支承和连接机床的各零部件，是机床的基础构件，例如各类机床的床身、立柱、底座、横

14、梁等。 (6)动力源 为机床运动提供动力，即电动机。 其他类型机床的基本构造与上述机床类似，可以看成是它们的演变和发展。,25,3、机床的机械传动 （1）传动形式,（7）机床的传动 机床的传动 有机械、液压、气动、电气等多种传动形式，其中最常见的是机械传动和液压传动。 机床上的回转运动多为机械传动。 而直线运动则是机械传动和液压传动都有应用。,1）带传动 ： 带传动是利用传动带与带轮之间的摩擦作用，将主动带轮的转动传到从动带轮。带传动有平带传动和V型带传动，在机床的传动中，一般常用V型（三角型）带传动。如果不考虑传动带与带轮之间的相对滑动，带轮的圆周速度V1、V2和传动带速度V带的大小是相同的

15、。,26,式中：d1、 d2分别为主动、从动带轮的直径n1、 n2分别为主动、从动带轮的转速 从上式可知，带传动的传动比等于主动带轮直径与从动带轮直径之比。或在带传动中，带轮转速与其直径成反比。 传动比：如果考虑传动带与带轮之间的滑动，则其传动比为i=n2/n1=d1/d2 （为滑动系数，约为0.98) 带传动的优点：是传动平稳；轴间距离较大；结构简单，制造和维护方便；过载时打滑，不致引起机器损坏。但带传动不能保证准确的传动比，并且摩擦损失大，传动效率较低。,V1=V2=V带 V1=d1n1 V2= d2n2 i=n2/n1=d1/d2,27,n1.z1=n2.Z2 传动比i=n2/n1=z1

16、/z2 既传动比等于主动齿轮与从动齿轮齿数之比。 齿轮传动的优点是结构紧凑，传动比准确，可传递较大的圆周力，传动效率高。缺点是制造比较复杂，当精度不高时传动不平稳，有噪声。,2）齿轮传动： 齿轮传动是目前机床中应用最多的一种传动方式。这种传动种类很多，如直齿、斜齿、人字齿、圆弧齿等，其中最常用的是直齿圆柱齿轮传动，如图 设z1、z2和n1、n2分别为主动轮、从动轮的齿数和转速，则：,11,28,传动比设蜗杆的头数为k，转速为n1； 蜗轮的齿数为Z，转速为n2，则传动比为 i=n2/n1=k/z 蜗杆传动的优点是可以获得较大的降速比，而且传动平稳，无噪声，结构紧凑。但传动效率低，需要有良好的润滑条件。,3）蜗杆传动 蜗杆为主动件，将其转动传给蜗轮。这种传动方式只能是蜗杆带动蜗轮转，反之则不可能。,29,4）齿轮齿条传动 ：若齿轮按箭头所指方向旋转，则齿条向左作直线移动，其移动速度为： V=p z n / 60=mzn/60（mm/s） 式中z齿轮齿数；n齿轮转数r/min； p齿条齿距，P= m，（mm）；m齿轮、齿条模数，（mm）。 特点 齿轮齿条传动可以将旋转运动变成直线运动（齿轮为主动轮）；也可以将直线运动变为旋转运动， （齿条为主动）。 齿轮齿条传动的效率较高，但制造精度不高时传动的平稳性和准确性较差。,