产品造型设计材料与工艺 教学课件 ppt 作者 赵占西 08切削加工与特种加工

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1、机械工业出版社,产品造型材料与工艺,2,8.1 产品设计与制造过程概述 8.1.1 产品设计与机械制造 现代工业产品设计是依据市场需求，运用工程技术方法，在社会、经济和时间等因素的约束范围内所进行的设计工作。 产品的技术水平、质量水平、生产率水平以及生产成本等，主要取决于产品设计阶段。 任何产品或者设备都是经由产品设计、零件制造及相应的零件装配而获得的。只有制造出合乎要求的零件，才能装配出合格的产品和设备。 机械加工在现代生产中已占有非常重要的地位，一般有切削加工和特种加工，以及为适应现代复杂加工要求结合计算机数字控制技术的数控加工。,第八章 切削加工与特种加工,3,第八章 切削加工与特种加工

2、,8.1.2 生产过程与生产纲领 一般机械产品的生产过程如图8-4所示，包括原材料的运输和保存、生产准备、毛坯制造、零件的加工和热处理、质量检验、产品装配与调试以及油漆和包装等。 生产过程中，直接改变原材料(或毛坯)形状、尺寸和性能，使之变为成品的过程，被称为工艺过程，它是生产过程中的主要环节。工艺过程又包括若干道工序。工序是一个或一组工人，在一个工作地点对同一个或同时对几个工件所连续完成的那一部分工艺过程。,第八章 切削加工与特种加工,8.1.2 生产过程与生产纲领 企业根据产品生产量在计划期内生产的零件数量称为零件生产纲领。 生产类型是企业（或车间）生产专业化程度的分类。企业在制定工艺规程

3、时，一般按产品（零部件）的生产纲领来确定生产类型。根据生产特点，企业的生产可分为三种基本类型：单件生产、成批生产和大量生产。,第八章 切削加工与特种加工,8. 2 表面切削加工 8.2.1 切削加工概述 零件形状多数都由外圆面、内圆面（孔）、平面和曲面等组成。可以把形成这些表面的母线及其运动，转化为加工对象和加工工具的相对运动来看待。 加工时使切削工具和工件间有一定的相对运动，切除多余材料，使加工对象成为具有一定形状、尺寸精度和表面质量要求合格零件的机械加工方法就称为切削加工。切削加工有较高的生产效率，并能获得较高的精度和表面质量，是目前应用最广的加工方法， 如图8-5所示。,第八章 切削加工

4、与特种加工,8.2.1 切削加工概述 图8-5 切削运动简图,第八章 切削加工与特种加工,8.2.2 切削加工质量要求 零件的加工质量指标包括加工精度和表面质量两方面。 一、加工精度 加工精度是指零件在加工后尺寸、形状和相互位置等参数的实际数值与设计时确定的数值相符合的程度。加工精度包括尺寸精度、形状精度和位置精度。 尺寸精度是指零件实际加工的尺寸与设计给定的尺寸相符合的程度，它是由尺寸公差控制的。公差是尺寸允许的变动量，公差越小，精度越高。 形状精度与位置精度是指零件表面实际形状和位置与理想形状和位置相符合的程度。,第八章 切削加工与特种加工,8.2.2 切削加工质量要求 二、表面粗糙度 表

5、面粗糙度指零件加工表面存在的由较小间距的峰谷组成的微量高低不平度。它与零件的耐磨性、配合性质、抗腐蚀性有密切关系，会影响到机器的使用性能、寿命和制造成本，是切削加工的重要质量要求之一。 表面粗糙度的评定参数主要有以下两种： 轮廓算术平均偏差 在取样长度L内，取轮廓偏距y的绝对值的算术平均值，用Ra表示。 微观不平度十点高度 在取样长度L内，取五个最大轮廓峰高的平均值与五个最大轮廓谷深的平均值之和，用Rz表示。,第八章 切削加工与特种加工,8.2.2 切削加工质量要求 表面粗糙度的基本符号如下： 用于标注用去除材料的方法获得的表面，如车、铣、刨、磨等； 用于标注用不去除材料的方法获得的表面，如铸

6、件、锻件、型材等毛坯的表面。 零件图上表面粗糙度的标注如图8-6所示。,第八章 切削加工与特种加工,8.2.3 表面切削加工方法 一、外圆表面加工 （一）外圆表面加工方案,第八章 切削加工与特种加工,8.2.3 表面切削加工方法 （二）外圆面加工方法及其特点 1.车削外圆 车削加工是在车床上利用工件的旋转运动和刀具的移动来加工工件的，工件旋转为主运动，而刀具作直线的进给运动,一般可分为粗车、半精车和精车。 粗车外圆适用于毛坯件的加工，工件表面精度可达ITl3IT11，表面粗糙度Ra值为50m12.5m。 半精车外圆在粗车的基础上进行，以提高工件的精度，降低表面粗糙度。通常作为只有中等精度要求的

7、零件表面的终加工，也可作为精车或精磨工件之前的预加工。半精车工件表面精度为ITl0IT9，表面粗糙度Ra值为6.3m3.2m。 精车外圆在半精车的基础上进行，目的在于使工件获得较高的精度和较低的表面粗糙度。精车后工件表面精度可达IT8IT7，表面粗糙度Ra值为1.6m0.8m。,第八章 切削加工与特种加工,8.2.3 表面切削加工方法 （二）外圆面加工方法及其特点 车削的工艺特点有： 易于保证轴、套、盘等零件各表面之间的位置精度。 可用金刚石车刀或细颗粒结构的硬质合金刀具精细车非铁合金. 车削时切削过程一般是平稳,因此在生产中可以采用较大的切削用量。 车刀制造、刃磨和装夹均较方便，有利于提高加

8、工质量和生产效率。,第八章 切削加工与特种加工,8.2.3 表面切削加工方法 （二）外圆面加工方法及其特点 2.磨削外圆 外圆磨削是外圆精加工的主要方法之一，通常半精车后在外圆磨床、万能外圆磨床或无心磨床上进行，用砂轮作刀具以较高的线速度对工件表面进行加工。 磨削可以达到较高的精度和较小的表面粗糙度，一般可达IT7IT6，表面粗糙度Ra值为0.2m0.8m。 磨削的工艺特点有： 磨削过程中，会产生大量磨削热，易烧伤工件表面，使淬火钢表面退火，硬度降低。另外，工件材料在高温下变软极易堵塞砂轮。 磨削加工的工件材料范围很广，既可以加工铸铁、碳钢、合金钢等一般材料，也能加工高硬度的淬硬钢、硬质合金和

9、玻璃等难切削材料。但是，磨削不能加工塑性较大的非铁合金工件。,第八章 切削加工与特种加工,8.2.3 表面切削加工方法 二、内圆表面加工 内圆表面(孔)也是组成零件的基本表面之一。常见的有：紧固孔，如螺钉、螺栓孔等；回转体零件上的孔，如套筒、法兰盘及齿轮上的孔等；箱体零件上的孔，如床头箱体上主轴及传动轴的轴承孔等；深孔；圆锥孔，此类孔常用来保证零件间配合的准确性，如机床的锥孔等。 常见的孔加工方法有钻孔、扩孔、铰孔、镗孔、拉孔和磨孔等。所以在选择内圆面加工方案时，应考虑孔径大小、深度、精度、工件形状、尺寸、重量、材料、生产批量及设备等具体条件，对照实际要求经济地选择。内圆表面加工方案如图8-1

10、0所示。,第八章 切削加工与特种加工,8.2.3 表面切削加工方法 （一）内圆表面加工方案 图8-10 内圆表面加工方案图,第八章 切削加工与特种加工,8.2.3 表面切削加工方法 （二）内圆加工方法及其特点 1.钻削加工 钻削通常是在实体材料上加工孔的方法，主要在钻床上进行。常用的钻床有台式钻床、立式钻床和摇臂钻床，钻床还可用于扩孔、铰孔等。主要钻削形式如图8-11所示。 图8-11 钻削形式 a）钻孔 b）扩孔 c）铰孔,第八章 切削加工与特种加工,8.2.3 表面切削加工方法 （二）内圆加工方法及其特点 2.镗削加工 镗孔是镗刀在已加工孔的工件上使孔径扩大并达到精度、表面粗糙度要求的加工

11、方法。镗床镗孔的方式如图8-12所示。 图8-12 镗削加工 a）镗孔 b）镗大孔 c）镗组合孔,第八章 切削加工与特种加工,8.2.3 表面切削加工方法 （二）内圆加工方法及其特点 3.拉削加工 拉削不但可以加工各种截面形状的型孔，还可以拉削平面、半圆弧面和其他组合表面，如图8-13所示。图8-14为一种拉刀的简图。 图8-13 适于拉削的各种型孔 图8-14 拉刀,第八章 切削加工与特种加工,8.2.3 表面切削加工方法 三、平面加工 平面是盘、板和箱体类零件的主要表面。大致可分为以下几种： 非结合面 属低精度表面，只是在外观或防腐蚀需要时才进行加工。 结合面和重要结合面 属中等精度平面，

12、如零部件的固定连接面等。 导向平面 属精度平面，如机床的导轨面等。 精密测量工具的工作面等 属精密平面。 平面的作用不同，其技术要求也不同，所以采用的加工方案也不一样，具体方案见表8-5。,第八章 切削加工与特种加工,8.2.3 表面切削加工方法 （一）平面加工方案分析 表8-5 平面加工方案,第八章 切削加工与特种加工,8.2.3 表面切削加工方法 （二）平面加工方法及其特点 1.铣削加工 图8-15 铣削应用 a)圆柱铣刀铣平面 b)面铣刀铣平面 c)角度铣刀铣角度槽 d) e)立铣刀加工沟槽或平面,第八章 切削加工与特种加工,8.2.3 表面切削加工方法 （二）平面加工方法及其特点 2.

13、刨削平面 刨削可以在牛头刨床或龙门刨床上进行。中小零件加工，一般多在牛头刨床上进行。龙门刨床主要用于大型零件(如机床床身和箱体零件)的平面加工。 刨削加工精度较低，精度一般为IT9IT8，表面粗糙度Ra值为6.3m1.6m。由于刨刀结构简单便于刃磨，刨床的调整也比较方便，因此刨削加工在单件小批生产及修配工作中应用较广。 3.磨削平面 高精度平面及淬火零件的平面加工，大多数采用平面磨削方法，主要在平面磨床上进行。,第八章 切削加工与特种加工,8.2.3 表面切削加工方法 四、成形面加工 产品中有些零件的表面不是简单的平面、圆柱面、圆锥面或它们的组合，而是复杂型面。成形面的加工方法较多，一般也有车

14、削、铣削、刨削或磨削等，可归纳为以下两种基本方式。 1.用成形刀具加工 用切削刃形状与零件表面轮廓形相符合的刀具，直接加工出成形面，如图8-17所示。 图8-17 成形车刀加工,第八章 切削加工与特种加工,8.2.3 表面切削加工方法 四、成形面加工 2.利用刀具和工件作特定的相对运动加工 利用刀具和工件作特定的相对运动来加工成形面，刀具比较简单，并且加工成形面的尺寸范围较大。但是机床的运动和结构都较复杂，成本也高。用靠模装置车削成形面就是其中的一种，如图8-18所示。 图8-18 用靠模车成形面 1车刀 2工件 3联接板 4靠模 5滑块,第八章 切削加工与特种加工,8.2.4 产品结构工艺性

15、 结构工艺性是指产品零部件在保证产品使用性能的前提下，在结构设计方面应符合加工方便、生产率高、劳动量少、材料消耗少、生产成本低的原则。结构工艺性包括切削加工、装配结构工艺性等。 零件结构设计的一般原则有： （1）合理确定零件的技术要求：不需要加工的表面，不要设计成加工面；要求不高的表面不要设计成高精度和较小表面粗糙度的表面，以免增加材料消耗和制造费用。 （2）遵循结构设计的标准化：尽量采用标准化参数，标准化零件等；尽可能减少加工量和精加工面积；零件上作用相同的结构要素应尽量保持一致；零件上孔的轴线应与钻出表面垂直，避免深孔加工；尽量避免内表面加工等。 设计零件还必须使其具备良好的装配工艺性，使

16、装配和维修更便利，保证产品的质量。,第八章 切削加工与特种加工,8.2.4 产品结构工艺性 表8-6 零件结构切削加工工艺性示例,第八章 切削加工与特种加工,8.2.4 产品结构工艺性 表8-7零件结构装配工艺性示例,第八章 切削加工与特种加工,8.3 数控加工技术 随着科学技术的飞速发展，产品制造提出了高精度、高复杂性的要求。现代产品的更新换代不断加快，这对机床设备不仅提出了精度与效率的要求，同时也提出了通用性与灵活性的要求。尤其是在宇航、造船和军工生产等领域，需要加工的零件多具有精度高、形状复杂、批量小、经常变动等特点。如图8-19中的零件形状复杂，质量要求高。使用传统机床加工这些零件，不仅劳动强度大，效率低，而且难以保证加工精度，有些零件甚至无法加工。伴随计算机技术的发展，现代工业制造产生了数控加工技术。,第八章 切削加工与特种加工,8.3.1 数控加工原理与设备组成 1.数控加工原理 数字控制（Numerical Control）是目前高度发展和大量应用的一种自动控