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1、1,第一节 典型加工方法与常用刀具,一 车削与车刀,1.车削的基本特征与工艺特点 工件的回转运动为切削主运动，刀具的直线或曲线运动为进给运动，二者共同组成切削成形运动。 车削加工的工艺特点：,适用范围广泛。易于保证被加工零件各表面的位置精度。可用于非铁金属零件的精加工。切削过程比较平稳。生产成本较低。加工的万能性好。,2,2.车刀的加工范围与结构形式,应用最广的一种刀具。它可以在车床上加工外圆、端平面、螺纹、内孔，也可用于切槽和切断等。,4,结构特点：结构简单刚性好适应性强可根据具体的加工条件和要求刃磨出合理的几何角度型号：已标准化,3.硬质合金焊接式车刀,图2-2焊接式车刀,5,用机械的方法
2、将硬质合金刀片夹固在刀杆上的车刀。刀片磨损后，可卸下重磨，然后再安装使用。,图2-3机夹重磨式车刀,4.硬质合金机夹重磨式车刀,6,定义：将预先加工好的有一定几何角度的多角硬质合金刀片，用机械的方法装夹在特制的刀杆上的车刀。特点：刀具的几何角度是由刀片形状及其在刀杆槽中的安装位置来确定的，不需要刃磨。 基本结构如图。夹紧机构：应夹紧可靠、装卸方便、定位准确、结构简单。,图2-4可转位式车刀的结构,5.机夹可转位式车刀,7,机夹可转位式车刀常用夹紧机构,8,二 钻削、扩削、铰削与孔加工刀具,1.钻、扩、铰的特点 1）标准麻花钻钻削的特点,切削刃上各点的切屑流出方向不同。切削刃上各点前角不同。横刃
3、切削条件极差。切削刃上各点切屑变形不同。为半封闭切削。为多刃切削。,9,2）深孔钻削的特点,孔的精度及表面粗糙度较难保障。切屑多而排屑通道长，易引起切屑堵塞而导致钻头损坏。钻头在近似封闭的状态下工作，热量不易散出，钻头磨损严重。,3）扩孔钻加工的特点,由于没有横刃，刀体强度及刚度较好，齿数多，切削平稳。加工精度及加工效率均较高。,10,4）铰削的特点,铰削的精度高，铰孔精度可达到IT6IT11，表面粗糙度Ra可达1.60.2m。浮动铰孔时，不能提高孔的位置精度。由于铰孔的生产率较高，费用较低，即可铰削圆柱孔，因此在孔的精加工中应用广泛。,11,2. 孔加工刀具,图2-10麻花钻的组成和切削部分
4、,1） 麻花钻分类：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；对工件上已有孔进行再加工的刀具，常用的有扩孔钻、铰刀及镗刀等。,12,主要几何参数,麻花钻形状较复杂的双刃钻孔或扩孔的标准刀具。,用于：孔的粗加工（IT11以下精度及Ra256.3um），加工攻丝、铰孔、拉孔、镗孔、磨孔的预制孔。,13,偏心扩孔钻头,三刃扩孔钻,2） 扩孔钻 主要用于对已钻孔做进一步加工，以提高孔的加工质量的刀具。,图2-14 扩孔钻(a)整体式；(b)套式,14,3）铰刀,15,用途：中、小尺寸孔的半精/精加工，磨/研孔前的预加工。特点：齿数多（612个），导向性好，芯部直径大，刚性好。铰削余
5、量小，切削速度低，加上切削过程中的挤压作用，所以能获得较高的加工精度（IT6IT8）和较好的表面质量（Ra1.6Ra0.4um）。类型：手用铰刀和机用铰刀。手用铰刀又分为整体式和可调式机用铰刀分带柄的和套式,16,铰刀的基本结构,图2-16 铰刀的结构,17,三 铣削与铣刀,1.铣削特点,为断续切削，易产生冲击和振动，从而降低了铣削加工的精度为多刃切削，切削效率高。可选用不同的切削方式。如合理选用顺铣和逆铣、对称铣和不对称铣等切削方式，提高刀具寿命和加工生产率,18,定义：刀齿分布在圆周表面或端面上的多刃回转刀具。用途：加工平面、台阶、沟槽和各种成形表面。,2.铣刀及其几何角度,20,主运动：
6、铣刀的旋转运动进给运动：一般是工件的直线或曲线运动。几何角度：1）圆柱铣刀的几何角度2）端铣刀的几何角度,21,端铣刀的几何角度,22,3.硬质合金端铣刀硬质合金机夹重磨式端铣刀硬质合金可转位端铣刀,焊接-夹固式端铣刀,可转位端铣刀,23,4.铣削方式及合理选用,影响：刀具的耐用度、工件的加工表面粗糙度、铣削过程的平稳性及切削加工的生产率圆周铣削法(周铣法) ：逆铣和顺铣,24,端面铣削法(端铣法),(a)对称铣；(b)不对称逆铣；(c)不对称顺铣,一、拉床(Broaching Machines)的功用和类型 拉床用拉刀进行加工的机床。 拉床用途：用于加工通孔、平面及成形表面(适于拉削的一些典
7、型表面形状)。 拉削运动：拉刀使被加工表面在一次走刀中成形，所以拉床只有主运动（拉刀应平稳的低速直线运动），没有进给运动 拉刀承受的切削力很大，拉床的主运动通常是由液压驱动（拉刀或固定拉刀的滑座通常由液压缸的活塞杆带动）。,四.拉削和拉刀,拉削加工典型表面的形状,27,拉削的特点：,生产率高加工精度高拉床结构简单拉刀寿命长应用范围广刀具复杂,拉 床,拉 刀(Broaches),（一）拉刀的类型及其应用 按受力拉刀、推刀；按加工工件表面的不同内拉刀、外拉刀。内拉刀用于加工工件内表面，如圆孔拉刀、键槽拉刀及花键拉刀等。外拉刀加工外表面的拉刀，如平面拉刀、成形表面拉刀及齿轮拉刀等。按拉刀构造不同整体
8、式、组合式。整体式主要用于中、小型尺寸的高速钢拉刀；组合式主要用于大尺寸和硬质合金拉刀，这样不仅可以节省贵重的刀具材料，而且当拉刀刀齿磨损或破损后，能够更换，延长拉刀的使用寿命。,内拉刀a) 键槽拉刀 b) 花键拉刀,（二） 拉刀的结构1. 拉刀的组成部分：（圆孔拉刀）由头部、颈部、过渡锥部、前导部、切削部、校准部、后导部及尾部组成。,拉刀的各部分功用如下： 头部拉刀的夹持部分，用于传递拉力；颈部头部与过渡锥部之间的连接部分，便于头部穿过拉床挡壁，也是打标记的地方；过渡锥部使拉刀前导部易于进人工件孔中，起对准中心的作用；前导部起引导作用，防止拉刀进人工件孔后发生歪斜，并可检查拉前孔径是否符合要
9、求；,切削部担负切削工作，切除工件上所有余量，由粗切齿、过渡齿与精切齿三部分组成校准部切削很少，只切去工件弹性恢复量，起提高工件加工精度和表面质量的作用，也作为精切齿的后备齿；后导部用于保证拉刀工作即将结束而离开工件时的正确位置，防止工件下垂而损坏已加工表面与刀齿；尾部只有当拉刀又长又重时才需要，用于支撑拉刀、防止拉刀下垂。,34,拉削方式：指 拉削过程中，加 工余量在各刀齿上的分配方式。影响：拉刀的结构形式，拉削力的大小，拉刀的耐用度，拉削表面质量及生产效率分层式拉削：精度高，刀具长分块式拉削：效率高、刀具短、精度低综合式拉削：优势互补,齿轮加工概述,齿轮应用广泛。常见的有圆柱齿轮、圆锥齿轮
10、及蜗杆蜗轮等。其中以渐开线圆柱齿轮应用最广。 圆柱齿轮中，齿向平行于轴线的称直齿轮；齿向呈螺旋线形状的称斜齿轮。其齿廓曲线通常采用渐开线。 为了保证齿轮的传动质量，对齿轮加工提出下列要求： (1)传动运动的准确性 为保证齿轮传动速比的准确性，应要求齿轮一转内转角误差不超过允许值。为此，在齿轮加工中，分齿应均匀。 (2)传动的平稳性 所谓传动平稳，是指振动和噪音小，冲击要小。因此，应限制局部齿形的制造误差，以限制瞬时速比的变动量。 (3) 载荷分布的均匀性 为避免造成齿面应力集中，局部磨损，影响使用寿命。,(4)齿侧间隙 指齿轮副在工作状态下，非工作齿面间应有一定的间隙，以补偿齿轮的加工和安装误
11、差，补偿热变形，保证齿轮能自由回转和贮存润滑油。齿侧间隙是由工作条件确定的。制造时，通过控制齿轮齿厚来获得。 为了适应机械产品不同的需要，我国将渐开线圆柱齿轮分为12个精度等级(GBl0095一88)，精度由高至低依次为112级。在一般机械中，以7、8级的齿轮应用最广。 齿轮加工分齿坯加工和齿面加工两个阶段，而齿面加工是整个齿轮加工的关键。下面着重介绍渐开线齿面的切削加工。 齿面加工按其加工原理分为成形法和展成法两类。若刀刃形状与被切齿轮齿槽的形状相符，齿面由成形刀具直接切出时，称成形法，例如铣齿等。若齿面是根据齿轮的啮合原理来形成的，称展成法，例如滚齿、插齿等。,37,五 齿轮刀具,1.齿轮
12、轮形的加工方法成形法，用于被切齿轮齿槽形状相符的成形刀具切出齿形展成法（包络法）：齿轮刀具与工件按齿轮副的啮合关系做展成运动，工件的齿形由刀具的切削刃包络而成。,38,2.齿轮刀具的类型用于切削齿轮齿形的刀具成形法齿轮刀具：盘形齿轮铣刀、指状齿轮铣刀展成法齿轮刀具：滚刀、插齿刀、剃齿刀,图2-29 成形齿轮铣刀,齿轮加工之 铣齿轮,铣齿通常是利用成型刀具（如齿轮铣刀）以及分度盘来进行加工。 通过铣削加工的齿轮通常精度不高，这是由于分度盘的精度不高导致的。铣齿适用于加工单件小批量低精度的齿轮。 通常铣齿成本较低，生产率较低。,图为在卧式万能铣床上铣直齿轮的示意图。齿坯安装在铣床的分度头上，铣刀旋
13、转作主运动，工作台带动齿坯作直线进给运动。每铣完一个齿槽后，工件退回，进行分度，再铣下一个齿槽。重复进行上述过程，直至铣出全部齿面为止。,40,3. 插齿刀加工同模数、同压力角的任意齿数的齿轮；既可以加工标准齿轮，也可以加工变位齿轮。,插齿刀(Gear Shaper Cutter),插齿加工是用插齿刀在插齿机上加工齿轮的，它是按一对圆柱齿轮的啮合原理进行的。如图：一个是工件，另一个是刀具（插齿刀采用高速钢制造），在刀具上磨出前角和后角度，工件和刀具之间按传动比做纯滚动旋转，插齿刀同时再做上下往复运动，可在工件上插出齿轮来。,插齿过程中：插齿刀与工件之间必须维持严格的啮合关系，这种运动称为分齿运
14、动,插齿运动的主运动是刀具的上下往复运动，进给运动包括分齿运动（展成运动）、径向进给运动，让刀运动。让刀运动的作用是：避免刀具在返回时，刀齿的后刀面与工件发生摩擦。,44,4.齿轮滚刀,加工直齿和螺旋齿圆柱齿轮时常用的一种刀具。加工范围很广：模数从0.140mm的齿轮。齿轮滚刀的工作原理齿轮滚刀的基本蜗杆齿轮滚刀的选用,齿轮滚刀,滚刀形状类似蜗杆，其加工过程与蜗杆蜗轮的啮合过程相似。为了形成切削刃和容屑槽，滚刀在垂直螺旋线方向等分地开出若干刀槽，并经过铲背、淬火和前、后刀面的刃磨，其刃形又近似于齿条齿形。滚齿时，每个齿形都是由滚刀在旋转中依次对齿坯切削的若干条切削刃包络而成的(图)。当滚刀与齿
15、坯进行强制啮合运动时，就在齿坯上切出了渐开线齿形。,主运动 即滚刀的旋转运动， 展成运动 即滚刀与齿坯之间的啮合运动，两者应准确地保持齿轮啮合传动比关系。设滚刃的头数为K(通常K=1)，被加工齿轮的齿数为Z，则滚刀每转一转，齿坯应沿啮合运动方向转K个齿，即转KZ转。 垂直进给运动 为了切出整个齿宽上的齿形，滚刀须沿齿坯轴线方向作连续进给运动。,48,齿轮滚刀的选用,49,华中科技大学机械科学与工程学院熊良山制作,50,齿轮滚刀的选用,选用齿轮滚刀时、应注意以下几点：齿轮滚刀的基本参数(如模数、压力角、齿顶高系数等)应按被切齿轮的相同参数选取。齿轮滚刀的参数标注在其端面上。齿轮滚刀的精度等级，应
16、按被切齿轮的精度要求或工艺文件的规定选取。齿轮换刀的旋向，应尽可能与被切齿轮的旋向相同，以减小滚刀的安装角度，避免产生切削振动，提高加工精度和表面质量。滚切直齿轮，一般用右旋滚刀；滚切左旋齿轮，最好选用左旋滚刀。,51,六 磨削与砂轮,1.磨削的特点,磨削加工精度高，表面粗糙度值小磨削的径向磨削力大，且作用在工艺系统刚度较差的方向上。磨削温度高。砂轮有自锐作用。磨削还能加工一般刀具难以切削的高硬度材料。磨削加工的工艺范围广。磨削在切削加工中的比重日益增大。,52,陶瓷结合剂立方氮化硼砂轮,金属结合剂金刚石、立方氮化硼砂轮,磨削、砂轮、半精和精加工用结合剂把磨粒粘结起来，经压坯、干燥、焙烧及车整
17、而成的多孔疏松物体砂轮的特性：磨料、粒度、硬度、结合剂、组织、形状、尺寸及代号,2.砂轮的特性与选用,53,1）磨料,制造砂轮的主要材料，直接担负切削工作。应具有高硬度，高耐热性和一定的韧性，在磨削过程中受力破坏后还要能形成锋利的几何形状。,54,高精度白刚玉微粉,高精度绿碳微粉,2）粒度: 指磨粒颗粒的大小，通常分为磨粒（颗粒尺寸40m)和微粉（颗粒尺寸=40m）两类。,55,3）硬度砂轮工作表面的磨粒在磨削力的作用下脱落的难易程度。反映磨粒与结合剂的粘固强度。磨粒不易脱落，称砂轮硬度高；反之，称砂轮硬度低。从低到高分为超软、软、中软、中、中硬、硬、超硬7个等级。,56,4）结合剂是将磨料粘
18、结在一起，使砂轮具有必要的形状和强度的材料。常用结合剂的种类有陶瓷、树脂、橡胶及金属等。5）组织是指砂轮中磨粒、结合剂和气孔三者间的体积比例关系。按磨粒在砂轮中所占体积的不同，砂轮的组织分为紧密、中等和疏松三大类。6） 形状和尺寸，并已标准化。7） 特性用代号标注在砂轮端面上，用以表示砂轮的磨料、粒度、硬度、结合剂、组织、形状、尺寸及最高工作线速度。,57,表2-4 常用砂轮形状、代号及其用途,58,砂轮的特性代号标注举例,59,砂轮选择,主要依据：被磨材料的性质、要求达到的工件表面粗糙度和金属磨除率。原则：磨削钢时，选刚玉类砂轮；磨削硬铸铁、硬质合金和非金属时，选炭化硅砂轮。磨削软材料时，选
19、硬砂轮；磨削硬材料时，选软砂轮。磨削软而韧的材料时，选粗磨粒；反之，选细磨粒。表面粗糙度值小时，选细磨粒；金属磨除率要求高时，选粗磨粒。要求加工表面质量好时，选树脂或橡胶结合剂的砂轮；要求最大金属磨除率时，选陶瓷结合剂砂轮。,60,七 自动化加工中的刀具,1.自动化加工对刀具的要求,刀具可靠性要高刀具切削性能要好刀具结构应能预调尺寸和便于刀具快速更换尽量减少刀具品种规格要求发展刀具管理系统要求配备刀具磨损和破损在线检测装置,61,2.自动化加工设备中刀具的管理,刀具组件的组成刀具管理的任务刀具管理的内容刀具的识别选刀方式,图2-33 刀具组件的组成,图2-34 条形码识别系统,顺序选择方式任意选择方式,
