第一章機械加工方法

1、工業(yè)制造學院主講：喻洪平第一章 機械加工方法本章提要本章提要r 概述r 零件成形方法r 外圓表面加工r 孔加工r 平面加工r 成形表面加工r 數(shù)控加工r 特種加工1.1 概述概述1.1 概述概述機械制造的三種形式機械制造的三種形式r m0 材料累積制造過程1.2 零件的成形方法零件的成形方法1.2 零件的成形方法零件的成形方法零件的表面形狀零件的表面形狀內(nèi)內(nèi) 孔孔外外 圓圓平平 面面錐錐 面面漸開線表面漸開線表面螺紋表面螺紋表面1.2 零件的成形方法零件的成形方法表面成形原理表面成形原理 零件表面可看成母線沿著導線運動形成的軌跡。零件表面可看成母線沿著導線運動形成的軌跡。母線母線和和導線導線統(tǒng)

2、稱為形成表面的統(tǒng)稱為形成表面的發(fā)生線發(fā)生線。根據(jù)母線和。根據(jù)母線和導線的運動關(guān)系，常見零件表面可分成導線的運動關(guān)系，常見零件表面可分成3類類旋轉(zhuǎn)表面旋轉(zhuǎn)表面縱向表面縱向表面特形表面特形表面1.2 零件的成形方法零件的成形方法零件表面的形成方法零件表面的形成方法軌跡法軌跡法成形法成形法相切法相切法展成法展成法1.2 零件的成形方法零件的成形方法零件表面的成形運動零件表面的成形運動切削運動：切削運動：主運動主運動進給運動進給運動輔助運動輔助運動1.3 外圓表面加工外圓表面加工1.3 外圓表面加工外圓表面加工外圓表面的技術(shù)要求：外圓表面的技術(shù)要求：r 尺寸精度：直徑、長度r 形狀精度：圓度、圓柱度、

3、直線度r 位置精度：垂直度、徑向圓跳動r 其它要求：表面粗糙度、表面硬度等1.3 外圓表面加工外圓表面加工外圓表面加工車削加工磨削加工光整加工粗車半精車精車精細車中心磨削無心磨削縱磨橫磨復合磨高精度磨削超精加工研磨、珩磨拋光1.3 外圓表面加工外圓表面加工車車車削加工范圍車削加工范圍外圓柱面端面內(nèi)圓柱面螺旋面1.3 外圓表面加工外圓表面加工車車車削加工范圍車削加工范圍切斷切槽球面錐面橢圓柱面特殊型面1.3 外圓表面加工外圓表面加工車車車削的車削的 4 個階段個階段外圓車削外圓車削粗車粗車半精車半精車精細車精細車精車精車迅速切除多余金屬；切削速度低；進給量和背吃刀量大中等精度一般工件的最終工序；

4、光整加工的預加工車床要求高；刀具耐磨性好；磨削加工性不好工件的加工1.3 外圓表面加工外圓表面加工磨磨縱磨縱磨特點：特點：工件或砂輪需作軸向進給。工件或砂輪需作軸向進給。優(yōu)點：優(yōu)點：磨削深度小、磨削力時接觸面積小，散熱較好，磨削深度小、磨削力時接觸面積小，散熱較好，容易得到較高的精度和表面質(zhì)量，因而應用廣泛。容易得到較高的精度和表面質(zhì)量，因而應用廣泛。缺點：缺點：但由于走刀次數(shù)多，生產(chǎn)效率低，適用于單件小但由于走刀次數(shù)多，生產(chǎn)效率低，適用于單件小批生產(chǎn)中磨削較長的外圓表面。批生產(chǎn)中磨削較長的外圓表面。1.3 外圓表面加工外圓表面加工磨磨橫磨橫磨特點：特點：砂輪寬度大于磨削寬度。工件不需作軸向進

5、給，砂輪砂輪寬度大于磨削寬度。工件不需作軸向進給，砂輪相對工件連續(xù)或斷續(xù)地作徑向進給。相對工件連續(xù)或斷續(xù)地作徑向進給。優(yōu)點：優(yōu)點：橫磨法生產(chǎn)效率高，適用于大批大量生產(chǎn)中磨削剛性橫磨法生產(chǎn)效率高，適用于大批大量生產(chǎn)中磨削剛性較好的工件外圓。較好的工件外圓。 缺點：缺點：工件與砂輪的接觸面積大，磨削力大，發(fā)熱較多，容工件與砂輪的接觸面積大，磨削力大，發(fā)熱較多，容易產(chǎn)生磨削燒傷和變形，所以加工精度低，表面粗糙度大。易產(chǎn)生磨削燒傷和變形，所以加工精度低，表面粗糙度大。1.3 外圓表面加工外圓表面加工磨磨無心磨無心磨特點：特點：工件放在砂輪與導輪之間拖板上，無須中心孔定位。工件放在砂輪與導輪之間拖板上，

6、無須中心孔定位。優(yōu)點：優(yōu)點：生產(chǎn)效率高，易于自動化生產(chǎn)，適于大批量生產(chǎn)，同生產(chǎn)效率高，易于自動化生產(chǎn)，適于大批量生產(chǎn)，同時尺寸精度和形狀精度較高，表面質(zhì)量較好。時尺寸精度和形狀精度較高，表面質(zhì)量較好。 缺點：缺點：位置精度較低；調(diào)整比較費時。位置精度較低；調(diào)整比較費時。1.3 外圓表面加工外圓表面加工磨磨高精度磨削高精度磨削在普通磨削的基礎(chǔ)上，通過調(diào)整與磨削精度在普通磨削的基礎(chǔ)上，通過調(diào)整與磨削精度相關(guān)的因素實現(xiàn)提高磨削精度的目的。相關(guān)的因素實現(xiàn)提高磨削精度的目的。r 提高砂輪磨粒的等高性r 選擇合適的砂輪r 選擇合適的磨削用量r 性能良好的磨削液r 精度和剛度較好的磨床1.3 外圓表面加工外

7、圓表面加工超精加工超精加工特點：特點：用細粒度的油石進行微量磨削。用細粒度的油石進行微量磨削。優(yōu)點：優(yōu)點：生產(chǎn)效率高，尺寸精度高，表面質(zhì)量好。生產(chǎn)效率高，尺寸精度高，表面質(zhì)量好。 缺點：缺點：修整工件形狀和尺寸誤差的作用較差。修整工件形狀和尺寸誤差的作用較差。1.3 外圓表面加工外圓表面加工研磨研磨特點：特點：用游離的磨粒進行微量磨削。用游離的磨粒進行微量磨削。優(yōu)點：優(yōu)點：尺寸精度、形狀精度高，表面質(zhì)量好。能有效提高表尺寸精度、形狀精度高，表面質(zhì)量好。能有效提高表面耐磨性和疲勞強度。面耐磨性和疲勞強度。 缺點：缺點：生產(chǎn)效率低。生產(chǎn)效率低。1.4 孔加工孔加工1.4 孔加工孔加工孔加工特點：孔

8、加工特點：r 加工孔的刀具尺寸受被加工孔尺寸的限制，剛性差，容加工孔的刀具尺寸受被加工孔尺寸的限制，剛性差，容易產(chǎn)生彎曲變形和振動；易產(chǎn)生彎曲變形和振動； r 被加工孔的尺寸往往直接取決于刀具的尺寸，刀具的制被加工孔的尺寸往往直接取決于刀具的尺寸，刀具的制造誤差和磨損將直接影響孔的加工精度。造誤差和磨損將直接影響孔的加工精度。r 加工孔時，切削區(qū)在工件內(nèi)部，排屑及散熱條件差，加加工孔時，切削區(qū)在工件內(nèi)部，排屑及散熱條件差，加工精度和表面質(zhì)量都不易控制。工精度和表面質(zhì)量都不易控制。r 孔的技術(shù)要求與外圓的技術(shù)要求相似，只不過孔的加工孔的技術(shù)要求與外圓的技術(shù)要求相似，只不過孔的加工精度不易保證，加

9、工成本較高。精度不易保證，加工成本較高。1.4 孔加工孔加工孔加工鉆孔鉆孔擴孔擴孔鉸孔鉸孔鏜孔鏜孔拉孔拉孔磨孔磨孔研磨孔研磨孔珩磨孔珩磨孔鉆刀鏜刀拉刀砂輪磨粒油石1.4 孔加工孔加工鉆孔鉆孔r 孔的尺寸精度一般為IT13IT11，粗加工 r 適用于精度要求不高的孔1.4 孔加工孔加工擴孔擴孔r 孔的尺寸精度一般為IT10IT9：半精加工r 擴大孔徑，提高孔的加工質(zhì)量 1.4 孔加工孔加工鉸孔鉸孔r 孔的尺寸精度一般為IT8IT6：精加工r 適用于直徑較小孔的精加工 1.4 孔加工孔加工鏜孔鏜孔 鏜孔是用鏜刀對已鉆出孔或毛坯孔作進一步加工的方法鏜孔是用鏜刀對已鉆出孔或毛坯孔作進一步加工的方法 分

10、為分為粗鏜粗鏜、半精鏜半精鏜、精鏜精鏜和和精細鏜精細鏜（金剛鏜）（金剛鏜） 鏜孔有三種方式：鏜孔有三種方式： 工件回轉(zhuǎn)，刀具作進給運動工件回轉(zhuǎn)，刀具作進給運動 刀具回轉(zhuǎn)，工件作進給運動刀具回轉(zhuǎn)，工件作進給運動 工件不動，刀具旋轉(zhuǎn)并作進給運動工件不動，刀具旋轉(zhuǎn)并作進給運動1.4 孔加工孔加工鏜孔鏜孔工件回轉(zhuǎn)，刀具作進給運動工件回轉(zhuǎn)，刀具作進給運動1.4 孔加工孔加工鏜孔鏜孔刀具回轉(zhuǎn)，工件作進給運動刀具回轉(zhuǎn)，工件作進給運動1.4 孔加工孔加工鏜孔鏜孔工件不動，刀具旋轉(zhuǎn)并作進給運動工件不動，刀具旋轉(zhuǎn)并作進給運動1.4 孔加工孔加工鏜孔鏜孔鏜孔特點鏜孔特點r 鏜刀在半封閉狀態(tài)下工作鏜刀在半封閉狀態(tài)下工

11、作r 鏜刀剛性較差，容易振動鏜刀剛性較差，容易振動r 鏜孔工藝范圍廣，加工不同直徑的孔時，不鏜孔工藝范圍廣，加工不同直徑的孔時，不需更換刀具需更換刀具r 鏜孔是實現(xiàn)精密孔系加工的重要方法，是用鏜孔是實現(xiàn)精密孔系加工的重要方法，是用于單件小批的大型箱體類零件孔的主要加工方法于單件小批的大型箱體類零件孔的主要加工方法1.4 孔加工孔加工拉孔拉孔拉孔視頻拉孔視頻r 拉孔是在拉床上用拉刀對孔進行精加工的一種方法。r 拉刀是一種多齒刀具，沿著拉刀運動方向刀齒高度逐漸增加，從而一層層地從工件上切下余量，并獲得較高的尺寸精度和較好的表面質(zhì)量。 1.4 孔加工孔加工磨孔磨孔r 受工件內(nèi)孔尺寸的限制，砂輪直徑小

12、，轉(zhuǎn)速也不是很高，因此內(nèi)孔磨削的表面粗糙度較大。r 砂輪軸的直徑小，懸出長，剛性差，變形和振動大，不宜采用較大的磨削深度與進給量，故生產(chǎn)效率較低 。r 磨削接觸區(qū)面積較大，磨削熱大，工件易燒傷 r 冷卻條件差，排屑困難，砂輪易堵塞。所以，砂輪磨損較快，需要經(jīng)常修整和更換，增加了輔助時間 1.4 孔加工孔加工研磨孔研磨孔r 孔的一種光整加工方法。r 研磨孔與研磨外圓機理相同，研具結(jié)構(gòu)有所不同 1.4 孔加工孔加工珩磨孔珩磨孔1.5 外圓表面加工外圓表面加工1.5 平面加工平面加工平面加工特點：平面加工特點：r 平面是箱體、支架、盤類零件的主要表面之一平面是箱體、支架、盤類零件的主要表面之一 r

13、平面加工的主要技術(shù)要求是直線度、平面度、表面粗糙平面加工的主要技術(shù)要求是直線度、平面度、表面粗糙度、表面層物理力學性能、位置精度等。度、表面層物理力學性能、位置精度等。1.5 平面加工平面加工平面加工車平面車平面銑平面銑平面刨平面刨平面磨平面磨平面刮研平面刮研平面拋光平面拋光平面拉平面拉平面1.5 平面加工平面加工銑平面銑平面銑平面銑平面特點：特點：r 生產(chǎn)率較高，散熱條件較好生產(chǎn)率較高，散熱條件較好. r 不連續(xù)切削，易形成沖擊，切削過程容易產(chǎn)生振動，表不連續(xù)切削，易形成沖擊，切削過程容易產(chǎn)生振動，表面質(zhì)量較差，也加劇了刀具的磨損和破損。面質(zhì)量較差，也加劇了刀具的磨損和破損。1.5 平面加工

14、平面加工銑平面銑平面銑削方式：銑削方式：r 銑床主軸與工件表面位置關(guān)系不同：銑床主軸與工件表面位置關(guān)系不同：周銑周銑和和端銑端銑 r 主運動方向和主進給運動方向不同：主運動方向和主進給運動方向不同：順銑順銑和和逆銑逆銑1.5 平面加工平面加工銑平面銑平面順銑與逆銑對比：順銑與逆銑對比：r 切削力方向切削力方向r 刀齒切削工作方式刀齒切削工作方式1.5 平面加工平面加工銑平面銑平面端銑三種方式對比：端銑三種方式對比：r 對稱端銑：適用于淬硬鋼和機床導軌對稱端銑：適用于淬硬鋼和機床導軌r 不對稱順銑：適用于碳鋼和鑄鐵等不對稱順銑：適用于碳鋼和鑄鐵等r 不對稱逆銑：適用于冷硬性材料和不銹鋼、耐熱合金

15、等不對稱逆銑：適用于冷硬性材料和不銹鋼、耐熱合金等1.5 平面加工平面加工刨平面刨平面刨平面刨平面特點：特點：r 存在空行程和沖擊，生產(chǎn)率較低存在空行程和沖擊，生產(chǎn)率較低. r 具有較高的直線度，特別適合加工狹長的平面。具有較高的直線度，特別適合加工狹長的平面。如何提高效率？1.5 平面加工平面加工磨平面磨平面1.5 平面加工平面加工刮研平面刮研平面r 光整加工，一般精刨之后進行光整加工，一般精刨之后進行 r 高表面質(zhì)量和高的直線度高表面質(zhì)量和高的直線度r 生產(chǎn)效率低，勞動強度大生產(chǎn)效率低，勞動強度大r 加工淬火的要求高的連接面和導向面等加工淬火的要求高的連接面和導向面等1.6 成形表面加工成

16、形表面加工1.6 成形表面加工成形表面加工成形表面加工的三種類型成形表面加工的三種類型成形表面加工的兩種方法：成形表面加工的兩種方法：成形刀具法成形刀具法和和仿形加工法仿形加工法1.6 成形表面加工成形表面加工成形刀具法：成形刀具法：r 加工精度主要取決于刀具精度加工精度主要取決于刀具精度r 同批次產(chǎn)品一致性好同批次產(chǎn)品一致性好r 生產(chǎn)效率較高生產(chǎn)效率較高r 刀具成本較高刀具成本較高仿形加工法：仿形加工法：r 加工精度主要取決于樣板精度加工精度主要取決于樣板精度r 工件形狀越復雜、批量越大，效果越顯著工件形狀越復雜、批量越大，效果越顯著1.7 數(shù)控加工數(shù)控加工1.7 數(shù)控加工數(shù)控加工數(shù)控加工特

17、點數(shù)控加工特點r 能加工輪廓形狀復雜或可用數(shù)學模型描述的零件能加工輪廓形狀復雜或可用數(shù)學模型描述的零件r 能加工超精零件能加工超精零件r 一次裝夾可進行多道工序加工一次裝夾可進行多道工序加工r 可同時加工兩個或多個相同的零件，也可同時加可同時加工兩個或多個相同的零件，也可同時加工多工序的不同零件工多工序的不同零件r 自動化程度高，能極大地減輕操作者的勞動強度自動化程度高，能極大地減輕操作者的勞動強度和緊張程度和緊張程度r 能明顯縮短加工的準備時間，提高生產(chǎn)率能明顯縮短加工的準備時間，提高生產(chǎn)率1.7 數(shù)控加工數(shù)控加工數(shù)控加工發(fā)展趨勢數(shù)控加工發(fā)展趨勢r 高精度化高精度化r 高速度化高速度化r 高

18、柔性化高柔性化r 高自動化高自動化r 智能化智能化r 超復合化超復合化1.8 特種加工特種加工1.8 特種加工特種加工概念概念 利用電、熱、聲、光、電化學等能量切除材料的加利用電、熱、聲、光、電化學等能量切除材料的加工方法工方法應用范圍應用范圍 具有高硬度、高強度、高脆性或高熔點的各種難加具有高硬度、高強度、高脆性或高熔點的各種難加工材料零件的加工，具有較低剛度或復雜曲面形狀的工材料零件的加工，具有較低剛度或復雜曲面形狀的特殊零件的加工等特殊零件的加工等主要技術(shù)主要技術(shù) 電火花加工、電解加工、激光加工、超聲波加工電火花加工、電解加工、激光加工、超聲波加工1.8 特種加工特種加工特種加工特點特種

19、加工特點r 能量密度高，能加工常規(guī)切削方法難以加工的材料。能量密度高，能加工常規(guī)切削方法難以加工的材料。r 非機械接觸加工，加工時間短、工件受力受熱小、工非機械接觸加工，加工時間短、工件受力受熱小、工件不易變形。件不易變形。r 加工能量容易控制，可進行微細零件的精密加工。加工能量容易控制，可進行微細零件的精密加工。r 無切屑或僅有粉末狀切削，易于自動處理。無切屑或僅有粉末狀切削，易于自動處理。r 加工過程易于實現(xiàn)自動化。加工過程易于實現(xiàn)自動化。 1.8 特種加工特種加工電火花加工電火花加工原理原理： 電火花加工是利用工具電極和工件電極間瞬時電火花加工是利用工具電極和工件電極間瞬時火花放電所產(chǎn)生

20、的高溫，熔蝕工件材料來獲得火花放電所產(chǎn)生的高溫，熔蝕工件材料來獲得工件成形的工件成形的分類分類： 電火花成形加工機床電火花成形加工機床和和電火花線切割機床電火花線切割機床1.8 特種加工特種加工電火花加工電火花加工電火花加工視頻電火花加工視頻工件1與工具電極4分別連接脈沖電源2的兩輸出端。自動進給調(diào)節(jié)裝置3使工具和工件間經(jīng)常保持很小的放電間隙，當脈沖電壓加至兩極時會擊穿介質(zhì)，局部產(chǎn)生放電火花，瞬時高溫使工件熔蝕掉部分金屬 1.8 特種加工特種加工線切割加工線切割加工電火花線切割加工視頻電火花線切割加工視頻1.8 特種加工特種加工電火花加工電火花加工電火花加工特點電火花加工特點r 工具不與工具直

21、接接觸，沒有切削力作用，對機床加工具不與工具直接接觸，沒有切削力作用，對機床加工系統(tǒng)的剛度要求不高。工系統(tǒng)的剛度要求不高。r 可加工任何導電材料的工件。可加工任何導電材料的工件。r 有配好的電參數(shù)，如電壓、電流、頻率、脈寬等稱為有配好的電參數(shù)，如電壓、電流、頻率、脈寬等稱為電規(guī)準。電規(guī)準。1.8 特種加工特種加工電解加工電解加工原理原理： 電解加工是利用金屬在電解液中發(fā)生電解加工是利用金屬在電解液中發(fā)生“陽陽極溶解極溶解”來進行加工的，又稱為電化學加工來進行加工的，又稱為電化學加工 電解加工視頻電解加工視頻1.8 特種加工特種加工電解加工電解加工電解加工特點電解加工特點r 工作電壓低（工作電壓

22、低（6 624V24V），工作電流大（），工作電流大（50050020000A20000A）r 能以簡單的進給運動一次加工出形狀復雜的型面或型腔能以簡單的進給運動一次加工出形狀復雜的型面或型腔r 可加工難加工材料可加工難加工材料r 生產(chǎn)生產(chǎn)率較高，約為電火花加工的生產(chǎn)生產(chǎn)率較高，約為電火花加工的5 51010倍倍r 加工中無機械切削力或切削熱，適合于易變形或薄壁零加工中無機械切削力或切削熱，適合于易變形或薄壁零件的加工件的加工r 平均加工公差可達平均加工公差可達0.1mm0.1mm左右左右r 附屬設備多，占地面積大，造價高附屬設備多，占地面積大，造價高r 電解液既腐蝕機床，又污染環(huán)境電解液既腐

23、蝕機床，又污染環(huán)境1.8 特種加工特種加工激光加工激光加工原理原理： 利用激光的能量密度高、利用激光的能量密度高、方向性好、單色性好、相干方向性好、單色性好、相干性好的特點性好的特點, ,通過光學系統(tǒng)聚通過光學系統(tǒng)聚焦成一個極小的光斑焦成一個極小的光斑, ,從而獲從而獲得極高的能量密度和極高的得極高的能量密度和極高的溫度溫度, ,使堅硬的材料瞬時急劇使堅硬的材料瞬時急劇熔化和蒸發(fā)熔化和蒸發(fā), ,并產(chǎn)生強烈的沖并產(chǎn)生強烈的沖擊波擊波, ,使熔化的物質(zhì)爆炸式地使熔化的物質(zhì)爆炸式地噴射去除噴射去除激光加工視頻激光加工視頻1.8 特種加工特種加工激光加工激光加工激光加工特點激光加工特點r 激光功率高，

24、可以加工任何能熔化而不易產(chǎn)生化學分解激光功率高，可以加工任何能熔化而不易產(chǎn)生化學分解的難加工的金屬和非金屬固體材料的難加工的金屬和非金屬固體材料r 加工不需要刀具加工不需要刀具r 激光加工屬非接觸加工，加工變形小，無接觸變形。激光加工屬非接觸加工，加工變形小，無接觸變形。r 激光束能聚焦成激光束能聚焦成1 1 m m以下的光斑，加工孔徑和窄縫可以以下的光斑，加工孔徑和窄縫可以小至幾微米，適用于微細加工。激光切割的切縫窄，切割小至幾微米，適用于微細加工。激光切割的切縫窄，切割邊緣質(zhì)量好。邊緣質(zhì)量好。r 加工速度快，生產(chǎn)效率高，熱影響區(qū)小，熱變形小加工速度快，生產(chǎn)效率高，熱影響區(qū)小，熱變形小r 激

25、光束傳遞方便、易于控制，便于與機器人、自動檢測、激光束傳遞方便、易于控制，便于與機器人、自動檢測、計算機數(shù)字控制等先進技術(shù)相結(jié)合，實現(xiàn)自動化加工計算機數(shù)字控制等先進技術(shù)相結(jié)合，實現(xiàn)自動化加工r 采用多軸聯(lián)動可加工異形曲面、曲線及雕刻等采用多軸聯(lián)動可加工異形曲面、曲線及雕刻等1.8 特種加工特種加工電子束和離子束加工電子束和離子束加工電子束加工原理電子束加工原理： 電子束加工是在真空條件下，利用聚焦后能量密度極電子束加工是在真空條件下，利用聚焦后能量密度極高（高（106106109W/cm2109W/cm2）的電子束，以極高的速度沖擊到工）的電子束，以極高的速度沖擊到工件表面的極小位置上，在極短

26、的時間內(nèi)（幾分之一微秒）件表面的極小位置上，在極短的時間內(nèi)（幾分之一微秒）內(nèi)，這些極高的能量大部分轉(zhuǎn)化為熱能，而此時被加工的內(nèi)，這些極高的能量大部分轉(zhuǎn)化為熱能，而此時被加工的位置達到幾千度的高溫，從而引起材料局部的熔化和氣化，位置達到幾千度的高溫，從而引起材料局部的熔化和氣化，被真空系統(tǒng)帶走。被真空系統(tǒng)帶走。離子束加工原理離子束加工原理： 離子束加工也是在真空條件下，將離子源產(chǎn)生的離子離子束加工也是在真空條件下，將離子源產(chǎn)生的離子束經(jīng)過加速聚焦，撞擊工件表面，由于離子的質(zhì)量比電子束經(jīng)過加速聚焦，撞擊工件表面，由于離子的質(zhì)量比電子要大很多，因此可以獲得更大的機械能，而不是像電子束要大很多，因此可以獲得更大的機械能，而不是像電子束加工中靠動能轉(zhuǎn)化為熱能來實現(xiàn)