機械加工的成形原理分析

1、機械加工的成形原理分析摘要:本文對機床上零件表面的發(fā)生線成形原理進行了敘述,把各種表面歸納為復(fù)合表面和簡單表面，并分別描述了其成形原理。另外,詳盡的分析了斜齒圓柱齒輪齒廓面、螺紋面、圓錐面等幾種組成復(fù)合表面的典型表面的成形原理。對表面精度和表面成形原理之間的關(guān)系進行了探討，同時也對零件表面機械加工的成形理論進行了完善。關(guān)鍵詞:機械加工成形原理分析不同零件的內(nèi)外輪廓都是由圓錐面、圓柱面、平面和若干成形面等一些簡單的表面組成的，其尺寸和幾何外形各不相同，另外，對于不同類別的金屬來說，從零件表面成形的原理分析，有很多共同點，但其切削機床的結(jié)構(gòu)和運動形式卻有很大的區(qū)別。零件機械加工工藝過程的完成就是使

2、不同的機床來對不同表面的加工進行完成，最終得到要求的零件。1機床上零件表面成形的原理1.1復(fù)合表面成形的原理實現(xiàn)導(dǎo)線的運動是復(fù)合運動，并不是簡單的圓周運動或直線運動,是指由2個或2個以上的簡單運動復(fù)合而成的運動。復(fù)合表面是不可逆的表面，其導(dǎo)線各不相同，所以母線沿著導(dǎo)線的運動規(guī)律也比較復(fù)雜。下面開始分析斜齒輪齒廓面、螺紋面和圓錐面等組成零件的常見復(fù)合表面。斜齒圓柱齒輪的齒廓面從表面成形的原理來看，我們可以認為，齒向螺旋線為導(dǎo)線A,齒槽和輪齒切向呈垂直的平面之間的相貫線為母線B,因為斜齒圓柱齒輪輪齒的端面是標準的漸開線齒形，所以輪齒的切向和母線B所在的平面始終呈垂直狀態(tài)，同時母線B所在的平面沿螺旋

3、導(dǎo)線A上升且與齒輪軸線保持相同距離，該斜齒圓柱齒輪的齒廓面就是母線B掃過的表面。螺紋面和螺紋導(dǎo)程相同的螺旋線就是導(dǎo)線A,螺紋牙型面和過螺紋軸線的平面之間的相貫線就是螺紋面的母線B。母線B的方位保持不變,同時螺紋軸線和母線B始終處于同一平面內(nèi)，螺紋面就是指當母線B沿著螺旋線導(dǎo)線A做螺旋運動時，母線B所掃過的表面。螺紋的導(dǎo)程（螺距）受螺旋導(dǎo)線的導(dǎo)程決定，螺紋直徑受軸線與V形線之間的距離決定，螺紋的牙型決定了V形線的形狀。圓錐面圓錐表面的其中一條素線是圓錐面的母線，固定某一點A在該線上，而另外一個確定點B圍繞一個圓移動，則圓錐面就是該素線掃過的表面。圓臺的側(cè)面可以當作是圓錐面的一部分，圓錐的尺寸和外

4、形要靠導(dǎo)線圓的直徑和AB兩點之間的長度共同來確定1.2簡單表面成形的原理簡單表面的加工方法（即成形方法）通常是多種的，因為一般而言,簡單表面都是可逆表面，其母線和導(dǎo)線之間可以交換，線性簡單。簡單表面的導(dǎo)線簡單的形成線、圓或直線，母線沿著導(dǎo)線做平行移動。1.3形成表面發(fā)生線的方法零件表面形成的導(dǎo)線和母線均是發(fā)生線，形成發(fā)生線的方法共有四種，即展成法（或稱范成法）、相切法、成形法和軌跡法。（1）展成法的特征：展成法是形成漸開線的方法，是由展成運動”利用齒輪嚙合的原理所形成的。展成法是一個復(fù)合運動，需要由工件和刀具來共同完成，也就是說，需要工件和刀具按一定規(guī)律嚴格的做相對運動才能形成發(fā)生線（漸開線）

5、，范成運動需要兩個成形運動。零件某一表面的兩條發(fā)生線形成的方法可以不一樣，也可以一樣。要根據(jù)所采用的具體加工方法來對某一表面的成形運動和成形原理進行具體分析，并不是由表面本身來確定。例如，對圓柱面利用尖頭車刀進行加工時，對成形圓弧溝槽利用成形圓弧車刀進行車削時，是由軌跡法形成作為導(dǎo)線的圓，由成形法形成和刀具圓弧刃吻合的弧線（即母線），作為導(dǎo)線的直線和作為母線的圓都是由軌跡法形成的。以上的這些方法不是形成表面的方法，僅僅是實現(xiàn)一條發(fā)生線的方法。從成形原理來看，各種表面的母線沿導(dǎo)線運動的規(guī)律各不相同，有的很復(fù)雜,如斜齒輪齒廓面、螺紋面和圓錐面，有的很簡單，如圓柱面和平面等。有些表面的導(dǎo)線和母線之間

6、不能交換，否則無法形成表面或形成希望得到的表面，此類表面稱為不可逆表面；有些表面的導(dǎo)線和母線之間能夠交換，此類表面稱為可逆表面；由于傳統(tǒng)形成發(fā)生線的理論不夠完善，所以本文把各種表面分為復(fù)雜表面和簡單表面，并分別歸納和定義了兩類表面的發(fā)生線成形原理。相切法的特征：相切法需要兩個成形運動，一個是沿著將要形成的發(fā)生線刀具軸線進行等距離的運動，一個是旋轉(zhuǎn)刀具的運動。刀具是多齒刀具，為柱狀或盤狀，輪流用每個刀齒進行切削，形成一系列刀刃的軌跡線，包絡(luò)線就是和該軌跡線共同相切的線，即將要形成的發(fā)生線。成形法的特征:無需工件和刀具之間發(fā)生相對的成形運動就可以實現(xiàn)發(fā)生線，因為將要形成的發(fā)生線和刀刃的形狀是完全吻

7、合的。軌跡法的特征:軌跡法需要一個成形運動。將要形成的表面呈點和刀具的切削刃相互接觸，此點沿著將要形成的發(fā)生線運動，所形成的軌跡線就是發(fā)生線。2加工精度和機床表面的成形原理之間的關(guān)系通過分析以上零件表面成形的原理能夠得出，實現(xiàn)兩條發(fā)生線的過程就是對零件表面的加工的完成過程，發(fā)生線的形狀誤差會在工件的表面上直接的反映出來。所以，最主要的決定零件表面精度的原因之一就是實現(xiàn)發(fā)生線的成形運動精度，大多情況下都需要成形運動才能形成發(fā)生線（成形法除外，不需要成形運動，由刀刃決定），提高實現(xiàn)發(fā)生線的精度是改進和設(shè)計機床部件的核心目標之一。把大多數(shù)機床的工件和刀具之間的相對運動分解為簡單的旋轉(zhuǎn)運動和直線運動，

8、才能簡化機床結(jié)構(gòu)，運動的勻速性和圓度是旋轉(zhuǎn)運動的精度體現(xiàn)，運動的勻速性和直線度是直線運動的精度體現(xiàn)。例如，車床上加工圓柱面，工件的旋轉(zhuǎn)精度受切削層厚度硬度的變化、主運動傳動鏈各環(huán)節(jié)的分度機構(gòu)精度以及車床主軸的角度擺動和徑向跳動引起的受迫振動，還有刀架部件和主軸的剛度等；運動傳動鏈各環(huán)節(jié)由刀具剛度決定的分度機構(gòu)精度、溜板導(dǎo)軌的剛度和直線度限制刀具的直線運動精度等，工件本身的剛度和發(fā)生線的精度之間有著很大的關(guān)系。所以，從形成工件表面的原理，能夠?qū)μ岣邫C床加工精度的途徑和方向進行探尋。3結(jié)語通過對復(fù)雜表面和簡單表面的定義，從而準確的描述了斜齒圓柱齒輪齒廓面、螺紋面、圓錐面等典型的復(fù)雜表面的成形原理，對形成復(fù)雜表面的要件進行了構(gòu)建，對于制造裝備的技術(shù)研發(fā)和運動分析，尤其是對設(shè)計自由度數(shù)控加工機床的運動方案而言，該成形理論有著非常重要的指導(dǎo)意義。通過系統(tǒng)的劃分和歸納機床上零件表面的成形原理,尤其是進一步探究了復(fù)雜表面的成形原理，從而對表面成形原理在機械加工中的理論進行了完善。參