工業(yè)生產過程2機械加工與刀具

1、2014-9-23工業(yè)生產過程工業(yè)生產過程機械加工與刀具概述機械加工與刀具概述 ZZQ2014-9-23本節(jié)課內容：本節(jié)課內容：l零件常見表面（外圓、孔、平面、零件常見表面（外圓、孔、平面、螺紋、齒面）的機械加工方法；螺紋、齒面）的機械加工方法；l不同類型和結構的刀具。不同類型和結構的刀具。 2014-9-23今天的課程學完后，預期學習結果今天的課程學完后，預期學習結果 ： l掌握機械零件表面的成形方法軌跡法、成形法、相切法和展成法；l熟悉零件常見表面（外圓、孔、平面、螺紋、齒面）的機械加工方法；l了解切削用量與切削層截面參數等機械加工基本概念；l了解刀具的類型和結構，零件常見表面加工與所用刀

2、具的對應關系。 2014-9-23CDIOCDIO相關能力在今天課程中的培養(yǎng)：相關能力在今天課程中的培養(yǎng)：l應用基礎科學知識與工程基礎知識，實行工程推理并解決問題。 l對各項學習任務進行合理的時間安排，有效高質量地完成。 2014-9-23l機械是由若干機械零件組成的。要獲得需要的機械零件，必須要了解該零件表面的成形方法，通過選擇合適的機床、刀具和夾具，采用正確的裝夾方法，對材料或毛坯進行加工，使其成具有一定形狀、尺寸和精度的零件。其中，由機床、刀具、夾具和工件組成的系統(tǒng)稱為機械加工工藝系統(tǒng)（簡稱工藝系統(tǒng)），它對能否滿足工件的要求起著決定性的作用。本章（機械加工的基本概念）重點分析工藝系統(tǒng)各部

3、分的特點及機械加工中常用的概念和方法。2014-9-23案例導入案例導入l怎樣獲得如圖所示的階梯軸零件？分析：它是由一些外圓柱面、圓錐面(倒角)和平面組成，并有尺寸精度和表面粗糙度要求。怎樣才能獲得這些表面？需要哪些運動？需要用什么機床、刀具、夾具和量具？怎樣把它裝在機床上？精度怎樣？2014-9-23工件表工件表面的成面的成形方法形方法l所有機械零件的表面，都是由一些基本表面形成的。這些表面包括平面、圓柱面、圓錐面以及各種成形表面（如螺紋表面、漸開線齒面等），這些表面通常可以看成是一條母線沿著另一條導線運動而形成的。圖示的幾何表面都是由母線1沿導線2運動而形成的。母線和導線統(tǒng)稱為發(fā)生線。20

4、14-9-23注意：注意：l1雖然母線和導線相同，但若兩者間起始位置不同，形成的表面也不同，如上頁圖中的b及c。l2有些表面，其母線和導線可以互換，如上頁圖中a、d和f等，稱為可逆表面；另一些表面則不能互換，如圖中b和e，稱為不可逆表面。l切削加工中發(fā)生線是由刀具的切削刃和軌跡的相對運動得到的，不同的加工運動、不同的切削刃形狀，形成發(fā)生線的方式不同，獲得的零件表面就不同。2014-9-23平面的形成平面的形成2014-9-23圓柱面的形成圓柱面的形成2014-9-23圓錐面的形成圓錐面的形成2014-9-23螺紋面的形成螺紋面的形成2014-9-23形成形成零件零件表面表面的的4 4種方種方法

5、法2014-9-23形成零件表面的形成零件表面的4 4種方法種方法l（1）軌跡法 利用刀具作一定規(guī)律的軌跡運動對工件進行加工的方法。切削刃與被加工表面為點接觸，發(fā)生線為接觸點的軌跡線。如上頁圖中母線2，工件作回轉運動形成導線，最終獲得回轉曲面。采用軌跡法形成發(fā)生線需要一個成形運動。l（2）成形法 利用成形刀具對工件進行加工的方法。如上頁圖b所示，切削刃1的形狀和長度與所需形成的發(fā)生線（母線2）完全吻合，工件作回轉運動形成導線，最終也獲得回轉曲面。2014-9-23軌軌跡跡法法2014-9-23成成形形法法2014-9-23形成零件表面的形成零件表面的4 4種方法種方法l（3）相切法 利用刀具邊

6、旋轉邊作軌跡運動對工件進行加工的方法。如圖c所示，刀刃1作回轉運動，同時刀具軸線沿著發(fā)生線的等距線作軌跡運動，切削點運動軌跡的包絡線就是所需的發(fā)生線。為了用相切法得到發(fā)生線，需要二個成形運動，即刀具的旋轉運動和刀具中心按一定規(guī)律運動。l（4）展成法 利用刀具和工件作展成切削運動進行加工的方法。如圖d所示，加工時，刀具1與工件按確定的運動關系作相對運動，切削刃與被加工表面相切，切削刃各瞬時位置的包絡線，就是所需的發(fā)生線。用展成法形成發(fā)生線需要一個成形運動（即刀具運動A與工件運動B組合而成的展成運動3）。2014-9-23相切法相切法2014-9-23展成法展成法2014-9-23表面表面成形運動

7、成形運動可分為：可分為：簡單成形運動復合成形運動2014-9-23車車外圓外圓時的時的成成形運動形運動2014-9-23車車螺紋螺紋時的時的成成形運動形運動2014-9-23齒條刀加工齒輪齒條刀加工齒輪時的時的成形運動成形運動漸開線母線，由復合展成運動形成，可分解為旋轉運動B11和刀具直線移動A12 ，屬復合成形運動。直線導線，由齒向進給運動形成，屬簡單成形運動。2014-9-23零件表面零件表面成形所需的成形運動成形所需的成形運動l母線和導線是形成零件表面的兩條發(fā)生線。因此，形成表面所需要的成形運動，就是形成母線及導線所需要的成形運動的總和。為了加工出所需的零件表面，機床就必須具備這些成形運

8、動。l馮之敬主編機械制造工程原理（第2版）P5-6列舉了形成幾種零件表面所需要的成形運動的例子。2014-9-23課堂練習課堂練習 l教科書教科書P33P33習題習題1-21-2 2014-9-23切削加工成形運動切削加工成形運動l（1）主運動主運動 直接切除工件上的切削層，以形成工件以加工表面的基本運動。主運動的速度最高，消耗功率最大，機床的主運動只有一個。主運動可以由工件或由刀具完成，車削時的主運動是工件的旋轉運動。l（2）進給運動進給運動 是指不斷把切削層投入切削的運動。進給運動的速度較低，消耗的功率較小。進給運動不限于一個，可以是連續(xù)的，也可以是間歇性的。2014-9-23合成切削合成

9、切削運動運動l合成切削運動是同時進行的主運動與進給運動合成的運動。即主運動與進給運動的向量和。l合成切削速度v ve e 在主運動與進給運動同時進行的情況下，切削刃上任一點的實際切削速度是切削速度v vc c與進給速度v vf f的合成速度v ve e v ve e = = v vc c + + v vf f2014-9-23車車螺紋合成切削螺紋合成切削運動運動2014-9-23銑削銑削合成切削合成切削運動運動2014-9-23車削時的切削運動與加工表面車削時的切削運動與加工表面2014-9-23工件上三個不斷變化著的表面工件上三個不斷變化著的表面l已加工表面已加工表面 指經切削形成的新表面，

10、它隨著切削運動的進行逐漸擴大。l待加工表面待加工表面 指即將被切除的表面。它隨著切削運動的進行，逐漸縮小，直至全部切去。l過渡表面過渡表面 指切削刃正在切削的表面。2014-9-23各種切削運動和加工表面各種切削運動和加工表面l在切削過程中，切削刃相對于工件運動軌跡面，就是工件上的過渡表面和已加工表面。這里有兩個要素，一是切削刃，二是切削運動。不同形狀的切削刃與不同的切削運動組合，即可形成各種工件表面，如下兩頁圖示。2014-9-23各種切削運動和加工表面各種切削運動和加工表面2014-9-23各種切削運動和加工表面各種切削運動和加工表面2014-9-23切削用量切削用量三要素三要素2014-

11、9-23切削用量切削用量切削速度切削速度 l（1）切削速度 它是切削刃上選定點相對于工件的主運動線速度。當主運動為旋轉運動時，其切削速度為（單位為m/min）l式中 d 完成主運動的工件或刀具的最大直徑（單位為mm）；l n 主運動的轉速（單位為r/min）2014-9-23切削用量切削用量進給量進給量 l（2）進給量f 當主運動旋轉一周時，刀具（或工件）沿進給方向上的位移量f。進給量的大小也反映了進給速度（單位為mm/min）的大小，關系為2014-9-23切削用量切削用量切削深度切削深度l切削深度（背吃刀量 ） 車削時（單位為mm）是工件上待加工表面與已加工表面間的垂直距離：l式中 d w

12、工件待加工表面的直徑,單位為mm；l dm工件已加工表面的直徑,單位為mm。2014-9-23車削時的切削層尺寸車削時的切削層尺寸2014-9-23切削層參數切削層參數2014-9-23切削方式切削方式正切削與斜切削正切削與斜切削2014-9-23切削方式切削方式自由切削與非自由切削自由切削與非自由切削2014-9-23刀刀具具l切削過程就是刀具從工件表面上切除多余的材料。根據工件和機床的不同，刀具也有不同的類型、結構、材料和幾何參數。2014-9-23刀刀具具種種類類l根據所用機床及的所加工對象的不同，刀具可分為：l車刀用于車床；l銑刀用于銑床；l刨刀用于刨床；l鏜刀用于鏜床；l拉刀用于拉床

13、；l孔加工刀具用于加工孔；l齒輪刀具用于加工齒輪；l廣義上，刀具還包括用于磨削加工的砂輪等。l以上刀具種類還可進一步細分。 2014-9-23各類型車刀各類型車刀 l車刀是金屬切削加工中使用最廣泛的刀具，它可以用來加工各種內、外回轉體表面，如外圓、內孔、端面、螺紋，也可用于切槽和切斷等。l以車刀為例，還可進一步細分為可用于加工各種具體零件表面的各類型車刀左偏刀、右偏刀、90偏刀、75偏刀（彎頭刀）、尖刀（直頭刀）、端面車刀、切斷刀、成形車刀、寬刃精車刀、螺紋車刀、通孔車刀、盲孔車刀和內槽車刀等。l下頁圖示為各類型焊接式車刀。2014-9-23各各類類型型焊焊接接式式車車刀刀l1.切斷刀 2、3

14、. 90偏刀 4.彎頭刀 5.直頭刀 6.成形車刀 7.寬刃精車刀8、10.螺紋車刀 9.端面車刀 11.內槽車刀 12.通孔車刀 13.盲孔車刀2014-9-23思考思考 l盲孔車刀能否用于加工端盲孔車刀能否用于加工端面？面？ 為什么？為什么？2014-9-23銑刀銑刀l銑刀是多齒回轉刀具，可以加工各種平面、溝槽和成形表面等。銑刀的種類很多，按其用途可分為加工平面用銑刀、加工溝槽用銑刀和加工成形面用銑刀等三大類。通用規(guī)格的銑刀已標準化，由專業(yè)工具廠生產。下頁介紹幾種常用的銑刀。2014-9-23常用常用銑刀與加銑刀與加工的典型表面工的典型表面l a)、 b)、 銑平面 c) 銑螺紋 d)、e

15、) 銑溝槽 f) 銑臺階 g) 銑T型槽 h)切斷 i)、j) 銑角度槽 k)、 l) 銑鍵槽 m) 銑齒形 n) 銑螺旋槽 o) 銑曲面 p) 銑立體曲面 q)球頭銑刀2014-9-23圓圓柱柱銑銑刀刀2014-9-23端端銑銑刀刀2014-9-23盤形銑刀盤形銑刀2014-9-23立銑刀和立銑刀和鍵槽銑刀鍵槽銑刀2014-9-23角度銑刀角度銑刀2014-9-23成成形形銑銑刀刀2014-9-23直齒圓柱齒輪的成形銑削直齒圓柱齒輪的成形銑削2014-9-23孔加工刀具孔加工刀具l在實體上加工孔，常用麻花鉆、中心鉆及深孔鉆；而對已有孔作進一步加工，則用擴孔鉆、鉸刀、鏜刀等，此外，內孔拉（推）

16、刀、內圓磨砂輪及珩磨頭也用來對已有孔作進一步的精加工。2014-9-23麻花鉆麻花鉆l麻花鉆是一種形狀復雜的雙刃鉆孔或擴孔的標準刀具。標準麻花鉆是由柄部、頸部和工作部分組成，如圖所示。 l麻花鉆的主要幾何參數有螺旋角（一般為25 32），頂角2，（2=118），橫刃長度，橫刃斜角等。2014-9-23麻麻花花鉆鉆的的刃刃磨磨2014-9-23群鉆群鉆l基本型群鉆基本型群鉆l1、1外刃后刀面l 2、2月牙槽 l 3、3內刃前刀面 l 4、4分屑槽l標準麻花鉆的缺點是：切削刃長，前角變化大（從外緣30逐漸減小到鉆芯-30），橫刃切削條件差，排屑不暢等，為提高鉆孔的精度和效率，常將標準麻花鉆按特定方

17、式修磨成“群鉆”。2014-9-23硬質硬質合金合金鉆鉆頭頭2014-9-23擴擴孔孔鉆鉆l擴孔鉆是將孔進一步擴大用的刀具。擴孔鉆有整體式和套式兩種，如圖所示。擴孔鉆的外形與麻花鉆類似，但其齒數較多（一般為34齒），容屑槽較淺，無橫刃，導向性好，可獲得比鉆孔高的加工質量和生產效率。常用來加工直徑小于100mm的孔。2014-9-23鉸刀鉸刀的結的結構構l鉸刀用于中小尺寸孔的半精加工和精加工。鉸刀的齒數多（612個），齒槽淺，剛性和導向性好。鉸刀的結構由工作部分、頸部和柄部組成，工作部分有切削部分和校準部分，校準部分有圓柱部分和倒錐部分。鉸刀圓柱校準部分的直徑為鉸刀的直徑，它直接影響到被加工孔的

18、尺寸精度及刀具使用壽命。2014-9-23鉸刀鉸刀的種的種類類l鉸刀的種類較多，可分為機用鉸刀和手用鉸刀，機用鉸刀由機床引導，導向性能好，故工作部分長度短。2014-9-23鏜鏜刀刀l鏜刀是在車床、鏜床、加工中心、自動機床及組合機床上使用的刀具。鏜刀按刀刃數可分為單刃鏜刀和雙刃鏜刀。如圖所示為單刃鏜刀，其結構簡單、制造容易，通用性好，但調整費時，且精度不易控制。下頁圖所示為雙刃浮動鏜刀，鏜刀兩邊都有切削刃，可以消除徑向力對鏜刀桿的影響，所鏜孔的尺寸和精度由鏜刀的徑向尺寸D保證。通過調整兩刀刃的徑向位置，可以加工一定尺寸范圍內的孔。浮動鏜刀是以間隙配合裝入鏜桿的方孔中，無需夾緊。2014-9-2

19、3雙刃雙刃浮動浮動鏜刀鏜刀2014-9-23拉刀拉刀l拉刀是一種高精度和高生產率的多齒刀具，各種形狀貫通的內、外表面都能用拉刀加工。拉刀使用壽命長，但制造較復雜，成本高，主要用于大批量生產中。l拉削的各種表面拉削的各種表面2014-9-23圓孔拉刀圓孔拉刀的組成和的組成和拉削過程拉削過程l拉刀軸向尺寸較大，由切削部分、校準部分和輔助部分組成（圓孔拉刀的結構見圖）。切削部分完成全部余量的切除工作（見圖），它由粗切齒、過渡齒、精切齒組成。相鄰刀齒的半徑差稱為齒升量，粗切齒齒升量最大，逐步遞減至精切齒。校準部分起修光、校準作用，校準齒齒升量等于零。輔助部分包括前柄、頸部、過渡錐、前導部、后導部和后柄

20、等。2014-9-23提問提問 l如何做到“好鋼用在刀刃上”？ 2014-9-23刀具的結構類型刀具的結構類型 l大多數刀具的刀刃（刀頭）部分和夾持（刀體）部分采用不同的材料。根據刀頭部分和刀體部分不同的組合方式，刀具可有不同的結構類型。 2014-9-23車刀的車刀的結構類型結構類型l車刀按結構可分為整體式、焊接式、機夾重磨式、可轉位式及成形車刀等。l焊接車刀是將一定形狀的硬質合金刀片用黃銅、純銅等焊接在刀桿上的刀槽內而成。這種刀片有標準規(guī)格，應選用合適的硬質合金牌號和刀片規(guī)格。2014-9-23可轉位車刀可轉位車刀l采用機械夾固的方法，將刀片夾緊在刀桿上，如圖所示。它由刀桿、刀片、刀墊和夾

21、緊元件組成，當切削刃用鈍后，將刀片轉過一個位置，便可用新的一個切削刃進行切削，當全部刀刃都用鈍后再更換新刀片?？赊D位車刀是一種高效率的新型刀具?？赊D位刀片已經有國家標準，種類很多，可根據需要選擇。2014-9-23成形車刀成形車刀l是加工回轉體成形表面的專用高效車刀。它的刃形是根據工件廓形設計的,用成形車刀加工，只要一次就能切出成形表面，操作簡單，生產率高，刀具使用壽命長，主要用于大批量生產。成形車刀按結構和形狀分為平體成形車刀、棱體成形車刀和圓體成形車刀三類。2014-9-23齒輪刀具齒輪刀具l加工齒輪齒形的刀具稱為齒輪刀具。齒輪刀具結構復雜，種類較多。按齒形形成的原理，齒輪刀具可分為成形法

22、和展成法兩大類。2014-9-23滾滾齒齒刀展成法加工齒輪刀展成法加工齒輪2014-9-2388米滾齒機米滾齒機2014-9-23插齒插齒刀加工刀加工66米內齒輪米內齒輪2014-9-23砂輪的特性砂輪的特性l砂輪是磨削加工中的重要工具，砂輪是由按一定比例的磨料和結合劑，經壓坯、干燥、焙燒而制成，有很多氣孔。磨料、結合劑與氣孔三者構成了砂輪三要素。砂輪的特性主要由磨料、粒度、結合劑、硬度和組織五個參數決定。2014-9-23砂輪的磨料砂輪的磨料l磨料即砂粒，是構成砂輪的主要成分。磨料應具備很高的硬度、耐磨性、耐熱性和韌性，才能承受磨削時的熱和磨削力，還要具有相當鋒利的形狀，以利磨削金屬。常用的

23、磨料有氧化物系、碳化物系和超硬磨料(人造金剛石、立方氮化硼等)。2014-9-23砂輪的粒度砂輪的粒度l粒度指磨料顆粒的大小，用磨粒能通過的篩網號表示。例如30粒度是指磨粒剛可通過每英寸長度上有30個孔眼的篩網。粒度號越大則磨粒的顆粒越小。粗加工的磨粒尺寸大，精加工的磨粒尺寸小。通常把磨料顆粒尺寸大于40m的稱為磨粒，顆粒尺寸小于40m的稱為微粉，以W表示，例如W10，表示磨粒的實際尺寸為10m，微粉號越小則微粉越細。磨料的粒度將直接影響磨削表面質量和生產率。2014-9-23砂輪的砂輪的結合劑結合劑l結合劑的作用是將磨粒粘結在一起，使砂輪具有一定的形狀和強度結合劑的特性影響砂輪的強度、耐腐蝕

24、性、耐熱性及砂輪壽命。2014-9-23砂輪的硬度砂輪的硬度l砂輪的硬度是指在磨削力作用下，磨粒從砂輪表面脫落的難易程度。它反映了磨粒與粘合劑的粘結強度。砂輪硬，磨粒不易脫落，砂輪軟，磨粒容易脫落。砂輪硬度的選用，主要是根據工件材料的性質和具體磨削條件，基本原則為：l1）工件材料硬，砂輪硬度應選軟些，以便磨鈍的磨粒及時脫落。l2）砂輪與工件磨削接觸面積和弧長較大時，砂輪硬度應選軟些。l3）用成形砂輪磨削時，為保持必要的形狀，應選硬些的砂輪。l4）磨削有色金屬（鋁、黃銅等）等軟材料時，為防止砂輪堵塞，應選用較軟的砂輪。l5）砂輪的粒度號大時，應選軟些的砂輪。2014-9-23砂輪的砂輪的組織組織 l砂輪的組織表示砂輪的疏密程度，它是按砂輪中磨料、結合劑、氣孔三者的體積比例關系來分級的。磨粒在砂輪總體積中所占的比例越大，砂輪的組織越緊密，氣孔越少；反之，則組織疏松，氣孔多。緊密組織砂輪適用于重壓力下的磨削；中等組織砂輪適用于一般磨削；疏松組織的砂輪適用于平面磨、內圓磨等磨削接觸面積大的工序和磨削熱敏性強的材料或工件。一般砂輪上若末標注組織號，即為中等組織。2014-9-23砂輪的形狀與尺寸砂輪的形狀與尺寸l砂輪的形狀和尺寸應根據磨削條件和工件形狀來選擇，其原則是：l在可