機(jī)械加工的成形原理分析

1、機(jī)械加工的成形原理分析摘要:本文對機(jī)床上零件表面的發(fā)生線成形原理進(jìn)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(jìn)行了探討，同時(shí)也對零件表面機(jī)械加工的成形理論進(jìn)行了完善。關(guān)鍵詞:機(jī)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(diǎn)，但其切削機(jī)床的結(jié)構(gòu)和運(yùn)動形式卻有很大的區(qū)別。零件機(jī)械加工工藝過程的完成就是使

2、不同的機(jī)床來對不同表面的加工進(jìn)行完成，最終得到要求的零件。1機(jī)床上零件表面成形的原理1.1復(fù)合表面成形的原理實(shí)現(xiàn)導(dǎo)線的運(yùn)動是復(fù)合運(yùn)動，并不是簡單的圓周運(yùn)動或直線運(yùn)動,是指由2個(gè)或2個(gè)以上的簡單運(yùn)動復(fù)合而成的運(yùn)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(yùn)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(rèn)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?yàn)樾饼X圓柱齒輪輪齒的端面是標(biāo)準(zhǔn)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(shí)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(shí)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(dāng)母線B沿著螺旋線導(dǎo)線A做螺旋運(yùn)動時(shí)，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(diǎn)A在該線上，而另外一個(gè)確定點(diǎn)B圍繞一個(gè)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(dāng)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(diǎn)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?yàn)橐话愣?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(yùn)動”利用齒輪嚙合的原理所形成的。展成法是一個(gè)復(fù)合運(yùn)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(yán)格的做相對運(yùn)動才能形成發(fā)生線（漸開線）

5、，范成運(yùn)動需要兩個(gè)成形運(yùn)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(yùn)動和成形原理進(jìn)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(jìn)行加工時(shí)，對成形圓弧溝槽利用成形圓弧車刀進(jìn)行車削時(shí)，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(shí)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(yùn)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(gè)成形運(yùn)動，一個(gè)是沿著將要形成的發(fā)生線刀具軸線進(jìn)行等距離的運(yùn)動，一個(gè)是旋轉(zhuǎn)刀具的運(yùn)動。刀具是多齒刀具，為柱狀或盤狀，輪流用每個(gè)刀齒進(jìn)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(yùn)動就可以實(shí)現(xiàn)發(fā)生線，因?yàn)閷⒁纬傻陌l(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(gè)成形運(yùn)動。將要形成的表面呈點(diǎn)和刀具的切削刃相互接觸，此點(diǎn)沿著將要形成的發(fā)生線運(yùn)動，所形成的軌跡線就是發(fā)生線。2加工精度和機(jī)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(shí)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(shí)現(xiàn)發(fā)生線的成形運(yùn)動精度，大多情況下都需要成形運(yùn)動才能形成發(fā)生線（成形法除外，不需要成形運(yùn)動，由刀刃決定），提高實(shí)現(xiàn)發(fā)生線的精度是改進(jìn)和設(shè)計(jì)機(jī)床部件的核心目標(biāo)之一。把大多數(shù)機(jī)床的工件和刀具之間的相對運(yùn)動分解為簡單的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動和直線運(yùn)動，

8、才能簡化機(jī)床結(jié)構(gòu)，運(yùn)動的勻速性和圓度是旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的精度體現(xiàn)，運(yùn)動的勻速性和直線度是直線運(yùn)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(yùn)動傳動鏈各環(huán)節(jié)的分度機(jī)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(yùn)動傳動鏈各環(huán)節(jié)由刀具剛度決定的分度機(jī)構(gòu)精度、溜板導(dǎo)軌的剛度和直線度限制刀具的直線運(yùn)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(jī)床加工精度的途徑和方向進(jìn)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(zhǔn)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(jìn)行了構(gòu)建，對于制造裝備的技術(shù)研發(fā)和運(yùn)動分析，尤其是對設(shè)計(jì)自由度數(shù)控加工機(jī)床的運(yùn)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(jī)床上零件表面的成形原理,尤其是進(jìn)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(jī)械加工中的理論進(jìn)行了完善。參