機械加工方法

機械加工方法第1頁/共86頁第一章機械加工方法

第一節(jié)零件的成形方法材料成形法——進入工藝過程物料初始重量近似等于加工后最終重量，即△m=0。如鑄造、壓力加工、粉末冶金、注塑成形等，這些方法多用于毛坯制造，但也可直接成形零件。

材料去除法——零件的最終幾何形狀局限在毛坯的初始幾何形狀范圍內(nèi)，零件形狀的改變是通過去除一部分材料，減少一部分重量來實現(xiàn)的，即△m<0

。如切削與磨削，電火花加工、電解加工等特種加工等。

材料累加法——傳統(tǒng)的累加方法有焊接、粘接或鉚接等，通過不可拆卸連接使物料結(jié)合成一個整體，形成零件，即△m>0。近幾年才發(fā)展起來的快速原型制造技術(shù)（RPM），是材料累加法的新發(fā)展。第2頁/共86頁第一節(jié)零件的成形方法

快速原型制造技術(shù)（RPM）

快速原型制造RPM（RapidPhotographManufacturing

），又稱“快速成形技術(shù)”RP（RapidPhotograph

）或“分層制造”

LM（LayerManufacturing

），是20世紀(jì)80年代后期迅速發(fā)展起來的一種新型制造技術(shù)。它將CAD、CAM、CNC、精密伺服驅(qū)動、新材料等先進技術(shù)集于一體，依據(jù)計算機上構(gòu)成的產(chǎn)品三維設(shè)計模型，對其進行分層切片，得到各層截面的輪廓。按照這些輪廓，激光束選擇性地切割一層層的箔材（或固化一層層的液態(tài)樹脂，或燒結(jié)一層層的粉末材料），或噴射源選擇性地噴射一層層的粘結(jié)劑或熱熔材料等，形成一個個薄層，并逐步迭加成三維實體（圖2-01）。第3頁/共86頁圖2-01快速成型過程噴粘結(jié)劑噴熱熔材料三維產(chǎn)品（樣品/模具）表面處理構(gòu)造三維模型模型近似處理切片處理激光噴射源固化樹脂切割箔材燒結(jié)粉末第一節(jié)零件成形方法第4頁/共86頁（a）（b）圖2-02傳統(tǒng)加工與快速成型比較模具模具設(shè)計鑄造焊接鍛壓毛坯（大于工件）半成品半成品工件去除加工設(shè)計模具樣品快速成形第一節(jié)零件成形方法第5頁/共86頁圖2-03快速成型機床及快速成型件第一節(jié)零件成形方法第6頁/共86頁第一章機械加工方法

第二節(jié)機械加工方法采用機械加工方法獲得零件的形狀，是通過機床利用刀具將毛坯上多余的材料切除來獲得的。根據(jù)機床運動的不同、刀具的不同，可將去除零件毛坯多余材料的切削方法分為：車削、銑削、刨削、鉆削與鏜削、磨削和特種加工等幾種主要類型。第7頁/共86頁一、車削車削加工所用機床為車床：包括普通車床（圖2-1）、自動車床（圖2-2）、數(shù)控車床（圖2-3）。車削中工件旋轉(zhuǎn)，形成主切削運動。（圖2-4）刀具沿平行旋轉(zhuǎn)軸線運動時，就形成內(nèi)、外園柱面。刀具沿與軸線相交的斜線運動，就形成錐面。仿形車床或數(shù)控車床上，可以控制刀具沿著一條曲線進給，則形成一特定的旋轉(zhuǎn)曲面。采用成型車刀，橫向進給時，也可加工出旋轉(zhuǎn)曲面來。第8頁/共86頁一、車削車削還可以加工螺紋面、端平面及偏心軸等。車削加工精度一般為IT8~IT7，表面粗糙度為Ra6.3~1.6μm；精車時，可達IT6~IT5，表面粗糙度可達Ra0.4~0.1μm。車削的生產(chǎn)率較高，切削過程比較平穩(wěn)，刀具較簡單。圖2-5為車床加工的零件。車削加工錄像第9頁/共86頁圖2-1a臥式普通車床第10頁/共86頁圖2-1b立式普通車床第11頁/共86頁圖2-2a自動車床第12頁/共86頁圖2-2b數(shù)控液壓自動車床第13頁/共86頁圖2-3a臥式數(shù)控車床第14頁/共86頁圖2-3b立式數(shù)控車床第15頁/共86頁圖2-4臥式車床的典型加工工序第16頁/共86頁圖2-5車床所加工零件第17頁/共86頁圖2-5車床所加工零件第18頁/共86頁圖2-5車床所加工零件第19頁/共86頁圖2-5車床所加工零件第20頁/共86頁二、銑削銑削加工所用機床為銑床：包括普通銑床（圖2-6）、數(shù)控銑床（圖2-7）。銑削時主切削運動是刀具的旋轉(zhuǎn)。加工精度一般可達IT8~IT7，Ra6.3~1.6μm。普通銑削一般只能加工平面，用成形銑刀也可加工出固定的曲面；用數(shù)控銑床可銑出復(fù)雜曲面（圖2-8）。臥銑時，平面的形成是由銑刀的外園面上的刃形成的（稱為周銑法

圖2-9a）。立銑時，平面是由銑刀的端面刃形成的（稱為端銑法圖2-9b）。第21頁/共86頁二、銑削

1.銑削工藝特點生產(chǎn)率較高

多齒工作，旋轉(zhuǎn)運動利于高速銑削。刀齒散熱條件較好

多齒工作，每個齒間隙時間，可以得到一定冷卻，散熱條件較好。容易產(chǎn)生振動

由于多齒的切入、切出，形成沖擊，切削過程不穩(wěn)定，易產(chǎn)生振動。切入、切出時的沖擊限制表面質(zhì)量的提高，加劇刀具的磨損和破損，往往導(dǎo)致硬質(zhì)合金刀片的碎裂。銑削加工錄像第22頁/共86頁圖2-6a立式普通銑床第23頁/共86頁圖2-6b臥式普通銑床第24頁/共86頁圖2-7a立式數(shù)控銑床第25頁/共86頁圖2-7b臥式數(shù)控銑床第26頁/共86頁圖2-8a銑削加工的典型工序第27頁/共86頁圖2-8b數(shù)控銑削零件第28頁/共86頁圖2-9銑削方式（a）周銑法（b）端銑法第29頁/共86頁

銑削方式是指銑削時銑刀相對于工件的運動和位置關(guān)系。不同的銑削方式對刀具壽命、工件的加工表面粗糙度、銑削過程的平穩(wěn)性及切削加工的生產(chǎn)率等都有很大的影響。1）周銑法

周銑法按照銑削時主運動速度方向與工件進給方向的相同或相反分為：逆銑和順銑。二、銑削

2.銑削方式第30頁/共86頁（1）逆銑

切削層從ac=0至acmax。（圖2-10）當(dāng)ac=0時，刀齒在工件表面上擠壓和摩擦，刀齒較易磨損，加工表面質(zhì)量下降。垂直分力FcN上抬工件，易引起振動。（圖2-10）刀齒從內(nèi)部開始工作，工件表面硬皮對刀齒沒有直接影響。進給力Ff與進給方向相反，工作臺進給機構(gòu)中的絲杠螺母始終保持良好的側(cè)面接觸，因此進給速度比較平穩(wěn)（圖2-11）

。

目前生產(chǎn)中常用逆銑。

銑刀旋轉(zhuǎn)切入工件的方向與工件的進給方向相反。（圖2-10）第31頁/共86頁（2）順銑

切削層從acmax

到ac=0。（圖2-10）容易切下切削層，刀齒磨損較少，已加工表面質(zhì)量較高。順銑法可提高刀具耐用度2~3倍。進給力Ff與其進給方向相同，銑床工作臺傳動絲杠與螺母之間的間隙處于不利位置，工件可能會竄動。因此，要求進給機構(gòu)具有消除絲杠螺母間隙的裝置（圖2-11）。刀齒從外向內(nèi)工作，要求工件表面沒有硬皮，否則銑刀很易磨損。

銑削加工錄像

銑刀旋轉(zhuǎn)切入工件的方向與工件的進給方向相同。（圖2-10）第32頁/共86頁圖2-10逆銑與順銑第33頁/共86頁圖2-11逆銑與順銑第34頁/共86頁2）端銑法

（1）對稱銑削

刀齒切入工件與切出工件的切削厚度ac相同者稱為對稱銑削。（圖2-12a）（2）不對稱銑削

刀齒切入時的切削厚度小于或大于切出時的切削厚度者稱為不對稱銑削。（圖2-12b、c）第35頁/共86頁圖2-12端面銑削方式（a）對稱銑削（b）和（c）不對稱銑削第36頁/共86頁

刨削加工所用機床為刨床：包括牛頭刨床（圖2-13）、龍門刨床（圖2-14）。

刀具的往復(fù)直線運動為切削主運動。刨削速度不可能太高，生產(chǎn)率較低；刨削比銑削平穩(wěn)。加工精度一般可達IT8~IT7，Ra6.3~1.6μm，精刨平面度可達0.02/1000，Ra0.8~0.4μm。

刨削錄像

三、刨削第37頁/共86頁圖2-13a牛頭刨床第38頁/共86頁圖2-13a牛頭刨床第39頁/共86頁圖2-13b插床（立式牛頭刨床）第40頁/共86頁圖2-13b插床（立式牛頭刨床）第41頁/共86頁圖2-14龍門刨床第42頁/共86頁

鉆削加工的主要用鉆床：包括臺式鉆床（圖2-15）

、立式鉆床（圖2-16）

、搖臂鉆床（圖2-17）。

在鉆床上，用鉆頭旋轉(zhuǎn)鉆削孔，是孔加工的最常用方法。鉆削加工精度較低，一般只能達到IT10，Ra12.5~6.3μm。鉆削后常用擴孔和鉸孔來進行半精加工和精加工。擴孔采用擴孔鉆，鉸孔采用鉸刀鉸削加工精度一般為IT9~IT6，Ra1.6~0.4μm。

擴孔、鉸孔時無法提高孔的位置精度。四、鉆削和鏜削

1.鉆削第43頁/共86頁圖2-15臺式鉆床第44頁/共86頁圖2-16立式鉆床圖2-17搖臂鉆床第45頁/共86頁

鏜孔可在鏜床上或車床上進行。（圖2-18、2-19

、

2-20

）在鏜床上鏜孔時，鏜刀基本與車刀相同，不同之處是工件不動，鏜刀在旋轉(zhuǎn)。鏜孔加工精度一般為IT9~IT7，Ra6.3~0.8μm。

鏜孔可以較正孔的位置。

鉆削與鏜削錄像

四、鉆削和鏜削

2.鏜削第46頁/共86頁圖2-18a臥式鏜床第47頁/共86頁圖2-18b臥式鏜床第48頁/共86頁圖2-18c臥式鏜床上的主要加工方法第49頁/共86頁圖2-19立式單柱坐標(biāo)鏜床第50頁/共86頁圖2-20臥式金剛鏜床第51頁/共86頁

齒輪齒面加工方法可分為兩大類：成形法和展成法。

成形法加工齒面所使用的機床一般為普通銑床，刀具為成形銑刀，需要兩個簡單成形運動：刀具的旋轉(zhuǎn)運動和直線移動（圖2-21）

。

展成法加工齒面的常用機床有滾齒機、插齒機等（圖2-22）

。

五、齒面加工第52頁/共86頁圖2-21成形法加工齒面第53頁/共86頁圖2-22a展成法加工齒面（a）插齒（b）滾齒第54頁/共86頁圖2-22bY3150E型滾齒機第55頁/共86頁圖2-22c插齒機第56頁/共86頁

三維曲面加工，主要采用仿形銑和數(shù)控銑或特種加工方法。

仿形銑必須有原型作為靠模。加工中球頭仿形頭以一定壓力接觸原型曲面。仿形頭的運動變換為電感量，加工放大控制銑床三個軸的運動，形成刀頭沿曲面運動的軌跡。銑刀多采用與仿形頭等半徑的球頭銑刀。圖2-23

數(shù)控技術(shù)的出現(xiàn)為曲面加工提供了更有效的方法。在數(shù)控銑床或加工中心上加工時，是通過球頭銑刀逐點按坐標(biāo)值加工而成。用加工中心加工復(fù)雜曲面的優(yōu)點：（圖2-24）①加工中心上有刀庫，配備幾十把刀具。曲面的粗、精加工，可用不同刀具對凹曲面的不同曲率半徑，也可選用適當(dāng)?shù)牡毒摺＂诳稍谝淮伟惭b中加工各種輔助表面，如孔、螺紋、槽等。這樣充分保證了各表面的相對位置精度。（錄像）

六、復(fù)雜曲面加工第57頁/共86頁圖2-23三座標(biāo)自動仿形銑床

第58頁/共86頁圖2-24加工中心

立式加工中心加工中心具有刀庫和自動換刀裝置第59頁/共86頁

磨削加工所用機床為磨床，包括平面磨床（圖2-25）、外圓磨床（圖2-26）、內(nèi)圓磨床（圖2-27）、萬能磨床（2-28）。

主運動是砂輪的旋轉(zhuǎn)。砂輪上的每一個磨粒都可以看成是一個微小刀齒，砂輪的磨削過程實際上是磨粒對工件表面的切削、刻削和滑擦三種作用的綜合效應(yīng)。磨削中，磨粒本身也由尖銳逐漸磨鈍，使切削作用變差，切削力變大。當(dāng)切削力超過粘合劑強度時，圓鈍的磨粒脫落，露出一層新的磨粒，形成砂輪的“自銳性”。但切屑和碎磨粒仍會將砂輪阻塞。因而，磨削一定時間后，需用金剛石刀等對砂輪進行修整。七、磨削第60頁/共86頁

特點：

磨削時，由于刀刃很多，所以加工時平穩(wěn)、精度高。磨床是精加工機床，磨削精度可達IT6~IT4，Ra1.25~0.01μm，甚至可達Ra0.1～0.008μm?？梢约庸ご阌驳慕饘俨牧稀Ｒ虼?，往往作為最終加工工序。磨削時，產(chǎn)生熱量大，需有充分的切削液進行冷卻。強力磨削可在單位時間內(nèi)達到很大的切除率，一次完成粗精加工。

錄像

七、磨削第61頁/共86頁圖2-25平面磨床

第62頁/共86頁圖2-26a外圓磨床

第63頁/共86頁圖2-26b無心磨床

第64頁/共86頁圖2-27a內(nèi)圓磨床

第65頁/共86頁圖2-27b內(nèi)圓磨削方法第66頁/共86頁圖2-28a萬能磨床

液壓控制箱床身頭架工作臺內(nèi)圓磨具砂輪架尾座第67頁/共86頁圖2-28b萬能磨床加工示意圖

第68頁/共86頁圖2-28c萬能工具磨床

第69頁/共86頁定義：指區(qū)別于傳統(tǒng)切削加工方法，利用化學(xué)、物理（電、聲、光、熱、磁）或電化學(xué)方法對工件材料進行加工的一系列加工方法的總稱。特種加工方法：化學(xué)加工(CHM)、電化學(xué)加工(ECM)、電化學(xué)機械加工(ECMM)、電火花加工(EDM)、電接觸加工(RHM)、超聲波加工(USM)、激光束加工(LBM)、離子束加工(IBM)、電子束加工(EBM)、等離子體加工(PAM)、電液加工(EHM)、磨料流加工(AFM)、磨料噴射加工(AJM)、液體噴射加工(HDM)及各類復(fù)合加工等。加工對象：難加工材料；較低剛度或復(fù)雜形狀的特殊零件。八、特種加工第70頁/共86頁工作原理：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)生的高溫熔蝕工件表面材料來實現(xiàn)加工的。機床分類：用特殊形狀的電極工具加工相應(yīng)工件的電火花加工機床（圖2-29）；用線（一般為鉬絲、鎢絲或銅絲）電極加工二維輪廓形狀工件的電火花線切割機床（圖2-30）。應(yīng)用：①加工硬、脆、韌、軟和高熔點的導(dǎo)電材料；②加工半導(dǎo)體材料及非導(dǎo)電材料；③加工各種型孔、曲線孔和微小孔；④加工各種立體曲面型腔，如鍛模、壓鑄模、塑料模。⑤進行切斷、切割以及進行表面強化、刻寫、打印銘牌和標(biāo)記等。八、特種加工

1.電火花加工第71頁/共86頁圖2-29a電火花加工原理圖

進給系統(tǒng)放電間隙工具電極工件電極直流脈沖電源工作液第72頁/共86頁圖2-29b電火花加工機床

第73頁/共86頁圖2-30a線切割加工原理圖XY儲絲筒導(dǎo)輪電極絲工件第74頁/共86頁圖2-30b線切割機床及加工電火花線切割機床電火花線切割加工加工過程顯示第75頁/共86頁原理：利用金屬在電解液中產(chǎn)生陽極溶解的電化學(xué)原理對工件進行成形加工的一種方法。（圖2-31a）

特點：①工作電壓小，工作電流大；②以簡單的進給運動一次加工出形狀復(fù)雜的型面或型腔；③可加工難加工材料；④生產(chǎn)率較高，約為電火花加工的5~10倍；⑤加工中無機械切削力或切削熱，適于易變形或薄壁零件的加工；

⑥平均加工公差可達±0.1mm左右；⑦附屬設(shè)備多，占地面積大，造價高；⑧電解液既腐蝕機床，又容易污染環(huán)境。應(yīng)用：加工型孔、型腔、復(fù)雜型面、小直徑深孔、膛線、去毛刺、刻印等。（圖2-31b）八、特種加工

2.電解加工第76頁/共86頁圖2-31a電解加工原理圖

電解液直流電源泵工件陽極陰極進給工具陰極第77頁/共86頁圖2-31b電解磨削

導(dǎo)電磨輪電解液電刷工作臺工件絕緣板導(dǎo)電基體磨料陽極膜第78頁/共86頁原理：通過光學(xué)系統(tǒng)將激光聚焦成一個極小的光斑，熔