金属切削机床与刀具.ppt

金属切削机床与刀具,,,一、对金属切削机床的基本要求,1.机床的性能方面（1）工艺范围,一、对金属切削机床的基本要求,1.机床的性能方面（1）工艺范围是指机床适应不同加工要求的能力。,一、对金属切削机床的基本要求,1.机床的性能方面（1）工艺范围1）通用机床2）专用机床,一、对金属切削机床的基本要求,1.机床的性能方面（2）加工精度,一、对金属切削机床的基本要求,1.机床的性能方面（2）加工精度机床的加工精度是指该机床加工零件表面的实际几何参数与理想几何参数的符合程度，如零件加工表面的尺寸、形状、位置及粗糙度。,一、对金属切削机床的基本要求,1.机床的性能方面（3）生产效率及自动化程度,一、对金属切削机床的基本要求,1.机床的性能方面（3）生产效率及自动化程度生产效率即是单位时间内机床所能加工的工件数量。,对金属切削机床的基本要求,1.机床的性能方面（3）生产效率及自动化程度全自动机床半自动机床普通机床,一、对金属切削机床的基本要求,1.机床的性能方面（4）人机适应性,一、对金属切削机床的基本要求,1.机床的性能方面（4）人机适应性人机适应性的基本要求是可靠、安全和舒适。,一、对金属切削机床的基本要求,2.机床的经济性方面,一、对金属切削机床的基本要求,2.机床的经济性方面机床的经济性包括两方面机床制造厂的经济效益机床使用厂的经济效益,一、对金属切削机床的基本要求,2.机床的经济性方面产品定义、外观设计、结构设计、工艺设计、成本核算、质保措施、运输安装、合理使用、维修折旧，报废回收。,一、对金属切削机床的基本要求,2.机床的经济性方面机床品种系列化、零部件通用化和标准化是生产和使用机床的一项重要的技术经济措施。,3.1金属切削机床的分类,（1）按机床的加工性能分类车床C钻床Z铣床X镗床T磨床M齿轮加工机床Y拉床L螺纹加工机床S锯床G刨插床B其它机床Q,,3.1金属切削机床的分类,（2）按机床的通用性分类1）通用机床2）专门化机床3）专用机床,,3.1金属切削机床的分类,（3）按机床的自动化程度分类1）手动机床2）机动机床3）半自动机床4）全自动机床,,3.1金属切削机床的分类,（4）按机床的工作精度分类1）普通精度机床2）精密机床3）高精度机床,,3.1金属切削机床的分类,（5）按机床的主要工作部件数目精度分类1）单刀机床2）多刀机床3）单轴机床4）多轴机床,,3.1金属切削机床的分类,（6）按机床的重量和尺寸分类1）仪表机床2）中型机床3）大型机床4）重型机床5）超大型机床,,3.1金属切削机床的分类,（7）按加工过程的控制方式分类1）普通机床2）数控机床3）加工中心4）柔性制造单元,,3.2金属切削机床型号的编制,1.机床的技术参数及其结构尺寸系列,3.2金属切削机床型号的编制,1.机床的技术参数及其结构尺寸系列机床的技术参数是表示机床尺寸大小及加工能力的各种数据。,3.2金属切削机床型号的编制,机床的技术参数包括主参数第二主参数主要工作部件的结构尺寸（如工作台面）主要工作部件的移动行程范围各种运动的速度范围和级数电机功率机床轮廓尺寸,3.2金属切削机床型号的编制,主参数机床主参数是表示机床规格大小的一种参数，它直接反应出机床的加工能力的大小。P58表3.4,3.2金属切削机床型号的编制,2.机床型号,3.2金属切削机床型号的编制,2.机床型号机床型号是用来表明机床的类型、通用特性、结构特性、主要技术参数等。,2.机床型号,,（△）○（○）△△△（Ⅹ△）（○）（）其它特性代号重大改进顺序主轴数或第二主参数主参数或设计顺序号系代号组代号通用特性、结构特性代号类代号分类代号,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,2.机床型号,,CA6140主参数（最大加工直径400mm）系代号（1）组代号（卧式车床）通用特性（重大改进序号））类代号（车床）,,,,,,,,,,,,,,,,2.机床型号,,Y3150E重大改进序号主参数（最大工件直径500mm）系代号（1）组滚齿机齿轮加工机床,,,,,,,,,,,,,,,,2.机床型号,,Z525主参数（最大钻孔直径25mm）组立式钻床钻床,,,,,,,,,,2.机床型号,,3.机床的主要技术参数,1.尺寸参数是指机床的主要结构尺寸。2.运动参数是指机床执行的运动速度，包括主运动的速度范围（主轴转速n,nmin,nmax、速度数列（q和进给运动的进给量f范围、进给量数列，以及空行程等。3.动力参数（1）主传动功率P主。P主P切P空P附（2）进给传动功率为（0.03-0.05）P主。,3.2工件表面成形方法与机床运动分析,1.机械零件常用的表面形状,图3.1构成机械零件外形轮廓的常用表面,2.工件表面的形成,工件表面可以看成是一条线沿着另一条线移动或旋转而形成的。并且我们把这两条线叫着母线和导线，统称发生线。,例、工件表面的形成,图3-2组成工件轮廓的几何表面,3.发生线的形成,1成型法利用成形刀具来形成发生线，对工件进行加工的方法。,图2-3形成发生线所需的运动,3.发生线的形成,2轨迹法靠刀尖的运动轨迹来形成所需要表面形状的方法。,图3-3形成发生线所需的运动,3.发生线的形成,3相切法由圆周刀具上的多个切削点来共同形成所需工件表面形状的方法。,图3-3形成发生线所需的运动,3.发生线的形成,4展成法利用工件和刀具作展成切削运动来形成工件表面的方法。,图-3形成发生线所需的运动,4.表面成型运动,例车削外圆柱面的成形运动,,4.表面成型运动,例,常见典型表面成形运动,3.3车床与车刀,下面以CA6140普通卧式车床为例，介绍车床的功能和运动。一、CA6140卧式车床的功能和运动1.功能,图3.6，7CA6140车床的功能,一、CA6140卧式车床的功能和运动,1.功能2.CA6140车床的运动1）车床的表面成型运动工件的旋转运动刀具的进给运动,一、CA6140卧式车床的功能和运动,1.功能2.CA6140车床的运动1）车床的表面成型运动2）车床的辅助运动,一、CA6140卧式车床的功能和运动,1.功能2.CA6140车床的运动3.CA6140车床的组成,恻盖,主轴箱,尾座,床身,卡盘,齿条,小刀架,拖板,方刀架,溜板箱,床鞍,接盘,左床腿,操作手柄,进给箱,光杆,丝杆,右床腿,操纵杆,操作手柄,一、CA6140卧式车床的功能和运动,1.功能2.CA6140车床的运动3.CA6140车床的组成4.CA6140车床的主要技术规格P65）,二、CA6140卧式车床的主运动链,什么是机床传动系统图机床传动系统图是表示机床运动传递关系的示意图。,二、CA6140卧式车床的主运动链,1.主运动传动链的传动路线1）高速传动链的传动路线2）低速传动链的传动路线2.主轴的转速级数和转速值1）主轴的转速级数2）主轴转速值,三、CA6140卧式车床的进给运动链,1.运动链的内部联系和外部联系1）机床的传动联系a.执行件b.动力源c.传动装置d.传动联系,三、CA6140卧式车床的进给运动链,1.运动链的内部联系和外部联系1）机床的传动联系2）机床传动链a.外联系传动链b.内联系传动链,三、CA6140卧式车床的进给运动链,1.运动链的内部联系和外部联系2.进给传动链1）车削螺纹的传动链车削米（公）制螺纹的传动链2）车削外圆表面和端面的传动路线,三、CA6140卧式车床的进给运动链,2.进给传动链2）车削外圆表面和端面的传动路线a.传动路线b.纵向进给量c.横向进给量,三、CA6140卧式车床的进给运动链,1.运动链的内部联系和外部联系2.进给传动链1）车削螺纹的传动链2）车削外圆表面和端面的传动路线3）刀架快速运动传动链,3.4孔加工机床与刀具,,一、孔的分类,按孔的形状分圆柱形孔一般孔和深孔（长径比5）圆锥孔螺纹孔成型孔方孔、六边形孔、花键孔,二、孔的技术要求,1.孔的尺寸精度,二、孔的技术要求,2.孔的形状精度,二、孔的技术要求,3.孔的位置精度,二、孔的技术要求,4.孔的表面质量,三、孔加工方法的选择（重点）,钻孔；扩孔；铰孔；镗孔；拉孔；磨孔；,1.钻IT13～IT11Ra252.钻→铰IT9Ra6.3～3.23.钻→粗铰→精铰IT8～IT7Ra3.2～1.64.钻→扩IT11Ra25～12.55.钻→扩→铰IT9～IT7Ra6.3～3.26.钻→扩→粗铰→精铰IT7Ra3.2～1.67.钻→扩→机铰→手铰IT7～IT6Ra0.8～0.28.钻→扩→拉IT9～IT7Ra3.2～0.2大批大量生产,9.粗镗（或扩孔）IT13～IT11Ra25～12.510.粗镗（粗扩）→半精镗（精扩）IT9～IT8Ra6.3～3.211.粗镗（粗扩）→半精镗（精扩）→精镗（铰）IT8～IT7Ra3.2～1.612.粗镗→半精镗→精镗→浮动镗刀精镗IT7～IT6Ra1.6～0.813.粗镗→半精镗→精镗→浮动镗刀精镗→挤压IT7～IT6Ra1.6～0.414.粗镗→半精镗→磨孔IT8～IT7Ra1.6～0.415.粗镗→半精镗→粗磨→精磨IT7～IT6Ra0.4～0.216.粗镗→半精镗→精镗→金刚镗IT7～IT6Ra0.8～0.1,17.钻→扩→粗铰→精铰→珩磨18.钻→扩→拉→珩磨IT7～IT6Ra0.4～0.0519.粗镗→半精镗→精镗→珩磨20.钻→扩→粗铰→精铰→研磨21.钻→扩→拉→研磨IT6以上Ra0.2～0.01222.粗镗→半精镗→精镗→研磨,一、钻床,,图3.29钻床加工方法,一、钻床,钻床的主要类型台式钻床立式钻床摇臂钻床各种专门化钻床,一、钻床,1.台式钻床,只能加工小孔（一般，孔径12mm）。,2.立式钻床,一、钻床,底座,工作台,主轴箱,立柱,手柄,3.摇臂钻床,一、钻床,底座,手柄,外立柱,内立柱,摇臂,主轴箱,二、镗床,,图3.32卧式镗床的工艺范围,二、镗床,镗床的主要类型卧式镗床立式镗床坐标镗床金刚镗床,二、镗床,1.卧式镗床,图3.33T68型卧式镗床,后立柱,工作台,镗轴,平旋盘,径向刀架,主轴箱,前立柱,尾架,床身,下滑座,上滑座,二、镗床,床身,立柱,横梁,工作台,立柱,顶梁,主轴箱,2.坐标镗床,图3.34立式双柱坐标镗床外观图,二、镗床,2.坐标镗床主要特点1）主要零部件的制造精度和装配精度都很高，而且还具有良好的刚性和抗振性；2）机床对使用环境温度和工作条件提出了严格要求；3）机床上配备有精密的坐标测量装置，能精确地确定主轴箱、工作台等移动部件的位置，一般定位精度可达2mm。,二、镗床,2.坐标镗床坐标镗床属高精度机床，主要用在尺寸精度和位置精度都要求很高的孔及孔系的加工中，如钻模、镗模和量具上的精密孔的加工。,3.金刚镗床,二、镗床,主轴头,床身,工作台,主轴,二、镗床,3.金刚镗床主要特点1切削速度高，背吃刀量较小,进给量也很小,在高速、小切深及小进给的加工过程中可获得很高的加工精度和很细的表面粗糙度。镗孔的尺寸精度可达IT6级，表面粗糙度可控制到Ra0.8mm～Ra0.2mm。2主轴端部设有消振器，且结构粗短，刚性高，故主轴运转平稳而精确。金刚镗床广泛地用于汽车、拖拉机制造中，常用于镗削发动机气缸、油泵壳体、连杆、活塞等零件上的精密孔。,3.4.3孔加工刀具,,一、钻孔,工件,钻模板,钻套,,,钻头,,一、钻孔,1.工艺特点1）钻孔是孔的粗加工方法；2）可加工直径0.05～125mm的孔；3）孔的尺寸精度在IT10以下；4）孔的表面粗糙度一般只能控制在Ra12.5μm。对于精度要求不高的孔，如螺栓的贯穿孔、油孔以及螺纹底孔，可直接采用钻孔。,一、钻孔,2.高速钢麻花钻的结构,一、钻孔,2.高速钢麻花钻的结构,钻头切削部分,,5个刀刃,6个刀面,,两条主切削刃,两条副切削刃,一条横刃,两个螺旋形前刀面,,两个经刃磨获得的后刀面,两个圆弧段的副后刀面,一、钻孔,3.钻削用量1）背吃刀量ap单位mm,一、钻孔,3.钻削用量2）钻削速度vc单位m/min,,一、钻孔,3.钻削用量3）钻削进给量与进给速度f单位mm/rfz单位mm/zVf单位mm/min,二、扩孔,1.工艺特点1）扩孔是孔的半精加工方法；2）一般加工精度为IT10～IT9；3）孔的表面粗糙度可控制在Ra6.3～3.2μm。,当钻削dw＞30mm直径的孔时，为了减小钻削力及扭矩，提高孔的质量，一般先用（0.5～0.7）dw大小的钻头钻出底孔，再用扩孔钻进行扩孔，则可较好地保证孔的精度和控制表面粗糙度，且生产率比直接用大钻头一次钻出时还要高。,,二、扩孔,2.扩孔钻的结构,图3.40扩孔钻,1齿数多（3、4齿）；,2）不存在横刃；,3）切削余量小，排屑容易。,三、铰孔1.铰刀的类型,图3.43铰刀的类型,直柄机用铰刀,锥柄机用铰刀,硬质合金锥柄机用铰刀,手用铰刀,可调节手用铰刀,套式机用铰刀,直柄莫氏圆锥铰刀,锥度铰刀,手用150,,三、铰孔2.铰削过程的实质,铰削过程不完全是一个切削过程，而是包括切削、刮削、挤压、熨平和摩擦等效应的一个综合作用过程。,三、铰孔,3.铰削用量1）铰削余量粗铰余量为0.10mm～0.35mm；精铰余量为0.04mm～0.06mm。2）切削速度和进给量铰削速度为1.5m/min～5m/min；铰削钢件时，进给量为0.3mm/r～2mm/r；铰削铸铁件时，进给量为0.5mm/r～3mm/r。,三、铰孔,4.工艺特点1）铰孔是孔的精加工方法；2）可加工精度为IT7、IT8、IT9的孔；3）孔的表面粗糙度可控制在Ra3.2～0.2μm；4）铰刀是定尺寸刀具；5）切削液在铰削过程中起着重要的作用。,三、铰孔,5.铰刀的结构,图3.42手铰刀结构,四、镗孔,1.工艺特点1）镗孔可不同孔径的孔进行粗、半精和精加工；2）加工精度可达为IT7～IT6；3）孔的表面粗糙度可控制在Ra6.3～0.8μm。4）能修正前工序造成的孔轴线的弯曲、偏斜等形状位置误差；,四、镗孔,2.镗刀结构,五、拉孔,1.拉削过程,五、拉孔,1.拉削过程,图3.47拉削圆孔,五、拉孔,1.拉削过程,图3.48拉削键槽,五、拉孔,1.拉削过程,齿升量,图常见的拉削截形（A～Ｇ为内拉拉削，Ｈ～Ｌ为外拉削）,,2.拉削工艺范围,五、拉孔,3.拉刀结构,图圆拉刀结构,五、拉孔,4.工艺特点1拉削生产率高。2拉削精度高，质量稳定。拉削精度一般可达IT9-IT7级，表面粗糙度一般可控制到Ra1.6mm～Ra0.8mm，拉削表面的形状、尺寸精度和表面质量主要依靠拉刀设计、制造及正确使用保证。3拉削成本低，经济效益高。4拉刀是定尺寸、高精度、高生产率专用刀具，制造成本很高，所以，拉削加工只适用于批量生产，最好是大批大量生产，一般不宜用于单件、小批生产。,六、内圆磨削,六、内圆磨削,1.工艺特点1）磨削是零件精加工的主要方法之一；2）对长径比小的，内孔磨削的经济精度可达IT5～IT6，表面粗糙度可控制到Ra0.8mm～Ra0.2mm；3）可加工较硬的金属材料和非金属材料，如淬火钢、硬质合金和陶瓷等。,六、内圆磨削,内圆磨削与外圆磨削相比，存在如下一些主要问题1内圆磨削的表面较外圆磨削的粗糙。2生产率较低。3磨削接触区面积较大，砂轮易堵塞，散热和切削液冲刷困难。因此内孔磨削一般仅适用于淬硬工件的精加工，在单件、小批生产中和在大批大量生产中都有应用。,七、高精度孔的珩磨,1.珩磨头及珩磨原理,图珩磨原理与珩磨头结构,3.5常用的平面加工方法,,一、平面加工的技术要求,1.平面的形状精度,一、平面加工的技术要求,1.平面的形状精度2.平面的位置精度,二、平面加工方法的选择（重点）,选择平面加工方法的依据1）表面粗糙度；2）表面的形状、位置精度3）工件材料的切削加工性能；4）工件的形状结构特点；5）工厂现有设备情况。,二、平面加工方法的选择（重点）,车平面；铣平面；刨平面；拉平面；磨平面；刮研平面；研磨平面。,一、刨削加工特点,1.机床和刀具结构简单，通用性好；,一、刨削加工特点,一、刨削加工特点,1.机床和刀具结构简单，通用性好；2.生产率低；3.刨削加工精度一般可达IT8～IT7，表面粗糙度可控制在Ra6.3～1.6。因刨削的切削速度、加工表面质量、几何精度和生产率，在一般条件下都不太高，所以在批量生产中常被铣削、拉削和磨削所取代。但在加工一些中小型零件上的槽时（如V形槽、T形槽、燕尾槽），刨削也有突出的优点。,二、刨床和插床,,床身,刀架,工作台,滑枕,床鞍（滑座）,工作台,二、刨床和插床,,分度装置,工作台,滑枕,溜板,床鞍,3.6铣削与铣刀,,一、铣床,1.常用铣刀的类型及用途1）加工平面的铣刀,图3.51圆柱铣刀加工,图3.51面铣刀加工,一、铣床,1.常用铣刀的类型及用途2）加工沟槽的铣刀,图3.51加工沟槽的铣刀,角度铣刀,键槽铣刀,立铣刀,三面刃铣刀,一、铣床,1.常用铣刀的类型及用途3）其他类型的铣刀,图3.51成形铣刀及锯片铣刀,二、常用铣床,1.卧式升降台铣床,床身,悬梁,主轴,刀杆支架,工作台,滑座,升降台,底座,二、常用铣床,2.立式升降台铣床,床身,底座,主轴,工作台,床鞍（滑座）,升降台,二、常用铣床,3.圆台铣床,床身,主轴箱,工作台,床鞍（滑座）,立柱,二、常用铣床,4.龙门铣床,主轴箱,工作台,床身,立柱,顶梁,横梁,立铣头,卧铣头,卧铣头,立柱,一、铣削过程及特点,2.铣削用量要素1）背吃刀量asp,一、铣削过程及特点,2.铣削用量要素1）背吃刀量asp,图5-8铣削用量要素,一、铣削过程及特点,2.铣削用量要素2）侧吃刀量ase,图5-8铣削用量要素,一、铣削过程及特点,2.铣削用量要素3）铣削速度VC（m/min）5-1式中，do铣刀直径，单位mm；no铣刀转速，单位r/min。,一、铣削过程及特点,2.铣削用量要素4）进给运动速度与进给量a.每齿进给量fZ,图5-8铣削用量要素,一、铣削过程及特点,2.铣削用量要素4）进给运动速度与进给量a.每齿进给量fZ（mm/z）b.每转进给量f（mm/r）c.进给运动速度（mm/min）,Vfnfn0zfz,一、铣削过程及特点,3.铣削方式1）周铣法（用圆柱铣刀加工平面）a.逆铣b.顺铣,图5-9逆铣与顺铣,一、铣削过程及特点,3.铣削方式2）端铣法（用面铣刀加工平面）a.对称铣削b.不对称逆铣c.不对称顺铣,图5-10面铣刀的铣削方式,,,,,,,,一、铣削过程及特点,4.铣削特点1）断续切削，冲击、振动大；2）多刀多刃切削；3）半封闭式切削；4）切削负荷呈周期变化。,3.7磨削,磨削是一种精加工方法。尺寸精度可达IT5～IT6。表面粗糙度能达到0.8～0.08.,一、砂轮特性及其选择,1.砂轮,,主要起切削作用,主要起粘接作用,主要起容屑和冷却作用,2.砂轮的特性,1）砂轮的磨料,2.砂轮的特性,2）砂轮硬度,2.砂轮的特性,3）磨料粒度,2.砂轮的特性,3）砂轮粒度,2.砂轮的特性,4）砂轮的结合剂,2.砂轮的特性,5）砂轮的组织,3.砂轮的型号、代号、标记和尺寸,形状尺寸磨料粒度号硬度组织号结合剂最高线速度,形状,外径厚度内径,白刚玉,粒度号,硬度,组织号,结合剂,最高线速度,二、磨削运动及磨削用量,常用的磨削方法外圆磨削平面磨削内圆磨削成型磨削无心外圆磨削,,二、磨削运动及磨削用量,,,,,1.磨削的主运动,,,m/s,2.工件的切向进给运动,,,VWm/s或m/min,,3.工件轴向进给运动,,,famm/r或mm/st,,,4.径向进给量,,,frmm,,,三、磨削过程,1.砂轮工作表面的形貌特征,,1）磨粒在砂轮工作表面上是随机分布的；2）每一颗磨粒的形状和大小都是不规则的。,三、磨削过程,1.砂轮工作表面的形貌特征,,三、磨削过程,2.磨屑的形成过程,2）多颗磨粒的切削过程,1）单颗磨粒的切削过程,滑擦刻划切削,3.磨削力和磨削功率,,1）磨削力的主要特征及磨削阶段,切向力Fc,径向力Fp,轴向力Fa,★,磨削的三个阶段,,光磨阶段,稳磨阶段,初磨阶段,3.磨削力和磨削功率,,2）磨削力和磨削功率的计算,磨削力Fp,磨削功率Pm,,,（N）,（KW）,,单位砂轮宽度的材料切除率,3.磨削力和磨削功率,,3）砂轮的钝化和修整,,,四、高效磨削方法简介,高速磨削,,四、高效磨削方法简介,2.强力磨削大切深缓进给磨削）,,fr2～20mmfa10～30mm/min,四、高效磨削方法简介,高速磨削强力磨削砂带磨削,,四、高效磨削方法简介,高速磨削强力磨削砂带磨削,,