機械制造工程學主講教師葉仲新機械工程系機械制造教研室第1章

機械加工方法概述1.1零件加工表面的形成方法1.2機械加工方法1.1零件的成形方法

第1章

機械加工方法概述零件表面是由若干個表面元素組成的。這些形狀都要通過各種成形方法來完成。零件表面在由原材料或毛坯制造方法來實現(xiàn)的過程中，按照質量m減小或增大的變化狀態(tài)，可將獲得方式分為：△m＝0，△m＜0，△m＞0三種類型，不同類型將采用不同的工藝方法?！鱩＝0，毛坯制造方法。鑄造、鍛造及模具成形（注塑、沖壓等）工藝中，在成形前后，材料主要是發(fā)生形狀變化，而質量基本不變?！鱩＜0，切削加工方法。包括磨料磨削、特種加工等，在制造過程中通過材料逐漸被切除而獲得需要的幾何形狀。△m＞0，快速成型制造方法。在成形中通過材料累加獲得所需形狀，這種制造方法又稱為材料累加法第1章

機械加工方法概述1.△m=0的制造過程△m=0的制造過程是指利用材料塑性變形的工藝來獲得零件形狀的方法，屬無屑加工方法。包括鑄造、鍛造、沖壓等毛坯制造方法。鍛壓設備包括鍛造機、沖壓機、擠壓機和軋制機四大類。模具是用來將材料填充在其型腔中，以獲得所需形狀和尺寸制件的工具。按填充方法和填充材料的不同，模具可分為：鍛壓具模、沖裁具模、拉伸具模、壓鑄模具、冷沖模具、注射模具、吹塑模具、粉末冶金模具等。第1章

機械加工方法概述2.△m＜0的制造過程

△m＜0制造過程是指從表面去除材料來獲得零件形狀的方法。包括切削加工和特種加工。切削加工是指零件在切削機床上，通過機床的傳動系統(tǒng)，使零件與刀具按一定規(guī)律作相對運動，從而獲得所需要的表面幾何形狀的方法。包括車、銑、鉆、鏜、刨、拉、磨等加工方法。在切削過程中，有力、熱、變形、振動、磨損等現(xiàn)象發(fā)生，這些運動的綜合決定了零件最終獲得的幾何形狀及表面質量。特種加工是指利用電或化學等方法以完成零件材料的去除，從而獲得所需要的表面幾何形狀。這些方法主要適合于加工超硬度、易碎等常規(guī)加工方法難加工的場合。也稱為高能束流加工，包括激光束、電子束、離子束、高壓水射流等加工方法。特種加工機床近年來發(fā)展很快，按其加工原理可分成：電加工、超聲波加工、激光加工、電子束加工、離子束加工、水射流等加工機床。第1章

機械加工方法概述3.△m＞0的制造過程△m＞0的制造過程是指通過材料逐漸堆積形成三維實體工藝方法。成形后與成形前相比△m＞0，零件是逐漸生長出來的，稱為快速成型制造（RPM）方法。RPM方法是綜合利用CAD技術、數(shù)控技術、材料科學、機械工程、電子技術及激光技術的技術集成，以實現(xiàn)從設計到三維實體造型的制造一體化系統(tǒng)技術。RPM方法是通過采用粘結、熔結、聚合作用或化學反應等手段，逐層可選擇地固化樹脂、切割薄片、燒結粉末、材料熔覆或材料噴灑等方式來實現(xiàn)的。第1章

機械加工方法概述1.2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。根據機床運動的不同和刀具的不同，可分為不同的加工方法。刀具切削加工的方式有：車削加工；銑削加工；鉆削加工；鏜削加工；刨削加工；拉削加工；齒輪加工；螺紋加工等。磨料切削加工的方式有：磨削加工；珩磨加工；研磨加工；超精加工等。第1章

機械加工方法概述1.車削加工車削方法的是工件旋轉，形成主切削運動，車削時通過刀具相對工件實現(xiàn)不同的進給運動，可以獲得不同的工件形狀，加工后形成的工件表面主要是回轉表面，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。特點有：工藝范圍廣、加工精度范圍大、生產率高、可實現(xiàn)超精密加工、生產成本較低。第1章

機械加工方法概述第1章

機械加工方法概述2.銑削加工銑削的主切削運動是刀具的旋轉運動，工件本身不動，由機床的工作臺完成進給運動。銑削刀具較復雜，一般為多刃刀具。銑削可加工平面、溝槽以及螺旋面、齒面、成形表面。在專用銑床上還可加工外圓。不同的銑削方法，銑刀完成切削的方式不同，臥銑時，平面的形成是由銑刀的外圓面上的切削刃形成的；立銑時，平面是由銑刀的端面刃形成的。銑削可獲得較高的切削速度，因此生產率較高。第1章機械加工方方法概述2.銑削加工第1章機械加工方方法概述由于銑刀刀刀齒的切入入、切出，，形成沖擊擊，切削過過程容易產產生振動，，因而限制制了表面質質量的提高高。這種沖沖擊，也加加劇了刀具具的磨損和和破損，往往往導致硬硬質合金刀刀片的碎裂裂。銑削時時，銑刀在在切離工件件的一段時時間內，可可以得到一一定冷卻，，因此散熱熱條件較好好。由于銑削加加工屬多刃刃斷續(xù)切削削，沖擊振振動較大。。多用于粗粗加工或半半精加工。。加工精度度為IT10~IT7；表面粗糙糙度為Ra6.3~1.6μm。普通銑削一一般能加工工平面或槽槽面等，用用成形銑刀刀也可以加加工出特定定的曲面，，如銑削齒齒輪等。數(shù)數(shù)控銑床可可通過數(shù)控控系統(tǒng)控制制幾個軸按按一定關系系聯(lián)動，銑銑出復雜曲曲面來，這這時刀具一一般采用球球頭銑刀。。數(shù)控銑床床在加工模模具的模芯芯和型腔，，葉輪機械械的葉片等等形狀復雜雜的工件時時，應用非非常廣泛的的，因而得得到了很快快的發(fā)展。。2.銑削加工第1章機械加工方方法概述按照銑削削時主運運動速度度方向與與工件進進給方向向的相同同或相反反，又分分為順銑銑和逆銑銑。順銑時，，銑削力力的水平平分力與與工件的的進給方方向相同同，而工工作臺進進給絲杠杠與固定定螺母之之間一般般又有間間隙存在在，因此此切削力力容易引引起工件件和工作作臺一起起向前竄竄動，使使進給量量突然增增大，容容易引起起打刀。。逆銑則則可以避避免這一一現(xiàn)象，，因此，，生產中中多采用用逆銑。。2.銑削加工工第1章機械加工工方法概概述a）逆銑

b）順銑第1章機械加工工方法概概述在銑削鑄鑄件或鍛鍛件等表表面較硬硬的工件件時，順順銑時銑銑刀齒首首先接觸觸工件的的硬皮，，加劇了了銑刀的的磨損；；逆銑則則無這一一缺點。。但逆銑銑時，切切削厚度度從零開開始逐漸漸增大，，因而切切削刃開開始經歷歷了一段段在切削削硬化的的已加工工表面上上擠壓滑滑行的階階段，也也會加速速刀具的的磨損。。同時，，逆銑時時，銑削削力具有有將工件件上抬的的趨勢，，也易引引起振動動，這是是逆銑的的不利之之處。2.銑削加工工第1章機械加工工方法概概述端銑時的的順銑與與逆銑a)對稱端銑銑b）不對稱稱逆銑c）不對稱稱順銑第1章機械加工工方法概概述3.刨、插、、拉削加加工刨削時的的主運動動和進給給運動均均為直線線運動。。刨床床主要用用于加工工各種平平面和溝溝槽。因因此，刨刨削速度度不可能能太高，，故生產產率較低低。刨削削比銑削削平穩(wěn)，，其加工工精度一一般可達達IT8～IT7，表面粗粗糙度為為Ra6.3～1.6μμm。1）刨削加加工第1章機械加工工方法概概述1）刨削加加工第1章機械加工工方法概概述刨床可分分為牛頭頭刨床和和龍門刨刨床。牛牛頭刨床床的主運運動為滑滑枕帶動動刀具作作直線往往復運動動，進給給運動為為工作臺臺帶動工工件作間間歇橫向向運動。。一般只只用于單單件生產產，加工工中小型型工件。。龍門刨床床的主運運動為工工作臺帶帶動工件件作縱向向往復運運動，進進給運動動為刀架架在龍門門架上作作橫向間間歇運動動。主要要用來加加工大型型工件，，加工精精度和生生產率都都高于牛牛頭刨床床。1）刨削加加工第1章機械加工工方法概概述1）刨削加加工第1章機械加工工方法概概述插削主要要用于加加工工件件的內表表面，如如鍵槽、、內孔等等，相當當于立式式刨削。。2）插削加加工第1章機械加工工方法概概述拉削可使使加工表表面一次次切削成成形。機機床運動動簡單，，切削速速度低，，效率高高，刀具具成本高高，適用用于大批批量生產產。拉床床可分為為臥式和和立式，，內拉和和外拉等等。3）拉削加加工第1章機械加工工方法概概述3）拉削加加工第1章機械加工工方法概概述4.鉆削與鏜鏜削加工工在鉆床上上，用旋旋轉的鉆鉆頭鉆削削孔是孔孔加工最最常用的的方法，，鉆頭的的旋轉運運動為主主切削運運動。鉆鉆削的加加工精度度較低，，一般只只能達到到IT10，表面粗糙糙度一般為為Ra12.5～6.3μm。在單件、、小批生產產中，中小小型工件上上較大的孔孔（D＜50mm）常用立式式鉆床加工工；大中型型工件上的的孔，用搖搖臂鉆床加加工。精度度高、表面面質量要求求高的小孔孔，在鉆削削后常常采采用擴孔和和鉸孔來進進行半精加加工和精加加工。第1章機械加工方方法概述1）鉆削加工工第1章機械加工方方法概述擴孔采用擴擴孔鉆頭，，鉸孔采用用鉸刀進行行加工。鉸鉸削加工精精度一般為為IT9～IT6，表面粗糙糙度為Ra1.6～0.4μm。擴孔、鉸鉸孔時，擴擴孔鉆和鉸鉸刀均在原原底孔的基基礎上進行行加工，因因此無法提提高孔軸線線的位置精精度以及直直線度。鏜孔可在鏜鏜床上或車車床上進行行。在鏜床床上鏜孔時時，鏜刀與與車刀基本本相同，不不同之處是是鏜刀隨鏜鏜桿一起轉轉動，形成成主切削運運動，而工工件不動。。鏜孔加工工精度一般般為IT9～IT7，表面粗糙糙度為Ra6.3～0.8μm。數(shù)控鉆床、、數(shù)控鏜床床主要是實實現(xiàn)孔軸線線的位置控控制，因此此只要控制制刀具移到到孔中心的的坐標上即即可即實現(xiàn)現(xiàn)點位控制制。2）鏜削加工工第1章機械加工方方法概述2）鏜削加工工第1章機械加工方方法概述5.齒輪齒形（（面）加工工齒輪齒形的加工，按其其形成齒形形的工作原原理可分為為成形法和和展成法。。用成形法加加工齒輪齒形時，刀刃的的形狀應與與被加工齒齒輪的齒槽槽的橫截面面形狀相同同。這類刀刀具有盤狀狀和指狀銑銑刀、刨刀刀、拉刀。。用展成法加工齒輪齒形時，要求刀刀具與工件件之間模擬擬一對齒輪輪的嚙合，，用刀齒的的運動軌跡跡包絡出工工件的齒形形。這類刀刀具有滾刀刀、插齒刀刀、剃齒刀刀等。第1章機械加工方方法概述1）齒形（面面）成形法法加工第1章機械加工方方法概述1）齒形（面面）展成法法加工第1章機械加工方方法概述2）齒形（面面）展成法法加工滾齒加工就就是在滾齒齒機上用齒齒輪滾刀加加工齒面。。其過程相相當于一對對螺旋齒輪輪嚙合的過過程。第1章機械加工方方法概述2）齒形（面面）展成法法加工a）交錯軸斜齒輪副

b）滾齒運動第1章機械加工方方法概述滾齒機第1章機械加工方方法概述滾齒刀第1章機械加工方方法概述插齒加工就是在在插齒機床用插齒刀加工齒面。加工原理為為一對圓柱柱齒輪的嚙嚙合按展成成法加工圓圓柱齒輪。。2）齒形（面面）展成法法加工第1章機械加工方方法概述2）齒形（面面）展成法法加工第1章機械加工方方法概述插齒刀第1章機械加工方方法概述6.復雜曲面加加工三維曲面的的切削加工工，主要采采用仿形銑銑和數(shù)控銑銑的方法或或特種加工工方法。仿仿形銑必須須有型體作作為靠模，，加工中球球頭仿形頭頭始終以一一定壓力接接觸原型曲曲面，仿形形頭的運動動變換為電電感量，信信號經過放放大控制銑銑床三個軸軸的運動，，形成刀頭頭沿曲面運運動的軌跡跡。銑刀多多采用與仿仿形頭等半半徑的球頭頭銑刀。第1章機械加工方方法概述數(shù)控技術的的出現(xiàn)為曲曲面加工提提供了更有有效的方法法。在數(shù)控控銑床或加加工中心上上加工時，，曲面是通通過球頭銑銑刀逐點按按曲面坐標標值加工而而成。在編編制數(shù)控程程序時，要要考慮刀具具半徑補償償，因為數(shù)數(shù)控系統(tǒng)控控制的是球球頭銑刀球球心位置軌軌跡，而成成形面是球球頭銑刀切切削刃運動動的包絡面面。6.復雜曲面面加工第1章機械加工工方法概概述磨削加工工是一種種歷史悠悠久的加加工方法法，又是是一種具具有發(fā)展展前景的的加工方方法。這這種加工工方法既既能作為為精加工工、超精精加工，，也能作作為粗加加工。既既能加工工普通材材，也能能加工超超硬材料料。磨削可可分為為外圓圓磨、、內孔孔磨、、平磨磨等。。分別別用于于外圓圓柱面面、圓錐面面、平平面、螺旋旋面、、齒面面等各各種成成形表表面的加工工。磨削加加工的的主運運動是是砂輪輪的旋旋轉運運動。。磨削削加工工所用用的刀刀具以以砂輪輪和砂砂帶為為主。。與前前述的的刀具具切削削有著著不同同的加加工機機理。。7.磨削加加工第1章機械加加工方方法概概述7.磨削加加工第1章機械加加工方方法概概述7.磨削加加工第1章機械加加工方方法概概述7.磨削加加工第1章機械加加工方方法概概述7.磨削加加工第1章機械加加工方方法概概述7.磨削加加工第1章機械加加工方方法概概述砂輪可可看成成是一一把具具有無無數(shù)微微小刀刀刃所所構成成的銑銑刀。。其磨磨削過過程實實際上上是磨磨粒對對工件件表面面的切切削、、刻削削和滑滑擦三三種作作用的的綜合合效應應。磨磨削中中，磨磨粒本本身也也會由由尖銳銳逐漸漸磨鈍鈍，使使切削削能力力變差差，切切削力力變大大。當當切削削力超超過粘粘結劑劑強度度時，，磨鈍鈍的磨磨粒會會脫落落，露露出一一層新新的磨磨粒，，這就就是砂砂輪的的“自自銳性性”。。但切切屑和和碎磨磨粒仍仍會阻阻塞砂砂輪，，因而而，磨磨削一一定時時間后后，需需用金金剛石石車刀刀等對對砂輪輪進行行修整整。7.磨削加加工第1章機械加加工方方法概概述7.磨削加加工砂輪的構造砂輪結合劑磨粒磨屑氣孔工件第1章機械加加工方方法概概述7.磨削加加工第1章機械加加工方方法概概述7.磨削加加工第1章機械加加工方方法概概述磨削時時，由由于切切削刃刃很多多，所所以加加工時時平穩(wěn)穩(wěn)、精精度高高，表表面粗粗糙度度小。。磨床床是精精加工工機床床，磨磨削精精度可可達IT6～IT4，表面面粗糙糙度可可達Ra1.25～0.01μμm，甚至至可達達Ra0.1～0.008μm。磨削削的另另一特特點是是可以以對淬淬硬的的工件件進行行加工工，因因此，，磨削削往往往作為為最終終加工工工序序。但但磨削削時，，產生生熱量量大，，需要要有充充分的的切削削液進進行冷冷卻，，否則則會產產生磨磨削燒燒傷，，降低低表面面質量量。強強力磨磨削技技術，，可以以在單單位時時間內內達到到很大大的切切除量量，因因而可可以一一次完完成粗粗精加加工。。7.磨削加加工第1章機械加加工方方法概概述8.特種加加工隨著科科學技技術的的不斷斷發(fā)展展，許許多具具有高高硬度度、高高強度度、高高脆性性或高高熔點點的難難加工工新型型材料料（如如硬質質合金金、鈦鈦合金金、淬淬火工工具鋼鋼、陶陶瓷、、玻璃璃等）），以以及具具有較較低剛剛度或或復雜雜曲面面形狀狀的特特殊零零件（（如薄薄壁件件、彈彈性元元件、、具有有復雜雜曲面面形狀狀的模模具、、葉輪輪機械械的葉葉片、、噴埋埋頭等等）的的出現(xiàn)現(xiàn)，采采用傳傳統(tǒng)切切削加加工方方法以以無法法完成成其加加工任任務。。特種種加工工方法法正是是在為為完成成這些些加工工任務務而產產生和和發(fā)展展起來來的。。第1章機械加加工方方法概概述特種加加工方方法不不同于于傳統(tǒng)統(tǒng)切削削加工工方法法，它它是利利用化化學、、物理理（電電、聲聲、光光、熱熱、磁磁）或或電化化學方方法對對工件件材料料進行行去除除的一一系列列加廠廠方法法的總總稱。。這些些加工工方法法包括括：化學加加工、、電化化學加加工、、電化化學機機械加加工、、電火火花加加工、、電接接觸加加工、、超聲聲波加加工、、激光光束加加工、、離子子束加加工、、電子子束加加工、、等離離子體體加工工、電電液加加工、、磨料料流加加工、、磨料料噴射射加工工、液液體噴噴射加加工等等各類類復合合加工工。8.特種加加工第1章機械加加工方方法概概述1）電火火花加加工電火花花加工工是利利用工工具電電極和和工件件電極極間瞬瞬時火火花放放電所所產生生的高高溫，，熔蝕蝕工件件材料料來形形成所所需的的工件件表面面。電火花花加工工機床床一般般由脈脈沖電電源、、自動動進給給機構構、機機床本本體及及工作作液及及其循循環(huán)過過濾系系統(tǒng)等等部分分組成成。工工件固固定在在機床床工作作臺上上。脈脈沖電電源提提供加加工所所需的的能量量，其其兩極極分別別接在在工具具電極極與工工件上上。第1章機械加加工方方法概概述當工具具電極極與工工件在在進給給機構構的驅驅動下下在工工作液液中相相互靠靠近時時，極極間電電壓擊擊穿間間隙而而產生生火花花放電電，釋釋放大大量的的熱，，工件件表層層吸收收熱量量后達達到很很高的的溫度度(10000℃℃以上)，其局局部材材料因因熔化化甚至至氣化化而被被蝕除除下來來，形形成一一個微微小的的凹坑坑。工工作液液循環(huán)環(huán)過濾濾系統(tǒng)統(tǒng)強迫迫清潔潔的工工作液液以一一定的的壓力力通過過工具具電極極與工工件之之間的的間隙隙及時時排除除電蝕蝕產物物，并并將電電蝕產產物從從工作作液中中過濾濾出去去。1）電火火花加加工第1章機械加加工方方法概概述多次放放電的的結果果，工工件表表面產產生大大量凹凹坑。。工具具電極極在進進給機機構的的驅動動下不不斷下下降，，其輪輪廓形形狀便便被““復印印”到到工件件上（（工具具電極極材料料盡管管也會會被蝕蝕除，，但其其速度度遠小小于工工件材材料））。電火花花加工工機床床根據據加工工方式式分成成兩種種類型型：一種是是用特特殊形形狀的的電極極工具具加工工相應應工件件的電電火花花成形形加工工機床床。1）電火火花加加工第1章機械加加工方方法概概述另一種種是用用線（（一般般為鉬鉬絲、、鎢絲絲或銅銅絲））電極極加工工二維維輪廓廓形狀狀工件件的電電火花花線切切割機機床。。電火花花加工工的應應用范范圍很很廣，，適用用于加加工各各種硬硬、脆脆、韌韌、軟軟和高高熔點點的導導電材材料，，可以以加工工各種種形孔孔、曲曲線孔孔和微微小孔孔。也也可以以加工工各種種立體體曲面面型腔腔，如如鍛模模、壓壓鑄模模、塑塑料模模的模模膛；；既可可以用用來進進行切切斷、、切割割，也也可以以用來來進行行表面面強化化、刻刻寫、、打印印銘牌牌和標標記等等。1）電火火花加加工第1章機械加加工方方法概概述2）電解解加工工電解加加工是是利用用金屬屬在電電解液液中產產生陽陽極溶溶解的的電化化學原原理對對工件件進行行成形形加工工的一一種方方法。。電解解加工工的原原理為為：工工件接接直流流電源源正極極，工工具接接負極極，兩兩極之之間保保持0.1～0.8mm間隙，，將具具有0.5～2.5Mpa壓力的的電解解液從從兩極極間的的間隙隙中，，以15～60min/s的速度度流過過。當當陰極極工具具向陽陽極工工件不不斷進進給時時，在在面對對陰極極的工工件表表面上上，金金屬材材料按按陰極極形面面的形形狀不不斷溶溶解，，電解解產物物被高高速電電解液液帶走走，于于是工工具形形面的的形狀狀就相相應地地“復復印””在工工件上上。第1章機械械加加工工方方法法概概述述1）工工作作電電壓壓小?。ǎ?4V），工作電電流大（20000A）2）能以運動動一次加工工出形狀復復雜的形面面或型腔3）可加工難難加工材料料4）生產率較較高，約為為電火花加加工的1～10倍5）加工中無無機械切削削力或切削削熱6）平均加工工公差可達達±0.1mm左右7）附屑設備備多，占地地面積大，，造價高8）電解液既既腐蝕機床床，又容易易污染環(huán)境境電解加工具具有以下特特點第1章機械加工方方法概述3）激光加工工激光是一種種能量密度度高、方向向性好（發(fā)發(fā)散角?。?、單色性性好（波長長和頻率單單一）、相相干性好的的光。通過過光學系統(tǒng)統(tǒng)可使激光光聚焦成一一個直徑幾幾微米至幾幾十微米極極小的光斑斑，以獲得得極大的能能量密度（（100～1000W／cm2）和極高的的溫度（10000°C）。在此高高溫下，被被加工材料料將瞬時急急劇熔化和和蒸發(fā)，并并產生強烈烈的沖擊波波，使熔化化的物質爆爆炸式地噴噴射去除。。第1章機械加工方方法概述激光加加工具具有的的特點點：1）不需需要工工具，，不存存在斷斷屑、、排屑屑的麻麻煩；；2）對任任何難難加工工的金金屬和和非金金屬材材料（（如高高熔點點材料料、耐耐熱合合金及及陶瓷瓷、寶寶石、、金剛剛石等等硬脆脆材料料）都都可以以加工工；3）非接接觸加加工，，工件件無受受力變變形；；3）激光光加工工第1章機械加加工方方法概概述4）打孔孔切割割的速速度很很高，，加工工部位位周圍圍的材材料幾幾乎不不受切切削熱熱的影影響，，工件件熱變變形很很小。。5）切割割的切切縫窄窄，切切割邊邊緣質質量好好。激光加加工用用于金金剛石石拉絲絲模、、鐘表表寶石石軸承承、發(fā)發(fā)散式式氣冷冷沖片片的多多孔蒙蒙皮、、發(fā)動動機噴噴油嘴嘴、航航空發(fā)發(fā)動機機葉片片等的的加工工，以以及多多種金金屬材材料和和非金金屬材材料的的切割割、焊焊接、、熱處