12-机床、刀具与切削和磨削工艺 机械制造基础 教学课件

铣床和铣刀的功用和类型 铣床可加工各种平面、沟槽、齿槽、螺旋形 表面、成形表面等。铣床上用的刀具是铣 刀，以相切法形成加工表面，同时有多个刀 刃参加切削，因此生产率较高。
铣床的主要类型有：卧式升降台铣床、立式 升 降台铣床、床身式铣床、龙门铣床、工具 铣床和各种专门化铣床。
卧 式 铣 床（
X6125
分层式拉削
渐成式
分块拉削
拉刀长度短，生产率高，但拉刀结构复杂， 制造困难，拉削后的工件表面比较粗糙。
综合式拉削
综合了上述两种拉削方式的优点，拉刀短， 生产率高，加工表面也较光洁。
齿轮加工机床和齿轮加工刀具
齿轮的切削加工原理 成形法 展成法 齿轮的切削加工方法 滚齿、插齿 刨齿、铣齿、拉齿 研齿、剃齿、
插ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ原理和插齿机床
插齿机的优缺点
• 优点：能加工双联齿轮和内齿轮，采用附件 后可加工齿条。
其加工的齿形精度与光洁度较滚齿高。
插齿机的优缺点
• 缺点：不能加工蜗轮；加工斜齿轮时需采用 专用的斜齿插齿刀和螺旋导向导轨不及滚齿 机方便。
插床
插齿的基本原理
插床原理
滚齿原理、滚刀与滚齿机床
滚齿原理
齿轮滚刀
常用蜗杆的造型 基本蜗杆 渐开线蜗杆滚刀 阿基米德蜗杆
蜗轮滚刀
蜗轮滚刀是加工蜗轮最常用的刀具。蜗轮滚 刀加工蜗轮的过程是模拟蜗杆与蜗轮啮合的 过程。蜗轮滚刀相当于原蜗杆，只是在上面 做出切削刃，这些切削刃都在原蜗杆的螺旋 面上。这个蜗杆亦称为蜗轮滚刀的基本蜗 杆。与齿轮滚刀一样，蜗轮滚刀也应用基本 蜗杆的概念。
车刀的结构
车刀的结构
整体车刀
车刀的结构
焊接车刀
车刀的结构
机夹车刀
车刀的结构
可转位车刀
钻床和麻花钻
钻床的加工范围与分类 钻床与螳床是孔加工机床，主要用于加工外 形复杂、没有对称回转轴线的工件，如各种 杆件、支架件、板件和箱体等零件上的孔或 孔系。
钻床的主要类型有台式钻床、立式钻床、摇 臂钻床和各种专门化钻床。
滚齿机床
加工直齿和斜齿的圆柱齿轮；加工蜗轮、短 花键轴、棘轮、盘形凸轮等。当然各自应配 用相应的滚刀。
滚齿机床
滚切直齿轮的传动原理图 主运动 主电机－－滚刀主轴 范成运动 滚刀－－工作台 垂直进给运动 工作台－－滚刀架
滚齿机床
滚切斜齿轮的传动原理图
磨齿机床
用磨削方法对齿轮齿面进行精加工的精密机 床 用途：淬硬齿轮的精加工 齿轮精度：可达6级或更高 一般先由滚齿机或插齿机切出轮齿后再磨齿 模数较小的齿轮可直接磨齿 方法——成形法和范成法
机床、刀具与切削和磨削工艺
金属切削机床
机床的分类 按加工性质、所用刀具和机床的用途分：车床、钻 床、铣床、磨床、镗床、齿轮加工机床、螺纹加工 机床、刨插床、拉床、特种加工机床、锯床及其他 机床共12类。 按通用程度，分为通用机床（万能机床）、专门化 机床和专用机床。 按精度分：普通机床、精密机床和高精度机床。 按重量分：仪表机床、中型机床、大型机床、重型 机床和超重型机床。 按自动化程度分：手动、机动、半自动和自动机 床。 主要工作器官的数目分：单轴机床、多轴机床、单 刀机床和多刀机床。
圆周铣削——铣刀刀杆细长，刚性很差；铣 刀直径小；铣切宽度较窄（取决于铣刀宽 度）
端铣生产率高于周铣
周铣时通常只有1～2个刀齿同时在进行切削 工作，并且切屑厚度的变化也很大当刀齿切 入和切出时，切削力波动较大，并产生一定 的冲击；
端铣同时参加切削的刀齿常多于2个，切屑厚 度的变化也较小，所以切削过程比周铣平 稳；
砂轮的特性和砂轮选择
组织——反映了磨粒、结合剂、气孔三者之间的比 例关系。
磨粒在砂轮总体积中所占的比例越大，则砂轮的组 织越紧密，气孔越小；反之，磨粒的比例越小，则 组织越疏松，气孔越大。砂轮组织的级别可分为紧 密、中等、疏松三大类
在砂轮的端面上一般都印有标志，例如 A60SV6P300X30X 75，即代表该砂轮的磨料是A— —棕刚玉，60号粒度；硬度为S——硬1；——陶瓷 结合剂，6号组织；P——平型砂轮，外径为 300mm，厚度为30mm，内径为75mm。
金属结合剂：常见的是青铜结合剂，主要用 于制作金刚石砂轮。青铜结合剂金刚石砂轮 的特点是 型面的成形性好，强度高，有一 定韧性，但自砺性较差。主要用于粗磨、半 精磨硬质合金以及切断光学玻璃、陶瓷、半 导体等。
砂轮的特性和砂轮选择
硬度——磨粒在磨削力作用下从砂轮表面脱 落的难易程度 自砺性：磨钝的砂粒自动脱落 选择原则： 粗磨、磨硬材料→选软砂轮 , 精磨、磨软材 料→选硬砂轮 , 磨很软的材料→选软砂轮 磨难加工材料、热敏感工件→选软砂轮 成型磨→选硬砂轮 磨削有色金属选用较软的砂轮。
成形法
锥形砂轮型磨齿机 原理：利用齿条和齿轮啮 合 砂轮截面形状按照齿条的 齿廓修整 砂轮按切削速度旋转 + 沿 工件齿线方向作直线往复 运动 砂轮两侧锥面的母线就形 成了假想齿条的一个齿廓
展成法
用直径很大的修整成蜗杆形的砂轮磨削齿轮 原理和滚齿机相同 轴向进给运动一般由工件完成 加工过程连续，生产率最高；
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立 式 铣 床
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铣削方式及合理选用
指铣削时铣刀相对于工件的运动和位置关系 影响：刀具的耐用度、工件的加工表面粗糙 度、铣削过程的平稳性及切削加工的生产率 圆周铣削法(周铣法) ：逆铣和顺铣 端面铣削法(端铣法)：对称铣、不对称逆 铣、不对称顺铣
铣削方式
端铣——刀杆粗而短，刚性好，而且端铣刀 直径大，通常镶嵌硬质合金刀片，所以不但 容易实现高速铣削或强力铣削，而且每一行 程的铣削宽度可达数百毫米（取决于铣刀直 径）
车床和车刀
车床的种类和加工范围 车床类机床是既可用车刀对工件进行车削加 工，又可用钻头、扩孔钻、铰刀、丝锥、板 牙、滚花刀等对工件进行加工的一类机床。 可加工的表面有内外圆柱面、圆锥面、成形 回转面、端平面和各种内外螺纹面等。 车床的种类按用途和结构的不同，可分为卧 式车床、六角车床、立式车床、单轴自动车 床、多轴自动和半自动车床、仿形车床、专 门化车床等，卧式车床的应用最为广泛。
砂轮的特性和砂轮选择
树脂结合剂：其成分主要为酚醛树脂，但也 有采用环氧树脂的。树脂结合剂的强度高， 弹性好，多用于高速磨削、切断和开槽等工 序，也用于制作荒磨砂轮、砂瓦等。但是， 树脂结合剂的耐热性差。
砂轮的特性和砂轮选择
橡胶结合剂：多数采用人造橡胶，比树脂结 合剂更富有弹性，可使砂轮具有良好的抛光 作用。多用于制作无心磨床的导轮和切断、 开槽及抛光砂轮，但不宜于用作粗加工砂 轮。
内圆磨床
平面磨床 工具磨床
专门化磨床 砂带磨床 其它磨床
平面磨床
外圆磨床
磨床的运动
内圆磨床
无心磨床
砂带磨床
六坐标数控刀具磨床
坐标磨床
数控轧辊磨床
砂轮的特性和砂轮选择
砂轮是由磨料加结合剂用制造陶瓷的方法制 成的。
砂轮的特性和砂轮选择
磨料——起磨削作用 要求：硬度高、耐磨、耐热、韧性好且有锋 利的形状 氧化物系磨料：刚玉，氧化铝。主要磨削碳 钢、合金钢 碳化物系磨料：碳化硅。主要磨削铝、黄 铜、不锈钢等材料 高硬磨料：人造金刚石。用于磨削硬脆材 料。
深孔钻是专门用于钻削深孔的钻头。为解决 深孔加工中的断屑、排屑、冷却润滑和导向 等问题，人们先后开发了外排屑深孔钻、内 排屑深孔钻、喷吸钻和套料钻等多种深孔钻
扩孔钻常用作铰或磨前的预加工以及毛坯孔 的扩大，扩孔效率和精度均比麻花钻高。
铰刀是精加工刀具，加工精度可达IT6～ IT7。
铣床和铣刀
逆铣
切削层由0增大到最大值 切削开始刀刃不切入工件，而是挤压滑 行，刀刃磨损，工件表面质量下降
切削力上抬工件，增加了工件振动可能
逆铣时，螺母中间隙处于有利位置，不 至使工件窜动，不易损坏刀具
顺铣
顺铣时切削点的切削速度方向在进给方向 上的分量与进给速度方向一致。
顺铣是为获得良好的表面质量而经常采用 的加工方法。它具有较小的后刀面磨损、 机床运行平稳等优点，适用于在较好的切 削条件下加工高合金钢。
立式钻床
摇臂钻床
数控深孔钻床
麻花钻
麻花钻的结构与几何参数
麻花钻
标准麻花钻存在切削刃长、前角变化大、螺 旋槽排屑不畅、横刃部分切削条件很差等结 构问题，生产中为了提高钻孔的精度和效 率，常将标准麻花钻按特定方式刃磨成 “群 钻” 使用。
中心钻用于加工轴类工件的中心孔。钻 孔时，先打中心孔，也有利于钻头的导向， 可防止孔的偏斜。
组合机床
数控机床和加工中心
数控机床
数控加工的基本概念 数控即为数字控制(Numerical Control)，是用数字化 信号对机床的运动及其加工过程进行控制的一种方 法，简称数控（NC）。随着计算机技术的发展，现 代的数控系统大多是计算机数控系统CNC(Computer Numerical Control)。 数控机床：就是采用了数控技术的机床，或者说是 装备了数控系统的机床。
CA6140型卧式车床
传动链
通过一系列的传动件把执行件和动力源，或 者把执行件和执行件连接起来，以构成传动 联系，称为传动链。 前者为外联系传动链 后者为内联系传动链 传动原理图
传动系统图
主运动传动链
传动系统的转速图
车刀的结构
a)直头外圆车刀 b)弯头外圆车刀 c)弯头外圆车刀 d)端面车刀 e)内孔车刀 f)切断刀 g)宽刃光刀
锥齿轮的加工方法
基本原理——一对锥齿轮的啮合传动原理 一个锥齿轮转化为刀具，另一个转化为工件 强制它们按一对锥齿轮啮合运动关系作相对 运动， 范成切出渐开线齿廓 转化为刀具的锥齿轮为平面齿轮。
磨削和磨床
磨削：用砂轮、砂带、油石或磨料等对 工件表面的切削加工。 磨床：用砂轮、砂带作磨具进行切削加 工的机床。 用油石或磨料作磨具进行切削加工的机 床，研磨机床或超精磨削机床。
双碟形砂轮型磨齿
用两个碟形砂轮的端平面来形成假想齿条的一轮齿 两侧齿面，同时磨削齿槽的左右齿面。 磨削过程中的成形运动和分度运动，与锥形砂轮型 磨齿机基本相同， 但轴向进给运动通 常是由工件来完成。
特点
由于砂轮的工作棱边很窄，且为垂直于砂轮轴线的 平面，易于获得高的修整精度； 磨削接触面积小，磨削力和磨削热很小； 自动修整与补偿装置，使砂轮能始终保持锐利和良 好的工作精度，因而磨齿精度较高，是各类磨齿机 中磨齿精度最高的一种。 缺点：砂轮刚性较差，磨削用量受到限制，生产率 较低。
拉床及拉削方法
拉刀的主要几何参数
拉刀结构
圆孔拉刀的结构
1－头部；2－颈部；3－过渡圆锥；4－前导部 5－切削部；6－校准部；7－后导部；8－尾部
拉削表面
a)圆孔 b)三角形孔 c)方孔 d)键槽 e)花键孔 f)内齿轮 g)平面 h)榫槽 I)燕尾槽
分层式拉削
可获得较高的表面质量，但拉刀长度较长， 生产率较低。 成形式
磨削的特点
可获得较高的加工精度及很细的粗糙度； 能磨削硬度很高的淬硬钢、硬质合金或硬度 很高的金属和非金属材料； 磨削速度高，砂轮与工件的接触面积大，故 磨削温度很高； 加工余量小，常作为精加工工序； 砂轮属于非均质切削工具，安装前要经过仔 细的静平衡；
磨削过程中，要经常修整砂轮。
磨床类型
外圆磨床
砂轮的特性和砂轮选择
粒度——磨料颗粒的大小 粒度号：磨粒刚好能通过的筛网的号数（孔/ 吋） ∴ 粒度号↑→颗粒↓ 微粉（W）：磨粒的实际尺寸（<40μm时 用）, n↓→颗粒↓ 粗磨用较粗的磨粒，精磨用较细的磨粒。
工件材料软、塑性大和磨削面积大时，采用 较粗的磨粒。
砂轮的特性和砂轮选择
结合剂：其作用是将磨粒粘合在一起 陶瓷结合剂：由粘土、长石、滑石、硼玻璃 和硅石等陶瓷材料配制而成，特点是化学性 质稳定，耐水、 耐酸、耐热和成本低，但 较脆。除切断砂轮外，砂轮采用陶瓷结合剂 的较多。它所制成的 砂轮线速度一般为35m ／s。
铣刀
带 孔 铣 刀
铣刀
带柄铣刀
Mini-cutters Coated tools
拉床和拉刀
一种高生产率、高精度的多齿刀具
拉刀的类型：内拉刀和外拉刀、拉刀和推刀、整体
式和组合式
拉刀的结构
拉削方式：指拉削过程中，加工余量在各刀齿上的 分配方式。
影响：拉刀的结构形式，拉削力的大小，拉刀的耐用 度，拉削表面质量及生产效率 分层式拉削：精度高，刀具长 分块式拉削：效率高、刀具短、精度低 综合式拉削：优势互补