机械制造中的加工方法及设备

第三章机械制造中的加工方法及设备

本章以孔表面和圆柱齿轮轮齿面加工为主线，介绍机械制造中的加工方法及装备，与之有关的若干共性的概念和知识正集中在第一章第一节概况中介绍。

3—3 孔加工 五．拉孔

Fig3—44是卧式拉床上拉削圆孔的加工示意图。

1-压力表 2-液压缸 3-活塞拉杆 4-随动支架 5-夹头 6-床身 7-拉刀 8-靠板 9-工件 10-滑动托架 11-球面支撑垫圈

1.拉削与拉刀

拉孔：一种与生产率的精工方法，用特制的拉刀在拉床上进行的。 拉床分为： 卧式（最为常见） 立式。

1)Fig3—45拉刀的切的齿尺寸增大切削金属的过程。

图中：

①Af—齿升量：相邻两刀齿半径上的高度差。 Af 根据： 被加工材料。

拉刀类型（花键、圆孔、柱、锥刀 选取（查表） 拉刀和工件刚性等因素。 普通拉刀拉削钢件圆孔时。

粗切齿：Af粗=0.015～0.03mm/齿（Z） 精切齿：Af精=0.005～0.015mm/齿

②容屑槽：刀齿切下的切屑落在两刀齿间的空间、此空间称容屑槽。 ③ 为保证拉刀工作平稳。

工作表面不产生环状波纹。 ====》拉刀同时工作的齿效不少3个。Z≥3

④避免拉削力过大，拉刀断裂。 ====》拉刀同时工作的齿效不超过6-8个。 Z6-8 2.拉削方式（三种）： 分层式拉削。 分块式拉削。 综合式拉削。

1)分层式拉削（Fig-4-6 下）

分层式拉削方式

特点：①拉刀将工件加工余量一层一层顺序地切除。

②为了便于断屑，刀齿上磨屑相互交叉的分屑槽。 ③按分层式拉削方式设计的拉刀，称普通拉刀

2)分块式拉削（Fig3-47）

①特点：加工表面的每一层金属是由一组尺寸基本相同，但刀齿切削位置相互交错的刀齿切

除（正常每组工件3个刀齿组成）。每个刀齿仅切去一层金属的一部分。Fig3-47.3个刀齿一组的圆孔拉刀：①第一齿与第二齿截面相同，切削位置互相错开，各切除圆周上的几个金属，②剩下的未切除部分由同组的第三个刀齿切除。 ②第三个齿不开分屑槽，为使第三齿不切周圈材料，其外经应较用组其它刀齿直径 0.02～0.05mm.

③按分块拉削方式设计的拉刀称为轮切式拉刀。 3）综合式拉削：

特点：集中了分层及分块式拉削的优点。

粗切齿部分采用分块式拉削 缩短拉刀长度 精切齿部分采用分层式拉削 =====》 提高生产率 工件表面质量好

按综合拉削方式设计的拉刀称为“综合式拉刀” 圆孔拉刀的结构：Fig3-48

结构组成：

(1) 头部——夹持道具 传递动力部分

(2) 颈部——连接头部与其后多部分 打标记

(3)过渡锥部——是持刀前导部分于进入工件孔中 对准中心作用 (4) 前导部——工件的前导部位进入切削部位

(5)切削部——相付切削工件 包括粗切齿 过渡齿与转切齿三部分 (6) 校准部——校准和刮光已加工表面

(7) 后导部——在持刀工件即将结束时 有后导部继续支撑工件 防止因工件下垂而损坏刀齿和碰下垂已加工表面

(8)支承部——拉刀又长又重时 为防止拉刀因自垂 增设支承部 由它将拉刀支承在滑动托架上 托架与拉刀一起转动

拉刀切削部分几何参数: 齿升量af 齿距p 刀带宽度bα1 前角γo 后角αo 。

拉刀常用材料：牌号为W18Cr4V HSS 切削部热处理后的硬度要求：63-66HRC

2 拉孔的工艺特征及应用范围

3-6

(1) 拉刀是多刃刀具 在一次拉削行程中就能顺序完成孔的粗加工 精加工和光整加工工作

生产效率高

(2) 拉孔精度主要取决于拉刀的精度 通常条件下 拉孔精度可达IT9～IT7

(3) 1拉孔时 工件的被加工孔自身定位(拉刀前导部就是工件的部位元件)，拉孔不可保证孔

与其它表面的相互位置精度

2对于那些内外圆表面具有同轴度要求的圆孔零件的加工 往往先拉孔 然后以孔为定位基准加工其它表面

(4) 拉刀后仅能加工圆孔 还可以加工成形孔 花键孔

(5) 拉刀是定尺寸道具 形状复杂 价格昂贵 不适合加工大孔

大批量生产中加工孔径为Φ40～Φ80mm 孔深不超过孔径5倍的中小型零件上正孔 3-7

∮3-4 铣平面

Fig3-49铣平面

3-49 a)卧式铣床上铣平面:螺旋铣刀 b)立式铣床上铣平面:面铣刀(端铣刀) ap——被吃刀量(铣削深度) 指平行于铣刀轴或方向测量的切削尺寸

ae——侧吃刀量(铣削宽度) 指垂直于铣刀轴线方向测量的切削层尺寸 Vf——进给速度 单位时间内工件与铣刀沿进给方向的相对位移 V——铣刀的旋转运动(主运动速度)——主运动 1铣削方式

铣平面端面: 端铣-只用分布在铣刀端面上的刀齿进行铣削方法 周铣-指用分布在锐刀圆柱面上的刀齿进行铣削方法

特点：(1)端铣:加工质量和生产效率比同铣高 大批量生产中端铣此周铣多

(2)周铣:可以适用多种形式的铣刀 铣槽 铣成的表面(Fig3-5)同一刀杆上安装几把刀

具同时加工几个表面适用性好 使用也比较多 3-8

按照铣平面时 主运动方向与进给运动方向相对关系

有关周铣: 1)顺铣:Vf与V方向相反 2)逆铣:Vf与V主刀旋转方向相同

顺铣和逆铣的特点: 1)从切削截面形状分析:

逆铣时:刀齿切厚由零逐渐增加 刀齿切入工件时切口为”0” 由于刀口顿圆半径的影响 刀齿在已加工表面上滑擦后猜能真正切入工件 因为刀齿磨损快 加工表面质量差 顺铣时:则后此现象 顺铣时铣刀寿命比逆铣高2～3倍 加工表面质量也比较好 但是顺铣不算铣带硬皮的工件

2)从工件装夹可靠性分析:

逆铣时 刀齿对工件的作用力向上 可使工件装夹松动

顺铣时 刀齿对工件的作用力向下 是工件压紧在工作上 加工平稳 3)从工作台练扛 落幕间隙分析

Fig3-51中 （见下图） 螺母固定不动 练杠回转带动工作后(与工件)作进给运动

逆铣时:工件受到水平铣削力FH进给速度Vf的方向相反——》铣床工作台练杠始终与螺母接触 如图所示

铣削时。。。。。。

② 顺铣时，工件受到的水平铣削力FH与进给速度VF的方向相同，由于丝杆于螺母间有

间隙，铣刀会带动工件和工作台连同丝杆一起串动，使铣削进给量突然增大，容易打刀。 注：采用顺铣加工时必须采取措施消除罗丝杠与螺母间的间隙。 ③ 端铣时，fig(3-52)

A）对称铣 B）不对称铣

从减少刀齿切入工件时收到的冲击力考虑，不对称铣比对称铣较为有利。

3-6圆柱齿轮齿面加工

一：概述

1 齿轮的结构与分类

传递运动

齿轮是现代机器和仪器中 的重要零件。

转矩运动

优点：齿轮传动具有：①传动准确

②传动转矩大、效率高 ③结构紧凑 ④可靠耐用

按外形分为： 圆柱齿轮 锥齿轮 非圆齿轮 齿条 蜗杆涡轮

圆柱齿轮按齿线形状分 直齿轮 斜齿轮 人字齿轮 曲线齿轮

圆柱齿轮按轮齿所在表面分为 外齿轮 内齿轮

圆柱齿轮按齿形分为 渐开线齿轮 摆线齿轮 圆弧齿轮

圆柱齿轮按其结构特点可分为五类：-------

广泛应用

⑴单联齿轮：孔的长径比L/D＞1 光孔 筒形齿轮：内孔 键槽孔 ⑵多联齿轮：孔的长径比L/D＞1 花键孔

⑶盘形齿轮：具有轮毂，孔的长径比L/D＜1 光孔 内孔 ⑷齿 圈：没有轮毂，孔的长径比L/D＜1 键槽孔

⑸轴 齿 轮：轴齿轮上具有一个或几个齿圈。

2.齿轮的主要技术要求

齿轮传动应满足以下几个方面要求

⑴传递运动准确性：传动比恒定 转角误差/转 ＜ 一定限度

⑵传递运动平稳性：减小冲击、震动、噪声↓，瞬时速度比变化量↓ ⑶载荷分布均匀性：齿面接触均匀，接触应力↓ 齿面磨损或破损↓

⑷尺侧具有间隙： 要求相邻两非工作齿面应留有一定间隙以储存润滑油、补偿因温度、弹性变形所引起的尺寸变化，防止齿轮在工作中发生齿面卡死或烧蚀。 齿轮制造应达到一定得精度标准

国标GB/T10095.1-2001 规定 13 个精度等级：用数字0 ~12 由低到高的顺序排列，0 级最高

齿轮装配基准面的尺寸公差、形位公差和表面粗糙度等提出要求。 3.圆柱齿轮齿面的加工方法：

铣齿 成型法 拉齿 磨齿

齿面的切削加工 滚齿 插齿 展成法 剃齿 行齿 磨齿

轧 齿（热轧齿） 齿面的无屑加工 冷挤齿（精轧齿） 精密锻造齿轮

二：滚齿与插齿 1. 滚齿加工原理

滚齿 ===＞ 应用一对交错轴斜齿轮副啮合原理，使用齿轮滚刀进行切齿得一种加工方法。 图。。。。。。。。Fig 3-39 滚齿示意图

⑴齿轮滚刀→斜齿圆柱齿轮

特点： ①齿数Zc很少（Zc=1~4，Zc通常取为1 。） ②螺旋角很大 ③齿宽很宽

④外形程蜗杆状

⑵为使蜗杆起切削作用：

①在蜗杆上开槽形成前刀面及顶刃、侧刃和容屑槽 ②铲齿：使刀具具有一定后角

滚刀安装角：滚齿时，滚刀的螺旋线方向应与被切削齿轮槽方向一致。滚刀轴线与被切削 滚刀轴线与被切削齿轮端面间夹角

ψ=βw±γoz

式中βw ---被切削齿轮螺旋角 Γoz---滚刀导程角

注：齿轮滚刀和被加工齿轮旋向相同时，上式取“-”号，旋向相反时，上式取“+”号。 3-80滚齿时滚刀的安装角

2.滚齿机运动

三种基本运动

⑴滚刀的旋转运动（nc）→滚齿加工的切削运动 ⑵工件的旋转运动（nw）→ 滚齿加工的分齿运动

①滚刀与工件的旋转运动之间→保持一对交错轴斜齿圆柱齿轮副的啮合传动关系，其传动

比i满足一下条件： i=

nczw= nwzc式中： nc、nw—滚刀与被切削齿轮的转速； Zw ---被切削齿轮的齿数 Zc ---滚刀

齿（头）数

②上诉两种运动构成滚齿加工的展成运动→即滚刀切削刃连续运动轨迹的包络线便在工

件上形成了齿轮齿廓，形成齿面的母线（渐开线）Fig 3-80所示 ⑶轴向进给运动（f）

为了在全齿宽上切削出渐开线齿面，滚刀应沿被切削齿轮轴线方向进行轴向进给，轴向进给运动形成齿面的导线。

注：①滚斜齿齿轮时，还应附加一个旋转运动△nw ②目前使用数控滚齿机 3.插齿原理

原理：利用一对平行轴圆柱齿轮副啮合原理，使用插齿刀进行切齿的一种加工方法。 插齿刀实质假想齿轮→

①切削刃为渐开线，磨出前后角的假想圆柱齿轮 ②模数（m）与压力角（α）与被加工齿轮相同 ③插齿刀以其内孔或锥柄固在插齿机主轴上，插齿刀与被切齿轮保持一对圆柱 齿轮的啮合传动关系，插齿刀刀齿的连续运动轨迹在工件上包络出齿轮齿廓 Fig 3-82插齿原理和齿廓的形成

4.插齿机运动

⑴切削运动：插齿刀沿其轴线方向的快速直线往复运动是插齿的切削运动，以插齿刀每分钟往

复运动的冲程次数表示（str/min）。 往复运动速度↑影响齿形误差↓

⑵展成运动：插齿刀与工件的旋转运动构成插齿加工的展成运动

展成运动（旋转运动）之间 保持一对圆柱齿轮副的啮合传动关系，其传动比i满足： i=

nczw= nwzc nc—转数 zw—齿数

⑶圆周进给运动：插齿刀的旋转运动是插齿的圆周进给运动，以插齿刀每往复一次在其节圆上

转过的弧长表示（mm/str）。

其进给量的大小→影响切削负荷和生产率

⑷径向进给运动：为避免切削负荷过大损坏刀具和机床→工件相对插齿刀应逐渐作径向进给运

动，以插齿刀每往复一次工件径向移动量fr（mm/str）来表示。

⑸让刀运动：插齿刀往复运动时，向上运动为空行程退刀。→为避免插齿刀在空行程中擦伤已

切削齿面和减少插齿刀磨损，插齿刀在径向方向应有一让刀运动e，使插齿刀与被切削齿面脱离接触。

让刀运动可由装夹被切削齿轮的工作台实现，也可由插齿刀来完成。 5.滚齿与插齿比较 ⑴加工质量比较

①运动精度（传递运动的准确性）方面： 滚齿好于插齿 ②传动平稳性 插齿好于滚齿 ③齿面粗糙度 插齿好于滚齿

⑵生产率比较 滚齿好于插齿 ⑶生产应用比较

①高精度圆柱齿轮齿面的预加工一般都采用滚齿；

②插齿主要用于不便于采用滚齿或不能采用滚齿的场合，互加工内齿，齿条，扇形齿，齿圆 相距很近的双联，多联齿轮中的小齿轮。

样齿的灵活性比滚齿好。