机械制造基础项目8

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1、机械制造基础,课程名称：,主讲人：,本课程适用于：,课程性质为：专业基础课。,在整个课程体系中起着基础平台课程的作用。,课程链： 前沿课程：机械制图。 平行课程：机械设计基础、数控编程、机电一体化技术等。 后续课程：数控工艺、模具制造等,本课程哪些专业学: 机电一体化技术、数控技术、模具设计及制造技术、汽车制造技术等机电及近机专业。,对应岗位及能力： 从事机电产品设计、机电设备的使用与维护、机电类设备制造等岗位，需具备的材料、零件加工等基本知识，及机械加工能力、工艺编制能力。,9,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,目录,1,2,3,4,5,6,7,8,点击添加文本,点击添

2、加文本,点击添加文本,点击添加文本,减速器齿轮的加工,项目8：,知识一,知识二,知识三,课前进行知识回顾，内容有三：,知识一：齿轮传动 知识二：齿形铣削加工 知识三：齿轮结构及特点,项目目标（Project Objectives）,重点,重点难点（Important and difficult）,难点,任务：,进行零件图纸分析、毛坯选择、加工方法及设备选择等,加工工艺确定,零件图分析 毛坯选择 加工方法确定 加工设备确定,加工路线确定 装夹方式及夹具设计 工艺规程制订,问题引入,知识介绍,任务实施,小 结,齿轮的齿形是渐开线曲面，齿形用什么方法加工呢？,课堂练习,在学习铣削加工时，学过可以用铣

3、床铣削齿轮，,一、磨削加工,用砂轮以较高的线速度对工件表面进行加工的方法，称为磨削加工,问题引入,知识介绍,任务实施,1、磨削加工特点,加工精度高 切削层薄、切削力变化小、运转平稳，磨削精度达IT5IT6级，表面粗糙度达Ra0.10.8,最高可达Ra0.040.08 。,加工速度快 砂轮具有较高的圆周线速度；线速度约35米/秒。,砂轮具有“自锐作用” 砂轮的自锐性是砂轮独有的性能，对磨削的影响极大。处理的好坏将直接影响磨削的质量和效率。,加工范围广可磨削硬材料及各类零件,问题引入,知识介绍,任务实施,2、磨削加工的应用,问题引入,知识介绍,任务实施,问题引入,知识介绍,任务实施,影响磨削加工表

4、面粗糙度的因素,1.磨削用量的影响 1）砂轮速度高，可减少表面粗糙度； 2）工件速度是砂轮速度的1/60可较小粗糙度； 3）磨削深度增加增大表面粗糙度，光磨次数多可减小粗糙度。,问题引入,知识介绍,任务实施,影响磨削加工表面粗糙度的因素,2.砂轮的影响 1）砂轮的粒度越细，粗糙度越小； 2）砂轮的硬度根据工件的材料和硬度选择，适中为好； 3）砂轮的及时修整有利于降低被磨工件表面粗糙度； 4）砂轮材料分为氧化物类（刚玉 磨削钢类零件）碳化物类（碳化硅、碳化硼 磨削铸铁、硬质合金类工件）、高硬模料类（人造金刚石、立方碳化硼 可得到极小的表面粗糙度但成本高）,问题引入,知识介绍,任务实施,影响磨削加

5、工表面粗糙度的因素,3.工件材料的影响 工件材料太硬，磨粒易钝化； 太软砂轮易被堵塞丧失切削能力； 太韧易使磨粒脱落。,问题引入,知识介绍,任务实施,3、磨床刀具砂轮,每一种砂轮根据其本身的特性，都有一定的适应范围。所以在磨削加工时，必须根据具体条件，如工件的材料、热处理的方法、形状尺寸及加工要求，选用合适的砂轮。 新型砂轮如人造金刚石砂轮、CBN砂轮。,问题引入,知识介绍,任务实施,砂轮特性要素,磨料 结合剂 强度 组织 硬度 粒度 形状和尺寸,问题引入,知识介绍,任务实施,砂轮形状：平形、单面凹形、薄形、筒形、碗形、碟形和双斜边形,砂轮形状应随磨削表面的形状及加工要求选择,问题引入,知识介

6、绍,任务实施,砂轮代号,问题引入,知识介绍,任务实施,砂轮的选择原则,各种特性的砂轮，都有其适用的范围，须按照具体的磨削条件选择。,粒度的选择：按工件表面的粗糙度和加工精度要求选择。,硬度的选择：磨削硬材料时选择软砂轮，磨削软材料时选择硬砂轮 。,磨料的选择：按工件的材料和加工要求选择。,问题引入,知识介绍,任务实施,平面磨削的方法,1.端磨法 用砂轮端面进行磨削，磨削精度较低，但生产率较高。 2.周磨法 刚好端磨法相反，它磨削效率较低，但加工精度较高。 磨削平面定位基准一般以一个平面为定位基准，磨削另一个平面，如果两个平面都要求磨削时，可互为基准反复磨削。,问题引入,知识介绍,任务实施,4、

7、外圆磨削的常用方法,问题引入,知识介绍,任务实施,纵磨法 用于磨削长度与直径之比较大的工件。 磨削时，砂轮高速旋转，工件低速旋转并随工作台作轴向移动；在工作台改变移动方向时，砂轮作径向进给。纵磨法的特点是可磨削长度不同的各种工件，加工质量好。常常用于单件、小批量的生产和精磨加工。,问题引入,知识介绍,任务实施,横磨法 又称径向磨削法,用于工件刚性较好，磨削表面的长度较短的情况。 磨削时，选用宽度大于待加工表面长度的砂轮，工件不进行轴向的移动，砂轮以较慢的速度作连续径向进给或断续的径向进给。横磨法的特点是充分发挥了砂轮的磨削能力，生产效率高，特别适用于较短磨削面和阶梯轴的磨削 ，缺点是砂轮与工件

8、的接触面积大，工件易发生变形和表面烧伤。,问题引入,知识介绍,任务实施,图3 万能外圆磨床的典型加工方法,问题引入,知识介绍,任务实施,二、磨床,磨床是指利用磨具或磨料（砂轮、砂带、油石和研磨料等）对工件表面进行精密切削加工的机床。 磨床可以加工外圆柱表面、内圆柱表面、圆锥表面、平面、渐开线齿廓面、螺旋面以及各种成形表面等，还可以做刃磨刀具、进行切断等工作，工艺范围十分广泛。 磨床的种类很多，主要有外圆磨床、内圆磨床、平面磨床、工具磨床以及各种专用磨床等。,问题引入,知识介绍,任务实施,1、 外圆磨床,外园磨床的主要类型有普通外圆磨床、万能外圆磨床、端面外圆磨床及无心外圆磨床等。外圆磨削的主要

9、形式如图示：,1拨盘 2拨杆 3、5顶尖 4夹头 6磨削轮 7托板 8导轮 图1 外圆磨削的形式,问题引入,知识介绍,任务实施,M1432A型万能外圆磨床 如图2为M1432A型万能外圆磨床，主要由床身、工作台、头架、尾座、砂轮架横向进给手轮和内圆磨具等组成。,1传动变速机构 2头架 3拨盘 4、11顶尖 5拨杆 6横向进给手轮 7砂轮 8切削液喷嘴 9内圆磨具 10砂轮架 12尾座 13快速手柄 14上工作台 15下工作台 16撞块 17手轮 18床身,图 2 M143A型万能外圆磨床,问题引入,知识介绍,任务实施,磨床种类,问题引入,知识介绍,任务实施,问题引入,知识介绍,任务实施,1）砂

10、轮主轴的主运动 外圆磨削砂轮主轴只有一种转速，由电动机通过4根V带和带轮传动。一般在外圆磨削时取35ms。 2）内圆磨具主轴的主运动 砂轮主轴由电动机（1.1kw，2840rmin）经平带和带轮传动，可获得两种转速。,问题引入,知识介绍,任务实施,万能外圆磨床的传动(M1432A),3）工件头架主轴的圆周进给运动（画出传动路线） 头架电动机是双速的700/1360r/min，0.55/1.1kw），工件可获得6级转速。 4）工作台的运动 工作台的液压驱动和手动驱动之间有互锁装置。 5）砂轮架的横向进给运动 砂轮架的横向进给是用操作手轮实现粗进给和精进给。,问题引入,知识介绍,任务实施,2、内圆

11、磨床 内圆磨床的主要类型有普通内圆磨床、无心内圆磨床、行星式内圆磨床等。内圆磨削的主要形式如图所示,图4 内圆磨削的主要形式 1压轮 2导轮 3支承轮,问题引入,知识介绍,任务实施,M2110A型内圆磨床 这是一种常用的普通内圆磨床，如图5所示，它由床身11、工作台2、主轴箱4、内圆磨具7和砂轮修整6等部件组成。,图5 M2110A型内圆磨床,1、10手轮 2工作台 3底板 4主轴箱 5挡铁 6砂轮修整器 7内圆磨具 8横滑板 9桥板 11床身,问题引入,知识介绍,任务实施,3、平面磨床 平面磨床的类型及其磨削方法 平面磨床主要用于磨削各种工件上的平面。根据磨削方法和机床布局不同，主要分以下五

12、种： 卧轴矩台平面磨床 卧轴圆台平面磨床 立轴矩台平面磨床 立轴圆台平面磨床 双端面磨床,问题引入,知识介绍,任务实施,平面磨床的磨削方法如图6所示. 其中前两种为周边磨削，又称圆周磨削，它利用砂轮的圆周面进行磨削，特点是砂轮与工件的接触面积小，冷却与排屑条件好，磨削精度较高，但生产效率较低； 后三种为端面磨削，它利用砂轮的端面进行磨削，特点是砂轮与工件的接触面积大，生产效率较高，但冷却与排屑困难，磨削精度较低，只适用于磨削精度不高且形状简单的工件。,问题引入,知识介绍,任务实施,图6 各种平面磨床的磨削方法,问题引入,知识介绍,任务实施,图7 卧轴矩台平面磨床 1砂轮架 2滑鞍 3立柱 4工

13、作台 5床身 6床鞍,卧轴矩台平面磨床,问题引入,知识介绍,任务实施,立轴园台平面磨床,图8 立轴圆台平面磨床,1砂轮架 2立柱 3床身 4工作台 5床鞍,问题引入,知识介绍,任务实施,三、钻削技术 1.孔的类型： 按相对关系：配合孔和非配合孔； 按几何特征：通孔、盲孔、阶梯孔、锥孔； 按几何形状：圆孔、非圆孔。 孔加工分类： 钻孔、扩孔、铰孔、镗孔,问题引入,知识介绍,任务实施,2.钻孔加工的特点,（1）钻孔时麻花钻深埋孔中，排削困难，故散热条件极差，且冷却润滑液很难到达切削区，容易引起刀具磨损。 （2）钻头是定尺寸刀具，直径受加工孔径的限制，因而钻头的强度和刚度较低，容易造成加工孔的歪斜，

14、孔径扩大及孔不圆等弊病。故钻孔精度低，粗糙度大，其经济精度一般在IT10以下，Ra=6.325m。 （3）钻削时轴向力较大。 （4）钻孔时只能选用较小的切削用量，所以生产率低，另外受钻头直径等多种因素限制，钻孔直径一般不超过100mm。,问题引入,知识介绍,任务实施,问题引入,知识介绍,任务实施,3.铰孔的特点,铰孔属孔的精加工。 铰削深度很小（精铰ap=0.050.25mm）、铰削速度很低。 可以得到很高的尺寸精度和很小的表面粗糙度，使机铰的经济精度达IT7IT8级，粗糙度为Ra=0.83.2m。手铰更高，分别为IT6IT7级和Ra=0.40.8m ，但它不能校正孔的轴线。 一般只加工直径8

15、0mm以下的孔。,问题引入,知识介绍,任务实施,4.钻孔加工的三个要素,（1）冷却液； 冷却液能保持钻尖处于相当低的工作温度，并且有助于延长刀具的寿命。 （2）主轴速度和进给率； （3）刀具夹紧的刚性,问题引入,知识介绍,任务实施,5.钻孔时注意事项,当孔径小于30mm时，可一次钻出； 当孔径大于30mm时要先钻孔再扩孔，钻头直径取孔径的0.50.7倍。 调整主轴转速时，小钻头转速可高些；大钻头因切削量大，转速要低些。 起钻时，要仔细对准孔中心，以防钻偏，将要钻通时，应减小进给量，避免钻头折断。 孔较深时，应间歇地退出钻头，及时排屑。 钻削过程中，要不断地加注切削液进行冷却润滑。,问题引入,知

16、识介绍,任务实施,四、钻床 钻床一般用于加工直径不大、精度要求较低的孔。主要用钻头在实心材料上钻孔，还可进行扩孔、铰孔、攻螺纹等加工。,图1 钻床的主要工作,问题引入,知识介绍,任务实施,1. 台式钻床 台式钻床是一种小型钻床，用来钻13mm以下的孔。如图2所示,1电动机; 2头架 ; 3园立柱; 4手柄; 5保险环; 6紧定螺钉; 7工作台; 8锁紧手柄; 9锁紧螺钉; 10底座 图2 台式钻床,问题引入,知识介绍,任务实施,2. 立式钻床 立式钻床的特点是主轴轴线垂直布置，且主轴只能上下移动，靠移动工件来对准钻孔中心，适于加工中、小型工件。立式钻床可以自动进给，它的功率较大，强度较高，可采

17、用较大的切削用量，生产率和加工精度较高。,图3 立式钻 1底座 2立柱 3进给箱 4电动机 5变速箱 6主轴 7工作台,问题引入,知识介绍,任务实施,3、摇臂钻床 如图4所示，摇臂钻床由底座、立柱、摇臂和主轴箱等组成，主轴箱4装在摇臂3上，并可沿其导轨大范围移动，摇臂3可绕立柱2上下移动或转动。因此可将主轴5调整至钻床尺寸范围内的任意位置。适用于大型和重型工件上孔的加工。,1底座 2立柱 3摇臂 4主轴箱 5主轴 6工作台 图4 摇臂钻床,问题引入,知识介绍,任务实施,练习：,1. 试述钻孔方法及注意事项。 2.磨削加工的特点是什么？ 3.砂轮的特性由哪些因素决定？如何选择砂轮的磨料和硬度？

18、4.外圆纵磨法和横磨法各有何特点？各应用于什么场合？ 5.齿形加工的成形法加工有几种方法？各有什么特点？ 6.简述齿形加工工艺方案及分析。,问题引入,知识介绍,任务实施,小 结,课堂练习,成形法：用与被切齿轮的齿槽形状相同或非常近似的刀具切出齿形的方法。如铣齿、成形法磨齿等。,五、齿轮的加工方法,展成法（范成法）：利用齿轮的啮合原理加工齿轮。常用的展成法齿轮刀具：滚齿刀、插齿刀、剃齿刀等,齿轮齿形的加工，按加工原理可分为成形法和展成法两大类。,问题引入,知识介绍,任务实施,1、成形法铣齿加工,问题引入,知识介绍,任务实施,铣齿的工艺特点,（1）成本较低：齿轮铣刀结构简单，在普通的铣床上即可完成

19、铣齿工作，铣齿的设备和刀具的费用较低。,（2）生产率低：铣齿过程不是连续的，每铣一个齿，都要重复消耗切入、切出、退刀和分度的时间。,（3）加工精度低：只能获得近似的齿形，产生齿形误差；另外铣床所用分度头是通用附件，分度精度不高。,问题引入,知识介绍,任务实施,铣齿的工艺特点,加工范围：可加工直齿、斜齿和人字齿圆柱齿轮、齿条、锥齿轮及蜗轮等。,适用范围：用于单件小批生产或维修工作中加工精度不高的低速齿轮。,加工精度：为9级或9级以下，齿面粗糙度值Ra为6.33.2m 。,问题引入,知识介绍,任务实施,2、滚齿加工,1床身 2挡铁 3立柱 4行程开关 5挡铁 6刀架 7刀杆 8支撑架 9工件心轴1

20、0工作台,问题引入,知识介绍,任务实施,滚齿加工原理,原理：,刀具和工件的运动相当于一对螺旋齿轮的啮合。,问题引入,知识介绍,任务实施,滚齿加工切削运动示意图,问题引入,知识介绍,任务实施,滚齿加工的切削运动,1.主运动：滚刀的旋转运动。,2.分齿运动：滚刀与齿坯之间强制保持一对螺旋齿轮啮合运动关系的运动。分齿运动由滚齿机的传动系统来实现，齿坯的分度是连续的,3.垂直进给运动：为切出整个齿宽，滚刀需要沿工件的轴向作进给移动，即为垂直进给运动,4.差动传动：加工工斜齿轮时，工件必要的附加运动，使滚刀垂直的轨迹与被切齿轮的中心线形成一个“”夹角。,问题引入,知识介绍,任务实施,滚齿加工工艺特性 （

21、一）,（1）滚刀的通用性好：一把滚刀可以加工与其模数、压力角相同而齿数不同的齿轮。,（2）齿形精度及分度精度高，达78级。,（3）生产率高：滚齿的整个切削过程是连续的,（4）设备和刀具费用高：滚齿机为专用齿轮加工机床，其调整费时。滚刀较齿轮铣刀的制造、刃磨要困难。,问题引入,知识介绍,任务实施,滚齿加工工艺特性（二）,滚齿应用：应用范围较广，可加工直齿、斜齿圆柱齿轮和蜗轮等。,但不能加工内齿轮和相距太近的多联齿轮。,问题引入,知识介绍,任务实施,插齿机Y54,3、插齿加工,问题引入,知识介绍,任务实施,插齿加工原理,在Y54插齿机加工齿轮示意图,问题引入,知识介绍,任务实施,插齿加工切削运动示

22、意图,刀具和工件的运动相当于一对圆柱齿轮传动。,问题引入,知识介绍,任务实施,插齿加工的切削运动,1.主运动：即插齿刀的上下往复直线运动。向下为切削行程，向上的返回行程是空行程。,2.分齿运动：插齿刀和齿坯之间被强制的啮合运动，也称为展成运动。保持一对传动齿轮的速比关系，即：nw/n0 = z0/zw,3.径向进给运动：即插齿刀逐渐向工件中心移动的运动，以切出全齿高。,4.让刀运动：为了避免插齿刀在返回行程中，刀齿的后刀面与工件的齿面发生摩擦，插齿刀返回时，齿坯沿径向让开一段距离 。,问题引入,知识介绍,任务实施,插齿工艺特性,（1）插齿与滚齿一样，加工后精度相当，且都比铣齿高。 （2）插齿选

23、择刀具时只要求刀具的模数和压力角与被切齿轮一致（滚齿也一样），与齿数无关（最少齿数17，即z17）。 （3）插齿的生产率低于滚齿而高于铣齿。,插齿应用：多用于加工滚齿难以加工的内齿轮、多联齿轮、带台阶齿轮、扇形齿轮、齿条及人字齿轮、端面齿盘等，但不能加工蜗轮。,问题引入,知识介绍,任务实施,齿轮加工方法比较（一）,铣齿采用普通设备和简单刀具即可加工齿形。但是只能加工119级精度、齿面粗糙度Ra值为6.3m 3.2m 的齿形。,滚齿、插齿与铣齿比较,滚齿和插齿的分度精度和齿形精度均较铣齿，一般可加工7级精度、齿面粗糙度值Ra为3.2m 1.6m；滚齿和插齿是连续分度和切削 ，生产效率比铣齿高。用

24、同一模数的滚到和插齿刀，可以各种不同齿数的齿轮，大大减少了刀具数目，提高了经济效益。,问题引入,知识介绍,任务实施,齿轮加工方法比较 （二）,滚齿：刀齿作连续的旋转切削、切削速度较高，插齿是刃齿作往复运动，限制了切削速度；滚齿机可以加工直齿、斜齿圆柱齿轮和蜗轮，但不能加工内齿轮和相距太近的多联齿轮,滚齿与插齿比较,插齿：播齿刀沿齿全长连续切出，包络线数量也多，而滚齿时轮齿全长是由滚刀多次连续切出，故插齿的齿面粗糙度值较小；插齿刀的制造、刃磨检验壁滚刀方便，易得到高精度，但插齿机分齿传动链比滚齿复杂，因此，加工齿轮的精度基本一样；插齿机可以加工内齿轮和多联齿轮，但不能加工蜗轮。,问题引入,知识介

25、绍,任务实施,一、图纸分析,一、图纸分析,此齿轮精度等级要求较高，左右端面有圆跳动公差要求，齿轮内孔和齿轮轮齿精度较高，其他尺寸精度要求一般。 普通齿轮选用中碳钢和中碳合金钢，如40、45、50、40MnB、40Cr、45Cr、42SiMn、35SiMn2MoV等；要求高的齿轮可选取20Mn2B、18CrMnTi、30CrMnTi、20Cr等低碳合金钢。,二、确定毛坯的类型和形状,齿轮的毛坯形式主要有棒料、锻件和铸件。为了减少机械加工量，对大尺寸、低精度齿轮，可以直接铸出轮齿；对于小尺寸、形状复杂的齿轮，可用精密铸造、压力铸造、精密锻造、粉末冶金、热轧和冷挤等新工艺制造出具有轮齿的齿坯，以提高

26、劳动生产率、节约原材料。对于受力小、无冲击、低速的齿轮，常采用铸铁件；对于于尺寸小、结构简单、受力不大的齿轮，常采用棒料；对于高速重载齿轮，常采用锻坯；对于结构复杂、尺寸较大不宜锻造的齿轮，常采用铸钢坯。,三、选择定位基准。 齿轮加工时的定位基准应尽可能与设计基准相一致，以避免由于基准不重合而产生的误差，要符合“基准重合”原则。 对于小直径轴齿轮，可采用两端中心孔或锥体作为定位基准符合“基准统一”原则；对于大直径的轴齿轮，通常用轴径和一个较大的端面组合定位，符合“基准重合”原则；带孔齿轮则以孔和一个端面组合定位，既符合“基准重合”原则，又符合“基准统一”原则。,四、加工路线,（1）齿形的加工

27、8级精度以下的齿轮：调质齿轮用滚齿或插齿就能满足要求。对于淬硬齿轮可采用滚（插）齿剃齿或冷挤齿端加工淬火校正孔的加工方案。 67级精度齿轮：对于淬硬齿面的齿轮可采用滚（插）齿齿端加工表面淬火校正基准磨齿（蜗杆砂轮磨齿。 5级以上精度的齿轮一般采用粗滚齿精滚齿齿端加工表面淬火校正基准粗磨齿精磨齿的加工方案。,（2) 齿端的加工 齿轮的齿端加工方式有倒圆、倒尖、倒棱和去毛刺等。经倒圆、倒尖、倒棱后的齿轮，沿轴向移动时容易进入啮合。齿端倒圆应用最多。齿端加工必须安排在齿形淬火之前、滚（插）齿之后进行。,（3）齿轮热处理 毛坯的热处理：在齿轮毛坯加工前后通常安排正火或调质等预热处理 齿面的热处理：提高齿面硬度、增加齿轮的承载能力和耐磨性而进行的齿面高频淬火、渗碳淬火、氮碳共渗和渗氮等热处理工序。 齿轮淬火后其孔常发生变形，孔直径可缩小0.010.05mm。为确保齿形精加工质量，必须对基准孔予以修整。修整的方法，一般采用磨孔或推孔。,齿轮加工的工艺路线为：锻件、棒料或铸件粗加工：切除较多的余量半精加工：车各表面，滚、插齿面热处理：调质、渗碳淬火、齿面高频淬火等精加工：精修基准、精加工齿面（磨、剃、珩、研齿和抛光等）。,感谢您的聆听！,