机械制造技术基础第三章(2011)

机械制造技术基础Fundamentals of Manufacturing Technology

机械制造中的 加工方法及装备第三章

第三章 机械制造中的加工方法及装备

机器零件都是由若干不同类型的基本表面(例如

外圆表面、内圆表面、平面等)构成的，零件的加工过程实际上就是获得这些表面的过程。

零件中的大多数表面都需要经过机械加工来获得。 根据零件的结构特征、加工表面形式及其加工要 求、生产率要求等条件，可以采用不同的加工方 法及工艺过程来保证加工要求。

第三章 机械制造中的加工方法及装备

第一节 概

述

一、机械制造中的加工方法 机械制造中的加工方法很多，按照工件在加工过

程中质量的变化(Δm),可将加工方法分为三种形式：

材料去除加工( Δm < 0)材料成形加工( Δm = 0)

材料累积加工( Δm > 0)

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1.材料去除加工

材料去除加工是通过在被加工对象上去除一部分材料后才制成一合格零件的。其材料利用率较低，

但加工精度相对较高、表面质量相对较好，并且有很强的加工适应性，故至今仍然是机械制造中 应用最广泛的加工方法，而且在未来相当长的时

期内仍将占有重要地位。

在材料去除加工中，还可按材料去除方式不同分

为切削加工和特种加工两种加工方法。

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2.材料成形加工材料成形加工是一种在较高温度(或压力)下，

使材料在模具中成形的方法，如铸造、锻造、挤压、粉末冶金等，其特点是生产效率较高，但目 前所能达到的加工经济精度还较低，一般常用于 制造毛坯，也可用于制造形状复杂但精度和表面 粗糙度要求较低的零件。精密铸造、精密锻造、

挤压及粉末冶金等材料成形加工则可用来直接制造精度要求较高(例如IT7)的零件。

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3.材料累积加工

材料累积加工是利用微体积材料逐渐叠加的方式使零件成形的。该加工方法中包括电镀、化学镀

等原子沉积加工，热喷涂、静电喷涂等微粒沉积加工以及快速原型制造等。

快速原型制造是将零件的三维实体CAD模型数据 经计算机处理，让成型材料在计算机控制下逐层 累积成型。这种方法的特点是可以快速成型任意

复杂的零件，不需任何刀具、模具。

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二、零件表面形成原理及机床基本知识(一)零件表面的形成方法及所需运动

1.零件表面的形状机器零件的结构形状尽管千差万别，但其轮廓都

是由一些单一的几何表面(例如：

平面、内旋转表面、外旋转表面及自由曲面等)按一定位置关 系构成的。

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零件表面可以看作是一条线(称为母线)沿另一条线(称为导线)运动的轨迹。母线和导线统称

为形成表面的发生线(成形线)。常见的零件表面按其形状可分为四类：

(1)旋转表面 如图3-1a、图 3-1b、图3-1c

所示。

图3-1 组成工件轮廓的各种几何表面

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(2)纵向表面 如图3-1d、图3-1e、图3-1f所示。

图3-1 组成工件轮廓的各种几何表面

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(3)螺旋表面 如图3-1g所示。

图3-1 组成工件轮廓的各种几何表面

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(4)复杂曲面 上述三种表面都是由固定形状的母线沿导线移动 形成的。

复杂曲面则是由形状不断变化的母线沿导线移动形成的。例如螺旋桨的表面、涡轮叶片表面、复

杂模具形腔面、飞机和汽车的外覆盖件表面等。

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2.零件表面的形成方法及所需的成形运动

研究零件表面的形成方法，应首先研究表面发生 (1)轨迹法(图3-2a) 线的形成方法。 刀具切削点1按一定的 表面发生线的形成方法可归纳为以下四种： 规律作轨迹运动3,形 成所需的发生线2,此

时刀具需要有一个独立的成形运动。图3-2 形成表面发生线的四种方法

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(2)成形法(图3-2b) 刀具刀刃就是切削线1,

它的形状及尺寸与需要成形的发生线2一致，此时刀具不需要专门的成形运动。

3-2 形成表面发生线的四种方法

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(3)相切法(图3-2c) 刀具刀刃为旋转切削刀 具(铣刀、砂轮)上的切削点1。加工时，刀具 中心按一定规律作轨迹运动3,切削点运动轨迹

与工件相切就形成了发生线 2, 此时刀具需要有

两个独立的成形运动。3-2 形成表面发生线的四种方法

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(4)展成法(图3-2d) 刀 具刀刃为切削线 1。在形成 发生线的过程中，切削线 1

与发生线 2逐点相切作纯滚动运动，发生线 1是切削线

2 的包络线，此时刀具和工件需要有一个独立的复合成 形运动3(展成运动)。图3-2 形成表面发生线的四种方法

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在切削加工中，为了获得所需的工件表面形状，必须使刀具和工件按上述四种方法之一完成各自 的运动。用来形成被加工表面形状的运动称为表 面成形运动(简称成形运动),成形运动由机床

的主运动和进给运动组成。 除了上述表面成形运动之外，为完成工件加工， 机床还必须具备与形成发生线不直接有关的一些

辅助运动，以实现加工中的各种辅助动作。

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(二)机床的基本结构和传动 1.金属切削机床的基本结构 (1)动力源 机床动力源一般采用交流异步电动 机、步进电动机、直流或交流伺服电动机及液压

驱动装置等，它们为机床执行机构的运动提供动力。机床可以是几个运动共用一个动力源，也可

以是一个运动单独使用一个动力源。

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(2)运动执行机构 指机床执行运动的部件(简 称执行件),如主轴、刀架和工作台等，它们带 动被加工工件或刀具旋转或移动。

(3)传动机构 传动机构将机床动力源的运动和动力传给执行件，或将运动由一个执行件传递到

另一个执行件，以保持两个执行件之间的准确传动关系。传动机构还可以改变运动方向、运动速 度及运动形式。

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(4)控制系统和伺服系统 控制系统一般是指数控机床上由计算机及相应的软、硬件构成的控制

系统。它对机床运动进行控制，实现各运动之间的准确协调。

伺服系统根据控制系统给出的速度和位置指令驱动机床进给运动部件，完成指令规定的动作。

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(5)支承系统 支承系统是机床的机械本体，包

括床身、框架及相关机械连接在内的支承结构，属于机床的基础部分。

2.金属切削机床的传动机床为了获得所需的运动，需要通过传动机构把

执行件和动力源，或者把执行件和执行件连接起来，构成机床传动联系。

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