中职课程《机械加工技术》精品教学设计之典型表面的机械加工.docx

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中职课程《机械加工技术》精品教学设计之典型表面的机械加工

项目四典型表面的机械加工

一、教学目标

任务1内、外圆表面的机械加工

1.了解M1432B型万能外圆磨床的结构与功能。

2.熟悉万能外圆磨床的切割运动方式，掌握外圆磨床的磨削方法。

3.掌握磨内圆的磨削方法。

4.掌握外圆锥面的磨削方法。

任务2平面的机械加工

1.了解M1730型平面磨床的磨削平面的运动方式与磨削方法。

2.熟悉卧轴矩台平面磨床磨削平面的3种方法。

3.掌握磨削的工艺特点。

4.掌握磨削平面的精度分析。

任务3螺纹表面的机械加工

1.了解螺纹的分类、种类、代号及各部分的名称。

2.熟悉螺纹车刀的刃磨与装刀要求。

3.掌握车削普通螺纹的进刀方法和切削用量选择。

4.了解车螺纹时乱扣原因，掌握克服乱扣的方法。

5.了解套螺纹与攻螺纹的方法。

任务4齿轮的加工

1.掌握滚齿加工原理与滚齿运动。

2.掌握插齿加工原理与插齿运动。

3.了解磨齿加工原理与磨齿方法。

二、课时分配

本章共4个任务，本章安排6课时。

三、教学重点

我们通过本项目的实施，熟悉万能外圆磨床的切割运动方式，掌握外圆磨床的磨削方法。

熟悉卧轴矩台平面磨床磨削平面的3种方法。

熟悉螺纹车刀的刃磨与装刀要求。

了解磨齿加工原理与磨齿方法。

四、教学难点

1.掌握磨内圆的磨削方法。

2.掌握外圆锥面的磨削方法。

3.掌握磨削的工艺特点。

4.掌握磨削平面的精度分析。

5.掌握车削普通螺纹的进刀方法和切削用量选择。

6.掌握滚齿加工原理与滚齿运动。

7.掌握插齿加工原理与插齿运动。

五、教学内容

任务1内、外圆表面的机械加工

活动1M1432B型万能外圆磨床

如图4-1所示为M1432B型万能外圆磨床外形图，在这种磨床上，可以磨削内、外圆柱面和圆锥面。

图4-1M1432B型万能外圆磨床

1—床身;2—头架;3—横向进给手轮;4—砂轮;5—内圆磨具;6—内圆磨头;7—砂轮架;8—尾座;9—工作台;10—挡块；11—纵向进给手轮

M1432B型外圆磨床的组成及作用如下。

1.床身

2.头架

3.砂轮架

4.工作台

5.尾座

6.内圆磨头

活动2万能外圆磨床的切削运动

1.主运动

万能外圆磨床磨削工件时砂轮的回转运动为主运动。

2.进给运动

（1）工件的圆周进给运动。

工件的圆周进给运动即头架主轴的回转运动。

（2）工作台的纵向进给运动。

工作台的纵向进给运动由液压传动实现。

（3）砂轮架的横向进给运动。

每当工作台一个纵向往复运动结束，由机械传动机构使砂轮架横向移动一个位移量（控制磨削深度），称为步进运动。

活动3外圆磨削方法

图4-2两顶尖装夹工件

在外圆磨床上磨外圆的常用方法有纵向磨削法、横向磨削法、综合磨削法和深度磨削法等。

1.纵向磨削法

图4-3纵向磨削法

如图4-3所示，磨削时，砂轮的高速回转为主运动，工件低速回转做圆周进给运动，工作台做纵向往复进给运动，实现对工件整个外圆表面的磨削。

每当一次纵向往复行程结束，砂轮做周期性的横向进给运动，直至达到所需的磨削深度。

2.横向磨削法

如图4-4所示，横向磨削法又称为切入磨削法，磨削时，由于砂轮厚度大于工件被磨削外圆的长度，工件做纵向进给运动。

砂轮高速回转做主运动，同时砂轮以很小的速度连续或间断地向工件横向进给切入磨削，直至磨去全部余量。

图4-4横向磨削法

3.综合磨削法

4.深度磨削法

活动4磨内圆磨削方法

在单件、小批量生产中，可在万能外圆磨床上使用内圆磨头磨内圆（在大批量、大量生产中则采用内圆磨床为宜）。

内圆磨削是常用的内孔精加工方法，可以加工工件上的通孔、不通孔、阶台孔及端面等。

磨内圆的方法有纵向磨削法和横向磨削法两种。

1.纵向磨削法

2.横向磨削法

活动5外圆锥面磨削方法

在外圆磨床上磨削外圆锥面，根据工件的形状和锥度的大小，有以下3种方法。

1.转动工作台法

2.转动头架法

3.转动砂轮架法

活动6磨内圆锥面磨削法

在万能外圆磨床上磨削内圆锥面的方法有以下两种。

1.转动工作台法

转动工作台法适用于磨削锥度不大的内圆锥面。

磨削时，工作台偏转α/2角度，工作台带动工件做纵向往复运动，砂轮做横向进给，如图4-10所示。

图4-10转动工作台法

2.转动头架法

如图4-11所示，将头架偏转角度α/2，磨削时工作台做纵向往复运动，砂轮做横向进给，适用于磨削锥度较大的内圆锥面。

图4-11转动头架法

任务2平面的机械加工

活动1M1730型平面磨床磨削平面

1.M7130型平面磨床的切削运动方式

（1）主运动。

M7130型平面磨床的主运动是指磨头主轴上砂轮的回转运动。

（2）进给运动。

M7130型平面磨床有以下3种运动方式。

①工作台的纵向进给运动。

工作台的纵向进给运动由液压传动系统实现，移动速度范围为1～18m／min。

②砂轮的径向进给运动。

在工作台每一个往复行程结束时，砂轮的径向进给运动由磨头沿床鞍的水平导轨横向步进实现。

③砂轮的垂向进给运动。

手动使床鞍沿立柱垂直导轨上下移动，此运动为砂轮的垂直进给运动，用于调整磨头的高低位置和控制磨削深度。

2.M7130磨削平面的方法

平面磨床的类型如图4-12所示，在平面磨床上磨削平面有圆周磨削和端面磨削两种形式。

卧轴矩台或圆台平面磨床的磨削属圆周磨削，砂轮与工件的接触面积小，生产效率低，但磨削区散热、排屑条件好，因此磨削精度高。

图4-12平面磨床的几种类型及其磨削运动

（a）卧轴矩台平面磨床；（b）立轴矩台平面磨床；（c）卧轴圆台平面磨床（d）立轴圆台平面磨床

活动2卧轴矩台平面磨床磨削平面的主要方法

1.横向磨削法

2.深度磨削法

3.阶梯磨削法

活动3磨削的工艺特点

1.砂轮的尺寸与作用

2.磨削的精度与作用

垫块磨削实例

1.零件分析

垫块（见图4-16）为平行平面零件，除尺寸精度为±0.01mm外，各相对平面间的平行度公差和各相邻平面间的垂直度公差均为0.01mm，各平面的表面粗糙度Ra值均不大于0.8μm，材料为45钢。

在卧轴矩台平面磨床上加工，分为粗磨和精磨，两平面互为基准，反复加工，直至达到规定要求。

图4-16垫块

2.加工要点

磨削距离为40±0.01mm的两平行平面在磨床电磁吸盘工作台直接定位装夹。

选择两平面中表面粗糙度值较小的平面作为基准，装夹前清理周边毛刺，并擦拭干净。

两平面互为基准、粗磨和精磨反复加工至要求。

磨削两相邻垂直平面用精密平口钳装夹。

平口钳放置在磨床工作台上，用百分表找正固定钳口平面，使它与工作台运动方向平行。

装夹工件时，将已磨平面紧贴固定钳口，待磨两垂直平面分别略伸出钳口平面和平口钳侧面，并用百分表找正。

先磨削上平面，然后将平口钳连同工件侧向翻转90°，使平口钳侧面吸在工作台面上，磨削另一平面。

其余两平面磨削在电磁吸盘工作台直接定位装夹，分别以磨好的两相互垂直平面为基准，先后磨削与之平行的平面至规定要求。

活动5磨削平面精度分析

1.直线度与平面度误差

2.平行度误差

3.表面粗糙度

4.工件表面裂纹

任务3螺纹表面的机械加工

活动1螺纹简介

1.螺纹的分类

2.普通螺纹的种类及代号

3.英制螺纹

4.普通螺纹各部分的名称

普通螺纹的基本牙型如图4-18所示。

图4-18普通螺纹基本牙型

（1）螺纹牙型。

螺纹牙型是指在通过螺纹轴线的剖面上螺纹的轮廓形状。

（2）牙型角α。

牙型角是指在螺纹牙型上相邻两牙侧间的夹角，对于普通螺纹，α=60°。

（3）螺距P。

螺距是指相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距离。

（4）导程Ph。

导程是指在同一条螺旋线上相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距离。

对于多线螺纹，导程等于螺纹线数乘以螺距。

（5）大径D（d）。

大径是指与外螺纹牙顶或内螺纹牙底相重合的假想圆柱面的直径。

国家标准规定，普通螺纹的公称尺寸用螺纹大径的基本尺寸表示。

（6）中径D2（d2）。

中径是指母线通过牙型上牙厚和槽宽相等地方的一个假想圆柱的直径。

（7）小径D1（d1）。

小径是指与外螺纹牙底或内螺纹牙顶相重合的假想圆柱面的直径。

（8）原始三角形高度h。

原始三角形高度是指将牙型两侧延长相交，牙顶和牙底处交点间垂直于螺纹轴线的距离。

（9）螺旋升角λ。

螺旋升角是指在中径圆柱上，螺旋线的切线与垂直于螺纹轴线的平面间的夹角。

活动2螺纹车刀的刃磨与装刀要求

螺纹车刀是一种成形刀具，螺纹截形精度取决于螺纹车刀刃磨后的形状及其在车床上安装位置是否正确。

1.螺纹车刀的刃磨要求

2.螺纹车刀的装刀要求

螺纹车刀的装刀要求有以下几点。

（1）装夹螺纹车刀时，可根据尾座顶尖高度检查刀尖位置，刀尖应与工件中心等高。

（2）装刀时，可用样板进行对刀，如图4-19所示。

应使车刀刀尖的对称中心线垂直于工件轴线，否则会使螺纹牙型半角不对称。

图4-19用对刀样板装刀

活动3车削普通螺纹的进刀方法

螺纹的进刀方法有低速车削法和高速车削法两种。

1.低速车削法

低速车削普通螺纹的进刀方法有以下3种。

（1）直进法。

车削螺纹时，车刀左右两侧刀刃都参加切削，由中滑板做横向进给，通过多次行程，直到完成螺纹车削，如图4-20（a）所示。

采用直进法车削，容易获得较准确的牙型，但车刀两切削刃同时参加切削，切削力大，容易产生振动和扎刀现象，因此，直进法适合于车削螺距较小（小于3mm）的三角形螺纹。

（2）左右切削法。

车削较大螺距的螺纹时，为了减小车刀两个切削刃同时切削所产生的扎刀现象，可使车刀只用一侧切削刃进行切削。

车削过程中，除了作横向进给外，同时还利用小滑板把车刀向左或向右作微量进给，使车刀只有一侧切削刃进行切削，通过多次行程，直到完成螺纹车削，如图4-20（b）所示。

应注意，精车时小滑板的左右进刀量不能过大，一般应小于0.05mm，否则易造成牙底过宽或牙底不平。

（3）斜进法。

粗车时，为了操作方便，在每次往复行程后，除中滑板横向进给外，小滑板只向一个方向做微量进给，这样往复几次行程完成螺纹车削，如图4-20（c）所示。

斜进法也是单刃车削，不仅排屑顺利，不易扎刀，且操作比较方便，但此方法只适用于粗车螺纹，精车时，必须用左右切削法才能保证螺纹精度。

车削内螺纹的方法与车外螺纹的方法相同，只是中滑板的进给方向相反。

在车削内螺纹前，应将孔径车得略大于螺纹小径。

图4-20低速车削三角形螺纹的进刀方法图

（a）直进法；（b）左右切削法；（c）斜进法

2.高速车削法

活动4车普通螺纹时切削用量的选择

车螺纹时，由于进给量和螺距相等，所以切削用量的选择主要是选择背吃刀量和切削速度。

切削用量的选择原则如下。

1.根据车削要求选择

前几次进给的背吃刀量可大些，以后每次进给的背吃刀量应逐次减少，精车时应更小；切削速度应取低些，粗车时切削速度取10～15m／min，精车时切削速度取6m／min。

2.根据切削情况选择

车外螺纹时切削用量可大些，车内螺纹时切削用量应小些；在细长轴上加工螺纹时，由于轴的刚性差，切削用量也应小些；车螺距较大的螺纹时，由于进给量较大，背吃刀量和切削速度应小些。

3.根据工件材料选择

加工塑性材料时，切削用量可大些；加工脆性材料时，切削用量应小些。

4.根据进给方法选择

用直进法车削时，由于车削面积大，刀具受到的切削力较大，所以切削用量应小些；若用左右切削法，切削用量可大些。

活动5车螺纹时乱扣原因及克服乱扣的方法

一条完整的螺旋线，通常都要经过几次进给才能完成。

在第一次进给完成后，必须很快地把车刀退出工件后又退回到开始进刀的位置。

但有时在进给第二刀时，车刀不在第一次进刀时车出的螺旋槽内，产生偏左或偏右的情况，使螺纹车乱而报废，这种现象称为乱扣。

1.产生乱扣的原因

2.防止乱扣的方法

活动6套螺纹与攻螺纹

在车床上加工直径和螺距较小、精度要求不高的三角形螺纹时，可用板牙和丝锥进行切削。

1.用板牙套外螺纹

车床上用圆板牙套螺纹，圆板牙如图4-22所示，一般用于加工不大于M16或螺距小于2mm的外螺纹。

图4-22板牙

（a）封闭式；（b）开槽式

2.用丝锥攻内螺纹

在车床上用丝锥攻内螺纹，丝锥的结构形状如图4-23所示。

一般用于攻M5以上的内螺纹；小于M5的螺纹，一般用手工攻丝；尺寸较大的螺纹，可采用先粗车后再攻螺纹，以提高加工内螺纹的生产效率。

图4-23丝锥的结构形状

（a）齿部放大图；（b）手用丝锥；（c）机用丝锥

任务4齿轮的加工

齿轮的加工包括齿坯加工和齿面加工两个阶段。

齿轮的齿坯加工通常经车削完成。

齿面加工又分成形法和展成法两种方法。

成形法是利用成形刀具对工件进行加工的方法。

齿轮的成形法加工包括铣齿、成形插齿、拉齿、成形磨齿等，最常用的方法是铣齿。

成形法制造的齿轮精度较低，只能用于低速传动。

展成法也称为滚切法、范成法，是利用工件和刀具做展成切削运动进行加工的方法。

展成法加工齿面是利用齿轮副的啮合运动来实现齿廓的切削。

将齿轮副中的一个齿轮制成具有切削能力的齿轮刀具，另一个齿轮换成待加工的齿坯，由专用的齿轮加工机床提供和实现齿轮副的啮合运动。

这样，在齿轮刀具与齿坯的啮合运动中进行切削，齿坯将逐渐展成渐开线齿廓。

活动1滚齿加工

1.Y3150E型滚齿机

滚齿机是齿轮加工机床中应用最广泛的一种机床，在滚齿机上可切削直齿、斜齿圆柱齿轮，还可加工蜗轮、链轮等。

如图4-25所示为Y3150E型滚齿机的外形图。

图4-25Y3150E型滚齿机外形图

1—床身;2—立柱;3—刀架溜板;4—刀杆;5—滚刀架;6—支架;

7—工件心轴;8—后立柱;9—工作台

具有安装滚刀用刀杆4的滚刀架5安装在刀架溜板3上，刀架可带着滚刀转动一定的角度。

垂直滑座可上下移动。

工作台9、后立柱8在径向进给丝杠带动下，可沿床身1的导轨作径向移动，以调整切削深度。

工作台中央可安装工件心轴7，用于安装工件，并带着工件一起回转。

刀架连同滚刀转过一定的角度δ，使切齿时滚刀刀齿的方向与轮齿的方向保持一致，以便滚切出直齿或斜齿。

在滚切直齿圆柱齿轮时，δ的大小等于齿轮滚刀的螺旋角γ，δ偏转的方向根据齿轮滚刀的旋向确定,如图4-26所示。

图4-26齿轮滚刀的旋向

（a）右旋；（b）左旋

2.滚齿加工原理与运动

（1）滚齿加工原理。

（2）滚齿运动。

（3）滚齿的工艺特点。

活动2插齿加工

1.Y5132型插齿机

2.插齿加工原理与运动

（1）插齿加工原理。

（2）插齿运动。

（3）插齿的工艺特点。

①加工精度较高。

②生产率较低。

③适用性较好。

活动3磨齿加工

1.用连续分度展成法工作的磨齿方法

图4-31蜗杆砂轮磨齿

磨齿加工是在磨齿机上对淬硬的齿轮讲行齿廓的精加工，磨齿后，齿轮的精度可达6级以上。

按齿廓的形成方法，磨齿也有成形法和展成法两种，但大多数类型的磨齿机均以展成法来加工齿轮。

2.用单齿分度展成法工作的磨齿方法

这类磨齿方法根据砂轮形状可采用锥形砂轮磨齿机、碟形砂轮磨齿机等。

它们的工作原理相同，都是利用齿条和齿轮的啮合原理来磨削轮齿的，如图4-32所示。

加工时，被切齿轮每往复滚动一次，完成一个或两个齿面的磨削，因此需经多次分度及加工，才能完成全部轮齿齿面的加工。

图4-32单齿分度展成法工作的磨齿

（a）碟形砂轮磨齿法；（b）锥形砂轮磨齿法

（1）碟形砂轮磨齿法。

（2）锥形砂轮磨齿法。

六、项目小结

1.内、外圆表面的机械加工工艺

内、外圆表面和圆锥面通常采用磨削工艺进行加工。

外圆磨削方法有纵向磨削法、横向磨削法、综合磨削法和深度磨削法等，内圆磨削方法有纵向磨削法和横向磨削法，外圆锥面磨削方法有转动工作台法、转动头架法和转动砂轮架法，内圆锥面磨削方法有转动工作台法和转动头架法。

2.平面的机械加工工艺

平面通常采用磨削工艺进行加工，在卧轴矩平面磨床上磨削平面的方法有横向磨削法、深度磨削法和阶梯磨削法。

3.螺纹表面的机械加工工艺

螺纹表面可以采用车削螺纹、板牙套螺纹、丝锥攻螺纹等方法加工，其中，低速车削螺纹的进刀方法有直进法、左右切削法和斜进法，高速车削螺纹的进刀方法为直进法。

4.齿轮的机械加工工艺

齿轮的加工方法有成形法和展成法，其中成形法包括铣齿、拉齿等，展成法包括滚齿、插齿和磨齿等。

七、课后习题

完成项目的项目检测。