[理学]05第五章 钻削、镗削、铰削与拉削
5-1
一、引入
1、本门课程的总体安排。
2、本篇在这门课中的地位和作用。
二、讲授新课
第五章 钻削、镗削、铰削与拉削
孔是各种机器零件上出现最多的几何表面之一~分为非配合孔和配合孔二大类。
一般孔加工采用钻、扩等加工~有一定要求的孔是在钻、扩基础上进行再进一步的镗、铰等加工。但不论是何种孔加工都具有以下一些特点:
,1,部分孔加工刀具为定尺寸刀具~刀具本身精度会影响孔的加工精度。
,2,孔加工刀具的切削和夹持部分的有关尺寸受被加工孔尺寸的限制~会使刀具的刚性变差。
,3,孔加工时~刀具一般是封闭或半封闭状态下进行工作~对加工质量和刀具耐用度都会产生不利的影响。
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5-2
基于以上原因~在机械
设计
领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计
过程中选用孔和轴配合的公差等级时~经常把孔的公差等级定得比轴低一级。
孔加工的方法很多~常用的有钻孔、扩孔、锪孔、铰孔、镗孔、拉孔、磨孔等~还有金刚镗、珩磨、研磨、挤压及特种加工孔等方法。其加工孔直径Φ0.01,Φ1000mm~加工精度可达到IT13,IT5~表面粗糙度Ra12.5,0.006μm,可在金属或非金属材料上加工~也可在普通材料或高硬度材料上加工。
在加工中可根据不同要求~合理进行选择最佳的加工
方案
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~达到加工质量能符合要求。
第一节 钻削加工,一,
一、概述
用钻头作回转运动~并使其与工件作相对轴向进给运动~在实体工件上加工孔的方法称为钻孔,在已有孔的情况下~用扩孔钻对孔径进行再扩大的加工称为扩孔,钻孔与扩孔统称为钻削。
加工精度 表面粗糙度
钻孔 IT13,IT12 Ra12.5,6.3μm
扩孔 IT12,IT10 Ra6.3,3.2μm
钻削可以在各种钻床上进行~也可以在车床、铣床、镗床和组
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5-3 合机床、加工中心上进行~但大多数情况下~尤其是在大批量下生产时~主要还是在钻床上进行。
二、钻床
主要用钻头在工件上加工孔的机床称为钻床。通常以钻头的回转运动为主运动~钻头的轴向移动为进给运动。
钻床的分类:坐标镗钻床、深孔钻床、摇臂钻床、台式钻床、立式钻床、卧式钻床、铣钻床、中心孔钻床等八大类。大部分以最大钻孔直径为主要参数。
钻床的主要功用为钻孔和扩孔~也可以用来铰孔、攻螺纹、锪沉孔及锪凸台端面等。
1、立式钻床
特点是主轴是垂直布臵且位臵固定不动(沿立柱轴线回转)。因其立轴结构不同可分为圆柱立式钻床、方柱立式钻床和可调多轴立式钻床。
机床的使用:主轴箱和工作台可沿立柱作上下移动以调整工作高度,工件安放于工作台上~通过工件的位臵移动来找正,利用主轴箱的功能~可以进行变换主轴转速、主轴进给量等加工参数~主轴的上下移动可实现自动进给或手动进给。
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适合于加工单件或小批量的中小型工件加工~钻孔直径为Φ16,Φ80mm~如Z5132、Z5140A等。
2、摇臂钻床
特点是主轴能沿立柱的中心轴线进行回转。
机床的使用:将工件放臵于工作台上,主轴绕立柱可上下移动和旋转或主轴箱可在摇臂上作横向移动,利用主轴箱的功能~可以进行变换主轴转速、主轴进给量等加工参数~主轴的上下移动可实现自动进给或手动进给。
适合于加工单件或中小批量的大中型工件加工~钻孔直径为 Φ25,Φ125mm~如Z3040、Z3050A等。
3、钻削加工中心
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一般以钻孔、攻螺纹和铣削为主~且刀具在十把以上的加工中心称为钻削加工中心。
功能:各种直径的孔加工,各种面的铣削加工,多轴,多空间,加工孔或面。
技术性能:主轴转速高~加工孔直径范围大~进给速度大~定位精度高等。
三、麻花钻
1、概述
是孔加工中应用最广泛的刀具。主要用来在实体材料上钻削直径在Φ0.1,Φ80mm~加工精度为IT12左右~表面粗糙度在Ra12.5,6.3μm左右的孔或精度要求较高的孔的预加工。
分类:按材料不同可分为高速钢和硬质合金钻头,按柄部不同
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5-6 分为直柄和锥柄钻头,按长度不同分为基本型、短、长、加长和超长型等钻头。
?硬质合金麻花钻
有整体式、镶片式和可转位式,无横刃式,三种~一般用于加工各类特殊材料的各种孔加工。用细颗粒钨系材料及YG、YW、YT等制作而成~整体式大多采用TiN涂层,金黄色,或镶片式采用涂层刀片,钻头直径从Φ0.2,Φ60mm~硬度在58,62HRC。
?高速钢麻花钻
是一种标准刀具~由工作部分、柄部和颈部,锥柄钻才有,组成~锥柄还带有扁尾。整体呈倒锥形。
整个切削部分由前面、后面、副后面、主切削刃、副切削刃和横刃等组成。
2、切削部分的几何参数
?螺旋角β
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r2,0,tan,L
螺旋角增大会使钻头锋利和排屑通畅~但使钻尖强度削弱和散热条件变差。
?顶角2φ
顶角大~钻头强度增大,标准麻花钻2φ=118?,加工钢、铸铁、硬青铜时~2φ=116,120?,加工硬铸铁、不锈钢、耐热钢时~2φ=120,150?。
?刃倾角λSX和端面刃倾角λtx
每一点上的刃倾角和端面刃倾角都不相同~越靠近钻心越大。
?主偏角κr
每一点上的主偏角也不相同~越靠近外缘处越大。
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?前角γOX
每一点上的前角都不相同且变化较大~如外缘处前角为30?~钻心处前角为-30?。
?后角αfx
主切削刃上外缘处的点其后角最小~钻心处的点其后角最大。
?横刃角度ψ
标准麻花钻的横刃斜角ψ=50,55?。一般后角增大~横刃斜角随之减小,导致横刃长度增大~进给力增大~切削条件变差~对加工质量产生不利影响。
四、钻削原理
1、钻削要素
,dn0,,c1000?切削速度υC:钻头外缘处的线速度
?进给量:每转进给量f~每齿进给量fz~进给速度υf,υf=nf=znfz。
do,,p2?背吃刀量αp:
df0,bh,sin,DD2sin,2?切削厚度hD和切削宽度bD:
fdoA,hb,DDD4?切削面积AD:
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2、钻削力和钻削功率
在钻削力合成中~有一个总扭矩T和一个总进给力F。
T,T,T,T,2F,,Fd,Fboo1,coco1oc,,
F,2F,2F,Ffofo1f,
从上式得知:总扭矩T来源于主切削刃~总进给力F来源于横刃。
2Tn,P,c660,10切削功率PC。
3、切削热与钻头磨损
钻头磨损和切削热产生的交汇点在于:切削速度和切削温度最高、刀体强度最薄弱的前面、后面和刃带三者的交汇处。
五、麻花钻的修磨与群钻
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5-10
1、标准高速钢麻花钻的缺点
切削刃上各点前角变化大~横刃较长~主切削刃较长~切削速度高、切削刃强度和散热条件较差。
麻花钻的修磨 2、
,1,修磨主切削刃~形成多段或圆弧形切削刃,
,2,修磨横刃~使横刃变短和改善横刃处的前角角度,
,3,修磨前刀面~使前角变大或变小~以适应不同材料的切削加工,
,4,修磨刃带~加大刃带上形成的副后角,
,5,磨分屑槽~便于排屑和断屑。
3、群钻
是在长期的生产实践中~综合了标准麻花钻各种修磨方法的成功经验~而设计出的一种先进钻头。为了适应不同工件材不同孔径
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5-11 的钻削需要~群钻已形成了多种系列。
图示为标准群钻。结构上与普通钻头相比:主切削刃由外刃、圆弧刃和内刃所构成,刀尖有三个,顶角有二个,外刃顶角和内刃顶角,,在一侧主切削刃后开有分屑槽。性能上与原来的普通钻头相比:效率提高~切削条件改善~有利于钻头定心~耐用度提高~切削省力~精度与表面质量更好。
三、新课小结
本节主要是使学生掌握钻削的基本知识及钻床、刀具、原理等知识,掌握麻花钻各部分的切削角度和选择方法,了解钻削力的计算方法。
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5-12
四、布臵作业
1、孔加工刀具有何特点,
2、钻削三要素及计算公式。
3、麻花钻在结构上有那些缺陷,应如何修磨来加以改进,
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5-13 一、引入
1、孔加工刀具有何特点,
2、钻削三要素及计算公式。
3、麻花钻在结构上有那些缺陷,应如何修磨来加以改进,
二、讲授新课
第一节 钻削加工,二,
六、扩孔与锪削
1、扩孔
在已有孔的基础上再进行孔加工。
刀具为扩孔钻~一般有3,4条主切削刃。
按刀具切削部分材料分有高速钢和硬质合金两种,按外形分有宁波技师学院 机械技术系 《机械制造技术》 胡 岗 主讲
5-14 整体直柄、整体锥柄、套式和转位形,主要用于大直径,。
扩孔钻的加工质量比钻孔要好。因为:无横刃切削阻力小~加工余量小,刀刃多切削力小~导向性好,刀体强度高~刚性好。
扩孔时进给量可以比钻孔大一倍。
2、锪削
在已加工孔的基础上进行圆柱形沉头孔、锥形沉头孔和端面凸台加工。
刀具为锪孔钻~有圆柱沉头锪钻、锥形沉头锪钻、端面锪钻等,一般有3,4个刀齿。锥形沉头锪钻角度有60?、90?、120?三种。
大多数用高速钢制造~大直径采用硬质合金制造。
七、深孔加工
1、深孔加工的特点及对刀具的要求
一般把深径比在5,10以上的孔称为深孔。直径比在20以下
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5-15
的通常用加长麻花钻~直径比在20以上的通常用深孔钻加工。 深孔加工比非深孔加工难度大得多~其主要原因:?刀具细长~
刚性很差?排屑困难?冷却、润滑困难。
深孔钻与其他钻头相比有以下特点:足够的刚性和良好的导向
功能,有可靠的断屑、排屑功能,有效的冷却、润滑功能。 2、常用的深孔加工刀具
,1,单刃外排屑深孔钻,
,2,错齿内排屑深孔钻,
,3,喷吸钻。
质量分析 八、钻孔
主要问题有:孔径扩大和孔轴线偏斜、钻头的崩刃和折断。 1、孔径扩大和孔轴线偏斜
,1,产生原因:
?切削刃不对称,
?加工面不平,
?钻头横刃过长,
?钻头与夹具间隙过大,
?设计或工序不合理。
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5-16
,2,采取措施:
?预加工孔端面,
?尽量工件回转,
?先钻中心孔,
?适当小的进给量, ?切削刃修磨对称, ?修磨横刃,
?调整机床,
?选用合适钻套,
?钻深孔时用支承架。 2、钻头的崩刃和折断 ,1,产生原因:
?进给量、进给力变化大, ?切屑缠绕或堵塞, ?堵塞冷却不充分, ?磨损过大,
?夹持不稳定,
?孔将钻通时~力过大。 宁波技师学院 机械技术系 《机械制造技术》 胡 岗 主讲
5-17 ,2,采取措施:
?及时修磨钻头,
?及时修磨横刃,
?改善断屑、排屑条件,
?采用分级进给加工,
?减小工艺系统的弹性变形。
三、新课小结
本节主要是使学生了解扩孔和锪削的基本知识,了解深孔加工
的工艺,掌握钻孔质量分析的基本方法。
四、布臵作业
1、深孔加工比一般孔难度大很多~主要原因是什么, 2、为防止钻孔时孔径扩大和孔轴线偏斜~一般应采取哪些措
施,
3、为防止钻孔时钻头折断~一般应采取哪些措施,
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5-18
一、引入
1、深孔加工比一般孔难度大很多~主要原因是什么,
2、为防止钻孔时孔径扩大和孔轴线偏斜~一般应采取哪些措施,
3、为防止钻孔时钻头折断~一般应采取哪些措施,
二、讲授新课
第二节 镗削
一、概述
镗孔是一种应用非常广泛的孔加工方法。可以用于孔的粗加工、半精加工、精加工,可以加工通孔和盲孔,可以加工各种工件材料。
镗孔可以在各种镗床上进行加工~也可以在卧式车床、回轮或转塔车床、铣床、数控机床、加工中心上进行。
在镗床上镗孔的突出优点:可以用一种镗刀加工一定范围内各种不同直径的孔~尤其是大直径的孔,可以修正上一工序所产生的孔的相互位臵误差。但生产率低~适合于单件和中、小批量生产的
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5-19 场合。
镗孔加工精度一般为IT9,IT7~表面粗糙度为Ra6.3,0.8um,高精度镗床可达到精度IT6~表面粗糙度为Ra1.6,0.8um~甚至达到Ra0.2um。
二、卧式铣镗床
1、概述
一般用于大尺寸、大重量的工件上的大直径孔加工,或相互有一定联系的若干孔系。
除能镗孔外~还能钻孔、扩孔、铰孔、车螺纹、铣平面等加工。
主要类型有卧式铣镗床、精镗床和坐标镗床~其中卧式铣镗床应用最为广泛~型号有T68、T611等。
2、机床的运动和主要部件
主要有后支承后立柱、工作台、镗轴、平旋盘、刀具溜板箱、前立柱、主轴箱、床身、滑座等。
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5-20
后立柱、工作台可沿导轨作纵向移动,Y轴,,主轴箱、主轴沿前立柱导轨作垂直移动,Z轴,,工作台在下滑座上作横向移动,X轴,和360?回转,后支承在后立柱上还能作垂直移动,Z轴,。
主轴箱内有主运动和进给运动的变速机构和操纵机构。
卧式铣镗床的主运动有:镗轴和平旋盘的回转运动。
卧式铣镗床的进给运动有:镗轴的轴向进给运动~平旋盘溜板的径向进给运动~主轴箱的垂直进给运动~工作台的纵向和横向进给运动。
卧式铣镗床的辅助运动有:工作台的转位~后立柱纵向调位~后支承架的垂直方向调位~主轴箱沿垂直方向和工作台沿纵、横方
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5-21 向的快速调位运动。
3、卧式铣镗床上的典型加工功能
各种轴向移动进行孔加工,a、b、d、f,~加工端面,c、e,~加工螺纹,g、h,。
若被加工零件形状复杂、加工精度要求很高在卧式铣镗床上加工~难度较大~此时可在数控加工中心上加工。
三、常用镗刀
1、概述
镗刀是指在镗床、车床、铣床、组合机床以及加工中心上用以镗孔的刀具~类似外圆车刀。
具有以下特点:?镗刀和镗杆有足够的刚度?夹持牢固、装卸方便、便于调整?可靠的断屑、排屑条件。
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5-22
镗刀按切削刃数量可分为:单刃、双刃、多刃刀具,按加工表面可分为:内孔、端面刀具,按结构可分为:整体式、装配式、可调式刀具。
常用镗刀的类型、结构和特点 2、
?单刃镗刀:最简单一种镗刀,大多是可调式结构。
?双刃镗刀:一对对称刀刃,可以消除背向力对镗杆的影响~但刀具刃磨次数有限,采用浮动结构。精度可达到IT7,IT6~表面粗糙度为Ra1.6,0.4um。
?多刃镗刀:多刀刃刀具,适用于大批量加工,修磨麻烦,也可采用复合式镗刀。
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5-23
?微调镗刀:结构简单~刚性好~调整方便~可达到0.01mm的调整量。
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5-24
3、镗床辅具
用以连接刀具与机床的工具。
镗床上主要用的是刀杆和镗杆。
,1,刀杆一般与镗床主轴刚性连接~用于进行悬伸镗削。
刀杆分A型、B型二种,A型径向装刀~B型斜向装刀,刀杆直
径范围为20,90mm~最大悬伸长度不超过260mm。
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5-25
,2,镗杆一般较长~需与镗模,镗套,配合使用~故一般为专用辅具。与镗床主轴连接多采用浮动连接。
三、新课小结
本节主要是使学生了解镗床的基本知识,掌握卧式镗床的结构、功能,掌握常用镗刀及辅具的结构和特点。
四、布臵作业
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5-26 1、镗床有哪些部件构成,有哪些运动,
2、简述常见镗刀的类型、结构和特点。
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5-27
一、引入
1、镗床有哪些部件构成,有哪些运动,
2、简述常见镗刀的类型、结构和特点。
二、讲授新课
第三节 铰削
一、概述
铰孔是用铰刀从工件孔壁上切除微量金属层~以提高其尺寸精度和减小其表面粗糙度值的半精加工或精加工方法。
其加工精度一般可达到IT9,IT6~表面粗糙度为Ra1.6,0.4um,可以加工圆柱孔或圆锥孔、通孔或盲孔,可以在钻床、镗床、车床、组合机床、数控机床、加工中心等多种机床上进行~也可用手工进行铰削,加工孔直径小至Ф1?~大至Ф100?,因此铰削是一种应用非常广泛的孔加工方法。
二、铰刀
1、铰刀的组成部分和类型
?铰刀的组成部分:由工作部分、颈部和柄部组成。
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5-28
工作部分还分为切削部分和校准部分。切削部分由导锥和切削锥构成~导锥起引导作用~切削锥起切削作用,机用铰刀导锥也起切削作用。校准部分分为圆柱和倒锥部分~圆柱圆柱部分起导向、校准和修光作用~倒锥主要减少与孔壁的摩擦和防止孔径扩大作用。
颈部、柄部作用与麻花钻相同。
?常用铰刀的类型
铰刀一般分为手用铰刀和机用铰刀。手用铰刀又分整体式与可调式,机用铰刀又可分带柄式和套式~又分为直柄和锥柄。材料有高速钢和硬质合金,高速钢切削部分用W18Cr4V,W18,和W6Mo5Cr4V2,M2,,硬质合金刀片可采用焊接式、镶齿式和机夹可转位式。
特殊用途的有硬质合金枪铰刀、拉铰刀、硬质合金镗铰刀、金刚石铰刀等。
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5-29
2、铰刀主要结构要素对铰削过程的影响
?直径与公差:主要体现在校准部分的直径。确保加工孔的直径和公差,同时要考虑使用时应有足够的磨损储备量。
?齿数:齿数取决于孔径的尺寸,孔径大齿数多~孔径小齿数少。齿多工作稳定~导向好~孔质量高~但刀具的要求就高,齿数少~刀具强度好。为了便于测量铰刀直径~齿数一般取偶数。
?齿槽方向:有直槽和螺旋槽两种。直槽制造、刃磨和检验都比较简单~应用广泛,螺旋槽切削平稳~排屑性能好~刀具耐用度~铰削质量好,螺旋槽分为右旋和左旋~右旋主要能加工盲孔~高
左旋为常用,螺旋角取决于工件材料~铸铁、硬钢取β=7?,8?~一般材料取β=12?,20?~铝等取β=35?。
3、铰刀切削部分的几何角度
?主偏角κr:其大小要取决于加工条件和工件材料。手用铰刀一般取1?左右,机用加工钢材取κr=12?,15?~盲孔取κr=45?~铸铁取κr=3?,5?,加工盲孔时都不能取小值。
?前角γp:一般取零度,校准部分取γp=4?。
?后角αp和刃带宽度ba1:一般后角取αp=6?,10?~校准部分刃口上有ba1=0.1,0.5mm,为了减少与孔壁之间摩擦~刃带宽
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5-30 度不宜太大~一般铰刀直径do大则ba1也大~do小则ba1也小。
?刃倾角λs:一般磨出与轴线倾斜成15?,20?的负刃倾角λs。
三、铰孔质量分析
1、孔径的扩大与收缩
一般采用以下措施:?取合理的切削速度~钢材νc=1.5,5m/min?提高铰刀刃磨质量?及时修磨铰刀?及时消除机床、刀具、夹具等误差?铰刀与机床采用浮动连接。
2、刀齿的崩刃
主要原因:?铰削量过大?工件材料硬度过高?容屑槽过小或排屑不畅?主偏角过小?刀具磨损超过磨纯标准。
采取措施:?合理确定铰削加工余量?较硬材料采用负前角?减少铰刀齿数?增大主偏角?及时刃磨铰刀?进行充分冷却和润滑。
3、孔的表面粗糙度过大
主要原因:?铰削余量过大或过小?过小的进给量和过小的主偏角?切削速度过高?切屑堵塞?刀具磨损超过磨纯标准?预制孔精度低、表面质量低。
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5-31
采取措施:?合理铰削余量?合理的切削速度和进给量?及时修磨刀具?改善排屑条件?消除机床回转误差~提高机床精度?正确使用切削液。
三、新课小结
本节主要是使学生了解铰削的基本知识,掌握铰刀的基本知识~包括结构、类型、加工影响和几何参数,掌握铰孔质量分析和应对措施。
四、布臵作业
1、简述铰刀的组成部分及各部分作用。
2、简述铰刀主要结构要素对加工有什么影响,
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5-32
一、引入
1、简述铰刀的组成部分及各部分作用。
2、简述铰刀主要结构要素对加工有什么影响,
二、讲授新课
第四节 拉削
一、拉削的概念
拉削是用各种不同的拉刀在相应的拉床上切削出各种内、外几何表面的一种加工方法~其中以拉内孔应用最广。
拉刀是一种多齿刀具~在其前后相邻两刀齿之间有一个高度差,或半径差,。
二、拉刀与拉床
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5-33
1、拉刀
拉刀种类很多~这里以圆孔拉刀为例~分为:前柄、颈部、过渡锥、前导部、切削齿、校准齿、后导部、后柄等八个部分。
2、拉床
拉床的种类也很多~但应用最广的为卧式内拉床。拉床只有主运动~采用液压驱动,拉削时工件以预制孔为基准~依靠拉削力将工件压在固定支承的支承端面上。
为保证孔的拉削精度~通常将拉床夹具制成活动式~如右图所示。
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5-34
三、拉削特点
1、生产率高。
虽然拉削速度低~但加工齿多、切削刃长~且粗、半精、精加
工一次完成。
2、加工质量高。
一般为IT8,IT7~表面粗糙度不大于Ra0.8um。 3、加工范围广。
可加工各种形状的内外表面~复杂成形表面。
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5-35 4、刀具磨损慢~耐用。
5、机床结构简单~操作方便。
6、拉刀制造成本高、工艺复杂~用于成批或大量生产。
三、新课小结
本节主要是使学生掌握拉削的概念,了解拉刀与拉床的结构特
点,掌握拉削的加工特点。
四、布臵作业
1、简述拉削的加工特点。
2、钻孔、扩孔、镗孔、铰孔、拉孔分别能达到的加工精度。 宁波技师学院 机械技术系 《机械制造技术》 胡 岗 主讲