论文部分内容阅读
摘 要：不同的零件具有不同的尺寸和几何形状，但是其内外轮廓的组成都是一些简单的表面，例如箱体的组成部分包括圆弧、圆柱面和平面等，阶梯轴的组成元素包括端面、回转曲面以及螺纹等。不同金属具有不同的切削机床的运作方式和结构，但是从零件表面组成元素的角度来看，又有相似之处。过去传统的零件表面成形理论的接受过于粗略，因此本文将对其欠缺部分进行系统的描述，借助机床零件表面的发生线成形原理，大致分为简单表面和复合表面对其进行详细阐述，从而达到完善机械加工成形理论的目的。
关键词：机械加工;零件表面;成形理论
一、 简述机械加工成形原理
通过观察我们可以发现，金属切削机床可以加工的零件的表面都是线性表面，其表面均是由两条发生线遵循一定的规律运动而形成的。我们可以把这两条发生线分为导线和母线，之所以将其命名为母线。是因为它总是按照一定的方式和规则沿着另一条发生线，即导线，进行运动，从而形成某种特定的表面。简而言之，母线和导线的相对运动形成了线性表面，或者说是零件的线性表面成形过程是两条发生线的形成过程，这就是所谓的零件表面成形原理。所以说，两条发生线的运动形成了金属切削机床的形成运动。
（一）简述表面发生线的形成方法
形成零件表面发生线，即母线和导线的方法共包括展成法、相切法、成形法和轨迹法等四种方法。而零件某一个表面的母线和导线形成的方法可以一样，也可能存在差别。例如直齿圆柱齿轮的齿廓面在滚齿机上进行加工时，工件和滚刀的相对复合运动形成的渐开的母线，就是由展成法形成的，而导线作为呈直线的齿向线，是由相切法形成的。但同样是加工直齿圆柱齿轮的齿廓面，此时选择在插齿机上加工，导线就成了渐开线，由展成法形成，而变成直线齿向线的母线是由轨迹法所形成的。再比如说，圆柱面用尖头车刀加工时，母线变成了园，导线变成了直线，但两条线都是由轨迹法形成的。而用成形圆弧车刀车削成形圆弧沟槽时，母线变成了和刀具圆弧相吻合的弧线，这是由成刑法形成的，导线变成了圆，由轨迹法形成。因此，零件某一表面的成形运动和形状要受制于具体的加工方法，并不是单纯地取决于表面本身。下面将分别介绍四种发生线形成方法。
1. 展成法
展成法是零件表面加工时切削工具与工件作的相对展成运动，可以用来形成渐开线。这种方法主要运用了齿轮啮合的原理，要求刀具和工件按照既定的规则进行相对运动，共同完成复合运动，此种方法需要两个成形运动。
2. 相切法
相切法使用的刀具要求是柱状的或者盘状的多齿刀具，每个刀齿要依次削形成一系列的刀刃的轨迹线，包络线就是和这些刀刃的轨迹线相切的线，也就是将要形成的发生线。相切法也需要两个成形运动，包括刀具轴线沿着将要形成的发生线的等距离的运动以及刀具的旋转运动。
3.成形法
此种表面发生线的形成方法有一个显著的特点，即将要形成的发生线和刀刃的形状是完全一致的，也正因如此，成形法可通过刀具自行实现发生线，不需要刀具和工件之间的相对成形运动。
4. 轨迹法
将要形成的表面和刀具的切削呈现点接触，该点沿着将要形成的发生线进行运动，其所形成的运动轨迹就是发生线，因此，轨迹法需要一个成形运动。
当然，上述的四种方法只适用于发生线的形成，不能用于整个表面的形成。从发生线的形成原理可以得出，部分表面的母线和导线不能交换，否则得不到预期的表面效果，这样的表面叫做不可逆表面，而有些表面的母校和导线可以相互交换，因此叫做可逆表面。不同的零件表面，其母线沿导线运动的规则是不相同的，有的规律很简单，例如圆柱面和平面，但有一些相对复杂，例如螺纹面和圆锥面。根据其规律的简易程度，本文将零件表面分为简单表面和复合表面，并据此分别进行归纳和阐述。
（二） 简述简单表面的成形原理
简单表面的母线沿着导线作平移，导线是简单的成形线、直线或者圆。例如平面可以由一条直线沿另一条直线平移，相似的原理有用尖头刨刀在牛头刨床上加工平面：工件在棘轮机构带动下作的横向步进运动中实现发生线的导线，刨刀空回程的同时，刨刀刀尖在工件表面的直线切削运动形成发生线的母线。再比如说渐开线和与齿轮轴线平行的直线的相对运动实现直齿圆柱齿轮的齿廓面。由于简单表面一般都是线性构成，所以大多都是可逆表面，母线和导线可以相互交换。直齿圆柱齿轮的齿廓面在进行滚齿机上加工时，首先形成渐开的母线，直齿圆柱齿轮的齿廓面在普通铣床上也可以运用成形法，通过成形齿轮铣刀完成。
（三）简述复合表面的成形原理
复合表面的成形原理相对简单表面来说更为复杂，其导线各不相同，母线沿着导线运动的规律也更为复杂，其导线形成的运动是由两个或两个以上的简单运动复合而成的复合运动。由于其运动过程较为复杂，所以复合表面通常是不可逆表面。
二、 加工精度与机床加工成形原理
经过上述探讨我们可以发现，母线和导线的实现就构成了零件表面的整个加工过程。发生线的形状误差会直接影响零件表面质量，例如在遇到车削圆柱面的情况时，，工件的旋转运动的误差会直接影响圆柱面的圆度，刀具直线运动的误差会直接影响圆柱面的圆柱度。因此要重视发生线成形运动的精度和强度。发生线精度的提高可以通过机床部件的改良设计来实现，很多机床把刀具和工件之间的相对运动拆分为简单的旋转和直线运动，旋转运动的精度通过运动的匀速性和圆度来体现，而直线度和匀速性体现了直线运动的精度。
三、结论
通过对机床上零件表面成形原理的详细阐述和探究，可以弥补以往传统机械加工成形原理的漏洞，进一步完善机械加工知识体系中关于零件表面成形原理理论的构造。在分别系统阐述简单表面和复杂表面的问题中，本文举证了不少的例子进行解析，以便对零件表面成形原理有一个更深刻更细致的了解和认识，机床零件表面成形原理可广泛用于数控机床，特别是多自由度数控加工机床的运动方案设计，以及制造装备的技术研发和运动分析等领域。
参考文献：
[1]杜磊.机械加工成形原理探讨[J].科技致富向导，2012（9）：8.
[2]张军平，张国荣.机械加工成形原理问题研究[J].科技致富向导，2011（4）：146，153.
[3]陶秀峰.关于机械加工成形的分析[J].东方教育，2014（11）：309-309.
[4]宋金荣，张铁钢，王秀芝等.探讨机械加工的成形原理分析[J].城市建设理论研究（电子版）， 2013（13）.
关键词：机械加工;零件表面;成形理论
一、 简述机械加工成形原理
通过观察我们可以发现，金属切削机床可以加工的零件的表面都是线性表面，其表面均是由两条发生线遵循一定的规律运动而形成的。我们可以把这两条发生线分为导线和母线，之所以将其命名为母线。是因为它总是按照一定的方式和规则沿着另一条发生线，即导线，进行运动，从而形成某种特定的表面。简而言之，母线和导线的相对运动形成了线性表面，或者说是零件的线性表面成形过程是两条发生线的形成过程，这就是所谓的零件表面成形原理。所以说，两条发生线的运动形成了金属切削机床的形成运动。
（一）简述表面发生线的形成方法
形成零件表面发生线，即母线和导线的方法共包括展成法、相切法、成形法和轨迹法等四种方法。而零件某一个表面的母线和导线形成的方法可以一样，也可能存在差别。例如直齿圆柱齿轮的齿廓面在滚齿机上进行加工时，工件和滚刀的相对复合运动形成的渐开的母线，就是由展成法形成的，而导线作为呈直线的齿向线，是由相切法形成的。但同样是加工直齿圆柱齿轮的齿廓面，此时选择在插齿机上加工，导线就成了渐开线，由展成法形成，而变成直线齿向线的母线是由轨迹法所形成的。再比如说，圆柱面用尖头车刀加工时，母线变成了园，导线变成了直线，但两条线都是由轨迹法形成的。而用成形圆弧车刀车削成形圆弧沟槽时，母线变成了和刀具圆弧相吻合的弧线，这是由成刑法形成的，导线变成了圆，由轨迹法形成。因此，零件某一表面的成形运动和形状要受制于具体的加工方法，并不是单纯地取决于表面本身。下面将分别介绍四种发生线形成方法。
1. 展成法
展成法是零件表面加工时切削工具与工件作的相对展成运动，可以用来形成渐开线。这种方法主要运用了齿轮啮合的原理，要求刀具和工件按照既定的规则进行相对运动，共同完成复合运动，此种方法需要两个成形运动。
2. 相切法
相切法使用的刀具要求是柱状的或者盘状的多齿刀具，每个刀齿要依次削形成一系列的刀刃的轨迹线，包络线就是和这些刀刃的轨迹线相切的线，也就是将要形成的发生线。相切法也需要两个成形运动，包括刀具轴线沿着将要形成的发生线的等距离的运动以及刀具的旋转运动。
3.成形法
此种表面发生线的形成方法有一个显著的特点，即将要形成的发生线和刀刃的形状是完全一致的，也正因如此，成形法可通过刀具自行实现发生线，不需要刀具和工件之间的相对成形运动。
4. 轨迹法
将要形成的表面和刀具的切削呈现点接触，该点沿着将要形成的发生线进行运动，其所形成的运动轨迹就是发生线，因此，轨迹法需要一个成形运动。
当然，上述的四种方法只适用于发生线的形成，不能用于整个表面的形成。从发生线的形成原理可以得出，部分表面的母线和导线不能交换，否则得不到预期的表面效果，这样的表面叫做不可逆表面，而有些表面的母校和导线可以相互交换，因此叫做可逆表面。不同的零件表面，其母线沿导线运动的规则是不相同的，有的规律很简单，例如圆柱面和平面，但有一些相对复杂，例如螺纹面和圆锥面。根据其规律的简易程度，本文将零件表面分为简单表面和复合表面，并据此分别进行归纳和阐述。
（二） 简述简单表面的成形原理
简单表面的母线沿着导线作平移，导线是简单的成形线、直线或者圆。例如平面可以由一条直线沿另一条直线平移，相似的原理有用尖头刨刀在牛头刨床上加工平面：工件在棘轮机构带动下作的横向步进运动中实现发生线的导线，刨刀空回程的同时，刨刀刀尖在工件表面的直线切削运动形成发生线的母线。再比如说渐开线和与齿轮轴线平行的直线的相对运动实现直齿圆柱齿轮的齿廓面。由于简单表面一般都是线性构成，所以大多都是可逆表面，母线和导线可以相互交换。直齿圆柱齿轮的齿廓面在进行滚齿机上加工时，首先形成渐开的母线，直齿圆柱齿轮的齿廓面在普通铣床上也可以运用成形法，通过成形齿轮铣刀完成。
（三）简述复合表面的成形原理
复合表面的成形原理相对简单表面来说更为复杂，其导线各不相同，母线沿着导线运动的规律也更为复杂，其导线形成的运动是由两个或两个以上的简单运动复合而成的复合运动。由于其运动过程较为复杂，所以复合表面通常是不可逆表面。
二、 加工精度与机床加工成形原理
经过上述探讨我们可以发现，母线和导线的实现就构成了零件表面的整个加工过程。发生线的形状误差会直接影响零件表面质量，例如在遇到车削圆柱面的情况时，，工件的旋转运动的误差会直接影响圆柱面的圆度，刀具直线运动的误差会直接影响圆柱面的圆柱度。因此要重视发生线成形运动的精度和强度。发生线精度的提高可以通过机床部件的改良设计来实现，很多机床把刀具和工件之间的相对运动拆分为简单的旋转和直线运动，旋转运动的精度通过运动的匀速性和圆度来体现，而直线度和匀速性体现了直线运动的精度。
三、结论
通过对机床上零件表面成形原理的详细阐述和探究，可以弥补以往传统机械加工成形原理的漏洞，进一步完善机械加工知识体系中关于零件表面成形原理理论的构造。在分别系统阐述简单表面和复杂表面的问题中，本文举证了不少的例子进行解析，以便对零件表面成形原理有一个更深刻更细致的了解和认识，机床零件表面成形原理可广泛用于数控机床，特别是多自由度数控加工机床的运动方案设计，以及制造装备的技术研发和运动分析等领域。
参考文献：
[1]杜磊.机械加工成形原理探讨[J].科技致富向导，2012（9）：8.
[2]张军平，张国荣.机械加工成形原理问题研究[J].科技致富向导，2011（4）：146，153.
[3]陶秀峰.关于机械加工成形的分析[J].东方教育，2014（11）：309-309.
[4]宋金荣，张铁钢，王秀芝等.探讨机械加工的成形原理分析[J].城市建设理论研究（电子版）， 2013（13）.