9-2 插削（课件）《机械制造工艺基础》上好课（劳动版·第八版）

《机械制造工艺基础》（劳动版)第八版 上好课—中职专业课 第九章 刨削、插削和拉削 9-2 插削 教学目标 知识目标 1.了解插床的结构组成、运动原理及加工适用范围，熟悉插削加工的基本概念。 2.掌握插刀的类型、几何角度参数及其不同类型插刀的应用场景；理解插键槽、方孔等典型表面的插削工艺。 能力目标 1.能准确识别插床的滑枕、工作台、分度机构等关键部件，并清晰说明各部件的作用。 情感目标 1.认识插削加工在机械制造中加工成型面、键槽等复杂结构的独特地位，树立严谨、规范、安全的加工操作意识。 1.7.2013 ‹#› 教学引入 思考与观察 1.请对比我们上节课学习的刨床，思考二者在结构和运动方式上有哪些相似点与不同点？ 2.它的刀具做的是垂直的往复直线运动，结合这个特点，大家尝试推测一下，它最适合加工什么样的工件表面呢？ 1.7.2013 ‹#› 知识讲授：认识插削 知识讲授：插床的结构 01. 结构原理定位 插床的结构原理与牛头刨床极为相似，在功能上可将其视为“立式刨床”。其主运动为滑枕带动插刀的直线往复运动，工件则做间歇的进给运动。 02. 核心组成部件 整机主要由床身、立柱、滑枕、圆工作台、上滑座、下滑座等基础部件构成；同时配备分度机构以实现工件的圆周分度，变速机构用于调整切削速度与进给量，各部件协同工作保障加工精度与效率。 1.7.2013 ‹#› 知识讲授：插床 - 床身与立柱 01. 床身：机床的基础承载核心 插床的床身是整台设备的底座与骨架，承担着支承和连接机床所有部件的关键作用。其内部型腔结构复杂，集成了变速传动机构与驱动滑枕的核心传动组件，同时保证整机的刚性与稳定性。 02. 立柱：运动精度的关键保障 立柱垂直安装在床身的一侧，是滑枕与刀架的主要支承部件。它通过精密的导轨结构，引导滑枕实现往复直线切削运动，有效约束运动轨迹，确保刀具在加工过程中的定位精度与运动平稳性，直接影响工件的加工质量。 1.7.2013 ‹#› 知识讲授：插床 - 滑枕结构 核心功能：滑枕是插床实现主运动的关键部件，主要用于夹持插刀，驱动刀具在垂直方向完成高速的往复直线切削运动，是执行加工任务的核心“手臂”。 结构特点：滑枕的行程长度（上下运动的距离）与运动速度均可根据工件的材质、加工精度及切削要求进行精确调节，能灵活适配不同规格和类型的工件加工需求。 1.7.2013 ‹#› 知识讲授：插床 - 圆工作台功能 01. 水平回转运动 工作台可绕垂直轴线做回转运动，主要用于工件的圆周分度，或直接加工圆形、弧形的内表面轮廓，是加工复杂型腔的基础运动。 02. 纵向进给移动 工作台沿床身导轨实现前后方向的直线移动，可配合回转运动加工螺旋面等复杂型面，扩大加工范围。 03. 横向进给移动 工作台沿滑座导轨做左右方向的直线移动，用于调整切削深度，或与纵向、回转运动复合，完成各种非圆曲线轮廓的插削加工。 1.7.2013 ‹#› 知识讲授：插床的运动 01. 插床的主运动 插床的主运动由滑枕带动插刀实现，是滑枕（插刀）的垂直直线往复运动。这是插削加工的核心切削运动，直接决定了切削速度的大小，也是切除工件余量的主要运动形式。 02. 插床的进给运动 （1）滑座带动的直线进给：由上滑座和下滑座配合，带动工件完成水平方向的纵向（前后）和横向（左右）移动。 （2）圆工作台的回转进给：通过圆工作台的水平回转运动，带动工件做圆周方向的进给，可用于加工内孔的键槽、多边形孔等复杂内表面。 1.7.2013 ‹#› 知识讲授：插削与刨削的切削方式对比 01. 切削共性 插削与刨削的切削方式基本一致，均属于断续切削，刀具在切削过程中存在空行程，加工时有冲击和振动特性。 02. 核心区别：切削方向 刨削以水平方向切削为主，刀具做往复直线运动；插削则是在铅垂方向切削，刀具运动轨迹为垂直往复，类似“立式刨削”。 03. 应用差异：加工对象 刨削适合加工外表面，如平面、沟槽等外部轮廓；插削擅长加工内表面，如键槽、方孔等内部结构，是成型内表面加工的重要手段。 1.7.2013 ‹#› 知识讲授：插削的主要内容 一、插削的核心加工对象 插床主要用于加工各种复杂的内表面，是机械制造中成型内孔加工的重要工艺手段，尤其适用于单件小批量生产，在齿轮、轴套类零件加工中应用广泛。 二、常见的插削加工类型 1. 插键槽：加工轴类、轮类零件上的内键槽或外键槽，是插削最常见的应用场景。 2. 插方孔/多边形孔：在工件内孔中插削出方形、六边形等非圆形的多边形通孔或盲孔结构。 3. 插花键孔：加工内花键齿形，用于传递扭矩的精密配合副，如右侧展示的精密花键轴内孔结构。 1.7.2013 ‹#› 知识讲授：插刀概述 01. 刀具属性定位 插刀属于典型的单刃刀具，其切削原理与普通车刀、刨刀同属一类，但在结构形态上针对特定加工场景做了针对性优化，是加工内孔、键槽等表面的重要刀具类型。 02. 核心结构特点 与刨刀相比，插刀的结构存在显著差异：其刀具的前面与后面位置发生对调，且主切削刃并非正对刀杆，而是偏离刀杆正面设置，同时刀杆整体设计得更为粗壮厚实。 03. 特殊设计目的 该结构设计的核心目的是为了规避加工干涉：在插削加工的回程阶段，能有效避免刀杆与工件已加工的孔壁，同时也能保护刀具不受损坏。 1.7.2013 ‹#› 知识讲授：插刀的几何角度 前角 (γ₀) 参考范围 插刀的前角一般选取 0°-12°。前角主要影响切削变形和切削力，增大前角可使切削更轻快，但过大则会削弱刀头强度，降低散热能力。 后角 (α₀) 参考范围 插刀的后角通常设定为 4°-8°。后角用于减少刀具后刀面与工件加工表面之间的摩擦，同时避免刀具磨损加剧。 角度选择原则 具体角度需结合工件材料的硬度、塑性以及加工要求（如粗加工重切削或精加工光整切削）综合确定，平衡切削效率与刀具耐用度。 1.7.2013 ‹#› 知识讲授：尖刃插刀 01. 刀具别称与核心特点 尖刃插刀也常被称作“尖刀”，其最显著的结构特征是刀刃整体呈尖形，切削刃汇聚于一点，类似锥状结构，这一设计让其切削切入性极佳。 02. 主要应用加工场景 常用于粗插加工工序，可高效去除工件表面的大部分加工余量，为后续精加工预留空间；同时也适用于插削多边形毛坯孔的初步成型加工，能快速勾勒出孔的轮廓形态。 1.7.2013 ‹#› 知识讲授：平刃插刀 基本属性与结构特点 别称：切刀 平刃插刀在行业内也被直接称作切刀，是常用的刀具类型。 核心特点：刃口平直 刀具的切削刃呈平直形态，无特殊的圆弧或角度刃形，结构简单，刃磨方便。 主要应用加工场景 场景一：精插加工工序 用于插削加工的最终工序，能够有效保证工件的最终尺寸精度和表面粗糙度质量。 场景二：直角内沟槽加工 特别适用于键槽等直角内沟槽的插削。 1.7.2013 ‹#› 知识讲授：插削方法 01. 插削加工的核心认知 插削是利用插刀的往复直线运动对工件进行切削加工的方法，属于断续切削，主要用于加工内孔键槽、花键、多边形孔等复杂内表面，是单件小批量生产中加工内成形面的重要工艺手段。 02. 学习目标与前置关联 在掌握插床结构、插刀类型及几何参数的基础上，本章重点讲解插削的工艺特点、常用的装夹方式、进给路线规划以及典型工件的插削工艺过程，掌握不同插削工序的操作要点，理解插削质量的影响因素与控制方法。 1.7.2013 ‹#› 知识讲授：切割键槽方法 知识讲授：插键槽 01. 插削准备：装夹与行程调整 首先需装夹工件并按划线校正位置，确保基准精准。随后根据工件实际长度和孔口具体位置，手动精细调整滑枕和插刀的行程长度，同时标定行程的起点与终点，这一步是为了避免刀具碰撞工件或工作台，保障加工安全与位置精度。 02. 核心工艺：粗插与精插结合 键槽插削工序通常分为粗插和精插两个阶段。粗插主要用于快速去除大部分加工余量，为后续加工留足修正空间；精插则是加工的关键，通过控制切削参数和走刀方式，严格保证键槽的尺寸精度、形位公差以及键槽与轴线的对称度要求。 1.7.2013 ‹#› 机械制造工艺基础 知识讲授：插键槽 - 装夹与找正 01. 工件装夹：稳固定位的关键 将工件牢固安装在工作台面是加工的前提。通常可选用精密平口钳直接夹持小型工件；对于异形或大型工件，则采用压板螺栓配合垫铁进行压紧固定，确保工件在切削力作用下无松动、无位移，为后续加工提供基础保障。 02. 划线找正：决定精度的核心步骤 按工件上预先绘制的加工线校正位置，是保证键槽位置精度和对称度的首要环节。通过调整工件姿态，使划线与工作台或夹具基准对齐，消除安装误差。这一步是保证键槽加工质量的基础，若找正偏差过大，后续加工精度将无法弥补。 1.7.2013 ‹#› 知识讲授：插键槽-行程调整 调整目的 根据工件的实际长度和孔口具体位置，手动调节滑枕的行程长度，同时设定好滑枕运动的起点与终点位置，为后续插削加工做好基础准备。 关键要点 必须确保插刀向下运动时能完全切出符合要求的键槽；同时要保证插刀向上回程运动时，不会撞击到工件或夹具，这是操作安全和加工质量的核心保障。 1.7.2013 ‹#› 知识讲授：插方孔 01. 小孔插削工艺 对于尺寸较小的方孔，可直接采用整体方头插刀进行一次插削成型。这种方法效率高，能一次性保证方孔的尺寸精度和形状精度，适用于孔径较小、加工余量不大的场合。 02. 大孔插削工艺 大尺寸方孔需采用单边分次插削法。首先进行粗插加工，每边预留0.2~0.5mm的精加工余量；随后使用90°尖角插刀，对四个内角处粗插残留的未加工部分进行精修，确保方孔内角的直角精度与表面质量。 1.7.2013 ‹#› 知识讲授：插方孔工艺-粗插余量控制 01. 加工方法选择 针对尺寸较大的方孔类零件，为确保加工稳定性与刀具寿命，通常采用“单边分次插削”的工艺方法。通过分层、分侧逐步切削，避免因切削力过大导致工件变形或刀具崩刃。 02. 关键余量预留标准 粗插工序的核心是“留有余地”。每边需严格预留0.2 ~ 0.5 mm的加工余量。这部分余量用于后续精插工序修正尺寸精度，并完成清角处理，保证方孔的垂直度与表面粗糙度符合图纸要求。 1.7.2013 ‹#› 知识讲授：插方孔-清角 01. 清角加工的核心目的 粗插方孔工序完成后，方孔的四个内角处会残留圆弧状的加工余量，无法直接形成标准的直角结构。清角加工的核心目的就是去除这部分余量，修整内角轮廓，保证方孔的形状精度与位置精度，满足零件的装配和使用要求。 02. 关键工艺与刀具选择 清角工序需选用专用的90°尖角插刀。该刀具刀尖角度与方孔内角要求完全匹配，能精准切入余量区域，将圆弧过渡修整为锐利的直角，确保方孔轮廓的规整性，是实现高精度方孔加工的关键工具。 1.7.2013 ‹#› 知识讲授：认识插花键孔 工艺要点与实施要求： 1.加工方法关联：插花键孔的基础操作流程与插键槽大致相同，均需通过插床刀具的往复运动配合工件进给完成切削，但花键孔涉及多键齿加工，流程更复杂。 2.关键精度控制：花键的每个键齿除了要保证两侧面的对称精度外，这是决定花键配合精度和传动质量的关键指标。 3.分度工艺实现：为确保圆周等分精度，插花键孔时必须借助分度盘进行精确分度操作，从而保证各键齿的位置误差在工艺允许范围内。 1.7.2013 ‹#› 知识讲授：插花键孔-划线与校正 01. 精准划线：确定键齿基准 在工件端面上，使用高度尺、划针等工具，依据图纸尺寸精确画出各键齿的位置线，为后续的校正与加工提供清晰的视觉基准，保证各齿槽位置偏差控制在允许范围内。 02. 工件校正：保障分度精度 根据已划好的位置线，仔细调整工件与圆工作台的相对位置，确保工件轴线与工作台旋转中心严格重合，消除偏摆误差，从而保障花键孔加工时分度的准确性与均匀性。 1.7.2013 ‹#› 知识讲授：插削工艺特点（一） 01. 生产批量的适应性 插床与插刀的结构简单，设备准备和操作调整较为方便，但插削加工存在明显的冲击载荷和空行程损失，加工效率偏低，因此该工艺主要适用于单件、小批量生产场景，而非大规模流水线作业。 02. 加工尺寸的局限性 插削的工作行程受插刀刀杆刚性的严格限制，若刀杆过长、过细，加工时易产生弯曲变形和振动，影响加工精度与表面质量，因此插削加工的槽类零件，其槽长尺寸不宜过大。 1.7.2013 ‹#› 知识讲授：插削工艺特点（二） 01. 刀具工作条件受限 插床无抬刀与让刀机构，插刀在回程向上运动时，刀齿会与工件已加工表面发生硬性摩擦。这不仅会降低工件的表面加工质量，还会加剧刀具的磨损，缩短刀具使用寿命，是插削工艺的主要局限性。 02. 加工品类灵活拓展 插削的应用范围较为广泛，除了能加工各种形状的内孔、方孔、多边形孔及键槽、T形槽等标准结构外，还可用于加工圆柱齿轮、链轮、凸轮及齿条等具有复杂轮廓的零件，尤其适用于单件小批量生产中的特殊形状加工。 1.7.2013 ‹#› 知识讲授：插削工艺特点（三） 01. 经济加工精度概述 插削的经济加工精度是指在正常生产条件下，该工艺方法所能达到的加工精度范围，是衡量插削工艺适用性的重要指标，可满足多数通用机械零件的加工要求。 02. 尺寸精度控制 能够有效保证工件关键尺寸的一致性与准确性，适用于非配合尺寸或一般配合尺寸的加工。 03. 表面粗糙度指标 加工后的工件表面粗糙度值Ra通常在6.3 ~ 1.6 μm之间，通过合理选择切削参数与刀具角度，可进一步优化表面质量，满足常规外观与使用需求。 1.7.2013 ‹#› 传动部分 知识点背诵 一、插削定义 用插刀对工件做垂直相对直线往复运动的切削加工，插削本质是立式刨削。 二、插床结构 床身、立柱、滑枕、变速机构、分度机构、圆工作台、上滑座、下滑座。 三、刀具类型 单刃刀具，分尖刃插刀（粗插、多边孔粗加工）、平刃插刀（精插、直角沟槽精加工）。 四、结构特点 和刨刀对比，前、后面位置对调；主切削刃偏离刀杆正面，防止回程刀杆蹭刮已加工工件。 师生互动 降低正弦量计算门槛，提升效率 问题 讨论 某零件有两种加工需求：方案 A 在工件外圆表面开直槽，方案 B 在工件预制内孔中加工内键槽，现有牛头刨床、插床两种设备可选。请从切削运动方向、加工适用表面两个角度分析两种工序分别选用哪种设备更合理，并说明理由。 请结合刨削与插削的运动特点、加工适用范围，从切削方向、加工内外表面两方面分析选型依据。 结论 （2）从加工适用表面：方案 A 外圆直槽选用牛头刨床，刨削擅长工件外表面沟槽；方案 B 内孔键槽选用插床，插削以工件内表面键槽、方孔加工为主。 结论： （1）从切削运动方向：牛头刨床刨刀做水平往复主运动，适合水平面、外沟槽加工。 1.7.2013 ‹#› 单项选择题 1.和刨刀对比，插刀刀具结构的标志性特征是（ ） A. 刀具主偏角固定 45° B. 前面与后面位置相互对调 C. 只能采用硬质合金材质 D. 后角取值大于 15° 正确答案：B 与刨刀相比，插刀的前面与后面位置对调；A无固定 45° 主偏角要求；C插刀有高速钢材质；D插刀后角仅4°~8°。 课后练习 单项选择题 2.插花键孔区别于普通插键槽的关键工艺要求是（ ） A. 加工分为粗插、精插两步 B. 依靠分度盘实现键槽圆周等分分布 C. 加工前需要划线找正工件 D. 提前调整滑枕行程参数 正确答案：B 普通键槽只控制对称度，花键孔额外要求键槽圆周均匀等分，必须使用分度盘分度；A，C，D 是插键槽与插花键孔通用步骤。 课后练习 单项选择题 3.插较大方孔时，四边插削加工顺序为（ ） A. 第一边→第二边→第三边→第四边 B. 第一边→第三边→第二边→第四边 C. 第一边→第二边→第四边→第三边 D. 第一边→第三边→第四边→第二边 正确答案：B 大尺寸方孔插削顺序：第一边、第三边（对边）、第二边、第四边，依次加工便于控制对称度与尺寸精度。 课后练习 1.插床主运动和三类进给运动分别是什么？ 课后练习 主运动： 滑枕（装夹插刀）做垂直方向直线往复运动； 进给运动： ①上、下滑座纵向水平移动； ②上、下滑座横向水平移动； ③圆工作台水平回转分度运动。 课堂小结 1. 基础题：默写本节课学习的插床运动原理、插刀类型及其应用。 2. 巩固题：比较插削与刨削在加工范围上的根本区别，分析各自的工艺特点。 3. 预习任务：自主预习下节内容，了解拉削的基本概念与适用场景。 课后作业 感谢观看 $