工件表面形状及形成方法

1.工件的表面形状

机械零件的形状多种多样，但构成其内、外轮廓表面的通常是几种简单、基本表面的组合：平面、圆柱面、圆锥面、球面、各种成形面等，图1-1所示的就是构成机械零件外形轮廓的常用表面。这些表面都属于线性表面，既可经济地在机床上进行加工，又较易获得所需精度。

图1-1　构成机械零件外形轮廓的常用表面

1—平面；2—圆柱面；3—圆锥面；4—螺旋面（成形面）；5—回转体成形面；6—渐开线表面（直线成形面）。

2.表面成形方法

1）表面成形原理

从几何学观点看，任何一个表面，都可以看成是一条线沿着另一条线运动而形成的。并且人们把这两条线叫作母线和导线，统称为发生线。如图1-2（a）所示，平面是由直线1（母线）沿直线2（导线）运动而形成；图1-2（b）、（c）所示圆柱面和圆锥面是由直线1（母线）沿着圆2（导线）运动而形成；图1-2（d）为圆柱螺纹的螺旋面是由“∧”形成线1（母线）沿螺纹线2（导线）运动而成；图1-2（e）为直齿圆柱齿轮的渐开线齿廓表面，是由渐开线1（母线）沿直线2（导线）运动而形成的。

图1-2　零件表面的形成

1—母线；2—导线。(www.xing528.com)

在上述举例中不难发现，有些表面，其母线和导线可以互换，如圆柱面和直齿圆柱齿轮的渐开线齿廓表面等，称为可逆表面。而有些表面，其母线和导线不可互换，如圆锥面、螺纹面，称为不可逆表面。一般说来，可逆表面可采用的加工方法，要多于不可逆表面。

2）发生线的形成

机床上加工零件时，零件所需形状的表面是通过刀具和工件的相对运动，用刀具的切削刃切削出来的，其实质就是借助于一定形状的切削刃，以及切削刃与被加工表面之间按一定规律的相对运动，形成所需的母线和导线。由于加工方法和使用刀具切削刃形状的不同，机床上形成发生线的方法和所需运动也不同，归纳起来有以下4种：轨迹法、成形法、相切法和展成法，如图1-3所示。

图1-3　形成发生线的四种方法及运动

（a）轨迹法；（b）成形法；（c）相切法；（d）展成法
1—刀尖或切削刃；2—发生线；3—刀具轴线的运动轨迹。

（1）轨迹法。轨迹法是利用刀具作一定规律的轨迹运动对工件进行加工的方法。切削刃与被加工表面为点接触（实际是在很短一段长度上的弧线接触），因此切削刃可看作是一个点。为了获得所需发生线，切削刃必须沿着发生线作轨迹运动。图1-3（a）所示例子中，刨刀沿箭头A1方向所作直线运动，形成了直线形的母线；刨刀沿箭头A2方向所作曲线运动，形成了曲线形的导线。显然，采用轨迹法形成发生线，需要一个独立的运动。

（2）成形法。成形法是利用成形刀具对工件进行加工的方法。如图1-3（b）所示，切削刃是一条与所需形成的发生线完全吻合的切削线，因此加工时不需要任何运动，便可获得所需发生线。曲线形母线由成形刨刀的切削刃直接形成，直线形的导线则由轨迹法形成。

（3）相切法。相切法是利用刀具边旋转、边作轨迹运动对工件进行加工的方法。如图1-3（c）所示，切削刃可看作是点，当该切削点绕着刀具轴线作旋转运动B1，同时刀具轴线沿着发生线的等距线作轨迹运动A2时，切削点运动轨迹的包络线，便是所需的发生线。因此，采用相切法形成发生线，需要2个独立的成形运动，即刀具的旋转运动和刀具中心按一定规律运动。

（4）展成法（范成法）。展成法是利用刀具和工件作展成切削运动的加工方法，切削刃是一条与需要形成的发生线共轭的切削线。加工时，刀具与工件按确定的运动关系作相对运动，切削刃与被加工表面相切，切削刃各瞬时位置的包络线就是所需的发生线。用展成法形成发生线时，刀具和工件之间的相对运动通常由两个运动（旋转+旋转或旋转+移动）组合而成，这两个运动之间必须保持严格的运动关系，彼此不能独立，它们共同组成一个复合的运动，这个运动称为展成运动。如图1-3（d）所示，工件旋转运动B22和刀具旋转B12（或刀具直线移动B21）是形成渐开线的展成运动，它们必须保持的严格的传动比关系。