武汉理工大学,金属工艺学第18章常用金属切削加工方法-修改

1、第第1818章章 常用金属切削加工方法常用金属切削加工方法主要内容主要内容要求：要求：了解各种不同类型了解各种不同类型的加工方法及相应机床的的加工方法及相应机床的工艺特点及适用范围，从工艺特点及适用范围，从而能根据不同零件的特点，而能根据不同零件的特点，正确选择加工方法及机床，正确选择加工方法及机床，制订最佳加工方案。制订最佳加工方案。重点内容：重点内容：外圆车削、磨外圆车削、磨削及平面车削、刨削、磨削及平面车削、刨削、磨削及孔的成形基本方法和削及孔的成形基本方法和工艺特点工艺特点 18.1 车削加工车削加工1 18.2 钻削和镗削加工钻削和镗削加工 2 18.3 刨削和拉削加工刨削和拉削加工

2、3 18.4 铣削加工铣削加工4 18.5 磨削的特点及其应用磨削的特点及其应用53车削加工是指在车床上用车刀加车削加工是指在车床上用车刀加工零件表面。工零件表面。根据车床的加工原理，车加根据车床的加工原理，车加工的工件表面主要是回转表工的工件表面主要是回转表面。面。车床按照用途和结构主要分为：卧式车床、转塔车车床按照用途和结构主要分为：卧式车床、转塔车床、立式车床、仿形车床、单轴和多轴自动车床以床、立式车床、仿形车床、单轴和多轴自动车床以及各种专用车床。及各种专用车床。4车床5车削加工时，工件作回转运动称为主运动，车刀车削加工时，工件作回转运动称为主运动，车刀作进给运动。作进给运动。车床的主

3、运动车床的主运动车床进给运动车床进给运动61.易于保证加工面间的位置精度易于保证加工面间的位置精度 ：工件一次装夹可车削工件一次装夹可车削出外圆面、内孔及端面，依靠机床的精度保证回转面间出外圆面、内孔及端面，依靠机床的精度保证回转面间的同轴度及轴线与端面间的垂直度。的同轴度及轴线与端面间的垂直度。 2.切削过程比较平稳切削过程比较平稳 ：一般情况下车削过程是连续进行一般情况下车削过程是连续进行的，并且当刀具几何形状、切削深度和进给量一定时，的，并且当刀具几何形状、切削深度和进给量一定时，切削层的截面尺寸是不变的。因此，车削时切削力基本切削层的截面尺寸是不变的。因此，车削时切削力基本上不发生变化

4、，车削过程比铣削和刨削平稳。保证切削上不发生变化，车削过程比铣削和刨削平稳。保证切削质量，实现高速切削和强力切削。质量，实现高速切削和强力切削。3.适用于有色金属零件的精加工适用于有色金属零件的精加工 ：某些有色金属零件，某些有色金属零件，因材料本身的硬度较低，塑性较好，零件表面粗糙度因材料本身的硬度较低，塑性较好，零件表面粗糙度Ra值要求较小时，不宜采用磨削加工，而要用车削或值要求较小时，不宜采用磨削加工，而要用车削或铣削等切削加工。铣削等切削加工。 4.刀具简单刀具简单 ：车刀是刀具中最简单的一种，制造、刃磨车刀是刀具中最简单的一种，制造、刃磨和安装均较方便，这就便于根据具体加工要求，选用

5、合和安装均较方便，这就便于根据具体加工要求，选用合理的角度。理的角度。 7车削常用于车内外圆柱面、圆锥面、车环槽及成形回转表面，可以车车削常用于车内外圆柱面、圆锥面、车环槽及成形回转表面，可以车端面和车螺纹、切断及钻孔、扩孔、铰孔和滚花。端面和车螺纹、切断及钻孔、扩孔、铰孔和滚花。加工精度可达加工精度可达IT8IT8IT7IT7，表面粗糙度，表面粗糙度RaRa值为值为1.61.60.80.8m m。 (a)(a)车端面车端面 (b)(b)车外圆车外圆 (c)(c)车圆锥车圆锥 （d d）切槽或切断）切槽或切断 (e) (e) 车螺纹车螺纹（f f）钻中心孔）钻中心孔 (g)(g)钻孔钻孔 （h

6、 h）镗孔）镗孔 （i i）车成形面）车成形面 （j j）滚花）滚花8卧式车床卧式车床 单件、小批量单件、小批量 轴、盘、套类零件轴、盘、套类零件数控车床数控车床 生产效率要求高、变生产效率要求高、变更频繁的回转零件更频繁的回转零件9立式车床立式车床 直径大长度短（长径比直径大长度短（长径比L/D=0.30.8）的重型零件）的重型零件10转塔车床转塔车床 具有内孔及螺纹的具有内孔及螺纹的中小型轴、套类零中小型轴、套类零件，成批生产件，成批生产11自动车床 大批量生产小型零件，如大批量生产小型零件，如螺钉、螺母、管接头、轴螺钉、螺母、管接头、轴类、套类等类、套类等12多轴线零件的加工多轴线零件的

7、加工 曲轴 偏心轮n双顶尖双顶尖n四爪卡盘四爪卡盘n花盘花盘1318.2 钻削和镗削加工钻削和镗削加工 18.2.1 钻削加工钻削加工 钻孔、扩孔、铰孔、攻钻孔、扩孔、铰孔、攻螺纹、锪埋头孔、锪端螺纹、锪埋头孔、锪端面面 18.2.1.1 钻孔钻孔 在钻床上钻孔时，工件在钻床上钻孔时，工件固定不动，钻头既旋转固定不动，钻头既旋转作主运动，又同时向下作主运动，又同时向下作轴向移动完成进给运作轴向移动完成进给运动。动。14钻头切削部分的组成钻头切削部分的组成夹持部分夹持部分工作部分工作部分15加工孔比加工外圆困难加工孔比加工外圆困难 钻头刚性差，容易弯曲变形和震动钻头刚性差，容易弯曲变形和震动 刀

8、具的制造误差和磨损直接影响孔的加工刀具的制造误差和磨损直接影响孔的加工精度精度 排屑及散热条件差排屑及散热条件差16钻孔的工艺特点钻孔的工艺特点 加工效率低加工效率低 加工精度较低表面较粗糙，一般钻孔加工加工精度较低表面较粗糙，一般钻孔加工尺寸精度在尺寸精度在IT1311，表面粗糙度，表面粗糙度Ra为为5012.5m 容易产生容易产生“引偏引偏” 排屑困难排屑困难 切屑热不易传散切屑热不易传散17容易产生容易产生“引偏引偏” 原因原因 麻花钻细长，刚性较差麻花钻细长，刚性较差 钻头只有两条很窄的棱边与孔壁接触，接触刚度和导向钻头只有两条很窄的棱边与孔壁接触，接触刚度和导向作用很差作用很差 钻头

9、横刃处的前角具有很大的负值，切削条件差，稍有钻头横刃处的前角具有很大的负值，切削条件差，稍有偏斜，将产生较大的附加力矩使钻头弯曲偏斜，将产生较大的附加力矩使钻头弯曲n“引偏引偏”：指由于钻：指由于钻头弯曲而引起的孔径头弯曲而引起的孔径扩大、孔不圆、孔的扩大、孔不圆、孔的轴线歪斜等轴线歪斜等18容易产生容易产生“引偏引偏” “引偏引偏”的的解决方法解决方法 预钻锥形孔：用小顶角预钻锥形孔：用小顶角（2=90100）大直径）大直径短麻花钻，预钻锥形孔短麻花钻，预钻锥形孔 用钻套作为钻头导向用钻套作为钻头导向 刃磨时，钻头尽量对称一致刃磨时，钻头尽量对称一致19排屑困难 原因原因 螺旋槽尺寸限制，特

10、别是深螺旋槽尺寸限制，特别是深孔钻削。孔钻削。 解决方法解决方法 反复多次退出排屑反复多次退出排屑 钻头修磨分屑槽，使切屑窄钻头修磨分屑槽，使切屑窄条，有利于排屑条，有利于排屑20钻孔工艺的钻孔工艺的应用应用 只能保证单个孔的精度，低精度孔的最终只能保证单个孔的精度，低精度孔的最终加工。加工。如要求不高的螺钉孔、油孔、螺纹孔 高精度孔的粗加工高精度孔的粗加工21台式钻床台式钻床 加工小型零件上的孔 最大钻孔直径13mm22立式钻床立式钻床 加工中小型零件上的加工中小型零件上的孔孔 最大钻孔直径最大钻孔直径50mm23摇臂钻床摇臂钻床 加工大型零件上加工大型零件上的孔的孔 最大钻孔直径最大钻孔直

11、径80mm24车床车床 回转零件上的孔回转零件上的孔25多轴钻床和组合机床多轴钻床和组合机床 成批和大批量生产，成批和大批量生产，广泛使用钻模、多轴广泛使用钻模、多轴钻床、组合机床钻床、组合机床2618.2.1.2 扩孔扩孔（core drilling)和铰孔和铰孔(reaming)1.扩孔扩孔 用扩孔钻对已有的孔进行扩大的加工。用扩孔钻对已有的孔进行扩大的加工。n特点：特点：削用量小，无横刃，刚性好削用量小，无横刃，刚性好刀具刀刃多（刀具刀刃多（34个），导向好，切削平稳个），导向好，切削平稳切屑窄，易排除切屑窄，易排除加工精度较高加工精度较高 IT10IT9，Ra 3.26.3m加工效率较

12、高加工效率较高27扩孔应用 在钻直径较大的孔在钻直径较大的孔（d30mm)时，可先用小时，可先用小钻头（直径为孔的钻头（直径为孔的0.50.7）预钻，然后用原尺寸大钻预钻，然后用原尺寸大钻头扩孔头扩孔 用于一般精度孔的最终加用于一般精度孔的最终加工，高精度孔的半精加工工，高精度孔的半精加工28a.铰刀刀刃多铰刀刀刃多,导向性导向性好好,刚性好刚性好b.铰刀制造精度高铰刀制造精度高e.e.加工精度高加工精度高 IT6IT8 , Ra IT6IT8 , Ra 0.41.6m0.41.6m2. 铰孔铰孔铰孔是对孔进行精加工的一种普遍方法铰孔是对孔进行精加工的一种普遍方法c.铰刀有修光刃铰刀有修光刃,

13、可校可校准孔径和修光孔壁准孔径和修光孔壁d.铰孔加工余量小铰孔加工余量小,切削力小切削力小,切削热少切削热少,排屑排屑,冷冷却润滑条件好却润滑条件好2918.2.2 18.2.2 镗孔镗孔 镗孔镗孔：用镗刀对已有的孔进行加工，成为镗孔：用镗刀对已有的孔进行加工，成为镗孔 对于直径较大的孔对于直径较大的孔（D80100mm） 内成型面内成型面 孔内环槽孔内环槽 一般镗：精度一般镗：精度IT8IT7，表面粗糙度，表面粗糙度Ra为为0.81.6m 精细镗：精度精细镗：精度IT7IT6，表面粗糙度，表面粗糙度Ra为为0.20.8m镗削是镗削是唯一唯一适合的加适合的加工方法工方法30卧式镗床卧式镗床31

14、镗削工艺镗削工艺特点特点 回转体回转体零件上的孔零件上的孔用用车床车床镗孔镗孔 箱体类箱体类零件上的孔零件上的孔用用镗床镗床镗孔镗孔 单刃镗刀单刃镗刀 多刃镗刀多刃镗刀 可校正原有孔歪斜和偏差可校正原有孔歪斜和偏差 不能不能 生产率低生产率低 高高 刀具成本低刀具成本低 高高 加工质量低加工质量低 高高32卧式镗床卧式镗床主要工作主要工作33卧式镗床加工卧式镗床加工3418.3 刨削和拉削加工刨削和拉削加工18.3.1 刨削刨削(planing)刨削工艺特点刨削工艺特点 生产率低生产率低往复运动，有惯性，有冲击切削速度不能快；回程不切削。 加工精度低加工精度低尺寸公差等级IT13IT7、表面粗

15、糙度Ra值251.6 m ）加工成本低加工成本低刨床结构简单，价格低，调整和操作简便35牛头刨床牛头刨床龙门刨床龙门刨床插床插床（又称（又称立式牛立式牛头刨床）头刨床）36刨削的主要应用刨削的主要应用3718.3.2 拉削拉削拉削可以认为是刨削的进一步发展。如图所示拉削可以认为是刨削的进一步发展。如图所示,它是利用多它是利用多齿的拉刀，逐齿依次从工件上切下很薄的金属层，使表面齿的拉刀，逐齿依次从工件上切下很薄的金属层，使表面达到较高的精度和较小的粗糙度值。达到较高的精度和较小的粗糙度值。 图图18-23 平面拉削平面拉削 图图18-24 拉孔拉孔38拉床39拉削特点拉削特点 生产率高（生产率高

16、（一个班次可加工100800个零件） 加工精度高、表面粗糙度低加工精度高、表面粗糙度低（精度IT8IT7，表面粗糙度Ra为0.40.8m） 刀具昂贵刀具昂贵 拉床简单拉床简单 加工范围广加工范围广 适用于批量生产适用于批量生产4018.4 18.4 铣削加工铣削加工 卧式铣床加工中小型零件 立式铣床加工中小型零件 龙门铣床大型零件41铣削加工工艺特点铣削加工工艺特点 生产率较高生产率较高（多刃，高速旋转） 加工精度及表面粗糙度较差加工精度及表面粗糙度较差（切入、切出，切屑厚度变化，震动。精度IT8IT7，表面粗糙度Ra为1.63.2m） 刀具耐用度高刀具耐用度高（散热好） 适用范围广适用范围广

17、42铣刀 圆柱形铣刀 立铣刀 角度铣刀 三面刃铣刀 锯片铣刀 。43铣削加工方式铣削加工方式1、周铣法、周铣法顺铣顺铣逆铣逆铣用圆柱铣刀的圆周上用圆柱铣刀的圆周上分布的刀齿加工平面分布的刀齿加工平面的方法的方法顺铣法顺铣法（down milling)n顺铣时每齿切削厚度从最大到最小，顺铣时每齿切削厚度从最大到最小，刀具易切入工件，刀具刀具易切入工件，刀具耐用度较高耐用度较高。n刀齿对工件的切削分力刀齿对工件的切削分力F1向下，有利向下，有利于工件的夹紧，故顺铣的切削过程比于工件的夹紧，故顺铣的切削过程比较较平稳平稳。n顺铣时因切削水平分力顺铣时因切削水平分力F2与工件进给与工件进给方向一致，当

18、方向一致，当水平分力大于水平分力大于工作台的工作台的摩擦阻力摩擦阻力时，引起时，引起工作台串动工作台串动，造成，造成进给量突然增大，甚至引起进给量突然增大，甚至引起“打刀打刀”。顺铣顺铣逆铣和顺铣时丝杠螺母间隙逆铣和顺铣时丝杠螺母间隙45n逆铣法逆铣法（up milling)逆铣时刀齿从已加工表面逆铣时刀齿从已加工表面开始进刀，开始进刀，刀具磨损较大刀具磨损较大，且影响已加工表面质量。且影响已加工表面质量。逆铣时水平分力逆铣时水平分力F1向上，向上，不利于不利于工件的夹紧。工件的夹紧。逆铣时切削逆铣时切削水平分力水平分力F2方方向向与工件与工件进给方向进给方向相反相反，因此，切削送进平稳，因此

19、，切削送进平稳，防防止止“打刀打刀”现象。现象。逆铣逆铣462、端铣法、端铣法 用圆柱铣刀端面分用圆柱铣刀端面分布的刀齿加工平面布的刀齿加工平面的方法的方法n端铣方法端铣方法对称铣削对称铣削不对称逆铣不对称逆铣不对称顺铣不对称顺铣473、周铣与端铣的比较、周铣与端铣的比较 加工质量加工质量: 端铣比周铣高端铣比周铣高 周铣：同时工作周铣：同时工作刀齿数刀齿数与加工余量与加工余量有关（有关（少少），），不平稳不平稳 端铣：同时工作端铣：同时工作刀齿数刀齿数与加工余量与加工余量无关，与加工表面宽度有关（无关，与加工表面宽度有关（多多），），平稳平稳 加工效率加工效率: 端铣比周铣高端铣比周铣高 周

20、铣：周铣：刀齿数刀齿数少，少，转速转速低低 端铣：端铣：刀齿数刀齿数多，多，转速转速高高 加工适应性加工适应性: 端铣比周铣差端铣比周铣差 周铣：平面、槽、成型面、螺旋面、周铣：平面、槽、成型面、螺旋面、曲面等曲面等 端铣：平面端铣：平面48铣削的应用4918.5 磨削加工磨削加工(grinding) 磨削是用砂轮或其他磨具加工工件磨削是用砂轮或其他磨具加工工件50砂轮砂轮 砂轮的结构砂轮的结构砂轮砂轮是由磨料与是由磨料与粘结剂组成的多粘结剂组成的多孔物体孔物体 磨料种类磨料种类(刚玉刚玉,立方氮化硼立方氮化硼) 粘结剂种类粘结剂种类(金金属属,橡胶橡胶,陶瓷陶瓷)51磨床磨床 外圆磨床外圆磨

21、床 内圆磨床内圆磨床 平面磨床平面磨床 工具磨床工具磨床5218.5.1 磨削的实质及磨削过程磨削的实质及磨削过程 磨削的实质磨削的实质 锋利凸出的磨粒锋利凸出的磨粒切削切削 不突出磨钝的磨粒不突出磨钝的磨粒刻画刻画 比较凹的磨粒比较凹的磨粒滑擦滑擦5318.5.1 磨削的实质及磨削过程磨削的实质及磨削过程 磨削过程：磨削过程： 滑擦滑擦 刻画刻画 切削切削 自锐性自锐性5418.5.2 磨削的工艺特点磨削的工艺特点 精度高、表面粗糙度小精度高、表面粗糙度小 （精度IT8IT7，表面粗糙度Ra为0.40.8m） 砂轮有自锐作用砂轮有自锐作用 背向磨削力背向磨削力Fp较大较大（Fc:磨削力，Fp

22、:背向磨削力，Ff:进给磨削力。FpFc，表18-2） 磨削温度高磨削温度高（切削速度高，负前角，砂轮传热性差，8001000，退火）5518.5.3 磨削的应用和发展磨削的应用和发展 磨削材料磨削材料 铸钢铸钢 碳钢碳钢 合金钢合金钢 淬硬钢淬硬钢 硬质合金硬质合金 陶瓷陶瓷 玻璃玻璃 不易加工有色金属不易加工有色金属 加工表面加工表面 外圆面外圆面 内孔内孔 平面平面 成型面成型面 螺纹面螺纹面5618.5.3 磨削的应用和发展磨削的应用和发展 发展发展 过去，过去，磨削一般用于半精加工、精加工。磨削一般用于半精加工、精加工。 现在现在，随着机械制造业的发展，运用精密铸造、，随着机械制造业

23、的发展，运用精密铸造、模锻、精密冷轧等先进技术，毛坯的加工余量模锻、精密冷轧等先进技术，毛坯的加工余量较小，可不经过车削、铣削等粗加工，直接利较小，可不经过车削、铣削等粗加工，直接利用磨削加工达到较高的精度和表面质量用磨削加工达到较高的精度和表面质量 工业发达国家，磨床占机床总数工业发达国家，磨床占机床总数30%40%。571. 外圆磨削外圆磨削 加工面：圆柱面、圆锥面、台阶轴、旋转体外表加工面：圆柱面、圆锥面、台阶轴、旋转体外表面面 磨削方法：磨削方法： 纵磨法纵磨法 横磨法横磨法 深磨法深磨法 综合磨法综合磨法 无心外圆磨削无心外圆磨削58纵磨法纵磨法 砂轮高速旋转为主运动，工件旋转并和磨

24、床一起的砂轮高速旋转为主运动，工件旋转并和磨床一起的往复直线运动分别为圆周进给和纵向进给。每往复往复直线运动分别为圆周进给和纵向进给。每往复一次，砂轮横向进给，每次磨削量很小，多次往复一次，砂轮横向进给，每次磨削量很小，多次往复磨去磨削余量。磨去磨削余量。 特点特点 磨削深度较小磨削深度较小 磨削力小磨削力小 磨削温度低磨削温度低 精度高、表面质量高精度高、表面质量高 生产率较低生产率较低 应用最广应用最广 单件、小批量生产单件、小批量生产59横磨法（切入磨法）横磨法（切入磨法） 工件不作纵向运动，砂轮以慢速做连续的横向进给，直至磨工件不作纵向运动，砂轮以慢速做连续的横向进给，直至磨去全部磨削

25、余量。去全部磨削余量。 特点特点 生产率高生产率高 能磨成型面能磨成型面 磨削力大磨削力大 温度较高温度较高 工件容易变形和烧伤工件容易变形和烧伤 砂轮的修形和磨损对工件有直接影响砂轮的修形和磨损对工件有直接影响 适合批量、大批量中刚度较好的工件适合批量、大批量中刚度较好的工件60综合磨法综合磨法 先用横磨法逐段磨削，留先用横磨法逐段磨削，留0.010.03mm余余量用纵磨法量用纵磨法 特点特点 横磨法生产率高横磨法生产率高 纵磨法精度高纵磨法精度高 适合成批生产适合成批生产61深磨法深磨法 砂轮前面修形为锥面进行粗加工，后面砂砂轮前面修形为锥面进行粗加工，后面砂轮其精磨合修光作用，磨削时用较

26、小的纵轮其精磨合修光作用，磨削时用较小的纵向进给量、较大的背吃刀量，在一次行程向进给量、较大的背吃刀量，在一次行程中切除全部余量。中切除全部余量。 特点特点 生产率高生产率高 适合大批量生产适合大批量生产 工件要求刚度较大，被加工表面两端要有加大工件要求刚度较大，被加工表面两端要有加大的距离的距离62无心外圆磨削无心外圆磨削 工件放在两个砂工件放在两个砂轮之间，下方用轮之间，下方用托板托住，不用托板托住，不用顶尖支持顶尖支持 导轮转速很慢，导轮转速很慢，带动工件旋转带动工件旋转 磨削轮高速转动，磨削轮高速转动，磨削工件磨削工件63无心外圆纵向磨和横向磨 无心外圆纵向磨无心外圆纵向磨 导轮倾斜，

27、自动作轴向进给导轮倾斜，自动作轴向进给 容易实现磨削自动化容易实现磨削自动化 适合工件不带台阶磨削适合工件不带台阶磨削 无心外圆横向磨无心外圆横向磨 适合工件带台阶磨削适合工件带台阶磨削 特点特点 生产率高生产率高 不会因背向磨削力工件被顶不会因背向磨削力工件被顶弯，保证直线性弯，保证直线性 调整机床麻烦调整机床麻烦 适合大批量生产适合大批量生产 适合加工销轴类零件适合加工销轴类零件 不适合断续外圆表面零件不适合断续外圆表面零件（有键槽的轴）（有键槽的轴）642.孔的磨削孔的磨削 孔的磨削可以在内圆磨床上进行，也可以在万能外圆磨床孔的磨削可以在内圆磨床上进行，也可以在万能外圆磨床上进行。目前应

28、用的内圆磨床多是卡盘式的，它可以加工上进行。目前应用的内圆磨床多是卡盘式的，它可以加工圆柱孔、圆锥孔和成形内圆面等。圆柱孔、圆锥孔和成形内圆面等。 工件装在卡盘上，旋转，并作轴向运动（工件装在卡盘上，旋转，并作轴向运动（纵向进给纵向进给） 砂轮装在砂轮架上高速旋转，磨削工件，并在工件往复行砂轮装在砂轮架上高速旋转，磨削工件，并在工件往复行程结束时做程结束时做横向进给横向进给 横磨法横磨法砂轮轴的刚度差，只能磨削短孔和成型面 纵向法纵向法应用较广泛 深度法深度法很少使用 无心磨法无心磨法磨削短工件653.平面磨削平面磨削(1)周磨周磨 砂轮与工件接触面积小砂轮与工件接触面积小,磨磨削热少削热少,

29、排屑和冷却条件好排屑和冷却条件好 加工精度高加工精度高 生产率低生产率低 适用于小批量生产，磨削适用于小批量生产，磨削精度较高的中小型零件精度较高的中小型零件(2)端磨端磨n接触面积大接触面积大,磨削热磨削热多多,排屑和冷却条件排屑和冷却条件差差n磨削精度低磨削精度低n生产率高生产率高n适用于成批大量生适用于成批大量生产产66平面磨床平面磨床674.磨削发展简介磨削发展简介 近年来，磨削正朝着两个方向发展：一是近年来，磨削正朝着两个方向发展：一是高精度、小粗糙度磨削，另一个是高效磨高精度、小粗糙度磨削，另一个是高效磨削。削。 (1) 高精度、小粗糙度磨削高精度、小粗糙度磨削 精密磨削（精密磨削（Ra为为0.050.1m） 超精密磨削（超