第十四章 切削加工1

第十四章切削加工MakeManufacturingMachining概述绝大多数零件需进行切削加工以达到所需尺寸精度、形位精度、表面完整性而成为供装配用的合格零件。切削加工所加工的均为零件表面。零件是有各种表面组成的。1外圆面基本表面内圆面平面零件表面沟槽型面螺纹齿轮特型面214.1典型表面加工方法14.1.1外圆表面加工14.1.2内孔表面加工14.1.3平面加工3如何获得基本

几何表面？引入：4一、引入◆机器零件的结构形状虽然多种多样，但是由一些最基本的几何表面（外圆、孔、平面等）组成的。◆机器零件的加工过程就是获得这些零件上基本几何表面的过程◆同一种表面，可选用加工精度、生产率和加工成本各不相同的加工方法进行工。5减速器输出轴6例制定如图所示零件图的工艺流程789外圆表面的典型零件轴类零件盘类零件二、外圆表面加工外圆表面是机械零件中最常见的表面形式。101）尺寸精度-通常指外圆表面直径和长度的尺寸精度。1、外圆表面的技术要求

112）形状精度圆度、圆柱度、直线度0.02123）位置精度主要有外圆表面之间的同轴度、外圆的圆跳动以及端面对轴心线的垂直度、对称度等。AB0.03A-B134）表面质量各外圆表面上所标注的表面粗糙度数值。14减速器输出轴例：152、外圆表面的典型加工方法车削加工磨削加工精密加工研磨、滚压、抛光16

按其达到的精度和表面粗糙度不同，分为粗车、半精车、精车和精细车等加工阶段。1）外圆表面的车削加工（1）主要任务是迅速切除毛坯上多余的金属层，使形状和尺寸基本接近成品。（2）粗车尺寸精度等级较低（IT12-IT13），表面粗糙度值较大（Ra10-80um）。

工件旋转作主运动，刀具的直线运动为进给运动ap大f较大vc中等或较低◆粗车17（1）在粗车之后进行的，目的是进一步提高工件的精度和降低表面粗糙度。（2）加工精度可达ITl0~IT11，表面粗糙度为Ra2.5~10μm。（3）可作为磨削或精车前的预加工，或中等精度表面的最终加工。ap较小f较小vc中等或高速◆半精车18（1）作为高精度外圆表面的终加工，主要目的是达到零件表面的加工要求。（2）加工精度可达IT8～IT7，表面粗糙度可达Ra1.25～2.5μm（3）用于较高精度外圆的终加工或作为光整加工的预加工。

◆精车ap小f小vc高速19（1）主要用于高精度、小型且不宜磨削的有色金属零件的外圆表面加工或大型精密外圆表面加工。（2）

加工精度可达到IT6以上，表面粗糙度Ra0.02-1.25μm左右。◆精细车ap很小f很小vc高速20大批量生产时，则多在转塔车床、仿形车床及半自动车床上加工。单件小批量生产时，在普通车床上加工。转塔车床——适用成批加工形状复杂的盘套类零件。21加工阶段共划分为以下几个阶段：1.粗加工阶段2.半精加工阶段3.精加工阶段4.光整加工阶段补充：加工阶段的划分22零件加工划分阶段的好处

1）有充足的时间消除热变形和消除粗加工产生的残余应力，使后续加工精度提高。2）在粗加工阶段发现毛坯有不可挽救的缺陷时，就停止下一加工阶段的加工，避免浪费。3）合理地使用设备，低精度机床用于粗加工，精密机床专门用于精加工，以保持精密机床的精度水平和经济性。4）合理地安排人力资源，高技术工人专门从事精密、超精密加工，这对保证产品质量，降低成本，提高工艺水平来说都是十分重要的。23

是对车削后的外圆表面作进一步的精加工2）外圆表面的磨削加工采用较粗磨粒的砂轮和较大的进给量，以提高生产率。加工精度可达到IT9～IT8，表面粗糙度可达Ra10～1.25μm

按外圆表面磨削时选用砂轮的磨料粒度以及磨削用量不同，分为粗磨、精磨、光整加工。◆粗磨采用较细磨粒的砂轮和小进给量，以获得较高的精度和表面质量加工精度可达到IT6～IT7，表面粗糙度可达Ra1.25～0.16μm◆精磨24如果工件精度要求IT5以上，表面粗糙度要求达Ra0.1μm以下，则在经过精车或精磨以后，还需进行表面光整加工。

◆光整加工外圆表面的磨削可以在普通外圆磨床、万能外圆磨床或无心磨床上加工。粗磨精磨光整加工砂轮粗磨粒细磨粒极细进给量f较大小很小加工质量精度IT9~IT8IT7~IT6IT5以上Ra(μm)6.3~3.20.8~0.40.1以下25磨削是用于零件精加工和超精加工的切削加工方法。尺寸精度可达IT5～IT6。表面粗糙度能达到0.8～0.04.砂轮：磨料＋结合剂+气孔选择砂轮硬度的一般原则是：加工软金属时，为了使磨料不致过早脱落，则选用硬砂轮。加工硬金属时，为了能及时的使磨钝的磨粒脱落，从而露出具有尖锐棱角的新磨粒（即自锐性），选用软砂轮。261.外圆磨削方法外圆磨削是对工件圆柱、圆锥、台阶轴外表面和旋转体外曲面进行的磨削。磨削一般作为外圆车削后的精加工工序，尤其是能消除淬火等热处理后的氧化层和微小变形。1）纵磨法◆

机床运动：磨削时，砂轮高速旋转为主运动，工件旋转为圆周进给，磨床工作台作往复直线运动为纵向进给。每当工件一次往复行程终了时，砂轮作周期性的横向进给。27动画3纵磨法◆特点：纵磨法的磨削力小，磨削热少，散热条件好；砂轮沿进给方向的后半宽度，等于是副偏角为零度的修光刃，光磨次数多。工件加工精度高，表面粗糙度小。◆用途：可用一个砂轮磨削各种不同长度的工件，适应性强。广泛用于单件小批生产，特别适用于细长轴的精磨。28

◆机床运动：工件不作纵向往复运动，而是砂轮作慢速的横向进给。◆特点：砂轮宽度上的全部磨粒都参加了磨削，生产率高；工件无纵向移动，砂轮的外形直接影响了工件的精度；磨削力大、磨削温度高，工件易发生变形和烧伤，加工的精度和表面质量比纵磨法要差。◆用途：适用于加工批量大、刚度好的工件，尤其适用于成形磨削。2）横磨法动画4横磨法293）滚压滚压是利用滚压工具（滚轮或滚珠）对金属材质的旋转工件的表面进行常温下加压，使受力表面产生弹性和塑性变形，从而降低工件表面粗糙度值（Ra0.4～0.05μm），强化表面性能的加工方法，它是一种无切屑加工。303、外圆表面加工方案的制订a.影响外圆加工方案的主要因素工件材料加工精度热处理状态b.典型外圆加工方案粗车。当零件的外圆要求精度低（IT12-IT13）、表面粗糙度值较大（Ra10-80um）时1）低精度外圆表面加工粗车-半精车。用于各类零件上不重要的表面或非配合表面。尺寸精度达IT10-IT11，表面粗糙度为Ra2.5-10um2）中等精度外圆表面加工31◆粗车-半精车-精车。适用于铜、铝等有色金属件外圆表面的加工；尺寸精度达IT7-IT9，表面粗糙度为Ra1.25-5um3）较高精度外圆表面加工◆粗车-半精车-磨削。适用于加工精度稍高、粗糙度值较小，且淬硬的钢件外圆面；也广泛地用于加工未淬硬的钢件或铸铁件；尺寸精度达IT8-IT9，表面粗糙度为Ra1.25-10um32◆粗车-半精车-精车-金刚石车（或滚压）。适用于加工有色金属零件。4）高精度外圆表面加工◆粗车-半精车-粗磨-精磨。适用于加工各种淬火、非淬火钢件和铸铁件。◆粗车—半精车—粗磨—精磨—研磨（或光磨或镜面磨削）。适用于要求极高精度的钢或铸铁的外圆加工。5）精密外圆表面加工尺寸精度达IT6-IT5，表面粗糙度为Ra0.01-1.25um33总结：34内孔表面是盘套、支架、箱体类零件的主要组成部分之一。三、内孔表面加工1、内孔表面概述

1）配合内孔：装配中有配合要求的孔。加工精度要求较高。2）非配合用孔：装配中无配合要求的孔。加工精度要求不高。3）深孔：

长径比L/D>5～10的孔称为深孔。加工难度较大，对刀具和机床均有特殊要求此外，还可按孔的形状分为圆柱孔、圆锥孔和成形孔。351）尺寸精度指孔径和孔深的尺寸精度及孔系中孔与孔、孔与相关表面间的尺寸精度等。2）形状精度指内孔表面的圆度、圆柱度及素线直线度和轴线直线度等。3）位置精度指孔与孔间的同轴度、对称度、位置度、径向圆跳动，孔与孔间的垂直度、平行度、倾斜度等。4）表面质量指内孔表面粗糙度及表层物理力学性能的要求等。2、内孔表面的技术要求36其余2532Φ88h9()-0.08700.08B0.006A0.05B0.08A0.02BBφ0.018P9Φ24H7()0+0.021分析图示齿轮孔表面的加工方法：37钻孔扩孔铰孔3、内孔表面加工方法镗孔38动画中心内圆磨削动画15行星内圆磨削动画16无心内圆磨削磨削加工非圆孔的加工拉削、插削、特种加工（电火花、超声波、激光打孔）39

1）刀具尺寸受被加工孔径限制，刀杆细、刚性差，容易偏斜；2）刀具工作部分处于加工表面包围之中，切削液很难进入切削区，散热、冷却、排屑条件差，测量也不方便。内孔表面加工特点：同样的精度要求，内孔表面比外圆表面更难加工401）钻孔

一般加工精度可达IT13～IT11，表面粗糙度Ra值可达50～12.5μm，主要用于孔的粗加工。412）扩孔

加工精度可达IT10，表面粗糙度Ra值可达6.3～3.2μm，可作为孔的半精加工；也可作为精度要求较低孔的最终加工。扩孔可以修正孔轴线的歪斜。

423）铰孔

加工精度可达IT8～IT6，表面粗糙度Ra值可达1.6-0.4μm。铰孔可进一步提高孔本身的尺寸精度及形状精度，用于中小直径孔的半精加工和精加工。铰孔分手铰和机铰两种。43钻——扩——铰

是非常典型的工艺。44◆镗孔除了能提高尺寸精度和表面质量外，还能保证各孔的孔距精度和位置精度；◆常用来加工箱体、机座、支架等外形复杂的大型零件上的大直径孔4）镗孔----对已有孔进一步加工的精加工方法。（1）镗孔的特点

45（2）镗孔方法的选择

◆粗镗

粗镗的加工精度可达IT13～IT11，表面粗糙度Ra值可达50～12.5μm，一般为半精加工、精加工作准备。

◆半精镗

半精镗的加工精度可达IT10～IT9，表面粗糙度Ra值可达6.3～3.2

μm，用于磨削加工和精加工的预加工，或中等精度内孔表面的最终加工。

◆精镗

精镗的加工精度可达IT8～IT6，表面粗糙度Ra值可达1.6～0.8μm。用于精度较高的内孔的精加工或作为珩磨孔的预加工。

465）磨孔磨孔是孔的精加工方法之一，磨孔的精度可达IT8~IT6，表面粗糙度值达Ra1.6~0.4μm。磨孔主要用于不宜或无法进行镗削、铰削和拉削的高精度孔及淬硬孔的精加工。内圆磨削方式：普通内圆磨削行星式内圆磨削无心内圆磨削476）拉削加工及拉刀◆拉削加工：用拉刀加工工件内、外表面的加工方法。◆能加工各种截面形状的内孔表面（圆孔、成形孔、花键孔）常见的拉削截形（A～Ｇ为内拉拉削，Ｈ～Ｌ为外拉削）48拉削工件拉削工件49◆

拉孔是一种高生产率的精加工方法。加工精度可达IT8～IT7，Ra值可达0.8～0.4μm。

◆拉孔前工件须经钻孔或扩孔；50前柄部——用于将拉刀装夹在拉床的夹头中以传送运动和拉力。

颈部——用于连接头部与刀体，一般在颈部上刻印拉刀的标记过渡锥——使前导部能顺利进入初孔(工件上予先加工的孔)，起对准中心的作用。51前导部——起引导作用，防止拉刀进入工件孔后发生歪斜，并可检查拉削孔径是否符合要求。切削部——它担负主要的切削工作，其刀齿尺寸逐渐增大，又分为粗切齿与精切齿两部分。有的拉刀在粗切齿与精切齿之间还有过渡齿。52校准部——用于校准与修光被切削表面，起到提高工件加工精度和表面质量的作用。其刀齿尺寸不变。当切削部分的刀齿经过刃磨尺寸变小后，前几个校准齿依次变成切削齿，所以校准齿还具有精切齿的后备作用。后导部——它能在拉削终了前保持拉刀的后几个刀齿与工件间具有正确的相对位置，防止工件偏斜。后柄部——只有当拉刀又长又重时才需要，用于支撑拉刀、防止拉刀下垂。尾部的直径视拉床托架尺寸而定，其长度一般应不小于20mm。

53◆拉刀的类型及用途1）按加工表面的不同，可分为：内拉刀和外拉刀a)圆拉刀b)花键拉刀c)四方拉刀d)键槽拉刀54a)平面拉刀b)齿槽拉刀c)直角拉刀55

2）按受力方式，可分为：拉刀和推刀在拉伸状态下工作在受压状态下工作用于加工余量较小的内表面或修整热处理后的变形量图拉刀和推刀的工作方式a)拉刀b)推刀56拉刀拉刀拉刀切削部分的结构57◆拉削特点：拉刀是一种多齿刀具，拉削时由于拉刀的后一个(或一组)刀齿高出前一个(或一组)刀齿，从而能够一层层地从工件上切下金属，以获得较高精度和较好的表面质量。58◆拉刀的直线运动为主运动，拉削无进给运动，其进给靠拉刀的每齿升高量来实现的；◆用于大批大量生产中孔径<125mm的中小通孔。59（1）研磨1.心棒2.研套3.工件7）孔的光整加工尺寸公差等级IT6~IT5、表面粗糙度Ra值0.4~0.1μm

为了进一步提高孔的精度，得到更细的表面粗糙度，通常在精加工之后还要采用研磨，珩磨等光整加工方法。孔的研磨利用研具和工件的相对运动，利用其间的研磨剂磨去工件表面很薄的一层余量（0.01～0.03mm）来进行光整工。60（2）珩磨

珩磨是指用镶嵌在珩磨头上的油石（又称珩磨条）对精加工表面进行的精整加工，又称镗磨。珩磨后孔的尺寸精度为IT7～4级，表面粗糙度可达Ra0.32～0.04μm。

614、内孔表面加工方案1）低精度内孔表面加工（IT10-IT13；Ra5-80um

）用一般的钻孔方法即可达到（孔径＜20mm）。2）中等精度内孔表面加工（IT9-IT13；Ra1.25-40um）若D<30mm，钻孔-扩孔若D>30mm，钻孔-半精镗3）较高精度内孔表面加工（IT7-IT9；Ra0.32-10um）若D<20mm，钻孔-铰孔若D>20mm，钻孔-扩-铰；钻-半精镗-精镗；钻-镗（或扩）-磨；钻-拉624）高精度内孔表面加工（IT6-IT8；Ra0.08-1.25um）若D<12mm，钻-粗铰-精铰若D>12mm，钻-扩-（或镗）-粗铰-精铰；钻-拉-推；钻-扩（或镗）-粗磨-精磨5）精密内孔表面加工（IT5-IT6；Ra0.008-1.25um）在高精度内孔表面加工方案的基础上，采用金刚镗、研磨、滚压等精细加工方法。63孔加工方案的选择64其余2532Φ88h9()-0.08700.08B0.006A0.05B0.08A0.02BBφ0.018P9Φ24H7()0+0.021分析图示齿轮孔表面的加工方法：65

平面是组成平板、支架、箱体、床身、机座、工作台以及各种六面体零件的主要表面之一。

四、平面加工1、平面概述

1）非结合平面：不与任何零件相配合，一般无加工精度要求。2）结合平面：这种平面多数用于零部件的连接面，一般要求精度和表面质量均较高。3）导向平面：如各类机床的导轨面，这种平面的精度和表面质量要求很高。4）精密量具表面：如钳工的平台、平尺的测量面和计量用量块的测量平面等。这种平面精度和表面质量要求均很高。665）端平面：指各种轴类、盘套类零件上与其旋转中心线相垂直的平面，多起定位作用。2、平面的技术要求

形状精度:指平面本身的直线度、平面度公差。位置尺寸及位置精度:指平面与其他表面之间的位置尺寸公差及平行度、垂直度公差等。表面质量:指表面粗糙度、表面波度和表层物理力学性能等。67分析图示V形座表面的加工方法：68车削加工3、平面的加工方法

铣削加工69磨削加工刨削加工拉削加工701）平面的车削加工（IT11-IT6）a)三爪卡盘，b)四爪卡盘，c)花盘，d)立车

一般加工精度可达IT6～IT11，表面粗糙度Ra值可达1.25～10μm。712）平面铣削加工（IT7-IT9；Ra3.2-1.6um）周铣法顺铣逆铣端铣法周铣法与端铣法的比较用圆柱铣刀的圆周上分布的刀齿加工平面的方法用圆柱铣刀端面分布的刀齿加工平面的方法72平面铣削

铣刀旋转作主运动，工件作进给运动的切削加工方法称为铣削。用于粗加工和半精加工。a）圆周铣削b）端面铣削73铣削加工应用74圆周铣削（周铣）端面铣削（端铣）用铣刀圆周上的切削刃来铣削工件，铣刀的回转轴线与被加工表面平行。用铣刀端面上的切削刃来铣削工件，铣刀的回转轴线与被加工表面垂直。通常只在卧式铣床上进行端铣一般在立式铣床上进行，也可在其他形式的铣床上进行只有主刃参加切削，无副刃所以加工后的表面粗糙度较大。主刃副刃同时参加切削，且副刃有修光作用，所以加工后的表面粗糙度较小。周铣时主轴刚性差，生产率较低，适于在中小批生产中铣削狭长的平面、键槽及某些成形表面和组合表面。端铣时主轴刚性好，并且面铣刀易于采用硬质合金可转位刀片，因而所用切削用量大，生产率较高，适于在大批大量生产中铣削宽大平面。圆周铣削和端面铣削比较751）顺铣法（downmilling)每齿切削厚度从最大到最小，刀具易切入工件，刀具耐用度较高。刀齿对工件的切削分力F1向下，有利于工件的夹紧，故顺铣的切削过程比较平稳。顺铣时因切削水平分力F2与工件进给方向一致，当水平分力大于工作台的摩擦阻力时，由于工作台进给丝杆与固定螺母间一般存在较大间隙，造成工作台串动。因此，顺铣时应调整好丝杠与螺母间的间隙。顺铣在开始切削时切削力较大，如果刀杆刚性较差，就会出现扎刀现象。762）逆铣法（upmilling)逆铣时切削水平分力F2方向与工件进给方向相反，因此，切削送进平稳，有利于提高表面质量和防止扎刀现象。逆铣时水平分力F1向上，不利于工件的夹紧。逆铣时刀齿从已加工表面开始进刀，刀具磨损较大，且影响已加工表面质量。77

粗铣加工精度为IT12～IT11，Ra值为25～12.5μm，为半精铣、精铣加工作准备。

（1）粗铣

加工精度为IT10～IT9，Ra值为6.3～3.2μm，可作为平面磨削或精加工的预加工。

（2）半精铣

加工精度为IT8～IT7，Ra值为3.2～1.6μm，可以作为中等精度表面的最终加工，也可作为高精度表面的预加工。

（3）精铣

通常平面的铣削可以分为粗铣、半精铣和精铣三个加工阶段。

78◆在刨床上通过刀具与工件之间的相对直线运动，切除工件上的余量，形成平面的加工方法。◆加工精度、表面粗糙度与铣削大致相当。粗加工和半精加工a）刨水平面b）刨垂直面c）刨斜面d）刨直槽e）刨T形面f）刨曲面3）平面刨削加工（IT9～IT8，Ra6.3～1.6μm）793）平面的拉削加工（IT8-IT6）

拉削平面是一种高生产率的加工方法。在汽车、拖拉机制造业中，拉削平面得到广泛应用。如发动机气缸体和连杆的平面都用拉削加工。拉削除了加工单一表面外，还常用来加工组合表面，而这些表面若用其它切削方法加工十分费事或者无法完成，而拉削提供了简便、可靠的加工途径。80

磨削常作为铣、刨削平面后的精加工，在平面磨床上进行，主要用于中、小零件高精度表面和淬硬平面加工。4）平面磨削（IT8-IT6；Ra0.16-1.25um）81（1）卧轴矩台平面磨床周磨法：砂轮与工件接触面小，散热、排屑条件好，加工质量好。但刚性小，磨削用量较小，生产率低，适于精磨。82（2）立轴圆台平面磨床端磨法：砂轮轴伸出短，刚性好，磨削用量较大，生产率高。但砂轮与工件接触面大，散热、排屑条件差，加工质量低。适于粗磨或半精磨。83（1）刮削

刮削是用刮刀刮除工件表面薄层金属的一种加工方法。表面粗糙度可达Ra1.6～0.4μm，平面内的直线度可达0.01mm/m。

a)平面刮削b)平面研点c)平面刮削质量检验5）平面的光整加工