常用金属切削加工方法

第六章常用金属切削加工方法机械零件表面的形成主要由切削运动实现的。不同切削运动的组合形成了不同的切削加工方法,只有了解了各种加工方法的特点及应用范围，才能为某一表面选择合理的加工方法。常用金属切削加工方法有车削、钻削、镗削、刨削、铣削磨削等。

第一节车削加工一、工件的安装车削是加工回转面的主要方法。在各种加工方法中所占的比重最大。1、三爪卡盘安装特点：三爪联动，能够实现自动定心。安装工件时一般不需要找正。定位精度不高，一般为0.01~0.1mm应用:应用广泛，适于安装短轴及盘套类零件。车床上工件的常用安装方法有：正爪的外表面、反爪、软爪装夹工件。2四爪卡盘安装特点：四个单动卡爪可分别调整，不能自动定心，安装工件时需细致找正；定位精度可达到0.005mm；夹紧力较大。应用：适于安装铸锻件毛坯、形状不规则工件或较大的工件3双顶尖安装特点：工件两端需钻出中心孔，中心孔的质量直接影响工件的加工精度；多次安装仍能保证较高的定位精度。应用：适于安装长轴类零件或需多次安装且有同一基准的工件。特点：安装及找正费时较多；需配平衡铁以防止振动应用：适于安装形状复杂的工件4花盘安装心轴安装适于安装对同轴度要求较高的盘套类工件利用内孔定位；锥度心轴工件能压紧在心轴上，定位精度较高，但不能承受较大的切削力；圆柱心轴与工件内孔常用间隙配合，定位精度较差。1、易于保证加工面间的位置精度。2、切削过程平稳3、生产率高4、应用范围广5、刀具简单二、车削的工艺特点三、车削的应用（1）细长轴的车削

工件长度与直径之比大于20的轴称为细长轴。细长轴刚性差，车削过程中易产生弯曲和振动，出现腰鼓状，严重影响加工精度和表面质量。为保证加工质量，车削时可采取如下措施：(一)车削外圆1）顶尖安装配合附加支承中心架或跟刀架。1一般外圆面的车削。从提高生产率和保证加工质量角度来看，外圆面的车削可分为粗车、细车、精车，相应达到的尺寸精度及表面粗糙度分别为IT12~IT10，Ra50~12.5μm；IT9~IT8，Ra6.3~1.6μm；IT6~IT5，Ra0.8~0.2μm。2特殊外圆面的车削2）采用主偏角为90º的偏刀，以减小径向分力Fy。3）减小切削深度，增加进给次数，以降低切削力。4）供足切削液，以降低切削温度，减小热变形产生的误差，提高刀具的耐用度。（2）偏心工件的车削（3）曲轴的车削阶梯轴及盘套类零件上除了存在外圆面以外，还存在端面及台阶面，也是通过车削来完成的。在车削加工中利用一次安装可保证零件的端面、台阶面之间的平行度要求以及它们与外圆、内孔表面的垂直度要求。车削加工平面主要是指车端面和台阶面。

在车床上可进行钻孔、扩孔、铰孔、镗孔。（二）车端面及台阶（三）孔加工车床钻孔精度IT12~IT11，Ra25~6.3μm；钻后扩孔精度IT10~IT9，Ra6.3~3.2μm；铰孔精度IT8~IT7，Ra1.6~0.8μm四车槽与切断常用的圆锥面的车削方法有：宽刀法、小刀架转位法、偏移尾座法、靠模法镗孔是车床上加工孔的基本方法。单件小批生产中，精度等级IT9~IT7，Ra3.2~1.6μm的孔一般用车床镗出；在成批大量生产中，镗孔常作为铰孔、拉孔前的半精加工工序。对大孔来说，镗孔常常是唯一的加工方法。五圆锥面的车削车削短圆锥面只能加工外圆锥面，可以车较长的锥面车削短圆锥面只能手动进给，适于单件小批生产加工质量及生产率高，适合于大批量生产第二节钻削和镗削加工孔是常用到的表面。孔的加工方法有钻孔、扩孔、铰孔、镗孔、磨孔等。这些加工方法可完成孔的不同精度和表面质量要求。钻孔是指在实体材料上加工孔，属于孔的粗加工。钻孔可在车床上进行，也可在钻床上进行。比较这两种钻孔方式的工作运动有何不同。钻孔使用的刀具为麻花钻。一钻孔（一）麻花钻的结构及几何角度螺旋角β—β越大，切削越容易，但钻头强度越低。β=18~30o顶角2φ—2φ越小，主切削刃越长，轴向力小。2φ=118o

前角γo：从外缘到中心，γo逐渐减小，切削条件变差。后角αf：与γo变化相适应，从外缘到中心，逐渐增大，以保证切削刃等强度。（二）钻削过程1钻削要素（2）进给量f（mm/r）（3）钻削深度apap=D/2（1）υ（m/s）D---钻头直径（mm）n----钻头或工件的转速r/min

Fx=2Fx0+2Fx1+FxψM=2Fz0ρ+Fz1D+Fzψbψ轴向力主要由横刃产生，扭矩主要由主切削刃上的切削力产生2钻削力（三）钻削的工艺特点防止措施1）两个主切削刃刃磨对称2）预钻一个锥形坑定心3）利用钻模钻孔。4）钻前平端面2钻削热不易消散。加剧了钻头的磨损。1钻头容易引偏3排屑困难，切屑排出时会刮伤已加工表面。主要用于孔的粗加工。加工精度IT10以下，Ra大于12.5μm。如1）螺栓联接孔、油孔等精度和表面质量要求不高的孔。2）较高精度要求孔的预加工工序。3）攻螺纹的底孔。扩孔和铰孔主要用于对中、小孔的半精加工和精加工。（一）扩孔使用的刀具：直径较大的麻花钻；扩孔钻。前者用于单件小批生产中，后者用于精度要求较高或批量较大的生产。（四）钻削的应用二扩孔和铰孔与麻花钻相比扩孔钻的结构特点：1）无横刃。2）切削深度小，容屑槽较浅，刀体强度高，刚性好，能采用较大的进给量和切削速度。3）有3~4个刀齿，导向性好，切削过程平稳。扩孔质量好，尺寸精度IT10~IT9，Ra6.3~3.2μm。生产率高。（二）铰孔铰孔属于孔的精加工过程，尺寸精度IT9~IT6，Ra1.6~0.4μm。使用的刀具为铰刀。由于铰刀的安装为非刚性连接，在切削过程中由孔本身定位，不能纠正原有孔轴线偏斜等位置误差，所以在铰孔前，位置精度就应该达到图纸要求。铰削加工的特点：1）加工余量小，切削厚度薄，切削力小，切削速度低（v=0.016~0.1m/s），切削热少。工件变形小。2）铰刀齿数多，导向好，芯部直径大，刚性好，修光刃具有导向、修光、校准孔的作用，刀具的制造精度高。铰孔不能加工淬硬的孔，也不用于加工断续孔如：阶梯孔、花键孔以及盲孔、短孔等。实际生产中，钻-扩-铰是加工较精密中小孔的典型加工工艺利用钻、扩、铰以及在车床上镗等加工孔的方法只能保证孔本身的形状尺寸精度，不能保证孔与孔之间的位置精度要求。而在镗床上镗孔可以保证孔系的位置精度要求（如箱体、支架等工件上的孔）。镗床的结构如图示三、镗孔镗削加工所用的刀具为镗刀，镗刀分为单刃镗刀和浮动镗刀片两种结构。单刃镗刀的特点：1可以修正上一工序造成的轴线歪曲、偏斜等缺陷2适应性强，可加工不同直径的孔；通孔、盲孔、锥孔、沟槽等均可加工。3生产率低。4不宜加工淬硬孔。适于单件小批生产浮动镗刀片镗孔的特点：1由孔本身定位，不能纠正原有孔的轴线偏斜，（与铰孔相似）。只适于精镗。2镗孔的表面质量较高。3生产率高用于批量生产镗床的应用：在镗床上可进行一般孔的钻、扩、铰、镗；可镗大孔，端面；车螺纹，铣平面；镗同轴孔、平行孔、垂直孔。镗孔精度IT9~IT6，Ra1.6~0.8μm一、刨削刀具为刨刀，单刃刀具。主运动为往复直线运动，进给运动为间歇运动。（一）刨削的工艺特点：1生产率低2加工质量中等，IT9~IT7，Ra6.3~1.6μm3通用性好,成本低用于单件小批生产中及修配车间第三节刨削和拉削加工1牛头刨床刨削用于中小型工件的刨削，主要加工平面、各种沟槽及成型面（二）刨削的应用2龙门刨床刨削

主要用来加工大型工件的平面或一次同时加工多个中小型工件主运动为工作台带动工件作往复直线运动，刀具沿横梁或立柱作间歇进给运动。3插床插削插床的主运动是刀具在垂直方向作往复直线运动，工件安装在工作台上做横向、纵向或圆周方向间歇进给运动。插削适于单件小批生产中加工各种内表面，如键槽、花键槽、多边形孔等。（一）拉刀二、拉削加工供拉床夹头夹持连接头部与其它部分，在此处打标记易于进入待加工孔内并起定心作用起导向和定心作用，并检查拉孔前的孔径是否过小直径与拉削后的孔径相同，只起校准与修光作用。保持刀具最后的正确位置用于支承较长的拉刀由粗切齿、过渡齿和精切齿三部分组成。其直径由前向后逐渐增大。最后一个精切齿的直径应保证被拉削孔获得所要求的尺寸。（二）拉削过程拉削加工过程中只有一个主运动，进给运动由拉刀本身结构实现。（三）拉削的特点及应用1生产率高拉削属于多刃切削，一次行程能完成粗精加工。2加工质量好拉削切削速度较低（v＜0.3m/s），切削深度小（ap＜1.0mm），拉床采用液压传动，拉削过程平稳。IT8~IT7，Ra0.8~0.4μm3刀具耐用度高4机床结构简单5刀具成本高用于加工各种截面形状的通孔，也可加工平面，沟槽。拉削主要用于成批大量生产如图所示各种截面的通孔均可拉削；第四节铣削加工

设备：铣床。刀具：铣刀。主运动为铣刀高速旋转运动，进给运动为工件直线连续进给。一、铣削的特点（一）铣刀另外，还有盘铣刀、T型槽铣刀等。（二）铣削过程1铣削四要素（1）铣削速度D---铣刀外径（mm）n----铣刀转速（r/min）（2）进给量有三种表示方法：每转进给量f：铣刀每转一转，工件相对于铣刀在进给方向移动的位移每齿进给量af：铣刀每转过一个齿，工件相对铣刀在进给方向移动的位移。每秒进给量（进给速度）vf：每秒钟工件与铣刀沿进给方向的相对位移。Z---铣刀齿数（3）铣削深度ap平行于铣刀轴线方向测量的切削层尺寸。（4）铣削宽度ae垂直于铣刀轴线方向测量的切削层尺寸。2切削层参数（1）切削宽度aω：铣刀主切削刃参加工作的长度。（2）切削厚度ac：铣刀相邻刀齿切削刃运动轨迹间的垂直距离.

（3）切削层面积Ac：为每齿切削面积。Ac=aωac。总的切削面积等于同时工作的各刀齿切削面积之和。Ac是变化的。3、铣削合力切向力径向力轴向力进给力沿纵向进给方向，影响工作台进给机构的强度垂直切削分力。关系到工件在工作台上是否稳固轴向切削分力切削合力为：（1）逆铣铣刀旋转方向与工件进给方向相反。每齿ac由0→max。易使已加工表面形成硬化层，加速刀具磨损。且铣刀对工件有一向上挑动的力。（三）铣削方式

平面的铣削方式有周铣和端铣两种。1周铣法指用圆柱铣刀铣削平面。（2）顺铣铣刀旋转方向与工件进给方向相同。每齿ac由max→0。避免了逆铣的缺点。2端铣法应用广泛。（1）端铣的特点1）生产率高。因可采用较大的切削用量。2）加工质量好。切削过程较平稳，副切削刃可修光。（2）端铣的铣削方式1）对称铣削用于铣削碳钢。2）不对称逆铣用于加工低合金钢3）不对称顺铣用于加工不锈钢、耐热钢等塑性很大的材料（四）铣削的工艺特点1生产率高。多齿切削，无空行程，切削速度较高。2切削过程不平稳3刀齿冷却条件较好。

铣削与刨削质量相当，经粗铣、精铣，尺寸精度IT9~IT7，表面粗糙度Ra6.3~1.6μm；适于成批生产。二、铣削的应用1铣平面。如图2铣削沟槽3铣成型面第五节磨削加工用作精加工工序。主要介绍在磨床上利用砂轮进行磨削加工。一、砂轮（一）砂轮的结构磨粒、结合剂、间隙（二）砂轮的特性1磨料

担负切削工作，具有高的硬度、良好的耐热性及锋利的棱角。（1）氧化物系氧化物系即刚玉类，主要成分是Al2O3，应用较多的是棕刚玉（A）和白刚玉（WA）。后者硬度高于前者。用棕刚玉磨碳钢、合金钢、可锻铸铁等，用白刚玉磨淬火钢、高速钢等。（2）碳化物系常用的有黑色碳化硅（C）和绿色碳化硅（GC），后者硬度高于前者，它们的硬度均高于上述刚玉类。适于磨硬脆的材料。例如用GC磨削硬质合金、陶瓷等材料。（3）高硬磨料系主要为人造金刚石（SD）。硬度更高，可磨削硬质合金、宝石、玻璃等。2粒度指磨料颗粒的大小。1）由筛选法区分。如12#，100#。12#粒度表示磨粒可通过1in长度上有12个孔眼的筛网。2）当磨粒为尺寸≤40μm的微粉时，用实际尺寸表示。如w28，表示该磨粒实际尺寸28μm。粗磨用粗粒度，精磨用细粒度。磨削较软、塑性较大材料时，为了避免堵塞砂轮，采用较粗的磨粒。3结合剂决定了砂轮的抗冲击、耐高速性能。1）陶瓷结合剂（V）由粘土、石英、滑石等组成。化学性能稳定，脆性大。应用最广。2）树脂结合剂（B）主要成分为酚醛树脂。结合强度高，弹性好，化学稳定性较差。多用于制造高速磨砂轮、薄砂轮、打磨铸锻件毛刺。3）橡胶结合剂（R）用于制造无心磨导轮、薄片砂轮等。4硬度

磨削时，在磨削力作用下，磨料从砂轮表面脱落的难易程度。磨硬材料，应选软些的砂轮；磨软材料时选硬砂轮。精磨、成形磨时选硬砂轮。5组织

指磨粒、结合剂、气孔三者的比例关系。分为紧密、中等、疏松。

磨淬火钢、刃磨刀具等多使用中等组织砂轮；成形磨削、精密磨削用紧密组织的砂轮；接触面积大或软质材料的磨削，用疏松组织的砂轮。6砂轮的形状如平型砂轮（P），薄片砂轮等（PB）。砂轮的表示方法：如P400×100×127A60L5B35含义：平型砂轮（P），外径400mm，厚度100mm，孔径127mm，磨料为棕刚玉（A），粒度60#，砂轮硬度为中软2号（L）组织为中等5号，结合剂为树脂（B），最高工作速度v=35m/s。

二、磨削过程的特点（一）磨削过程

1磨粒的磨削过程磨削过程中起切削作用的是磨粒。其几何形状及其在砂轮上的分布如图。可见，磨粒形状不规则，在砂轮表面高低不平地分布。在磨削过程中时，锋利凸出的磨粒起到切削作用，而其它磨粒只是在工件表面刻划出痕迹或在工件表面滑擦而过。

起切削作用的磨粒磨削过程也是滑擦、刻划、切削的连续作用。如下图：

2砂轮在磨削过程中存在自锐性。即砂轮在磨削过程中磨钝的磨粒自行脱落，露出新的磨粒，以使砂轮仍保持高的磨削能力。

3磨削力分解如图，与车削不同的是磨削时径向分力Fy较大。4磨削热和磨削温度

磨削速度高，产生的磨削热多，大多数传入工件中。磨粒磨削点瞬间温度可达1000℃。（二）磨削的工艺特点1加工精度高，表面质量好。可达IT7~IT6，Ra0.8~0.2μm。2加工材料范围广。除可加工一般的材料外，还可加工难加工材料，如淬火钢、高温合金、硬质合金等。3适于加工各种表面。4砂轮具有自锐作用，不需换刀，利于提高生产率。缺点是径向分力较大及磨削温度较高，影响工件的加工质量及砂轮的耐用度。（一）外圆面的磨削1外圆磨床磨削（1）工件的安装

最常用的是双顶尖安装，装夹迅速，定位精度高。在磨削进行前要修研工件上的中心孔。对于套类零件用心轴或卡盘装夹。三、磨削的应用