典型表面成形

典型表面切削成形第一节外圆表面切削成形外圆表面:轴类、盘套类零件的主要表面或辅助表面;加工方法:车削和磨削。若加工精度要求更高和表面粗糙度值要求更小，则可采用光整加工等方法。外圆表面的技术要求有：1)尺寸精度，包括外圆面直径和长度的尺寸精度。2)形状精度，包括圆度、圆柱度和轴线的直线度。3)位置精度，包括与其他外圆面(或孔)间的同轴度，以及与规定平面间的垂直度和径向圆跳动等。4)表面质量，包括表面粗糙度、表面层的加工硬化、金相组织变化和残余应力

1．车削加工的工艺范围．加工工艺可分为粗车、半精车、精车及精细车。(1)粗车去掉零件大部分加工余量，以达到较高的生产率，为后续加工做好准备。一般粗车加工精度可为ITl0一ITl3，表面粗糙度Ra

6.3—12.5μm。粗车外圆表面也可以作为不重要零件或次要表面的最终加工。(2)半精车加工精度为IT9～ITl0，表面粗糙度Ra3.2～6.3μ

m。为精加工做准备，可作为中等精度的外圆表面的最终加工工序。7．1．1外圆表面的车削

(3)精车加工精度为IT7～IT8，表面粗糙度Ra为0.8～3.2μ

m。外圆表面的精车可作为表面加工的最终工序或光整加工的加工。(4)精细车加工精度可达IT6～IT7，表面粗糙度只，为0.2～0.8μm，因此常作为终加工工序。对于小型非铁金属零件，高速精细车是主要加工方法，并可获得比加工钢和铸铁更低的表面粗糙度值(Ra

0.4～0.1μm)。在加工大型精密外圆表面时，精细车可以代替磨削加工。7．1．1外圆表面的车削2．外圆表面车削加工设备及工艺特点车削加工外圆表面可分别在普通卧式车床、立式车床、专用车床上进行.(1)生产率较高由于外圆车刀结构简单、刚性好，制造、刃磨、安装方便，且车削过程是连续的，比较平稳，故可进行高速切削或强力切削。(2)应用广泛不仅轴和盘套类零件上的外圆可进行车削，而且其他能在车床上装夹的零件，其外圆也可进行车削。(3)加工的材料范围较广钢、铸铁、非铁金属和某些非金属均可车削。当非铁金属加工精度很高和表面粗糙度要求很小时，可在精车之后进行精细车，以代替磨削。普通车床(卧式)普通车床(卧式)数控车床(卧式)车外圆车球车短锥三爪自定心卡盘、四爪单动卡盘、顶尖、心轴、中心架、跟刀架、花盘和弯板。轴类零件的外圆表面有同轴度要求，端面与轴线有垂直度要求，如果用三爪自定心卡盘一次装夹不能同时精加工有位置精度要求的各表面时，可采用顶尖装夹。

3．车削外圆时工件的装夹特点特点：L/d≤4可保证一次装夹所加工各表面间的位置精度要求①三爪自定心卡盘装夹：②顶尖装夹：特点：4<l/d≤10多次调头装夹均可保证各表面间的位置精度要求。③顶尖—中心架：光轴、阶梯轴、跟刀架、光轴。特点：l/d>10的细长轴④四爪单动卡盘⑤心轴：对工件的内孔精度要求较高，IT7-IT6a)圆柱心轴：夹紧力大；定心精度比锥度心轴差；对工件两个端面与内孔的垂直度要求比较高。b)锥度心轴：锥度一般1:2000——1:5000。心轴压入工件内孔后，靠摩擦力紧固。制造简单、工件的加工精度高、装卸方便。承受的切削力小，不宜加工直径较大的外圆。c)可胀心轴：靠胀套的弹性变形产生的力来紧固工件，既定心又夹紧，夹紧力比锥度心轴大，但定位精度比锥度心轴低。7.1.2外圆的磨削磨削(srinding)加工用砂轮作为切削工具，是外圆表面精加工的主要方法。它既能加工淬火的钢铁零件，也能加工不淬火的钢铁和非铁金属零件。外圆磨削分为粗磨、精磨、精密磨削、超精磨削和镜面磨削，后三种属于光整加工。1.磨削加工的工艺范围及特点

1)磨削加工可作为粗加工，也可以作为精加工，加工精度可达IT5一IT8，表面粗糙度Ra为0.1～1.6um。2)磨削的本质是砂轮的磨粒所形成的一个个微小“刀刃”的切削过程。因刀刃大多在负前角(一70°～－88°)下工作，对加工表面形成挤压、滑擦及刻划作用，因此，会产生较大的塑性变形，使加工表面出现硬化及留有残余应力，如图7—3所示。3)磨削的材料范围较广。砂轮磨粒的硬度大，不仅可磨削铸铁件、未淬火钢件，而且还可磨削淬火钢件及高硬度的难加工材料。但磨削非铁金属时，磨屑易堵塞砂轮表面，一般采用精车和精细车代替磨削。4)磨削温度高，工件表面易产生烧伤现象。磨削时要合理选择砂轮和磨削用量，并充分地浇注切削液。(1)中心磨削法在外圆磨床上以工件的两顶尖孔定位进行外圆磨削的一种加工方法。1)纵向进给磨削法：工件每往复一次(或单行程)，砂轮就横向进给一次。由于走刀次数多，生产率较低，能够获得较高的精度和较小的表面粗糙度，应用范围较广。除可磨削外圆柱面外，转动磨床的工作台，可以磨削锥度不大的外圆锥面。2．外圆表面的磨削方法2)横向进给磨削法横向进给磨削法又称切人磨法。磨削时砂轮作连续横向(径向)进给运动，砂轮宽度要大于工件被磨表面的宽度(一般为5～10mm)。一般横磨机床砂轮能作纵向5mm左右的抖动，以便改善砂轮表面不平整而增大工件表面粗糙度的不良状况。采用宽砂轮和连续进给，生产率高，但径向力大，要求机床、工件等有足够的刚度，其加工质量比纵磨法要低。在成批、大量生产中得到广泛的应用。

3）综合磨削法：综合磨削就是先用横磨法分段粗磨被加工表面的全长，相邻各段搭接5～15mm，最后用纵磨法进行精磨。此法兼有横磨法生产效率高和纵磨法加工质量好的优点，适合在成批生产中磨削刚度好的长轴外圆表面。

无心磨削法7.1.3外圆加工方案的制订主要加工方法:车削和磨削(1)粗车粗车主要作为外圆表面的预加工。(2)粗车一半精车粗车一半精车用于各类零件上不重要的配合表面或非配合表面，也可作为磨削前的预加工。(3)粗车一半精车一精车粗车——半精车——精车主要用于以下情况：1)加工非铁金属件；2)加工盘套类零件的外圆；3)加工短轴销的外圆；4)加工外圆磨床上难以装夹和磨削零件的外圆。(4)粗车一半精车一磨削粗车一半精车一磨削主要用来加工精度较高以及需要淬火的轴类和盘套类零件的外圆。磨削是否分粗磨和精磨，取决于精度和表面粗糙度的要求。(5)粗磨一精磨一研磨粗磨一精磨一研磨主要用于精度很高和表面粗糙度很小的淬硬件。1.零件的平面平面是盘形和板形零件的主要表面，也是箱体、支架类零件的主要表面之一。(1)平面的技术要求1)本身的精度。平面有形状精度的要求，如直线度、平面度等。2)位置精度，包括平面与其他平面或孔之间的位置尺寸精度、平行度和垂直度等。3)表面质量，包括表面粗糙度、表面层的加工硬化、金相组织变化和残余应力等。7.2平面切削成形(2)平面的分类

1)非结合面。这种平面不与任何零件表面相配合，一般无加工精度要求，只有当表面为了防腐和美观时才进行加工，属低精度平面。2)结合面和重要结合面。这种平面多数用于零部件的固定连接面，如车床主轴箱、进给箱与床身的连接平面，属中等精度平面。3)导向平面，如机床的导轨面等。这种平面的精度和表面质量要求高。4)精密测量工具的工作面等。(3)平面的加工方法平面的加工方法有车削、铣削、刨削、拉削、磨削、研磨、刮削及抛光等。2．平面车削加工盘套、轴和其他需要加工孔或外圆的零件的端面，单件、小批生产的中小型零件在卧式车床上进行，重型零件可在立式车床上进行。平面车削的表面粗糙度Ra1.6～12.5μ

m。

车削平面的方法如图7—8所示。图a是在卧式车床的三爪自定心卡盘上车削图b是在四爪单动卡盘上车削方形截面零件的平面，图c是在花盘上车削小型底座的平面，图d是在立式车床上车削重型零件的平面。小型底座车削三爪车削套盘类四爪车削方型截面重型零件车削

3．平面刨削(1)刨削方法可作为工件表面的终加工，也可以作为加工精度及表面粗糙度要求更高平面的预加工。

牛头刨床主要用于中小型零件的加工。刨削时刨刀的往复直线运动是主运动，工作台带动工件作间歇的进给运动。

龙门刨床主要用于大型零件的加工，也可同时进行多个中型零件的加工。加工精度IT7～ITl3，表面粗糙度Ra1.6～2.5um。用宽刀进行精刨，表面粗糙度Ra1.6～0.8um。

(2)刨削的工艺特点1)加工精度低。刨削主运动为往复直线运动，冲击力较大，只能采用中低速切削，当用中等切削速度刨削钢件时易产生积屑瘤，增大表面粗糙度。2)生产率低。因刨削的往复过程中有空行程，冲击现象又限制了刨削速度，因此，刨削加工生产率较低，在大批量生产中常被铣削加工所代替。但对于狭长平面，如机床导轨面，也可以采用多刀刨削，其生产率可以高于铣削。3)加工成本低。由于刨床和刨刀的结构简单，刨床的调整和刨刀的刃磨比较方便，因此刨削加工成本低，牛头刨床广泛用于单件小批生产及修配工作中，而龙门刨床则主要用于中型和重型机械的生产中。4．平面铣削铣削(milling)是平面加工的主要方法，它可以铣削水平面、垂直面、斜面、燕尾槽及键槽等组合平面，还可以铣削成形面。铣削加工设备:

升降台式卧式铣床、立式铣床、龙门铣床。

铣刀:圆柱形铣刀镶齿面铣刀套式面铣刀三面刃铣刀立铣刀

(1)周铣法用圆柱铣刀的圆周上分布的刀齿加工平面的方法称为周铣法(roundmilling)，它又分为顺铣与逆铣两种方法。（１）顺铣法(downmilling)是指铣刀旋转方向与工件进给方向相同的加工方法，其特点为：顺铣时每齿切削厚度从最大到最小，刀具易于切人工件，顺铣的刀具耐用度一般较高。刀齿对工件的切削分力向下，有利于工件的夹紧，故顺铣切削过程平稳。顺铣时因切削水平分力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，由于工作台进给丝杠与固定螺母一般存在较大间隙，造成工作台窜动。因此，顺铣时要把丝杠与螺母间隙调整好。顺铣在开始切削时切削力较大，如果刀杆刚度较差，就会出现扎刀现象，特别是毛坯表面的铣削加工，更容易出现此现象。（２）逆铣法(upmilling)是指铣刀旋转方向与工件进给方向相反的加工方法。因顺铣法很难消除工作台丝杠与螺母的间隙所引起的切削不稳定，故生产中多用逆铣法。其特点为：逆铣时切削水平分力的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。逆铣时垂直切削分力向上，不利于工件的夹紧。因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。

（２）端铣法端铣法(endmilling)又分为对称铣和不对称铣。工件相对铣刀回转中心处于对称位置时称为对称铣(见图7—11a)，工件偏于铣刀回转中心一侧时称为不对称铣(见图7—11b、c)。实验结果说明：在端铣不锈钢与耐热钢时，采用不对称顺铣可提高铣刀耐用度3倍甚至更高；当铣削淬硬钢时，采用对称端铣法，铣刀耐用度比其他铣削方式要提高1倍以上。故端铣方式要根据具体情况选用。（３）周铣法与端铣法的比较

1)端铣的加工质量比周铣高。端铣同周铣相比，同时工作的刀齿数多，铣削过程平稳；端铣改善了刀具后刀面与工件的摩擦状况，提高了刀具耐用度；端铣刀的修光刃可修光已加工表面，使工件表面粗糙度较小。2)端铣的生产率比周铣高。端铣的端面铣刀直接安装在铣床主轴端部，刀具系统刚性好，同时刀齿可镶硬质合金刀片，易于采用大的切削用量进行强力切削和高速切削，使生产率得到提高。

3)端铣的适应性比周铣差。端铣一般只用于铣平面，而周铣可采用多种形式的铣刀加工平面、沟槽和成形面等，因此周铣的适应性强，生产中常用。

(4)铣削加工的工艺特点1)铣削加工多为多齿刀具，且转速高，故生产率较刨削高。2)铣削时刀齿可以在一段时间内离开切削表面，故散热条件好，提高了刀具的耐用度。3)铣削因是断续切削而使切削过程不稳定，切人和切出产生很大冲击，产生较大振动，影响加工精度和表面粗糙度。4)铣削可加工箱体、支架、机座以及板块状零件的大平面、凸台面、内凹面、台阶面、V形槽、T形槽、燕尾槽，还可以加工轴和盘套类零件的小平面、小沟槽以及分度工件，应用范围非常广泛。

5．平面拉削高效率、高质量的加工方法，主要用于大量生产中，其工作原理和内孔拉削相同。拉削平面的加工精度可达IT6～IT7，表面粗糙度Ra为0.4～0.8um，加工方法分别称为分屑拉削法和渐成式拉削法。为了缩短拉刀长度，也常先用铣刀对平面进行粗加工，留下较小的余量，再用拉刀进行精拉。.6.平面磨削磨削(grinding)加工方法适用于淬硬平面和精度要求较高的平面加工。磨削平面时，工件的夹紧一般采用电磁吸盘，因此，工件夹紧可靠、迅速。但对于变形较大的薄板类工件，应采取相应措施如在工件下放适当厚度的橡胶垫，不致因夹紧力引起工件变形而影响平面加工精度。平面磨削可作为车、铣、刨削平面之后的精加工，也可代替铣削和刨削。(1)平面磨削方法：根据磨削时砂轮工作表面的差异，平面磨削有周磨和端磨两种方式。

1)周磨是利用砂轮的圆周面进行磨削，磨削时砂轮与工件的接触面积小，磨削热少，排屑和冷却条件好，工件不易变形，砂轮磨损均匀，因此可获得较高的精度和较小的表面粗糙度，适用于批量生产中磨削精度较高的中小型零件，但生产率低。相同的小型零件可多件同时磨削，以提高生产率。周磨加工精度一般可达IT5～IT6，表面粗糙度Ｒa为0.2～0.8um。

2)端磨是利用砂轮的端面进行磨削。磨削时砂轮与工件的接触面积大，磨削热多，排屑和冷却条件差，砂轮各点圆周速度不同，磨损不均匀，因此磨削精度低，表面粗糙度大。但端磨时砂轮轴刚性好，可采用较大的磨削用量，生产率较高，端磨常用于成批大量生产中。对支架、箱体及板块状零件的平面进行粗磨，以代替铣削和刨削。

(2)平面磨削的工艺特点:1）平面磨床的结构简单，机床、砂轮和工件系统刚性较好，故加工质量和生产率比内、外圆磨削高。2）平面磨削利用电磁吸盘装夹工件；有利于保证工件的平行度，且装卸工件方便迅速，可同时装夹多个工件，生产率高。适用于安装钢、铸铁等铁磁性材料制成的零件。3）成批、大量生产中，可用磨削来代替铣、刨削加工去除毛坯表面上的硬皮，既可提高生产率，又可有效地保证加工质量。7．平面加工方案的制订

根据被加工平面的精度、表面粗糙度要求以及零件的结构和尺寸、材料性能、热处理要求、生产批量等来选择。并应考虑如下几点：

1)非结合面，一般采用粗铣、粗刨或粗车。2)结合面和重要结合面，选用粗铣一精铣或粗刨一精刨即可，精度要求较高的，需磨削或刮削；盘类零件的结合面。3)精度较高的板块状零件，如定位用的平行垫铁等，常用粗铣(刨)一精铣(刨)一磨削的方法；量块等高精度的零件还需研磨。4)韧性较大的非铁金属件，一般用粗铣一精铣或粗刨一精刨的方法。7．3孔的加工成形

孔是轴类、盘套类、支架和箱体类零件的主要表面(如轴承孔、定位孔等)之一，也可能是这些零件的辅助表面(如油孔、紧固孔等)。孔的技术要求有：

1)尺寸精度：包括孔的直径和深度的尺寸精度等。2)形状精度：包括孔的圆度、圆柱度及轴线的直线度等。3)位置精度：包括孔与孔或孔与外圆表面的同轴度，孔与孔或孔与其他表面间的尺寸精度、平行度和垂直度等。4)表面质量：包括表面粗糙度、表面层的加工硬化、金相组织变化及残余应力等。孔加工的方法较多，常用的方法有钻、扩、铰、镗、拉、磨、珩磨和研磨等。

1.钻削

1)钻孔钻孔(drillingahole)是利用钻头在实体材料上加工内孔的工艺方法，应用非常广泛。

1)钻孔的工艺特点刀具简单，一般为麻花钻头，钻头直径0.05～80mm，套料钻孔直径可达1000mm。因钻头刚性较差，钻孔时钻头易引偏，影响孔的加工精度。一般不应在斜面上钻孔，为防止钻头引偏，加工孔端面应与孔中心线垂直。有时为保证孔的加工精度，应使用钻套，以便钻头导向，

因钻头容屑槽窄小，应注意排屑及冷却润滑，以防钻头折断。在深孔加工时，往往采用一定压力的切削液冷却钻头，并带动切屑排出。

钻头刃磨时，应尽量使麻花钻的两主切削刃磨得对称，使两个主切削刃的径向力相互抵消，以防止钻头引偏及孔径扩大。2)钻孔工艺的应用钻孔多为粗加工，其加工精度为ITll—ITl3，表面粗糙度Ra12.5～25μm，多用于螺栓孔、油孔的加工，内螺纹底孔也可用钻孔作为粗加工。钻孔使用的机床有台式钻床、立式钻床、摇臂钻床等。在单件小批生产中，中小型工件上的小孔(一般D<13mm)，常用台式钻床加工；中小型工件上直径较大的孔(一般D<50mm)，常用立式钻床加工；大中型工件上的孔，则应采用摇臂钻床加工；回转体工件轴线上的孔，多在车床上加工。在成批和大量生产中，广泛使用钻模、多轴钻或组合机床进行孔的加工。精度高、表面粗糙度小的中小直径孔，在钻削之后，常常需要采用扩孔和铰孔来进行半精加工和精加工。(2)扩孔用扩孔钻对已钻出、铸出、锻出或冲出的孔进行加工的方法，常作为铰孔等精加工前的准备工序和要求不高的孔的最终加工。扩孔的加工精度可达IT10，表面粗糙度Ra3.2～6.3um。扩孔的加工质量和生产率比钻孔高。因为扩孔钻的结构刚性好，刀刃数较多，无端部横刃，加工余量较小(一般为2～4mm)，切削时轴向力小，切削过程较平稳，因此可以采用较大的切削速度和进给量。扩孔能修正孔轴线的歪斜，采用镶有硬质合金刀片的扩孔钻，切削速度可提高2～3倍，大大提高扩孔的生产率。当孔径大于100mm时，就很少应用扩孔，而多采用镗孔扩孔钻与麻花钻在结构上相比有以下特点：1．刚性较好。扩孔的吃刀量小，扩孔钻钻芯比较粗大，增加了工作部分的刚性。2．导向性较好。由于容屑槽浅而窄，可在刀体上做出3～4个刀齿，提高生产率，增强了扩孔时刀具的导向及修光作用，切削平稳。3．切削条件较好。扩孔钻的切削刃不必自外缘延续到中心，避免了横刃和由横刃引起的不良影响。轴向力较小，可采用较大的进给量，生产率较高。因此，扩孔比钻孔的精度高，表面粗糙度Ra值小，且在一定程度上可校正原孔轴线的偏斜。

(3)铰孔是孔的精加工方法之一，其加工精度一般达IT6～IT8，表面粗糙度Ra为0.4～1.6μm。铰刀的刚性好，刀刃数目多，导向性能好且负荷均匀，制造精度高，其修光部分可校准孔径和修光孔壁，铰削时排屑和冷却润滑的条件也较好。铰孔的加工余量小，切削力、切削热都小，并可以避免产生积屑瘤，因此铰孔的加工质量高。钻一扩一铰是生产中典型的孔加工方法，对于位置精度要求严格的箱体上的孔系则应采用镗削加工。

2．镗削镗孔(boring)是用镗刀对已经钻出、铸出或锻出的孔作进一步加工的方法，它可在车床、镗床或铣床上进行。镗孔可分粗镗、半精镗和精镗。粗镗的加工精度为ITll～ITl3，表面粗糙度Ra为12.5～25um；半精镗的加工精度为IT9～ITl0，表面粗糙度Ra为3.2～6.3um；精镗的加工精度为IT7~IT8，表面粗糙度兄为0.8～1.6um。

(1)车床镗孔车床镗孔如图所示。车床镗孔多用于盘套和轴件中心部位的孔以及小型支架的支承孔。

(2)镗床镗孔：卧式镗床如图所示。主轴箱可沿前立柱上的导轨上下移动。主轴箱的平旋盘和主轴可分别安装镗刀，单独使用，主轴可作轴向移动。1）利用主轴带动镗刀镗孔：如图7—25所示，图a与图b为镗削短孔，图c为镗削箱体两壁相距较远的同轴孔系。五、拉孔是孔进行精加工，尺寸公差等级IT8——IT7，Ra值1.6—0.4um。1．拉刀结构：头部、颈部、过渡锥部、前导部、切削部、校准部、后导部、尾部。2．拉削方法：3．拉孔的工艺特点(1)生产率高。(2)加工质量高。(3)拉床简单，操作方便。(4)拉刀寿命长。(5)拉孔不能加工台阶孔和盲孔。六、磨孔孔的精加工方法，尺寸公差等级：IT8—IT6，Ra＝1.6—0.4um。设备：内圆磨床或万能外圆磨床，分纵磨法和横磨法纵磨法：多采用内孔磨削横磨法:仅适用于磨削短孔及内成形面磨孔与磨外圆比较，有以下工艺特点：（1）表面粗糙度Ra值较大。（2）磨削精度的控制不如外圆磨削方便。（3）生产率较低。磨孔主要用于不宜或无法进行镗削、铰削或拉削的高精度的孔以及淬硬孔的精加工。六、磨孔孔的精加工方法，尺寸公差等级：IT8—IT6，Ra＝1.6—0.4um。设备：内圆磨床或万能外圆磨床，分纵磨