《金属加工与实训-基础常识（第3版）》 课件 第8、9章 切削加工设备及应用、零件生产过程的基础知识

金属加工与实训—基础常识（第3版）第8章切削加工设备及应用第8章切削加工设备及应用1.了解金属切削机床的分类及型号编制方法，熟悉常用机床的型号。2.了解钻、车、铣、刨、镗、磨及数控加工、特种加工的工艺特点及加工范围。3.初步了解切削加工设备、附件、刀具、工具的性能、用途及使用方法。学习目标8.1金属切削机床的分类及型号1．主运动

8.1.1机床的分类金属切削机床的分类见下图金属切削机床的分类及代号见下表类别车床钻床镗床磨

床齿轮加工机床螺纹加工机床铣床刨插床拉床特种加工机床切断机床其他机床代号CZTM2M3MYSXBLDGQ读音车钻镗磨二磨三磨牙丝铣刨拉电割其8.1金属切削机床的分类及型号

8.1.2机床型号的编制方法我国机床型号的编制，按GB/T15375-2008金属切削机床型号编制方法实施，采用汉语拼音字母和阿拉伯数字按一定的规律排列组合。其型号表示方法如下：（△）○（○）△△△（X△）（○）（）其他特性代号重大改进顺序号主轴数或第二主参数主轴数或设计顺序号系代号组代号通用特性、结构特性代号类代号分类代号△8.1金属切削机床的分类及型号

8.1.2机床型号的编制方法机床通用特性代号通用特性高精度精密自动半自动数控加工中心仿型轻型加工重型简式柔性加工数显高速代号GMZBKHFQCJRXS读音高密自半控换仿轻重简柔显速例如:8.2钻床及其应用

8.2.1钻床的应用范围及特点

1.钻削加工的工艺范围

钻削加工的工艺范围较广，在钻床上采用不同的刀具，可以完成钻中心孔、钻孔、扩孔、铰孔、攻螺纹、锪孔和锪平面等，如下图所示。

2.钻削加工的工艺特点

(1)刀具简单(2)钻头刚性较差,容易引偏(3)排屑困难钻床的主要类型有台式钻床、以及专门化钻床等。8.2.2钻床台式钻床立式钻床摇臂钻床8.2.3钻孔、扩孔和铰孔1.钻孔在钻床上用钻头在零件上加工孔的工艺方法称钻孔。钻头的种类很多，最常用的是麻花钻。其组成与结构见图。麻花钻由柄部、颈部及工作部分组成。柄部是钻头的夹持部分，起传递动力的作用，有锥柄和直柄两种。相关链接：钻孔实例

钻床加工实例8.2.3钻孔、扩孔和铰孔2.扩孔用扩孔钻对铸出、锻出或钻出的孔进行扩大孔径的加工方法称为扩孔。它可以校正孔轴线偏差、提高孔的质量，属半精加工方法。

扩孔比钻孔质量高，主要是扩孔钻与麻花钻的结构不同。扩孔钻有3～4个刀刃，没有横刃，刚性好，对中性好，导向性好，切削平稳。扩孔钻的形状如下图所示。(a)扩孔钻(b)扩孔8.3车床及其应用8.3.1车削加工的应用范围及特点1.车削加工的范围在车床上利用工件的旋转运动和刀具的移动，进行切削加工方法称为车削加工。车削加工是金属切削加工中的最基本的方法，在机械制造业中应用十分广泛。8.3.1车削加工的应用范围及特点车削加工举例车床主运动与进给运动

车外圆实例

车端面实例

车螺纹实例

车圆锥面实例

车成形面实例8.3.1车削加工的应用范围及特点2.车削加工的特点（1）工艺范围广车削加工适合于多种材料、多种表面、多种尺寸和多种精度。（2）生产率高加工过程中可以采用很高的切削速度，工艺系统的刚度好，可以采用很大的背吃刀量和进给量，故生产率高。（3）公差等级范围大根据零件的使用要求，车削加工可以获得低精度、中等精度和相当高的公差等级。1）荒车荒车精度一般为IT18～IT15，表面粗糙度Ra值大于80μm。2）粗车粗车后的尺寸精度为IT13～IT11，表面粗糙度Ra值为30～12.5μm。3）半精车尺寸精度要求不高的工件或精加工工序之前可安排半精车，半精车后的尺寸精度为IT10～IT8，表面粗糙度Ra值为6.3～3.2μm。4）精车一般作为最终工序或光整加工的预加工工序，精车后工件尺寸精度可达IT7～IT8，表面粗糙度Ra值为1.6～0.8μm。（4）生产成本低车刀结构简单，制造、刃磨和安装都比较方便。另外，许多车床夹具已作为附件生产，生产准备时间短，因此生产成本低。8.3.2车床1.车床的种类按其用途和结构不同，可分为：卧式车床、落地车床、回转车床、转塔车床、立式车床、仿形车床、多刀车床、单轴及多轴自动车床、半自动车床、数控车床等。其中卧式车床应用最普遍。2．CA6140型卧式车床的主要部件8.3.2车床2．CA6140型卧式车床的主要部件（1）床身床身是车床的基础部件，用它支承其它部件，并保证各部件之间具有正确的相对位置和相对运动。（2）主轴箱主轴箱固定在床身的左上端，内部装有主轴及变速传动机构，其功用是支承主轴，并把动力经变速传动机构传递给主轴，使主轴通过卡盘等夹具带动工件转动，以实现主运动。8.3.2车床

（3）进给箱

进给箱固定在床身左端前侧，内部装有进给运动的变换机构，用于改变机动进给量的大小及加工螺纹的导程大小。（4）溜板箱溜板箱主要与床鞍相连，在床身前侧随床鞍一起移动，功用是把进给箱的运动传至刀架，实现机动进给或车削螺纹。8.3.2车床（5）刀架刀架主要用于装夹刀具，并在床鞍带动下在导轨上移动，实现纵、横向移动。（6）尾座尾座安装在床身

的右上端，可沿纵向导轨调整位置，它的功能主要是安装顶尖支承工件，或安装刀具进行钻孔、扩孔、铰孔等孔加工。尾座8.3.2车床3.车床传动系统

主要由主运动传动系统和进给运动传动系统组成

为工作安全，由车床内的机构保证机动的纵向进给、横向进给及车螺纹三种传动路线，同一时间只能接通一种。车床传动系统框图如下：CA6140车床主轴的转速是：(1)正转（24级）：10-1400转/分；(2)反转（24级）：14-1580转/分。CA6140车床的进给量：(1)纵向进给速度共64级，进给量范围0.08~1.59mm/r；(2)横向进给速度共64级，进给量范围0.04~0.79mm/r。8.3.3车刀的种类车刀的种类很多，按它的用途，可分为外圆车刀、左偏刀、右偏刀、车孔刀、切断刀、螺纹车刀、样板刀等，如下图所示；1－45º弯头车刀2－90º外圆车刀3－外螺纹车刀4－75º外圆车刀5－成形车刀6－90º左外圆车刀7－车槽刀8－内孔车槽刀9－内外螺纹刀10－闭孔车刀11－通孔车刀8.3.3车刀的种类按结构来分，有整体式、焊接式车刀、机夹重磨式车刀，如下图所示。车槽刀与切断刀的区别8.3.4车床附件车床附件主要有卡盘、拨盘、顶尖、花盘、中心架、跟刀架等。1.自定心卡盘三爪自定心卡盘（见右图）装夹工件可自动定心，不需找正，特别适合夹持横截面为圆形、正三角形、正六边形等工件。但是，三爪自定心卡盘夹持力小，传递扭矩不大，只适于装夹中小型工件。2.单动卡盘四爪单动卡盘对工件的夹紧力较大。因其不能自动定心，装夹工件时必须进行仔细找正在单件、小批量生产及大件生产中应用较多。用卡盘装夹带孔的零件3.花盘花盘是安装在主轴上的一个大圆盘，其端面平整且与主轴轴线垂直。花盘端面上有许多长槽，用以穿放螺栓以压紧工件。花盘主要用于加工形状不对称的复杂工件。如图8-15所示为连杆在花盘上的装夹示意图。8.3.4车床附件4.顶尖、卡箍、拨盘

车削轴类工件时，一般常用顶尖、卡箍(其中有一种也称做鸡心夹头)、拨盘装夹工件，如图8-16所示顶尖的结构如图8-17所示。工件由装在主轴内的顶尖和装在尾座中的顶尖支承工件，由拨盘、卡箍带动旋转。前顶尖随主轴一起转，后顶尖不随或随工件一起转动。不随工件一起转动的顶尖称为死顶尖，随工件一起转动的顶尖称为活顶尖。死顶尖的优点：定心较准确，刚性好，装夹工件比较稳固；

缺点：发热多，转速高时可能烧坏顶尖和顶尖孔。

死顶尖适合切削速度较低、精度要求高的加工。活顶尖适于高速切削，但公差等级较低。用顶尖装夹工件，必须先在工件的端面上钻出顶尖孔。8.3.4车床附件。8.3.4车床附件5.心轴在一次装夹中加工带孔的盘套类工件的外圆和端面时，常把工件套在心轴上进行加工。心轴的种类很多，常用的有锥度心轴（图a）、圆柱心轴（图b）和可胀心轴（图c）。8.3.4车床附件6.中心架和跟刀架中心架与跟刀架的结构如下图所示。车削细长轴时，由于工件的刚性很差，在自重、离心力、切削力作用下会产生弯曲和振动，使加工很难进行，故需采用辅助夹紧机构中心架、跟刀架等。使用中心架、跟刀架时，主轴转速不宜过高，并需在支承爪处加注机油润滑。8.4铣床及其应用8.4.1铣削加工的应用范围及特点1.铣削加工的应用范围8.4.1铣削加工的应用范围及特点2.铣削加工的特点（1）生产率较高（2）适应性好（3）加工质量中等（4）容屑和排屑（5）铣削方法灵活相关链接：铣床加工示例8.4.2铣床1．铣床的种类

铣床的种类很多，其中升降台式铣床和龙门铣床为基本铣床。

为适应不同加工对象和不同生产类型，还派生出许多品种的铣床，如摇臂及滑枕铣床、工具铣床、仿形铣床等。除此之处还有各种专门化、专用铣床，如钻头铣床、凸轮铣床等。2．X6132卧式万能升降台铣床

的组成及运动(1)床身(2)悬梁(3)升降台(4)床鞍(5)工作台(6)回转盘8.4.2铣床3．卧式万能升降台铣床的传动路线4．X6132卧式万能升降台铣床的性能及结构特点卧式万能升降台铣床X6132工作台三个方向均有自动进给及快速移动，并安装有撞块以控制行程。机床矩形导轨面及工作台面均经超音频淬火，经久耐磨。本机床性能优越，操作方便，适用范围广泛。(1)机床刚性好，能承载重负荷切削。(2)机床主轴电机功率高，变速范围广，充分发挥刀具效能，高速切削。(3)易磨损铸件采用钒钛耐磨铸铁，重要部位采用优质合金钢，稳定耐用。(4)X6132A卧式万能升降台铣床有完善的润滑系统。8.4.3常用铣削刀具

1.按铣刀切削部分的材料分

(1)高速钢铣刀

应用广泛，尤其适用于制造形状复杂的铣刀。

(2)硬质合金铣刀

可用于高速切削或加工硬材料，多用作端铣刀。2.按铣刀的用途分有加工平面用的铣刀、加工沟槽或台阶的铣刀及加工成型表面用的铣刀等。

铣平面用铣刀铣成形面用铣刀8.4.3常用铣削刀具铣沟槽用铣刀铣成形沟槽用铣刀8.4.3常用铣削刀具3.按齿背形式分分为尖齿铣刀和铲齿铣刀两大类。尖齿铣刀铲齿铣刀尖齿铣刀齿背经铣削而成，后刀面是简单平面，用钝后重磨后刀面即可。铲齿铣刀与尖齿铣刀的主要区别是具有铲制而成的特殊形状的后刀面，用钝后重磨前刀面。成型铣刀常制成铲齿的8.4.4铣削方式铣削方式分为端铣和周铣。1.端铣及应用

利用铣刀端部刀齿切削的铣削方式叫做端铣。2.周铣及应用

利用铣刀圆周刀齿切削的方式叫周铣。端铣的表面粗糙度Ｒa值比周铣小，能获得较光洁的表面。端铣的生产率高于周铣。一般仅用于铣削平面，尤其是大平面。周铣的适应性强，能铣削平面、沟槽、齿轮和成形面等。8.4.4铣削方式3.周铣时的顺铣与逆铣

(1)顺铣周铣时，铣刀接触工件时的旋转方向和工件的进给方向相同的铣削方式叫顺铣，如图(a)所示。顺铣时，每齿的切削厚度由最大到零，因易造成事故，所以很少采用。(2)逆铣铣刀接触工件时的旋转方向与进给方向相反的铣削方式叫逆铣，如图(b)所示。逆铣时，每齿切削厚度由零到最大，因工作平稳，铣削加工常采用。（a）顺铣（b）逆铣8.4.5常用铣床附件1.回转工作台回转工作台（也称圆转台）是铣床常用附件之一。

它的主要功用是分度扩铣圆弧曲线外形工作。

回转工作台分手动进给和机动进给两种，如下图所示。(a)手动进给回转工作台（b）机动进给回转工作台8.4.5常用铣床附件2.万能分度头

万能分度头的外形与组成见下图。它是分度机构，是铣床重要附件。它主要用于加工刀具（如丝锥、铣刀等）和零件（如齿轮、螺母等）等。摇动分度手柄，可将工件安装成需要的角度、分度和铣螺旋槽时连续地转动工件等。

FW250型号的意义是：F（分度头）；W（万能）；250（夹持工件的最大直径，mm）8.4.5常用铣床附件3．立铣头立铣头(如下图所示)装在卧式铣床上，可以使卧式铣床起到立式铣床的作用，扩大其加工范围。立铣头可以在垂直平面内回转360º，其主轴与铣床主轴之间的传动比一般为1:1，故两者的转速相同。8.4.5常用铣床附件4．万能铣头万能铣头(如下图所示)也是装在卧式铣床上使用的，它可以在相互垂直的两个垂直平面内都回转360º。

因此，它可以使铣头主轴与工作台面成任何角度，在工件的一次装夹中，可以完成工件上各个表面的铣削加工。其主轴与铣床主轴之间的传动比也是1:1。8.4.5常用铣床附件5．机床用平口虎钳机床用平口虎钳有普通型和可倾型两种，见下图。安装时，以工作台面上的T型槽定位。适用于形状简单的中小型工件。普通式平口钳8.5刨床、镗床、磨床及其应用8.5.1刨床及其应用1.刨削加工的应用范围及特点（1）刨削加工的应用范围

刨削是平面加工的主要方法之一，能加工各类平面、沟槽和用于加工直线成形面，见左图。8.5.1刨床及其应用（2）刨削加工特点1）加工质量2）生产效率低3）加工成本低2．刨床

刨床类机床主要有牛头刨床、龙门刨床和插床三种类型。（1）牛头刨床

相关链接：牛头刨床结构简介8.5.1刨床及其应用（2）龙门刨床龙门刨床主要用于加工大型或重型工件上的各种平面、沟槽和各种导轨面等，见下图（a）。（3）插床插床的外形见下图（b）所示。插床实质上是立式牛头刨床，一般适用于单件、小批生产中工件内部表面的插削，如方孔、多边形孔或孔内键槽等。(a)龙门刨床(b)插床8.5.1刨床及其应用3．刨刀8.5.1刨床及其应用3．刨刀相关链接：刨削加工示例8.5.2镗床及其应用1．镗削加工的应用范围及特点镗削是利用镗刀对已有孔的加工。镗削的工艺范围见下图。（1）镗削的应用8.5.2镗床及其应用（2）镗削的特点1)镗削加工灵活性大，适应性强。2)镗削加工操作技术要求高。3)镗刀结构简单，刃磨方便，成本低。4)镗孔可修正上一工序所产生的孔的轴线位置误差，保证孔的位置精度。5)镗孔时，其尺寸精度为IT7～IT6级，孔距精度可达0．015mm，表面粗糙度Ra值为1.6～0.8μm。2．镗床

镗床可分为卧式镗床、坐标镗床、金刚镗床和立式镗床等。其中卧式镗床是应用最广泛的一种，如右图为TP619型卧式镗床。8.5.2镗床及其应用2．镗刀镗刀主要用于车床、镗床，一般可分为单刃镗刀和双刃镗刀两大类。（1）单刃镗刀单刃镗刀结构简单，制造方便，通常把焊有硬质合金的刀片或高速钢整体式镗刀头用螺钉紧固在镗杆上，夹固方式有多种形式，如下图所示。8.5.2镗床及其应用（2）双刃镗刀双刃镗刀又称浮动镗刀，有两个对称的切削刃，是一种定尺寸刀具。双刃镗刀多做成片状镗刀块的形式，而镗刀块在镗杆上的夹固可采用楔块、螺钉、螺母等夹紧方法，见下图。a)镗刀结构b)使用情况1-刀片2-刀块3-调整螺钉4-楔块5-紧定螺钉8.5.3磨床及其应用1．磨削加工的应用范围及特点（1）磨削加工的应用范围磨削加工是指用砂轮以较高的线速度对工件进行加工的方法，主要在磨床上进行。一般来说，刀具切削属于粗加工或半精加工，而磨削加工属于精加工。磨削加工的主要工作如下图所示。磨削加工范围（a）曲面磨削；（b）外圆磨削；（c）螺纹磨削；（d）成形磨削；（e）花键磨削；（f）齿轮磨削；（g）圆锥磨削；（h）内圆磨削；（i）无心外圆磨削；（j）刀具刃磨；（k）导轨磨削；（l）平面磨削；（m）平面磨削。相关链接：磨削加工示例8.5.3磨床及其应用1．磨削加工的应用范围及特点（2）磨削加工的特点

1）可磨削硬度很高的材料如硬质合金（74～82HRC），淬火钢（62～65HRC）。

2）可获得很高的加工精度和小粗糙度值磨削公差等级为IT7～IT5，Ra值为0.8～0.2μm。

3）磨削中应用大量切削液磨削速度高（约为一般切削加工的10～20倍），产生磨削热多，磨削中应使用大量切削液，以降低温度，并冲走细碎的磨屑和碎裂（脱落）的磨粒，有效地提高磨削质量和砂轮耐用度。

4）磨削适应性强各种材料（金属、非金属、超硬材料）均能加工；各种表面均能加工；既可用于半精加工，精加工，又可用于粗加工。8.5.3磨床及其应用2．磨床

（1）磨床的种类磨床的种类很多，最常用的有万能外圆磨床和卧轴矩台式平面磨床等。（2）M1432万能外圆磨床的组成M1432万能外圆磨床的外形及组成见下图。8.5.3磨床及其应用3．砂轮

砂轮是磨削的切削工具。

它是用结合剂把磨粒粘结在一起经焙烧而成的具有一定几何形状的多孔体，见右图。

（1）影响砂轮的切削性能的因素取决于磨料与结合剂的种类、磨料的粒度、砂轮的硬度与组织、砂轮的形状与尺寸和安全线速度等。1)磨料

砂轮中的硬质颗粒，常用的有刚玉类(主要成分是Al2O3)和碳化物类(主要成分是SiC或BC)。2)粒度

指磨料颗粒的大小，以粒度号(4#～240#)表示。3)硬度

磨粒从砂轮上脱落的难易程度，硬砂轮磨粒不易脱落。4)结合剂

起粘接磨粒的作用，常用的有陶瓷、树脂、橡胶和金属。5)组织

磨料、结合剂和孔隙三者之间的体积比例，也表示砂轮中磨粒排列的紧密程度。8.5.3磨床及其应用（2）常用砂轮的形状、代号及用途8.5.3磨床及其应用（3）砂轮的标记

砂轮的标记印在砂轮的端面上，其顺序是：砂轮名称，产品标准号，基本形状代号，圆周型面代号（若有），尺寸（包括型面尺寸），磨料牌号（可选性的），磨料种类，磨料粒度，硬度等级，组织号（可选性的），结合剂种类，最高工作速度。

例如：平形砂轮1型，圆周型面代号N，外径300mm，厚度50mm，孔径75mm，棕刚玉，粒度60，硬度L，5号组织，陶瓷结合剂，最高工作线速度35m/s，其标记为：

平面砂轮GB/T24851N-300×50×75-A/F60L5V-35m/s8.6数控机床及其应用数控机床是利用数控技术，通过一定格式的指令代码和数控装置来实现自动控制的机床。1.数控机床组成控制介质、数控装置、伺服系统和机床本身四部分组成。2.数控机床的分类开环控制系统闭环控制系统半闭环控制系统按控制方式按控制轨迹点位控制直线控制轮廓控制8.6数控机床及其应用

3.数控机床特点及应用

加工精度高、质量稳定、生产率高、劳动强度低、但系统复杂、价格高、维修复杂。适用于小批量、多品种、结构较复杂、精度要求较高、频繁改型的零件试制生产。4.典型数控机床（1）数控车床8.6数控机床及其应用（2）数控铣床（3）加工中心相关链接：数控卧式加工中心8.7特种加工简介特种加工是直接利用电能、化学能、声能、光能、热能等或与机械能组合的形式去除工件上多余材料的加工方法。与传统的切削加工相比具有许多特点：（1）在加工过程中工具与工件之间没有显著的切削力；（2）加工用的工具材料硬度可以低于被加工材料的硬度；（3）能用简单的运动加工出复杂的型面。

目前用于生产的特种加工方法主要有：电火花加工、电解加工、超声加工、激光加工、电子束加工、离子束加工、化学加工、液力加工等。8.7.1电火花加工1.电火花加工的原理电火花加工是利用工具电极和工件电极间瞬时放电所产生的高温来熔蚀工件表面的材料，也称为放电加工或电蚀加工。8.7.1电火花加工电火花加工8.7.1电火花加工2.电火花加工的特点3．电火花加工的应用电火花加工的应用范围较广，它可以进行孔加工和线电极切割等。（1）穿孔加工（2）型腔加工（3）线电极切割电火花加工精度高，表面粗糙度Ra值0.8～1.6μm。它在冲模的凹模、拉丝模、圆形小孔窄缝小而深的孔的加工中得到广泛应用。线切割加工8.7.2电解加工1.电解加工原理电解加工原理示意图电解加工成形原理

电解加工是利用金属在电解液中产生阳极溶解的电化学腐蚀将工件加工成形，又称电化学加工。电解加工的工具（阴极）不发生溶解，可长期使用。可在一个工序内完成复杂形状的加工。8.7.2电解加工2.电解加工特点及应用（1)加工范围广。（2)生产效率高，约为电火花加工的5～10倍。（3）可以达到较小的表面粗糙度（Ra1.25～0.2μm）和0.2mm左右的平均加工精度，且不产生毛刺。（4)加工中无热作用及机械切削力的作用，加工面不产生应力、变形及变质层。（5)加工中阴极工具在理论上不会损耗，可长期使用。电解加工已成功应用到炮管膛线、整体叶轮（见上图）、锻模型胶及花键、齿轮、异形孔等复杂型面、型孔的加工中。8.7.3超声加工1.超声加工的工作原理

超声波加工是利用超声频振动的工具，使磨料撞击和抛磨工件，进行成形的一种加工方法。超声加工原理示意图复合加工专用超声发生器旋转超声波加工系统8.7.3超声加工2.超声加工的特点及应用超声波加工主要靠磨粒作用去除工件材料，加工设备较简单，操作及维护方便。

加工精度可达0.02μm，表面粗糙度Ra值达1.25～0.1μm。

超声波加工广泛用于各种超硬脆材料，特别是不导电的非金属材料的加工。8.7.4激光加工1.激光加工的工作原理激光加工是利用能量密度很高的激光束使工件材料熔化、蒸发和气化而予以去除的高能束加工。激光加工的基本设备包括电源、激光器、光学系统及机械系统等四部分，如下图所示。激光加工原理示意图多功能激光加工系统8.7.4激光加工2.激光加工的特点及应用激光加工属非接触加工，无刀具损耗，热影响区域小，热变形也小。激光束传递方便，易于控制，可加工各种形状和尺寸的工件。激光加工最小孔径达φ0.001mm，孔的深径比达50～100。激光加工装置较简单，便于与机器人、自动检测和计算机数字控制技术相结合，实现高效自动化打孔、切割、焊接和热处理等。陶瓷·Φ0.5mm孔·激光打孔弹簧钢片·激光切割8.7.5电子束加工及离子束加工1.电子束加工（1）电子束加工的原理电子束加工装置的基本结构如右图所示。它由电子枪、真空系统、控制系统和电源等部分组成。在真空条件下，将具有很高速度和能量的电子射线聚焦（一次或二次聚焦）到被加工材料上，电子的动能大部分转变为热能，使被冲击部分材料的温度升高至熔点，瞬时熔化、气化及蒸发而去除，达到加工目的，这就是电子束加工原理。8.7.5电子束加工及离子束加工（2）电子束加工的特点及应用

1）加工中电子束的压力很微小，主要靠瞬时蒸发，所以工件产生的应力及应变均甚小。2）电子束加工是在真空度为1.33×10-1～1.33×10-3Pa的真空加工室中进行的，加工表面无杂质渗入，不氧化，加工材料范围广泛，特别是适宜加工易氧化的金属和合金材料以及纯度要求高的半导体材料。3）电子束的强度和位置比较容易用电、磁的方法实现控制，加工过程易实现自动化，可进行程序控制和仿形加工。电子束加工也有一定的局限性，一般只用于加工微孔、窄缝及微小的特性表面，而且，因为它需要有真空设施及数万伏的高压系统，设备价格较贵。由于在极小的面积上具有高能量（能量密度可达106～109W/cm2），故可加工微孔、窄缝等，其生产率比电火花加工高数十倍至数百倍。此外，还可利用电子束焊接高熔点金属和用其它方法难以焊接的金属，以及用电子束炉生产高熔点高质量的合金及纯金属。8.7.5电子束加工及离子束加工2.离子束加工

离子束加工原理与电子束加工类似，也是在真空条件下，把氩（Ar）、氪（Kr）、疝（Xr）等惰性气体，通过离子源产生离子束并经过加速、集束、聚焦后，投射到工件表面的加工部位，以实现去除加工。所不同的是离子的质量比电子的质量大千万倍。

由于离子的质量大，故离子束加速轰击工件表面，比电子束具有更大的能量。根据离子束产生的方式和用途不同，产生离子束流的离子源有多种形式，常用的有考夫曼型离子源和双等离子管型离子源。

离子束加工具有易于精确控制，加工所产生的污染少、应力小和变形小的特点，特别适合于加工易氧化的金属、合金和半导体材料等。制造新中国第一台机床——上海机床厂上海机床厂始建于1946年，1949年新中国成立后改名为虬江机器厂，1950年9月仿制成功新中国第一台磨床——虬13式万能及工具磨床，1953年改名为上海机床厂。1958年，上海机床厂试制成功万能外圆磨床（由梁仁圻设计）。从此，该厂从仿制阶段进入自行设计阶段。【金工拾贝】1965年9月，上海机床厂试制成功新中国第一台高精度半自动万能外圆磨床，可实现镜面磨削，达到当时世界先进水平。

2016年，公司研制的“MK8220/SD双砂轮架数控切点跟踪曲轴磨床”通过验收并投入生产，这是国内首台汽车主机厂发动机生产线的数控磨床。金属加工与实训—基础常识（第3版）第9章零件生产过程的基础知识第9章零件生产过程的基础知识1.了解零件生产过程、生产类型及其工艺特点，能识读生产工艺卡。2.熟悉典型表面的加工方案和定位基准的选择方法。3.了解典型工件的加工工艺。学习目标9.1生产过程的基本理论1．生产纲领与生产类型(1)生产纲领

指企业在计划期内应当生产的产品产量和进度计划。零件的生产纲领指包括备品和废品在内的零件的生产量。（2）生产类型生产类型是指企业（或车间、工段、班组、工作地）生产专业化程度的分类。一般分为单件生产、批量生产及大量生产三种生产类型。9.1生产过程的基本理论2．生产过程与工艺过程（1）

生产过程指将原材料转变为成品的全过程。生产过程包括原材料运输和保存、生产准备工作、毛坯制造、毛坯加工、热处理、检验、装配、调试，以及表面涂层加工和包装等。

生产过程大致可分为三个阶段，即毛坯制造、零件加工和产品装配。

（2）加工工艺过程所谓“工艺”，就是制造产品的方法，加工工艺过程是生产过程的主要部分，是指生产过程中由零部件毛坯准备开始，到零部件的成品为止的过程。机械加工工艺过程是利用机械加工的方法，直接改变毛坯的形状、尺寸和表面质量，使其转变为成品的过程。简称为工艺过程。它包括毛坯制造工艺过程、热处理过程、机械加工工艺过程、装配工艺过程等。9.1生产过程的基本理论生产过程与工艺过程的关系9.1生产过程的基本理论3．工艺过程的组成工艺过程就是由一个或若干个顺序排列的工序组成。每个工序又分为若干个安装、工位、工步、进给，如下图所示。工艺过程工序1工序2…...安装1安装2…...工位1工位2…...工步1工步2…...进给1进给2…...（1）工序一个（或一组）工人，在一个工作地点（或一台机床上），对一个（或一组）零件连续加工所完成的那部分工艺过程，称为工序。9.1生产过程的基本理论划分工序的主要依据是工作地是否变动和工作是否连续。如图9-3所示阶梯轴，当加工数量较少时，其工序划分按表9-2进行；

当加工数量较大时，其工序划分按表9-3进行。9.1生产过程的基本理论工序号工序内容设

备1车端面，钻中心孔车床2车外圆，切槽和倒角车床3铣键槽，去毛刺铣床4磨外圆磨床工序号工序内容设

备1两边同时铣端面,钻中心孔铣端面钻中心孔机床2车一端外圆,切槽和倒角车床3车另一端面,切槽和倒角车床4铣键槽铣床5去毛刺钳工台6磨外圆磨床表9-3大批量生产的工艺过程表9-2单件小批生产的工艺过程从以上加工轴的工序安排，我们可以看到同一零部件生产数量不同，加工工艺是不同的。9.1生产过程的基本理论

（2）安装

使工件在机床或夹具中占有正确位置的过程称为定位。

工件定位后将其固定不动的过程称为夹紧。

将工件在机床或夹具中定位、夹紧的过程称为安装。在一道工序中，工件可能被安装一次或多次，才能完成加工。工件在加工中，应尽量减少安装次数，因为多一次安装，就会增加安装时间，还会增加定位和夹紧误差。

（3）工位工件在机床上所占据的每一个待加工位置称为工位。装夹工件钻孔扩孔铰孔多工位加工9.1生产过程的基本理论

（4）工步在一个工序中，当加工表面不变、切削工具不变、切削用量中的进给量和切削速度不变的情况下所完成的那部分工艺过程称为工步。

以上三种因素中任一因素改变后，即成为新的工步。一个工序可以只包括一个工步，也可以包括几个工步。对于那些连续进行的若干个相同的工步，通常都看作一个工步，见右图。简化相同工步的实例为了提高生产率，用几把刀具或复合刀具同时加工几个表面，这也可看作一个工步，称为复合工步。

（5）进给在一个工步中，若所需切去的金属层很厚，可分为几次切削，每一次切削，称为一次进给。如表9-3铣端面、钻中心孔，每个工位都是用两把刀具同时铣两端面或钻两端中心孔，它们都是复合工步。9.1生产过程的基本理论4．工艺设备和工艺装备工艺设备简称设备，是完成生产工艺过程的主要生产装置，如各种机床、加热炉等。工艺装备简称工装，是指完成产品制造过程中所用的各种工具的总称，如刀具、夹具、量具等。5．定位基准的选择（1）粗基准的选择原则1）以工件上某些要求余量小而均匀的重要表面为粗基准，如右图。9.1生产过程的基本理论2）选择不需加工的表面为粗基准。如图9-7所示。3）粗基准的选择应能保证合理分配各加工表面的余量。一般选择毛坯上余量最小的表面作粗基准，如图9-8所示。4）作为粗基准的表面，应尽量平整光洁，有一定面积，以使工件定位准确、夹紧可靠。9.1生产过程的基本理论5）粗基准在同一尺寸方向上只能使用一次。如图9-9所示。9.1生产过程的基本理论（2）精基准的选择的原则1）基准重合的原则：即选用设计基准作为定位基准。2）基准统一原则：精基准应选择同一个（或一组）定位基准来加工尽可能多的表面。3）互为基准原则：有些零件采用互为基准反复加工的原则。4）自为基准原则：对于零件上的重要表面的精加工，必须选加工表面本身作为基准。

另外，为保证零件定位准确、夹紧可靠，还应使夹具结构简单，操作方便。9.2生产工艺卡9.2.1机械加工工艺规程机械加工工艺规程是指规定工件机械加工工艺过程和操作方法等的工艺文件。

常用的机械加工工艺规程有以下三种形式：工艺过程综合卡、机械加工工艺卡、机械加工工序卡9.2.2识读机械加工工艺规程1.识读机械加工工艺卡

机械加工工艺卡是以工序为单位，简要说明工件加工过程的工艺文件。主要用于批量生产管理，作为生产准备、编制生产计划和组织生产的依据等。下面以传动齿轮（图9-10所示）为例，识读卡中所反映的内容，了解工件的整个加工工艺过程。9.2.2识读机械加工工艺规程图9-10传动齿轮9.2.2识读机械加工工艺规程9.2.2识读机械加工工艺规程从表9-4中可以看出，机械加工工艺卡中的内容有毛坯的选择、具体的加工工艺过程、机床和工艺装备、各工序的工时确定等内容。9.2.2识读机械加工工艺规程识读机械加工工艺卡的步骤：

（1）识读表头

（2）识读毛坯信息材料为40Cr，锻件毛坯。（3）识读加工工艺过程共14道工序（4）各表面加工方案

9.2.2识读机械加工工艺规程

（5）机床和工艺装备各道工序所使用的设备均为通用机床、通用工量具

（6）工时定额一般根据各工序余量和工序加工精度要求确定工时定额。2.识读机械加工工序卡

机械加工工序卡片是针对机械加工工艺过程卡中的某一道工序制订的，以表9-4传动齿轮的机械加工艺卡中的第5道工序为例来说明，其工序卡见表9-7所示。在这张卡片上，要画出工序简图，注明该工序每一道工步的内容、工艺参数、操作要求以及工艺装备等，一般在大量生产和成批生产中应用，主要用来指导工人进行生产。9.2.2识读机械加工工艺规程

机械加工工序卡片是针对机械加工工艺过程卡中的某一道工序制订的，以表9-4传动齿轮的机械加工艺卡中的第5道工序为例来说明，其工序卡见表9-7所示。9.2.2识读机械加工工艺规程（续）9.2.2识读机械加工工艺规程识读机械加工工序卡片步骤（1）识读表头弄清加工工序的内容（2）识读工序简图弄清本工序的主要任务及要求，确定定位基准。（3）识读工步内容和要求弄清该工序详细加工内容，共6个工步。（4）识读设备和工艺装备弄清加工设备及所用的刀具、工具、量具。（5）识读工艺参数弄清工艺装备及切削用量和进给次数等内容9.3典型表面的加工方法1．外圆面表面加工主要的加工方法是车削和磨削等。表9-8外圆柱面的加工方案序号加工方案公差等级粗糙度Ra值/μm适用范围1粗车IT11～IT1312.5～50适用于淬火钢以外的各种金属2粗车-半精车IT8～IT103.2～6.53粗车-半精车-精车IT7～IT80.8～1.64粗车-半精车-精车-滚压(或抛光)IT7～IT80.025～0.25粗车-半精车-磨削IT7～IT80.4～0.8主要用于淬火钢，也可以用于未淬火钢，不宜加工有色金属6粗车-半精车-粗磨-精磨IT6～IT70.1～0.47粗车-半精车粗磨-精磨-超精加工IT50.012～0.18粗车-半精车-精车-精细车IT6～IT70.025～0.4主要用于精度高的有色金属加工9粗车-半精车-粗磨-精磨-超精磨IT50.006～0.025极高精度的外圆加工10粗车-半精车粗磨-精磨-研磨IT50.006～0.19.3典型表面的加工方法2．内孔表面的加工主要的加工方法有钻、扩、铰、镗、拉、磨、研磨和珩磨等。表9-9孔的加工方案序号加工方案公差等级粗糙度Ra值/μm适用范围1钻IT11～IT1312.5加工未淬火钢及铸铁，也可用于加工有色金属。孔径小于φ15～φ202钻-铰IT8～IT101.6～6.33钻-粗铰-精铰IT7～IT80.8～1.64钻-扩IT10～IT116.3～12.5加工未淬火钢及铸铁，也可用于加工有色金属。孔径大于φ15～φ205钻-扩-铰IT8～IT91.6～3.26钻-扩-粗铰-精铰IT70.8～1.67钻-扩-机铰-手铰IT6～IT7

0.2～0.48钻-扩-拉IT7～IT90.1～1.6大批大量生产9粗镗(或扩)IT11～IT136.3～12.5除淬火钢外的各种材料10粗镗(粗扩)-半精镗(精扩)-IT9～IT101.6～3.211粗镗(粗扩)-半精镗(精扩)-精镗(铰)IT7～IT80.8～1.612粗镗(粗扩)-半精镗(精扩)-精镗-浮动镗刀镗孔IT6～IT70.4～0.813粗镗(扩)-半精镗-磨IT7～IT80.2～0.8主要用于淬火钢，也可用于未淬火钢，不宜用于有色金属14粗镗(扩)-半精镗-粗磨-精磨IT6～IT70.1～0.215粗镗-半精镗-精镗-精细镗IT6～IT70.05～0.4主要用于高精度有色金属加工16粗镗-半精镗-精镗-珩磨IT6～IT70.025～0.2用于加工精度很高的孔17以研磨代替上述方法的珩磨IT5～IT60.006～0.19.3典型表面的加工方法3．平面的加工主要的加工方法有车、铣、刨、磨等。表9-10平面的加工方案序号加工方案公差等级粗糙度Ra值/μm适用范围1粗车IT11～IT1312.5～5.0端面2粗车-半精车IT8～IT103.2～6.33粗车-半精车-精车IT7～IT80.8～1.64粗车-半精车-磨削IT6～IT80.2～0.85粗刨(或粗铣)IT11～IT136.3～25一般不淬硬平面(端铣表面粗糙度Ra值较小)6粗刨(或粗铣)-精刨(或精铣)IT8～IT101.6～6.37粗刨(或粗铣)-精刨(或精铣)-刮研IT6～IT70.1～0.8精度高的不淬硬平面8以宽刃刨刀精刨代替上述刮研IT70.2～0.89粗刨(或粗铣)-精刨(或精铣)-磨削IT70.2～0.8精度高的淬硬平面或不淬硬平面10粗刨(或粗铣)-精刨(或精铣)-粗磨-精磨IT6～IT70.025～0.411粗铣-拉IT7～IT90.2～0.8大量生产，较小平面12粗铣-精铣-磨削-研磨IT5以上0.006～0.1高精度平面9.4典型零件的加工工艺9.4.1轴类零件的加工工艺1.轴的结构特点、功能及技术要求轴类零件主要用于传递运动和转矩。根据结构形状可分为光轴、台阶轴、花健轴、空心轴、曲轴等，如图9-11所示。其长度大于直径，主要组成部分有外圆柱面、轴肩、螺纹和沟槽。

轴类零件的主要技术要求有：轴颈、安装传动件的外圆、装配定位用的轴肩等的尺寸精度、形位精度、表面粗糙度。9.4.1轴类零件的加工工艺2.轴类零件的材料、热处理及毛坯(1)轴类零件的材料及热处理不重要的轴可采用碳素结构钢Q235-A、Q255-A等，不需热处理；

一般的轴可采用优质碳素结构钢如35、45、50钢等；

对于中等精度而转速较高的轴类零件，可选用合金结构钢40Cr、40MnVB等，并进行调质和表面处理；

对于高转速，重载荷条件下工作的轴，可选用合金结构钢20Cr、20Mn2B、20CrMnTi等低合金钢或38CrMoAlA进行调质渗氮处理；

对于形状复杂的轴，可采用再采用球墨铸铁QT600-2、QT1200-1等，并进行正火、调质和等温处理。(2)轴类零件的毛坯通常用圆钢和锻件，台阶轴上各外圆相差较大时，多采用锻件，以节省材料；台阶轴上各外圆相差较小时，可直接采用圆钢。对于某些大型结构复杂的轴，可采用铸钢件，曲轴常采用球墨铸铁件。3.定位基准的选择

(1)粗基准的选择对于实心轴，一般采用外圆表面作为粗基准。(2)精基准的选择应该选择两端的中心孔作为定位基准。9.4.1轴类零件的加工工艺4.工艺路线一般轴类零件的加工工艺路线如图9-12所示。图9-12一般轴类零件的加工工艺路线5.轴类零件加工工艺编制实例图9-13所示齿轮减速箱中一转轴。现以其加工为例，说明在单件小批生产中，一般轴类零件加工工艺过程。9.4.1轴类零件的加工工艺9.4.1轴类零件的加工工艺5.轴类零件加工工艺编制实例(1)零件各主要部分的功用和技术要求

(2)工艺分析可采用如下的加工方案：粗车—凋质—半精车—铣键槽—磨外圆。(3)基准选择轴类零件一般选用两端中心孔作为粗、精加工的定位基准。(4)工艺过程该轴的毛坯选用

38×200型材。在单件小批量生产中，其工艺过程见表9-11。9.4.1轴类零件的加工工艺工序号工序名称工

序

内

容装夹定位加工设备1车①车一端面，钻中心孔②车另一端面，钻中心孔，保证总长198.5自定心卡盘车床2车①粗车一端外圆分别至

37×110,

32×36②调头车另一端外圆，分别至

32×38，

26×49一夹一顶车床3热调质处理235HBW

4钳研修中心孔

钻床5车①半精车小端外圆分别为

35，

24.3×50，

30.3×38②割槽3×0.3③倒角C1双顶尖装夹车床6车调头①车另一端外圆为

30.3×37，保证

35外圆长度为73②割槽3×0.3③倒角C1双顶尖装夹车床7铣铣键槽分别至8×26.2，8×20.2双顶尖装夹立式铣床8磨①粗磨一端外圆至

24.6和

30.6②精磨该端分别至

24和

30双顶尖装夹磨床9磨①调头粗磨一端外圆至

30.06②精磨该端外圆至

30双顶尖装夹磨床10检按图纸要求检测

表9-11单件小批生产轴的加工工艺过程9.4.2盘套类零件的加工工艺1.盘套类零件的结构特点和技术要求图9-14中所示的齿轮、端盖、透盖和锁紧螺母等均为盘套类零件，在机器中用得最多。

盘套类零件一般由内孔、外圆、端面和沟槽等组成，其中孔和外圆为主要加工表面。

其位置精度可能有外圆对内孔轴线的径向跳动(或同轴度)或端面对内孔轴线的端面圆跳动(或垂直度)等要求。图9-14盘套类零件举例9.4.2盘套类零件的加工工艺2.盘套类零件的材料、热处理及毛坯盘套类零件用途不同，所用的材料也不同。常用的材料有钢、铸铁、青铜和黄铜等。

直径较小的盘套类零件一般选择圆钢、铜棒或实心铸件作毛坯；直径较大的常用带孔的锻件或铸件作毛坯。

大批量生产的轴套零件还可采用粉末冶金件、无缝钢管等。3.定位基准的选择

(1)粗基准的选择盘套类零件一般都选择外圆表面作粗基准，因为多数中小盘套类零件选用实心毛坯或虽有铸出或锻出的孔，但孔径小或余量不均，不能用来作粗基准。

(2)精基准的选择精基准的选择主要是考虑如何保证内外圆的同轴度。

盘套类零件一般都选择内孔作为精基准，有时也以外圆为精基准。9.4.2盘套类零件的加工工艺4.工艺路线盘套类零件的基本工艺路线如图9-15所示。9.4.2盘套类零件的加工工艺5.套类零件加工工艺编制实例(1）零件各主要部分的功用和技术要求1)图9-16轴承套中，

44±0.015mm外圆主要与轴承座内孔相配合，它的尺寸精度为IT7，表面粗糙度Ra值为1.6μm2)内孔

30H7主要与传动轴相配合，它的尺寸精度为IT7，表面粗糙度Ra值为1.6μm；两端端面的表面粗糙度Ra值为1.6μm；3)外圆

44±0.015mm对

30H7孔的同轴度公差为0.02mm，可保证轴承在传动中的平稳性；轴承套的左端面还规定了对

30H7孔轴线的垂直度公差为0.02mm。4)工件材料选用HT200，批量生产。9.4.2盘套类零件的加工工艺（2）工艺分析（3）轴承套加工工艺过程工序号工序名称工

序

内

容装夹定位1备料棒料，按4件合一加工下料

2钻中心孔①车一端面，钻中心孔②车另一端面，钻中心孔自定心卡盘3粗车车

60×12.5，车

44外圆至

45，车退刀槽3×2.5，取总长50.5，车分割槽

29×3，两端面倒角1.5×45º。4件同时加工，尺寸均相等一夹一顶4钻孔钻

30H7孔至

29三爪夹

30mm外圆5车、铰①车端面，取总长50至尺寸②镗

30H7内孔至

③铰

30H7孔至尺寸④孔两端倒角开缝套夹

45外圆6精车车

44外圆至尺寸以

30H7孔装心轴7检检验

9.4.3支架箱体类零件的加工工艺1