《机械制造技术》课件1第4章

第4章各种表面的加工方法4.1外圆表面加工4.2孔加工4.3平面加工4.4螺纹加工4.5齿轮加工

4.1外圆表面加工

4.1.1车外圆

车外圆是目前生产中外圆加工的一种主要方法。与其它加工方法相比，车削是去除金属最经济、最有效的加工方法。

车外圆是在各种车床上进行的，由于采用车刀来加工，因此受刀具硬度的限制，只适于中等以下硬度材料的加工。车削工艺范围很广，广泛应用于粗加工和半精加工，有时也可用于精加工。从加工表面的类型看，不仅可以加工外圆，还可以加工内圆（孔）、内外圆锥面、内外螺纹、内外环槽以及成形表面等。

车削时工件的安装方法有卡盘安装、顶尖安装和车床夹具安装。当工件长径比较大时，为了提高工件的刚度，还需使用中心架或跟刀架。

由于车削时一般都采用单刀切削，故提高生产率是车削加工中存在的主要问题，特别是在粗加工中。为了提高车削生产率，生产中出现了许多有别于普通车削加工的方法，下面分别做以简要介绍。

1.高速车削

提高切削速度是提高车削生产率的有效途径之一，而限制切削速度提高的主要因素是刀具的耐用度。新型刀具材料的出现，使切削速度得以大大的提高，目前硬质合金车刀的切削速度已由原来的25～55m/min提高到100～300m/min，从而提高了车削的生产率。

2.强力车削

强力车削是利用硬质合金车刀，采用加大进给量的办法进行加工的一种高效率加工方法。其特点是在车刀刀尖处磨出一平行于工件轴线、长度为1.5f的修光刃，这样就可以将进给量提高几倍乃至十几倍，从而大大提高车削的生产率。

由于强力车削时切削力很大，因此只适用于粗加工刚度较好的轴类零件，而不适用于车削细长轴和阶梯轴。

3.多刀车削

多刀车削也是提高车削生产率的有效方法之一。采用多刀车削，可以同时加工工件的不同表面，减少了刀架的加工行程长度。

多刀车削可在多刀车床上进行，也可以在普通车床上安上后刀架进行加工。

多刀车削适用于加工各种阶梯轴。但同时工作的刀具数并非越多越好，因为同时工作的刀具数增多后，工件的转速则须相应降低，这样会使生产率受到影响。此外，同时工作的刀具数增多后，由工艺系统刚度不足所引起的变形将会增大，使工件的加工精度受到影响。

4.精密车削

一般将能达到IT5~IT6级公差和Ra值为0.04～5μm的车削称为精密车削。它主要用于那些不能采用磨削或研磨加工的零件，如有色金属零件的车削。另外，对某些在设计性能要求上不允许采用磨削、研磨或抛光等来达到最后要求表面的零件，也必须采用精密车削。

精密车削又称金刚车，这是因为加工使用的刀具是用金刚石制造的。金刚石具有很高的硬度与耐磨性，但成本很高，因此目前生产中大多采用细颗粒的硬质合金来替代。

精密车削需在精密车床上进行。这是因为精密车削对所用机床的制造精度要求很高，如主轴应有很高的回转精度（其径向跳动小于1μm，端面跳动小于0.5μm）；机床进给系统应有微进给装置，工作时应平稳无爬行；机床应具有良好的动态特性，并有完善的消振与隔振措施。4.1.2磨外圆

磨削是外圆加工中又一种常用的加工方法,主要用于淬火后的外圆表面加工，或高精度外圆表面的加工。

磨外圆是以砂轮作为切削工具，在各种外圆磨床上进行加工。由于砂轮是由无数磨粒粘结而成的，故砂轮的磨削过程与金属刀具的切削过程有很大的差别。

1.磨削过程的特点

(1)由于砂轮是由硬度很高的磨粒进行切削，并且砂轮具有“自锐”特性，即磨钝后的磨粒在磨削力的作用下会自动脱落，不断有新的磨粒参加切削，因而磨削可以加工很硬的工件。

(2)磨外圆的磨削速度很高，一般在35m/s左右，高速磨削时可达60～120m/s，比一般切削时的速度高出10～40倍,因此会在极短的时间内产生大量的磨削热，使磨削区的瞬间温度达到400～1000℃，有时甚至高达金属熔化的温度,加之冷却液的急冷作用，所以工件表面易烧伤和产生裂纹。

(3)由于砂轮的磨粒往往是以很大的负前角（-60°～-15°）工作的，因此磨削过程中的径向切削力很大，比切向切削力要大1.5～3倍，所以加工时要注意提高工艺系统的刚度。

(4)由于磨粒能切除极薄极细的切屑，加之磨削过程又有一定的挤光和刮削作用，因此对误差的修整能力很强，加工后的精度可达IT6～IT7，表面粗糙度值可达0.2～0.8μm。

2.磨削方法

磨外圆根据使用的磨削工具不同，分为轮磨和砂带磨两种。

1)轮磨

根据磨削时工件定位方式的不同，轮磨又可分为中心轮磨和无心轮磨两类。

(1)中心轮磨。中心轮磨即普通的外圆磨削，工件由中心孔定位，在外圆磨床或万能磨床上加工。中心轮磨按进给方式的不同可分为纵磨法、横磨法、综合磨法和深磨法，见图4－1。图4－1外圆磨削方法

(a)纵磨法；(b)横磨法；(c)综合磨法；(d)深磨法纵磨法适用于磨削长度与直径之比较大的工件。由于砂轮两端面边角承受的切削力大，磨耗也大，故工作效率低。但砂轮中间部分起摩擦作用，可获得较高的加工精度和较小的表面粗糙度。

横磨法又称切入磨法。磨削时没有纵向进给运动，砂轮只以慢速作连续的横向进给运动，因此砂轮的宽度要求大于工件被磨表面的长度（一般约大5～10mm）。该方法的生产率比较高，但横向磨削力较大，磨削温度高，要求工艺系统有足够的刚度，故适于加工短而粗、刚性好的工件，但其加工精度低于纵磨法。综合磨法是横磨法和纵磨法的综合应用。此法兼有横磨法生产率高和纵磨法加工精度高的优点，适合加工刚性较好，且被加工表面较长的外圆表面。

深磨法是按加工余量预先调整好砂轮相对于工件的位置，所用砂轮修整成锥形或阶梯形，在一次纵向行程中完成加工，因而生产率高。该法仅适用于大批大量生产中磨削刚性较好的长轴颈。

(2)无心轮磨。无心轮磨是在无心磨床上进行加工的一种高生产率的精加工方法，它以被磨削的外圆表面本身作为定位基准。

无心轮磨时必须满足下列条件：

①为了使工件自动进给，导轮须倾斜一个λ角度（粗磨时为3°～6°，精磨时为1°～3°）。为此，导轮表面应修整成双曲线回转体形状，以保证切削平稳。

②导轮材料的摩擦因数应大于砂轮材料的摩擦因数，同时支承板的倾斜方向应有助于工件紧贴在导轮上。

③为了保证工件的圆度要求，工件的中心应高出砂轮与导轮的中心连线，高出的数值H与工件直径有关约（1/4～1/3）d工。图4－2贯穿法图4－3切入法

2)砂带磨

砂带磨削见图4－4，它是用环形带状砂布作为切削工具的一种加工方法。砂带由磨料、基底（布或纸）和粘结剂组成。图4－4砂带磨削砂带磨削具有如下特点：

(1）砂带磨削设备简单，加工成本低，是一般砂轮磨削的三分之一。

(2）砂带比较柔软，可用于成形表面加工。

(3）适应范围广，对金属、非金属材料都能切削。

(4）砂带尺寸大，机床功率利用率高，故适于进行大面积的高效加工。

(5）砂带磨削的散热条件好，不易烧伤工件表面。

(6）由于砂带与工件是弹性接触，且砂带不能进行修整，故加工精度略低于砂轮磨削精度。

(7）砂带的寿命短（国外为2～4h，我国为20～40min），消耗一般比砂轮大。

3.高效率、高质量的磨削加工

1)高速磨削

高速磨削是磨削加工的一项新工艺，也是磨削技术发展的主要方向之一。它是指砂轮线速度高于50m/s的磨削（普通磨削常在35m/s以下）。高速磨削必须具备以下条件：

(1）需采用高速磨削砂轮，即作用在砂轮上的离心力与砂轮速度的平方成正比。

(2）砂轮电动机的功率要加大，应比普通磨床增加40%～100%以上。

(3）砂轮主轴轴承的间隙要适当增大，一般热态间隙应在0.03mm左右。

(4）要采取严密的安全防护措施。

(5）改善冷却液的输送方式，确保冷却液能注入磨削区。

(6）需注意机床的防振。高速磨削的特点如下：

(1）砂轮速度提高以后，单位时间内通过磨削区的磨粒数目便相应增多，从而提高了生产率。

(2）磨削速度的提高，使每颗磨粒的磨削厚度变薄，磨粒在工件表面上留下的切痕深度减小，从而降低了表面粗糙度值。

(3）砂轮速度提高之后，每颗磨粒的磨削厚度减小，导致每颗磨粒所承受的切削负荷也相应减小，因此磨粒的切削能力保持较久，从而提高了砂轮的耐用度。

2)强力磨削

强力磨削是继高速磨削之后发展起来的又一种高效磨削方法。由于加工时磨削深度大（2～30mm），而工件的进给速度很小（5～300mm/min），因此也称做缓进磨削或蠕动磨削。

强力磨削可以直接从毛坯或实体材料上磨出被加工表面，特别适于加工各种型面和沟槽。目前，它已作为加工韧性材料（如镍基合金）和淬硬材料的一种有效方法，生产中常用于代替车削和铣削，而效率要比车、铣高的多。

3)超精磨削和镜面磨削

生产中一般将表面粗糙度值Ra为0.08～0.16μm的磨削称为精密磨削，将表面粗糙度值Ra为0.02～0.04μm的磨削称为超精磨削，而将表面粗糙度值Ra小于等于0.01μm的磨削称为镜面磨削。

超精磨削和镜面磨削能获得很小表面粗糙度值的原因，是由于砂轮经过精细的修整后，磨粒形成了许多微刃，并且这些微刃处于等高位置。在磨削过程中，这些微刃同时进行切削，从工件表面上切下微细的切屑，形成光滑的表面。随着磨削过程的进行，微刃逐渐转变成半钝化状态，半钝化的微刃可对工件表面产生摩擦抛光作用，使被加工表面获得更小的表面粗糙度值。为了实现超精磨削和镜面磨削，必须保证以下要求：

(1）机床精度要高，刚性要好。其砂轮主轴的回转精度应高于0.001mm；工作台低速时的平稳性要求在10mm/min时无爬行现象；横向进给机构的灵敏度和重复精度要高，误差小于0.002mm；砂轮主轴轴承间隙应在0.01～0.015mm之内。

(2）选用60＃～80＃粗粒度氧化铝陶瓷砂轮，并经精细修整，保证和实现微刃切削。也可选用磨粒极细（W10～W20）的树脂或橡胶结合剂加石墨填料的砂轮。

(3）砂轮线速度一般选用12～20m/s；超精磨削时工件线速度选用10～15m/min，镜面磨削时应在10m/min以下；工作台进给速度选用20～100mm/min；横向进给量应控制在0.0025㎜；最后的光磨次数应为20～30次。

(4）超精磨削和镜面磨削的加工余量很小（0.01～0.015mm），故加工前的表面不允许有缺陷。

(5）砂轮和冷却润滑液应始终保持清洁，以免划伤工件表面。4.1.3外圆的光整加工

1.研磨

研磨是生产中常用的一种光整加工方法。加工时使用研磨工具和研磨剂，从工件表面上研去一层极薄的金属。研磨不仅可以用于加工外圆，也可以用于加工内孔、平面和螺纹等。

1)研磨原理

研磨使用的研具一般采用比工件材料软的材料（如铸铁、铜、巴氏合金及硬木等）制成。研磨前，在研具与工件之间加入研磨剂。研磨时，部分磨粒悬浮在工件与研具表面之间，部分磨粒嵌入研具表面，利用工件与研具表面之间的工作压力和相对运动，使磨粒切掉一层很薄的金属。研磨过程中，除了磨料的机械切削作用外，还有物理作用与化学作用。其物理作用是磨粒与工件接触处，局部压强很大，因而产生挤压作用形成平滑的表面。研磨剂中的油酸或硬脂酸被吸附在工件表面上时会产生化学作用，使工件表面被腐蚀氧化，且极易被磨料除去，从而加速了研磨过程的进行。

2)研磨方法

目前生产中采用的研磨方法可分为手工研磨和机械研磨两种。

(1）手工研磨。手工研磨外圆时，先将工件装在车床主轴上并作低速旋转运动，研具（见图4－5）套在工件上，研具内径比工件直径大0.02～0.04mm，研具长度取被研表面长度的25%～50%，适当拧紧螺钉，使研具工作表面与工件表面均匀接触，然后用手推动研具作往复运动。图4－5研具(a)粗研；(b)精研

(2）机械研磨。机械研磨是在研磨机上进行的。如图4－6所示，工件2放在用铸铁做的上、下研磨盘1和4之间，为了防止工件挤到一起，用隔板3将工件隔开。下研磨盘与机床是刚性连接，上研磨盘则是浮动连接，并可以上下调节，以保证研磨盘与各个工件的良好接触和获得所要求的研磨压力。加工时，上、下研磨盘可作同向或反向旋转，也可一个研磨盘固定不动，另一个研磨盘旋转。图4－6机械研磨当研磨盘旋转时，隔板则由偏心轴带动旋转，由于工件放置在隔板的倾斜沟槽内，因此不仅能使工件获得绕自身轴线的滚动速度，还会产生工件与研磨盘之间的滑动速度。该滑动速度是研磨的主要加工速度。

机械研磨适用于成批加工尺寸较小的圆柱形或球形工件，如活塞销、滚珠等。

3)研磨的工艺特点

(1）表面质量较好。由于研磨是在低速、低压条件下进行的，故研磨过程中的塑性变形小，切削热量小，工件表面的变形层薄。此外，研具与工件表面的相对运动很复杂，细微切痕纵横交错，能均匀地切除工件表面的凸峰。

(2）表面尺寸与形状精度高。研磨的加工余量很小（为0.01～0.02mm），其研磨过程又是磨料的机械切削作用和研磨剂的化学作用的综合结果，所以研磨对尺寸和形状误差的修整能力较强，尺寸精度可达IT5，形状精度可提高一级，但不能提高表面相互位置精度。

(3）研磨所使用的设备和工具都很简单，并且精度要求也不高。

(4）手工研磨的劳动强度大，生产率低。

(5）工艺范围广。研磨不受工件材料的限制，既可以加工金属材料，也可以加工非金属材料。

2.超精加工

1)超精加工的原理

超精加工(如图4－7所示)是用细粒度油石对工件表面施加很小的压力（5～30N/cm2），并作短促的往复摆动（振幅为2～6mm，频率为300～2500次/min）和沿工件轴线作慢速的送进运动，此时工件作低速的旋转运动（10～50m/min），以实现微量磨削的一种加工方法。图4－7超精加工超精加工大致可分为以下四个加工阶段：

(1）强烈切削阶段。开始加工时，由于工件表面粗糙，只有少数凸峰与油石接触，单位面积的压力很大，破坏了油膜，故切削作用强烈。

(2）正常切削阶段。当工件表面的少数凸峰被磨平后，油石与工件表面的接触面积增加，单位面积的压力降低，致使切削作用减弱，进入正常切削阶段。

(3）微弱切削阶段。随着接触面积的逐渐增大，单位面积的压力更小，切削作用微弱，且细小切屑形成的氧化物嵌入油石的空隙中，使油石产生光滑表面，因而具有了摩擦抛光作用。

(4）停止切削阶段。当油石与工件的接触面积增大到单位面积的压力很小时，油石与工件之间就形成了液体摩擦油膜，不再接触，故切削作用停止。

综上所述，超精加工的切削过程与磨削和研磨不同，当工件表面被磨平之后，油石能自动停止切削。

2)超精加工的特点

(1）表面质量好。由于能自动从切削过程过渡到精整抛光过程，因而可以获得光滑的表面（Ra=0.01～0.04μm）。并且由于切削速度低，油石压力小，使得加工时发热少，表面变质层很浅（小于0.025μm），接触面积可达80%，从而提高了工件表面的耐磨性和耐腐蚀性。

(2）生产率高。由于超精加工只能切除工件表面的凸峰，加工余量很小（0.005～0.025mm），一般一个零件几分钟就可以加工完，故比研磨的生产率高。

(3）机床设备简单。超精加工时，由于油石与工件之间没有刚性运动联系，故所用机床简单，而且还可利用一般机床改装。

(4）不能修整工件的误差。由于超精加工属微量切削，修整加工误差的能力很弱，故只能降低表面粗糙度值。而工件的精度要求则应在准备工序中予以保证。

3.抛光

抛光是另一种光整加工方法。其工具为弹性抛光轮。弹性抛光轮常用毛毡、帆布或绒布等制成。此外，还需有抛光膏，抛光膏由磨料和硬脂混合而成。加工时，在高速回转的弹性轮上涂以抛光膏，并使工件与抛光轮接触，利用它们之间的相对速度，使磨粒从工件表面上切去粗糙的凸峰。

1)抛光的特点

(1）可改善表面质量。用抛光加工出的表面粗糙度值Ra可达0.02～1.25μm，精抛后可达镜面，且具有较好的抗磨性及抗蚀性。

(2）可加工任何特型表面。由于抛光轮具有弹性，因此可以抛光任何形状的表面。

(3）不能修正尺寸和形状误差。由于抛光过程不容易保证均匀地从工件表面上切除切屑，加上去除的金属量较小，因此只能减小表面粗糙度和改善表面质量，而不能修正工件的尺寸和形状误差，故常用于表面粗糙度要求小而精度要求不高的工序。

(4）机械抛光的劳动强度大，工作环境差。

2)抛光的应用

抛光主要用于以下几个方面：

(1）消除工件表面的加工痕迹，减小其表面粗糙度值。

(2）得到光亮的表面以提高零件的抗疲劳强度。

(3）电镀前的准备。

（4）工件的修饰加工。

4.滚压加工

滚压加工是一种无切屑加工方法。它利用金属产生的塑性变形来达到改变工件表面性能、形状和尺寸的目的。

1)滚压加工的原理

滚压加工是以硬度很高的滚珠或滚轮为工具，在常温条件下对工件表面施加一定的压力，使工件表面金属产生塑性变形。塑性变形的结果，不但压平了表面的粗糙度，而且使表层金属结构和性能也发生变化，晶粒变细，并沿变形最大的方向延伸，有时呈纤维状，且在表层留下有利的残余压应力。所以经过滚压的表面，不仅粗糙度值减小，并可达到一定的尺寸精度，同时表层的强度极限和屈服点的提高使零件的抗疲劳强度、耐磨性和耐蚀性都得到显著的改善。图4－8所示为滚压加工的示意图。图4－8滚压加工

(a)滚轮滚压；(b)滚珠滚压

2)滚压加工的特点

(1）表面粗糙度值小。滚压加工不产生切屑，也不会划伤已加工表面，故很容易获得光洁的表面，其粗糙度值Ra

可达0.02～0.32μm。

(2）可提高表面的显微硬度和抗疲劳强度。滚压加工不仅没有破坏表层的金属纤维，反而使表层金属得到强化。同时，滚压能消除零件表面的划伤等缺陷，减弱微观裂纹对零件的疲劳破坏。而且由于冷塑性变形的结果，使表层形成残余压应力，从而提高了零件的抗疲劳强度。

(3）可提高零件的耐磨性和配合的稳定性。滚压加工后，由于表面显微硬度的提高和粗糙度值的减小，使得有效配合面积增大，故零件的耐磨性和配合的稳定性得到提高。

(4）劳动强度小，加工效率高。滚压加工的设备和工具简单，加之操作工人的劳动强度比研磨和抛光小的多，所以深受工人欢迎。

(5）滚压加工的精度（形状和位置精度）主要取决于加工前的精度。

(6）因滚压加工属变形加工，故只适用于塑性材料，并且要求材料组织均匀。由于滚压加工时的变形力较大，故应注意工件的刚度。

综上所述，滚压加工与切削加工相比有许多优点，因此生产中常常取代部分切削加工。4.1.4外圆表面加工方案的选择

前面介绍了外圆表面的常用加工方法及特点。在确定某个表面的加工方案时，先根据被加工表面的技术要求（如加工精度、表面粗糙度等），确定其最终的加工方法，然后再根据此加工方法的特点，确定前面准备工序的加工方法，如此类推，最终产生表面的加工方案。由于获得同一精度及表面粗糙度的加工方法有若干种，实际选择时，还应结合零件的结构、形状、尺寸大小、材料和热处理等要求全面考虑。

外圆表面的加工方案见表4－1，供选择外圆表面加工方案时参考。表4－1外圆表面加工方案

4.2孔加工

内孔也是生产中常遇到的加工表面之一。它与外圆表面相比，其表面是由工件材料所包容的，因此孔加工具有以下特点：

(1)所用刀具尺寸受被加工孔尺寸的限制，容易产生弯曲变形和振动。孔径越小，孔越深，上述影响越大。

(2)由于大部分孔加工的刀具都是定尺寸刀具，孔的加工直径尺寸往往直接取决于刀具的尺寸，因此刀具的制造误差和磨损将直接影响孔的加工精度。

(3)加工孔时，由于切削是在工件的内部进行的，其加工条件（如排屑和散热条件等）都比外圆加工要差的多，因而加工同样精度和粗糙度要求的孔要比加工外圆困难，且成本也高。

4.2.1钻孔与扩孔

1.钻孔

钻孔是指用钻头在工件实心部位上进行孔加工的一种方法。由于钻孔时切削负荷大，刀具的刚性差，故加工后孔的质量较差，一般精度为IT12，表面粗糙度Ra为20～80μm。对于精度要求不高的孔，钻孔就可以达到要求。若孔的精度要求较高，则常把钻孔作为预加工的方法。

钻孔可在各种钻床、镗床以及车床上进行。由于机床的运动不同，因此钻孔的方式有两种：一种是钻头回转并作送进运动，工件固定不动，如在钻床和镗床上钻孔；另一种是工件回转，而钻头不转只作送进运动，如在车床上钻孔。钻孔最常用的刀具是麻花钻。麻花钻分为直柄和锥柄两种，一般直径不大于ø75mm。

由于钻头长度较长，并且钻芯直径小而刚性差，加上又有横刃的影响，所以钻孔有以下特点：

(1)钻头容易偏斜。由于存在横刃的影响，钻头定心不准。加之钻头的刚性和导向作用又较差，切入时钻头容易引偏和弯曲。所以钻孔前应先加工平面，并用钻头或中心钻先预钻一个凹坑，以便钻头开始工作时找正中心。在条件允许的情况下，也可采用钻模引导钻头，以提高钻头的刚性。

(2)孔径容易扩大。钻孔时，钻头两切削刃上的径向力不等，是引起孔径扩大的主要原因。此外，钻头的径向跳动也会造成孔径扩大，所以要仔细刃磨钻头，使其切削刃对称。

(3)孔面质量较差。钻削的切屑较宽，且在孔内被卷成螺旋状，流出时与孔壁发生摩擦，从而刮伤已加工表面。

(4)轴向力大。这主要是由钻头的横刃引起的。实验表明，钻孔时50%的轴向力和15%的扭矩是由横刃产生的。因此，当钻孔的直径大于ø30mm时，一般分两次进行钻削，由于横刃第二次不参加切削，故可使孔的表面质量和生产率得到提高。

2.扩孔

扩孔是用扩孔钻对已有孔做进一步加工，达到扩大孔径、提高精度和降低表面粗糙度的目的。扩孔的加工精度一般为IT10～IT11，表面粗糙度Ra为20～80μm。扩孔属孔的半精加工方法，常用做铰孔的预加工。扩孔一般用于ø100mm以下孔的加工，孔径超过ø100mm时则很少使用扩孔，而多采用镗孔。扩孔钻的形式随直径不同而不同，ø10～ø32mm的为锥柄扩孔钻，ø25～ø80mm的为套式扩孔钻。与钻孔相比，扩孔具有以下特点：

(1)刚性较好。扩孔钻的容屑槽小，其钻芯相对比较粗，故刀具的刚度比钻头大。

(2)导向性好。扩孔钻的刀齿数多（一般为3～4个刀齿），使刀具周边的棱边数增多，导向作用相对增强。

(3)切削条件好。扩孔钻没有横刃，背吃刀量小（一般为孔径的1/8），切削轻快稳定。

(4)加工精度较高。扩孔不但能在一定程度上修正钻孔后的圆度误差，也可以修正孔中心线的歪斜。图4－9锪钻(a)锪沉孔平面；(b)锪角度；(c)锪凸台面图4－10复合刀具4.2.2铰孔

铰孔是在孔半精加工（扩孔或半精镗孔）的基础之上，对其进行精加工的一种常用方法。它主要用于加工中小尺寸的孔。铰孔的加工精度一般为IT7～IT9，最高可达IT6,表面粗糙度Ra可达0.16～0.32μm。

铰孔的方式分为机铰和手铰两种。在机床上进行的铰削称为机铰，用手工进行的铰削称为手铰。

铰孔使用的刀具称为铰刀。根据铰孔方式的不同，铰刀可分为机用铰刀和手用铰刀。机用铰刀分为带柄和套式两种。直径ø1～ø20mm为直柄，直径ø10～ø32mm为锥柄，直径ø25～ø80mm为套式。手用铰刀分为整体和可调两种。

机铰时，为了防止孔径扩大或产生形状误差，铰刀与机床主轴常采用浮动连接，此时铰刀处于浮动状态，由原孔导向进行加工。铰孔的工艺特点：

(1)铰孔的加工质量主要取决于铰刀的制造精度和安装方式，同时还与加工余量、切削用量和切削液的选择有关。一般情况下，手铰的加工质量高于机铰。

(2)铰刀为定直径刀具，故对孔的尺寸和形状精度容易保证，对于小孔和细长孔更是如此。由于铰削余量小（为0.2～0.4mm），且与机床主轴采用浮动连接，故不能纠正孔的位置误差。孔的位置精度则需由其准备工序来保证。

(3)受刀具直径的限制，一种直径的铰刀只能加工一种直径的孔,故铰孔的直径一般小于ø80mm，常用在ø40mm以下孔的精加工中。

(4)铰削可分为粗铰和精铰，故生产率较高。

(5)铰削受铰刀材料和结构的限制，生产中主要用以加工未经淬火的圆柱和圆锥形孔。4.2.3镗孔

镗孔是在车床、镗床、铣床以及数控机床上，用镗刀对已有孔做进一步加工的方法。

1.镗孔的工艺特点

(1)镗孔的应用范围很广,既可以作为粗加工和半精加工方法，也可以作为精加工方法。镗孔可达的精度范围较广，一般粗镗的加工精度为IT12～IT13，表面粗糙度Ra为6.3～12.5μm；半精镗的加工精度为IT9～IT10，表面粗糙度Ra为3.2～6.3μm；精镗的加工精度为IT7～IT8，表面粗糙度Ra为0.8～1.6μm。

(2)镗孔不受刀具尺寸的限制，可以加工各种零件上不同尺寸和精度的孔。如短孔、盲孔、阶梯孔和有色金属孔等，特别对于大直径的孔和非标准尺寸的孔，镗孔几乎是唯一的加工方法。

(3)镗孔的生产率较低。由于镗杆和镗刀受孔径尺寸的限制，一般刚性较差，易弯曲和振动，加上镗刀是单刃，故加工时需多次走刀。另外，其加工尺寸要依靠调整刀具来保证，且调整刀具所需的时间较多，因此生产率较低，多用于单件、小批生产。

(4)镗孔可以保证孔轴线的位置精度，即可修正加工前所形成的孔轴线的歪斜和偏移。

2.镗孔方式

镗孔可在不同的机床上进行，按镗孔时的工作运动，有三种不同的加工方式。

(1)工件回转，刀具作进给运动（见图4－11(a)）。在各种车床上加工回转体零件都属于这种加工方式。这种加工方式的特点是加工后孔的轴线和工件的回转轴线一致，孔轴线的直线度好，且与端面垂直。孔的圆度主要取决于车床主轴的回转精度。孔的纵向几何形状误差主要取决于刀具的进给方向。图4－11镗孔方式

(2)工件固定不动，刀具回转并作进给运动（见图4－11(b)）。这种方式是在镗床上进行的。工件安装在镗床工作台上固定不动，镗刀由镗床主轴带动旋转并作纵向进给运动。加工过程中，由于镗杆的悬伸长度是变化的，因此镗杆的刚度也随之发生变化，镗出的孔必然会产生纵向形状误差。所以，这种方式一般只用于加工直径大的短孔。

(3)刀具回转，工件作进给运动（见图4－11(c)）。在镗床上镗孔大多都属于这种加工方式。这种加工方式的特点是镗杆的悬伸长度一定，镗杆的变形对孔的纵向形状误差无影响。实际生产中，为了提高镗杆的刚度，减少其变形，常用导套来加强。当使用导套并两端支承时，镗杆与镗床主轴应采用浮动连接。4.2.4拉孔

1.拉孔的原理

拉孔过程见图4－12，先将拉刀的头部插入工件待加工孔中，并使拉刀支持在滚轮和拉刀的尾部支架上，然后用拉床的夹头将拉刀的头部夹住。开动机床后，机床夹头带动拉刀向左作直线移动，当拉刀从工件的孔中通过后，即可完成孔的加工。由此可知，直线移动为拉削的主运动，径向进给运动是靠拉刀的齿升量来完成的。图4－12拉孔与推孔

(a)拉孔；(b)推孔

2.拉孔的工艺特点

(1)拉孔是拉刀多齿同时工作，可在一次行程中完成表面的粗、精加工，因此生产率高。

(2)拉刀为定尺寸刀具，且有校准齿进行校准和修光，加之拉床采用液压系统，传动平稳，切削速度低（2～8m/min），一般精度可达IT6～IT9，表面粗糙度Ra可达0.16～2.5μm，因此加工质量较高。

(3)拉刀结构复杂，制造成本昂贵，且一把拉刀只能加工一种规格尺寸的表面，因此主要用于成批和大量生产。

(4)由于加工时拉刀是以被加工孔自身定位的，因此加工出来的孔不易保证与其它表面之间的相互位置精度。另外，拉孔时是以孔的端面支承，故在预加工时，应在一次安装中把孔和端面同时加工出来。

(5)拉孔不能加工阶梯孔和盲孔，同时要求工件的壁较厚且均匀。4.2.5磨孔

磨孔是孔的精加工方法之一，主要用于淬硬孔和不宜或无法进行镗孔、铰孔与拉孔的高精度孔的加工。磨孔可在内圆磨床、万能磨床、无心内圆磨床和行星磨床上进行。磨孔的加工精度为IT7～IT9，表面粗糙度Ra为0.32～5μm。与磨外圆相比，磨孔的工作条件要差一些，因此应用不如磨外圆普遍。磨孔具有以下特点：

(1)磨削速度低。由于砂轮直径受孔径的限制，因此砂轮的尺寸小，磨削速度很难达到外圆磨削的速度。

(2)生产率较低。因为砂轮直径小，磨损快，且容易堵塞，所以需要经常修整或更换。同时因砂轮轴刚性差，容易产生弯曲变形，需要减小磨削深度，增加光磨行程次数，使得辅助时间增加，导致生产率降低。

(3)加工条件差。磨孔时，砂轮与工件的接触面积大，单位面积压力小，使砂轮的自锐性降低，且发热量大，冷却条件差，故易发生表面烧伤。4.2.6珩孔

1.珩孔的原理

珩孔是在孔的磨削或精镗的加工基础之上，对孔进一步进行加工的一种光整加工方法。加工时，工件安装在专用珩磨机的工作台或夹具中固定不动，珩磨头与珩磨机主轴采用浮动连接，并由主轴带动作回转和往复运动（见图4－13）。珩磨头上带有数个窄长的油石条，油石条能在径向涨缩，对工件孔壁施加一定的压力，当珩磨头运动时，即可实现油石条对孔的低速磨削和摩擦抛光。图4－13珩孔原理

(a)原理图；(b)珩磨头结构

2.珩孔的工艺特点

(1)能获得良好的加工质量。珩孔时，由于油石与孔壁的接触面积大且均匀，参加切削的磨粒很多，因此加在每颗磨粒上的切削力很小（仅为磨削的1/50～1/100）。加上珩孔的切削速度较低（一般在100m/min以下，仅为普通磨削的1/30～1/100），加工过程发热少，表面不易烧伤且变形层极薄。因此，被加工孔可获得很高的尺寸精度（可达IT5～IT6）、形状精度（圆度与圆柱度可达0.003～0.005mm）和表面质量（Ra=0.04～0.63μm）。

(2)不能提高孔的位置精度。由于珩磨头与珩磨机主轴是浮动连接的，因此珩孔不能修正孔的位置误差，孔的位置精度应由珩磨前的预加工保证。

(3)生产率较高。珩孔时的辅助时间少，某些珩磨机可同时珩几个孔，易于实现加工自动化。另外，同时参与切削的磨粒多，能够很快把余量磨去，所以珩孔的生产率较高。

(4)应用范围较广。珩孔可加工铸铁件、淬硬和不淬硬的钢件以及青铜等，但不宜加工韧性的塑性金属。珩孔可加工的孔径范围一般为ø5～ø500mm，尤其适于深孔加工（长径比可达10以上），因此广泛应用在汽缸、油缸以及各种枪炮管的孔加工中。4.2.7孔系加工

1.划线找正试镗法

划线找正试镗法是孔系加工中最简单的方法。加工前，先按零件图要求划出各孔的位置，然后根据划出的线逐一进行找正加工。由于划线找正的误差较大，为了消除划线找正的误差，加工时可采用试镗法（如图4－14所示）。首先按划线先将较小的第一个孔镗到规定尺寸D1，然后根据划的线将机床主轴调整到第二个孔的中心，将第二个孔镗到小于规定的直径尺寸D2′，测量出两孔孔壁的间距L1，则两孔中心距为图4－14试镗法

2.坐标法

坐标法是把被加工孔系间的位置尺寸转换成两个互相垂直的坐标尺寸，然后在机床上利用带有坐标尺寸的测量装置来确定机床主轴与工件之间的相互位置，从而保证孔系的加工精度。

坐标法的加工精度取决于机床测量装置的精度，例如采用精密坐标镗床加工，其孔距精度可达±0.002mm。

3.镗模法

在大批大量生产中，经常采用镗模加工孔系。这种方法不但能保证加工精度，而且还具有很高的生产率。

使用镗模加工孔系，孔系的加工精度主要取决于镗模的制造精度，孔距精度一般可达±0.025～±0.05mm。4.2.8孔加工方案的选择

前面介绍了孔加工的常用加工方法、原理以及可达到的精度和表面粗糙度。但要达到孔的设计要求，只用一种加工方法往往是达不到的，而是要用几种加工方法顺序组合而成，即选择加工方案。表4－2为各种孔的加工方案，实际选择时应结合孔的结构特点、精度要求、尺寸大小、材料、热处理以及生产条件等因素进行。表4－2孔加工方案表4－2孔加工方案表4－2孔加工方案 4.3平面加工

4.3.1刨平面

1.刨削的工艺特点

(1)机动灵活，通用性好。刨削所需的机床和刀具结构简单，制造安装方便，调整容易，可在一次安装条件下同时加工处于不同位置上的平面，并且粗、精加工有时可在同一工序中完成，因此刨削具有通用性强的优点。

(2)生产率低。刨削的主运动是变速往复直线运动，往复运动时惯性大，因此限制了切削速度的提高。一般刨削速度都小于60m/min，且刀具在回程时不切削，存在空程损失，故刨削只适用于单件小批生产。

2.宽刃精刨

当前生产中普遍采用宽刃精刨替代刮研，并取得了良好的效果。宽刃精刨具有以下工艺特点：

(1)切削速度很低（2～5m/min），因此切削过程发热量小。

(2)宽刃精刨的加工余量很小。一般预刨的加工余量为0.08～0.12mm，终刨的加工余量为0.03～0.05mm，有时还要分成多次走刀。

(3)加工精度较高，表面粗糙度值小。正常工作条件下，宽刃精刨后的表面粗糙度值Ra可达0.25～0.8μm，直线度为0.02/1000。

(4)生产率较高。由于使用的刨刀宽度为10～60mm，因此生产率比刮研高20～40倍。4.3.2铣平面

铣削是平面加工中应用最普遍的一种方法。铣削可分为粗铣、精铣和高速精铣。粗铣的表面粗糙度值Ra大于等于12.5μm，精铣的Ra为1.6～6.3μm，高速精铣的Ra为0.4～0.8μm。

1.铣削方式

铣削方式是指铣削时铣刀相对于工件的运动关系。它一般分为周铣、端铣和周铣与端铣兼用的混合铣，如图4－15所示。周铣根据铣削时切削速度的方向和工件的进给方向，有顺铣和逆铣两种方式。端铣有对称端铣、不对称逆铣和不对称顺铣三种方式。图4－15铣平面的方式

(a)周铣；(b)端铣；(c)混合铣

2.铣削的工艺特点

(1)生产率高。由于铣刀上有较多的刀齿参加切削，而且各刀齿是连续地依次进行切削，没有空程损失，加之铣削的主运动系回转运动，铣刀可作高速圆周运动，切削速度高达200～400m/min，另外，有时可用几把铣刀同时加工各有关平面，因此铣平面的生产率一般比刨平面高，目前铣平面已在生产中逐渐替代了刨平面。

(2)切削过程不稳定。由于铣削属断续切削，刀齿负荷不均匀，刀齿切入或切出时会产生冲击，从而引起机床振动，造成切削过程不稳定。

(3)工艺范围较广。铣削不仅可以加工平面，还可以铣槽、铣螺纹、铣齿轮、铣成形表面以及切断等。4.3.3磨平面

1.圆周磨

如图4－16(a)、(b)所示，圆周磨是利用砂轮的圆周表面进行磨削，其特点是磨削时砂轮与工件接触面积小，发热小，散热快，排屑与冷却条件好，因此可获得较高的加工精度和表面质量。但由于砂轮主轴容易产生弯曲变形，再加上采用间断的横向进给，因而生产率较低。图4－16平面磨削方式2.端面磨

如图4－16(c)、(d)所示，端面磨是利用砂轮的端面进行磨削，其特点是磨削时砂轮主轴伸出长度短，刚性好，并且砂轮主要承受轴向力，砂轮轴的弯曲变形小，因此可采用较大的磨削用量。同时砂轮与工件的接触面积大，参加磨削的磨粒多，故生产率高。但散热和冷却条件差，且砂轮端面沿径向各点的磨削速度不同，导致砂轮磨损不均匀，故加工精度低。4.3.4平面加工方案的选择

表4－3平面加工方案 4.4螺纹加工

4.4.1概述

螺纹是机械零件中常见的一种表面，根据其用途可分为紧固螺纹和传动螺纹等；按螺纹分布可分为内螺纹和外螺纹；按螺纹截面形状可分为三角螺纹、锥形螺纹、梯形螺纹和矩形螺纹等；按螺纹的牙形角可分为公制螺纹和英制螺纹；按螺距不同可分为粗牙螺纹和细牙螺纹。生产中常见的主要是公制三角螺纹和锥形管螺纹。螺纹的技术要求主要包括牙形精度、螺距精度、中径精度、表面粗糙度和硬度。4.4.2车螺纹

车螺纹是在普通车床上用成形螺纹车刀或螺纹梳刀来进行螺纹加工的一种方法。它是螺纹加工中最简单的方法之一，其具有以下特点：

(1)适应性广，通用性好。各种形状、各种尺寸的内、外螺纹，均可采用车削加工。

(2)可获得较高的加工精度。一般加工外螺纹可达4h～6h，内螺纹可达5H～7H。

(3)刀具简单，生产准备工作量小，费用低。

(4)对工人的技术水平要求较高。

(5)生产率较低。由以上特点不难看出，车螺纹适用于螺纹精度要求较高、尺寸较大，且产量不大的生产条件。特别是一些非标准的螺纹、多头螺纹等，车削往往是唯一的加工方法。

车螺纹时应注意以下几个问题：

(1)螺纹刀具的刃磨要正确，刃磨时要用样板来检查。

(2)螺纹刀具安装时刀尖应对准工件中心，其对称平面应与工件轴线相垂直。

(3)粗、精螺纹车刀要分开，并采用正确的进刀方法。

(4)正确使用冷却液，以保证螺纹表面粗糙度和刀具耐用度。4.4.3攻丝与套扣

攻丝是用丝锥作为切削工具，在已有孔中加工内螺纹的一种方法。而套扣则是用板牙作为切削工具，在外圆上加工外螺纹的一种方法。它们都是螺纹加工中最简单的方法之一。攻丝与套扣都可以在钻床、普通车床和自动机床上进行，也可以用手工方法进行。其加工精度一般攻丝可达5H～7H，套扣可达6h～8h。

攻丝与套扣加工条件简单，适用于各种生产条件,但受切削工具的限制，不宜加工大直径的螺纹。同时由于加工时的切削速度较低，故生产率不高。4.4.4磨螺纹

磨螺纹是在专用螺纹磨床上用成形砂轮对精密螺纹进行加工的一种方法。特别是在零件经淬火后硬度较高的情况下，由于一般很难用刀具进行切削，为了减小螺纹在热处理中所产生的变形，通常在工件热处理后要进行螺纹的磨削。磨螺纹的加工精度可达4h或更高，表面粗糙度值Ra为0.16～0.63μm。螺纹的磨削方法有以下几种：

(1)用单线砂轮磨螺纹。图4－17所示为单线砂轮磨螺纹的示意图，砂轮为盘状，截面形状与螺纹槽相同，其轴线与工件轴线倾斜一个螺纹升角。加工时，砂轮作高速旋转，工件每旋转一周，则在轴向移动一个螺距。这种方法的特点是，砂轮修整简单，而且没有牙形误差，所以加工精度很高，但生产率低。另外，采用这种方法不仅可以加工外螺纹，也可以加工内螺纹，因此在航空零件生产中得到广泛的应用。图4－17单线砂轮磨螺纹

(2)用多线砂轮磨螺纹。图4－18所示为多线砂轮磨螺纹的示意图，砂轮为圆柱状，相当于许多单线砂轮叠加而成，其截面形状如同梳刀一样。这种方法的特点是，一般不需要进行螺纹的预切，故生产率较高。由于多线砂轮的制造和修整比较困难，其加工精度不如用单线砂轮加工时的高，因此在实际生产中多采用单线砂轮进行螺纹磨削。图4－18多线砂轮磨螺纹4.4.5研螺纹

研螺纹是一种螺纹表面的光整加工方法，主要用在磨削不能满足螺纹的精度和表面粗糙度要求的情况下。研螺纹的加工精度可达4h(4H)，表面粗糙度值Ra可达0.04μm。

图4－19所示为研螺纹的示意图。图4－19研螺纹4.4.6挤压螺纹

挤压螺纹属无切屑加工，是利用工件表面金属的塑性变形、挤压形成螺纹的一种加工方法。这种方法具有以下特点：

(1)生产率高，因此在大批量生产中得到广泛应用。

(2)加工精度稳定，一般可达4h～6h。

(3)加工出的螺纹强度和耐用度高，表面粗糙度值小。

(4)由于加工运动简单，故设备结构简单。

(5)受工件材料硬度、强度和结构的限制，只适用于塑性材料工件外螺纹的加工。

1.搓丝

图4－20所示为搓丝的示意图。加工时，两搓丝板作相对平行运动，工件在搓丝板之间作自由滚动，利用搓丝板上的齿，在工件外圆上直接搓出螺纹。由于搓丝板的安装不易精确，因此搓丝的加工精度较低，一般只能达到6h。另外，由于搓丝板的压入深度一开始就等于被加工螺纹的深度，挤压力很大，因而不能加工空心零件。但搓丝板每运动一次，就可搓制出一个工件，故生产率高，成本低。搓丝加工的最大螺纹一般不超过M25。图4－20搓丝

2.滚丝

滚丝使用的挤压工具是滚轮，根据滚轮的数目，分为单滚轮、双滚轮和三滚轮等滚压方式，常用的是双滚轮方式。图4－21所示为双滚轮滚丝的加工示意图。加工时两滚轮同向等速旋转，并带动工件旋转，其中一个滚轮固定不动，而另一个滚轮则沿工件径向作进给运动。

由于滚轮的制造和安装精度都比搓丝板高，因此滚丝的加工精度比搓丝高，可达4h。在滚压过程中，滚轮的工作深度是逐渐地增加的，因此挤压力比搓丝小。滚丝的生产率没有搓丝高，但工艺应用范围较广，不仅可以加工空心零件和锥形螺纹，还可以用于刀、量具的制造。加工的螺纹直径范围一般为M0.3～M120。图4－21滚丝 4.5齿轮加工

4.5.1概述

1.齿轮的功用和结构特点

齿轮是机械零件中常见的一种专用零件，其功用是按照规定的速比传递运动和动力。齿轮的种类很多，其结构、形状和尺寸，按使用要求的不同而各不相同，但从工艺角度可将其看成是由齿圈和轮体两个部分所组成。按照齿圈上轮齿的分布形式，齿轮可分为直齿轮、斜齿轮、人字齿轮、弧齿轮、外齿轮、内齿轮等。按照轮体的结构形状特点，齿轮大致可分为轴齿轮、盘齿轮、套筒齿轮、锥齿轮、扇齿轮、齿条等。按照齿的形状，齿轮可分为渐开线齿轮、摆线齿轮和鼓形齿轮等。其中以圆柱、盘形和锥形渐开线直、斜齿轮应用较多。

2.圆柱齿轮的精度要求

对齿轮传动的使用要求主要是：运动传递准确；传动工作平稳，噪音小；载荷分布均匀和齿侧间隙适当等。而影响齿轮这些要求的是齿轮几何偏心、运动偏心、齿形误差和齿向误差等。为此，在国家标准GB10095—88《渐开线圆柱齿轮精度》中对齿轮及齿轮副规定了12个精度等级，并按齿轮各项误差对传动性能的主要影响，将齿轮每级精度的各项公差分为三个公差组，见表4－4。表4－4齿轮的公差组

第Ⅰ公差组主要控制齿轮一转内的转角误差，它影响齿轮传递运动的准确性。第Ⅱ公差组主要控制齿轮在一个齿距角范围内的转角误差，它影响齿轮传动的平稳性。第Ⅲ公差组主要控制齿轮齿面的接触状况，它影响齿轮载荷分布的均匀性。

此外，为了补偿齿轮啮合时产生的热变形和弹性变形，保证齿侧间隙的大小，国家标准中还规定了14种齿厚极限偏差，分别用字母C、D、E、F、G、H、J、K、L、M、N、P、R、S表示，齿厚的上、下偏差则由上述两个字母组成，其具体数值可查阅有关标准。

3.齿轮的材料、热处理和毛坯

1)齿轮材料与热处理

齿轮材料与热处理的选用会直接影响齿轮的工作性能、加工性能和使用寿命，因此应根据齿轮的工作条件和失效形式来选择。对钢质齿轮来说，一般应选用中碳钢或中碳合金钢,因为中碳钢的综合机械性能比较好，如45钢、40Cr、38CrMnAlA等，并进行调质、表面淬火或渗氮处理。因为低碳钢的韧性较高，如20钢、20Cr、20CrMoTi等，所以也可以选用低碳钢或低碳合金钢，并进行渗碳淬火或碳氮共渗处理。

2)齿轮毛坯

齿轮毛坯的种类主要有棒料、锻件和铸件。棒料的成本低，但力学性能不高，故常用于尺寸较小、结构简单且对强度要求不高的齿轮。锻件的力学性能好，但成本相对较高，它是目前齿轮毛坯的主要制造方法。对于尺寸较大、结构形状复杂、工作条件差的齿轮，常采用铸造的方法制造毛坯。为了提高劳动生产率、节约原材料，随着新工艺、新技术的不断出现，也可采用精密锻造、精密铸造、粉末冶金、热轧和冷挤等方法来制造齿轮毛坯。

4.齿坯加工简述

齿形加工外的齿轮加工统称为齿坯加工，它在整个齿轮加工中占有很重要的地位。因为齿坯加工不仅在齿轮加工总工作量中所占的比例大，而且齿坯加工后的内孔、轴颈、端面等常常又是齿形加工、齿轮安装与检验的基准，因此齿坯加工对保证齿轮质量和提高生产率来说都显得十分重要。

齿坯公差主要包括基准孔或轴的直径公差、基准端面的跳动量等。在GB10095—88中，对各级精度齿轮的齿坯公差都作了相应的具体规定，使用时可查阅有关标准。

齿坯加工方案主要取决于齿轮的轮体结构、技术要求和生产类型。

5.齿形加工简述

齿形加工是齿轮工艺过程的重要组成工序，也是获得符合要求齿轮的关键工序。齿形的加工方法很多，按照加工中有无切屑可分为切削加工和无切屑加工两大类。虽然无切屑加工具有生产率高、材料消耗少和成本低等优点，但因其工艺不稳定、加工精度不高和受工件材料特性的限制，目前还未被广泛应用。而切削加工由于加工精度高、使用灵活等优点，目前仍是齿形加工的主要方法。切削加工按照齿形加工原理可分为仿形加工和展成加工两种。仿形加工是采用与被切齿轮齿槽形状相符合的成形刀具来进行加工。而展成加工则是利用齿轮的啮合原理来进行加工。表4－5常见的齿形加工方法4.5.2滚齿

1.滚齿原理及运动

滚齿是用滚刀作为切削工具，在滚齿机上进行齿形加工的一种常用方法。其加工原理如图4－22所示，滚刀刀齿的法向截面相当于假想齿条，滚刀与被切齿轮之间的展成运动如同是齿条和齿轮的啮合运动。因此，滚齿加工必须具有以下三个运动：

(1)滚刀的旋转运动（n刀）；

(2)滚刀与工件的展成运动，即图4－22滚齿原理

(1)滚刀的旋转运动（n刀）；

(2)滚刀与工件的展成运动，即

(3)滚刀沿工件轴向的进给运动（f轴）。

当滚斜齿轮时，除上述三个运动外，齿坯还需附加一个转动，以便形成沿齿宽方向的螺旋线形状。附加转动可按斜齿轮螺旋角与导程的关系算出，然后由滚齿机的差动机构合成进行滚切。

由滚齿原理可知，由于滚刀相当于一个螺旋角很大的螺旋齿轮，因此要求滚刀的法向模数和法向齿形角必须与被切齿轮的法向模数和法向齿形角相等。

2.滚齿工艺

1)滚刀的安装

为了使滚刀的旋转方向与被切齿轮切于同一假想齿条，滚刀轴线应与被切齿轮端面倾斜一个安装角γ安，如图4－23所示。在滚切直齿轮时γ安=λ刀在滚切斜齿轮时γ安=β工±λ刀在滚切斜齿轮时γ安=β工±λ刀

即当滚刀与工件的螺旋方向相反时取“+”号，相同时取“-”号。式中：λ刀为滚刀的螺旋升角；β工为工件的螺旋角。图4－23滚刀安装角

(a)滚直齿；(b)、(c)滚斜齿此外，滚刀安装调整时应“对中”，即应使滚刀的一个刀齿或刀槽的对称线通过齿坯的中心，否则会引起被切齿形的不对称，产生加工误差。这一点对于加工模数较大而齿数又较少的齿轮时尤为重要。生产中滚刀“对中”的常用方法有对刀块法、压痕法和试削法。

2)齿坯的安装

齿坯安装时，要求其基准孔或基准轴颈的轴线应与滚齿机工作台的回转中心重合，否则会使加工后的齿轮产生径向和切向误差。实际生产中，齿坯的安装方式有两种：一是内孔定心端面定位，这种方式的特点是，齿坯安装迅速方便，但需要有专用心轴，适用于成批生产；二是外圆定心端面定位，这种方式的特点是，需按齿坯外圆找正，但不需要专用心轴，适用于单件小批生产。

3.滚齿的工艺特点

(1)工艺范围广。滚齿从工艺角度可分为粗滚和精滚，并且它不仅可以作为齿轮齿形的最终加工方法单独使用，也可以作为剃齿或磨齿前的预加工方法使用。它既能完成外齿轮（直、斜齿）的加工，也是目前蜗轮加工的唯一方法。

(2)生产率较高。滚齿时的主运动是连续回转切削，无空程损失，并且可以采用较高的切削速度。目前高速钢滚刀的滚切速度为25～40m/min。实验证明，在滚齿机刚度和抗振性好的前提下，滚切速度也可提高到60～90m/min，甚至更高。若采用多头滚刀，也能显著地提高生产率，但多头滚刀的加工精度较低。

(3)运动精度较高。滚齿时，只有滚刀一圈多的刀齿参加切削，由于其切削刀齿的位置不变，因此周节偏差小，一般齿轮滚切后的精度为7~8级，最高可达6级。

(4)齿面质量较差。齿轮的齿形面是由滚刀的刀齿包络而成的，受滚刀刀齿数的限制（一般z大于等于20），因而加工后的齿面较粗。另外，由于滚刀刀齿各部位的磨损极不均匀，也会影响齿面的质量，因此齿轮加工后的齿面粗糙度Ra一般为1.25～5μm。

(5)所需切入、切出行程较大，应用范围有一定的限制。4.5.3插齿

1.插齿原理及运动

插齿是最常用的齿形加工方法之一。它与滚齿相同，也是利用展成原理来进行加工的。插齿刀和工件相当于一对轴线相互平行的圆柱齿轮相啮合，而插齿刀就像一个磨有前、后角后产生切削刃的齿轮，如图4－24所示。插齿时刀具与齿坯之间的加工运动有以下几种：

(1)切削运动。切削运动即插齿刀沿齿坯轴向的上下往复运动，向下为切削行程，向上为空行程。图4－24插齿原理

(2)分齿运动。根据插齿原理，插齿刀和齿坯之间的旋转运动必须保持一对圆柱齿轮的啮合关系，为此，由插齿机的传动链提供强制性的啮合运动，即要满足

(3)圆周进给运动。插齿刀每一往复行程在分度圆上所转过的弧长，称为圆周进给量，它直接影响插齿刀每切一刀的切削量。因此，插齿的啮合过程也是圆周进给过程。的关系。

(4)径向进给运动。插齿时，为了逐步地切至全齿深，插齿刀必须有径向进给运动。径向进给量是由插齿机的凸轮机构实现的，用插齿刀每次往复行程时的径向移动距离来表示。当切至全齿深时，径向进给运动自动停止，然后在无径向进给下切除整圈轮齿。

(5)让刀运动。为了避免擦伤已加工的齿面和减少插齿刀刀齿的磨损，当插齿刀向上作空行程时，工作台需使工件离开刀具。当插齿刀向下切削时，工作台恢复原位。这种运动称为让刀运动。

2.插齿与滚齿工艺特点的比较

(1)工艺范围广。滚齿和插齿都是齿轮加工中应用最广的齿形加工方法，但受齿轮结构等因素的影响，各自的加工对象有所不同。一般情况下，滚齿所能加工的齿轮（蜗轮除外），插齿都能加工。而一些滚齿无法加工的齿轮，如多联齿轮、内套齿、扇齿轮等，插齿往往是唯一的加工方法。

(2)齿形误差和齿面粗糙度值小。插齿时形成齿形的包络线数量是由圆周进给量的大小决定的，可以进行控制，而滚齿时形成齿形的包络线数量只与滚刀的刀齿数和螺旋线头数有关，不能通过改变加工条件而增减，因此，插齿时的包络线数要比滚齿多得多。另外，插齿刀的制造工艺简单，没有理论齿形误差，再加上插齿刀的安装误差对齿形精度的影响较小，所以插齿加工后的齿形误差和齿面粗糙度值小。

(3)运动精度较低。插齿机的传动链比滚齿机长，因此机床的传动误差大。此外，插齿刀本身的制造和安装误差，以及插齿刀旋转时的转角误差等，都会使被切齿轮的切向误差增大，导致运动精度较低。

(4)齿向误差较大。由于插齿时插齿刀是作频繁的往复运动，主轴与套筒容易磨损，因此齿向误差比滚齿大。

(5)生产率较低。插齿时插齿刀需作直线往复运动，不仅有空程损失，而且受主轴惯性的影响，切削速度的提高受到限制。另外，滚齿时的机动时间与工件的齿数有关，而插齿时的机动时间与工件的直径有关，所以插齿的生产率一般没有滚齿的高。只有在加工小模数、大直径的齿轮时，采用插齿比较适宜。4.5.4剃齿

1.剃齿原理及运动

剃齿是在滚插齿的基础上，用剃齿刀在剃齿机上对齿形进行精加工的方法之一。其加工过程属于一对螺旋齿轮作无侧隙啮合，由剃齿刀带动工件作自由对滚的过程。剃齿刀实质上就是一个高精度的螺旋齿轮，只是为了形成切削刃，在齿面上沿渐开线方向开了许多小槽而已，如图4－25所示。当剃齿刀带动工件旋转时，在啮合点P上，剃齿刀旋转的圆周速度为v刀，而工件绕自己轴线的旋转速度为v工，v刀和v工都可以分解成为齿的法向分量（v刀法和v工法）和切向分量（v刀切和v工切）。由于啮合点的两个法向分量必须相等，即v刀法=v工法，亦即v刀cosβ刀=v工cosβ工。这时两个切向分量就会不相等，从而在齿向产生了相对滑动。由于剃齿刀的齿面上开有许多小槽，这些小槽与齿侧面的交线就是切削刃，因此当齿轮齿面沿它相对滑动时就产生了切削作用，切下微细的切屑。这个相对滑移速度就是剃齿的切削速度。图4－25剃齿原理

(a)剃齿运动；(b)剃齿原理综上分析，普通剃齿时，应具有以下几种运动：

(1)剃齿刀的高速正、反旋转。

(2)工件沿轴向的往复运动。

(3)工件每往复一次后的径向进给运动。

2.剃齿方法

由剃齿原理可知，剃齿刀刀齿与工件轮齿是点接触，为了加工出整个齿面，工件必须作往复运动。根据工作台进给方向的不同，剃齿加工方法可分为以下几种。

1)轴向剃齿法

轴向剃齿法也称为普通剃齿法，如图4－26所示。剃齿时，工作台的往复进给方向与工件的轴

线相平行，使轮齿各个截面都从啮合点P通过，从而使工件全齿宽获得剃削，因此，工作台的最小行程长度应略大于工件的齿宽，即Lmin>B工。图4－26轴向剃齿轴向剃齿法比较简单，是目前生产中最常使用的剃齿方法。但该方法也存在缺点，主要是剃齿刀上进行切削的只是刀齿很窄的一圈，整个刀齿不能得到充分利用，容易造成刀具局部磨损，使刀具的耐用度降低。另外，工作台的往复行程较大，故生产率不高。图4－27对角剃齿

2)对角剃齿法

对角剃齿法如图4－27所示。工作台的往复进给方向与工件的轴线有一夹角γ（一般不超过15°），当剃工件右端面时，啮合点A在剃齿刀的右端面上，此时剃齿刀右端面的刀齿参与切削。随着工作台的移动，当剃工件左端面时，啮合点B在剃齿刀的左端面上，此时剃齿刀左端面的刀齿参与切削。由于剃齿刀与工件的啮合点随工作台的移动而变化，因此，剃齿刀在整个刀齿宽度上的磨损较为均匀，且往复行程可随γ角增大而减小，有利于刀具的耐用度和生产率的提高。对角剃齿法的生产率比普通剃齿法高3至4倍，刀具耐用度可提高一倍，同时由于剃齿行程的减小，使剃齿刀与工件出现干涉的可能性减小，故可剃削两个齿圈相距很近的齿轮。但此法要求剃齿机有较高的刚度、较大的功率和工作台具有可调角度，此外还要求工人具有较高的调整水平。

3)切向剃齿法

当工作台的往复运动方向与工件的轴线夹角γ增大到90°时，对角剃齿就变成了切向剃齿，如图4－28所示。图4－28切向剃齿

3.剃齿的工艺特点

(1)生产率高。剃齿一般只需要2～4min即可加工一个齿轮，与磨齿相比，效率要高出10倍以上，因此广泛应用于成批大量生产。

(2)生产成本低。剃齿所需机床结构简单，加工质量主要用刀具保证，因此操作简单，其加工成本比磨齿平均要低90%。

(3)加工精度较高。剃齿对齿形误差、基节偏差和齿圈径向跳动的修正能力较强，因此其加工精度可达6～7级，表面粗糙度值Ra为0.2~0.8μm。