常用金屬切削加工方法

第六章常用金屬切削加工方法機械零件表面的形成主要由切削運動實現(xiàn)的。不同切削運動的組合形成了不同的切削加工方法,只有了解了各種加工方法的特點及應(yīng)用范圍，才能為某一表面選擇合理的加工方法。常用金屬切削加工方法有車削、鉆削、鏜削、刨削、銑削磨削等。

第一節(jié)車削加工一、工件的安裝車削是加工回轉(zhuǎn)面的主要方法。在各種加工方法中所占的比重最大。1、三爪卡盤安裝特點：三爪聯(lián)動，能夠?qū)崿F(xiàn)自動定心。安裝工件時一般不需要找正。定位精度不高，一般為0.01~0.1mm應(yīng)用:應(yīng)用廣泛，適于安裝短軸及盤套類零件。車床上工件的常用安裝方法有：正爪的外表面、反爪、軟爪裝夾工件。2四爪卡盤安裝特點：四個單動卡爪可分別調(diào)整，不能自動定心，安裝工件時需細致找正；定位精度可達到0.005mm；夾緊力較大。應(yīng)用：適于安裝鑄鍛件毛坯、形狀不規(guī)則工件或較大的工件3雙頂尖安裝特點：工件兩端需鉆出中心孔，中心孔的質(zhì)量直接影響工件的加工精度；多次安裝仍能保證較高的定位精度。應(yīng)用：適于安裝長軸類零件或需多次安裝且有同一基準的工件。特點：安裝及找正費時較多；需配平衡鐵以防止振動應(yīng)用：適于安裝形狀復(fù)雜的工件4花盤安裝心軸安裝適于安裝對同軸度要求較高的盤套類工件利用內(nèi)孔定位；錐度心軸工件能壓緊在心軸上，定位精度較高，但不能承受較大的切削力；圓柱心軸與工件內(nèi)孔常用間隙配合，定位精度較差。1、易于保證加工面間的位置精度。2、切削過程平穩(wěn)3、生產(chǎn)率高4、應(yīng)用范圍廣5、刀具簡單二、車削的工藝特點三、車削的應(yīng)用（1）細長軸的車削

工件長度與直徑之比大于20的軸稱為細長軸。細長軸剛性差，車削過程中易產(chǎn)生彎曲和振動，出現(xiàn)腰鼓狀，嚴重影響加工精度和表面質(zhì)量。為保證加工質(zhì)量，車削時可采取如下措施：(一)車削外圓1）頂尖安裝配合附加支承中心架或跟刀架。1一般外圓面的車削。從提高生產(chǎn)率和保證加工質(zhì)量角度來看，外圓面的車削可分為粗車、細車、精車，相應(yīng)達到的尺寸精度及表面粗糙度分別為IT12~IT10，Ra50~12.5μm；IT9~IT8，Ra6.3~1.6μm；IT6~IT5，Ra0.8~0.2μm。2特殊外圓面的車削2）采用主偏角為90o的偏刀，以減小徑向分力Fy。3）減小切削深度，增加進給次數(shù)，以降低切削力。4）供足切削液，以降低切削溫度，減小熱變形產(chǎn)生的誤差，提高刀具的耐用度。（2）偏心工件的車削（3）曲軸的車削階梯軸及盤套類零件上除了存在外圓面以外，還存在端面及臺階面，也是通過車削來完成的。在車削加工中利用一次安裝可保證零件的端面、臺階面之間的平行度要求以及它們與外圓、內(nèi)孔表面的垂直度要求。車削加工平面主要是指車端面和臺階面。

在車床上可進行鉆孔、擴孔、鉸孔、鏜孔。（二）車端面及臺階（三）孔加工車床鉆孔精度IT12~IT11，Ra25~6.3μm；鉆后擴孔精度IT10~IT9，Ra6.3~3.2μm；鉸孔精度IT8~IT7，Ra1.6~0.8μm四車槽與切斷常用的圓錐面的車削方法有：寬刀法、小刀架轉(zhuǎn)位法、偏移尾座法、靠模法鏜孔是車床上加工孔的基本方法。單件小批生產(chǎn)中，精度等級IT9~IT7，Ra3.2~1.6μm的孔一般用車床鏜出；在成批大量生產(chǎn)中，鏜孔常作為鉸孔、拉孔前的半精加工工序。對大孔來說，鏜孔常常是唯一的加工方法。五圓錐面的車削車削短圓錐面只能加工外圓錐面，可以車較長的錐面車削短圓錐面只能手動進給，適于單件小批生產(chǎn)加工質(zhì)量及生產(chǎn)率高，適合于大批量生產(chǎn)第二節(jié)鉆削和鏜削加工孔是常用到的表面?？椎募庸し椒ㄓ秀@孔、擴孔、鉸孔、鏜孔、磨孔等。這些加工方法可完成孔的不同精度和表面質(zhì)量要求。鉆孔是指在實體材料上加工孔，屬于孔的粗加工。鉆孔可在車床上進行，也可在鉆床上進行。比較這兩種鉆孔方式的工作運動有何不同。鉆孔使用的刀具為麻花鉆。一鉆孔（一）麻花鉆的結(jié)構(gòu)及幾何角度螺旋角β—β越大，切削越容易，但鉆頭強度越低。β=18~30o頂角2φ—2φ越小，主切削刃越長，軸向力小。2φ=118o

前角γo：從外緣到中心，γo逐漸減小，切削條件變差。后角αf：與γo變化相適應(yīng)，從外緣到中心，逐漸增大，以保證切削刃等強度。（二）鉆削過程1鉆削要素（2）進給量f（mm/r）（3）鉆削深度apap=D/2（1）υ（m/s）D---鉆頭直徑（mm）n----鉆頭或工件的轉(zhuǎn)速r/min

Fx=2Fx0+2Fx1+FxψM=2Fz0ρ+Fz1D+Fzψbψ軸向力主要由橫刃產(chǎn)生，扭矩主要由主切削刃上的切削力產(chǎn)生2鉆削力（三）鉆削的工藝特點防止措施1）兩個主切削刃刃磨對稱2）預(yù)鉆一個錐形坑定心3）利用鉆模鉆孔。4）鉆前平端面2鉆削熱不易消散。加劇了鉆頭的磨損。1鉆頭容易引偏3排屑困難，切屑排出時會刮傷已加工表面。主要用于孔的粗加工。加工精度IT10以下，Ra大于12.5μm。如1）螺栓聯(lián)接孔、油孔等精度和表面質(zhì)量要求不高的孔。2）較高精度要求孔的預(yù)加工工序。3）攻螺紋的底孔。擴孔和鉸孔主要用于對中、小孔的半精加工和精加工。（一）擴孔使用的刀具：直徑較大的麻花鉆；擴孔鉆。前者用于單件小批生產(chǎn)中，后者用于精度要求較高或批量較大的生產(chǎn)。（四）鉆削的應(yīng)用二擴孔和鉸孔與麻花鉆相比擴孔鉆的結(jié)構(gòu)特點：1）無橫刃。2）切削深度小，容屑槽較淺，刀體強度高，剛性好，能采用較大的進給量和切削速度。3）有3~4個刀齒，導(dǎo)向性好，切削過程平穩(wěn)。擴孔質(zhì)量好，尺寸精度IT10~IT9，Ra6.3~3.2μm。生產(chǎn)率高。（二）鉸孔鉸孔屬于孔的精加工過程，尺寸精度IT9~IT6，Ra1.6~0.4μm。使用的刀具為鉸刀。由于鉸刀的安裝為非剛性連接，在切削過程中由孔本身定位，不能糾正原有孔軸線偏斜等位置誤差，所以在鉸孔前，位置精度就應(yīng)該達到圖紙要求。鉸削加工的特點：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），切削熱少。工件變形小。2）鉸刀齒數(shù)多，導(dǎo)向好，芯部直徑大，剛性好，修光刃具有導(dǎo)向、修光、校準孔的作用，刀具的制造精度高。鉸孔不能加工淬硬的孔，也不用于加工斷續(xù)孔如：階梯孔、花鍵孔以及盲孔、短孔等。實際生產(chǎn)中，鉆-擴-鉸是加工較精密中小孔的典型加工工藝利用鉆、擴、鉸以及在車床上鏜等加工孔的方法只能保證孔本身的形狀尺寸精度，不能保證孔與孔之間的位置精度要求。而在鏜床上鏜孔可以保證孔系的位置精度要求（如箱體、支架等工件上的孔）。鏜床的結(jié)構(gòu)如圖示三、鏜孔鏜削加工所用的刀具為鏜刀，鏜刀分為單刃鏜刀和浮動鏜刀片兩種結(jié)構(gòu)。單刃鏜刀的特點：1可以修正上一工序造成的軸線歪曲、偏斜等缺陷2適應(yīng)性強，可加工不同直徑的孔；通孔、盲孔、錐孔、溝槽等均可加工。3生產(chǎn)率低。4不宜加工淬硬孔。適于單件小批生產(chǎn)浮動鏜刀片鏜孔的特點：1由孔本身定位，不能糾正原有孔的軸線偏斜，（與鉸孔相似）。只適于精鏜。2鏜孔的表面質(zhì)量較高。3生產(chǎn)率高用于批量生產(chǎn)鏜床的應(yīng)用：在鏜床上可進行一般孔的鉆、擴、鉸、鏜；可鏜大孔，端面；車螺紋，銑平面；鏜同軸孔、平行孔、垂直孔。鏜孔精度IT9~IT6，Ra1.6~0.8μm一、刨削刀具為刨刀，單刃刀具。主運動為往復(fù)直線運動，進給運動為間歇運動。（一）刨削的工藝特點：1生產(chǎn)率低2加工質(zhì)量中等，IT9~IT7，Ra6.3~1.6μm3通用性好,成本低用于單件小批生產(chǎn)中及修配車間第三節(jié)刨削和拉削加工1牛頭刨床刨削用于中小型工件的刨削，主要加工平面、各種溝槽及成型面（二）刨削的應(yīng)用2龍門刨床刨削

主要用來加工大型工件的平面或一次同時加工多個中小型工件主運動為工作臺帶動工件作往復(fù)直線運動，刀具沿橫梁或立柱作間歇進給運動。3插床插削插床的主運動是刀具在垂直方向作往復(fù)直線運動，工件安裝在工作臺上做橫向、縱向或圓周方向間歇進給運動。插削適于單件小批生產(chǎn)中加工各種內(nèi)表面，如鍵槽、花鍵槽、多邊形孔等。（一）拉刀二、拉削加工供拉床夾頭夾持連接頭部與其它部分，在此處打標記易于進入待加工孔內(nèi)并起定心作用起導(dǎo)向和定心作用，并檢查拉孔前的孔徑是否過小直徑與拉削后的孔徑相同，只起校準與修光作用。保持刀具最后的正確位置用于支承較長的拉刀由粗切齒、過渡齒和精切齒三部分組成。其直徑由前向后逐漸增大。最后一個精切齒的直徑應(yīng)保證被拉削孔獲得所要求的尺寸。（二）拉削過程拉削加工過程中只有一個主運動，進給運動由拉刀本身結(jié)構(gòu)實現(xiàn)。（三）拉削的特點及應(yīng)用1生產(chǎn)率高拉削屬于多刃切削，一次行程能完成粗精加工。2加工質(zhì)量好拉削切削速度較低（v＜0.3m/s），切削深度?。╝p＜1.0mm），拉床采用液壓傳動，拉削過程平穩(wěn)。IT8~IT7，Ra0.8~0.4μm3刀具耐用度高4機床結(jié)構(gòu)簡單5刀具成本高用于加工各種截面形狀的通孔，也可加工平面，溝槽。拉削主要用于成批大量生產(chǎn)如圖所示各種截面的通孔均可拉削；第四節(jié)銑削加工

設(shè)備：銑床。刀具：銑刀。主運動為銑刀高速旋轉(zhuǎn)運動，進給運動為工件直線連續(xù)進給。一、銑削的特點（一）銑刀另外，還有盤銑刀、T型槽銑刀等。（二）銑削過程1銑削四要素（1）銑削速度D---銑刀外徑（mm）n----銑刀轉(zhuǎn)速（r/min）（2）進給量有三種表示方法：每轉(zhuǎn)進給量f：銑刀每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，工件相對于銑刀在進給方向移動的位移每齒進給量af：銑刀每轉(zhuǎn)過一個齒，工件相對銑刀在進給方向移動的位移。每秒進給量（進給速度）vf：每秒鐘工件與銑刀沿進給方向的相對位移。Z---銑刀齒數(shù)（3）銑削深度ap平行于銑刀軸線方向測量的切削層尺寸。（4）銑削寬度ae垂直于銑刀軸線方向測量的切削層尺寸。2切削層參數(shù)（1）切削寬度aω：銑刀主切削刃參加工作的長度。（2）切削厚度ac：銑刀相鄰刀齒切削刃運動軌跡間的垂直距離.

（3）切削層面積Ac：為每齒切削面積。Ac=aωac?？偟那邢髅娣e等于同時工作的各刀齒切削面積之和。Ac是變化的。3、銑削合力切向力徑向力軸向力進給力沿縱向進給方向，影響工作臺進給機構(gòu)的強度垂直切削分力。關(guān)系到工件在工作臺上是否穩(wěn)固軸向切削分力切削合力為：（1）逆銑銑刀旋轉(zhuǎn)方向與工件進給方向相反。每齒ac由0→max。易使已加工表面形成硬化層，加速刀具磨損。且銑刀對工件有一向上挑動的力。（三）銑削方式

平面的銑削方式有周銑和端銑兩種。1周銑法指用圓柱銑刀銑削平面。（2）順銑銑刀旋轉(zhuǎn)方向與工件進給方向相同。每齒ac由max→0。避免了逆銑的缺點。2端銑法應(yīng)用廣泛。（1）端銑的特點1）生產(chǎn)率高。因可采用較大的切削用量。2）加工質(zhì)量好。切削過程較平穩(wěn)，副切削刃可修光。（2）端銑的銑削方式1）對稱銑削用于銑削碳鋼。2）不對稱逆銑用于加工低合金鋼3）不對稱順銑用于加工不銹鋼、耐熱鋼等塑性很大的材料（四）銑削的工藝特點1生產(chǎn)率高。多齒切削，無空行程，切削速度較高。2切削過程不平穩(wěn)3刀齒冷卻條件較好。

銑削與刨削質(zhì)量相當(dāng)，經(jīng)粗銑、精銑，尺寸精度IT9~IT7，表面粗糙度Ra6.3~1.6μm；適于成批生產(chǎn)。二、銑削的應(yīng)用1銑平面。如圖2銑削溝槽3銑成型面第五節(jié)磨削加工用作精加工工序。主要介紹在磨床上利用砂輪進行磨削加工。一、砂輪（一）砂輪的結(jié)構(gòu)磨粒、結(jié)合劑、間隙（二）砂輪的特性1磨料

擔(dān)負切削工作，具有高的硬度、良好的耐熱性及鋒利的棱角。（1）氧化物系氧化物系即剛玉類，主要成分是Al2O3，應(yīng)用較多的是棕剛玉（A）和白剛玉（WA）。后者硬度高于前者。用棕剛玉磨碳鋼、合金鋼、可鍛鑄鐵等，用白剛玉磨淬火鋼、高速鋼等。（2）碳化物系常用的有黑色碳化硅（C）和綠色碳化硅（GC），后者硬度高于前者，它們的硬度均高于上述剛玉類。適于磨硬脆的材料。例如用GC磨削硬質(zhì)合金、陶瓷等材料。（3）高硬磨料系主要為人造金剛石（SD）。硬度更高，可磨削硬質(zhì)合金、寶石、玻璃等。2粒度指磨料顆粒的大小。1）由篩選法區(qū)分。如12#，100#。12#粒度表示磨?？赏ㄟ^1in長度上有12個孔眼的篩網(wǎng)。2）當(dāng)磨粒為尺寸≤40μm的微粉時，用實際尺寸表示。如w28，表示該磨粒實際尺寸28μm。粗磨用粗粒度，精磨用細粒度。磨削較軟、塑性較大材料時，為了避免堵塞砂輪，采用較粗的磨粒。3結(jié)合劑決定了砂輪的抗沖擊、耐高速性能。1）陶瓷結(jié)合劑（V）由粘土、石英、滑石等組成?；瘜W(xué)性能穩(wěn)定，脆性大。應(yīng)用最廣。2）樹脂結(jié)合劑（B）主要成分為酚醛樹脂。結(jié)合強度高，彈性好，化學(xué)穩(wěn)定性較差。多用于制造高速磨砂輪、薄砂輪、打磨鑄鍛件毛刺。3）橡膠結(jié)合劑（R）用于制造無心磨導(dǎo)輪、薄片砂輪等。4硬度

磨削時，在磨削力作用下，磨料從砂輪表面脫落的難易程度。磨硬材料，應(yīng)選軟些的砂輪；磨軟材料時選硬砂輪。精磨、成形磨時選硬砂輪。5組織

指磨粒、結(jié)合劑、氣孔三者的比例關(guān)系。分為緊密、中等、疏松。

磨淬火鋼、刃磨刀具等多使用中等組織砂輪；成形磨削、精密磨削用緊密組織的砂輪；接觸面積大或軟質(zhì)材料的磨削，用疏松組織的砂輪。6砂輪的形狀如平型砂輪（P），薄片砂輪等（PB）。砂輪的表示方法：如P400×100×127A60L5B35含義：平型砂輪（P），外徑400mm，厚度100mm，孔徑127mm，磨料為棕剛玉（A），粒度60#，砂輪硬度為中軟2號（L）組織為中等5號，結(jié)合劑為樹脂（B），最高工作速度v=35m/s。

二、磨削過程的特點（一）磨削過程

1磨粒的磨削過程磨削過程中起切削作用的是磨粒。其幾何形狀及其在砂輪上的分布如圖?？梢?，磨粒形狀不規(guī)則，在砂輪表面高低不平地分布。在磨削過程中時，鋒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劃出痕跡或在工件表面滑擦而過。

起切削作用的磨粒磨削過程也是滑擦、刻劃、切削的連續(xù)作用。如下圖：

2砂輪在磨削過程中存在自銳性。即砂輪在磨削過程中磨鈍的磨粒自行脫落，露出新的磨粒，以使砂輪仍保持高的磨削能力。

3磨削力分解如圖，與車削不同的是磨削時徑向分力Fy較大。4磨削熱和磨削溫度

磨削速度高，產(chǎn)生的磨削熱多，大多數(shù)傳入工件中。磨粒磨削點瞬間溫度可達1000℃。（二）磨削的工藝特點1加工精度高，表面質(zhì)量好?？蛇_IT7~IT6，Ra0.8~0.2μm。2加工材料范圍廣。除可加工一般的材料外，還可加工難加工材料，如淬火鋼、高溫合金、硬質(zhì)合金等。3適于加工各種表面。4砂輪具有自銳作用，不需換刀，利于提高生產(chǎn)率。缺點是徑向分力較大及磨削溫度較高，影響工件的加工質(zhì)量及砂輪的耐用度。（一）外圓面的磨削1外圓磨床磨削（1）工件的安裝

最常用的是雙頂尖安裝，裝夾迅速，定位精度高。在磨削進行前要修研工件上的中心孔。對于套類零件用心軸或卡盤裝夾。三、磨削的應(yīng)用