常用金屬切削加工方法

第六章常用金屬切削加工方法機(jī)械零件表面的形成主要由切削運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)的。不同切削運(yùn)動(dòng)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(diǎn)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(chē)削、鉆削、鏜削、刨削、銑削磨削等。

第一節(jié)車(chē)削加工一、工件的安裝車(chē)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(pán)安裝特點(diǎn)：三爪聯(lián)動(dòng)，能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)定心。安裝工件時(shí)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(pán)套類零件。車(chē)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(pán)安裝特點(diǎn)：四個(gè)單動(dòng)卡爪可分別調(diào)整，不能自動(dòng)定心，安裝工件時(shí)需細(xì)致找正；定位精度可達(dá)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(diǎn)：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(zhǎng)軸類零件或需多次安裝且有同一基準(zhǔn)的工件。特點(diǎn)：安裝及找正費(fèi)時(shí)較多；需配平衡鐵以防止振動(dòng)應(yīng)用：適于安裝形狀復(fù)雜的工件4花盤(pán)安裝心軸安裝適于安裝對(duì)同軸度要求較高的盤(pán)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(guò)程平穩(wěn)3、生產(chǎn)率高4、應(yīng)用范圍廣5、刀具簡(jiǎn)單二、車(chē)削的工藝特點(diǎn)三、車(chē)削的應(yīng)用（1）細(xì)長(zhǎng)軸的車(chē)削

工件長(zhǎng)度與直徑之比大于20的軸稱為細(xì)長(zhǎng)軸。細(xì)長(zhǎng)軸剛性差，車(chē)削過(guò)程中易產(chǎn)生彎曲和振動(dòng)，出現(xiàn)腰鼓狀，嚴(yán)重影響加工精度和表面質(zhì)量。為保證加工質(zhì)量，車(chē)削時(shí)可采取如下措施：(一)車(chē)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(chē)削。從提高生產(chǎn)率和保證加工質(zhì)量角度來(lái)看，外圓面的車(chē)削可分為粗車(chē)、細(xì)車(chē)、精車(chē)，相應(yīng)達(dá)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(chē)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(jìn)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(chē)削（3）曲軸的車(chē)削階梯軸及盤(pán)套類零件上除了存在外圓面以外，還存在端面及臺(tái)階面，也是通過(guò)車(chē)削來(lái)完成的。在車(chē)削加工中利用一次安裝可保證零件的端面、臺(tái)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(chē)削加工平面主要是指車(chē)端面和臺(tái)階面。

在車(chē)床上可進(jìn)行鉆孔、擴(kuò)孔、鉸孔、鏜孔。（二）車(chē)端面及臺(tái)階（三）孔加工車(chē)床鉆孔精度IT12~IT11，Ra25~6.3μm；鉆后擴(kuò)孔精度IT10~IT9，Ra6.3~3.2μm；鉸孔精度IT8~IT7，Ra1.6~0.8μm四車(chē)槽與切斷常用的圓錐面的車(chē)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(chē)床上加工孔的基本方法。單件小批生產(chǎn)中，精度等級(jí)IT9~IT7，Ra3.2~1.6μm的孔一般用車(chē)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(duì)大孔來(lái)說(shuō)，鏜孔常常是唯一的加工方法。五圓錐面的車(chē)削車(chē)削短圓錐面只能加工外圓錐面，可以車(chē)較長(zhǎng)的錐面車(chē)削短圓錐面只能手動(dòng)進(jìn)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(kuò)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(shí)體材料上加工孔，屬于孔的粗加工。鉆孔可在車(chē)床上進(jìn)行，也可在鉆床上進(jìn)行。比較這兩種鉆孔方式的工作運(yùn)動(dòng)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(qiáng)度越低。β=18~30o頂角2φ—2φ越小，主切削刃越長(zhǎng)，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(qiáng)度。（二）鉆削過(guò)程1鉆削要素（2）進(jìn)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(diǎn)防止措施1）兩個(gè)主切削刃刃磨對(duì)稱2）預(yù)鉆一個(gè)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(shí)會(huì)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(kuò)孔和鉸孔主要用于對(duì)中、小孔的半精加工和精加工。（一）擴(kuò)孔使用的刀具：直徑較大的麻花鉆；擴(kuò)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(kuò)孔和鉸孔與麻花鉆相比擴(kuò)孔鉆的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：1）無(wú)橫刃。2）切削深度小，容屑槽較淺，刀體強(qiáng)度高，剛性好，能采用較大的進(jìn)給量和切削速度。3）有3~4個(gè)刀齒，導(dǎo)向性好，切削過(guò)程平穩(wěn)。擴(kuò)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(guò)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(guò)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(dá)到圖紙要求。鉸削加工的特點(diǎn)：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(zhǔn)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(shí)際生產(chǎn)中，鉆-擴(kuò)-鉸是加工較精密中小孔的典型加工工藝?yán)勉@、擴(kuò)、鉸以及在車(chē)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(dòng)鏜刀片兩種結(jié)構(gòu)。單刃鏜刀的特點(diǎn)：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(qiáng)，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(dòng)鏜刀片鏜孔的特點(diǎn)：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(jìn)行一般孔的鉆、擴(kuò)、鉸、鏜；可鏜大孔，端面；車(chē)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(yùn)動(dòng)為往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，進(jìn)給運(yùn)動(dòng)為間歇運(yùn)動(dòng)。（一）刨削的工藝特點(diǎn)：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(chē)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(mén)刨床刨削

主要用來(lái)加工大型工件的平面或一次同時(shí)加工多個(gè)中小型工件主運(yùn)動(dòng)為工作臺(tái)帶動(dòng)工件作往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，刀具沿橫梁或立柱作間歇進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。3插床插削插床的主運(yùn)動(dòng)是刀具在垂直方向作往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，工件安裝在工作臺(tái)上做橫向、縱向或圓周方向間歇進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。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(biāo)記易于進(jìn)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(guò)小直徑與拉削后的孔徑相同，只起校準(zhǔn)與修光作用。保持刀具最后的正確位置用于支承較長(zhǎng)的拉刀由粗切齒、過(guò)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(gè)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(guò)程拉削加工過(guò)程中只有一個(gè)主運(yùn)動(dòng)，進(jìn)給運(yùn)動(dòng)由拉刀本身結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。（三）拉削的特點(diǎn)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(dòng)，拉削過(guò)程平穩(wěn)。IT8~IT7，Ra0.8~0.4μm3刀具耐用度高4機(jī)床結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(yùn)動(dòng)為銑刀高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，進(jìn)給運(yùn)動(dòng)為工件直線連續(xù)進(jìn)給。一、銑削的特點(diǎn)（一）銑刀另外，還有盤(pán)銑刀、T型槽銑刀等。（二）銑削過(guò)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(jìn)給量有三種表示方法：每轉(zhuǎn)進(jìn)給量f：銑刀每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，工件相對(duì)于銑刀在進(jìn)給方向移動(dòng)的位移每齒進(jìn)給量af：銑刀每轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)齒，工件相對(duì)銑刀在進(jìn)給方向移動(dòng)的位移。每秒進(jìn)給量（進(jìn)給速度）vf：每秒鐘工件與銑刀沿進(jìn)給方向的相對(duì)位移。Z---銑刀齒數(shù)（3）銑削深度ap平行于銑刀軸線方向測(cè)量的切削層尺寸。（4）銑削寬度ae垂直于銑刀軸線方向測(cè)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(zhǎng)度。（2）切削厚度ac：銑刀相鄰刀齒切削刃運(yùn)動(dòng)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(shí)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(jìn)給力沿縱向進(jìn)給方向，影響工作臺(tái)進(jìn)給機(jī)構(gòu)的強(qiáng)度垂直切削分力。關(guān)系到工件在工作臺(tái)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(jìn)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(duì)工件有一向上挑動(dòng)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(jìn)給方向相同。每齒ac由max→0。避免了逆銑的缺點(diǎn)。2端銑法應(yīng)用廣泛。（1）端銑的特點(diǎn)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(guò)程較平穩(wěn)，副切削刃可修光。（2）端銑的銑削方式1）對(duì)稱銑削用于銑削碳鋼。2）不對(duì)稱逆銑用于加工低合金鋼3）不對(duì)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(diǎn)1生產(chǎn)率高。多齒切削，無(wú)空行程，切削速度較高。2切削過(guò)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(jìn)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(fù)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^(guò)1in長(zhǎng)度上有12個(gè)孔眼的篩網(wǎng)。2）當(dāng)磨粒為尺寸≤40μm的微粉時(shí)，用實(shí)際尺寸表示。如w28，表示該磨粒實(shí)際尺寸28μm。粗磨用粗粒度，精磨用細(xì)粒度。磨削較軟、塑性較大材料時(shí)，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(shù)脂結(jié)合劑（B）主要成分為酚醛樹(shù)脂。結(jié)合強(qiáng)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(wú)心磨導(dǎo)輪、薄片砂輪等。4硬度

磨削時(shí)，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(shí)選硬砂輪。精磨、成形磨時(shí)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(hào)（L）組織為中等5號(hào)，結(jié)合劑為樹(shù)脂（B），最高工作速度v=35m/s。

二、磨削過(guò)程的特點(diǎn)（一）磨削過(guò)程

1磨粒的磨削過(guò)程磨削過(guò)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?jiàn)，磨粒形狀不規(guī)則，在砂輪表面高低不平地分布。在磨削過(guò)程中時(shí)，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(guò)。

起切削作用的磨粒磨削過(guò)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(guò)程中存在自銳性。即砂輪在磨削過(guò)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(chē)削不同的是磨削時(shí)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(diǎn)瞬間溫度可達(dá)1000℃。（二）磨削的工藝特點(diǎn)1加工精度高，表面質(zhì)量好?？蛇_(dá)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(diǎn)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(jìn)行前要修研工件上的中心孔。對(duì)于套類零件用心軸或卡盤(pán)裝夾。三、磨削的應(yīng)用