機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)課件：機(jī)械加工方法與裝備

機(jī)械加工方法與裝備4.1金屬切削基礎(chǔ)知識(shí)4.2外圓加工4.3內(nèi)孔加工4.4平面加工4.5磨削加工4.6光整加工與表面處理4.7機(jī)械加工工藝規(guī)程設(shè)計(jì)4.8零件加工的結(jié)構(gòu)工藝性習(xí)題與思考題

本章介紹金屬切削基礎(chǔ)知識(shí)、各種加工方法的工藝過程、工藝特點(diǎn)和應(yīng)用范圍，各種加工方法的結(jié)構(gòu)工藝性和機(jī)械加工的工藝規(guī)程。

4.1金屬切削基礎(chǔ)知識(shí)

4.1.1切削加工概述金屬切削加工是用刀具從毛坯(或型材)上切去多余的材料，將毛坯加工成符合圖樣要求的尺寸、形狀精度和表面質(zhì)量的零件的加工過程。在現(xiàn)代機(jī)械制造中，凡精度要求較高的機(jī)械零件，除少數(shù)采用精密鑄造、精密鍛造以及粉末冶金和工程塑料壓制成型等方法直接獲得外，絕大多數(shù)零件要靠切削加工成型，以保證精度和表面質(zhì)量要求。因此，切削加工在機(jī)械制造中是必不可少的，目前占機(jī)械制造總工作量的40%～60%。切削加工多用于金屬材料的加工，也可用于某些非金屬材料的加工，對(duì)于零件的形狀和尺寸一般不做限制，可加工內(nèi)外圓柱面、錐面、平面、螺紋、齒形及空間曲面等各種型面。加工零件的尺寸公差等級(jí)一般為IT12～I(xiàn)T5，表面粗糙度Ra?=?25～0.008?mm。傳統(tǒng)的切削加工方法有車削、銑削、刨削、鉆削和磨削等，它們是在相應(yīng)的車床、銑床、刨床、鉆床和磨床上進(jìn)行的，加工時(shí)工件和刀具都安裝在機(jī)床上。切削加工必須具備三個(gè)條件：刀具與工件之間要有相對(duì)運(yùn)動(dòng)；刀具具有適當(dāng)?shù)膸缀螀?shù)，即切削角度；刀具材料具有一定的切削性能。

近些年已逐步發(fā)展起來許多新的切削加工技術(shù)，如高速與超高速切削技術(shù)、硬態(tài)切削技術(shù)、干式(綠色)切削技術(shù)、振動(dòng)切削與磨削技術(shù)、加熱輔助切削與低溫切削技術(shù)、特殊切削加工方法、復(fù)合加工技術(shù)以及射流加工技術(shù)等，而電火花、電解、超聲波、激光、電子束、離子束加工等特種加工方法，已完全突破傳統(tǒng)的依靠機(jī)械能進(jìn)行切削加工的范圍，可以加工各種難加工材料、復(fù)雜型面和某些具有細(xì)微結(jié)構(gòu)的零件。

1．零件的表面成型方法

由于使用的刀具切削刃形狀和采取的加工方法不同，零件的表面成型方法可歸納為以下四種：

(1)軌跡法：利用刀具與工件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡來加工的方法。這時(shí)刀具的切削刃與被加工表面為點(diǎn)接觸。當(dāng)該點(diǎn)按給定的規(guī)律運(yùn)動(dòng)時(shí)，便形成了所需的發(fā)生線，如圖4-1(a)所示。采用軌跡法形成發(fā)生線需要一個(gè)成型運(yùn)動(dòng)。成型運(yùn)動(dòng)的精度決定了工件的形狀精度。

(2)成型法：利用成型刀具加工工件的方法。這時(shí)刀刃與工件表面之間為線接觸，刀刃的形狀與形成工件表面的一條發(fā)生線完全相同，另一條發(fā)生線則由刀具與工件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)，如圖4-1(b)所示。此時(shí)工件的形狀精度取決于刀刃的形狀精度和成型運(yùn)動(dòng)精度。

(3)展成法：利用刀具與工件作展成運(yùn)動(dòng)所形成的包絡(luò)面進(jìn)行加工的方法。該方法主要用于齒輪的加工，此時(shí)刀刃與工件表面之間為線接觸，但刀刃形狀不同于齒形表面形狀，如圖4-1(c)所示。

(4)相切法：利用刀具邊旋轉(zhuǎn)邊作軌跡運(yùn)動(dòng)對(duì)工件進(jìn)行加工的方法。刀具的各個(gè)刀刃的運(yùn)動(dòng)軌跡共同形成了曲面的發(fā)生線，如圖4-1(d)所示。

圖4-1獲得工件表面的切削方法

2．切削運(yùn)動(dòng)

在機(jī)床上加工各種表面時(shí)，刀具與工件之間必須要有適當(dāng)?shù)南鄬?duì)運(yùn)動(dòng)，即成型運(yùn)動(dòng)，而各種成型運(yùn)動(dòng)是由機(jī)床來實(shí)現(xiàn)的，因此，又稱為機(jī)床的切削運(yùn)動(dòng)。表面成型運(yùn)動(dòng)中各單元的運(yùn)動(dòng)，按其在切削加工中所起的作用不同，可分為主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。

(1)主運(yùn)動(dòng)。主運(yùn)動(dòng)是切下切屑所需要的最基本的運(yùn)動(dòng)。它使刀具切削刃及其鄰近的刀具表面切入工件材料，使被切削層轉(zhuǎn)變?yōu)榍行肌Ｒ话闱闆r下，它是切削運(yùn)動(dòng)中速度最高、消耗功率最大的運(yùn)動(dòng)。任何切削過程必須有一個(gè)，也只有一個(gè)主運(yùn)動(dòng)。它可以是旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，也可以是直線運(yùn)動(dòng)。如車削加工時(shí)工件的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，鉆削和銑削加工時(shí)刀具的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，牛頭刨床刨削時(shí)刀具的直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)等都是主運(yùn)動(dòng)。主運(yùn)動(dòng)可以由工件完成(如車削、龍門刨削等)，也可以由刀具完成(如鉆削、銑削、牛頭刨床上刨削及磨削加工等)。

(2)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。進(jìn)給運(yùn)動(dòng)是使金屬層不斷投入切削，以加工出完整表面所需的運(yùn)動(dòng)。一般進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的速度較低，功率消耗也較少。其數(shù)量可以是一個(gè)，如鉆削(鉆頭軸向進(jìn)給)；也可以是多個(gè)，如外圓磨削(軸向進(jìn)給、圓周進(jìn)給和徑向進(jìn)給)；甚至沒有進(jìn)給運(yùn)動(dòng)(如拉削加工)。進(jìn)給運(yùn)動(dòng)可以是連續(xù)進(jìn)行的，如鉆孔、車外圓、銑平面等；也可以是斷續(xù)進(jìn)行的，如刨平面、車外圓時(shí)的橫向進(jìn)給等。進(jìn)給運(yùn)動(dòng)可以由工件完成，如銑削、磨削等；也可以由刀具完成，如車削、鉆削等。

主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)可由刀具和工件分別完成，也可由刀具單獨(dú)完成。

3．加工中的工件表面

以車削為例，工件在車削過程中有三個(gè)不斷變化著的表面(見圖4-2)：

(1)待加工表面：將被切除金屬層的表面，隨著切削過程的進(jìn)行，它將逐漸減小，直至全部切去。

(2)已加工表面：已經(jīng)切去一部分金屬而形成的新表面，隨著切削過程的進(jìn)行，它將逐漸擴(kuò)大。

(3)過渡表面：切削刃正在切削的表面，它總是處在待加工表面和已加工表面之間。

上述這些定義也適用于其他類型的切削加工。

圖4-2外圓車削運(yùn)動(dòng)、工件表面及合成速度

4．切削用量

切削用量是機(jī)床調(diào)整、切削力或切削功率計(jì)算、工時(shí)定額確定及工序成本核算等所必需的數(shù)據(jù)，其數(shù)值大小取決于工件材料和結(jié)構(gòu)、加工精度、刀具材料、刀具形狀及其他技術(shù)要求。切削用量包括切削速度、進(jìn)給量和背吃刀量，也稱為切削用量三要素。

(1)切削速度vc：切削速度為主運(yùn)動(dòng)的線速度。主運(yùn)動(dòng)為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，切削刃上選定點(diǎn)相對(duì)于工件的瞬時(shí)線速度即為切削速度，如圖4-3所示。

(2)進(jìn)給量f：在主運(yùn)動(dòng)的一個(gè)循環(huán)內(nèi)，刀具在進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向上相對(duì)工件的位移量，可用刀具或工件每轉(zhuǎn)或每行程的位移量來表述和度量。

(3)背吃刀量ap：工件上待加工表面和已加工表面之間的垂直距離。

圖4-3各種切削加工的切削用量

4.1.2刀具

切削刀具的種類雖然很多，形狀各異，但它們切削部分的結(jié)構(gòu)要素和幾何角度有著許多共同的特征，都可以看做是以外圓車刀切削部分為基本形狀的演變和組合。如圖4-4所示，各種多齒刀具或復(fù)雜刀具，就其一個(gè)刀齒而言，都相當(dāng)于一把車刀的刀頭。外圓車刀是最基本、最典型的切削刀具。下面從外圓車刀入手，對(duì)刀具幾何參數(shù)進(jìn)行分析和研究。

圖4-4刀具的切削部分

1．車刀的基本組成

外圓車刀由刀頭和刀體兩部分組成。刀頭是車刀的切削部分(用于承擔(dān)切削工作)，刀體是夾持部分(用來安裝刀片或與機(jī)床連接)，如圖4-5所示。車刀切削部分由“三面兩刃一尖”(即前面、主后面、副后面、主切削刃、副切削刃、刀尖)組成，各部分定義如下：

(1)前面(Ag)：刀具上與切屑接觸并相互作用的表面，又稱前刀面。

(2)主后面(Aa)：刀具上與過渡表面相對(duì)的表面，又稱主后刀面。

(3)副后面(Aa)：刀具上與已加工表面相對(duì)的表面，又稱副后刀面。

(4)主切削刃(S)：前刀面與主后刀面的交線，在切削過程中擔(dān)負(fù)主要切削工作，并形成工件上的過渡表面。

(5)副切削刃(S?)：前刀面與副后刀面的交線。它配合主切削刃完成切削工作，并最終形成已加工表面。

(6)刀尖：主切削刃與副切削刃連接處的那一小部分切削刃。圖4-5車刀的組成

2．刀具的角度

為了確定刀具切削部分各表面和切削刃的空間位置，確定和測(cè)量刀具角度，需要建立參考系。參考系主要有刀具靜止參考系和刀具工作參考系兩類，刀具靜止參考系是用在刀具設(shè)計(jì)、制造、刃磨和測(cè)量時(shí)定義刀具幾何角度的參考系，在刀具靜止參考系中定義的刀具角度稱為刀具的標(biāo)注角度。

刀具靜止參考系主要由以下基準(zhǔn)坐標(biāo)平面組成，如圖4-6所示。

圖4-6刀具靜止參考系的基準(zhǔn)平面

(1)基面Pr：通過主切削刃上選定點(diǎn)P，并垂直于該點(diǎn)切削速度方向的平面。如圖4-6(b)中的EFGH平面即為P點(diǎn)的基面。

(2)切削平面Ps：通過主切削刃選定點(diǎn)P，切于工件過渡表面的平面。對(duì)應(yīng)于主切削刃和副切削刃的切削平面分別稱為主切削平面Ps和副切削平面

。如圖4-6(b)中的ABCD平面即為P點(diǎn)的切削平面。

(3)正交平面Po：通過主切削刃選定點(diǎn)P并同時(shí)垂直于基面和切削平面的平面。如圖4-6(c)和圖4-7中過P點(diǎn)的Po-Po截面為主正交平面，-截面為副正交平面。

車刀的標(biāo)注角度是繪制刀具圖樣和車刀刃磨必須要標(biāo)注的角度，有五個(gè)主要角度，即前角、后角、主偏角、副偏角及刃傾角。外圓車刀角度的標(biāo)注如圖4-7所示。圖4-7車刀標(biāo)注角度

前角

：在正交平面內(nèi)測(cè)量，是前刀面與基面之間的夾角。根據(jù)前刀面與基面相對(duì)位置的不同，前角又可分為正前角、零前角和負(fù)前角。當(dāng)前刀面與切削平面夾角小于90°時(shí)，前角為正，大于90°時(shí)，前角為負(fù)，如圖4-8所示。前角主要影響主切削刃的鋒利程度和刃口強(qiáng)度。增大前角能使刀刃鋒利，切削容易，降低切削力和切削熱；但前角過大，刀刃部分強(qiáng)度下降，導(dǎo)熱體積減小，壽命縮短。

圖4-8前、后角正、負(fù)的規(guī)定

后角

：在正交平面內(nèi)測(cè)量，是主后面與切削平面之間的夾角。在主正交平面內(nèi)測(cè)量的是主后角(

)，在副正交平面內(nèi)測(cè)量的是副后角(

)。當(dāng)后刀面與基面間的夾角小于

90°時(shí)，后角為正值，大于90°時(shí)，后角為負(fù)值，如圖4-8所示。后角的作用是為了減小后刀面與工件之間的摩擦，以減少后刀面的磨損，并配合前角改變切削刃的鋒利程度與刃口強(qiáng)度。精加工時(shí)取較大后角；粗加工時(shí)取較小后角。

．

楔角

：前刀面與主后刀面間的夾角，其值

，是派生角度。

主偏角

：在基面內(nèi)測(cè)量，是主切削刃在基面上的投影與進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向間的夾角。主偏角主要影響切削刃工作長度、背向力的大小和刀具壽命。當(dāng)切削力一定時(shí)，增大主偏角可減小徑向抗力，所以，加工剛度較弱的細(xì)長軸時(shí)，可適當(dāng)選用較大的主偏角。

在進(jìn)給量和背吃刀量一定時(shí)，減小主偏角可使主切削刃相對(duì)長度上的切削力減小，從而使刀具壽命提高。車刀常用的主偏角有45°、60°、75°和90°四種。

副偏角

：在基面內(nèi)測(cè)量，是副切削刃在基面上的投影與背離進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向間的夾角。副偏角主要影響已加工表面的粗糙度。粗加工時(shí)副偏角取得較大些，精加工時(shí)取小些。

刀尖角

：主切削平面與副切削平面間的夾角，其值

，

是派生角度。

刃傾角

：在切削平面中測(cè)量，是主切削刃與基面間的夾角。刃傾角也有正、負(fù)和零值，如圖4-9所示。當(dāng)?shù)都庀鄬?duì)車刀刀柄安裝面處于最高點(diǎn)時(shí)，刃傾角為正值；刀尖處于最低點(diǎn)時(shí)，刃傾角為負(fù)值；當(dāng)切削刃平行于刀柄安裝面時(shí)，刃傾角為零度，此時(shí)切削刃在基面內(nèi)。

圖4-9刃傾角的作用

刃傾角

主要影響刀頭的強(qiáng)度和切屑流動(dòng)的方向。粗加工時(shí)為了增加刀頭強(qiáng)度，

常取負(fù)值；精加工時(shí)為了防止切屑劃傷已加工表面，

常取正值或零。負(fù)的刃傾角還可在車刀受沖擊時(shí)起到保護(hù)刀尖的作用。

隨著刀具安裝位置的不同或者是切削加工中進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的影響，刀具的工作角度將會(huì)在標(biāo)注角度的基礎(chǔ)上改變。

3．常用的刀具材料及其選擇

1)刀具材料應(yīng)具備的性能

切削時(shí)，由于變形與摩擦，刀具承受了很大的壓力和很高的溫度。作為刀具材料應(yīng)滿足以下要求：

(1)高的硬度和耐磨性：比工件材料硬和具有良好的抗磨損能力。

(2)足夠的強(qiáng)度和韌度：可以承受切削中的壓力、沖擊和振動(dòng)。

(3)高的耐熱性：在高溫下保持硬度、耐磨性、強(qiáng)度和韌度的能力。

(4)良好的工藝性：如鍛造性、熱處理性、刃磨加工性等，以便于刀具的制造。

(5)良好的經(jīng)濟(jì)性。

2)刀具材料及其選擇

目前，生產(chǎn)中所用的刀具材料以高速鋼和硬質(zhì)合金居多。碳素工具鋼(如T10A、T12A)、合金工具鋼(如9SiCr、CrWMn)因耐熱性差，僅用于一些手工或切削速度較低的刀具。

高速鋼是一種加入較多的鎢、鉬、鉻、釩等合金元素的高合金工具鋼，有較高的熱穩(wěn)定性，切削溫度達(dá)500～650oC時(shí)仍能進(jìn)行切削；有較高的強(qiáng)度、韌度、硬度和耐磨性；其制造工藝簡(jiǎn)單，容易磨成鋒利的切削刃，可鍛造，這對(duì)于一些形狀復(fù)雜的刀具，如鉆頭、成型刀具、拉刀、齒輪刀具等尤為重要，是制造這些刀具的主要材料。

硬質(zhì)合金由難熔金屬碳化物(如WC、TiC)和金屬粘結(jié)劑(如Co)經(jīng)粉末冶金法制成。因含有大量熔點(diǎn)高、硬度高、化學(xué)穩(wěn)定性好、熱穩(wěn)定性好的金屬碳化物，硬質(zhì)合金的硬度、耐磨性、耐熱性都很高。硬度可達(dá)HRA89～93，在800～1000℃還能承擔(dān)切削，耐用度較高速鋼高幾十倍。當(dāng)耐用度相同時(shí)，切削速度可提高4～10倍。但抗彎強(qiáng)度較高速鋼低，僅為0.9～1.5GPa(90～150kg/cm2)、沖擊韌度差，切削時(shí)不能承受大的振動(dòng)和沖擊負(fù)荷。

4．金屬的切削過程

金屬切削過程是指通過切削運(yùn)動(dòng)，使刀具從工件上切下多余的金屬層，形成切屑和已加工表面的過程。在此過程中產(chǎn)生一系列現(xiàn)象，如形成切屑、切削力、切削熱與切削溫度、刀具磨損等。

金屬切削過程就是通過刀具把被切金屬層變?yōu)榍行嫉倪^程，其實(shí)質(zhì)是一種擠壓變形過程。

切屑的具體形成過程如圖4-10所示。切削塑性金屬時(shí)，當(dāng)工件受到刀具的擠壓以后，切削層金屬在始滑移面OA以左發(fā)生彈性變形。隨著刀具不斷左移，當(dāng)這些金屬移至OA面位置時(shí)，應(yīng)力達(dá)到材料的屈服強(qiáng)度極限，沿OA面開始剪切滑移，產(chǎn)生塑性變形。OA面上的金屬不斷向刀具靠攏，依次經(jīng)過OB、OC諸位置，到達(dá)終滑移面OM上，應(yīng)力和塑性變形達(dá)到最大值，切削層金屬被擠裂。超過OM面，切削層金屬即被切離工件母體，沿刀具的前刀面流出而形成切屑。由此可見，塑性金屬的切削過程一般要經(jīng)過彈性變形、塑性變形、擠裂、切離四個(gè)階段。

圖4-10切屑形成過程及切削變形區(qū)

切屑在經(jīng)剪切滑移后，沿前刀面排出，其底層還要繼續(xù)受到前刀面的擠壓與摩擦，使切屑底層產(chǎn)生嚴(yán)重的塑性變形。

5．積屑瘤

1)現(xiàn)象

加工一般鋼料或其他塑性金屬材料，在切削速度不高而又能形成連續(xù)切屑時(shí)，常在前刀面切削刃處粘著一塊剖面呈三角狀的硬塊(見圖4-11)，稱積屑瘤。其硬度很高，為工件材料的2～3倍，處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)可代替刀尖進(jìn)行切削。

圖4-11積屑瘤—積屑瘤前角；—切削公稱厚度；—積屑瘤高度；—伸出量

2)產(chǎn)生

切屑對(duì)前刀面接觸處的摩擦，使前刀面十分潔凈，當(dāng)接觸面達(dá)到一定溫度，壓力又較高時(shí)，會(huì)產(chǎn)生粘結(jié)現(xiàn)象。這時(shí)切屑從粘在前刀面的底層金屬上流過，形成內(nèi)摩擦。如果溫度和壓力適當(dāng)，底層上面的金屬因內(nèi)摩擦而變形，也會(huì)發(fā)生加工硬化，而被阻滯在底層，粘結(jié)成一體。這樣，粘結(jié)層逐漸增大，直到該處的溫度與壓力不足以造成粘附為止。

一般地說，塑性金屬材料的加工硬化傾向愈強(qiáng)，愈易產(chǎn)生積屑瘤；溫度低、壓力低時(shí)，不易產(chǎn)生積屑瘤；反之，溫度太高，使金屬軟化，也不易產(chǎn)生積屑瘤。

3)影響

(1)使實(shí)際前角增大，減小切削力，對(duì)切削過程起積極作用。

(2)使切削深度增加了DhD。因積屑瘤的產(chǎn)生、成長、脫落是一個(gè)帶有一定周期性的動(dòng)態(tài)過程，所以`是變化的，可能引起振動(dòng)。

(3)使加工表面粗糙度增大。積屑瘤的頂部很不穩(wěn)定，容易破裂，或部分粘附于切屑底部而排除，或部分留在已加工表面而影響粗糙度。

(4)影響刀具耐用度。積屑瘤穩(wěn)定時(shí)代替刀刃切削，減少刀具磨損，提高刀具耐用度；但脫落時(shí)可能使硬質(zhì)合金顆粒剝落，反而加劇刀具磨損。

4)控制

精加工時(shí)，防止積屑瘤產(chǎn)生的措施有：

(1)用低速切削，使切削溫度低，粘結(jié)現(xiàn)象不易發(fā)生；或用高速切削，使切削溫度高于積屑瘤產(chǎn)生的相應(yīng)溫度。

(2)采用潤滑性能好的切削液，減小摩擦。

(3)增大刀具前角，減小切屑接觸區(qū)壓力。

(4)提高工件材料硬度(如熱處理)，減小加工硬化傾向。

4.1.3切削力與切削熱

切削過程中作用在刀具與工件上的力稱為切削力。

切削力來源于工件材料的彈塑性變形及刀具與切屑、工件表面的摩擦，因此，凡是影響切削過程中材料變形及摩擦的因素都會(huì)影響切削力。這些影響因素主要包括工件材料、切削用量、刀具幾何參數(shù)及其他因素。

切削熱是切削過程的重要物理現(xiàn)象之一。切削溫度能改變前刀面上的摩擦系數(shù)和工件材料的性能，并影響積屑瘤的大小、已加工表面的質(zhì)量、刀具的磨損和耐用度及生產(chǎn)率等。

4.2外圓加工

4.2.1車削加工的刀具

在機(jī)械制造中車削是使用最廣泛的一種加工方法，主要用于加工各種回轉(zhuǎn)表面，如車削內(nèi)外圓柱面、圓錐面、環(huán)槽及成型回轉(zhuǎn)面；也可以車削端面、車削螺紋；還可以進(jìn)行鉆孔、擴(kuò)孔、鉸孔和滾花等工作，如圖4-12所示。由于多數(shù)機(jī)器零件具有回轉(zhuǎn)表面，車床的通用性又較廣，因此在機(jī)器制造中，車床的應(yīng)用極為廣泛，在金屬切削機(jī)床中所占的比重最大，約占機(jī)床總臺(tái)數(shù)的20%～35%。圖4-12臥式車床所能完成的典型加工

在車床上使用的刀具，主要是各種形式的車刀，有的車床還可以采用各種孔加工刀具如鉆頭、鉸刀、絲錐、板牙等。這里主要介紹各種車刀的形式。根據(jù)加工表面的不同，車削加工刀具可分為外圓車刀、端面車刀、割刀、鏜刀和成型車刀等多種形式，如圖4-13所示。

1．外圓車刀

外圓車刀用于縱向車削外圓，如圖4-13所示，它又可分為三種：

(1)直頭外圓車刀(圖4-13之5)：這種車刀制造簡(jiǎn)單，但只能加工外圓，加工端面時(shí)必須轉(zhuǎn)動(dòng)刀架。

(2)彎頭外圓車刀(圖4-13之4)：用于縱向車削外圓，也可用于橫車端面及內(nèi)外圓倒角，但其副偏角

較大，加工表面粗糙度及刀具耐用度均較差。

(3)寬刃精車刀(圖4-13之7)：做成平頭直線刃，它和曲線刃車刀均可使工件表面獲得較小的表面粗糙度，用于精車工作。

圖4-13各種車刀形式

2．端面車刀

用于車端面，進(jìn)給方向可以是縱向也可以橫向，因此又分為兩種。

(1)縱切端面車刀又稱劈刀，實(shí)際上就是=90°的外圓車刀，按進(jìn)給方向不同分為左偏刀和右偏刀，用于加工不大的臺(tái)肩端面，在車削階梯軸及細(xì)長的軸時(shí)也常使用。

(2)橫切端面車刀(圖4-13之9)可以由外圓向內(nèi)進(jìn)給，也可以由中心向外進(jìn)給，這兩種情況的主、副刀刃及主、副偏角均不相同，前者的軸向切削分力有可能使車刀壓入端面，得到逐漸加深的內(nèi)凹錐面(如圖4-14(a)中虛線所示)，會(huì)造成不可修復(fù)的廢品；后者受切削力外推(如圖4-14(b)所示)，可能會(huì)車出逐漸變淺的凸面，但能修復(fù)，故車端面時(shí)要加以考慮。

圖4-14端面車刀形式

3．切斷刀

切割刀又稱割刀，用于切斷工件或切槽。刀頭長度和寬度由工件直徑及槽寬尺寸決定。用于切斷時(shí)，刀頭長度應(yīng)比切斷處外圓半徑略大一些，而在選擇寬度的時(shí)候，要考慮減少工件材料消耗，又要保證刀具本身強(qiáng)度，通常在2?mm～6?mm之間。割刀有兩個(gè)副刀削刃，一般取副偏角=?1°～2°以減少與工件側(cè)面之摩擦。

4．內(nèi)孔車刀

內(nèi)孔車刀又稱鏜刀，用在車床上加工孔內(nèi)的槽、盲孔、通孔或端面(圖4-13之10、11、12)。

鏜刀刀桿尺寸受孔徑和孔深限制，而且伸出較長，剛度相應(yīng)降低，特別在加工小直徑的深孔時(shí)，切削條件很不利，生產(chǎn)率很低。

5．成型車刀

成型車刀是根據(jù)工件外形加工出其型面輪廓而設(shè)計(jì)的專用車刀，主要用于臥式車床、轉(zhuǎn)塔車床、半自動(dòng)和自動(dòng)車床上加工工件內(nèi)、外表面的回轉(zhuǎn)型面。

用普通車刀加工固然可車削工件的復(fù)雜型面，但這種方法不僅操作費(fèi)力，生產(chǎn)率低，而且很難保證所加工的各零件有準(zhǔn)確一致的加工精度，特別是大批生產(chǎn)，困難更大。所以常采用仿形裝置或成型車刀加工；前者適用于長度較大的型面，后者主要用于長度較小的型面。在儀表制造中，常有形狀復(fù)雜、精度高而生產(chǎn)批量很大的零件，往往用成型車刀在轉(zhuǎn)塔車床或自動(dòng)車床上加工。

成型車刀按車刀形狀可分為桿形、棱形和圓形三種。

(1)桿形成型車刀：相當(dāng)于刀刃磨成特定形狀的普通車刀，桿形成型車刀構(gòu)造簡(jiǎn)單，但用鈍后，為保持刀刃形狀不變，只能沿車刀前面刃磨，可磨次數(shù)不多，常用的螺紋車刀(圖4-13之8、10)和鏟齒車刀即屬此類。

(2)棱形成型車刀：如圖4-15(a)所示，外形為棱柱體，刀頭厚，可磨次數(shù)增多，刀刃強(qiáng)度和加工精度較高，但制造復(fù)雜，且不能加工內(nèi)表面。通常用的棱形成型車刀進(jìn)給方向在工件的徑向，它與割刀進(jìn)給的方向相同。

(3)圓形成型車刀：如圖4-15(b)所示，外形為回轉(zhuǎn)體，沿圓周開缺口磨出刀刃，可重磨次數(shù)更多，其制造較為簡(jiǎn)單，且可加工內(nèi)外成型表面。

圖4-15棱形和圓形成型車刀

4.2.2其他類型車床的工藝范圍

1．轉(zhuǎn)塔、回輪車床的工藝范圍

用臥式車床加工形狀比較復(fù)雜，特別是帶有內(nèi)孔和內(nèi)外螺紋的工件，如各種階梯小軸、套筒、螺釘、螺母、接頭和法蘭盤等零件時(shí)(見圖4-16)，由于需要使用多種車刀、孔加工刀具和螺紋加工刀具，因此產(chǎn)生多次裝卸刀具、移動(dòng)尾座、頻繁對(duì)刀試切和測(cè)量尺寸等操作問題，致使生產(chǎn)率很低，工人勞動(dòng)強(qiáng)度高。轉(zhuǎn)

塔、回輪車床是針對(duì)上述問題在臥式車床的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，它與臥式車床在結(jié)構(gòu)上的主要區(qū)別是：沒有尾座和絲杠，并在床身尾部裝有一個(gè)能縱向移動(dòng)的多工位刀架，其上可安裝多把刀具(見圖4-17)。轉(zhuǎn)塔刀架可周期地轉(zhuǎn)位，將不同刀具依次轉(zhuǎn)到加工位置，順序地對(duì)工件進(jìn)行加工。因此它在成批生產(chǎn)，特別是在加工形狀較復(fù)雜的工件時(shí)，生產(chǎn)率比臥式車床高。根據(jù)多工位刀架的結(jié)構(gòu)不同，主要有轉(zhuǎn)塔式車床和回輪式車床兩種。圖4-16轉(zhuǎn)塔、回輪車床上加工的典型工件圖4-17轉(zhuǎn)塔車床

2．自動(dòng)車床的工藝范圍

自動(dòng)機(jī)床是指那些在調(diào)整好后無需工人參與便能自動(dòng)完成表面成型運(yùn)動(dòng)和輔助運(yùn)動(dòng)，并能自動(dòng)地重復(fù)其工作循環(huán)的機(jī)床。若機(jī)床能自動(dòng)完成預(yù)定的工作循環(huán)，但裝卸工作仍由人工進(jìn)行，這種機(jī)床稱為半自動(dòng)機(jī)床。相應(yīng)符合上述定義的車床就稱為自動(dòng)或半自動(dòng)車床。

機(jī)床實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化可以顯著減少輔助時(shí)間，并為多刀多工位同時(shí)加工創(chuàng)造有利條件，因而可有效地提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，還可以大大地減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，改善勞動(dòng)條件。

自動(dòng)車床種類繁多。按自動(dòng)化程度，可分為自動(dòng)、半自動(dòng)車床；按主軸數(shù)目，可分為單軸、多軸自動(dòng)車床；按工藝特征，可分為縱切、橫切自動(dòng)車床等。這里僅介紹CM1107型精密單軸縱切自動(dòng)車床。

圖4-18是CM1107型單軸縱切自動(dòng)車床的外形。它由底座1、床身2、天平刀架3、主軸箱4、送料裝置5、上刀架6、鉆鉸附件7和分配軸8等部件組成。這種機(jī)床用于加工精度較高、必須一次加工成型的軸類零件，可以車削圓柱面、圓錐面、成型面以及切槽等，特別適宜于加工圖4-19所示的細(xì)長階梯軸類零件。

圖4-18CM1107型自動(dòng)車床外形1—底座；2—床身；3—天平刀架；4—主軸箱；5—送料裝置；6—上刀架；7—鉆鉸附件；8—分配軸圖4-19自動(dòng)車床上加工的典型工件

3．立式車床的工藝范圍

立式車床用以加工厚度大、長度較短、質(zhì)量大，直徑超過1000mm的大型工件的旋轉(zhuǎn)表面。立式車床分單柱式(見圖4-20(a))和雙柱式(見圖4-20(b))兩類。單柱式立式車床只用于加工直徑不太大的工件。

圖4-20立式車床

4.2.3外圓表面的加工方法

外圓表面是軸類零件的主要表面，外圓表面的加工方法主要是車削與磨削。

1．外圓表面的車削加工

根據(jù)毛坯的制造精度和工件最終加工要求，外圓車削一般可分為粗車、半精車、精車、精細(xì)車，加工階段的劃分主要根據(jù)零件毛坯情況和加工要求來決定。

(1)粗車：中小型鍛、鑄件毛坯一般直接進(jìn)行粗車。粗車主要切去毛坯大部分余量(一般車出階梯輪廓)，在工藝系統(tǒng)剛度容許的情況下，應(yīng)選用較大的切削用量以提高生產(chǎn)效率。

(2)半精車：一般作為中等精度表面的最終加工工序，也可作為磨削和其他加工工序的預(yù)加工。對(duì)于精度較高的毛坯，可不經(jīng)粗車，直接半精車。

(3)精車：外圓表面加工的最終加工工序和光整加工前的預(yù)加工。

(4)精細(xì)車：高精度、細(xì)粗糙度表面的最終加工工序，適用于有色金屬零件的外圓表面加工，由于有色金屬零件不宜磨削，所以可采用精細(xì)車代替磨削加工。

但是，精細(xì)車要求機(jī)床精度高，剛度好，傳動(dòng)平穩(wěn)，能微量進(jìn)給，無爬行現(xiàn)象。車削中采用金剛石或硬質(zhì)合金刀具，刀具主偏角選大些(45°～90°)，刀具的刀尖圓弧半徑小于0.1～1.0mm，以減少工藝系統(tǒng)中的彈性變形及振動(dòng)。

2．車削方法的應(yīng)用

(1)普通車削：適用于各種批量的軸類零件外圓加工。單件小批量常采用臥式車床完成車削加工；中批、大批生產(chǎn)則采用自動(dòng)、半自動(dòng)車床和專用車床等完成車削加工。

(2)數(shù)控車削：適用于單件小批和中批生產(chǎn)，近年來應(yīng)用愈來愈為普遍。其主要優(yōu)點(diǎn)為柔性好，更換加工零件時(shí)設(shè)備調(diào)整和準(zhǔn)備時(shí)間短；加工時(shí)輔助時(shí)間少，可通過優(yōu)化切削參數(shù)和適應(yīng)控制等提高效率；加工質(zhì)量好，專用工夾具少，相應(yīng)生產(chǎn)準(zhǔn)備成本低；機(jī)床操作技術(shù)要求低，不受操作工人的技能、視覺、精神、體力等因素的影響。

對(duì)于軸類零件，具有以下特征時(shí)適宜選用數(shù)控車削：結(jié)構(gòu)或形狀復(fù)雜，普通加工操作難度大，工時(shí)長，加工效率低的零件；加工精度一致性要求較高的零件；切削條件多變的零件，如零件由于形狀特點(diǎn)需車槽、車孔、車螺紋等，加工中要多次改變切削用量；批量不大，但每批品種多變并有一定復(fù)雜程度的零件。

(3)車削加工中心：對(duì)于帶有鍵槽、徑向孔(含螺釘孔)、端面有分布的孔(含螺釘孔)系的軸類零件，如帶法蘭的軸、帶鍵槽或方頭的軸，還可以在車削中心上加工；除了進(jìn)行普通的數(shù)控車削外，零件上的各種槽、孔(含螺釘孔)、面等加工面也一并能加工完畢。車削加工中心的工序高度集中，其加工效率較普通數(shù)控車削更高，加工精度也更為穩(wěn)定可靠。

4.3內(nèi)孔加工

4.3.1孔的加工概述

在機(jī)械制造中，大多數(shù)零件都有孔的加工，通常在工件上形成孔，擴(kuò)大或修整已有孔的加工方法有鉆孔、擴(kuò)孔、锪孔、鏜孔和鉸孔等。在整個(gè)機(jī)械加工中，孔加工約占30%～40%。所使用的刀具主要有鉆頭、鉸刀、鏜刀，所使用機(jī)床主要是鉆床和鏜床?？准庸び幸韵绿攸c(diǎn)：

(1)與外圓加工相比，孔加工的條件一般較差。刀具在切削時(shí)，常處在已加工表面的包圍之中，刀具的散熱條件差，切削液不易進(jìn)入切削區(qū)，排屑比較困難。

(2)大部分孔加工刀具都是定尺寸刀具，如鉆頭、鉸刀等。工件的尺寸在很大程度上取決于刀具的精度。這種刀具需要有一定的容屑和排屑空間，刀具本身的剛度較差，結(jié)構(gòu)也較復(fù)雜。

(3)與外圓加工相比，在加工尺寸相同、精度相同的工件時(shí)，孔加工所需工序要多些，刀具的損耗量要大些，而且生產(chǎn)率比外圓加工低，加工成本也要高些。

4.3.2

孔的加工方法

內(nèi)孔表面加工方法較多，常用的有鉆孔、擴(kuò)孔、鉸孔、鏜孔、車孔、磨孔、拉孔和孔的精密加工等方法。其中鉆孔、擴(kuò)孔和鏜孔作為孔的粗加工與半精加工(鏜孔也可作精加工)，而鉸孔、磨孔、拉孔和孔的精密加工是孔的精加工方法。本節(jié)主要介紹常用的孔的加工方法。

1．鉆孔

用鉆頭在工件實(shí)體部位加工孔稱為鉆孔。鉆孔屬粗加工，可作為攻螺釘、擴(kuò)孔、鉸孔和鏜孔的預(yù)備加工，可達(dá)到的尺寸公差等級(jí)為IT13～I(xiàn)T11，表面粗糙度Ra?=?50～12.5?μm。鉆孔常用的工具是鉆頭，其按結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和用途可分為扁鉆、麻花鉆、深孔鉆和中心鉆等。生產(chǎn)中使用最多的是麻花鉆，由于麻花鉆長度較長，鉆芯直徑小而剛度差，又有橫刃的影響，故鉆孔有以下工藝特點(diǎn)：

(1)鉆頭容易偏斜。由于橫刃的影響，使鉆頭定心不準(zhǔn)，且鉆頭的剛度和導(dǎo)向作用較差，切削時(shí)鉆頭容易引偏和彎曲。其中在鉆床上鉆孔時(shí)，容易引起孔的軸線偏移和不直，但孔徑無顯著變化；在車床上鉆孔時(shí)，容易引起孔徑的變化，但孔的軸線仍然是直的。因此，在鉆孔前應(yīng)先加工端面，并用鉆頭或中心鉆預(yù)鉆一個(gè)錐坑，如圖4-21所示，以便鉆頭定心：鉆小孔和深孔時(shí)，為了避免孔的軸線偏移和不直，應(yīng)盡可能采用工件回轉(zhuǎn)方式進(jìn)行鉆孔。

圖4-21鉆孔時(shí)預(yù)鉆錐坑

(2)孔徑容易擴(kuò)大。鉆削時(shí)鉆頭兩切削刃徑向力不等將引起孔徑擴(kuò)大；臥式車床鉆孔時(shí)的切入引偏也是孔徑擴(kuò)大的重要原因；此外鉆頭的徑向圓跳動(dòng)等也造成了孔徑的擴(kuò)大。

(3)孔的表面質(zhì)量較差。鉆削時(shí)切屑較寬，在孔內(nèi)被迫卷為螺旋狀，流出時(shí)與孔壁發(fā)生摩擦而削傷已加工表面。

(4)鉆削時(shí)軸向力大。這主要是由鉆頭的橫刃引起的。試驗(yàn)表明，鉆孔時(shí)50%的軸向力和15%的扭矩是由橫刃產(chǎn)生的。因此，當(dāng)鉆孔直徑d＞30mm時(shí)，一般分兩次進(jìn)行鉆削。第一次鉆出(0.5～0.7)?d，第二次鉆到所需的孔徑。由于橫刃第二次不參加切削，故可采用較大的進(jìn)給量，使孔的表面質(zhì)量和生產(chǎn)率均得到提高。

2．?dāng)U孔

擴(kuò)孔是用擴(kuò)孔鉆對(duì)工件上已有的孔進(jìn)行半精加工的方法，其目的是擴(kuò)大孔徑并提高精度和降低表面粗糙度值。擴(kuò)孔可達(dá)到的尺寸公差等級(jí)為IT11～I(xiàn)T10，表面粗糙度Ra=l2.5～6.3μm，屬于孔的半精加工方法之一。擴(kuò)孔時(shí)切削深度小，易排屑，且擴(kuò)孔鉆剛度好，刀齒較多，并能糾正孔的軸線歪斜，常作鉸削前的預(yù)加工，也可作為精度不高的孔的終加工。

擴(kuò)孔方法如圖4-22所示，實(shí)際中對(duì)擴(kuò)孔余量的選擇，可按零件的技術(shù)要求查閱相關(guān)的手冊(cè)，擴(kuò)孔鉆的形式也隨之不同。擴(kuò)孔鉆可按直徑不同分為直柄、錐柄和套裝式三種類型，按材料可分為高速鋼擴(kuò)孔鉆和硬質(zhì)合金擴(kuò)孔鉆等類型。表4-1列出了部分?jǐn)U孔鉆的類型、應(yīng)用范圍和特點(diǎn)。

圖4-22擴(kuò)孔

3．鉸孔

鉸孔是對(duì)未淬硬的中、小尺寸孔進(jìn)行精加工的一種方法，是在半精加工(擴(kuò)孔或半精鏜)的基礎(chǔ)上對(duì)孔進(jìn)行的加工方法，也可用于磨孔和研孔前的預(yù)加工。鉸孔的尺寸公差等級(jí)可達(dá)IT9～I(xiàn)T7，表面粗糙度值可達(dá)Ra?=?3.2～1.6μm，精細(xì)鉸尺寸公差等級(jí)可達(dá)IT6，表面粗糙度值可達(dá)Ra?=?1.6～0.4μm。鉸孔不能糾正孔的位置誤差，因此孔的位置誤差應(yīng)在前一道工序內(nèi)保證。鉸孔的方式有機(jī)鉸和手鉸兩種類型。在實(shí)際應(yīng)用中，短孔、深孔和斷續(xù)孔的加工不宜采用鉸削加工。

1)鉸削的工藝特點(diǎn)

(1)鉸孔的精度和表面粗糙度不取決于機(jī)床的精度，而主要取決于鉸刀的精度、鉸刀的安裝方式、加工余量、切削用量和切削液等條件。例如在相同的條件下，在鉸床上鉸孔和在車床上鉸孔所獲得的精度和表面粗糙度基本一致。

(2)鉸刀為定徑的精加工刀具，鉸孔比精鏜孔容易保證尺寸精度和形狀精度，生產(chǎn)率也較高，對(duì)于小孔和細(xì)長孔更是如此。但由于鉸削余量小，鉸刀常為浮動(dòng)連接，故不能校正原孔的軸線偏斜，孔與其他表面的位置精度則需由前工序或后工序來保證。

(3)鉸孔的適應(yīng)性較差。一定直徑的鉸刀只能加工一種直徑和尺寸公差等級(jí)的孔，如需提高孔徑的公差等級(jí)，則需對(duì)鉸刀進(jìn)行研磨。鉸削的孔徑一般小于f?80mm，常用的在

f40mm以下。對(duì)于階梯孔和盲孔，則鉸削的工藝性較差。

2)鉸孔時(shí)應(yīng)注意的問題

(1)鉸削余量要適中。余量過大，會(huì)因切削熱多而導(dǎo)致鉸刀直徑增大，孔徑擴(kuò)大；余量過小，會(huì)留下底孔的刀痕，使表面粗糙度達(dá)不到要求。粗鉸余量一般為0.15～0.35mm，精鉸余量一般為0.05～0.15mm。

(2)鉸削精度較高，鉸刀齒數(shù)較多，芯部直徑大，導(dǎo)向性及剛度好。鉸削余量小，且綜合了切削和擠光作用，能獲得較高的加工精度和表面質(zhì)量。

(3)鉸削時(shí)采用較低的切削速度，并且要使用切削液，以免積屑瘤對(duì)加工質(zhì)量產(chǎn)生不良影響。粗鉸時(shí)取0.07～0.17m/s，精鉸時(shí)取0.025～0.08m/s。

(4)鉸刀適應(yīng)性很差。一把鉸刀只能加工一種尺寸、一種精度要求的孔，且直徑大于80mm的孔不適宜鉸削。

(5)為防止鉸刀軸線與主軸軸線相互偏斜而引起的孔軸線歪斜、孔徑擴(kuò)大等現(xiàn)象，鉸刀與主軸之間應(yīng)采用浮動(dòng)連接。當(dāng)采用浮動(dòng)連接時(shí)，鉸削不能校正底孔軸線的偏斜，孔的位置精度應(yīng)由前道或后道工序來保證。

(6)機(jī)用鉸刀不可倒轉(zhuǎn)，以免崩刃。

4．鏜孔、車孔

鏜孔(車孔)是用鏜刀(車刀)對(duì)已鉆出、鑄出或鍛出的孔做進(jìn)一步的加工，可在車床、鏜床上進(jìn)行。鏜孔是常用的孔加工方法之一，其加工范圍很廣，可分為粗鏜、半精鏜和精鏜。在小批量生產(chǎn)中對(duì)非標(biāo)準(zhǔn)孔、大直徑孔、精確的短孔和盲孔一般都采用鏜孔。粗鏜的尺寸精度為IT13～I(xiàn)T12，表面粗糙度值Ra?=?12.5～6.3μm；半精鏜的尺寸精度為IT10～I(xiàn)T9，表面粗糙度值Ra?=?6.3～3.2?μm；精鏜的尺寸精度為IT8～I(xiàn)T7，表面粗糙度值Ra?=?1.6～0.8?μm。

1)車床車孔

用車削方法擴(kuò)大工件的孔或加工空心工件的內(nèi)表面稱為車孔。車床車孔多用于加工盤套類和小型支架類零件的孔。在套筒零件上車孔，通常分為車通孔、車臺(tái)階孔和車不通孔(盲孔)。車削內(nèi)表面車刀在主副后面一般均磨成雙重后角防止車刀后面與工件相碰，減少車刀后面與加工表面的摩擦。

(1)車通孔：如圖4-23所示，是在車床上車削套類零件的通孔。在車通孔時(shí)，車刀應(yīng)選取較大的主偏角，一般取在45°～90°之間，相應(yīng)地減小背向力，從而防止切削時(shí)產(chǎn)生振動(dòng)。

(2)車臺(tái)階孔：如圖4-24所示，是在車床上車削套類零件的臺(tái)階孔。在車臺(tái)階孔時(shí)，車刀主偏角一般在90°～95°的范圍內(nèi)選取，刀尖與伸入孔內(nèi)的刀桿外側(cè)間的距離應(yīng)小于大、小兩孔之和的1/2，以保證孔的臺(tái)階平面能車平。

(3)車不通孔：不通孔又叫盲孔，如圖4-25所示，是在車床上車削套類零件的不通孔。在車不通孔時(shí)，除了要保證主偏角必須超過90°外，刀尖與伸入孔內(nèi)的刀桿外側(cè)間的距離應(yīng)小于孔徑的1/2，才能保證孔的臺(tái)階面能車平。

圖4-23車通孔

圖4-24車臺(tái)階孔

圖4-25車不通孔

2)鏜床鏜孔

鏜孔可在鏜床、車床、銑床上進(jìn)行加工，因受孔的尺寸的限制(特別是小直徑孔)，一般鏜桿剛度較差，容易產(chǎn)生振動(dòng)，生產(chǎn)率較低。但由于鏜刀結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，又可在多種機(jī)床上進(jìn)行鏜孔，故單件小批量生產(chǎn)中鏜孔是較經(jīng)濟(jì)的方法。此外，鏜孔能夠修正前工序加工所導(dǎo)致的軸心線歪斜和偏移，從而可以提高孔的位置精度。鏜床鏜孔主要有以下三種方式：

(1)鏜床主軸帶動(dòng)刀桿和鏜刀旋轉(zhuǎn)，工作臺(tái)帶動(dòng)工件做縱向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，如圖4-26所示，這種方式鏜削的孔徑一般小于120?mm。圖4-26所示為懸伸式刀桿，不宜伸出過長，以免彎曲變形過大，一般用以鏜削深度較小的孔。

圖4-26工件縱向進(jìn)給鏜削

(2)鏜床主軸帶動(dòng)刀桿和鏜刀旋轉(zhuǎn)，并做縱向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，如圖4-27所示。這種方式主軸懸伸的長度不斷增大，剛度隨之減弱，一般只用來鏜削長度較短的孔。

圖4-27鏜軸縱向進(jìn)給鏜削

上述兩種鏜削方式，孔徑的尺寸和公差要由調(diào)整刀頭伸出的長度來保證，需要進(jìn)行調(diào)整、試鏜和測(cè)量，孔徑合格后方能正式鏜削，其操作技術(shù)要求較高。

(3)鏜床平旋盤帶動(dòng)鏜刀旋轉(zhuǎn)，工作臺(tái)帶動(dòng)工件做縱向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。如圖4-28(a)所示，利用徑向刀架使鏜刀處于偏心位置，即可鏜削大孔。f?200mm以上的孔多用這種鏜削方式，但孔不宜過長。圖4-28(b)為鏜削內(nèi)槽，平旋盤帶動(dòng)鏜刀旋轉(zhuǎn)，徑向刀架帶動(dòng)鏜刀做連續(xù)的徑向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。若將刀尖伸出刀桿端部，亦可鏜削孔的端面。

鏜床主要用于鏜削大中型支架或箱體的支承孔、內(nèi)槽和孔的端面，也可用來鉆孔、擴(kuò)孔、鉸孔、銑槽和銑平面。

圖4-28利用平旋盤鏜削大孔和內(nèi)槽

3)鏜孔的工藝特點(diǎn)

(1)適應(yīng)性強(qiáng)。鏜削孔徑尺寸范圍很廣，且一把鏜刀可以加工不同直徑的孔；加工精度可高可低；鏜削材料可以是塑性材料，也可以是脆性材料。從結(jié)構(gòu)上講，除直徑很小且較深的孔以外，各種直徑和各種結(jié)構(gòu)類型的孔幾乎都可鏜削，如表4-2所示。

(2)能修正底孔軸線的位置偏差。鏜削時(shí)通過調(diào)整刀具和工件的相對(duì)位置，可以校正底孔的軸線位置偏差，保證孔的位置精度。

(3)加工精度較低。鏜刀與鏜桿的剛度取決于孔的尺寸和位置。小尺寸的鏜刀易振動(dòng)，特別是鏜削細(xì)長孔時(shí)。另外，鏜削加工時(shí)排屑和使用切削液都不方便，影響加工質(zhì)量，但采用金剛石鏜刀進(jìn)行精細(xì)鏜削時(shí)可獲得較小的表面粗糙度和較高的尺寸精度。

(4)成本較低。鏜刀結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，刃磨方便，加工尺寸范圍大，在單件小批生產(chǎn)中采用鏜削加工較經(jīng)濟(jì)；在大批生產(chǎn)中，需使用鏜模完成鏜削加工。

(5)生產(chǎn)率低。一般來說，鏜刀的切削刃少，生產(chǎn)率不如鉸削。

5．拉孔

1)拉削原理

拉孔是一種高效率的孔的精加工方法。除拉削圓孔外，還可拉削各種截面形狀的通孔及內(nèi)鍵槽，并可獲得較高的尺寸精度和表面粗糙度，如圖4-29所示。拉削圓孔可達(dá)的尺寸公差等級(jí)為IT9～I(xiàn)T7，表面粗糙度Ra?=?1.6～0.4μm。

圖4-29可拉削的各種孔的形狀

2)拉削的工藝特點(diǎn)

(1)拉削時(shí)拉刀多齒同時(shí)工作，在一次行程中完成粗精加工，因此生產(chǎn)率高。

(2)拉刀為定尺寸刀具，且有校準(zhǔn)齒進(jìn)行校準(zhǔn)和修光；拉床采用液壓系統(tǒng)，傳動(dòng)平穩(wěn)，拉削速度很低，一般為2～8?m/min，切削厚度薄，不會(huì)產(chǎn)生積屑瘤，因此拉削可獲得較高的加工質(zhì)量。

(3)拉孔不能修正前一道工序加工所導(dǎo)致的軸心線歪斜和偏移，因此拉孔不能提高孔的位置精度。

(4)拉刀制造復(fù)雜，成本昂貴，一把拉刀只適用于一種規(guī)格尺寸的孔或鍵槽，因此拉削主要用于大批大量生產(chǎn)或定型產(chǎn)品的成批生產(chǎn)。

(5)拉削不能加工臺(tái)階孔和盲孔。由于拉床的工作特點(diǎn)，某些復(fù)雜零件的孔也不宜進(jìn)行拉削，例如箱體上的孔。

4.4平面加工

平面加工方法有刨、銑、拉、磨等，刨削和銑削常用于平面的粗加工和半精加工，而磨削則用于平面的精加工。此外還有刮研、研磨、超精加工、拋光等光整加工方法。采用哪種加工方法較合理，需根據(jù)零件的形狀、尺寸、材料、技術(shù)要求、生產(chǎn)類型及工廠現(xiàn)有設(shè)備來決定。

4.4.1銑削加工概述

1．銑削加工適用范圍

銑削是金屬切削加工常用的方法之一。銑削可以加工平面、臺(tái)階面、溝槽(鍵槽、T形槽、燕尾槽等)、分齒零件(齒輪、鏈輪、棘輪、花鍵軸等)、螺旋形表面(螺紋、螺旋槽)及各種曲面等，如圖4-30所示。

從圖中看出，銑削可以加工各種形狀的表面，而且使用范圍還在不斷擴(kuò)大。近來，已有用精銑刀加工導(dǎo)軌面，加工表面粗糙度Ra?=?0.8～0.4?mm，代替了精刨和磨削工藝，大大提高了生產(chǎn)率，成為高效切削加工方法。

圖4-30銑削加工的典型表面

2．銑削方式

在銑削過程中，刀齒依次切入和切離工件，切削厚度與切削面積隨時(shí)在變化，容易引起振動(dòng)和沖擊，所以銑削過程又有一些特殊規(guī)律。銑削方式是指銑削時(shí)銑刀相對(duì)于工件的運(yùn)動(dòng)和位置關(guān)系。它對(duì)銑刀壽命、工件加工表面粗糙度、銑削過程平穩(wěn)性及切削加工生產(chǎn)率都有較大的影響。銑刀刀齒在刀具上的分布有兩種形式：一種是切削刃分布在銑刀的圓柱面上；一種是切削刃分布在銑刀的端部。這兩種形式對(duì)應(yīng)的銑削方式分別是圓周銑削(周銑)和端面銑削(端銑)。

1)周銑

周銑是用銑刀圓周上的切削刃來銑削工件的表面。銑削時(shí)，根據(jù)銑刀旋轉(zhuǎn)方向和工件進(jìn)給方向的相互關(guān)系，可分為逆銑和順銑兩種，如圖4-31所示。

圖4-31順銑與逆銑

(1)逆銑。

在切削部位，刀齒的旋轉(zhuǎn)方向和工件的進(jìn)給方向相反稱為逆銑。切削過程中，切削厚度從零逐漸增大到最大。開始切削時(shí)，由于切削厚度為零，小于銑刀刃口鈍圓半徑，刀齒在加工表面上擠壓、滑移，切不下切屑，使這段表面產(chǎn)生嚴(yán)重冷硬層，直到切削厚度大于刃口鈍圓半徑，才能切下切屑。在剛開始切削時(shí)的一段已加工表面形成冷硬層，致使工件表面粗糙，刀齒容易磨損。

逆銑時(shí)，刀齒初切入工件，由于與工件的擠壓摩擦，垂直分力FfN可能向下；當(dāng)?shù)洱X切離工件時(shí)，F(xiàn)fN可能向上，工件受向上抬的切削力。在切削過程中，垂直分力的方向時(shí)上時(shí)下，引起振動(dòng)，從而影響加工精度。

銑床工作臺(tái)的縱向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)一般是依靠工作臺(tái)下面的絲杠和螺母來實(shí)現(xiàn)的，螺母固定不動(dòng)，絲杠一邊轉(zhuǎn)動(dòng)，一邊帶動(dòng)工作臺(tái)移動(dòng)。在逆銑時(shí)，工件所受的水平分力方向與縱向進(jìn)給方向相反，使絲杠與螺母間傳動(dòng)面緊貼，故工作臺(tái)不會(huì)發(fā)生竄動(dòng)現(xiàn)象，銑削較平穩(wěn)。

(2)順銑。

在切削部位刀齒的旋轉(zhuǎn)方向和工件的進(jìn)給方向相同，稱為順銑，如圖4-31(b)所示。切削時(shí)，切削厚度從最大開始逐漸減小至零，避免在已加工表面產(chǎn)生冷硬層，刀齒也不會(huì)產(chǎn)生擠壓、滑移現(xiàn)象，從而使工件表面粗糙度減小，銑刀耐用度可提高2～3倍。但順銑不宜于銑削帶硬皮的工件。

順銑時(shí)，在切削過程中垂直分力FfN始終向下，把工件壓在工作臺(tái)上，不會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)，可獲得好的加工質(zhì)量。

順銑時(shí)，工件所受的水平分力Ff與縱向進(jìn)給方向相同?？v向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)是由銑床工作臺(tái)下面的絲杠和螺母實(shí)現(xiàn)的，本來應(yīng)當(dāng)由螺母螺紋表面推動(dòng)絲杠前進(jìn)，但由于絲杠、螺母之間螺紋有軸向間隙，所以螺母與螺紋只能在右側(cè)面接觸。在切削過程中，當(dāng)水平分力Ff超過螺母螺紋表面推動(dòng)絲杠前進(jìn)的力時(shí)，就變成由銑刀帶動(dòng)工作臺(tái)前進(jìn)，使工作臺(tái)帶動(dòng)絲杠向左竄動(dòng)，絲杠與螺母?jìng)鲃?dòng)右側(cè)面出現(xiàn)間隙。在切削過程中，水平分力Ff可能不穩(wěn)定，致使工作臺(tái)帶動(dòng)絲杠左右竄動(dòng)，造成工作臺(tái)顫動(dòng)和進(jìn)給不均勻，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使銑刀崩刃。因此在沒有消除絲杠與螺母間隙裝置的銑床上，是無法采用順銑的。

2)端銑

端銑是用銑刀端面上的刀齒銑削工件表面的一種加工方式。端銑可分為對(duì)稱銑、不對(duì)稱逆銑和不對(duì)稱順銑。

(1)對(duì)稱銑：工件安裝在端銑刀的對(duì)稱位置上進(jìn)行銑削，如圖4-32(a)所示。這種方式具有較大的平均切削厚度，可使刀齒在加工表面冷硬層下銑削，避免了銑削開始時(shí)對(duì)加工表面硬度的擠刮，從而可提高銑刀的耐用度，能獲得比較均勻的已加工表面質(zhì)量。銑削淬硬鋼時(shí)，宜采用這種方式。

(2)不對(duì)稱逆銑：工件安裝偏向端銑切入一邊進(jìn)行銑削，如圖4-32(b)所示。端銑刀從最小的切削厚度切入，從較大的切削厚度切出。切入時(shí)切削厚度最小，可減少切入時(shí)的沖擊力，當(dāng)銑削碳鋼和一般合金鋼時(shí)，可提高硬質(zhì)合金端銑刀耐用度一倍左右，也可減小工件已加工表面粗糙度數(shù)值。

(3)不對(duì)稱順銑：工件安裝偏向端銑刀切出一邊進(jìn)行銑削，如圖4-32(c)所示。端銑刀從最大的切削厚度切入，從最小的切削厚度切出，適合銑削不銹鋼和耐熱合金鋼。因?yàn)殂娤鬟@些材料工件切出時(shí)切屑與被切削層分離，一部分金屬受壓而成為毛刺，這時(shí)對(duì)切削刃來說，受到一個(gè)力，也是一次沖擊。以最小的切削厚度切出，可減少這樣的沖擊，能提高銑刀的耐用度。

圖4-32三種端銑方式

3)端銑與周銑加工的特點(diǎn)

端銑與周銑均可加工平面，但端銑比周銑的生產(chǎn)率高，表面質(zhì)量好，故一般采用端銑；但周銑也有它的用途，如可同時(shí)裝幾把刀加工組合平面等。銑削平面時(shí)根據(jù)具體情況，決定使用哪種銑削方式。對(duì)端銑和周銑作如下分析：

(1)端銑時(shí)形成已加工表面是靠主切削刃，過渡刃和副切削刃有修光的作用，使已加工表面粗糙度數(shù)值小。周銑僅由主切削刃形成加工表面，特別是逆銑時(shí)切削厚度從零開始，刀齒產(chǎn)生滑移使刀齒磨損加劇，已加工表面粗糙度數(shù)值大，因此從加工表面質(zhì)量方面看，周銑比端銑差些。

(2)端銑時(shí)每齒切下的切削層厚度變化較小，故切削力變化較小，不會(huì)使切削過程有較大的振動(dòng)。周銑切削層厚度變化很大，切削力變化也大，使切削過程振動(dòng)較大。

(3)端銑時(shí)所用的端銑刀便于使用機(jī)械夾固可轉(zhuǎn)位硬質(zhì)合金刀片或鑲裝硬質(zhì)合金刀片，主軸剛度較好，可進(jìn)行高速銑削，故生產(chǎn)率高。周銑由于使用的圓柱銑刀和本身結(jié)構(gòu)的關(guān)系，難以用硬質(zhì)合金刀，也不能使用很高的切削速度。

(4)端銑時(shí)同時(shí)參加切削的刀齒數(shù)較多，銑削過程比較平穩(wěn)，有利于提高加工表面質(zhì)量。

4.4.2銑削加工的刀具

銑刀為多齒回轉(zhuǎn)刀具，其每一個(gè)刀齒都相當(dāng)于一把車刀固定在銑刀的回轉(zhuǎn)面上。銑刀種類很多，結(jié)構(gòu)不一，應(yīng)用范圍很廣，按其用途可分為加工平面用銑刀、加工溝槽用銑刀、加工成型面用銑刀等三大類。通用規(guī)格的銑刀已標(biāo)準(zhǔn)化，一般均由專業(yè)工具廠生產(chǎn)。下面介紹幾種常用銑刀的特點(diǎn)及其適用范圍。

1．圓柱銑刀

圓柱銑刀如圖4-33所示。它一般都是用高速鋼整體制成的，螺旋形切削刃分布在圓柱表面上，沒有副切削刃，螺旋形的刀齒切削時(shí)是逐漸切入和脫離工件的，所以切削過程較平穩(wěn)。圓柱銑刀主要用于臥式銑床上加工寬度小于銑刀長度的狹長平面。根據(jù)加工要求不同，圓柱銑刀有粗齒、細(xì)齒之分，粗齒的容屑槽大，用于粗加工；細(xì)齒用于精加工。銑刀大徑較大時(shí)，常制成鑲齒式。圖4-33圓柱銑刀

2．端銑刀

端銑刀如圖4-34所示，主切削刃分布在圓柱或圓錐表面上，端面切削刃為副切削刃，銑刀的軸線垂直于被加工表面。按刀齒材料可分為高速鋼和硬質(zhì)合金兩大類，多制成套式鑲齒結(jié)構(gòu)，主要用在立式銑床和臥式銑床上加工臺(tái)階面和平面，特別適合較大平面的加工，主偏角為90°的端銑刀可銑底部較寬的臺(tái)階面。用端銑刀加工平面，同時(shí)參加切削的刀齒較多，又有副切削刃的修光作用，使加工表面粗糙度值小，因此可以用較大的切削用量，生產(chǎn)率較高，應(yīng)用廣泛。

圖4-34端銑刀

3．立銑刀

立銑刀如圖4-35所示，一般由3～4個(gè)刀齒組成，圓柱面上的切削刃是主切削刃，端面上分布著副切削刃，工作時(shí)不能沿銑刀軸線方向作進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。它主要用于加工凹槽、臺(tái)階面以及利用靠模加工成型面。另外有粗齒大螺旋角立銑刀、玉米銑刀、硬質(zhì)合金波形刃立銑刀等，它們的直徑較大，可以采用大的進(jìn)給量，生產(chǎn)率很高。

4．三面刃銑刀

三面刃銑刀如圖4-36所示，可分為直齒三面刃和錯(cuò)齒三面刃。它主要用在臥式銑床上加工臺(tái)階面和一端或兩端貫穿的淺溝槽。三面刃銑刀除圓周具有主切削刃外，兩側(cè)面也有副切削刃，從而改善了切削條件，提高了切削效率，減小了表面粗糙度值。

三面刃銑刀重磨后寬度尺寸變化較大，鑲齒三面刃銑刀可解決這一個(gè)問題。

圖4-35立銑刀

圖4-36三面刃銑刀

5．鋸片銑刀

鋸片銑刀如圖4-37所示，鋸片銑刀本身很薄，只在圓周上有刀齒，用于切斷工件和銑窄槽。為了避免夾刀，其厚度由邊緣向中心減薄，使兩側(cè)形成副偏角。

圖4-37鋸片銑刀

6．鍵槽銑刀

鍵槽銑刀如圖4-38所示。它的外形與立銑刀相似，不同的是它在圓周上只有兩個(gè)螺旋刀齒，其端面刀齒的刀刃延伸至中心，因此在銑兩端不通的鍵槽時(shí)，可以作適量的軸向進(jìn)給。它主要用于加工圓頭封閉鍵槽，使用它加工時(shí)，要作多次垂直進(jìn)給和縱向進(jìn)給才能完成鍵槽加工。圖4-38鍵槽銑刀

此外還有角度銑刀(見圖4-39(a)、(b)、(c))、成型銑刀(見圖4-39(d)、(e)、(f))、T形槽銑刀(見圖4-39(g))、燕尾槽銑刀(見圖4-39(h))、仿形銑用的指狀銑刀(見圖4-39(i))等。

圖4-39特種銑刀

4.4.3銑削加工的工藝特點(diǎn)

銑削加工的工藝特點(diǎn)如下：

(1)工藝范圍廣。通過合理地選用銑刀和銑床附件，銑削不僅可以加工平面、溝槽、成型面、臺(tái)階，還可以進(jìn)行切斷和分度加工。

(2)生產(chǎn)效率高。銑削時(shí)，同時(shí)參加銑削的刀齒較多，進(jìn)給速度快，銑削的主運(yùn)動(dòng)是銑刀的旋轉(zhuǎn)，有利于進(jìn)行高速切削。因此，銑削生產(chǎn)效率比刨削高。

(3)刀齒散熱條件較好。由于是間斷切削，每個(gè)刀齒依次參加切削。在切離工件的一段時(shí)間內(nèi)，刀齒可以得到冷卻，有利于減小銑刀的磨損，延長使用壽命。

(4)容易產(chǎn)生振動(dòng)。銑削過程是多刀齒的不連續(xù)切削，刀齒的切削厚度和切削力時(shí)刻變化，容易引起振動(dòng)，對(duì)加工質(zhì)量有一定影響。另外，銑刀刀齒安裝高度的誤差，會(huì)影響工件表面的粗糙度值。

4.4.4刨削

刨削是單件小批量生產(chǎn)的平面加工最常用的加工方法，加工精度一般可達(dá)IT9～I(xiàn)T7，表面粗糙值Ra?=?12.5～1.6?mm。刨削可以在牛頭刨床或龍門刨床上進(jìn)行，如圖4-40所示。刨削的主運(yùn)動(dòng)是變速往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)。因?yàn)樵谧兯贂r(shí)有慣性，限制了切削速度的提高，并且在回程時(shí)不切削，所以刨削加工生產(chǎn)效率低。但刨削所需的機(jī)床、刀具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造安裝方便，調(diào)整容易，通用性強(qiáng)。因此在單件、小批生產(chǎn)中特別是加工狹長平面時(shí)被廣泛應(yīng)用。

圖4-40刨削

當(dāng)前，普遍采用寬刃刀精刨代替刮研，能取得良好的效果，如圖4-41所示。采用寬刃刀精刨，切削速度較低(2～5?m/min)，加工余量小(預(yù)刨余量為0.08～0.12?mm，終刨余量為0.03～0.05?mm)，工件發(fā)熱變形小，可獲得較小的表面粗糙度值(Ra?=?0.8～0.25?mm)和較高的加工精度(直線度為0.02/1000)，且生產(chǎn)率也較高。圖4-41所示的寬刃精刨刀，前角為?-10°～-15°，有擠光作用；后角為5°，可增加后面支承，防止振動(dòng)；刃傾角為3°～5°。加工時(shí)用煤油作切削液。

圖4-41寬刃精刨刀刨削

4.5磨削加工

磨削是一種被廣泛使用的切削加工方法。磨削后可達(dá)到加工精度IT6～I(xiàn)T4，表面粗糙度Ra=0.8～0.25?mm。它除能磨削普通材料外，還能磨削一般刀具難以切削的高硬度材料，如淬硬鋼、硬質(zhì)合金、陶瓷等，以及磨削外圓、內(nèi)孔、平面、螺紋、花鍵、齒輪和成型表面。磨削既可用于精加工和超精加工，也可用于荒加工和粗加工。此外，隨著高速磨削和強(qiáng)力磨削工藝的發(fā)展，進(jìn)一步提高了磨削效率，磨削加工的使用范圍正日益擴(kuò)大。

4.5.1磨削過程與磨削運(yùn)動(dòng)

1．磨削運(yùn)動(dòng)

生產(chǎn)中常用的外圓、內(nèi)圓和平面磨削一般分為主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，參見圖4-42。

圖4-42磨削運(yùn)動(dòng)

1)主運(yùn)動(dòng)

砂輪旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)是主運(yùn)動(dòng)。砂輪旋轉(zhuǎn)的線速度為磨削速度vc，單位為m/s。

2)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)

磨削的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)可分為以下幾種：

(1)背向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)：砂輪切入工件的運(yùn)動(dòng)，其大小用背向進(jìn)給量fp表示。fp指工作臺(tái)每單行程或雙行程切入工件的深度，單位為mm/單行程或mm/雙行程。

(2)軸向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)：工件相對(duì)于砂輪的軸向運(yùn)動(dòng)，其大小用進(jìn)給量ff表示。ff指工件每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)或工作臺(tái)每一次行程，工件相對(duì)于砂輪的軸向移動(dòng)距離，單位為mm/r或mm/單行程。

(3)圓周(直線)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)：工件的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)(或工作臺(tái)的往復(fù)直線運(yùn)動(dòng))，其大小用vw表示。vw指工件旋轉(zhuǎn)線速度或工作臺(tái)直線移動(dòng)速度，單位為m/min。

外圓磨削的速度：

平面磨削的速度：

式中：dw——工作直徑，mm；

nw——工作轉(zhuǎn)速，r/mm；

L——工作臺(tái)行程長度，mm；

nr——工作臺(tái)每分鐘的往復(fù)次數(shù)，雙行程/min。

2．磨削表面質(zhì)量

磨削表面質(zhì)量包括磨削的表面粗糙度、表面燒傷和表面殘余應(yīng)力三個(gè)方面，下面分別加以分析。

1)表面粗糙度

磨削的表面粗糙度是由砂輪上的磨粒在工件表面上形成的殘留面積和工藝系統(tǒng)振動(dòng)所引起的振紋組成的。

磨削時(shí)的殘留面積取決于砂輪的粒度、硬度、砂輪的修整情況和磨削用量的選擇。

磨削時(shí)的振動(dòng)對(duì)粗糙度的影響比殘留面積大得多，減小振動(dòng)的措施有：嚴(yán)格控制磨床主軸的徑向圓跳動(dòng)；確保砂輪及其他高速旋轉(zhuǎn)部件經(jīng)過仔細(xì)地動(dòng)平衡；避免工作臺(tái)進(jìn)給時(shí)的爬行；提高磨床動(dòng)剛度；合理選擇砂輪與磨削用量等。

2)表面燒傷

磨削時(shí)，磨削熱的產(chǎn)生使工件表面層金屬發(fā)生相變，其硬度與塑性發(fā)生變化。這種表面變質(zhì)的現(xiàn)象稱為表面燒傷。表面燒傷損壞了零件的表層組織，影響零件的使用壽命。生產(chǎn)中，合理選用砂輪及磨削用量，采用良好的冷卻措施，改進(jìn)磨床結(jié)構(gòu)等可降低磨削溫度，避免表面燒傷現(xiàn)象的產(chǎn)生。

3)表面殘余應(yīng)力

殘余應(yīng)力是指零件在去除外力和熱源作用后，存在于零件內(nèi)部的保持零件內(nèi)部各部分平衡的應(yīng)力。殘余應(yīng)力的產(chǎn)生有下列三個(gè)原因：相變引起金相結(jié)構(gòu)的體積變化而產(chǎn)生的相變應(yīng)力；溫度引起的熱脹冷縮不均而產(chǎn)生的熱應(yīng)力；塑性變形不均而產(chǎn)生的塑變應(yīng)力。

磨削后工件表層的殘余應(yīng)力是由相變應(yīng)力、熱應(yīng)力和塑變應(yīng)力合成的。殘余壓應(yīng)力可提高零件疲勞強(qiáng)度和使用壽命，而殘余拉應(yīng)力將使零件表面翹曲、強(qiáng)度下降，形成疲勞破壞，所以磨削時(shí)應(yīng)盡量避免形成殘余拉應(yīng)力。

磨削時(shí)采用切削液及減少背吃刀量可以使表面殘余拉應(yīng)力顯著降低。此外，由于磨削的殘余應(yīng)力與精磨次數(shù)有關(guān)，增加精磨次數(shù)可顯著降低殘余應(yīng)力。

4.5.2磨削加工方法

磨床用于磨削各種表面，如內(nèi)外圓柱面和圓錐面、平面、螺旋面、齒輪的輪齒表面以及各種成型面等，還可以刃磨刀具，應(yīng)用范圍非常廣泛。

由于磨削加工容易得到高的加工精度和好的表面質(zhì)量，所以磨床主要應(yīng)用于零件的精加工，尤其是淬硬鋼件和高硬度特殊材料的精加工。近年來由于科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代機(jī)械零件的精度和表面粗糙度要求愈來愈高，各種高硬度材料的應(yīng)用日益增多，以及由于精密鑄造和精密鍛造工藝的發(fā)展，有可能將毛坯直接磨成成品。

1．平面磨削

平面磨床主要用于磨削各種平面，其磨削方法如圖4-43所示。

根據(jù)砂輪的工作面不同，平面磨床可以分為用砂輪周邊(即圓周)進(jìn)行磨削和用砂輪端面進(jìn)行磨削兩類。用砂輪周邊磨削的平面磨床，砂輪主軸為水平布置(臥式)；而用砂輪端面磨削的平面磨床，砂輪主軸為豎直布置。根據(jù)工作臺(tái)的形狀不同，平面磨床又分為矩形工作臺(tái)和圓形工作臺(tái)兩類。

圖4-43平面磨床磨削方法

按上述方法分類，常把普通平面磨床分為四類：臥軸矩臺(tái)式平面磨床(見圖4-43(a))、臥軸圓臺(tái)式平面磨床(見圖4-43(b))、立軸矩臺(tái)式平面磨床(見圖4-43(c))、立軸圓臺(tái)式平面磨床(見圖4-43(d))。

圖4-43中，nt為砂輪的旋轉(zhuǎn)主運(yùn)動(dòng)；f1為工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)直線進(jìn)給運(yùn)動(dòng)；f2為軸向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)；f3為砂輪垂直周期切入進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。

目前我國生產(chǎn)的臥軸矩臺(tái)平面磨床能達(dá)到的加工質(zhì)量如下：

普通精度級(jí)：試件精磨后，加工面對(duì)基準(zhǔn)面的平行度為0.015?mm/1000?mm，表面粗糙度Ra?=?0.32～0.63?μm；

高精度級(jí)：試件精磨后，加工面對(duì)基準(zhǔn)面的平行度為0.005?mm/1000?mm，表面粗糙度Ra?=?0.04～0.01?m。

2．無心磨削

無心磨削是用無心外圓磨削，是外圓磨削的一種特殊形式。磨削時(shí)，工件不用頂尖來定心和支承，而是直接將工件放在砂輪、導(dǎo)輪之間，用托板支承著，工件被磨削的外圓面作定位面，如圖4-44所示。

圖4-44無心外圓磨削的加工示意圖

1)工作原理

從圖4-44(a)可以看出，砂輪和導(dǎo)輪的旋轉(zhuǎn)方向相同，磨削砂輪的圓周速度很大(約為導(dǎo)輪的70～80倍)，通過切向磨削力帶動(dòng)工件旋轉(zhuǎn)，但導(dǎo)輪是用摩擦系數(shù)較大的樹脂或橡膠作粘結(jié)劑制成的剛玉砂輪，它依靠摩擦力限制工件旋轉(zhuǎn)，使工件的圓周線速度基本上等于導(dǎo)輪的線速度，從而在磨削輪和工件間形成很大的速度差，產(chǎn)生磨削作用。改變導(dǎo)輪的轉(zhuǎn)速，可以調(diào)節(jié)工件的圓周進(jìn)給速度。

為了加快成圓過程和提高工件圓度，工件的中心必須高于磨削輪和導(dǎo)輪的中心連線(見圖4-44(a))，這樣便能使工件與磨削砂輪的導(dǎo)輪間的接觸點(diǎn)不可能對(duì)稱，于是工件上的某些凸起表面(即棱圓部分)在多次轉(zhuǎn)動(dòng)中能逐漸磨圓。所以，工件中心高于砂輪和導(dǎo)輪的連心線是工件磨圓的關(guān)鍵，但高出的距離不能太大，否則導(dǎo)輪對(duì)工件的向上垂直分力有可能引起工件跳動(dòng)，影響加工表面質(zhì)量。一般h?=?(0.15～0.25)d，d為工件直徑。

2)磨削方式

無心外圓磨床有兩種磨削方式：貫穿磨削法(縱磨法)和切入磨削法(橫磨法)。

貫穿磨削時(shí)，將工件從機(jī)床前面放到托板上，推入磨削區(qū)域后，工件旋轉(zhuǎn)，同時(shí)又軸向向前移動(dòng)，從機(jī)床另一端出去就磨削完畢。而另一個(gè)工件可相繼進(jìn)入磨削區(qū)，這樣就可以一件接一件地連續(xù)加工。工件的軸向進(jìn)給是由于導(dǎo)輪的中心線在豎直平面內(nèi)向前傾斜了a角所引起的(見圖4-44(b))。為了保證導(dǎo)輪與工件間的接觸線呈直線形狀，需將導(dǎo)輪的形狀修正成回轉(zhuǎn)雙曲面形。

切入磨削時(shí)，先將工件放在托板和導(dǎo)輪之間，然后使磨削砂輪橫向切入進(jìn)給，來磨削工件表面。這時(shí)導(dǎo)輪的軸心線僅傾斜很少的角度(約30′?)，對(duì)工件有微小的軸向推力，使它靠住擋塊(見圖4-44(c))，得到可靠的軸向定位。

3)特點(diǎn)與應(yīng)用

在無心磨床上加工工件時(shí)，工件不需打中心孔，且裝夾工件省時(shí)省力，可連續(xù)磨削，所以生產(chǎn)效率較高。

由于工件定位基準(zhǔn)是被磨削的外圓表面，而不是中心孔，所以就消除了工件中心孔誤差、外圓磨床工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)方向與前后頂尖連線的不平行以及頂尖的徑向圓跳動(dòng)等項(xiàng)誤差的影響。所以磨削出來的工件尺寸精度和幾何精度比較高，表面粗糙度比較好。如果配備適當(dāng)?shù)淖詣?dòng)裝卸料機(jī)構(gòu)，則易于實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)工作。

無心磨床在成批、大量生產(chǎn)中的應(yīng)用較普通，并且隨著無心磨床結(jié)構(gòu)進(jìn)一步改進(jìn)，加工精度和自動(dòng)化程度的逐步提高，其應(yīng)用范圍有日益擴(kuò)大的趨勢(shì)。

但是，由于無心磨床調(diào)整費(fèi)時(shí)，所以，批量較小時(shí)不宜采用。當(dāng)工件表面周向不連續(xù)(例如有長鍵槽)或與其他表面的同軸度要求較高時(shí)，不宜采用無心磨床加工。

3．內(nèi)圓磨床

內(nèi)圓磨床主要用于磨削各種內(nèi)孔(包括圓柱形通孔、盲孔、階梯孔以及圓錐孔等)。某些內(nèi)圓磨床還附有磨削端面的磨頭。

內(nèi)圓磨床的主要類型有普通內(nèi)圓磨床、無心內(nèi)圓磨床和行星式內(nèi)圓磨床。

普通內(nèi)圓磨床是生產(chǎn)中應(yīng)用最廣的一種內(nèi)圓磨床。圖4-45(a)、(b)為采用縱磨法或切入法磨削內(nèi)孔；圖4-45(c)為采用專門的端磨裝置，可在工件一次裝夾中磨削內(nèi)孔和端面，這樣不僅易于保證孔和端面的垂直度，而且生產(chǎn)率較高。

圖4-45普通內(nèi)圓磨床的磨削方法

普通精度內(nèi)圓磨床的加工精度為：對(duì)于最大磨削孔徑為50～200?mm的機(jī)床，如試件的孔徑為機(jī)床最大磨削孔徑的一半，磨削孔深為機(jī)床最大磨削深度的一半時(shí)，精磨后能達(dá)到圓度≤0.006?mm、圓柱度≤0.005?mm及表面粗糙度Ra?=?0.32～0.63?mm。

為了滿足成批和大量生產(chǎn)的需要，還有自動(dòng)化程度較高的半自動(dòng)和全自動(dòng)內(nèi)圓磨床。這種機(jī)床從裝上工件到加工完畢，整個(gè)磨削過程為全自動(dòng)循環(huán)的，工件尺寸采用自動(dòng)測(cè)量儀自動(dòng)控制。所以，全自動(dòng)內(nèi)圓磨床生產(chǎn)率較高，并可投入自動(dòng)線中使用。

4．砂帶磨削

砂帶磨削是用高速運(yùn)動(dòng)的砂帶作為磨削工具磨削各種表面的加工方法，它是近年來發(fā)展極為迅速的一種新型高效磨削方法，能得到高的加工精度和表面質(zhì)量，具有廣泛的應(yīng)用前景和應(yīng)用范圍。

4.6光整加工與表面處理

對(duì)于某些要求高的表面，在精加工(精車、精鏜、磨削、拉削等)之后，如果需要進(jìn)一步提高精度和降低粗糙度，可采用珩磨或研磨進(jìn)行光整加工；如果只需進(jìn)一步降低粗糙度，則可采用超精加工或拋光。

4.6.1珩磨

與其他光整加工方法相比較，珩磨具有如下特點(diǎn)：

(1)生產(chǎn)率較高。珩磨時(shí)有多個(gè)磨條同時(shí)工作，并且經(jīng)常連續(xù)變化切削方向，能較長時(shí)間保持磨粒鋒利，所以珩磨的效率較高。珩磨余量比研磨稍大，一