《機(jī)械制造技術(shù)》課件1第4章

第4章各種表面的加工方法4.1外圓表面加工4.2孔加工4.3平面加工4.4螺紋加工4.5齒輪加工

4.1外圓表面加工

4.1.1車(chē)外圓

車(chē)外圓是目前生產(chǎn)中外圓加工的一種主要方法。與其它加工方法相比，車(chē)削是去除金屬最經(jīng)濟(jì)、最有效的加工方法。

車(chē)外圓是在各種車(chē)床上進(jìn)行的，由于采用車(chē)刀來(lái)加工，因此受刀具硬度的限制，只適于中等以下硬度材料的加工。車(chē)削工藝范圍很廣，廣泛應(yīng)用于粗加工和半精加工，有時(shí)也可用于精加工。從加工表面的類(lèi)型看，不僅可以加工外圓，還可以加工內(nèi)圓（孔）、內(nèi)外圓錐面、內(nèi)外螺紋、內(nèi)外環(huán)槽以及成形表面等。

車(chē)削時(shí)工件的安裝方法有卡盤(pán)安裝、頂尖安裝和車(chē)床夾具安裝。當(dāng)工件長(zhǎng)徑比較大時(shí)，為了提高工件的剛度，還需使用中心架或跟刀架。

由于車(chē)削時(shí)一般都采用單刀切削，故提高生產(chǎn)率是車(chē)削加工中存在的主要問(wèn)題，特別是在粗加工中。為了提高車(chē)削生產(chǎn)率，生產(chǎn)中出現(xiàn)了許多有別于普通車(chē)削加工的方法，下面分別做以簡(jiǎn)要介紹。

1.高速車(chē)削

提高切削速度是提高車(chē)削生產(chǎn)率的有效途徑之一，而限制切削速度提高的主要因素是刀具的耐用度。新型刀具材料的出現(xiàn)，使切削速度得以大大的提高，目前硬質(zhì)合金車(chē)刀的切削速度已由原來(lái)的25～55m/min提高到100～300m/min，從而提高了車(chē)削的生產(chǎn)率。

2.強(qiáng)力車(chē)削

強(qiáng)力車(chē)削是利用硬質(zhì)合金車(chē)刀，采用加大進(jìn)給量的辦法進(jìn)行加工的一種高效率加工方法。其特點(diǎn)是在車(chē)刀刀尖處磨出一平行于工件軸線、長(zhǎng)度為1.5f的修光刃，這樣就可以將進(jìn)給量提高幾倍乃至十幾倍，從而大大提高車(chē)削的生產(chǎn)率。

由于強(qiáng)力車(chē)削時(shí)切削力很大，因此只適用于粗加工剛度較好的軸類(lèi)零件，而不適用于車(chē)削細(xì)長(zhǎng)軸和階梯軸。

3.多刀車(chē)削

多刀車(chē)削也是提高車(chē)削生產(chǎn)率的有效方法之一。采用多刀車(chē)削，可以同時(shí)加工工件的不同表面，減少了刀架的加工行程長(zhǎng)度。

多刀車(chē)削可在多刀車(chē)床上進(jìn)行，也可以在普通車(chē)床上安上后刀架進(jìn)行加工。

多刀車(chē)削適用于加工各種階梯軸。但同時(shí)工作的刀具數(shù)并非越多越好，因?yàn)橥瑫r(shí)工作的刀具數(shù)增多后，工件的轉(zhuǎn)速則須相應(yīng)降低，這樣會(huì)使生產(chǎn)率受到影響。此外，同時(shí)工作的刀具數(shù)增多后，由工藝系統(tǒng)剛度不足所引起的變形將會(huì)增大，使工件的加工精度受到影響。

4.精密車(chē)削

一般將能達(dá)到IT5~IT6級(jí)公差和Ra值為0.04～5μm的車(chē)削稱(chēng)為精密車(chē)削。它主要用于那些不能采用磨削或研磨加工的零件，如有色金屬零件的車(chē)削。另外，對(duì)某些在設(shè)計(jì)性能要求上不允許采用磨削、研磨或拋光等來(lái)達(dá)到最后要求表面的零件，也必須采用精密車(chē)削。

精密車(chē)削又稱(chēng)金剛車(chē)，這是因?yàn)榧庸な褂玫牡毒呤怯媒饎偸圃斓?。金剛石具有很高的硬度與耐磨性，但成本很高，因此目前生產(chǎn)中大多采用細(xì)顆粒的硬質(zhì)合金來(lái)替代。

精密車(chē)削需在精密車(chē)床上進(jìn)行。這是因?yàn)榫苘?chē)削對(duì)所用機(jī)床的制造精度要求很高，如主軸應(yīng)有很高的回轉(zhuǎn)精度（其徑向跳動(dòng)小于1μm，端面跳動(dòng)小于0.5μm）；機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)應(yīng)有微進(jìn)給裝置，工作時(shí)應(yīng)平穩(wěn)無(wú)爬行；機(jī)床應(yīng)具有良好的動(dòng)態(tài)特性，并有完善的消振與隔振措施。4.1.2磨外圓

磨削是外圓加工中又一種常用的加工方法,主要用于淬火后的外圓表面加工，或高精度外圓表面的加工。

磨外圓是以砂輪作為切削工具，在各種外圓磨床上進(jìn)行加工。由于砂輪是由無(wú)數(shù)磨粒粘結(jié)而成的，故砂輪的磨削過(guò)程與金屬刀具的切削過(guò)程有很大的差別。

1.磨削過(guò)程的特點(diǎn)

(1)由于砂輪是由硬度很高的磨粒進(jìn)行切削，并且砂輪具有“自銳”特性，即磨鈍后的磨粒在磨削力的作用下會(huì)自動(dòng)脫落，不斷有新的磨粒參加切削，因而磨削可以加工很硬的工件。

(2)磨外圓的磨削速度很高，一般在35m/s左右，高速磨削時(shí)可達(dá)60～120m/s，比一般切削時(shí)的速度高出10～40倍,因此會(huì)在極短的時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生大量的磨削熱，使磨削區(qū)的瞬間溫度達(dá)到400～1000℃，有時(shí)甚至高達(dá)金屬熔化的溫度,加之冷卻液的急冷作用，所以工件表面易燒傷和產(chǎn)生裂紋。

(3)由于砂輪的磨粒往往是以很大的負(fù)前角（-60°～-15°）工作的，因此磨削過(guò)程中的徑向切削力很大，比切向切削力要大1.5～3倍，所以加工時(shí)要注意提高工藝系統(tǒng)的剛度。

(4)由于磨粒能切除極薄極細(xì)的切屑，加之磨削過(guò)程又有一定的擠光和刮削作用，因此對(duì)誤差的修整能力很強(qiáng)，加工后的精度可達(dá)IT6～I(xiàn)T7，表面粗糙度值可達(dá)0.2～0.8μm。

2.磨削方法

磨外圓根據(jù)使用的磨削工具不同，分為輪磨和砂帶磨兩種。

1)輪磨

根據(jù)磨削時(shí)工件定位方式的不同，輪磨又可分為中心輪磨和無(wú)心輪磨兩類(lèi)。

(1)中心輪磨。中心輪磨即普通的外圓磨削，工件由中心孔定位，在外圓磨床或萬(wàn)能磨床上加工。中心輪磨按進(jìn)給方式的不同可分為縱磨法、橫磨法、綜合磨法和深磨法，見(jiàn)圖4－1。圖4－1外圓磨削方法

(a)縱磨法；(b)橫磨法；(c)綜合磨法；(d)深磨法縱磨法適用于磨削長(zhǎng)度與直徑之比較大的工件。由于砂輪兩端面邊角承受的切削力大，磨耗也大，故工作效率低。但砂輪中間部分起摩擦作用，可獲得較高的加工精度和較小的表面粗糙度。

橫磨法又稱(chēng)切入磨法。磨削時(shí)沒(méi)有縱向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，砂輪只以慢速作連續(xù)的橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，因此砂輪的寬度要求大于工件被磨表面的長(zhǎng)度（一般約大5～10mm）。該方法的生產(chǎn)率比較高，但橫向磨削力較大，磨削溫度高，要求工藝系統(tǒng)有足夠的剛度，故適于加工短而粗、剛性好的工件，但其加工精度低于縱磨法。綜合磨法是橫磨法和縱磨法的綜合應(yīng)用。此法兼有橫磨法生產(chǎn)率高和縱磨法加工精度高的優(yōu)點(diǎn)，適合加工剛性較好，且被加工表面較長(zhǎng)的外圓表面。

深磨法是按加工余量預(yù)先調(diào)整好砂輪相對(duì)于工件的位置，所用砂輪修整成錐形或階梯形，在一次縱向行程中完成加工，因而生產(chǎn)率高。該法僅適用于大批大量生產(chǎn)中磨削剛性較好的長(zhǎng)軸頸。

(2)無(wú)心輪磨。無(wú)心輪磨是在無(wú)心磨床上進(jìn)行加工的一種高生產(chǎn)率的精加工方法，它以被磨削的外圓表面本身作為定位基準(zhǔn)。

無(wú)心輪磨時(shí)必須滿足下列條件：

①為了使工件自動(dòng)進(jìn)給，導(dǎo)輪須傾斜一個(gè)λ角度（粗磨時(shí)為3°～6°，精磨時(shí)為1°～3°）。為此，導(dǎo)輪表面應(yīng)修整成雙曲線回轉(zhuǎn)體形狀，以保證切削平穩(wěn)。

②導(dǎo)輪材料的摩擦因數(shù)應(yīng)大于砂輪材料的摩擦因數(shù)，同時(shí)支承板的傾斜方向應(yīng)有助于工件緊貼在導(dǎo)輪上。

③為了保證工件的圓度要求，工件的中心應(yīng)高出砂輪與導(dǎo)輪的中心連線，高出的數(shù)值H與工件直徑有關(guān)約（1/4～1/3）d工。圖4－2貫穿法圖4－3切入法

2)砂帶磨

砂帶磨削見(jiàn)圖4－4，它是用環(huán)形帶狀砂布作為切削工具的一種加工方法。砂帶由磨料、基底（布或紙）和粘結(jié)劑組成。圖4－4砂帶磨削砂帶磨削具有如下特點(diǎn)：

(1）砂帶磨削設(shè)備簡(jiǎn)單，加工成本低，是一般砂輪磨削的三分之一。

(2）砂帶比較柔軟，可用于成形表面加工。

(3）適應(yīng)范圍廣，對(duì)金屬、非金屬材料都能切削。

(4）砂帶尺寸大，機(jī)床功率利用率高，故適于進(jìn)行大面積的高效加工。

(5）砂帶磨削的散熱條件好，不易燒傷工件表面。

(6）由于砂帶與工件是彈性接觸，且砂帶不能進(jìn)行修整，故加工精度略低于砂輪磨削精度。

(7）砂帶的壽命短（國(guó)外為2～4h，我國(guó)為20～40min），消耗一般比砂輪大。

3.高效率、高質(zhì)量的磨削加工

1)高速磨削

高速磨削是磨削加工的一項(xiàng)新工藝，也是磨削技術(shù)發(fā)展的主要方向之一。它是指砂輪線速度高于50m/s的磨削（普通磨削常在35m/s以下）。高速磨削必須具備以下條件：

(1）需采用高速磨削砂輪，即作用在砂輪上的離心力與砂輪速度的平方成正比。

(2）砂輪電動(dòng)機(jī)的功率要加大，應(yīng)比普通磨床增加40%～100%以上。

(3）砂輪主軸軸承的間隙要適當(dāng)增大，一般熱態(tài)間隙應(yīng)在0.03mm左右。

(4）要采取嚴(yán)密的安全防護(hù)措施。

(5）改善冷卻液的輸送方式，確保冷卻液能注入磨削區(qū)。

(6）需注意機(jī)床的防振。高速磨削的特點(diǎn)如下：

(1）砂輪速度提高以后，單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)磨削區(qū)的磨粒數(shù)目便相應(yīng)增多，從而提高了生產(chǎn)率。

(2）磨削速度的提高，使每顆磨粒的磨削厚度變薄，磨粒在工件表面上留下的切痕深度減小，從而降低了表面粗糙度值。

(3）砂輪速度提高之后，每顆磨粒的磨削厚度減小，導(dǎo)致每顆磨粒所承受的切削負(fù)荷也相應(yīng)減小，因此磨粒的切削能力保持較久，從而提高了砂輪的耐用度。

2)強(qiáng)力磨削

強(qiáng)力磨削是繼高速磨削之后發(fā)展起來(lái)的又一種高效磨削方法。由于加工時(shí)磨削深度大（2～30mm），而工件的進(jìn)給速度很?。?～300mm/min），因此也稱(chēng)做緩進(jìn)磨削或蠕動(dòng)磨削。

強(qiáng)力磨削可以直接從毛坯或?qū)嶓w材料上磨出被加工表面，特別適于加工各種型面和溝槽。目前，它已作為加工韌性材料（如鎳基合金）和淬硬材料的一種有效方法，生產(chǎn)中常用于代替車(chē)削和銑削，而效率要比車(chē)、銑高的多。

3)超精磨削和鏡面磨削

生產(chǎn)中一般將表面粗糙度值Ra為0.08～0.16μm的磨削稱(chēng)為精密磨削，將表面粗糙度值Ra為0.02～0.04μm的磨削稱(chēng)為超精磨削，而將表面粗糙度值Ra小于等于0.01μm的磨削稱(chēng)為鏡面磨削。

超精磨削和鏡面磨削能獲得很小表面粗糙度值的原因，是由于砂輪經(jīng)過(guò)精細(xì)的修整后，磨粒形成了許多微刃，并且這些微刃處于等高位置。在磨削過(guò)程中，這些微刃同時(shí)進(jìn)行切削，從工件表面上切下微細(xì)的切屑，形成光滑的表面。隨著磨削過(guò)程的進(jìn)行，微刃逐漸轉(zhuǎn)變成半鈍化狀態(tài)，半鈍化的微刃可對(duì)工件表面產(chǎn)生摩擦拋光作用，使被加工表面獲得更小的表面粗糙度值。為了實(shí)現(xiàn)超精磨削和鏡面磨削，必須保證以下要求：

(1）機(jī)床精度要高，剛性要好。其砂輪主軸的回轉(zhuǎn)精度應(yīng)高于0.001mm；工作臺(tái)低速時(shí)的平穩(wěn)性要求在10mm/min時(shí)無(wú)爬行現(xiàn)象；橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)的靈敏度和重復(fù)精度要高，誤差小于0.002mm；砂輪主軸軸承間隙應(yīng)在0.01～0.015mm之內(nèi)。

(2）選用60?！?0＃粗粒度氧化鋁陶瓷砂輪，并經(jīng)精細(xì)修整，保證和實(shí)現(xiàn)微刃切削。也可選用磨粒極細(xì)（W10～W20）的樹(shù)脂或橡膠結(jié)合劑加石墨填料的砂輪。

(3）砂輪線速度一般選用12～20m/s；超精磨削時(shí)工件線速度選用10～15m/min，鏡面磨削時(shí)應(yīng)在10m/min以下；工作臺(tái)進(jìn)給速度選用20～100mm/min；橫向進(jìn)給量應(yīng)控制在0.0025㎜；最后的光磨次數(shù)應(yīng)為20～30次。

(4）超精磨削和鏡面磨削的加工余量很?。?.01～0.015mm），故加工前的表面不允許有缺陷。

(5）砂輪和冷卻潤(rùn)滑液應(yīng)始終保持清潔，以免劃傷工件表面。4.1.3外圓的光整加工

1.研磨

研磨是生產(chǎn)中常用的一種光整加工方法。加工時(shí)使用研磨工具和研磨劑，從工件表面上研去一層極薄的金屬。研磨不僅可以用于加工外圓，也可以用于加工內(nèi)孔、平面和螺紋等。

1)研磨原理

研磨使用的研具一般采用比工件材料軟的材料（如鑄鐵、銅、巴氏合金及硬木等）制成。研磨前，在研具與工件之間加入研磨劑。研磨時(shí)，部分磨粒懸浮在工件與研具表面之間，部分磨粒嵌入研具表面，利用工件與研具表面之間的工作壓力和相對(duì)運(yùn)動(dòng)，使磨粒切掉一層很薄的金屬。研磨過(guò)程中，除了磨料的機(jī)械切削作用外，還有物理作用與化學(xué)作用。其物理作用是磨粒與工件接觸處，局部壓強(qiáng)很大，因而產(chǎn)生擠壓作用形成平滑的表面。研磨劑中的油酸或硬脂酸被吸附在工件表面上時(shí)會(huì)產(chǎn)生化學(xué)作用，使工件表面被腐蝕氧化，且極易被磨料除去，從而加速了研磨過(guò)程的進(jìn)行。

2)研磨方法

目前生產(chǎn)中采用的研磨方法可分為手工研磨和機(jī)械研磨兩種。

(1）手工研磨。手工研磨外圓時(shí)，先將工件裝在車(chē)床主軸上并作低速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，研具（見(jiàn)圖4－5）套在工件上，研具內(nèi)徑比工件直徑大0.02～0.04mm，研具長(zhǎng)度取被研表面長(zhǎng)度的25%～50%，適當(dāng)擰緊螺釘，使研具工作表面與工件表面均勻接觸，然后用手推動(dòng)研具作往復(fù)運(yùn)動(dòng)。圖4－5研具(a)粗研；(b)精研

(2）機(jī)械研磨。機(jī)械研磨是在研磨機(jī)上進(jìn)行的。如圖4－6所示，工件2放在用鑄鐵做的上、下研磨盤(pán)1和4之間，為了防止工件擠到一起，用隔板3將工件隔開(kāi)。下研磨盤(pán)與機(jī)床是剛性連接，上研磨盤(pán)則是浮動(dòng)連接，并可以上下調(diào)節(jié)，以保證研磨盤(pán)與各個(gè)工件的良好接觸和獲得所要求的研磨壓力。加工時(shí)，上、下研磨盤(pán)可作同向或反向旋轉(zhuǎn)，也可一個(gè)研磨盤(pán)固定不動(dòng)，另一個(gè)研磨盤(pán)旋轉(zhuǎn)。圖4－6機(jī)械研磨當(dāng)研磨盤(pán)旋轉(zhuǎn)時(shí)，隔板則由偏心軸帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)，由于工件放置在隔板的傾斜溝槽內(nèi)，因此不僅能使工件獲得繞自身軸線的滾動(dòng)速度，還會(huì)產(chǎn)生工件與研磨盤(pán)之間的滑動(dòng)速度。該滑動(dòng)速度是研磨的主要加工速度。

機(jī)械研磨適用于成批加工尺寸較小的圓柱形或球形工件，如活塞銷(xiāo)、滾珠等。

3)研磨的工藝特點(diǎn)

(1）表面質(zhì)量較好。由于研磨是在低速、低壓條件下進(jìn)行的，故研磨過(guò)程中的塑性變形小，切削熱量小，工件表面的變形層薄。此外，研具與工件表面的相對(duì)運(yùn)動(dòng)很復(fù)雜，細(xì)微切痕縱橫交錯(cuò)，能均勻地切除工件表面的凸峰。

(2）表面尺寸與形狀精度高。研磨的加工余量很?。?.01～0.02mm），其研磨過(guò)程又是磨料的機(jī)械切削作用和研磨劑的化學(xué)作用的綜合結(jié)果，所以研磨對(duì)尺寸和形狀誤差的修整能力較強(qiáng)，尺寸精度可達(dá)IT5，形狀精度可提高一級(jí)，但不能提高表面相互位置精度。

(3）研磨所使用的設(shè)備和工具都很簡(jiǎn)單，并且精度要求也不高。

(4）手工研磨的勞動(dòng)強(qiáng)度大，生產(chǎn)率低。

(5）工藝范圍廣。研磨不受工件材料的限制，既可以加工金屬材料，也可以加工非金屬材料。

2.超精加工

1)超精加工的原理

超精加工(如圖4－7所示)是用細(xì)粒度油石對(duì)工件表面施加很小的壓力（5～30N/cm2），并作短促的往復(fù)擺動(dòng)（振幅為2～6mm，頻率為300～2500次/min）和沿工件軸線作慢速的送進(jìn)運(yùn)動(dòng)，此時(shí)工件作低速的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)（10～50m/min），以實(shí)現(xiàn)微量磨削的一種加工方法。圖4－7超精加工超精加工大致可分為以下四個(gè)加工階段：

(1）強(qiáng)烈切削階段。開(kāi)始加工時(shí)，由于工件表面粗糙，只有少數(shù)凸峰與油石接觸，單位面積的壓力很大，破壞了油膜，故切削作用強(qiáng)烈。

(2）正常切削階段。當(dāng)工件表面的少數(shù)凸峰被磨平后，油石與工件表面的接觸面積增加，單位面積的壓力降低，致使切削作用減弱，進(jìn)入正常切削階段。

(3）微弱切削階段。隨著接觸面積的逐漸增大，單位面積的壓力更小，切削作用微弱，且細(xì)小切屑形成的氧化物嵌入油石的空隙中，使油石產(chǎn)生光滑表面，因而具有了摩擦拋光作用。

(4）停止切削階段。當(dāng)油石與工件的接觸面積增大到單位面積的壓力很小時(shí)，油石與工件之間就形成了液體摩擦油膜，不再接觸，故切削作用停止。

綜上所述，超精加工的切削過(guò)程與磨削和研磨不同，當(dāng)工件表面被磨平之后，油石能自動(dòng)停止切削。

2)超精加工的特點(diǎn)

(1）表面質(zhì)量好。由于能自動(dòng)從切削過(guò)程過(guò)渡到精整拋光過(guò)程，因而可以獲得光滑的表面（Ra=0.01～0.04μm）。并且由于切削速度低，油石壓力小，使得加工時(shí)發(fā)熱少，表面變質(zhì)層很淺（小于0.025μm），接觸面積可達(dá)80%，從而提高了工件表面的耐磨性和耐腐蝕性。

(2）生產(chǎn)率高。由于超精加工只能切除工件表面的凸峰，加工余量很?。?.005～0.025mm），一般一個(gè)零件幾分鐘就可以加工完，故比研磨的生產(chǎn)率高。

(3）機(jī)床設(shè)備簡(jiǎn)單。超精加工時(shí)，由于油石與工件之間沒(méi)有剛性運(yùn)動(dòng)聯(lián)系，故所用機(jī)床簡(jiǎn)單，而且還可利用一般機(jī)床改裝。

(4）不能修整工件的誤差。由于超精加工屬微量切削，修整加工誤差的能力很弱，故只能降低表面粗糙度值。而工件的精度要求則應(yīng)在準(zhǔn)備工序中予以保證。

3.拋光

拋光是另一種光整加工方法。其工具為彈性拋光輪。彈性拋光輪常用毛氈、帆布或絨布等制成。此外，還需有拋光膏，拋光膏由磨料和硬脂混合而成。加工時(shí)，在高速回轉(zhuǎn)的彈性輪上涂以拋光膏，并使工件與拋光輪接觸，利用它們之間的相對(duì)速度，使磨粒從工件表面上切去粗糙的凸峰。

1)拋光的特點(diǎn)

(1）可改善表面質(zhì)量。用拋光加工出的表面粗糙度值Ra可達(dá)0.02～1.25μm，精拋后可達(dá)鏡面，且具有較好的抗磨性及抗蝕性。

(2）可加工任何特型表面。由于拋光輪具有彈性，因此可以拋光任何形狀的表面。

(3）不能修正尺寸和形狀誤差。由于拋光過(guò)程不容易保證均勻地從工件表面上切除切屑，加上去除的金屬量較小，因此只能減小表面粗糙度和改善表面質(zhì)量，而不能修正工件的尺寸和形狀誤差，故常用于表面粗糙度要求小而精度要求不高的工序。

(4）機(jī)械拋光的勞動(dòng)強(qiáng)度大，工作環(huán)境差。

2)拋光的應(yīng)用

拋光主要用于以下幾個(gè)方面：

(1）消除工件表面的加工痕跡，減小其表面粗糙度值。

(2）得到光亮的表面以提高零件的抗疲勞強(qiáng)度。

(3）電鍍前的準(zhǔn)備。

（4）工件的修飾加工。

4.滾壓加工

滾壓加工是一種無(wú)切屑加工方法。它利用金屬產(chǎn)生的塑性變形來(lái)達(dá)到改變工件表面性能、形狀和尺寸的目的。

1)滾壓加工的原理

滾壓加工是以硬度很高的滾珠或滾輪為工具，在常溫條件下對(duì)工件表面施加一定的壓力，使工件表面金屬產(chǎn)生塑性變形。塑性變形的結(jié)果，不但壓平了表面的粗糙度，而且使表層金屬結(jié)構(gòu)和性能也發(fā)生變化，晶粒變細(xì)，并沿變形最大的方向延伸，有時(shí)呈纖維狀，且在表層留下有利的殘余壓應(yīng)力。所以經(jīng)過(guò)滾壓的表面，不僅粗糙度值減小，并可達(dá)到一定的尺寸精度，同時(shí)表層的強(qiáng)度極限和屈服點(diǎn)的提高使零件的抗疲勞強(qiáng)度、耐磨性和耐蝕性都得到顯著的改善。圖4－8所示為滾壓加工的示意圖。圖4－8滾壓加工

(a)滾輪滾壓；(b)滾珠滾壓

2)滾壓加工的特點(diǎn)

(1）表面粗糙度值小。滾壓加工不產(chǎn)生切屑，也不會(huì)劃傷已加工表面，故很容易獲得光潔的表面，其粗糙度值Ra

可達(dá)0.02～0.32μm。

(2）可提高表面的顯微硬度和抗疲勞強(qiáng)度。滾壓加工不僅沒(méi)有破壞表層的金屬纖維，反而使表層金屬得到強(qiáng)化。同時(shí)，滾壓能消除零件表面的劃傷等缺陷，減弱微觀裂紋對(duì)零件的疲勞破壞。而且由于冷塑性變形的結(jié)果，使表層形成殘余壓應(yīng)力，從而提高了零件的抗疲勞強(qiáng)度。

(3）可提高零件的耐磨性和配合的穩(wěn)定性。滾壓加工后，由于表面顯微硬度的提高和粗糙度值的減小，使得有效配合面積增大，故零件的耐磨性和配合的穩(wěn)定性得到提高。

(4）勞動(dòng)強(qiáng)度小，加工效率高。滾壓加工的設(shè)備和工具簡(jiǎn)單，加之操作工人的勞動(dòng)強(qiáng)度比研磨和拋光小的多，所以深受工人歡迎。

(5）滾壓加工的精度（形狀和位置精度）主要取決于加工前的精度。

(6）因滾壓加工屬變形加工，故只適用于塑性材料，并且要求材料組織均勻。由于滾壓加工時(shí)的變形力較大，故應(yīng)注意工件的剛度。

綜上所述，滾壓加工與切削加工相比有許多優(yōu)點(diǎn)，因此生產(chǎn)中常常取代部分切削加工。4.1.4外圓表面加工方案的選擇

前面介紹了外圓表面的常用加工方法及特點(diǎn)。在確定某個(gè)表面的加工方案時(shí)，先根據(jù)被加工表面的技術(shù)要求（如加工精度、表面粗糙度等），確定其最終的加工方法，然后再根據(jù)此加工方法的特點(diǎn)，確定前面準(zhǔn)備工序的加工方法，如此類(lèi)推，最終產(chǎn)生表面的加工方案。由于獲得同一精度及表面粗糙度的加工方法有若干種，實(shí)際選擇時(shí)，還應(yīng)結(jié)合零件的結(jié)構(gòu)、形狀、尺寸大小、材料和熱處理等要求全面考慮。

外圓表面的加工方案見(jiàn)表4－1，供選擇外圓表面加工方案時(shí)參考。表4－1外圓表面加工方案

4.2孔加工

內(nèi)孔也是生產(chǎn)中常遇到的加工表面之一。它與外圓表面相比，其表面是由工件材料所包容的，因此孔加工具有以下特點(diǎn)：

(1)所用刀具尺寸受被加工孔尺寸的限制，容易產(chǎn)生彎曲變形和振動(dòng)?？讖皆叫?，孔越深，上述影響越大。

(2)由于大部分孔加工的刀具都是定尺寸刀具，孔的加工直徑尺寸往往直接取決于刀具的尺寸，因此刀具的制造誤差和磨損將直接影響孔的加工精度。

(3)加工孔時(shí)，由于切削是在工件的內(nèi)部進(jìn)行的，其加工條件（如排屑和散熱條件等）都比外圓加工要差的多，因而加工同樣精度和粗糙度要求的孔要比加工外圓困難，且成本也高。

4.2.1鉆孔與擴(kuò)孔

1.鉆孔

鉆孔是指用鉆頭在工件實(shí)心部位上進(jìn)行孔加工的一種方法。由于鉆孔時(shí)切削負(fù)荷大，刀具的剛性差，故加工后孔的質(zhì)量較差，一般精度為IT12，表面粗糙度Ra為20～80μm。對(duì)于精度要求不高的孔，鉆孔就可以達(dá)到要求。若孔的精度要求較高，則常把鉆孔作為預(yù)加工的方法。

鉆孔可在各種鉆床、鏜床以及車(chē)床上進(jìn)行。由于機(jī)床的運(yùn)動(dòng)不同，因此鉆孔的方式有兩種：一種是鉆頭回轉(zhuǎn)并作送進(jìn)運(yùn)動(dòng)，工件固定不動(dòng)，如在鉆床和鏜床上鉆孔；另一種是工件回轉(zhuǎn)，而鉆頭不轉(zhuǎn)只作送進(jìn)運(yùn)動(dòng)，如在車(chē)床上鉆孔。鉆孔最常用的刀具是麻花鉆。麻花鉆分為直柄和錐柄兩種，一般直徑不大于?75mm。

由于鉆頭長(zhǎng)度較長(zhǎng)，并且鉆芯直徑小而剛性差，加上又有橫刃的影響，所以鉆孔有以下特點(diǎn)：

(1)鉆頭容易偏斜。由于存在橫刃的影響，鉆頭定心不準(zhǔn)。加之鉆頭的剛性和導(dǎo)向作用又較差，切入時(shí)鉆頭容易引偏和彎曲。所以鉆孔前應(yīng)先加工平面，并用鉆頭或中心鉆先預(yù)鉆一個(gè)凹坑，以便鉆頭開(kāi)始工作時(shí)找正中心。在條件允許的情況下，也可采用鉆模引導(dǎo)鉆頭，以提高鉆頭的剛性。

(2)孔徑容易擴(kuò)大。鉆孔時(shí)，鉆頭兩切削刃上的徑向力不等，是引起孔徑擴(kuò)大的主要原因。此外，鉆頭的徑向跳動(dòng)也會(huì)造成孔徑擴(kuò)大，所以要仔細(xì)刃磨鉆頭，使其切削刃對(duì)稱(chēng)。

(3)孔面質(zhì)量較差。鉆削的切屑較寬，且在孔內(nèi)被卷成螺旋狀，流出時(shí)與孔壁發(fā)生摩擦，從而刮傷已加工表面。

(4)軸向力大。這主要是由鉆頭的橫刃引起的。實(shí)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)鉆孔的直徑大于?30mm時(shí)，一般分兩次進(jìn)行鉆削，由于橫刃第二次不參加切削，故可使孔的表面質(zhì)量和生產(chǎn)率得到提高。

2.擴(kuò)孔

擴(kuò)孔是用擴(kuò)孔鉆對(duì)已有孔做進(jìn)一步加工，達(dá)到擴(kuò)大孔徑、提高精度和降低表面粗糙度的目的。擴(kuò)孔的加工精度一般為IT10～I(xiàn)T11，表面粗糙度Ra為20～80μm。擴(kuò)孔屬孔的半精加工方法，常用做鉸孔的預(yù)加工。擴(kuò)孔一般用于?100mm以下孔的加工，孔徑超過(guò)?100mm時(shí)則很少使用擴(kuò)孔，而多采用鏜孔。擴(kuò)孔鉆的形式隨直徑不同而不同，?10～?32mm的為錐柄擴(kuò)孔鉆，?25～?80mm的為套式擴(kuò)孔鉆。與鉆孔相比，擴(kuò)孔具有以下特點(diǎn)：

(1)剛性較好。擴(kuò)孔鉆的容屑槽小，其鉆芯相對(duì)比較粗，故刀具的剛度比鉆頭大。

(2)導(dǎo)向性好。擴(kuò)孔鉆的刀齒數(shù)多（一般為3～4個(gè)刀齒），使刀具周邊的棱邊數(shù)增多，導(dǎo)向作用相對(duì)增強(qiáng)。

(3)切削條件好。擴(kuò)孔鉆沒(méi)有橫刃，背吃刀量?。ㄒ话銥榭讖降?/8），切削輕快穩(wěn)定。

(4)加工精度較高。擴(kuò)孔不但能在一定程度上修正鉆孔后的圓度誤差，也可以修正孔中心線的歪斜。圖4－9锪鉆(a)锪沉孔平面；(b)锪角度；(c)锪凸臺(tái)面圖4－10復(fù)合刀具4.2.2鉸孔

鉸孔是在孔半精加工（擴(kuò)孔或半精鏜孔）的基礎(chǔ)之上，對(duì)其進(jìn)行精加工的一種常用方法。它主要用于加工中小尺寸的孔。鉸孔的加工精度一般為IT7～I(xiàn)T9，最高可達(dá)IT6,表面粗糙度Ra可達(dá)0.16～0.32μm。

鉸孔的方式分為機(jī)鉸和手鉸兩種。在機(jī)床上進(jìn)行的鉸削稱(chēng)為機(jī)鉸，用手工進(jìn)行的鉸削稱(chēng)為手鉸。

鉸孔使用的刀具稱(chēng)為鉸刀。根據(jù)鉸孔方式的不同，鉸刀可分為機(jī)用鉸刀和手用鉸刀。機(jī)用鉸刀分為帶柄和套式兩種。直徑?1～?20mm為直柄，直徑?10～?32mm為錐柄，直徑?25～?80mm為套式。手用鉸刀分為整體和可調(diào)兩種。

機(jī)鉸時(shí)，為了防止孔徑擴(kuò)大或產(chǎn)生形狀誤差，鉸刀與機(jī)床主軸常采用浮動(dòng)連接，此時(shí)鉸刀處于浮動(dòng)狀態(tài)，由原孔導(dǎo)向進(jìn)行加工。鉸孔的工藝特點(diǎn)：

(1)鉸孔的加工質(zhì)量主要取決于鉸刀的制造精度和安裝方式，同時(shí)還與加工余量、切削用量和切削液的選擇有關(guān)。一般情況下，手鉸的加工質(zhì)量高于機(jī)鉸。

(2)鉸刀為定直徑刀具，故對(duì)孔的尺寸和形狀精度容易保證，對(duì)于小孔和細(xì)長(zhǎng)孔更是如此。由于鉸削余量小（為0.2～0.4mm），且與機(jī)床主軸采用浮動(dòng)連接，故不能糾正孔的位置誤差?？椎奈恢镁葎t需由其準(zhǔn)備工序來(lái)保證。

(3)受刀具直徑的限制，一種直徑的鉸刀只能加工一種直徑的孔,故鉸孔的直徑一般小于?80mm，常用在?40mm以下孔的精加工中。

(4)鉸削可分為粗鉸和精鉸，故生產(chǎn)率較高。

(5)鉸削受鉸刀材料和結(jié)構(gòu)的限制，生產(chǎn)中主要用以加工未經(jīng)淬火的圓柱和圓錐形孔。4.2.3鏜孔

鏜孔是在車(chē)床、鏜床、銑床以及數(shù)控機(jī)床上，用鏜刀對(duì)已有孔做進(jìn)一步加工的方法。

1.鏜孔的工藝特點(diǎn)

(1)鏜孔的應(yīng)用范圍很廣,既可以作為粗加工和半精加工方法，也可以作為精加工方法。鏜孔可達(dá)的精度范圍較廣，一般粗鏜的加工精度為IT12～I(xiàn)T13，表面粗糙度Ra為6.3～12.5μm；半精鏜的加工精度為IT9～I(xiàn)T10，表面粗糙度Ra為3.2～6.3μm；精鏜的加工精度為IT7～I(xiàn)T8，表面粗糙度Ra為0.8～1.6μm。

(2)鏜孔不受刀具尺寸的限制，可以加工各種零件上不同尺寸和精度的孔。如短孔、盲孔、階梯孔和有色金屬孔等，特別對(duì)于大直徑的孔和非標(biāo)準(zhǔn)尺寸的孔，鏜孔幾乎是唯一的加工方法。

(3)鏜孔的生產(chǎn)率較低。由于鏜桿和鏜刀受孔徑尺寸的限制，一般剛性較差，易彎曲和振動(dòng)，加上鏜刀是單刃，故加工時(shí)需多次走刀。另外，其加工尺寸要依靠調(diào)整刀具來(lái)保證，且調(diào)整刀具所需的時(shí)間較多，因此生產(chǎn)率較低，多用于單件、小批生產(chǎn)。

(4)鏜孔可以保證孔軸線的位置精度，即可修正加工前所形成的孔軸線的歪斜和偏移。

2.鏜孔方式

鏜孔可在不同的機(jī)床上進(jìn)行，按鏜孔時(shí)的工作運(yùn)動(dòng)，有三種不同的加工方式。

(1)工件回轉(zhuǎn)，刀具作進(jìn)給運(yùn)動(dòng)（見(jiàn)圖4－11(a)）。在各種車(chē)床上加工回轉(zhuǎn)體零件都屬于這種加工方式。這種加工方式的特點(diǎn)是加工后孔的軸線和工件的回轉(zhuǎn)軸線一致，孔軸線的直線度好，且與端面垂直?？椎膱A度主要取決于車(chē)床主軸的回轉(zhuǎn)精度?？椎目v向幾何形狀誤差主要取決于刀具的進(jìn)給方向。圖4－11鏜孔方式

(2)工件固定不動(dòng)，刀具回轉(zhuǎn)并作進(jìn)給運(yùn)動(dòng)（見(jiàn)圖4－11(b)）。這種方式是在鏜床上進(jìn)行的。工件安裝在鏜床工作臺(tái)上固定不動(dòng)，鏜刀由鏜床主軸帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)并作縱向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。加工過(guò)程中，由于鏜桿的懸伸長(zhǎng)度是變化的，因此鏜桿的剛度也隨之發(fā)生變化，鏜出的孔必然會(huì)產(chǎn)生縱向形狀誤差。所以，這種方式一般只用于加工直徑大的短孔。

(3)刀具回轉(zhuǎn)，工件作進(jìn)給運(yùn)動(dòng)（見(jiàn)圖4－11(c)）。在鏜床上鏜孔大多都屬于這種加工方式。這種加工方式的特點(diǎn)是鏜桿的懸伸長(zhǎng)度一定，鏜桿的變形對(duì)孔的縱向形狀誤差無(wú)影響。實(shí)際生產(chǎn)中，為了提高鏜桿的剛度，減少其變形，常用導(dǎo)套來(lái)加強(qiáng)。當(dāng)使用導(dǎo)套并兩端支承時(shí)，鏜桿與鏜床主軸應(yīng)采用浮動(dòng)連接。4.2.4拉孔

1.拉孔的原理

拉孔過(guò)程見(jiàn)圖4－12，先將拉刀的頭部插入工件待加工孔中，并使拉刀支持在滾輪和拉刀的尾部支架上，然后用拉床的夾頭將拉刀的頭部夾住。開(kāi)動(dòng)機(jī)床后，機(jī)床夾頭帶動(dòng)拉刀向左作直線移動(dòng)，當(dāng)拉刀從工件的孔中通過(guò)后，即可完成孔的加工。由此可知，直線移動(dòng)為拉削的主運(yùn)動(dòng)，徑向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)是靠拉刀的齒升量來(lái)完成的。圖4－12拉孔與推孔

(a)拉孔；(b)推孔

2.拉孔的工藝特點(diǎn)

(1)拉孔是拉刀多齒同時(shí)工作，可在一次行程中完成表面的粗、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，加之拉床采用液壓系統(tǒng)，傳動(dòng)平穩(wěn)，切削速度低（2～8m/min），一般精度可達(dá)IT6～I(xiàn)T9，表面粗糙度Ra可達(dá)0.16～2.5μm，因此加工質(zhì)量較高。

(3)拉刀結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造成本昂貴，且一把拉刀只能加工一種規(guī)格尺寸的表面，因此主要用于成批和大量生產(chǎn)。

(4)由于加工時(shí)拉刀是以被加工孔自身定位的，因此加工出來(lái)的孔不易保證與其它表面之間的相互位置精度。另外，拉孔時(shí)是以孔的端面支承，故在預(yù)加工時(shí)，應(yīng)在一次安裝中把孔和端面同時(shí)加工出來(lái)。

(5)拉孔不能加工階梯孔和盲孔，同時(shí)要求工件的壁較厚且均勻。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無(wú)法進(jìn)行鏜孔、鉸孔與拉孔的高精度孔的加工。磨孔可在內(nèi)圓磨床、萬(wàn)能磨床、無(wú)心內(nèi)圓磨床和行星磨床上進(jìn)行。磨孔的加工精度為IT7～I(xiàn)T9，表面粗糙度Ra為0.32～5μm。與磨外圓相比，磨孔的工作條件要差一些，因此應(yīng)用不如磨外圓普遍。磨孔具有以下特點(diǎn)：

(1)磨削速度低。由于砂輪直徑受孔徑的限制，因此砂輪的尺寸小，磨削速度很難達(dá)到外圓磨削的速度。

(2)生產(chǎn)率較低。因?yàn)樯拜喼睆叫?，磨損快，且容易堵塞，所以需要經(jīng)常修整或更換。同時(shí)因砂輪軸剛性差，容易產(chǎn)生彎曲變形，需要減小磨削深度，增加光磨行程次數(shù)，使得輔助時(shí)間增加，導(dǎo)致生產(chǎn)率降低。

(3)加工條件差。磨孔時(shí)，砂輪與工件的接觸面積大，單位面積壓力小，使砂輪的自銳性降低，且發(fā)熱量大，冷卻條件差，故易發(fā)生表面燒傷。4.2.6珩孔

1.珩孔的原理

珩孔是在孔的磨削或精鏜的加工基礎(chǔ)之上，對(duì)孔進(jìn)一步進(jìn)行加工的一種光整加工方法。加工時(shí)，工件安裝在專(zhuān)用珩磨機(jī)的工作臺(tái)或夾具中固定不動(dòng)，珩磨頭與珩磨機(jī)主軸采用浮動(dòng)連接，并由主軸帶動(dòng)作回轉(zhuǎn)和往復(fù)運(yùn)動(dòng)（見(jiàn)圖4－13）。珩磨頭上帶有數(shù)個(gè)窄長(zhǎng)的油石條，油石條能在徑向漲縮，對(duì)工件孔壁施加一定的壓力，當(dāng)珩磨頭運(yùn)動(dòng)時(shí)，即可實(shí)現(xiàn)油石條對(duì)孔的低速磨削和摩擦拋光。圖4－13珩孔原理

(a)原理圖；(b)珩磨頭結(jié)構(gòu)

2.珩孔的工藝特點(diǎn)

(1)能獲得良好的加工質(zhì)量。珩孔時(shí)，由于油石與孔壁的接觸面積大且均勻，參加切削的磨粒很多，因此加在每顆磨粒上的切削力很小（僅為磨削的1/50～1/100）。加上珩孔的切削速度較低（一般在100m/min以下，僅為普通磨削的1/30～1/100），加工過(guò)程發(fā)熱少，表面不易燒傷且變形層極薄。因此，被加工孔可獲得很高的尺寸精度（可達(dá)IT5～I(xiàn)T6）、形狀精度（圓度與圓柱度可達(dá)0.003～0.005mm）和表面質(zhì)量（Ra=0.04～0.63μm）。

(2)不能提高孔的位置精度。由于珩磨頭與珩磨機(jī)主軸是浮動(dòng)連接的，因此珩孔不能修正孔的位置誤差，孔的位置精度應(yīng)由珩磨前的預(yù)加工保證。

(3)生產(chǎn)率較高。珩孔時(shí)的輔助時(shí)間少，某些珩磨機(jī)可同時(shí)珩幾個(gè)孔，易于實(shí)現(xiàn)加工自動(dòng)化。另外，同時(shí)參與切削的磨粒多，能夠很快把余量磨去，所以珩孔的生產(chǎn)率較高。

(4)應(yīng)用范圍較廣。珩孔可加工鑄鐵件、淬硬和不淬硬的鋼件以及青銅等，但不宜加工韌性的塑性金屬。珩孔可加工的孔徑范圍一般為?5～?500mm，尤其適于深孔加工（長(zhǎng)徑比可達(dá)10以上），因此廣泛應(yīng)用在汽缸、油缸以及各種槍炮管的孔加工中。4.2.7孔系加工

1.劃線找正試鏜法

劃線找正試鏜法是孔系加工中最簡(jiǎn)單的方法。加工前，先按零件圖要求劃出各孔的位置，然后根據(jù)劃出的線逐一進(jìn)行找正加工。由于劃線找正的誤差較大，為了消除劃線找正的誤差，加工時(shí)可采用試鏜法（如圖4－14所示）。首先按劃線先將較小的第一個(gè)孔鏜到規(guī)定尺寸D1，然后根據(jù)劃的線將機(jī)床主軸調(diào)整到第二個(gè)孔的中心，將第二個(gè)孔鏜到小于規(guī)定的直徑尺寸D2′，測(cè)量出兩孔孔壁的間距L1，則兩孔中心距為圖4－14試鏜法

2.坐標(biāo)法

坐標(biāo)法是把被加工孔系間的位置尺寸轉(zhuǎn)換成兩個(gè)互相垂直的坐標(biāo)尺寸，然后在機(jī)床上利用帶有坐標(biāo)尺寸的測(cè)量裝置來(lái)確定機(jī)床主軸與工件之間的相互位置，從而保證孔系的加工精度。

坐標(biāo)法的加工精度取決于機(jī)床測(cè)量裝置的精度，例如采用精密坐標(biāo)鏜床加工，其孔距精度可達(dá)±0.002mm。

3.鏜模法

在大批大量生產(chǎn)中，經(jīng)常采用鏜模加工孔系。這種方法不但能保證加工精度，而且還具有很高的生產(chǎn)率。

使用鏜模加工孔系，孔系的加工精度主要取決于鏜模的制造精度，孔距精度一般可達(dá)±0.025～±0.05mm。4.2.8孔加工方案的選擇

前面介紹了孔加工的常用加工方法、原理以及可達(dá)到的精度和表面粗糙度。但要達(dá)到孔的設(shè)計(jì)要求，只用一種加工方法往往是達(dá)不到的，而是要用幾種加工方法順序組合而成，即選擇加工方案。表4－2為各種孔的加工方案，實(shí)際選擇時(shí)應(yīng)結(jié)合孔的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、精度要求、尺寸大小、材料、熱處理以及生產(chǎn)條件等因素進(jìn)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.刨削的工藝特點(diǎn)

(1)機(jī)動(dòng)靈活，通用性好。刨削所需的機(jī)床和刀具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造安裝方便，調(diào)整容易，可在一次安裝條件下同時(shí)加工處于不同位置上的平面，并且粗、精加工有時(shí)可在同一工序中完成，因此刨削具有通用性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。

(2)生產(chǎn)率低。刨削的主運(yùn)動(dòng)是變速往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)慣性大，因此限制了切削速度的提高。一般刨削速度都小于60m/min，且刀具在回程時(shí)不切削，存在空程損失，故刨削只適用于單件小批生產(chǎn)。

2.寬刃精刨

當(dāng)前生產(chǎn)中普遍采用寬刃精刨替代刮研，并取得了良好的效果。寬刃精刨具有以下工藝特點(diǎn)：

(1)切削速度很低（2～5m/min），因此切削過(guò)程發(fā)熱量小。

(2)寬刃精刨的加工余量很小。一般預(yù)刨的加工余量為0.08～0.12mm，終刨的加工余量為0.03～0.05mm，有時(shí)還要分成多次走刀。

(3)加工精度較高，表面粗糙度值小。正常工作條件下，寬刃精刨后的表面粗糙度值Ra可達(dá)0.25～0.8μm，直線度為0.02/1000。

(4)生產(chǎn)率較高。由于使用的刨刀寬度為10～60mm，因此生產(chǎn)率比刮研高20～40倍。4.3.2銑平面

銑削是平面加工中應(yīng)用最普遍的一種方法。銑削可分為粗銑、精銑和高速精銑。粗銑的表面粗糙度值Ra大于等于12.5μm，精銑的Ra為1.6～6.3μm，高速精銑的Ra為0.4～0.8μm。

1.銑削方式

銑削方式是指銑削時(shí)銑刀相對(duì)于工件的運(yùn)動(dòng)關(guān)系。它一般分為周銑、端銑和周銑與端銑兼用的混合銑，如圖4－15所示。周銑根據(jù)銑削時(shí)切削速度的方向和工件的進(jìn)給方向，有順銑和逆銑兩種方式。端銑有對(duì)稱(chēng)端銑、不對(duì)稱(chēng)逆銑和不對(duì)稱(chēng)順銑三種方式。圖4－15銑平面的方式

(a)周銑；(b)端銑；(c)混合銑

2.銑削的工藝特點(diǎn)

(1)生產(chǎn)率高。由于銑刀上有較多的刀齒參加切削，而且各刀齒是連續(xù)地依次進(jìn)行切削，沒(méi)有空程損失，加之銑削的主運(yùn)動(dòng)系回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，銑刀可作高速圓周運(yùn)動(dòng)，切削速度高達(dá)200～400m/min，另外，有時(shí)可用幾把銑刀同時(shí)加工各有關(guān)平面，因此銑平面的生產(chǎn)率一般比刨平面高，目前銑平面已在生產(chǎn)中逐漸替代了刨平面。

(2)切削過(guò)程不穩(wěn)定。由于銑削屬斷續(xù)切削，刀齒負(fù)荷不均勻，刀齒切入或切出時(shí)會(huì)產(chǎn)生沖擊，從而引起機(jī)床振動(dòng)，造成切削過(guò)程不穩(wěn)定。

(3)工藝范圍較廣。銑削不僅可以加工平面，還可以銑槽、銑螺紋、銑齒輪、銑成形表面以及切斷等。4.3.3磨平面

1.圓周磨

如圖4－16(a)、(b)所示，圓周磨是利用砂輪的圓周表面進(jìn)行磨削，其特點(diǎn)是磨削時(shí)砂輪與工件接觸面積小，發(fā)熱小，散熱快，排屑與冷卻條件好，因此可獲得較高的加工精度和表面質(zhì)量。但由于砂輪主軸容易產(chǎn)生彎曲變形，再加上采用間斷的橫向進(jìn)給，因而生產(chǎn)率較低。圖4－16平面磨削方式2.端面磨

如圖4－16(c)、(d)所示，端面磨是利用砂輪的端面進(jìn)行磨削，其特點(diǎn)是磨削時(shí)砂輪主軸伸出長(zhǎng)度短，剛性好，并且砂輪主要承受軸向力，砂輪軸的彎曲變形小，因此可采用較大的磨削用量。同時(shí)砂輪與工件的接觸面積大，參加磨削的磨粒多，故生產(chǎn)率高。但散熱和冷卻條件差，且砂輪端面沿徑向各點(diǎn)的磨削速度不同，導(dǎo)致砂輪磨損不均勻，故加工精度低。4.3.4平面加工方案的選擇

表4－3平面加工方案 4.4螺紋加工

4.4.1概述

螺紋是機(jī)械零件中常見(jiàn)的一種表面，根據(jù)其用途可分為緊固螺紋和傳動(dòng)螺紋等；按螺紋分布可分為內(nèi)螺紋和外螺紋；按螺紋截面形狀可分為三角螺紋、錐形螺紋、梯形螺紋和矩形螺紋等；按螺紋的牙形角可分為公制螺紋和英制螺紋；按螺距不同可分為粗牙螺紋和細(xì)牙螺紋。生產(chǎn)中常見(jiàn)的主要是公制三角螺紋和錐形管螺紋。螺紋的技術(shù)要求主要包括牙形精度、螺距精度、中徑精度、表面粗糙度和硬度。4.4.2車(chē)螺紋

車(chē)螺紋是在普通車(chē)床上用成形螺紋車(chē)刀或螺紋梳刀來(lái)進(jìn)行螺紋加工的一種方法。它是螺紋加工中最簡(jiǎn)單的方法之一，其具有以下特點(diǎn)：

(1)適應(yīng)性廣，通用性好。各種形狀、各種尺寸的內(nèi)、外螺紋，均可采用車(chē)削加工。

(2)可獲得較高的加工精度。一般加工外螺紋可達(dá)4h～6h，內(nèi)螺紋可達(dá)5H～7H。

(3)刀具簡(jiǎn)單，生產(chǎn)準(zhǔn)備工作量小，費(fèi)用低。

(4)對(duì)工人的技術(shù)水平要求較高。

(5)生產(chǎn)率較低。由以上特點(diǎn)不難看出，車(chē)螺紋適用于螺紋精度要求較高、尺寸較大，且產(chǎn)量不大的生產(chǎn)條件。特別是一些非標(biāo)準(zhǔn)的螺紋、多頭螺紋等，車(chē)削往往是唯一的加工方法。

車(chē)螺紋時(shí)應(yīng)注意以下幾個(gè)問(wèn)題：

(1)螺紋刀具的刃磨要正確，刃磨時(shí)要用樣板來(lái)檢查。

(2)螺紋刀具安裝時(shí)刀尖應(yīng)對(duì)準(zhǔn)工件中心，其對(duì)稱(chēng)平面應(yīng)與工件軸線相垂直。

(3)粗、精螺紋車(chē)刀要分開(kāi)，并采用正確的進(jìn)刀方法。

(4)正確使用冷卻液，以保證螺紋表面粗糙度和刀具耐用度。4.4.3攻絲與套扣

攻絲是用絲錐作為切削工具，在已有孔中加工內(nèi)螺紋的一種方法。而套扣則是用板牙作為切削工具，在外圓上加工外螺紋的一種方法。它們都是螺紋加工中最簡(jiǎn)單的方法之一。攻絲與套扣都可以在鉆床、普通車(chē)床和自動(dòng)機(jī)床上進(jìn)行，也可以用手工方法進(jìn)行。其加工精度一般攻絲可達(dá)5H～7H，套扣可達(dá)6h～8h。

攻絲與套扣加工條件簡(jiǎn)單，適用于各種生產(chǎn)條件,但受切削工具的限制，不宜加工大直徑的螺紋。同時(shí)由于加工時(shí)的切削速度較低，故生產(chǎn)率不高。4.4.4磨螺紋

磨螺紋是在專(zhuān)用螺紋磨床上用成形砂輪對(duì)精密螺紋進(jìn)行加工的一種方法。特別是在零件經(jīng)淬火后硬度較高的情況下，由于一般很難用刀具進(jìn)行切削，為了減小螺紋在熱處理中所產(chǎn)生的變形，通常在工件熱處理后要進(jìn)行螺紋的磨削。磨螺紋的加工精度可達(dá)4h或更高，表面粗糙度值Ra為0.16～0.63μm。螺紋的磨削方法有以下幾種：

(1)用單線砂輪磨螺紋。圖4－17所示為單線砂輪磨螺紋的示意圖，砂輪為盤(pán)狀，截面形狀與螺紋槽相同，其軸線與工件軸線傾斜一個(gè)螺紋升角。加工時(shí)，砂輪作高速旋轉(zhuǎn)，工件每旋轉(zhuǎn)一周，則在軸向移動(dòng)一個(gè)螺距。這種方法的特點(diǎn)是，砂輪修整簡(jiǎn)單，而且沒(méi)有牙形誤差，所以加工精度很高，但生產(chǎn)率低。另外，采用這種方法不僅可以加工外螺紋，也可以加工內(nèi)螺紋，因此在航空零件生產(chǎn)中得到廣泛的應(yīng)用。圖4－17單線砂輪磨螺紋

(2)用多線砂輪磨螺紋。圖4－18所示為多線砂輪磨螺紋的示意圖，砂輪為圓柱狀，相當(dāng)于許多單線砂輪疊加而成，其截面形狀如同梳刀一樣。這種方法的特點(diǎn)是，一般不需要進(jìn)行螺紋的預(yù)切，故生產(chǎn)率較高。由于多線砂輪的制造和修整比較困難，其加工精度不如用單線砂輪加工時(shí)的高，因此在實(shí)際生產(chǎn)中多采用單線砂輪進(jìn)行螺紋磨削。圖4－18多線砂輪磨螺紋4.4.5研螺紋

研螺紋是一種螺紋表面的光整加工方法，主要用在磨削不能滿足螺紋的精度和表面粗糙度要求的情況下。研螺紋的加工精度可達(dá)4h(4H)，表面粗糙度值Ra可達(dá)0.04μm。

圖4－19所示為研螺紋的示意圖。圖4－19研螺紋4.4.6擠壓螺紋

擠壓螺紋屬無(wú)切屑加工，是利用工件表面金屬的塑性變形、擠壓形成螺紋的一種加工方法。這種方法具有以下特點(diǎn)：

(1)生產(chǎn)率高，因此在大批量生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用。

(2)加工精度穩(wěn)定，一般可達(dá)4h～6h。

(3)加工出的螺紋強(qiáng)度和耐用度高，表面粗糙度值小。

(4)由于加工運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)單，故設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。

(5)受工件材料硬度、強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)的限制，只適用于塑性材料工件外螺紋的加工。

1.搓絲

圖4－20所示為搓絲的示意圖。加工時(shí)，兩搓絲板作相對(duì)平行運(yùn)動(dòng)，工件在搓絲板之間作自由滾動(dòng)，利用搓絲板上的齒，在工件外圓上直接搓出螺紋。由于搓絲板的安裝不易精確，因此搓絲的加工精度較低，一般只能達(dá)到6h。另外，由于搓絲板的壓入深度一開(kāi)始就等于被加工螺紋的深度，擠壓力很大，因而不能加工空心零件。但搓絲板每運(yùn)動(dòng)一次，就可搓制出一個(gè)工件，故生產(chǎn)率高，成本低。搓絲加工的最大螺紋一般不超過(guò)M25。圖4－20搓絲

2.滾絲

滾絲使用的擠壓工具是滾輪，根據(jù)滾輪的數(shù)目，分為單滾輪、雙滾輪和三滾輪等滾壓方式，常用的是雙滾輪方式。圖4－21所示為雙滾輪滾絲的加工示意圖。加工時(shí)兩滾輪同向等速旋轉(zhuǎn)，并帶動(dòng)工件旋轉(zhuǎn)，其中一個(gè)滾輪固定不動(dòng)，而另一個(gè)滾輪則沿工件徑向作進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。

由于滾輪的制造和安裝精度都比搓絲板高，因此滾絲的加工精度比搓絲高，可達(dá)4h。在滾壓過(guò)程中，滾輪的工作深度是逐漸地增加的，因此擠壓力比搓絲小。滾絲的生產(chǎn)率沒(méi)有搓絲高，但工藝應(yīng)用范圍較廣，不僅可以加工空心零件和錐形螺紋，還可以用于刀、量具的制造。加工的螺紋直徑范圍一般為M0.3～M120。圖4－21滾絲 4.5齒輪加工

4.5.1概述

1.齒輪的功用和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

齒輪是機(jī)械零件中常見(jiàn)的一種專(zhuān)用零件，其功用是按照規(guī)定的速比傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。齒輪的種類(lèi)很多，其結(jié)構(gòu)、形狀和尺寸，按使用要求的不同而各不相同，但從工藝角度可將其看成是由齒圈和輪體兩個(gè)部分所組成。按照齒圈上輪齒的分布形式，齒輪可分為直齒輪、斜齒輪、人字齒輪、弧齒輪、外齒輪、內(nèi)齒輪等。按照輪體的結(jié)構(gòu)形狀特點(diǎn)，齒輪大致可分為軸齒輪、盤(pán)齒輪、套筒齒輪、錐齒輪、扇齒輪、齒條等。按照齒的形狀，齒輪可分為漸開(kāi)線齒輪、擺線齒輪和鼓形齒輪等。其中以圓柱、盤(pán)形和錐形漸開(kāi)線直、斜齒輪應(yīng)用較多。

2.圓柱齒輪的精度要求

對(duì)齒輪傳動(dòng)的使用要求主要是：運(yùn)動(dòng)傳遞準(zhǔn)確；傳動(dòng)工作平穩(wěn)，噪音小；載荷分布均勻和齒側(cè)間隙適當(dāng)?shù)取６绊扆X輪這些要求的是齒輪幾何偏心、運(yùn)動(dòng)偏心、齒形誤差和齒向誤差等。為此，在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB10095—88《漸開(kāi)線圓柱齒輪精度》中對(duì)齒輪及齒輪副規(guī)定了12個(gè)精度等級(jí)，并按齒輪各項(xiàng)誤差對(duì)傳動(dòng)性能的主要影響，將齒輪每級(jí)精度的各項(xiàng)公差分為三個(gè)公差組，見(jiàn)表4－4。表4－4齒輪的公差組

第Ⅰ公差組主要控制齒輪一轉(zhuǎn)內(nèi)的轉(zhuǎn)角誤差，它影響齒輪傳遞運(yùn)動(dòng)的準(zhǔn)確性。第Ⅱ公差組主要控制齒輪在一個(gè)齒距角范圍內(nèi)的轉(zhuǎn)角誤差，它影響齒輪傳動(dòng)的平穩(wěn)性。第Ⅲ公差組主要控制齒輪齒面的接觸狀況，它影響齒輪載荷分布的均勻性。

此外，為了補(bǔ)償齒輪嚙合時(shí)產(chǎn)生的熱變形和彈性變形，保證齒側(cè)間隙的大小，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中還規(guī)定了14種齒厚極限偏差，分別用字母C、D、E、F、G、H、J、K、L、M、N、P、R、S表示，齒厚的上、下偏差則由上述兩個(gè)字母組成，其具體數(shù)值可查閱有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

3.齒輪的材料、熱處理和毛坯

1)齒輪材料與熱處理

齒輪材料與熱處理的選用會(huì)直接影響齒輪的工作性能、加工性能和使用壽命，因此應(yīng)根據(jù)齒輪的工作條件和失效形式來(lái)選擇。對(duì)鋼質(zhì)齒輪來(lái)說(shuō)，一般應(yīng)選用中碳鋼或中碳合金鋼,因?yàn)橹刑间摰木C合機(jī)械性能比較好，如45鋼、40Cr、38CrMnAlA等，并進(jìn)行調(diào)質(zhì)、表面淬火或滲氮處理。因?yàn)榈吞间摰捻g性較高，如20鋼、20Cr、20CrMoTi等，所以也可以選用低碳鋼或低碳合金鋼，并進(jìn)行滲碳淬火或碳氮共滲處理。

2)齒輪毛坯

齒輪毛坯的種類(lèi)主要有棒料、鍛件和鑄件。棒料的成本低，但力學(xué)性能不高，故常用于尺寸較小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且對(duì)強(qiáng)度要求不高的齒輪。鍛件的力學(xué)性能好，但成本相對(duì)較高，它是目前齒輪毛坯的主要制造方法。對(duì)于尺寸較大、結(jié)構(gòu)形狀復(fù)雜、工作條件差的齒輪，常采用鑄造的方法制造毛坯。為了提高勞動(dòng)生產(chǎn)率、節(jié)約原材料，隨著新工藝、新技術(shù)的不斷出現(xiàn)，也可采用精密鍛造、精密鑄造、粉末冶金、熱軋和冷擠等方法來(lái)制造齒輪毛坯。

4.齒坯加工簡(jiǎn)述

齒形加工外的齒輪加工統(tǒng)稱(chēng)為齒坯加工，它在整個(gè)齒輪加工中占有很重要的地位。因?yàn)辇X坯加工不僅在齒輪加工總工作量中所占的比例大，而且齒坯加工后的內(nèi)孔、軸頸、端面等常常又是齒形加工、齒輪安裝與檢驗(yàn)的基準(zhǔn)，因此齒坯加工對(duì)保證齒輪質(zhì)量和提高生產(chǎn)率來(lái)說(shuō)都顯得十分重要。

齒坯公差主要包括基準(zhǔn)孔或軸的直徑公差、基準(zhǔn)端面的跳動(dòng)量等。在GB10095—88中，對(duì)各級(jí)精度齒輪的齒坯公差都作了相應(yīng)的具體規(guī)定，使用時(shí)可查閱有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

齒坯加工方案主要取決于齒輪的輪體結(jié)構(gòu)、技術(shù)要求和生產(chǎn)類(lèi)型。

5.齒形加工簡(jiǎn)述

齒形加工是齒輪工藝過(guò)程的重要組成工序，也是獲得符合要求齒輪的關(guān)鍵工序。齒形的加工方法很多，按照加工中有無(wú)切屑可分為切削加工和無(wú)切屑加工兩大類(lèi)。雖然無(wú)切屑加工具有生產(chǎn)率高、材料消耗少和成本低等優(yōu)點(diǎn)，但因其工藝不穩(wěn)定、加工精度不高和受工件材料特性的限制，目前還未被廣泛應(yīng)用。而切削加工由于加工精度高、使用靈活等優(yōu)點(diǎn)，目前仍是齒形加工的主要方法。切削加工按照齒形加工原理可分為仿形加工和展成加工兩種。仿形加工是采用與被切齒輪齒槽形狀相符合的成形刀具來(lái)進(jìn)行加工。而展成加工則是利用齒輪的嚙合原理來(lái)進(jìn)行加工。表4－5常見(jiàn)的齒形加工方法4.5.2滾齒

1.滾齒原理及運(yùn)動(dòng)

滾齒是用滾刀作為切削工具，在滾齒機(jī)上進(jìn)行齒形加工的一種常用方法。其加工原理如圖4－22所示，滾刀刀齒的法向截面相當(dāng)于假想齒條，滾刀與被切齒輪之間的展成運(yùn)動(dòng)如同是齒條和齒輪的嚙合運(yùn)動(dòng)。因此，滾齒加工必須具有以下三個(gè)運(yùn)動(dòng)：

(1)滾刀的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)（n刀）；

(2)滾刀與工件的展成運(yùn)動(dòng)，即圖4－22滾齒原理

(1)滾刀的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)（n刀）；

(2)滾刀與工件的展成運(yùn)動(dòng)，即

(3)滾刀沿工件軸向的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)（f軸）。

當(dāng)滾斜齒輪時(shí)，除上述三個(gè)運(yùn)動(dòng)外，齒坯還需附加一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)，以便形成沿齒寬方向的螺旋線形狀。附加轉(zhuǎn)動(dòng)可按斜齒輪螺旋角與導(dǎo)程的關(guān)系算出，然后由滾齒機(jī)的差動(dòng)機(jī)構(gòu)合成進(jìn)行滾切。

由滾齒原理可知，由于滾刀相當(dāng)于一個(gè)螺旋角很大的螺旋齒輪，因此要求滾刀的法向模數(shù)和法向齒形角必須與被切齒輪的法向模數(shù)和法向齒形角相等。

2.滾齒工藝

1)滾刀的安裝

為了使?jié)L刀的旋轉(zhuǎn)方向與被切齒輪切于同一假想齒條，滾刀軸線應(yīng)與被切齒輪端面傾斜一個(gè)安裝角γ安，如圖4－23所示。在滾切直齒輪時(shí)γ安=λ刀在滾切斜齒輪時(shí)γ安=β工±λ刀在滾切斜齒輪時(shí)γ安=β工±λ刀

即當(dāng)滾刀與工件的螺旋方向相反時(shí)取“+”號(hào)，相同時(shí)取“-”號(hào)。式中：λ刀為滾刀的螺旋升角；β工為工件的螺旋角。圖4－23滾刀安裝角

(a)滾直齒；(b)、(c)滾斜齒此外，滾刀安裝調(diào)整時(shí)應(yīng)“對(duì)中”，即應(yīng)使?jié)L刀的一個(gè)刀齒或刀槽的對(duì)稱(chēng)線通過(guò)齒坯的中心，否則會(huì)引起被切齒形的不對(duì)稱(chēng)，產(chǎn)生加工誤差。這一點(diǎn)對(duì)于加工模數(shù)較大而齒數(shù)又較少的齒輪時(shí)尤為重要。生產(chǎn)中滾刀“對(duì)中”的常用方法有對(duì)刀塊法、壓痕法和試削法。

2)齒坯的安裝

齒坯安裝時(shí)，要求其基準(zhǔn)孔或基準(zhǔn)軸頸的軸線應(yīng)與滾齒機(jī)工作臺(tái)的回轉(zhuǎn)中心重合，否則會(huì)使加工后的齒輪產(chǎn)生徑向和切向誤差。實(shí)際生產(chǎn)中，齒坯的安裝方式有兩種：一是內(nèi)孔定心端面定位，這種方式的特點(diǎn)是，齒坯安裝迅速方便，但需要有專(zhuān)用心軸，適用于成批生產(chǎn)；二是外圓定心端面定位，這種方式的特點(diǎn)是，需按齒坯外圓找正，但不需要專(zhuān)用心軸，適用于單件小批生產(chǎn)。

3.滾齒的工藝特點(diǎn)

(1)工藝范圍廣。滾齒從工藝角度可分為粗滾和精滾，并且它不僅可以作為齒輪齒形的最終加工方法單獨(dú)使用，也可以作為剃齒或磨齒前的預(yù)加工方法使用。它既能完成外齒輪（直、斜齒）的加工，也是目前蝸輪加工的唯一方法。

(2)生產(chǎn)率較高。滾齒時(shí)的主運(yùn)動(dòng)是連續(xù)回轉(zhuǎn)切削，無(wú)空程損失，并且可以采用較高的切削速度。目前高速鋼滾刀的滾切速度為25～40m/min。實(shí)驗(yàn)證明，在滾齒機(jī)剛度和抗振性好的前提下，滾切速度也可提高到60～90m/min，甚至更高。若采用多頭滾刀，也能顯著地提高生產(chǎn)率，但多頭滾刀的加工精度較低。

(3)運(yùn)動(dòng)精度較高。滾齒時(shí)，只有滾刀一圈多的刀齒參加切削，由于其切削刀齒的位置不變，因此周節(jié)偏差小，一般齒輪滾切后的精度為7~8級(jí)，最高可達(dá)6級(jí)。

(4)齒面質(zhì)量較差。齒輪的齒形面是由滾刀的刀齒包絡(luò)而成的，受滾刀刀齒數(shù)的限制（一般z大于等于20），因而加工后的齒面較粗。另外，由于滾刀刀齒各部位的磨損極不均勻，也會(huì)影響齒面的質(zhì)量，因此齒輪加工后的齒面粗糙度Ra一般為1.25～5μm。

(5)所需切入、切出行程較大，應(yīng)用范圍有一定的限制。4.5.3插齒

1.插齒原理及運(yùn)動(dòng)

插齒是最常用的齒形加工方法之一。它與滾齒相同，也是利用展成原理來(lái)進(jìn)行加工的。插齒刀和工件相當(dāng)于一對(duì)軸線相互平行的圓柱齒輪相嚙合，而插齒刀就像一個(gè)磨有前、后角后產(chǎn)生切削刃的齒輪，如圖4－24所示。插齒時(shí)刀具與齒坯之間的加工運(yùn)動(dòng)有以下幾種：

(1)切削運(yùn)動(dòng)。切削運(yùn)動(dòng)即插齒刀沿齒坯軸向的上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，向下為切削行程，向上為空行程。圖4－24插齒原理

(2)分齒運(yùn)動(dòng)。根據(jù)插齒原理，插齒刀和齒坯之間的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)必須保持一對(duì)圓柱齒輪的嚙合關(guān)系，為此，由插齒機(jī)的傳動(dòng)鏈提供強(qiáng)制性的嚙合運(yùn)動(dòng)，即要滿足

(3)圓周進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。插齒刀每一往復(fù)行程在分度圓上所轉(zhuǎn)過(guò)的弧長(zhǎng)，稱(chēng)為圓周進(jìn)給量，它直接影響插齒刀每切一刀的切削量。因此，插齒的嚙合過(guò)程也是圓周進(jìn)給過(guò)程。的關(guān)系。

(4)徑向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。插齒時(shí)，為了逐步地切至全齒深，插齒刀必須有徑向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。徑向進(jìn)給量是由插齒機(jī)的凸輪機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的，用插齒刀每次往復(fù)行程時(shí)的徑向移動(dòng)距離來(lái)表示。當(dāng)切至全齒深時(shí)，徑向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)自動(dòng)停止，然后在無(wú)徑向進(jìn)給下切除整圈輪齒。

(5)讓刀運(yùn)動(dòng)。為了避免擦傷已加工的齒面和減少插齒刀刀齒的磨損，當(dāng)插齒刀向上作空行程時(shí)，工作臺(tái)需使工件離開(kāi)刀具。當(dāng)插齒刀向下切削時(shí)，工作臺(tái)恢復(fù)原位。這種運(yùn)動(dòng)稱(chēng)為讓刀運(yùn)動(dòng)。

2.插齒與滾齒工藝特點(diǎn)的比較

(1)工藝范圍廣。滾齒和插齒都是齒輪加工中應(yīng)用最廣的齒形加工方法，但受齒輪結(jié)構(gòu)等因素的影響，各自的加工對(duì)象有所不同。一般情況下，滾齒所能加工的齒輪（蝸輪除外），插齒都能加工。而一些滾齒無(wú)法加工的齒輪，如多聯(lián)齒輪、內(nèi)套齒、扇齒輪等，插齒往往是唯一的加工方法。

(2)齒形誤差和齒面粗糙度值小。插齒時(shí)形成齒形的包絡(luò)線數(shù)量是由圓周進(jìn)給量的大小決定的，可以進(jìn)行控制，而滾齒時(shí)形成齒形的包絡(luò)線數(shù)量只與滾刀的刀齒數(shù)和螺旋線頭數(shù)有關(guān)，不能通過(guò)改變加工條件而增減，因此，插齒時(shí)的包絡(luò)線數(shù)要比滾齒多得多。另外，插齒刀的制造工藝簡(jiǎn)單，沒(méi)有理論齒形誤差，再加上插齒刀的安裝誤差對(duì)齒形精度的影響較小，所以插齒加工后的齒形誤差和齒面粗糙度值小。

(3)運(yùn)動(dòng)精度較低。插齒機(jī)的傳動(dòng)鏈比滾齒機(jī)長(zhǎng)，因此機(jī)床的傳動(dòng)誤差大。此外，插齒刀本身的制造和安裝誤差，以及插齒刀旋轉(zhuǎn)時(shí)的轉(zhuǎn)角誤差等，都會(huì)使被切齒輪的切向誤差增大，導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)精度較低。

(4)齒向誤差較大。由于插齒時(shí)插齒刀是作頻繁的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，主軸與套筒容易磨損，因此齒向誤差比滾齒大。

(5)生產(chǎn)率較低。插齒時(shí)插齒刀需作直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)，不僅有空程損失，而且受主軸慣性的影響，切削速度的提高受到限制。另外，滾齒時(shí)的機(jī)動(dòng)時(shí)間與工件的齒數(shù)有關(guān)，而插齒時(shí)的機(jī)動(dòng)時(shí)間與工件的直徑有關(guān)，所以插齒的生產(chǎn)率一般沒(méi)有滾齒的高。只有在加工小模數(shù)、大直徑的齒輪時(shí)，采用插齒比較適宜。4.5.4剃齒

1.剃齒原理及運(yùn)動(dòng)

剃齒是在滾插齒的基礎(chǔ)上，用剃齒刀在剃齒機(jī)上對(duì)齒形進(jìn)行精加工的方法之一。其加工過(guò)程屬于一對(duì)螺旋齒輪作無(wú)側(cè)隙嚙合，由剃齒刀帶動(dòng)工件作自由對(duì)滾的過(guò)程。剃齒刀實(shí)質(zhì)上就是一個(gè)高精度的螺旋齒輪，只是為了形成切削刃，在齒面上沿漸開(kāi)線方向開(kāi)了許多小槽而已，如圖4－25所示。當(dāng)剃齒刀帶動(dòng)工件旋轉(zhuǎn)時(shí)，在嚙合點(diǎn)P上，剃齒刀旋轉(zhuǎn)的圓周速度為v刀，而工件繞自己軸線的旋轉(zhuǎn)速度為v工，v刀和v工都可以分解成為齒的法向分量（v刀法和v工法）和切向分量（v刀切和v工切）。由于嚙合點(diǎn)的兩個(gè)法向分量必須相等，即v刀法=v工法，亦即v刀cosβ刀=v工cosβ工。這時(shí)兩個(gè)切向分量就會(huì)不相等，從而在齒向產(chǎn)生了相對(duì)滑動(dòng)。由于剃齒刀的齒面上開(kāi)有許多小槽，這些小槽與齒側(cè)面的交線就是切削刃，因此當(dāng)齒輪齒面沿它相對(duì)滑動(dòng)時(shí)就產(chǎn)生了切削作用，切下微細(xì)的切屑。這個(gè)相對(duì)滑移速度就是剃齒的切削速度。圖4－25剃齒原理

(a)剃齒運(yùn)動(dòng)；(b)剃齒原理綜上分析，普通剃齒時(shí)，應(yīng)具有以下幾種運(yùn)動(dòng)：

(1)剃齒刀的高速正、反旋轉(zhuǎn)。

(2)工件沿軸向的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。

(3)工件每往復(fù)一次后的徑向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。

2.剃齒方法

由剃齒原理可知，剃齒刀刀齒與工件輪齒是點(diǎn)接觸，為了加工出整個(gè)齒面，工件必須作往復(fù)運(yùn)動(dòng)。根據(jù)工作臺(tái)進(jìn)給方向的不同，剃齒加工方法可分為以下幾種。

1)軸向剃齒法

軸向剃齒法也稱(chēng)為普通剃齒法，如圖4－26所示。剃齒時(shí)，工作臺(tái)的往復(fù)進(jìn)給方向與工件的軸

線相平行，使輪齒各個(gè)截面都從嚙合點(diǎn)P通過(guò)，從而使工件全齒寬獲得剃削，因此，工作臺(tái)的最小行程長(zhǎng)度應(yīng)略大于工件的齒寬，即Lmin>B工。圖4－26軸向剃齒軸向剃齒法比較簡(jiǎn)單，是目前生產(chǎn)中最常使用的剃齒方法。但該方法也存在缺點(diǎn)，主要是剃齒刀上進(jìn)行切削的只是刀齒很窄的一圈，整個(gè)刀齒不能得到充分利用，容易造成刀具局部磨損，使刀具的耐用度降低。另外，工作臺(tái)的往復(fù)行程較大，故生產(chǎn)率不高。圖4－27對(duì)角剃齒

2)對(duì)角剃齒法

對(duì)角剃齒法如圖4－27所示。工作臺(tái)的往復(fù)進(jìn)給方向與工件的軸線有一夾角γ（一般不超過(guò)15°），當(dāng)剃工件右端面時(shí)，嚙合點(diǎn)A在剃齒刀的右端面上，此時(shí)剃齒刀右端面的刀齒參與切削。隨著工作臺(tái)的移動(dòng)，當(dāng)剃工件左端面時(shí)，嚙合點(diǎn)B在剃齒刀的左端面上，此時(shí)剃齒刀左端面的刀齒參與切削。由于剃齒刀與工件的嚙合點(diǎn)隨工作臺(tái)的移動(dòng)而變化，因此，剃齒刀在整個(gè)刀齒寬度上的磨損較為均勻，且往復(fù)行程可隨γ角增大而減小，有利于刀具的耐用度和生產(chǎn)率的提高。對(duì)角剃齒法的生產(chǎn)率比普通剃齒法高3至4倍，刀具耐用度可提高一倍，同時(shí)由于剃齒行程的減小，使剃齒刀與工件出現(xiàn)干涉的可能性減小，故可剃削兩個(gè)齒圈相距很近的齒輪。但此法要求剃齒機(jī)有較高的剛度、較大的功率和工作臺(tái)具有可調(diào)角度，此外還要求工人具有較高的調(diào)整水平。

3)切向剃齒法

當(dāng)工作臺(tái)的往復(fù)運(yùn)動(dòng)方向與工件的軸線夾角γ增大到90°時(shí)，對(duì)角剃齒就變成了切向剃齒，如圖4－28所示。圖4－28切向剃齒

3.剃齒的工藝特點(diǎn)

(1)生產(chǎn)率高。剃齒一般只需要2～4min即可加工一個(gè)齒輪，與磨齒相比，效率要高出10倍以上，因此廣泛應(yīng)用于成批大量生產(chǎn)。

(2)生產(chǎn)成本低。剃齒所需機(jī)床結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工質(zhì)量主要用刀具保證，因此操作簡(jiǎn)單，其加工成本比磨齒平均要低90%。

(3)加工精度較高。剃齒對(duì)齒形誤差、基節(jié)偏差和齒圈徑向跳動(dòng)的修正能力較強(qiáng)，因此其加工精度可達(dá)6～7級(jí)，表面粗糙度值Ra為0.2~0.8μm。