車床機加工綜述

1、機械加工工藝基礎知識1 機械加工生產線是由通用機床、專用機床（包括組合機床）組成 的加工線，在機加工生產線上常見的加工方法有車削、銑削、磨削、 鉆鏜等。所謂：車削加工是在車床上由主軸帶動工件旋轉，工作臺帶動刀 具與工件做相對運動所進行的切削加工。 一般用于旋轉面零件， 車床 加工包括鉆中心孔、車外圓、車端面、鉆孔、車孔鉸孔、切槽、車螺 紋、滾花、車錐面、車成形面、攻螺紋等銑削加工是在銑床上由主軸帶動銑刀旋轉，工作臺帶動工 件與銑刀做相對運動所進行的切削加工。一般用于加工零件的平面、 輪廓面和溝槽等，銑床加工包括周銑和端銑平面、銑特形溝槽（如 V 形槽、T 形槽、燕尾槽等）、銑直角溝槽（如鍵槽、

2、窄槽等）、銑連 接面（如臺階、扁榫、六角、棱柱、棱錐等）切斷、銑成型面（如凸 輪、鏈輪、刀具齒槽、齒輪齒條和蝸輪）等。磨削加工是在磨床上由砂輪軸帶動砂輪旋轉，工件旋轉或 移動于砂輪做相對運動所進行的磨削加工。 一般用于各種零件的精加 工，磨削加工的內容如圖 1-1 所示。鉆鏜加工是由主軸帶動刀具旋轉，并與固定在工作臺上的 工件做相對進給運動所進行的切削加工。主要用于各種零件孔加工， 鉆床適用于鉆削、擴削、鉸削、锪削加工。鏜床適用于精度較高的單 孔和孔系加工，以及與孔相關面的切削加工，如圖 1-2 所示，使用銑 刀也可以進行銑削加工，主要用于箱體零件的孔系加工和平面加工。2 獲得表面形狀的金屬切

3、削加工方法 主要有 1軌跡法、2 成形 法、 3仿形法、 4展成法。軌跡法：是依靠刀尖運動軌跡來獲得所要求的表面幾何形狀的， 金屬切削加工絕大部分是采用這種加工方法。 例如用加工的回轉和車 刀的直線運動車削圓錐面如圖 1-3a 所示；用工件回轉和縱向移動以 及砂輪回轉加工圓柱面如圖 1-3b 所示；用工件的回轉和刀具案靠模 作曲線運動加工特殊形狀的回轉表面如圖 1-3c 所示；用刨刀的直線 運動和工件垂直于刨刀運動方向作直線運動加工平面如圖 1-3d 所示 等等。用這種加工方法，得到的形狀精度取決于成形運動的精度。成形法：加工時機床的某些成形運動就被成形刀具的刀刃幾何形 狀所代替。例如圖 1-

4、4a 用成形車刀或成形砂輪加工回轉曲面； 圖 1-4b 用成形銑刀（成形刨刀）加工曲面； 1-4c 的車削（磨削）螺紋均屬于 此類。車（磨）螺紋時，螺紋面由工件的回轉和車刀砂輪的直線運動 產生，而螺紋的牙形則決定于刀具（砂輪）的形狀。這種加工方法， 形狀精度既取決于成形運動的精度，也取決于刀刃的形狀精度。仿形法：是按照模樣的輪廓形狀加工出與其相似或相同的工件輪 廓形狀的方法圖 1-5 所示為仿形加工的基本方法； 圖 1-5a所示是在銑 床用立式銑刀仿形加工波紋面；圖 1-5b 所示是在車床上用仿形裝置 加工曲線手柄。 仿形加工法實質上是屬于軌跡法的一種， 刀具的運動 軌跡是依靠模樣和仿形銷來確

5、定的。展成法：各種齒形的加工，常采用這種方法。加工時，如圖 1-6a所示，刀具和工件作嚙合運動，道具相當于齒條，工件是與齒條嚙合 的齒輪，被加工表面是刀刃在相對嚙合運動中的包絡面，如圖 1-6b 所示。刀刃必須是被加工的共軛曲線，而作為成形運動的嚙合運動， 則必須保持確定的速比關系。 又如在銑床上按照鏈條與鏈輪傳動的關 系加工鏈條，如圖 1-7 所示，也是展成法加工的示例之一。由上述可知，為了保證形狀精度，必須首先保證各成形運動本身 及其相互關系的準確性。 各成形運動的相互關系， 是指成形運動軌跡 的相對位置關系（幾何關系）和成形運動速度之間的相互關系（運動 關系），對于大多數簡單幾何形狀。如

6、圓柱面、圓錐面、平面等，只 需保證前一個關系就可以了； 而對于一些復雜表面， 如螺旋面及各種 用展成法加工的表面（如齒輪等）則需同時保證兩個關系。機器零件 的種類雖然很多，但從其表面形狀來看，大多是由一些圓柱面、圓錐 面、平面、螺旋面等簡單幾何表面組成的。獲得這些表面，都離不開 回轉運動和直線運動這兩種最基本的成形運動。3 金屬切削過程主要運動有 1 主運動：刀具與工件之間使刀具逼 近材料以進行切削加工的相對運動。 2 進給運動：由機床或手動傳給 刀具或工件把切削層投入切削的運動， 它配合主運動連續(xù)不斷地或依 次地切成切屑， 以形成所需幾何狀態(tài)的工作已加工表面。 進給運動可 以是間歇的也可以是

7、連續(xù)的； 可能是與主動運動同時連續(xù)進行的也可 能是與主運動交替間歇進行的，有些切削加工的進給運動可以有數 個，如磨外圓等；還有些切削加工，如攻螺紋、拉削等，進給運動是 由事先的切削刃布置來完成的。 3 合成切削加工運動：由主運動和進 給運動合成的運動4 金屬切削用量是指切削速度、進給量和吃刀量等要素切削速度： 指切削刃的選定點相對工件的主運動的瞬時速度， 通 常用 vc 表示，單位 m/min 或 m/s,在計算切削速度時，一般都選擇切 削刃工作部分上速度最高的點作為選定點。切削速度的計算方法如 下：當主運動為回轉運動時Vc = Dn/1000 （m/min）Vc =Dn/601000 （m/

8、s）式中 n 工件或刀具的轉速（ r/min ）D 工件或刀具的直徑（ mm ）。式中 n 工件或刀具的每分鐘往復行程的次數（雙行程、 min）； 行程長度（ mm）。m 工作行程平均速度與空行程平均速度比值。對一 般機械傳動的牛頭刨床可粗略地取 m=2/3。進給量：指在工件或刀具的每一轉或每一往復行程的時間內， 刀 具與工件之間沿進給運動方向的相對位移。通常用 f 表示，單位為 mm/r 或 mm行/ 程。銑削加工時，為便于調整機床進給量，需要計算單 位時間內刀具相對工件在進給運動方向的相對位移， 即進給速度， 用 Vf 表示，單位為 mm/min。對多刀刃刀具（如麻花鉆、 鉸刀、銑刀等），

9、 為了衡量每個刀齒的切削負荷， 需計算每齒進給量， 即刀具和工件之 間在每轉過一個齒間角的期間沿進給運動方向的位移。通常用 fz 表 示，單位 mm/z。Vf 、f 、fz 三者之間計算關系如下：Vf=fn=fxzn 式中 n 刀具或工件的轉速（ r/min ） ；z 刀具齒數。 背吃刀量：指通過切削刃基點并垂直于工作平面方向上測量的吃 刀量 ap, 也就是工件待加工表面與已加工表面之間的垂直距離， 通常 用 ap 表示，單位為 mm。車削外圓時ap=D-d/2 （mm）式中 D 工件待加工表面的直徑（ mm）d 工件以加工表面的直徑（ mm） 銑削加工時吃刀量對于工件而言可以分為銑削深度 a

10、p 和銑削 寬度 ae，銑削深度 ap 是沿銑刀軸線方向測量的銑刀切入工件的深度； 銑削寬度 ae 沿垂直與銑刀軸線方向工件被切削部分的尺寸。幾種典 型銑削加工銑削寬度和銑削深度的測量位置如圖 1-9 所示。5 改變生產對象的形狀、尺寸、相對位置和性質等，使其成為成 品或半成品的過程成為工藝過程。 由工序、工位、工步和裝夾等組成。工序指一個或一組工人，在一個工作地對同一個或同時對幾個工 件所連續(xù)完成的那一部分工藝過程。 一個零件的制造需要經過若干個 工序才能完成。在大批量生產中，工序一般都比較簡單，例如軸類零 件兩端打中心孔，最為一道工序，可采用專用的打中心孔機床，同時 加工兩端中心孔。工位指

11、為了完成一定的工序部分， 工件一次裝夾后， 在機床上所 占據的每一個位置， 一般每一個位置都有一個相應的加工表面。 例如 在生產線組合機床上常采用多工位加工箱體零件， 在不同的工位上分 別加工箱體的各個平面和孔系，如圖 1-10 所示。多工位加工是生產 線加工的常見加工方式， 采用多工位加工可以減少裝夾次數和輔助時 間。一些回轉盤式多工位加工單元設置工件的裝卸工位， 使工件的裝 卸與加工的機動時間重合，有效提高了生產效率。工步是指在加工表面和加工工具不變的前提下所連續(xù)完成的那 一部分工序。 用一把刀加工一個表面屬于單一工步， 在生產線上常采 用多刀加工， 在多刀車床上用多刀同時加工一個或數個表

12、面， 這樣的 工步稱為復合工步，如圖 1-11 所示。裝夾是指工件的定位與夾緊的過程。在生產線上，通常采用自 動和半自動裝夾方式。6 一般零件表面主要由圓柱面、圓錐面、平面、連接面和斜面、 溝槽等構成。軸類零件一般由兩端平面、 臺階環(huán)形面和外圓柱面構成。軸類零件一般由兩端平面、 臺階環(huán)形面和外圓柱面構成， 倒角和 圓錐部分由圓錐面構成，一般采用車削、磨削等加工方法。箱體零件一般由平面和孔構成， 不加工的平面由鑄造成形， 加工 的平面一般采用銑、鏜、刨、磨的方法進行加工，孔口平面也可以采 用锪削的方法進行加工?？椎募庸げ捎勉@、擴、鉸和鏜削加工方法。套類零件一般由兩端平面、 臺階環(huán)形面和內外圓柱面

13、構成， 倒角 和圓錐部分由圓錐面構成。一般都采用車削、磨削等加工方法。在大批量生產線上， 旋轉面的軸、 套類零件加工一般在用自動半 自動車床進行加工，如多刀車床、多軸車床、曲軸車床等進行加工， 精度較高的采用通用通用和專用的內、 外圓磨床進行加工。 箱體零件的加工采用專用、組合機床加工，主要加工方式是銑削、鉆削（包括 鉆、擴、锪及其攻螺紋）和鏜削。7 生產線平面加工工藝常用 車、銑、刨、磨、拉、和研磨， 加工工藝及適用范圍見表 1-1 ?？准庸すに囍饕秀@、擴、鉸、鏜、 磨、拉和珩磨、研磨，加工工藝及適用范圍見表 1-2 。外圓表面主要 有車、磨、滾壓（拋光）、研磨等，加工工藝及適用范圍見表

14、1-3 。8 成形表面通常指有規(guī)律的加工表面，這些表面由母線按已定形 狀的導線（軌跡線）運動形成的，例如圓柱面的母線是直線，圓柱面 實質上是直母線按形狀是圓的導線運動而行成的旋轉表面。 如果母線 是直線，導線是一定規(guī)律的曲線，如圓弧線、圓弧和直線的連接線、 平面螺旋線、漸開線等，則形成的表面稱為直線成形面。當母線是圓 弧和直線連接等有規(guī)律的曲線，而導線是鄭源的一般稱為旋轉成形 面。直線成形面及其加工工藝1 在機器零件中，有許多零件的內表面或外形輪廓是曲線、圓弧 和直線構成的。當這些成形面的母線是直線時，便稱為直線成形面。 直線成形面。直線成形面的零件實例如圖 1-12 所示。其中，直線成 形面

15、零件呈盤式或板狀時，形面母線比較短，如圖 1-12a 所示。直線 成形面零件呈柱狀時，形面母線比較長，如圖 1-12b 所示。根據以上 的幾何特征和基本概念， 直齒條和直齒圓柱齒輪的齒槽、 外花鍵的齒 槽等，都比較典型的直線成形面。 2 直線成形面一般采用銑削、刨削 和磨削的方法加工，也可以采用拉削、推削的方法加工。主要的加工 工藝是仿形加工和成形刀具加工。仿形加工需要有模樣和仿形裝置， 精度要求比較高的可以采用仿形機床加工， 如仿形銑床、 數控仿形機 床、數控銑床和加工中心進行加工。旋轉成形面及其加工工藝旋轉成形面一般采用仿形車床和仿形 磨床加工， 精度較高的采用數控車床和數控磨床加工。 外

16、形復合的成 形面，如有旋轉成形面又有直線成形面的可以采用車削復合加工中心 加工，以便提高生產效率，簡化程序編制。9 加工圓柱變速齒輪等盤套類零件工藝過程 以典型零件圓柱齒輪為例，一般的工藝路線為：下料鍛造正 火粗車調質精車鍵槽加工齒形加工齒形表面淬火磨 齒。加工變速圓柱齒輪的工藝見表 1-4 。當進行大批量生產時，可采 用工藝為： 加工鍛件或鑄件毛坯粗車端面外圓多軸鉆孔、 擴張 拉孔、鍵槽多刀半自動車床車外圓、 端面多件滾齒淬火剃齒。自動車加工盤類零件工藝路線為：備料（管材切割或鍛件）車 削自動線熱處理自動線磨削自動線。 自動車是生產線加工盤套類 零件的主要設備，自動線加工向心球軸承外環(huán)的工藝

17、過程見表 1-5 。10 加工軸類零件工藝過程1 實心階梯軸，對于毛坯為軋制棒料或鍛件的實心階梯軸，典型工 藝路線為：預備加工粗車外圓熱處理（正火或調質）精車外圓 其他表面加工（如螺紋、鍵槽等）熱處理（耐磨部位進行表面處 理）磨削。加工減速器軸工藝實例見表 1-6. 大批量生產時，中心 孔在雙頭專用機床上加工， 外圓面的各項加工由液壓仿形車床或多刀 半自動車床加工，有設備條件的可采用數控車床編程加工。2 花鍵軸大批量生產加工工藝示例，花鍵軸是典型的軸類零件，車 削加工花鍵軸自動線工藝過程實例見表 1-7 。在進入車削加工自動線 前，工件已完成銑端面和打中心孔工序， 自動線由三臺專用液壓仿形 車

18、床組成，可用于加工三種規(guī)格（長度相同、直徑不同、形狀相似） 的花鍵軸。11 加工箱體零件、分體式箱體加工工藝箱體零件結構一般比較愛復雜，加工內容主要是平面和孔系，精 度要求比較高。 一般的工藝路線為： 制造毛坯去應力退火劃線 加工平面加工螺栓孔等次要孔鏜軸承孔，對精度要求高的箱體， 粗加工以后再進行一次去應力退火。箱體結構有整體結構和剖分結 構，剖分結構的箱體工藝分為兩個階段， 第一階段分別對箱蓋和箱座 進行加工，第二階段在裝配后的箱體上加工軸承孔及其端面。分體式箱體工藝實例見表 1-8 ，在大批量生產時，箱座剖分面 C的 加工采用專用夾具，粗加工用端銑方式，精加工采用端面磨削方式， 如圖 1

19、-13 所示；箱體軸承孔兩端面用雙頭組合銑床同時加工，如圖 1-14 所示；軸承孔及其內環(huán)槽采用專用鏜模加工，如圖 1-15 所示， 精度要求較高時，可采用坐標鏜床加工。12 生產線圓柱齒輪加工工藝及齒輪加工定位基準 圓柱齒輪分為淬火齒輪和非淬火齒輪兩種， 不同類型和不同等級精 度圓柱齒輪的加工工藝過程可參見表 1-9 ，其中齒坯加工可參見盤套 類零件加工工藝； 淬火、滲碳、氮化和定性處理參見有關熱處理資料； 精整基準實在精加工齒輪之前修復基準精度的工序； 剃齒、 擠齒和珩 （或研）齒都是加工精度高于齒輪和插齒的齒輪加工方法。圓柱齒輪加工的定位基準， 根據圓柱齒輪不同結果， 加工中一般的 定位

20、基準由定位孔、 定位軸頸和中心孔三種形式。 不同精度等級的齒 輪定位基準有相應的精度要求，在加工中應特別注意定位基準的精 度，齒坯定位基準的要求見表 1-10 。生產線加工連桿等叉架類零件，如圖 1-16 所示為剖分式連桿，加 工時通常是將連桿體和連桿蓋分別加工， 然后合件加工。 連桿的加工 工藝參見表 1-11 。13 成組工藝技術的概念： 各類機械零件盡管功能、 結構各不相同， 但是都可以分為復雜件、相似件、標準件三大類，根據三類零件的出 現規(guī)律，相似件約占 70%左右，零件的相似性主要表現為結構相似、 材料相似和工藝相似。 成組技術就是基于這一客觀基礎的一門生產技 術科學。成組技術應用在

21、生產加工方面， 就是將企業(yè)生產的多種產品， 按其組成零件的相似性準則分類成組， 然后按零件組進行工藝準備和 加工。目前成組技術已成為集成制造信息系統(tǒng)的核心。 成組技術作為 一種先進的工藝方法，在機械加工中的具體應用成為成組加工工藝。 它是通過一定的分類方法把不同的加工零件，按形狀、尺寸、材料和 工藝要求的相似性分類歸組， 根據同一組零件共同的工藝路線， 配備 工藝裝備，采用適當的布置形式，按零件組組織加工的一種技術。其 基本原理是一組零件的總批量代替一種零件的批量，從而擴大了批 量，使得中小批量也能夠采用大批量生產的先進工藝和制造技術。 成 組加工可以應用于某一單工序，也可用于有共同工序的全部

22、加工過 程。工藝確定方法 對于形狀比較簡單的零件， 如圖 1-17 所示，可采用 復合零件法編制確定主體工藝（圖 1-18 ）；而對于結構比較復雜的 零件，如圖 1-19 所示，可采用復合工藝路線法，即在零件分類組中 選出具有最長工藝路線的零件為代表， 形成能完成全組零件加工的成 組工藝。14 金屬切削加工工藝系統(tǒng)一般指機床、 刀具、夾具和工件組成的 統(tǒng)一體。對于機加工生產線的工藝系統(tǒng)還包括一些輔助的設施， 如自 動檢測裝置，自動換刀裝置，工件的自動輸送裝置等。1 生產線的機床 包括通用機床、專用機床和組合機床。 在機加工產線常見的通用機床有車床、銑床、磨床和鉆床。常見 的車床有臥式車床和立式車床； 銑床有升降臺立式和臥式銑床、 固定 臺座式銑床和龍門銑床；磨床有萬能磨床、外圓磨床和內圓磨床、平 面磨床等；鉆床主要是臺鉆、立式鉆床和搖臂鉆床。加工箱體類零件 的生產線還常使用臥式車床。生產線的專用機床泛指專用機床和專門化機床，一些通用機床經 改進納入生產線后， 由于適用于某一工序的特定加工， 因此也演變?yōu)?專用專用機床。組合機床是一種按工件加工要求和加工過程設計和制造的典型專 用機床。組合機床是由通用部件和專用不見組合而成的。數控機床是一種柔性化的自動加工機床，改變數控加工程序，可 加工不同的零件。2 生產線的刀具有標準刀具、專用刀具和復合特種刀具等，標