機械制造基礎(chǔ) 第2版 林江 第7-9章 切削加工成形、特種加工、其他先進制造技術(shù)

第7章切削加工成形第一節(jié)切削加工基礎(chǔ)知識

第二節(jié)常規(guī)切削加工方法第四節(jié)切削加工件的結(jié)構(gòu)工藝性返回第三節(jié)切削加工工藝基礎(chǔ)

金屬零件切削加工：是通過刀具與工件之間的相對運動，從毛坯上切除多余的金屬，從而獲得合格零件的加工方法。切削加工的基本形式有車削、銑削、鉆削、刨削、鉗工等。一般情況下，通過鑄造、鍛造、焊接和各種軋制的型材毛坯精度低和表面粗糙度大，不能滿足零件要求，必須進行切削加工才能成為零件。金屬切削加工擔(dān)負著幾乎所有零件的加工任務(wù)，在機械制造過程中，處于十分重要的地位。

第一節(jié)切削加工基礎(chǔ)知識

一、切削運動與切削要素（一）切削運動

切削運動是為了形成工件表面所必需的、刀具與工件之間的相對運動。分為主運動和進給運動，如圖7-1所示。

主運動是切除工件多余金屬所需要的最基本的運動，主運動速度高、消耗功率大。

進給運動是使金屬層連續(xù)投入切削，從而加工出完整表面的運動。切削過程中，主運動、進給運動合理的組合，便可以加工各種不同的工件表面。

切削過程中，工件上形成三個表面，如圖7-2所示

1）待加工表面——將被切除的表面；

2）過渡表面——正在切削的表面；

3）已加工表面——切除多余金屬后形成的表面。圖7-2車削加工工件上的表面

切削過程中，為提高生產(chǎn)效率，機床除切削運動外，還需要有輔助運動，如切入運動、分度轉(zhuǎn)位運動、空程運動及送夾料運動等。（二）切削要素

切削要素包括切削用量和切削層參數(shù)。1、切削用量三要素

1）切削速度：切削刃的選定點相對于工件主運動的瞬時速度。主運動是旋轉(zhuǎn)運動時，切削速度計算公式如下：

式中d——工件加工表面或刀具某一點的回轉(zhuǎn)直徑（mm）；

n——工件或刀具的轉(zhuǎn)速（r/s或r/min）。

2）進給量：在工件或刀具的每一轉(zhuǎn)或每一往復(fù)行程的時間內(nèi)，刀具與工件之間沿進給運動方向的相對位移。通常用表示，單位為mm/r或mm／行程。3）背吃刀量：背吃刀量是在通過切削刃基點并垂直于工作平面方向上測量的吃刀量，單位為mm，也就是工件待加工表面與已加工表面之間的垂直距離，習(xí)慣上也將背吃刀量稱為切削深度。外圓車削時

式中D——工件待加工表面的直徑(mm)；

d——工件已加工表面的直徑(mm)。2、切削層參數(shù)切削層是指工件上正被刀具切削刃切削著的一層金屬。也就是相鄰的兩過渡表面之間所夾著的一層金屬，如圖7-3所示。1）切削層厚度：是相鄰兩過渡表面之間的垂直距離。2）切削寬度：是沿主切削刃測量的切削層尺寸。3）切削面積：切削層公稱橫截面積。圖7-3切外圓時的切削層要素

二、切削刀具

刀具是金屬切削加工中不可缺少的重要工具之一，無論是普通機床，還是先進的數(shù)控機床和加工中心、以及柔性制造系統(tǒng)，都必須依靠刀具才能完成各種需要的切削加工。實際證明，刀具的更新可以成倍、數(shù)十倍地提高生產(chǎn)效率。1、刀具的分類：刀具的種類很多，根據(jù)用途和加工方法不同，通常把刀具分為以下類型。1）切刀：包括各種車刀、刨刀、插刀、鏜刀、成形車刀等。2）孔加工刀具：包括各種鉆頭、擴孔鉆、鉸刀、復(fù)合孔加工刀具(如鉆一鉸復(fù)合刀具)等。

3）拉刀：包括圓拉刀、平面拉刀、成形拉刀(如花鍵拉刀)等。4）銑刀：包括加工平面的圓柱銑刀、端銑刀等；加工溝槽的立銑刀、鍵槽銑刀、三面刃銑刀、鋸片銑刀等；加工特殊形面的模數(shù)銑刀、凸(凹)圓弧銑刀、成形銑刀等。5）螺紋刀具：包括螺紋車刀、絲錐、板牙、螺紋切刀、搓絲板等。6）齒輪刀具：包括齒輪滾刀、蝸輪滾刀、插齒刀、剃齒刀、花鍵滾刀等。7）磨具：包括砂輪、砂帶、油石和拋光輪等。8）其它刀具：包括數(shù)控機床專用刀具、自動線專用刀具等。2、刀具切削部分結(jié)構(gòu)要素

刀具通常由工作部分和夾持部分組成。刀具切削部分總是近似地以外圓車刀的切削部分為基本形態(tài)，其它各類刀具可看成是它的演變和組合，故以普通車刀為例，刀具切削部分的結(jié)構(gòu)要素如圖7-4所示。1）前刀面

2）主后刀面3）副后刀面4）主切削刃S5）副切削刃S

6）刀尖圖7-4車刀切削部分結(jié)構(gòu)要素圖7-5車刀的參考系3、刀具幾何角度參考系

刀具幾何角度可分為靜態(tài)角度（標注角度）和工作角度，分別對應(yīng)靜態(tài)參考系和工作參考系。如圖7-5所示為靜態(tài)參考系的各組成平面。1）基面2）主切削平面3）主剖面和主剖面參考系4）法剖面和法剖面參考系圖7-5車刀的參考系5）進給剖面6）切深剖面進給切深剖面參考系圖7-6車刀的標注角度前角后角楔角4、刀具的標注角度：如圖7-6所示1）主剖面內(nèi)標注角度2）基面內(nèi)標注角度主偏角副偏角刀尖角余偏角3）切削平面內(nèi)標注角度刃傾角圖7-6車刀的標注角度前角后角楔角4）法剖面內(nèi)標注角度圖7-6車刀的標注角度前角后角楔角5）進給剖面內(nèi)標注角度6）切深剖面內(nèi)標注角度前角后角楔角5、刀具材料及合理選用：刀具材料主要是指刀具切削部分的材料。在切削過程中，刀具的切削能力，直接影響生產(chǎn)率、加工質(zhì)量和加工成本。刀具的切削性能，主要取決于刀具材料；其次是刀具幾何參數(shù)和刀具結(jié)構(gòu)的選擇與設(shè)計是否合理。1）刀具材料應(yīng)具備的性能刀具切削部分在切削時要承受高溫、高壓、強烈的摩擦、沖擊和振動。因此，刀具材料應(yīng)具備以下性能：

高的硬度和耐磨性；

足夠的強度和韌性；

高的耐熱性；良好的工藝性；好的導(dǎo)熱性和小的膨脹系數(shù)。2）刀具材料簡介：刀具材料有碳素工具鋼、合金工具鋼、高速鋼、硬質(zhì)合金、陶瓷、金剛石、立方氮化硼等。目前，刀具材料中使用最廣泛的仍是高速鋼和硬質(zhì)合金。高速鋼：高速鋼是加入了鎢（W）、鉬（Mo）、鉻（Cr）、釩（V）等合金元素的高合金工具鋼。具有較高的硬度(62～67HRC)和耐熱性(550～6000C)，較高的強度和韌性，抗沖擊、振動的能力較強。適用于制造各種形狀復(fù)雜刀具(如鉆頭、絲錐、成形刀具、拉刀、齒輪刀具等)。常用的通用型高速鋼牌號為W6M05Cr4V2和W18Cr4V。

硬質(zhì)合金：可分為K、P、M三個主要類別，是當(dāng)今主要的刀具材料之一，大多數(shù)車刀、端銑刀和部分立銑刀等均已采用硬質(zhì)合金制造。涂層刀具材料：它是在硬質(zhì)合金或高速鋼基體上，涂敷一層幾微米厚的高硬度、高耐磨性的金屬化合物(如碳化鈦、氮化鈦、氧化鋁等)而制成的。

金剛石：是目前已知的最硬材料，硬度接近于10000HV（硬質(zhì)合金為1300~1800HV）。能對陶瓷、硬質(zhì)合金等高硬度耐磨材料進行切削加工，使用壽命極高，但金剛石的熱穩(wěn)定性較差，因此不宜加工鋼鐵材料。

立方氮化硼（CBN）：硬度為8000~9000HV，僅次于金剛石。熱穩(wěn)定性和化學(xué)惰性比金剛石好，可耐1300~1500℃的高溫。能切削淬硬鋼、冷硬鑄鐵和高溫合金等。立方氮化硼刀片可用機械夾固或焊接的方法固定在刀桿上，也可以將立方氮化硼與硬質(zhì)合金壓制在一起成為復(fù)合刀片。陶瓷：純氧化鋁AL2O3陶瓷、復(fù)合氧化鋁AL2O3—TiC陶瓷、復(fù)合氮化硅Si3N4—TiC—Co陶瓷?？捎糜诩庸や?、鑄鐵，對于冷硬鑄鐵、淬硬鋼的車削和銑削特別有效，其使用壽命、加工效率和已加工表面質(zhì)量常高于硬質(zhì)合金刀具。其主要缺點是：抗彎強度低，沖擊韌性差，導(dǎo)熱能力低和線膨脹系數(shù)大。對沖擊十分敏感，容易破裂。因此，應(yīng)用受到限制。

三、切削過程（一）切削變形

塑性材料的切屑的形成過程如圖7-7所示：當(dāng)?shù)毒呦鄬Ρ磺邢鲗硬牧献髑邢鬟\動時，在剪應(yīng)力的作用下材料依次錯動滑移成切屑，并沿前刀面流出。而其底面則由于刀具前刀面推擠關(guān)系已變得很光滑平整。

切削脆性材料時，由于這類材料的塑性變形能力差，在材料產(chǎn)生明顯的塑性滑移前，內(nèi)部的張應(yīng)力已達到了破壞強度，于是材料發(fā)生崩碎，并沿切削速度方向飛散，形成崩碎狀的切屑。圖7-7切屑的形成過程1、切屑類型由于工件材料性質(zhì)和切削條件不同，切削層變形程度也不同，因而產(chǎn)生的切屑也多種多樣。歸納起來，主要有以下四種類型，如圖7-8所示

圖7-8切屑形態(tài)a）帶狀切屑：切屑延續(xù)成較長的帶狀，內(nèi)表面光滑、而外表面呈毛茸狀。b)擠裂切屑：切屑內(nèi)表面有時有裂紋，外表面呈鋸齒形。c)單元切屑：切屑切離成單元切屑。d)崩碎切屑：切屑的形狀不規(guī)則，加工表面凸凹不平。2、積屑瘤

在用中等或較低的切削速度切削塑性較大的金屬材料時，往往會在切削刃上粘附一個楔形硬塊，稱為積屑瘤。積屑瘤的產(chǎn)生：切削過程中，刀—屑間的摩擦，使刀具前刀面十分潔凈，在一定溫度和壓力下，切屑底層金屬與前刀面接觸處發(fā)生粘結(jié)，形成了積屑瘤，如圖7-9所示。隨后，積屑瘤逐漸長大，直到該處的溫度和壓力不足以產(chǎn)生粘結(jié)為止。積屑瘤在形成過程中是一層層增高的，到一定高度會脫落，經(jīng)歷了一個生成、長大、脫落的周期性過程。圖7-9積屑瘤的形成積屑瘤的作用和影響：

1）保護刀具：積屑瘤包圍著切削刃，同時覆蓋著一部分前刀面。能代替切削刃和前刀面進行切削，從而減少了刀具磨損，起到保護刀具的作用。2）增大前角：積屑瘤具有30°左右的前角，因而減少了切削變形，降低了切削力。3）增大切削厚度：積屑瘤前端伸出于切削刃之外，使切削厚度增加了△hD值是變化的，因而影響了工件的尺寸精度。4）增大已加工表面粗糙度：積屑瘤高度的周期性變化，使切削厚度不斷變化，以及由此而引起振動，積屑瘤粘附在切削刃上很不規(guī)則，導(dǎo)致在已加工表面上刻劃出深淺和寬窄不同的溝紋；脫落的積屑瘤碎片留在已加工表面上。3、影響切削變形的主要因素1）工件材料：強度和硬度越大，則摩擦系數(shù)越小。變形系數(shù)減小。2）刀具前角：刀具前角越大，切削刃越鋒利，前刀面對切削層的擠壓作用越小，則切削變形就越小。3）切削速度：在切削塑性金屬材料時，切削速度對切削變形的影響比較復(fù)雜，如圖7-10所示，切削脆性材料時，一般不形成積屑瘤。當(dāng)切削速度增大時，切削變形相應(yīng)減小。4）切削厚度：切削厚度對切削變形的影響是通過摩擦系數(shù)影響的。切削厚度增加，作用在前刀面上的法向力增大，摩擦系數(shù)減小，從而使摩擦角減小，剪切角增大，因此切削變形減小。

（二）切削力和切削功率在切屑形成過程，切屑與刀具的前刀面之間及切削表面與刀具的后刀面之間要發(fā)生摩擦，因此刀具在切削加工時必然要克服材料的變形抗力及前、后刀面上的摩擦阻力。這些作用在刀具上所有力的合力稱之為刀具的一個切削部分上的總切削力，也稱切削合力?？偳邢髁Φ姆较颉⒋笮㈦S工件材料的性質(zhì)、切削用量的大小及刀具的幾何形狀的變化而變化，因此通常將其分解成幾個方向既定的分力。圖7-11所示體現(xiàn)了切削力的來源。圖7-11切削力的來源1、切削力的分解：如圖7-12所示1）主切削力（切向力）Fc

：是主運動方向上的切削分力，切于過渡表面并與基面垂直，消耗功率最多，是計算刀具強度、設(shè)計機床零件，確定機床功率的主要依據(jù)。2）進給力（軸向力）Ff：是作用在進給方向上的切削分力，處于基面內(nèi)并與工件軸線平行。是設(shè)計進給機構(gòu)、計算刀具進給功率的依據(jù)。

圖7-12切削力的分解

3）背向力（徑向力或吃刀力）Fp

：是作用在吃刀方向上的切削分力，處于基面內(nèi)并與工件軸線垂直的力。它是確定與工件加工精度有關(guān)的工件撓度、切削過程的振動的力。

2、切削功率消耗在切削過程中的功率叫切削功率Pc，單位是kW，它是Fc、Fp、Ff在切削過程中單位時間內(nèi)所消耗的功的總和。在進行外圓車削時，因Fp方向沒有位移，故消耗功率為零。式中Fc——主切削力，單位為N；

Ff——進給力，單位為N；

f——進給量，單位為mm/r；

νc——切削速度，單位為m/s；

nw——工件轉(zhuǎn)速，單位為r/s。

3、影響切削力的主要因素：1）工件材料：材料的強度愈高、硬度愈大，切削力愈大；在強度、硬度相近的材料中，塑性、韌性大的，或加工硬化嚴重的，切削力大。2）切削用量：當(dāng)ap和f增大時，分別會使aw、ac增大，即切削面積Ac增大，從而使變形力、摩擦力增大，引起切削力增大。3）刀具幾何參數(shù)：γ0增大，切削力減小。主偏角κr適當(dāng)增大，使切削厚度αc增加，單位切削面積上的切削力P減小。在切削力不變的情況下，當(dāng)主偏角κr增大，背向力Ff減少；當(dāng)主偏角κr=90°時，背向力Fp=0時，對防止車細長軸類零件彎曲變形減少振動十分有利。

（三）切削熱和切削溫度切削過程中的切削熱和由它引起的切削溫度升高，直接影響刀具的磨損和壽命，并影響工件的加工精度和已加工表面質(zhì)量。1、切削熱的產(chǎn)生和傳出

在切削加工中，切削變形與摩擦所消耗的能量幾乎全部轉(zhuǎn)換為熱能。所以三個變形區(qū)就是三個發(fā)熱源，如圖7-13所示。產(chǎn)生的熱由切屑、刀具、工件和周圍介質(zhì)傳導(dǎo)出去。影響熱傳導(dǎo)的主要因素是工件和刀具材料的熱導(dǎo)率、加工方式和周圍介質(zhì)的狀況。圖7-13切削熱的產(chǎn)生和傳出2、影響切削溫度的主要因素

1）切削用量：當(dāng)ν、f、ap增大時，單位時間金屬切除量增多，變形和摩擦加劇，切削中消耗的功率增大，產(chǎn)生的熱量多。2）刀具幾何參數(shù)：前角增大，切削熱減小，使切削溫度降低；主偏角減小，使切削厚度減小，切削寬度增大，刀刃散熱條件得到改善，故切削溫度下降。

3）工件材料：當(dāng)工件材料的強度、硬度、塑性增加時，切削中消耗的功率增多，產(chǎn)生的熱多，使切削溫度升高。熱導(dǎo)率大時則熱量傳出多，使切削溫度降低。4）刀具磨損的影響：刀具后刀面磨損時，使刃前區(qū)塑性變形增加，刀具與工件間的磨擦加劇，均使切削溫度升高。在切削中使用切削液，可降低切削溫度。

（四）刀具磨損和刀具壽命：磨損是在切削過程中，由于工件—刀具—切屑的接觸區(qū)里發(fā)生著強烈的摩擦，以致刀具表面某些部位(如前、后刀面)的材料被切屑或工件逐漸帶走。刀具的磨損影響加工質(zhì)量、生產(chǎn)率及加工成本。1、刀具磨損的形成

切削時刀具的前、后刀面在高溫、高壓下，與切屑、工件相互接觸，產(chǎn)生劇烈摩擦，因而在前、后刀面上產(chǎn)生磨損，如圖7-14所示。圖7-14刀具的磨損形式

2、刀具壽命刀具壽命是指刀具新刃磨之后，從開始使用起到刀具磨損至規(guī)定的磨損限度為止的實際切削時間。在磨損限度已確定后，刀具壽命與磨損速度有關(guān)。磨損速度愈慢，刀具壽命愈高。為了提高刀具壽命，一般可從改善工件材料的可加工性、合理設(shè)計刀具的幾何參數(shù)、改進刀具材料的切削性能、采用性能優(yōu)良的切削液及合理選擇切削用量等多方面著手。在實際使用中，在使刀具壽命降低較少而又不影響生產(chǎn)率的前提下，應(yīng)盡量選取較大的背吃刀量和較小的切削速度，使進給量大小適中。思考題：

1、試解釋切削用量三要素？2、試說明車刀切削部分的結(jié)構(gòu)要素？3、刀具材料應(yīng)具備哪些性能？4、試說明切屑形成過程及其類型？第二節(jié)常規(guī)切削加工方法

組成零件的各種典型表面，如外圓面、孔、平面、一般成形面、螺紋面、齒輪齒面等，不僅有一定的形狀和尺寸，而且還有一定的技術(shù)要求，如尺寸精度、形狀和位置精度、表面質(zhì)量等。因而工件表面的加工過程，也就是逐步實現(xiàn)符合技術(shù)要求的過程。其加工方法和工藝的選配都應(yīng)遵循以下兩個基本原則：（1）粗、精加工要分開。粗加工是切除大部分贅余的材料，為精加工準備好條件；精加工則是獲得符合技術(shù)要求的表面。

（2）要組合采用多種不同的加工方法。

一、外圓面的加工

外圓面是軸、圓盤、套筒類零件的主要或輔助表面，在零件的切削加工中占有很大的比重。對外圓提出的技術(shù)要求，主要有：尺寸精度、形狀精度、表面質(zhì)量。

外圓面的加工主要采用車削和磨削兩種方法。要求精度高、粗糙度低時，還可能要用到光整加工的研磨、超精加工和拋光。外圓面的加工方案流程框圖如圖7-15所示，可作為擬定實施方案的基本依據(jù)。1、外圓面的車削加工車削可分為粗車、半精車、精車和精細車，所能達到的精度和表面粗糙度如圖7-15所示。車削外圓的特點：1）生產(chǎn)率高；2）易于保證各加工面的位置精度；3）成本低；4）適用范圍廣。2、外圓面的磨削加工外圓磨削是外圓面精加工的主要方法，可分為粗磨和精磨；所能達到的精度和表面粗糙度如圖7-15所示。外圓磨削的特點：1）較易達到高精度、低粗糙度和較高的形狀和位置公差要求；2）可磨削各種硬度的材料；3）磨削的溫度很高，必須要作強制冷卻。3、研磨、超精加工及拋光

研磨：是一種常用的光整加工方法。它采用研具與磨料從工件表面磨去一層極薄金屬，用于外圓表面，可使加工精度提高到IT6~IT5，表面粗糙度降達Ra0.1~0.008

m。

超精加工：是將工件裝夾在頂尖上作低速回轉(zhuǎn)，裝有油石的磨頭輕壓在工件上作短距離密集交叉的網(wǎng)紋，從而獲得良好的表面質(zhì)量。它僅能除去表面的細觀凸起，不能提高加工精度，面對前道工序要求較高，Ra0.1~0.008

m。

拋光：是用涂有拋光膏的軟輪對表面進行高速光整加工的過程。拋光可使表面的粗糙度Ra降到0.012

m，但不能提高加工精度。二、孔的加工

孔加工的技術(shù)要求，主要有：尺寸精度、形狀精度、位置精度、表面質(zhì)量。根據(jù)孔的結(jié)構(gòu)和用途，可以將孔分為以下幾種類型：1）緊固孔和輔助孔；2）回轉(zhuǎn)體零件的軸心孔；3）箱體支架類零件的軸承孔。孔的加工方法較多，常用的有鉆、擴、鉸、鏜、拉、磨、研磨和珩磨等。1、鉆孔和擴孔加工（1）鉆孔鉆孔是用鉆頭在零件的實體部分加工出孔的唯一方法，也是最基本的孔加工方法。鉆孔的精度較低，表面粗糙度大，一般為IT10級以下，Ra為50~12.5

m，所以只能用作粗加工。鉆孔的主要問題有：1）鉆孔的精度低，表面質(zhì)量差，易于產(chǎn)生“引偏”現(xiàn)象；

2）鉆孔的生產(chǎn)率低，鉆頭易于磨損。鉆孔的兩種基本方式如圖7-16所示，引偏分別造成軸線歪斜和孔徑變化。1）切削深度小，切屑窄，易于排出，也不易刮傷已加工表面；2）切削刃不必自外緣延伸到中心，避免了橫刃及橫刃引起的不良影響，生產(chǎn)率和加工質(zhì)量較高；3）由于容屑槽較淺窄，刀體上可做出3~4個刀齒，導(dǎo)向性好，切削平衡，可提高生產(chǎn)率。（2）擴孔：擴孔是用擴孔鉆對工件上已有的孔進行加工，以擴大孔徑，并提高加工質(zhì)量。擴孔后，精度可達IT10~IT9，表面粗糙Ra為6.3~3.2

m。

擴孔加工如圖7-17所示。其特點如下：

圖7-17擴孔加工示圖

鉸孔的工作特點，主要有：1）鉸孔只能保證孔本身的精度，而糾正位置誤差和原孔軸線的歪斜的能力很差；2）鉸刀是定徑刀具，較易保證鉸孔的加工質(zhì)量；3）鉸孔的適應(yīng)性差，一把鉸刀只能加工一種尺寸與公差的孔；4）鉸削可加工一般的金屬工件，如普通鋼、鑄鐵和有色金屬，但不適宜加工淬火鋼等硬度過高的材料。

2、孔的鉸、鏜、拉、磨削加工（1）鉸孔鉸孔是用鉸刀從工件孔壁上切削下微量的金屬的加工方法。鉸孔的精度可達IT8~IT6，表面粗糙度Ra為1.6~0.4

m。

鏜孔的特點主要有：1）鏜孔的適應(yīng)性強；2）鏜削能通過多次走刀來校正原孔的軸線偏斜；3）鏜刀的制造和刃磨較簡單，費用較低；4）鏜孔生產(chǎn)率較低；5）對于直徑較大的孔，鏜孔是唯一合適的加工方法；6）鏜削可加工鋼、鑄鐵和和有色金屬零件，但不適宜加工淬火鋼等硬度過高的材料。

（2）鏜孔鏜孔是用鏜刀對已有的孔進行加工的常用方法之一。鏜孔可分為粗鏜、半精鏜、精鏜和精細鏜，精鏜時精度可達IT7，表面粗糙度Ra為1.6~0.8

m。精細鏜則可達IT6，表面粗糙度Ra為0.2~0.6

m?？稍谲嚧埠顽M床上進行。

拉孔加工的特點主要有：1）拉孔的精度高，表面粗糙度?。?）生產(chǎn)率高；3）與鉸孔相似，拉孔不能糾正孔的位置誤差，原孔的位置精度應(yīng)由前道工序來保證。4）拉孔對孔的前工序加工要求不高，一般在鉆孔、擴孔或粗鏜后即可進行；5）拉刀的制造和刃磨復(fù)雜，成本較高；6）拉削只適宜于加工短孔。

（3）拉孔拉孔是一種高生產(chǎn)率的孔加工方法。一般加工精度可達IT7，表面粗糙度Ra為0.8~0.4

m。

磨孔加工的特點主要有：1）磨削的適應(yīng)性廣；2）不僅能磨削普通鋼件和鑄鐵件，也能磨削淬火鋼等硬度很高的材料；3）不僅能保證孔本身的尺寸精度和表面質(zhì)量，還可提高位置精度和形狀精度，糾正原孔的軸線偏斜；4）生產(chǎn)率比鉸孔低。（4）磨孔

磨孔是用砂輪對已經(jīng)粗加工或半精加工的孔進行進一步精加工的方法。磨孔也可分為粗磨和精磨，精磨的精度可達IT7，表面粗糙度Ra為1.6~0.4

m。

珩磨孔的特點，主要有：1）生產(chǎn)率較高；2）珩磨適應(yīng)范圍廣。（4）孔的研磨和珩磨

研磨和珩磨是對精鏜、精較或精磨后的孔進一步作光整加工的常用方法。精度可達IT7~IT6，表面粗糙度Ra為0.1~0.008

m，還能部分提高孔的形狀精度。1）孔的類型很多，功用各不相同；2）孔的加工方法較多，且各有特點；3）帶孔零件結(jié)構(gòu)尺寸多樣，加工機床多樣。3、孔加工方案的選用擬定孔加工方案的原則與外圓面相同，即首先要滿足加工表面的技術(shù)要求，同時還要考慮經(jīng)濟性和生產(chǎn)率。但擬定孔的加工方案要比外圓面復(fù)雜得多，因為：

常用的孔加工機床及加工方法如表7-1所示?？准庸さ姆桨噶鞒虉D見圖7-18所示。三、平面的加工

平面是盤形和板形零件的主要表面，也是箱體類零件的重要表面之一。平面加工的技術(shù)要求，主要有：形狀精度、位置精度、表面質(zhì)量。按平面的結(jié)構(gòu)和用途，可以將平面分為以下幾種類型：固定聯(lián)接平面、導(dǎo)向平面、端面、板形零件平面。平面的加工方法較多，有車削、刨削、插削、拉削、銑削、磨削和光整加工的研磨及刮研等。1、車削車削平面與車削外圓的方法和特點相似，用于加工回轉(zhuǎn)零件的端面。2、刨削刨削是刨刀在牛頭刨床或龍門刨床上與工件作相對直線往復(fù)切削的平面加工方法，是平面的主要加工方法之一。

刨削平面可分為粗刨、精刨和寬刀精刨。精刨的加工精度可達IT9~IT8，表面粗糙度Ra為6.3~1.6

m。寬刀精刨的精度可達IT7，表面粗糙度Ra為1.6~0.4

m。刨削平面的工作特點，主要有：

1）適應(yīng)性好；2）生產(chǎn)率較低；3）加工精度較低。

3、插削

插削也可看作是刨削的一種，只是插刀作垂直方向往復(fù)運動切削。插削主要用于加工工件的內(nèi)表面，生產(chǎn)率與加工精度較低。

4、銑削銑削也是平面的主要加工方法之一。銑削也可分為粗銑、精銑和高速精銑。精銑的加工精度可達IT9~IT8，表面粗糙度Ra為6.3~1.6

m；高速精銑更可達IT7~IT6，表面粗糙度Ra為0.8~0.4

m。銑削平面的工作特點，主要有：1）銑削的適應(yīng)性比刨削更廣；2）生產(chǎn)率高；3）加工質(zhì)量一般與刨削相近；4）銑削力變化較大，易產(chǎn)生振動，切削不平穩(wěn)；5）銑刀與銑床結(jié)構(gòu)比刨刀與刨床復(fù)雜，且銑刀的制造和刃磨也比刨刀復(fù)雜，故銑削成本比刨削高。

5、拉削平面拉削的特點與內(nèi)孔拉削相似，生產(chǎn)率與加工質(zhì)量高，而且對前工序要求不高。加工精度可達IT7~IT6，表面粗糙度Ra為0.8~0.2

m。6、磨削平面磨削是平面精加工的主要方法，一般都在銑、刨削的基礎(chǔ)上進行的。精磨后平面的精度可達IT6~IT5，表面粗糙度Ra為0.8~0.2

m。此外，粗磨還可作為粗加工來代替銑削或刨削。7、刮研刮研是利用刮刀在工件表面上刮去很薄一層金屬的光整加工方法。表面粗糙度Ra為1.6~0.4

m，平面的直線度可達0.01mm/m。刮研的特點，主要有：1）成本低；2）生產(chǎn)率很低，勞動強度大；3）刮研能提高兩平面的配合精度，又能在兩平面間形成貯油空隙，所以能提高工件的耐磨性。4）由于刮刀常用碳素工具鋼制作，故一般只能刮研未淬火的鋼及鑄鐵、有色金屬等。8、研磨研磨也是常用的平面光整加工方法之一。平面研磨后，能獲得很高的精度和很小的表面粗糙度。研磨后兩平面間的尺寸精度可達IT5~IT3，表面粗糙度Ra為0.1~0.008

m，而且平面度和直線度也有提高。

平面加工的流程方案框圖見圖7-19。

四、成形表面的加工

成形表面按其幾何特征，一般可分為：回轉(zhuǎn)成形面、直線成形面、立體成形面。與其它表面類似，成形表面的技術(shù)要求也包括尺寸精度、形狀精度及位置精度和表面質(zhì)量等。一般的成形面，通常均可分別用車削、銑削、刨削、拉削或磨削等方法加工。1、成形刀具加工成形面采用成形刀具加工是指用切削刃的形狀與工件輪廓形狀完全相同的刀具直接加工出成形面。加工時，刀具相對于工件作簡單的直線進給運動。例如用成形車刀車成形面，如圖7-20a，成形銑刀銑成形面

如圖7-20b。用成形刀具加工成形面常用的方法有：1）車成形面；2）銑成形面；3）刨削成形面；4）拉削成形面；5）用成形砂輪磨削成形面。成形刀具加工的特點，主要有：1）加工質(zhì)量穩(wěn)定；2）生產(chǎn)率高；3）刀具費用高；4）刀具壽期長，成形刀具的可重磨次數(shù)較多；5）切削力較大，要求機床和工件剛性好。

簡單刀具加工成形面也就是利用普通刀具對工件特定的相對運動來加工成形面。它的控制方式，可以有手動控制，也可以用靠?；蚍滦窝b置進行控制加工。用靠?；蚍滦窝b置進行加工見圖7-21。這種方法的加工精度高，生產(chǎn)率也高，但設(shè)備與靠模較復(fù)雜，成本高，主要用于成批生產(chǎn)中加工較高要求的成形面。

2、簡單刀具加工成形面：

2）直線成形面較復(fù)雜，外成形面的粗加工，可用銑削或刨削，精加工則要用磨削或研磨；內(nèi)成形面的粗加工多用銑削或插削，精加工則由鉗工作修整，某些內(nèi)成形面也可用磨削加工。3）立體成形面更加復(fù)雜。粗加工只能用銑削，精加工大多是由鉗工作修整、研磨或拋光。4、常用的成形面加工方法及其采用的機床、加工條件和適用范圍，見表7-2。

3、成形面加工的工藝特點

1）回轉(zhuǎn)成形面較為簡單，常用車削加工。當(dāng)精度和表面粗糙度要求較高時，再進行磨削。五、螺紋的加工

螺紋根據(jù)用途的不同可分為兩大類：聯(lián)接螺紋、傳動螺紋；前者用于零件間的固定聯(lián)接，常用的普通螺紋和管螺紋等，螺紋牙型一般為三角形。后者用于傳遞動力、運動和位移，牙型一般為梯形、鋸齒形或方形，如機床絲杠的螺紋。

螺紋的加工方法很多。選擇螺紋的加工方法時，應(yīng)考慮工件的結(jié)構(gòu)形狀、螺紋牙型、螺紋的尺寸和精度、工件材料、熱處理以及生產(chǎn)條件等多方面因素。常用的螺紋加工方法，包括可能達到的加工質(zhì)量和適宜的生產(chǎn)條件，見表7-3。1、攻螺紋和套螺紋是應(yīng)用較廣的螺紋加工方法，主要用于加工精度要求不高的普通螺紋。

2、車削螺紋是螺紋加工的基本方法之一，加工精度高，生產(chǎn)率低。3、螺紋梳刀，如圖7-22所示，其生產(chǎn)效率較高。4、銑削螺紋，生產(chǎn)效率較高，精度一般；可分為盤形螺紋銑刀銑削，見圖7-23；梳形螺紋銑刀銑削見圖7-24；銑刀盤旋風(fēng)銑削見圖7-25。5、磨削螺紋，高精度的螺紋加工方法。可分為單線砂輪磨削和多線砂輪磨削。6、滾壓螺紋，是一種在常溫下使工件材料產(chǎn)生塑性變形的無屑加工方法。如圖7-26所示，分為搓絲板滾壓和滾絲輪滾壓。六、齒輪齒形的加工齒輪是機器中傳遞運動和動力的重要零件。常用的齒輪有圓柱齒輪、圓錐齒輪和蝸輪等。圓柱齒輪應(yīng)用最廣，又可分為直齒、斜齒和人字齒齒輪，齒輪的齒廓有漸開線、擺線和圓弧等，但常用的是漸開線齒輪。這里主要介紹漸開線圓柱齒輪的加工。根據(jù)齒輪傳動的特點和不同用途，對其精度提出以下三個組別的不同的要求：1）運動的準確性，或稱為第Ⅰ公差組。要求齒輪在一轉(zhuǎn)范圍內(nèi)，最大的轉(zhuǎn)角誤差應(yīng)限制在一定范圍內(nèi)，以保證傳遞運動的準確性。2）傳動的平衡性，或稱為第Ⅱ公差組。要求齒輪傳動的瞬時速比變化小，以免引起沖擊和噪聲。

3）載荷分布的均勻性，或稱為第Ⅲ公差組。要求齒輪嚙合時齒面接觸良好，以免引起載荷集中，造成齒面局部磨損，影響齒輪壽期。圓柱齒輪的加工，按齒形的形成原理不同可分為兩大類：一類是成形法，如銑齒、拉齒和成形磨齒等。另一類是展成法，也稱包絡(luò)法，如滾齒、插齒、剃齒等。1、銑齒：是利用成形齒輪銑刀在銑床上加工齒輪齒形的方法，如圖7-27所示。銑齒加工的特點：1）成本低；2）生產(chǎn)率較低；3）加工質(zhì)量低。2、滾齒：滾齒是用滾刀在滾齒機上按展成原理來加工齒輪的方法，是齒輪的主要加工方法之一。如圖7-28所示，滾刀滾切同一模數(shù)、任何齒數(shù)的齒輪，都能獲得所要求的齒形。滾齒的特點：1）齒形精度和分齒精度高；2）生產(chǎn)率高；3）設(shè)備和刀具復(fù)雜，費用高。滾齒適用于生產(chǎn)各種批量的直齒、斜齒圓柱齒輪和蝸輪，但不能加工內(nèi)齒輪和相靠很近的多聯(lián)齒輪。

3、插齒：插齒也是展成法加工齒輪的一種方法，是根據(jù)齒輪的嚙合原理進行加工的。根據(jù)齒輪嚙合原理，一個齒輪可以與同一模數(shù)的任何齒數(shù)的齒輪相嚙合。如果把其中一個齒輪的輪齒做出前角和后角以形成刀刃，就成為插齒刀。插齒刀和待加工的齒坯工件作強制的嚙合運動，并作上下往復(fù)切削，就能在齒坯上切出齒形來。如圖7-29所示。插齒加工的特點，主要有：

1）加工質(zhì)量與滾齒相近；2）生產(chǎn)率較滾齒低，但比銑齒高；3）插齒刀與待加工的齒輪屬平行軸間齒輪嚙合，不易加工斜齒輪。4、剃齒、磨齒及珩齒：（1）剃齒也是展成法加工的齒輪中的一種，是齒輪精加工的方法，剃齒的生產(chǎn)率很高。（2）磨齒是齒輪齒形精加工的主要方法，可加工淬硬和未淬硬的齒輪。磨齒的最大優(yōu)點在于能糾正齒形預(yù)加工的各項誤差，所以加工精度比其它方法都高，精度一般可達6~4級，最高可達3級，表面粗糙度Ra為0.8~0.2

m。磨齒加工按其原理可分為展成法和成形法兩種：如圖7-30所示。兩種磨齒法的特點比較：1）展成法的精度高，可達3級；成形法僅可達6級；2）展成法的生產(chǎn)率低于成形法；3）展成法要有專門的磨齒設(shè)備，成本高。

（3）珩齒是齒輪的光整加工方法，主要是減小熱處理后齒面的粗糙不平，一般可達Ra0.8~.4

m，但對齒形精度改善不大。

齒輪常用加工方法，包括可能達到的加工質(zhì)量、生產(chǎn)設(shè)備及其應(yīng)用范圍列于表7-4。

思考題1、下列情況的孔加工，應(yīng)選用什么機床？1）在大型鑄件上鉆螺栓孔和油孔2）在薄板上加工mm的孔3）在大型鑄件上鉆、鏜兩個具有位置精度要求的孔4）在鋁合金壓鑄件上鉆油孔2、試決定下列零件上平面的加工方案：1）單件或小批量生產(chǎn)鑄鐵機座的底面L

B=500mm

300mm。2）大批量生產(chǎn)發(fā)動機連桿：45鋼調(diào)質(zhì)，HB=217~255,L

B=25mm

10mm,Ra3.2

m。3）成批生產(chǎn)銑床工作臺面：鑄鐵，L

B=1250mm

300mm,Ra1.6

m。

第三節(jié)切削加工工藝基礎(chǔ)一、生產(chǎn)過程和工藝過程

1、生產(chǎn)過程：是將原材料轉(zhuǎn)變?yōu)槌善返囊幌盗邢嗷リP(guān)聯(lián)的勞動過程的總和。機械產(chǎn)品的生產(chǎn)過程主要包括：1）原材料的運輸和保管；2）生產(chǎn)技術(shù)準備；3）毛坯準備；4）機械加工；5）熱處理；6）裝配和調(diào)試；7）表面修飾；8）質(zhì)量檢驗；9）包裝。2、工藝過程生產(chǎn)過程中，按一定順序逐漸改變生產(chǎn)對象的形狀（鑄造、鍛造等）、尺寸（機械加工）、位置（裝配）和性質(zhì)（熱處理）使其成為預(yù)期產(chǎn)品的主要過程稱為工藝過程。采用機械加工的方法，直接改變毛坯的形狀、尺寸和表面質(zhì)量，使之成為合格零件的過程，稱為機械加工工藝過程。他是由一系列的工序組合而成的，毛坯依次通過這些工序而變?yōu)槌善贰?/p>

1）工序：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，稱為工序。2）工步：工步是在加工表面和加工工具（或裝配）不變的情況下，所連續(xù)完成的那一部分工序。工步是工序的組成單位。一道工序可由幾個工步組成，只要加工表面或加工工具改變了，則就為另一個工步。

3）走刀：在一個工步內(nèi)，有時被加工表面需要切去較厚的金屬層，需分幾次切削，這時每進行一個切削就是一次走刀。如圖7-31所示的階梯軸加工過程。4）安裝：在同一工序中，工件在機床或夾具中每定位和夾緊一次，稱為安裝。在一道工序內(nèi)，工件可能安裝一次或數(shù)次，安裝次數(shù)越多，裝夾誤差越大。5）工位：是為了完成一定的工序內(nèi)容，一次裝夾工件后，工件與夾具或設(shè)備的可動部分一起相對刀具或設(shè)備的固定部分所占據(jù)的每一個位置。如圖7-32所示為一利用回轉(zhuǎn)工作臺在一次安裝中順次完成裝卸工件、鉆孔、擴孔和鉸孔四工位加工的例子。3、生產(chǎn)鋼領(lǐng)與生產(chǎn)類型

1）生產(chǎn)鋼領(lǐng)：是指企業(yè)在計劃期內(nèi)應(yīng)當(dāng)生產(chǎn)的產(chǎn)量和進度計劃。零件的生產(chǎn)鋼領(lǐng)，可按下式計算：

N=Q

n（1+

%）（1+β%）式中N——零件的年生產(chǎn)鋼領(lǐng)（件/年）；

Q——產(chǎn)品的年產(chǎn)量（臺/年）；

n——每臺產(chǎn)品中該零件的數(shù)量（件/臺）；

%——備品的百分率；

β%——廢品的百分率。

2）生產(chǎn)類型：是指企業(yè)生產(chǎn)專業(yè)化程度的分類。根據(jù)產(chǎn)品的尺寸大小和特征、生產(chǎn)綱領(lǐng)、批量及投入生產(chǎn)的連續(xù)性，機械制造業(yè)的生產(chǎn)類型分為單件、小批生產(chǎn)、成批生產(chǎn)和大量生產(chǎn)三種。二、零件機械加工工藝規(guī)程的制訂

1、工藝規(guī)程及其應(yīng)用

將工藝過程的各項內(nèi)容寫成文件，用來指導(dǎo)生產(chǎn)，組織和管理生產(chǎn)，這些技術(shù)文件就是工藝規(guī)程。常用的工藝規(guī)程主要有機械加工工藝過程卡片和機械加工工序卡片兩種基本形式。機械加工工藝過程卡片是以工序為單位，列出整個零件加工所經(jīng)過的工藝路線(包括毛坯、機械加工、熱處理以及裝配等)，完成各道工序的車間(工段)，各用的機床、夾具、刀具、量具和工時定額等內(nèi)容。

機械加工工序卡是在工藝過程卡片的基礎(chǔ)上，按每道工序所編制的一種工藝文件。工序卡要詳細記錄工序內(nèi)容和加工所必須的工藝資料，如定位基準、裝夾方法、工序尺寸和公差以及機床、刀具、夾具、量具、切削用量和工時定額等。工序卡中還要畫出工序簡圖，用于具體指導(dǎo)工人操作，是大批大量生產(chǎn)和中批復(fù)雜或重要零件生產(chǎn)的必備工藝文件。2、制訂工藝規(guī)程的步驟（1）制訂工藝規(guī)程的主要依據(jù)：1）產(chǎn)品的裝配圖和零件工作圖；2）產(chǎn)品的生產(chǎn)綱領(lǐng)；3）現(xiàn)有的生產(chǎn)條件和資料；4）國內(nèi)、外同類產(chǎn)品的有關(guān)工藝資料；5）產(chǎn)品驗收的質(zhì)量標準。（2）制訂工藝規(guī)程的步驟：1）工藝分析；2）確定毛坯的制造方法；3）擬定工藝路線，選擇定位基準面；

4）確定各工序的設(shè)備、工具、夾具、量具和輔助工具；5）確定各工序的加工余量、計算工序尺寸及公差；6）確定切削用量及工時定額；7）確定各主要工序的技術(shù)要求及檢驗方法；8）填寫工藝文件。3、零件的工藝分析1）零件的年生產(chǎn)綱領(lǐng)計算；2）零件結(jié)構(gòu)分析；3）零件的技術(shù)要求分析；

4）零件結(jié)構(gòu)工藝性分析。4、毛坯的選擇

選擇毛坯的基本任務(wù)是根據(jù)零件的技術(shù)要求、結(jié)構(gòu)特點、材料和生產(chǎn)綱領(lǐng)等，選擇毛坯的類型、制造方法及毛坯的形狀和尺寸等。毛坯分為鑄件、鍛件、型材及其它。5、定位基準的選擇（1）基準的概念及其分類

基準是用來確定生產(chǎn)對象上幾何要素間的幾何關(guān)系所依據(jù)的那些點、線、面。基準分為設(shè)計基準和工藝基準兩大類；工藝基準又可分為工序基準、定位基準、測量基準、裝配基準。（2）定位基準的選擇；精基準的選擇原則：1）基準重合原則；2）基準統(tǒng)一原則；3）互為基準原則；4）自為基準原則；5）保證工件定位準確、夾緊可靠、操作方便的原則。粗基準的選擇原則：1）為了保證加工面與非加工面之間的位置要求，應(yīng)盡可能選擇不加工面為粗基準；2）為保證各加工面都有足夠的加工余量，應(yīng)選擇毛坯余量最小的面為粗基準；3）為保證重工加工面的加工余量，應(yīng)選擇重要加工面為粗基準；4）粗基準應(yīng)避免重復(fù)使用，在同一尺寸方向上，通常只允許使用一次；5）選擇粗基準的表面，應(yīng)盡可能平整和光潔，不能有飛邊、澆口、冒口等，以保證定位準確，夾緊可靠。6、工藝路線的擬定（1）表面加工方法的選擇

1）各種加工方法的經(jīng)濟加工精度和經(jīng)濟粗糙度；2）表面加工方法和加工方案的選擇。（2）加工順序的安排

劃分加工階段:粗加工、半精加工和精加工。

劃分加工階段的原因：1）保證加工質(zhì)量；2）便于及時發(fā)現(xiàn)毛坯缺陷；3）便于安排熱處理工序；4）精加工在后可使加工過的表面不易碰壞；5）有利于合理使用設(shè)備。機械加工順序安排的原則：1）先粗后精、粗精分開；2）先基準后其它；3）先主要后次要；4）先面后孔；熱處理工序的安排：1）最終熱處理的安排；2）預(yù)備熱處理的安排。輔助工序的安排：輔助工序的種類較多，包括檢驗、去毛刺、倒棱、清洗、防銹、去磁和平衡等。檢驗工序是必不可少的輔助工序，除了工序中自檢外，需要在下列場合單獨安排檢驗工序。1）粗加工階段結(jié)束后；2）重要工序前后。3）送往外車間加工的前后；4）全部加工工序完成后。（3）確定工序集中與分散：工序集中就是將工件的加工集中在少數(shù)幾道工序中完成，每道工序的加工內(nèi)容較多。而工序分散是指將工件的加工分散在較多的工序中進行，每道工序的加工內(nèi)容很少。工序集中的特點：1）采用高生產(chǎn)率的專用設(shè)備和工藝裝備，勞動生產(chǎn)率高；2）工序數(shù)目少，工藝路線短，簡化了生產(chǎn)計劃和組織工作；3）設(shè)備數(shù)量少，減少了操作工人和生產(chǎn)面積；4）工件安裝次數(shù)少，縮短了輔助時間，容易保證加工一面的相互位置精度；5）專用設(shè)備和工藝裝備較復(fù)雜，生產(chǎn)投資大，調(diào)整和維修復(fù)雜，生產(chǎn)準備工作量大，新產(chǎn)品轉(zhuǎn)換周期長。工序分散的特點：1）設(shè)備與工藝裝備比較簡單，調(diào)整方便，工人容易掌握，生產(chǎn)準備工作量少，容易適應(yīng)產(chǎn)品的更換；2）便于采用最合理的切削用量，減少基本時間；3）設(shè)備數(shù)量多，操作人員多，生產(chǎn)面積大。（4）設(shè)備及工藝裝備的選擇設(shè)備的選擇：1）機床精度與工件精度相適應(yīng)；2）機床規(guī)格與工件的外形尺寸相適應(yīng)；3）與現(xiàn)有的加工條件相適應(yīng)。工藝裝備的選擇：1）夾具的選擇；2）刀具的選擇；3）量具的選擇。7、加工余量及工序尺寸的確定（1）加工余量：加工余量是指加工過程中從加工表面切去的金屬層厚度，可分為工序（工步）加工余量和總加工余量。工序余量是相鄰兩個工序的工序尺寸之差。

（2）影響加工余量的因素：1）上工序的各種表面缺陷和誤差，如圖7-33所示；2）本工序加工時的裝夾誤差。（3）確定加工余量的方法：1）查表法；2）經(jīng)驗估計法；3）分析計算法。圖7-33表面粗糙度及缺陷層

（4）確定工序尺寸及其公差

三、典型零件的工藝過程實例1.軸類零件工藝

軸類零件的一般工藝過程為：備料（或鍛造）→預(yù)備熱處理（正火或退火）→車端面、中心孔→粗車→（調(diào)質(zhì)）→修整中心孔→半精車（精車）→（鍵槽、螺紋加工）→熱處理（淬火或局部淬火）→研磨中心孔→磨削。2、車床主軸的車削及工藝分析

如圖7-34所示為CA6140車床主軸的簡圖。1）技術(shù)條件分析；2）機械加工工藝路線見表7-5

3）工藝過程分析：定位基準的選擇；粗、精加工分開，劃分加工階段及工序的安排。3、箱體零件工藝箱體類零件的工藝特點

1）加工順序為先面后孔；2）加工階段粗、精分開；3）工序間合理安排熱處理；4）以箱體上的重要孔作粗基準，以裝配基面或頂面作精基準。4、鏜床減速箱箱體加工工藝

如圖7-35所示為鏜床減速箱零件圖，材料為HT150，小批生產(chǎn)。1）主要技術(shù)要求分析；2）毛坯選擇；3）定位基準選擇；4）加工方法和加工順序的確定。機加工工藝過程如表7-6所示。

第四節(jié)切削加工件的結(jié)構(gòu)工藝性

零件的結(jié)構(gòu)工藝性是指這種結(jié)構(gòu)的零件在加工工藝上得以實行的難易程度,它是評價零件結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)劣的技術(shù)經(jīng)濟指標之一。一、結(jié)構(gòu)工藝性的設(shè)計原則1、加工表面的幾何形狀應(yīng)盡量簡單，盡可能布置在同一平面或同一軸線上。2、有相互位置精度，如同軸度、垂直度、平行度等要求的表面，最好能在一次裝夾中加工出來。3、盡可能減少加工表面的數(shù)量和面積，合理地規(guī)定加工精度和表面粗糙度，以利于減少切削加工量。

4、應(yīng)力求零件的某些結(jié)構(gòu)尺寸，如孔徑、齒輪模數(shù)、螺紋、鍵槽寬度等的標準化，以便于采用標準刀具和通用量具，降低生產(chǎn)成本。5、零件應(yīng)便于安裝，定位準確，夾緊可靠；便于加工，便于測量；便于裝配和拆卸。6、零件結(jié)構(gòu)應(yīng)與先進的加工工藝方法相適應(yīng)。7、零件應(yīng)有足夠的剛性，能承受切削力和夾緊力，以便于提高切削用量，提高生產(chǎn)率。1、外形不規(guī)則的零件，應(yīng)設(shè)計工藝凸臺以便于裝夾，如圖7-36所示，車床小刀架作出工藝凸臺A，以便加工下部燕尾導(dǎo)軌面。如圖7-37所示，為加工立柱導(dǎo)軌面在斜面上設(shè)置工藝凸臺A。圖7-36車床小刀架圖7-37立柱導(dǎo)軌二、改善結(jié)構(gòu)工藝性示例2、長軸和大件應(yīng)考慮工藝吊裝位置，如圖7-38所示，桿之類的長軸應(yīng)在一端設(shè)置吊掛螺孔或吊掛環(huán)，以便吊運、熱處理和保管；如圖7-39所示劃線平板的四側(cè)各增加兩工藝孔，以便于加工、刮研、吊運和維修。圖7-39劃線平板圖7-38長軸3、零件上有同軸度垂直度要求的表面應(yīng)在一次裝夾下加工；如圖7-40所示，右圖結(jié)構(gòu)可在一次裝夾下加工內(nèi)孔，保證了兩端孔的同軸度，且易保證孔與端面A的垂直度。圖7-40套筒零件4、軸上的鍵槽應(yīng)布置在同一側(cè)：如圖7-41所示，可減少裝夾次數(shù)，在一次安裝中，將軸上所有鍵槽都加工出來。

圖7-41軸上鍵槽5、被加工面應(yīng)位于同一平面上；如圖7-42所示，凸臺可一次加工，并可實現(xiàn)多件加工。圖7-42凸臺結(jié)構(gòu)6、盡可能減小被加工面的面積：如圖7-43所示，支架底面加凹，減少加工面積；凸臺可在鉆孔的同時用锪鉆加工，減少了加工時間。

圖7-43支架7、以外表面加工代替內(nèi)表面加工

：如圖7-44所示，將孔內(nèi)的環(huán)形槽改為軸上的環(huán)形槽，便于加工。圖7-44閥體設(shè)計8、避免箱體孔的內(nèi)端面加工：如圖7-45所示，箱體孔的內(nèi)端面加工比較困難，可用鑲套零件代替圖7-45箱體9、避免把加工平面布置在低凹處：如圖7-46所示，可采用大直徑端銑刀加工，以提高生產(chǎn)率；可進行多件加工。圖7-46加工平面布置10、避免在加工平面中間設(shè)置凸臺：如圖7-47所示，可采用大直徑端銑刀加工，以提高生產(chǎn)率；可進行多件加工。圖7-47加工平面布置11、設(shè)置必要的工藝孔：如圖7-48所示，鏜中間隔壁孔時，鏜桿，懸臂太長剛性差，設(shè)工藝孔后可在箱體外支承鏜桿改善了加工條件。圖7-48箱體孔12、精加工孔盡可能作成通孔：如圖7-49所示，研磨孔作成通孔便于加工和測量，研磨后用堵頭堵死。

圖7-49研磨孔13、避免在斜面上鉆孔和鉆半截孔：如圖7-50所示，防止鉆孔引偏和損壞鉆頭，保證鉆孔精度，提高生產(chǎn)率。圖7-50孔的布置14、車螺紋、磨削都應(yīng)留退刀槽:如圖7-51所示，刀具能自由退刀，以保證加工質(zhì)量。圖7-51退刀槽15、雙聯(lián)齒輪或多聯(lián)齒輪應(yīng)設(shè)計退刀槽：如圖7-52所示，用插齒刀加工雙聯(lián)齒輪或多聯(lián)齒輪的小齒輪時，必須留有足夠?qū)挼耐说恫郏员愕毒咔谐?。圖7-52雙聯(lián)齒輪16、用滾刀加工帶凸肩的軸齒輪時，需有退刀槽:如圖7-53所示，右圖有足夠的退刀槽，以便刀具切出。圖7-53退刀槽17、當(dāng)尺寸差別不大時，零件上的槽寬，圓角半徑、孔、螺孔等尺寸應(yīng)盡可能一致：如圖7-54所示，右圖可減少刀具種類和減少更換刀具等輔助時間。圖7-5418、加工面形狀應(yīng)與刀具輪廓相符：如圖7-55所示，盲孔的孔底和階梯孔的過渡部分應(yīng)設(shè)計成與鉆頭頂角相同的圓錐面

。凹槽的圓角半徑必須與標準立銑刀圓角半徑相同。圖7-55盲孔和凹槽19、采用組合件以簡化加工：如圖7-56所示，孔內(nèi)的內(nèi)球面加工很困難，分成兩件則易于加工出球面，保證了加工質(zhì)量。

圖7-56組合件20、箱休的同軸孔系的孔徑應(yīng)向一個方向遞減，或從兩邊向中間遞減，端面應(yīng)在一個平面上

：如圖7-57所示，孔徑向一個方向遞減，可依次或同時加工同軸線上的幾個孔，保證較高的生產(chǎn)率；孔徑從兩邊向中間遞減，可縮短鏜桿伸出長度，提高剛性，亦可同時從兩面加工；端面平齊，可在一次調(diào)整中加工出全部端面。圖7-57箱體孔21、盡可能采用標準刀具：如圖7-58所示，合理布置孔的位置，避免采用加長鉆頭（非標準刀具）

圖7-58孔的位置22、應(yīng)避免不穿通的花鍵孔

：如圖7-59所示，左圖只能用花鍵插齒刀加工，右圖采用花鍵拉刀加工，可提高生產(chǎn)率

。圖7-60花鍵孔的設(shè)計23、花鍵孔應(yīng)設(shè)計成連續(xù)的：如圖7-61所示，防止損壞拉刀并提高其壽命。圖7-61花鍵孔24、應(yīng)使零件有足夠的剛性：如圖7-62所示，較大面積的薄壁零件（如罩、蓋等），剛性不好，應(yīng)增設(shè)必要的加強肋。

圖7-62增加剛度的結(jié)構(gòu)26、零件結(jié)構(gòu)應(yīng)適合進行多件加工：如圖7-64所示，右圖結(jié)構(gòu)在滾齒時既增加加工時的剛性，減小振動，又減少刀具的空程時間，提高生產(chǎn)率。圖7-64齒輪25、減少機床的調(diào)整：如圖7-63所示，若有可能采用相同的錐度，磨床只需作一次調(diào)整。27、避免螺紋作定位面；如圖7-65所示，螺紋有間隙，不能保證端蓋孔與油缸的同軸度；加工大直徑螺孔效率低。圖7-65液壓缸28、零件結(jié)構(gòu)應(yīng)便于裝卸：如圖7-66所示，用彈性擋圈代替軸肩、螺母和階梯孔，簡化了制造，便于滾動軸承的裝卸。如圖7-67所示，軸承或箱體的靠肩孔應(yīng)當(dāng)大于圓錐滾子軸承外環(huán)小錐直徑，以便拆卸。圖7-67軸承座孔圖7-66軸與軸承孔返回文檔圖7-1切削運動和加工表面a）車削b）銑削c）刨削d）鉆削e）磨削1—主運動2—進給運動3—待加工表面4—過渡表面5—已加工表面返回文檔圖7-10切削速度對切削變形的影響返回文檔粗車IT12~IT11Ra=50~12.5半精車IT10~IT9Ra=6.3~3.2粗磨IT8~IT7Ra=1.6~0.8

精車IT8~IT7Ra=1.6~0.8

精磨IT7~IT6Ra=0.4~0.2

精細車IT6Ra=0.8~0.4高光潔度磨削IT6~IT5Ra=0.1~0.008超精加工IT6~IT5Ra=0.1~0.008研磨IT6~IT5Ra=0.1~0.008圖7-15

外圓面的加工方案流程框圖返回文檔圖7-16鉆頭引偏引起的加工誤差

(a)鉆床上鉆孔

（b）車床上鉆孔

返回文檔加工方法鉆擴鉸鏜拉磨研磨珩磨車床

○

鉆床○○○

鏜床

○○

銑床

磨床

○

拉床

○

研磨機床

○

珩磨機床

○注：○為最適用的機床；

為較適用的機床；

為可使用的機床

表7-1常用的孔加工機床及加工方法返回文檔擴IT10~IT9Ra=6.3~3.2鏜IT10~IT9Ra=6.3~3.2拉（普通拉刀）IT8~IT7Ra=0.8~0.4拉（校正拉刀）IT6Ra=0.2~0.1粗鉸IT3Ra=3.2~1.6粗磨IT8Ra=1.6~0.8半精鏜IT9~IT8Ra=1.6~0.8精鉸IT7Ra=1.6~0.8精磨IT7Ra=0.8~0.4精細鏜IT7~IT6Ra=0.4~0.2珩磨或研磨IT10以下Ra=0.1~0.008精鏜IT8~IT7Ra=1.6~0.8高光潔度磨削IT7~IT6Ra=0.1~0.012手鉸IT7~IT6Ra=0.4~0.2鉆IT10以下Ra=50~12.5圖7-18孔的加工方案流程框圖返回文檔圖7-19

平面的加工方案流程框圖精插IT10~IT8Ra=6.3~3.2粗刨IT13~IT11Ra=50~12.5高速精銑IT7~IT6Ra=0.8~0.4寬刃精刨IT7Ra=1.6~0.4粗插IT13~IT11Ra=50~12.5粗磨IT10~IT8Ra=6.3~1.6半精車IT10~IT8Ra=6.3~1.6精刨IT10~IT8Ra=6.3~1.6精磨IT6~IT5Ra=0.8~0.2拉削IT1~IT6Ra=0.8~0.2研磨IT5~IT3Ra=0.1~0.008精銑IT10~IT8Ra=6.3~1.6高光潔度磨削IT5Ra=0.1~0.008刮研IT7~IT6Ra=0.8~0.4粗車IT13~IT11Ra=50~12.5粗銑IT13~IT11Ra=50~12.5初磨IT11Ra=12.5返回文檔1．成形刀；2．燕尾；3．夾緊螺釘；4．夾持體圖7-20a

用成形車刀車成形面圖7-20b

用成形銑刀銑成形面返回文檔圖7-21

利用靠模車削成形面下一頁加工方法加工精度表面粗糙度生產(chǎn)率機床適用范圍成形面的切削加工成形刀具加工車削較高較小較高車床成批生產(chǎn)尺寸較小的回轉(zhuǎn)成形面銑削較高較小較高銑床成批生產(chǎn)尺寸較小的外直線成形面刨削較低較大較高刨床成批生產(chǎn)小尺寸的外直線成形面拉削較高較小高拉床大批量生產(chǎn)各種小型直線成形面簡單刀具加工手動進給較低較大低各種普通機床單件小批生產(chǎn)各種成形面靠模裝置較低較大較低各種普通機床成批生產(chǎn)各種直線成形面仿形裝置較高較大較低仿形機床，價格較貴單件小批生產(chǎn)各種成形面數(shù)控裝置高較大較高數(shù)控機床，價格昂貴單件及中、小批生產(chǎn)各種成形面表7-2

常用的成形面加工方法返回文檔成形面的磨削加工成形砂輪磨削較高小較高平面磨床，工具磨床，外圓磨床，附加成形砂輪修整器（通用）成批生產(chǎn)加工外直線成形面和回轉(zhuǎn)成形面成形夾具磨削高小較低成形磨床，平面磨床，附加成型磨削夾具（通用）單件小批生產(chǎn)加工外直線成形面光學(xué)曲線磨床磨削高小較低光學(xué)曲線磨床，價格貴單件小批生產(chǎn)加工外直線成形面砂帶磨削高小高砂帶磨床各種批量生產(chǎn)加工外直線成形面和回轉(zhuǎn)成形面連續(xù)軌跡數(shù)控坐標磨削很高很小較高坐標磨床，價格昂貴單件小批生產(chǎn)加工內(nèi)外直線成形面續(xù)表7-2常用的成形面加工方法返回文檔螺紋類別加工方法加工精度表面粗糙度Ra/

m適用生產(chǎn)范圍附注外螺紋板牙套絲86.3~3.2各種批量

車削4~83.2~0.4單件小批銑削6~86.3~3.2大批量磨削4~60.4~0.1各種批量可加工淬硬的外螺紋滾壓搓絲板6~81.6~0.8大批量

滾絲輪4~61.6~0.2大批量內(nèi)螺紋攻絲6~76.3~1.6各種批量車削4~73.2~0.4單件小批銑削6~76.3~3.2成批大量拉削71.6~0.8大批量采用拉削絲錐，適于加工方牙及梯形螺孔磨削4~60.4~0.1單件小批適用于直徑大于30mm的淬硬內(nèi)螺紋表7-3常用的螺紋加工方法

返回文檔（a）平體螺紋梳刀（b）棱體螺紋梳刀（c）圓體螺紋梳刀圖7-22螺紋梳刀示意圖返回文檔圖7-23盤形螺紋銑刀銑削返回文檔圖7-24梳形螺紋銑刀銑削返回文檔圖7-25銑刀盤旋風(fēng)銑削返回文檔圖7-26滾壓螺紋示意圖1.下搓板；2.上搓板；3.工件a)搓絲板滾壓1.左絲輪；2.右絲輪；3.工件b)滾絲輪滾壓返回文檔1.分度頭；2.尾架；3.盤狀模數(shù)銑刀；4.指狀模數(shù)銑刀；5.工件；圖7-27銑齒示意圖返回文檔

（a）1.滾刀；2.工件（b）1.滾刀；2.假想齒條圖7-28滾齒與滾齒原理示圖（a）插齒原理；（b）插齒刀刀齒側(cè)面運動軌跡及其包絡(luò)線；（c）插齒運動；圖7-29插齒與插齒原理示圖返回文檔返回文檔（a）展成法磨齒；（b）成形法磨齒；1.碟形砂輪；2.工件齒輪；3.假想齒條；圖7-30磨齒加工示例圖加工方法加工原理加工質(zhì)量生產(chǎn)率設(shè)備應(yīng)用范圍精度等級齒面粗糙Ra/

m銑齒成形法96.3~3.2較插齒、滾齒低普通銑床單件修配生產(chǎn)中，加工低精度外圓柱齒輪、錐齒輪、蝸輪拉齒成形法71.6~.4高拉床大批量生產(chǎn)7級精度的內(nèi)齒輪，因外輪拉刀制造甚為復(fù)雜，故少用插齒展成法8~73.2~1.6一般較滾齒低插齒機單件和成批生產(chǎn)中，加工中等質(zhì)量的內(nèi)外圓柱齒輪、多聯(lián)齒輪滾齒展成法8~73.2~1.6較高滾齒機單件和成批生產(chǎn)中，加工中等質(zhì)量的外圓柱齒輪、蝸輪剃齒展成法7~60.8~0.4高剃齒機精加工未淬火的圓柱齒輪珩齒展成法改善不大0.8~0.4很高珩齒機光整加工已淬火的圓柱齒輪。適用于成批和大量生產(chǎn)磨齒成形法，展居法6~30.8~0.2成形法高于展成法磨齒機精加工已淬火的圓柱齒輪

表7-4

常用的齒形加工方法

返回文檔返回文檔圖7-31階梯軸加工工序號工序內(nèi)容設(shè)備1車端面，鉆中心孔車床2車外圓，切槽和倒角車床3銑鍵槽，去毛刺銑床4磨外圓磨床5檢驗檢驗臺階梯軸工藝過程（生產(chǎn)量較小時）

返回文檔工位Ⅰ、裝卸工件工位Ⅱ、鉆孔工件工位Ⅲ、擴孔工位Ⅳ、鉸孔圖7-32多工位加工返回文檔圖7-34CA6140車床主軸簡圖

下一頁序號工序名稱工序內(nèi)容定位基準及夾緊設(shè)備1鍛造

2熱處理正火

3銑端面打中心孔

外圓專機4精車外圓

外圓和頂尖孔臥式車床5熱處理調(diào)質(zhì)

6車大端各部車外圓錐端面及臺階Ra

6.3μm頂尖孔臥式車床7仿形車小端各部車小端各外圓Ra

6.3μm頂尖孔仿形車床8鉆通孔鉆Φ48mm通孔Ra

6.3μm夾小頭，頂大頭深孔鉆床9車大頭錐孔車大頭錐孔、外短錐及端面配錐堵夾小頭，頂大頭臥式車床10車小頭錐孔車小頭錐孔，配錐堵Ra

6.3μm夾小頭，頂大頭臥式車床表7-5CA6140車床主軸機械加工工藝路線

下一頁

續(xù)表7-5CA6140車床主軸機械加工工藝路線

序號工序名稱工序內(nèi)容定位基準及夾緊設(shè)備11鉆孔鉆大頭端面法蘭孔Ra

6.3μm外圓搖臂鉆床12仿形精車各外圓仿形精車小頭各部外圓Ra

3.2μm頂尖孔仿形車床13鉆孔鉆Φ4H7小孔外圓鉆床14熱處理高頻淬火前后支承軸頸前錐孔短錐Φ90g5

15粗磨外圓粗磨Φ75h5Φ90g5Φ100h6各外圓錐堵頂尖孔外圓磨床16磨大頭錐孔粗磨大頭莫氏6號錐孔，重配錐堵托Φ100h6和Φ75h兩處專用磨床17銑花鍵Ra

3.2μm錐堵頂尖孔花鍵銑床18銑鍵槽Ra

3.2μmΦ80h5及M115×1.5外圓立式銑床返回文檔續(xù)表7-5CA6140車床主軸機械加工工藝路線

序號工序名稱工序內(nèi)容定位基準及夾緊設(shè)備19車螺紋車三處螺紋（與螺母配車）錐堵頂尖孔臥式車床20精磨外圓精磨外圓及E、F端面尺寸Ra

0.8μm錐堵頂尖孔外圓磨床21粗、精磨錐面粗、精磨三圓錐圓及端面DRa

0.4μm錐堵頂尖孔專用磨床22精磨大頭錐孔精磨大頭莫氏6號錐孔Ra

0.4μm前支承軸頸及Φ75h5專用磨床23鉗工4-Φ23mm鉆孔處銳邊倒角

24檢驗按圖樣要求綜合檢查前支承軸頸及Φ75h5檢具返回文檔圖7-35鏜床上的減速箱箱體零件圖下一頁表7-6小批生產(chǎn)時鏜床減速箱箱體機械加工工藝序號工序名稱工序內(nèi)容定位及夾緊設(shè)備1鑄造2清理清除澆冒口、型砂、飛邊、毛刺等3熱處理時效4油漆內(nèi)壁涂黃漆、非加工表面涂底漆5鉗工劃各外表面加工線

頂面及兩主要孔

劃線臺6銑粗、精銑底面，Ra12.5μm（工藝用）頂面按線找正臥式銑床下一頁續(xù)表7-6小批生產(chǎn)時鏜床減速箱箱體機械加工工藝序號工序名稱工序內(nèi)容定位基準及夾緊設(shè)備7銑粗、精銑頂面，127mmRa

0.8μm底面鏜床7銑銑底座四側(cè)面Ra

6.3μm頂面并校正鏜床7銑粗銑四側(cè)凸緣端面、底座兩側(cè)上平面底面及一側(cè)面鏜床7鏜粗、精鏜Φ47、Φ42、Φ75及端面高15mm臺面及側(cè)面鏜床7鏜粗、精鏜Φ35兩孔及端面

7鏜粗、精鏜Φ40兩孔及端面鏜床底面Φ47孔及一側(cè)面鏜床返回文檔續(xù)表7-6小批生產(chǎn)時鏜床減速箱箱體機械加工工藝序號工序名稱工序內(nèi)容定位基準及夾緊設(shè)備8鉆鉆孔6-Φ9，锪孔6-Φ14頂面鉆床8鉆鉆各面螺紋M5-7H小徑孔底面、頂面、側(cè)面鉆床9鉗攻各面螺紋M5-7H底面、頂面、側(cè)面10鉗修底面四角銳邊及去毛刺10檢驗

第8章特種加工第一節(jié)特種加工概述

第二節(jié)特種加工方法返回第一節(jié)特種加工概述

特種加工是指除常規(guī)切削加工以外的新的加工方法，這種加工方法利用電、磁、聲、光、化學(xué)等能量或其各種組合作用在工件的被加工部位上，實現(xiàn)對材料的去除、變形、改變性能和鍍覆，從而達到加工目的。一、特種加工的產(chǎn)生和發(fā)展1、特種加工的產(chǎn)生：材料愈來愈難加工，零件結(jié)構(gòu)和形狀愈來愈復(fù)雜、對表面粗糙度和精度的要求愈來愈高，因而對機械制造部門提出了加工超硬材料、復(fù)雜表面和超精零件等一系列新的要求。2、特種加工的特點不用機械能，加工作用力極小，可進行微細加工、無大面積熱應(yīng)變等。3、特種加工的發(fā)展趨勢

1）充分融合現(xiàn)代電子技術(shù)、計算機技術(shù)、信息技術(shù)和精密制造技術(shù)等高新技術(shù)，使加工設(shè)備向自動化和柔性化方向發(fā)展。

2）大力開發(fā)新的特種加工方法，包括微細加工和復(fù)合加工。二、特種加工對機械制造工藝技術(shù)的影響1、提高了材料的可加工性；2、改變了零件的工藝路線；3、縮短了新產(chǎn)品的