《機械制造技術(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車外圓

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

車外圓是在各種車床上進行的，由于采用車刀來加工，因此受刀具硬度的限制，只適于中等以下硬度材料的加工。車削工藝范圍很廣，廣泛應(yīng)用于粗加工和半精加工，有時也可用于精加工。從加工表面的類型看，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。

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

由于車削時一般都采用單刀切削，故提高生產(chǎn)率是車削加工中存在的主要問題，特別是在粗加工中。為了提高車削生產(chǎn)率，生產(chǎn)中出現(xiàn)了許多有別于普通車削加工的方法，下面分別做以簡要介紹。

1.高速車削

提高切削速度是提高車削生產(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)合金車刀的切削速度已由原來的25～55m/min提高到100～300m/min，從而提高了車削的生產(chǎn)率。

2.強力車削

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

由于強力車削時切削力很大，因此只適用于粗加工剛度較好的軸類零件，而不適用于車削細長軸和階梯軸。

3.多刀車削

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

多刀車削可在多刀車床上進行，也可以在普通車床上安上后刀架進行加工。

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

4.精密車削

一般將能達到IT5~IT6級公差和Ra值為0.04～5μm的車削稱為精密車削。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削。另外，對某些在設(shè)計性能要求上不允許采用磨削、研磨或拋光等來達到最后要求表面的零件，也必須采用精密車削。

精密車削又稱金剛車，這是因為加工使用的刀具是用金剛石制造的。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)中大多采用細顆粒的硬質(zhì)合金來替代。

精密車削需在精密車床上進行。這是因為精密車削對所用機床的制造精度要求很高，如主軸應(yīng)有很高的回轉(zhuǎn)精度（其徑向跳動小于1μm，端面跳動小于0.5μm）；機床進給系統(tǒng)應(yīng)有微進給裝置，工作時應(yīng)平穩(wěn)無爬行；機床應(yīng)具有良好的動態(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行加工。由于砂輪是由無數(shù)磨粒粘結(jié)而成的，故砂輪的磨削過程與金屬刀具的切削過程有很大的差別。

1.磨削過程的特點

(1)由于砂輪是由硬度很高的磨粒進行切削，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自動脫落，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，高速磨削時可達60～120m/s，比一般切削時的速度高出10～40倍,因此會在極短的時間內(nèi)產(chǎn)生大量的磨削熱，使磨削區(qū)的瞬間溫度達到400～1000℃，有時甚至高達金屬熔化的溫度,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前角（-60°～-15°）工作的，因此磨削過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的切屑，加之磨削過程又有一定的擠光和刮削作用，因此對誤差的修整能力很強，加工后的精度可達IT6～IT7，表面粗糙度值可達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)磨削時工件定位方式的不同，輪磨又可分為中心輪磨和無心輪磨兩類。

(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，在外圓磨床或萬能磨床上加工。中心輪磨按進給方式的不同可分為縱磨法、橫磨法、綜合磨法和深磨法，見圖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。

橫磨法又稱切入磨法。磨削時沒有縱向進給運動，砂輪只以慢速作連續(xù)的橫向進給運動，因此砂輪的寬度要求大于工件被磨表面的長度（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，適合加工剛性較好，且被加工表面較長的外圓表面。

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軸頸。

(2)無心輪磨。無心輪磨是在無心磨床上進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)。

無心輪磨時必須滿足下列條件：

①為了使工件自動進給，導(dǎo)輪須傾斜一個λ角度（粗磨時為3°～6°，精磨時為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：

(1）砂帶磨削設(shè)備簡單，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，對金屬、非金屬材料都能切削。

(4）砂帶尺寸大，機床功率利用率高，故適于進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（國外為2～4h，我國為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）砂輪電動機的功率要加大，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）要采取嚴密的安全防護措施。

(5）改善冷卻液的輸送方式，確保冷卻液能注入磨削區(qū)。

(6）需注意機床的防振。高速磨削的特點如下：

(1）砂輪速度提高以后，單位時間內(nèi)通過磨削區(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)強力磨削

強力磨削是繼高速磨削之后發(fā)展起來的又一種高效磨削方法。由于加工時磨削深度大（2～30mm），而工件的進給速度很?。?～300mm/min），因此也稱做緩進磨削或蠕動磨削。

強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)中常用于代替車削和銑削，而效率要比車、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的磨削稱為精密磨削，將表面粗糙度值Ra為0.02～0.04μm的磨削稱為超精磨削，而將表面粗糙度值Ra小于等于0.01μm的磨削稱為鏡面磨削。

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)過精細的修整后，磨粒形成了許多微刃，并且這些微刃處于等高位置。在磨削過程中，這些微刃同時進行切削，從工件表面上切下微細的切屑，形成光滑的表面。隨著磨削過程的進行，微刃逐漸轉(zhuǎn)變成半鈍化狀態(tài)，半鈍化的微刃可對工件表面產(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。為了實現(xiàn)超精磨削和鏡面磨削，必須保證以下要求：

(1）機床精度要高，剛性要好。其砂輪主軸的回轉(zhuǎn)精度應(yīng)高于0.001mm；工作臺低速時的平穩(wěn)性要求在10mm/min時無爬行現(xiàn)象；橫向進給機構(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)精細修整，保證和實現(xiàn)微刃切削。也可選用磨粒極細（W10～W20）的樹脂或橡膠結(jié)合劑加石墨填料的砂輪。

(3）砂輪線速度一般選用12～20m/s；超精磨削時工件線速度選用10～15m/min，鏡面磨削時應(yīng)在10m/min以下；工作臺進給速度選用20～100mm/min；橫向進給量應(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，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運動，使磨粒切掉一層很薄的金屬。研磨過程中，除了磨料的機械切削作用外，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會產(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，從而加速了研磨過程的進行。

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械研磨兩種。

(1）手工研磨。手工研磨外圓時，先將工件裝在車床主軸上并作低速旋轉(zhuǎn)運動，研具（見圖4－5）套在工件上，研具內(nèi)徑比工件直徑大0.02～0.04mm，研具長度取被研表面長度的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，然后用手推動研具作往復(fù)運動。圖4－5研具(a)粗研；(b)精研

(2）機械研磨。機械研磨是在研磨機上進行的。如圖4－6所示，工件2放在用鑄鐵做的上、下研磨盤1和4之間，為了防止工件擠到一起，用隔板3將工件隔開。下研磨盤與機床是剛性連接，上研磨盤則是浮動連接，并可以上下調(diào)節(jié)，以保證研磨盤與各個工件的良好接觸和獲得所要求的研磨壓力。加工時，上、下研磨盤可作同向或反向旋轉(zhuǎn)，也可一個研磨盤固定不動，另一個研磨盤旋轉(zhuǎn)。圖4－6機械研磨當(dāng)研磨盤旋轉(zhuǎn)時，隔板則由偏心軸帶動旋轉(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速度，還會產(chǎn)生工件與研磨盤之間的滑動速度。該滑動速度是研磨的主要加工速度。

機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、滾珠等。

3)研磨的工藝特點

(1）表面質(zhì)量較好。由于研磨是在低速、低壓條件下進行的，故研磨過程中的塑性變形小，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運動很復(fù)雜，細微切痕縱橫交錯，能均勻地切除工件表面的凸峰。

(2）表面尺寸與形狀精度高。研磨的加工余量很小（為0.01～0.02mm），其研磨過程又是磨料的機械切削作用和研磨劑的化學(xué)作用的綜合結(jié)果，所以研磨對尺寸和形狀誤差的修整能力較強，尺寸精度可達IT5，形狀精度可提高一級，但不能提高表面相互位置精度。

(3）研磨所使用的設(shè)備和工具都很簡單，并且精度要求也不高。

(4）手工研磨的勞動強度大，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)是用細粒度油石對工件表面施加很小的壓力（5～30N/cm2），并作短促的往復(fù)擺動（振幅為2～6mm，頻率為300～2500次/min）和沿工件軸線作慢速的送進運動，此時工件作低速的旋轉(zhuǎn)運動（10～50m/min），以實現(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加工階段：

(1）強烈切削階段。開始加工時，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，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，油石能自動停止切削。

2)超精加工的特點

(1）表面質(zhì)量好。由于能自動從切削過程過渡到精整拋光過程，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，使得加工時發(fā)熱少，表面變質(zhì)層很淺（小于0.025μm），接觸面積可達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，加工余量很小（0.005～0.025mm），一般一個零件幾分鐘就可以加工完，故比研磨的生產(chǎn)率高。

(3）機床設(shè)備簡單。超精加工時，由于油石與工件之間沒有剛性運動聯(lián)系，故所用機床簡單，而且還可利用一般機床改裝。

(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，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速度，使磨粒從工件表面上切去粗糙的凸峰。

1)拋光的特點

(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0.02～1.25μm，精拋后可達鏡面，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）機械拋光的勞動強度大，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

滾壓加工是一種無切屑加工方法。它利用金屬產(chǎn)生的塑性變形來達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，并沿變形最大的方向延伸，有時呈纖維狀，且在表層留下有利的殘余壓應(yīng)力。所以經(jīng)過滾壓的表面，不僅粗糙度值減小，并可達到一定的尺寸精度，同時表層的強度極限和屈服點的提高使零件的抗疲勞強度、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

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

可達0.02～0.32μm。

(2）可提高表面的顯微硬度和抗疲勞強度。滾壓加工不僅沒有破壞表層的金屬纖維，反而使表層金屬得到強化。同時，滾壓能消除零件表面的劃傷等缺陷，減弱微觀裂紋對零件的疲勞破壞。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）勞動強度小，加工效率高。滾壓加工的設(shè)備和工具簡單，加之操作工人的勞動強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，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。在確定某個表面的加工方案時，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，確定前面準(zhǔn)備工序的加工方法，如此類推，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，實際選擇時，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表4－1，供選擇外圓表面加工方案時參考。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：

(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。孔徑越小，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，由于切削是在工件的內(nèi)部進行的，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鉆孔與擴孔

1.鉆孔

鉆孔是指用鉆頭在工件實心部位上進行孔加工的一種方法。由于鉆孔時切削負荷大，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。對于精度要求不高的孔，鉆孔就可以達到要求。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、鏜床以及車床上進行。由于機床的運動不同，因此鉆孔的方式有兩種：一種是鉆頭回轉(zhuǎn)并作送進運動，工件固定不動，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)只作送進運動，如在車床上鉆孔。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。

由于鉆頭長度較長，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：

(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)鉆一個凹坑，以便鉆頭開始工作時找正中心。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)孔徑容易擴大。鉆孔時，鉆頭兩切削刃上的徑向力不等，是引起孔徑擴大的主要原因。此外，鉆頭的徑向跳動也會造成孔徑擴大，所以要仔細刃磨鉆頭，使其切削刃對稱。

(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。實驗表明，鉆孔時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，一般分兩次進行鉆削，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.擴孔

擴孔是用擴孔鉆對已有孔做進一步加工，達到擴大孔徑、提高精度和降低表面粗糙度的目的。擴孔的加工精度一般為IT10～IT11，表面粗糙度Ra為20～80μm。擴孔屬孔的半精加工方法，常用做鉸孔的預(yù)加工。擴孔一般用于?100mm以下孔的加工，孔徑超過?100mm時則很少使用擴孔，而多采用鏜孔。擴孔鉆的形式隨直徑不同而不同，?10～?32mm的為錐柄擴孔鉆，?25～?80mm的為套式擴孔鉆。與鉆孔相比，擴孔具有以下特點：

(1)剛性較好。擴孔鉆的容屑槽小，其鉆芯相對比較粗，故刀具的剛度比鉆頭大。

(2)導(dǎo)向性好。擴孔鉆的刀齒數(shù)多（一般為3～4個刀齒），使刀具周邊的棱邊數(shù)增多，導(dǎo)向作用相對增強。

(3)切削條件好。擴孔鉆沒有橫刃，背吃刀量小（一般為孔徑的1/8），切削輕快穩(wěn)定。

(4)加工精度較高。擴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)锪凸臺面圖4－10復(fù)合刀具4.2.2鉸孔

鉸孔是在孔半精加工（擴孔或半精鏜孔）的基礎(chǔ)之上，對其進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～IT9，最高可達IT6,表面粗糙度Ra可達0.16～0.32μm。

鉸孔的方式分為機鉸和手鉸兩種。在機床上進行的鉸削稱為機鉸，用手工進行的鉸削稱為手鉸。

鉸孔使用的刀具稱為鉸刀。根據(jù)鉸孔方式的不同，鉸刀可分為機用鉸刀和手用鉸刀。機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。

機鉸時，為了防止孔徑擴大或產(chǎn)生形狀誤差，鉸刀與機床主軸常采用浮動連接，此時鉸刀處于浮動狀態(tài)，由原孔導(dǎo)向進行加工。鉸孔的工藝特點：

(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)量高于機鉸。

(2)鉸刀為定直徑刀具，故對孔的尺寸和形狀精度容易保證，對于小孔和細長孔更是如此。由于鉸削余量?。?.2～0.4mm），且與機床主軸采用浮動連接，故不能糾正孔的位置誤差。孔的位置精度則需由其準(zhǔn)備工序來保證。

(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

鏜孔是在車床、鏜床、銑床以及數(shù)控機床上，用鏜刀對已有孔做進一步加工的方法。

1.鏜孔的工藝特點

(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。鏜孔可達的精度范圍較廣，一般粗鏜的加工精度為IT12～IT13，表面粗糙度Ra為6.3～12.5μm；半精鏜的加工精度為IT9～IT10，表面粗糙度Ra為3.2～6.3μm；精鏜的加工精度為IT7～IT8，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，加上鏜刀是單刃，故加工時需多次走刀。另外，其加工尺寸要依靠調(diào)整刀具來保證，且調(diào)整刀具所需的時間較多，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

鏜孔可在不同的機床上進行，按鏜孔時的工作運動，有三種不同的加工方式。

(1)工件回轉(zhuǎn)，刀具作進給運動（見圖4－11(a)）。在各種車床上加工回轉(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度主要取決于車床主軸的回轉(zhuǎn)精度。孔的縱向幾何形狀誤差主要取決于刀具的進給方向。圖4－11鏜孔方式

(2)工件固定不動，刀具回轉(zhuǎn)并作進給運動（見圖4－11(b)）。這種方式是在鏜床上進行的。工件安裝在鏜床工作臺上固定不動，鏜刀由鏜床主軸帶動旋轉(zhuǎn)并作縱向進給運動。加工過程中，由于鏜桿的懸伸長度是變化的，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)，工件作進給運動（見圖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是鏜桿的懸伸長度一定，鏜桿的變形對孔的縱向形狀誤差無影響。實際生產(chǎn)中，為了提高鏜桿的剛度，減少其變形，常用導(dǎo)套來加強。當(dāng)使用導(dǎo)套并兩端支承時，鏜桿與鏜床主軸應(yīng)采用浮動連接。4.2.4拉孔

1.拉孔的原理

拉孔過程見圖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。開動機床后，機床夾頭帶動拉刀向左作直線移動，當(dāng)拉刀從工件的孔中通過后，即可完成孔的加工。由此可知，直線移動為拉削的主運動，徑向進給運動是靠拉刀的齒升量來完成的。圖4－12拉孔與推孔

(a)拉孔；(b)推孔

2.拉孔的工藝特點

(1)拉孔是拉刀多齒同時工作，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)齒進行校準(zhǔn)和修光，加之拉床采用液壓系統(tǒng)，傳動平穩(wěn)，切削速度低（2～8m/min），一般精度可達IT6～IT9，表面粗糙度Ra可達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)由于加工時拉刀是以被加工孔自身定位的，因此加工出來的孔不易保證與其它表面之間的相互位置精度。另外，拉孔時是以孔的端面支承，故在預(yù)加工時，應(yīng)在一次安裝中把孔和端面同時加工出來。

(5)拉孔不能加工階梯孔和盲孔，同時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法進行鏜孔、鉸孔與拉孔的高精度孔的加工。磨孔可在內(nèi)圓磨床、萬能磨床、無心內(nèi)圓磨床和行星磨床上進行。磨孔的加工精度為IT7～IT9，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：

(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，磨削速度很難達到外圓磨削的速度。

(2)生產(chǎn)率較低。因為砂輪直徑小，磨損快，且容易堵塞，所以需要經(jīng)常修整或更換。同時因砂輪軸剛性差，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)，使得輔助時間增加，導(dǎo)致生產(chǎn)率降低。

(3)加工條件差。磨孔時，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，對孔進一步進行加工的一種光整加工方法。加工時，工件安裝在專用珩磨機的工作臺或夾具中固定不動，珩磨頭與珩磨機主軸采用浮動連接，并由主軸帶動作回轉(zhuǎn)和往復(fù)運動（見圖4－13）。珩磨頭上帶有數(shù)個窄長的油石條，油石條能在徑向漲縮，對工件孔壁施加一定的壓力，當(dāng)珩磨頭運動時，即可實現(xiàn)油石條對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

(1)能獲得良好的加工質(zhì)量。珩孔時，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?。▋H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IT5～IT6）、形狀精度（圓度與圓柱度可達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主軸是浮動連接的，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。珩孔時的輔助時間少，某些珩磨機可同時珩幾個孔，易于實現(xiàn)加工自動化。另外，同時參與切削的磨粒多，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（長徑比可達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孔鏜到規(guī)定尺寸D1，然后根據(jù)劃的線將機床主軸調(diào)整到第二個孔的中心，將第二個孔鏜到小于規(guī)定的直徑尺寸D2′，測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)換成兩個互相垂直的坐標(biāo)尺寸，然后在機床上利用帶有坐標(biāo)尺寸的測量裝置來確定機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床測量裝置的精度，例如采用精密坐標(biāo)鏜床加工，其孔距精度可達±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±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、原理以及可達到的精度和表面粗糙度。但要達到孔的設(shè)計要求，只用一種加工方法往往是達不到的，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，實際選擇時應(yīng)結(jié)合孔的結(jié)構(gòu)特點、精度要求、尺寸大小、材料、熱處理以及生產(chǎn)條件等因素進行。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

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

(2)生產(chǎn)率低。刨削的主運動是變速往復(fù)直線運動，往復(fù)運動時慣性大，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：

(1)切削速度很低（2～5m/min），因此切削過程發(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銑刀相對于工件的運動關(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)銑削時切削速度的方向和工件的進給方向，有順銑和逆銑兩種方式。端銑有對稱端銑、不對稱逆銑和不對稱順銑三種方式。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

(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)地依次進行切削，沒有空程損失，加之銑削的主運動系回轉(zhuǎn)運動，銑刀可作高速圓周運動，切削速度高達200～400m/min，另外，有時可用幾把銑刀同時加工各有關(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)切削過程不穩(wěn)定。由于銑削屬斷續(xù)切削，刀齒負荷不均勻，刀齒切入或切出時會產(chǎn)生沖擊，從而引起機床振動，造成切削過程不穩(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行磨削，其特點是磨削時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行磨削，其特點是磨削時砂輪主軸伸出長度短，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

螺紋是機械零件中常見的一種表面，根據(jù)其用途可分為緊固螺紋和傳動螺紋等；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牙螺紋。生產(chǎn)中常見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車螺紋

車螺紋是在普通車床上用成形螺紋車刀或螺紋梳刀來進行螺紋加工的一種方法。它是螺紋加工中最簡單的方法之一，其具有以下特點：

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

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

(3)刀具簡單，生產(chǎn)準(zhǔn)備工作量小，費用低。

(4)對工人的技術(shù)水平要求較高。

(5)生產(chǎn)率較低。由以上特點不難看出，車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，車削往往是唯一的加工方法。

車螺紋時應(yīng)注意以下幾個問題：

(1)螺紋刀具的刃磨要正確，刃磨時要用樣板來檢查。

(2)螺紋刀具安裝時刀尖應(yīng)對準(zhǔn)工件中心，其對稱平面應(yīng)與工件軸線相垂直。

(3)粗、精螺紋車刀要分開，并采用正確的進刀方法。

(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單的方法之一。攻絲與套扣都可以在鉆床、普通車床和自動機床上進行，也可以用手工方法進行。其加工精度一般攻絲可達5H～7H，套扣可達6h～8h。

攻絲與套扣加工條件簡單，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。同時由于加工時的切削速度較低，故生產(chǎn)率不高。4.4.4磨螺紋

磨螺紋是在專用螺紋磨床上用成形砂輪對精密螺紋進行加工的一種方法。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行螺紋的磨削。磨螺紋的加工精度可達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，砂輪為盤狀，截面形狀與螺紋槽相同，其軸線與工件軸線傾斜一個螺紋升角。加工時，砂輪作高速旋轉(zhuǎn)，工件每旋轉(zhuǎn)一周，則在軸向移動一個螺距。這種方法的特點是，砂輪修整簡單，而且沒有牙形誤差，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。這種方法的特點是，一般不需要進行螺紋的預(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的高，因此在實際生產(chǎn)中多采用單線砂輪進行螺紋磨削。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4h(4H)，表面粗糙度值Ra可達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：

(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4h～6h。

(3)加工出的螺紋強度和耐用度高，表面粗糙度值小。

(4)由于加工運動簡單，故設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單。

(5)受工件材料硬度、強度和結(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，兩搓絲板作相對平行運動，工件在搓絲板之間作自由滾動，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，一般只能達到6h。另外，由于搓絲板的壓入深度一開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。但搓絲板每運動一次，就可搓制出一個工件，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。加工時兩滾輪同向等速旋轉(zhuǎn)，并帶動工件旋轉(zhuǎn)，其中一個滾輪固定不動，而另一個滾輪則沿工件徑向作進給運動。

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4h。在滾壓過程中，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

齒輪是機械零件中常見的一種專用零件，其功用是按照規(guī)定的速比傳遞運動和動力。齒輪的種類很多，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，齒輪大致可分為軸齒輪、盤齒輪、套筒齒輪、錐齒輪、扇齒輪、齒條等。按照齒的形狀，齒輪可分為漸開線齒輪、擺線齒輪和鼓形齒輪等。其中以圓柱、盤形和錐形漸開線直、斜齒輪應(yīng)用較多。

2.圓柱齒輪的精度要求

對齒輪傳動的使用要求主要是：運動傳遞準(zhǔn)確；傳動工作平穩(wěn)，噪音小；載荷分布均勻和齒側(cè)間隙適當(dāng)?shù)?。而影響齒輪這些要求的是齒輪幾何偏心、運動偏心、齒形誤差和齒向誤差等。為此，在國家標(biāo)準(zhǔn)GB10095—88《漸開線圓柱齒輪精度》中對齒輪及齒輪副規(guī)定了12個精度等級，并按齒輪各項誤差對傳動性能的主要影響，將齒輪每級精度的各項公差分為三個公差組，見表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，它影響齒輪傳遞運動的準(zhǔn)確性。第Ⅱ公差組主要控制齒輪在一個齒距角范圍內(nèi)的轉(zhuǎn)角誤差，它影響齒輪傳動的平穩(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，為了補償齒輪嚙合時產(chǎn)生的熱變形和彈性變形，保證齒側(cè)間隙的大小，國家標(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選擇。對鋼質(zhì)齒輪來說，一般應(yīng)選用中碳鋼或中碳合金鋼,因為中碳鋼的綜合機械性能比較好，如45鋼、40Cr、38CrMnAlA等，并進行調(diào)質(zhì)、表面淬火或滲氮處理。因為低碳鋼的韌性較高，如20鋼、20Cr、20CrMoTi等，所以也可以選用低碳鋼或低碳合金鋼，并進行滲碳淬火或碳氮共滲處理。

2)齒輪毛坯

齒輪毛坯的種類主要有棒料、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)簡單且對強度要求不高的齒輪。鍛件的力學(xué)性能好，但成本相對較高，它是目前齒輪毛坯的主要制造方法。對于尺寸較大、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制造齒輪毛坯。

4.齒坯加工簡述

齒形加工外的齒輪加工統(tǒng)稱為齒坯加工，它在整個齒輪加工中占有很重要的地位。因為齒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、齒輪安裝與檢驗的基準(zhǔn)，因此齒坯加工對保證齒輪質(zhì)量和提高生產(chǎn)率來說都顯得十分重要。

齒坯公差主要包括基準(zhǔn)孔或軸的直徑公差、基準(zhǔn)端面的跳動量等。在GB10095—88中，對各級精度齒輪的齒坯公差都作了相應(yīng)的具體規(guī)定，使用時可查閱有關(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)類型。

5.齒形加工簡述

齒形加工是齒輪工藝過程的重要組成工序，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，按照加工中有無切屑可分為切削加工和無切屑加工兩大類。雖然無切屑加工具有生產(chǎn)率高、材料消耗少和成本低等優(yōu)點，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，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進行加工。而展成加工則是利用齒輪的嚙合原理來進行加工。表4－5常見的齒形加工方法4.5.2滾齒

1.滾齒原理及運動

滾齒是用滾刀作為切削工具，在滾齒機上進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動如同是齒條和齒輪的嚙合運動。因此，滾齒加工必須具有以下三個運動：

(1)滾刀的旋轉(zhuǎn)運動（n刀）；

(2)滾刀與工件的展成運動，即圖4－22滾齒原理

(1)滾刀的旋轉(zhuǎn)運動（n刀）；

(2)滾刀與工件的展成運動，即

(3)滾刀沿工件軸向的進給運動（f軸）。

當(dāng)滾斜齒輪時，除上述三個運動外，齒坯還需附加一個轉(zhuǎn)動，以便形成沿齒寬方向的螺旋線形狀。附加轉(zhuǎn)動可按斜齒輪螺旋角與導(dǎo)程的關(guān)系算出，然后由滾齒機的差動機構(gòu)合成進行滾切。

由滾齒原理可知，由于滾刀相當(dāng)于一個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安裝角γ安，如圖4－23所示。在滾切直齒輪時γ安=λ刀在滾切斜齒輪時γ安=β工±λ刀在滾切斜齒輪時γ安=β工±λ刀

即當(dāng)滾刀與工件的螺旋方向相反時取“+”號，相同時取“-”號。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)整時應(yīng)“對中”，即應(yīng)使?jié)L刀的一個刀齒或刀槽的對稱線通過齒坯的中心，否則會引起被切齒形的不對稱，產(chǎn)生加工誤差。這一點對于加工模數(shù)較大而齒數(shù)又較少的齒輪時尤為重要。生產(chǎn)中滾刀“對中”的常用方法有對刀塊法、壓痕法和試削法。

2)齒坯的安裝

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

3.滾齒的工藝特點

(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。滾齒時的主運動是連續(xù)回轉(zhuǎn)切削，無空程損失，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。實驗證明，在滾齒機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)運動精度較高。滾齒時，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，最高可達6級。

(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.插齒原理及運動

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進行加工的。插齒刀和工件相當(dāng)于一對軸線相互平行的圓柱齒輪相嚙合，而插齒刀就像一個磨有前、后角后產(chǎn)生切削刃的齒輪，如圖4－24所示。插齒時刀具與齒坯之間的加工運動有以下幾種：

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

(2)分齒運動。根據(jù)插齒原理，插齒刀和齒坯之間的旋轉(zhuǎn)運動必須保持一對圓柱齒輪的嚙合關(guān)系，為此，由插齒機的傳動鏈提供強制性的嚙合運動，即要滿足

(3)圓周進給運動。插齒刀每一往復(fù)行程在分度圓上所轉(zhuǎn)過的弧長，稱為圓周進給量，它直接影響插齒刀每切一刀的切削量。因此，插齒的嚙合過程也是圓周進給過程。的關(guān)系。

(4)徑向進給運動。插齒時，為了逐步地切至全齒深，插齒刀必須有徑向進給運動。徑向進給量是由插齒機的凸輪機構(gòu)實現(xiàn)的，用插齒刀每次往復(fù)行程時的徑向移動距離來表示。當(dāng)切至全齒深時，徑向進給運動自動停止，然后在無徑向進給下切除整圈輪齒。

(5)讓刀運動。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，工作臺需使工件離開刀具。當(dāng)插齒刀向下切削時，工作臺恢復(fù)原位。這種運動稱為讓刀運動。

2.插齒與滾齒工藝特點的比較

(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。插齒時形成齒形的包絡(luò)線數(shù)量是由圓周進給量的大小決定的，可以進行控制，而滾齒時形成齒形的包絡(luò)線數(shù)量只與滾刀的刀齒數(shù)和螺旋線頭數(shù)有關(guān)，不能通過改變加工條件而增減，因此，插齒時的包絡(luò)線數(shù)要比滾齒多得多。另外，插齒刀的制造工藝簡單，沒有理論齒形誤差，再加上插齒刀的安裝誤差對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)運動精度較低。插齒機的傳動鏈比滾齒機長，因此機床的傳動誤差大。此外，插齒刀本身的制造和安裝誤差，以及插齒刀旋轉(zhuǎn)時的轉(zhuǎn)角誤差等，都會使被切齒輪的切向誤差增大，導(dǎo)致運動精度較低。

(4)齒向誤差較大。由于插齒時插齒刀是作頻繁的往復(fù)運動，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。插齒時插齒刀需作直線往復(fù)運動，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，滾齒時的機動時間與工件的齒數(shù)有關(guān)，而插齒時的機動時間與工件的直徑有關(guān)，所以插齒的生產(chǎn)率一般沒有滾齒的高。只有在加工小模數(shù)、大直徑的齒輪時，采用插齒比較適宜。4.5.4剃齒

1.剃齒原理及運動

剃齒是在滾插齒的基礎(chǔ)上，用剃齒刀在剃齒機上對齒形進行精加工的方法之一。其加工過程屬于一對螺旋齒輪作無側(cè)隙嚙合，由剃齒刀帶動工件作自由對滾的過程。剃齒刀實質(zhì)上就是一個高精度的螺旋齒輪，只是為了形成切削刃，在齒面上沿漸開線方向開了許多小槽而已，如圖4－25所示。當(dāng)剃齒刀帶動工件旋轉(zhuǎn)時，在嚙合點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）。由于嚙合點的兩個法向分量必須相等，即v刀法=v工法，亦即v刀cosβ刀=v工cosβ工。這時兩個切向分量就會不相等，從而在齒向產(chǎn)生了相對滑動。由于剃齒刀的齒面上開有許多小槽，這些小槽與齒側(cè)面的交線就是切削刃，因此當(dāng)齒輪齒面沿它相對滑動時就產(chǎn)生了切削作用，切下微細的切屑。這個相對滑移速度就是剃齒的切削速度。圖4－25剃齒原理

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

(1)剃齒刀的高速正、反旋轉(zhuǎn)。

(2)工件沿軸向的往復(fù)運動。

(3)工件每往復(fù)一次后的徑向進給運動。

2.剃齒方法

由剃齒原理可知，剃齒刀刀齒與工件輪齒是點接觸，為了加工出整個齒面，工件必須作往復(fù)運動。根據(jù)工作臺進給方向的不同，剃齒加工方法可分為以下幾種。

1)軸向剃齒法

軸向剃齒法也稱為普通剃齒法，如圖4－26所示。剃齒時，工作臺的往復(fù)進給方向與工件的軸

線相平行，使輪齒各個截面都從嚙合點P通過，從而使工件全齒寬獲得剃削，因此，工作臺的最小行程長度應(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，主要是剃齒刀上進行切削的只是刀齒很窄的一圈，整個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，工作臺的往復(fù)行程較大，故生產(chǎn)率不高。圖4－27對角剃齒

2)對角剃齒法

對角剃齒法如圖4－27所示。工作臺的往復(fù)進給方向與工件的軸線有一夾角γ（一般不超過15°），當(dāng)剃工件右端面時，嚙合點A在剃齒刀的右端面上，此時剃齒刀右端面的刀齒參與切削。隨著工作臺的移動，當(dāng)剃工件左端面時，嚙合點B在剃齒刀的左端面上，此時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隨工作臺的移動而變化，因此，剃齒刀在整個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，故可剃削兩個齒圈相距很近的齒輪。但此法要求剃齒機有較高的剛度、較大的功率和工作臺具有可調(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)工作臺的往復(fù)運動方向與工件的軸線夾角γ增大到90°時，對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

(1)生產(chǎn)率高。剃齒一般只需要2～4min即可加工一個齒輪，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。剃齒所需機床結(jié)構(gòu)簡單，加工質(zhì)量主要用刀具保證，因此操作簡單，其加工成本比磨齒平均要低90%。

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