1、第第2章典型表面的加工方法章典型表面的加工方法 2.1外圆加工外圆加工 2.2孔孔(内圆内圆)加工加工 2.3平面加工平面加工 2.4曲曲(异型异型)面加工面加工 2.5螺纹加工螺纹加工 2.6渐开线齿面加工渐开线齿面加工 思考与练习题思考与练习题 2.12.1外圆加工外圆加工 2.1.12.1.1外圆车削外圆车削车外圆是车削加工中最常见、最基本和最有代表性的加工方法,是加工外圆表面的主要方法,既适用于单件、小批量生产,也适用于成批、大量生产。单件、小批量生产中常采用卧式车床加工;成批、大量生产中常采用转塔车床和自动、半自动车床加工;对于大尺寸工件常采用大型立式车床加工;对于高精度的复杂零件宜
2、采用数控车床加工。车削外圆一般分为粗车、半精车、精车和精细车。1.粗车粗车的主要任务是迅速切除毛坯上多余的金属层,通常采用较大的背吃刀量、较大的进给量和中速车削,以尽可能提高生产率。车刀应选取较小的前角、后角和负值的刃倾角,以增强切削部分的强度。粗车尺寸精度等级为IT13IT11,表面粗糙度Ra为5012.5m,故可作为低精度表面的最终加工和半精车、精车的预加工。2.半精车半精车是在粗车之后进行的,可进一步提高工件的精度和降低表面粗糙度。它可作为中等精度表面的终加工,也可作磨削或精车前的预加工。半精车尺寸精度等级为IT10IT9,表面粗糙度Ra为6.33.2m。3.精车精车一般是在半精车之后进
3、行的作为较高精度外圆的终加工或作为光整加工的预加工,通常在高精度车床上加工,以确保零件的加工精度和表面粗糙度符合图样要求。一般采用很小的切削深度和进给量进行低速或高速车削。低速精车一般采用高速钢车刀,高速精车常用硬质合金车刀。车刀应选用较大的前角、后角和正值的刃倾角,以提高表面质量。精车尺寸精度等级为IT8IT6,表面粗糙度Ra为1.60.2m。4.精细车精细车所用车床应具有很高的精度和刚度。刀具采用金刚石或细晶粒的硬质合金,经仔细刃磨和研磨后可获得很锋利的刀刃。切削时,采用高的切削速度、小的背吃刀量和小的进给量。其加工精度可达IT6以上,表面粗糙度Ra在0.4m以下。精细车常用于高精度中、小
4、型有色金属零件的精加工或镜面加工,因有色金属零件在磨削时产生的微细切屑极易堵塞砂轮气孔,使砂轮磨削性能迅速变坏;也可用于加工大型精密外圆表面,以代替磨削,提高生产率。值得注意的是,随着刀具材料的发展和进步,过去淬火后的工件只能用磨削加工方法的局面有所改变,特别是在维修等单件加工中,可以采用金刚石车刀、CBN车刀或涂层刀具直接车削硬度达HRC62的淬火钢。2.1.22.1.2外圆磨削外圆磨削磨削是外圆表面精加工的主要方法。它既能加工淬火的黑色金属零件,也可以加工不淬火的黑色金属和有色金属零件。外圆磨削根据加工质量等级分为粗磨、精磨、精密磨削、超精密磨削和镜面磨削。一般磨削加工后工件的精度可达到I
5、T8IT7,表面粗糙度Ra为1.60.8m;精磨后工件的精度可达IT7IT6,表面粗糙度Ra为0.80.2m。常见的外圆磨削应用如图21所示。图21外圆磨削加工的应用 1.1.普通外圆磨削普通外圆磨削根据工件的装夹状况,普通外圆磨削分为中心磨削法和无心磨削法两类。(1)中心磨削法。工件以中心孔或外圆定位,根据进给方式的不同,中心磨削又可分为以下几种磨削方法(见图22):纵磨法。如图22(a)所示,磨削时工件随工作台作直线往复纵向进给运动,工件每往复一次(或单行程),砂轮横向进给一次。由于走刀次数多,故生产率较低,但能获得较高的精度和较小的表面粗糙度,因而应用较广,适于磨削长度与砂轮宽度之比大于
6、3的工件。横磨法。如图22(b)所示,工件不作纵向进给运动,砂轮以缓慢的速度连续或断续地向工件作径向进给运动,直至磨去全部余量为止。横磨法生产效率高,但磨削时发热量大,散热条件差,且径向力大,故一般只用于大批量生产中磨削刚性较好、长度较短的外圆及两端都有台阶的轴颈。若将砂轮修整为成形砂轮,可利用横磨法磨削曲面(如图21(e)、(g)所示)。图22外圆磨削方式/类型(a)纵磨法;(b)横磨法;(c)综合磨削法;(d)深磨法 综合磨法。如图22(c)所示，先用横磨法分段粗磨被加工表面的全长,相邻段搭接处过磨515mm,留下0.010.03mm余量,然后用纵磨法进行精磨。此法兼有横磨法的高效率和纵磨
7、法的高质量,适用于成批生产中刚性好、长度大、余量多的外圆面。深磨法。图22(d)是一种生产率高的先进方法,磨削余量一般为0.10.35mm,纵向进给长度较小(12mm),适用于在大批大量生产中磨削刚性较好的短轴。(2)无心磨削法。如图23所示,无心磨削直接以磨削表面定位,用托板支撑着放在砂轮与导轮之间进行磨削,工件的轴心线稍高于砂轮与导轮连线的中心,无需在工件上钻出顶尖孔。磨削时,工件靠导轮与工件之间的摩擦力带动旋转,导轮采用摩擦系数大的结合剂(橡胶)制造。导轮的直径较小、速度较低,一般为2080mmin;而砂轮速度则大大高于导轮速度,是磨削的主运动,它担负着磨削工件表面的重任。无心磨削操作简
8、单、效率较高,易于自动加工,但机床调整复杂,故只适用于大批生产。无心磨削前工件的形状误差会影响磨削的加工精度,且不能改善加工表面与工件上其他表面的位置精度,也不能磨削有断续表面的轴。根据工件是否需要轴向运动,无心磨削方法分为:图23无心外圆磨削(a)、(b)纵磨法;(c)横磨法 通磨(贯穿纵磨)法。适用于不带台阶的圆柱形工件(见图23(b);切入磨(横磨)法。适用于阶梯轴和有成形回转表面的工件(见图23(c)。与中心磨相比,无心磨具有以下工艺特征:无须打中心孔且装夹工件省时省力,可连续磨削,故生产效率高。尺寸精度较好,但不能改变工件原有的位置误差。支承刚度好,刚度差的工件也可采用较大的切削用量
9、进行磨削。容易实现工艺过程的自动化。有一定的圆度误差产生,圆度误差一般不小于0.002mm。所能加工的工件有一定局限,不能磨带槽(如有键槽、花键和横孔的工件),也不能磨内外圆同轴度要求较高的工件。2.2.高效磨削高效磨削以提高效率为主要目的磨削均属高效率磨削,其中以高速磨削、宽砂轮磨削、强力磨削和砂带磨削在外圆加工中较为常用。(1)高速磨削。是指砂轮速度大于50m/s的磨削(砂轮速度低于35m/s的磨削为普通磨削)。砂轮速度提高,增加了单位时间内参与磨削的磨粒数。如果保持每颗磨粒切去的厚度与普通磨削时一样,即进给量成比例增加,磨去同样余量的时间则按比例缩短;如果进给量仍与普通磨削相同,则每颗磨
10、粒切去的切削厚度减少,提高了砂轮的耐用度,减少了修整次数。(2)强力磨削。是指采用较高的砂轮速度、较大的背吃刀量(背吃刀量一次可达6mm,甚至更大)和较小的轴向进给,直接从毛坯上磨出加工表面的方法。它可以代替车削和铣削进行粗加工,生产率很高，但要求磨床、砂轮及切削液供应均应与之相匹配。(3)宽砂轮和多砂轮磨削。宽砂轮与多砂轮磨削,实质上就是用增加砂轮的宽度来提高磨削生产率。一般外圆砂轮宽度仅有50mm左右,宽砂轮外圆磨削时砂轮宽度可达300mm。(4)砂带磨削。砂带磨削是根据被加工零件的形状选择相应的接触方式,在一定压力下,使高速运动着的砂带与工件接触产生摩擦,从而使工件加工表面余量逐步磨除或
11、抛磨光滑的磨削方法,如图24所示。砂带是一种单层磨料的涂覆磨具,静电植砂砂带不但具有磨粒锋利、定向排布、容屑排屑空间大和一定的弹性的特点，还具有生产效率高、加工质量好、发热少、设备简单、应用范围广等特点(可用来磨削曲面),拥有“冷态磨削”和“万能磨削”的美誉，即使磨削铜、铝等有色金属也不覆塞磨粒,而且干磨也不烧伤工件。砂带磨削类型可有外圆、内孔、平面、曲面等。砂带可以是开式，也可以是环形闭式。外圆砂带磨削变通灵活,实施方便(结构布局见表21),近年来获得了极大的发展,发达国家砂带磨削与砂轮磨削的材料磨除量已达到11。图24砂带磨削(a)中心磨;(b)无心磨;(c)自由磨 表21外圆砂带磨削实施
12、原理与结构方案布局 3.3.外圆表面的光整加工外圆表面的光整加工外圆表面的光整加工有高精度磨削、研磨、抛光、超精加工、珩磨和滚压等,这里主要介绍前面四种加工方法。(1)高精度磨削。使工件表面粗糙度Ra小于0.1m的磨削加工工艺,通常称为高精度磨削。高精度磨削的余量一般为0.020.05mm,磨削时背吃刀量一般为0.00250.005mm。为了减小磨床振动,磨削速度应较低,一般取1530m/s,Ra值较小时速度取低值,反之,取高值。高精度磨削包括以下三种类型:精密磨削。精密磨削采用粒度为6080的砂轮,并对其进行精细修整,磨削时微刃的切削作用是主要的,光磨23次时半钝微刃发挥抛光作用,表面粗糙度
13、Ra可达0.10.05m。但磨削前Ra应小于0.4m。超精密磨削。超精密磨削采用粒度为80240的砂轮进行更精细的修整,选用更小的磨削用量,半钝微刃的抛光作用增加,光磨次数取46次,可使表面粗糙度Ra达0.0250.012m。磨削前Ra应小于0.2m。砂轮镜面磨削。镜面磨削采用微粉W14W5树脂结合剂砂轮。精细修整后半钝微刃的抛光作用是主要的,将光磨次数增至2030次,可使表面粗糙度Ra小于0.012m。磨削前Ra应小于0.025m。(2)研磨。研磨是在研具与工件之间置以半固态状研磨剂(膏),对工件表面进行光整加工的方法。研磨时,研具在一定压力下与工件作复杂的相对运动,通过研磨剂的机械和化学作
14、用,从工件表面切除一层极微薄的材料,同时工件表面形成复杂网纹,从而达到很高的精度和很小的粗糙度值的一种光整加工方法。研磨剂(膏)由磨料、研磨液和辅助填料等混合而成,有液态、膏状和固态三种,以适应不同的加工需要,其中以研磨膏应用最为广泛。磨料主要起切削作用,常用的有刚玉、碳化硅、金刚石等,其粒度在粗研时选80120,精研时选150240,镜面研磨时选用微粉级W28W0.5。研磨液有煤油、全损耗系统用油、工业用甘油等,主要起冷却、润滑和充当磨料载体的作用,并能使磨粒较均匀地分布在研具表面。辅助填料可使金属表面生成极薄的软化膜,易于切除,常用的有硬脂酸、油酸等化学活性物质。研磨可分为手工研磨和机械研
15、磨两类：手工研磨。如图25所示,外圆手工研磨采用手持研具或工件进行。例如在车床上研磨外圆时,工件装在卡盘或顶尖上,由主轴带动作低速旋转(2030rmin)，研套套在工件上,用手推动研套作往复直线运动。手工研磨劳动强度大,生产率低,多用于单件、小批量生产。图25外圆的手工研磨 机械研磨。如图26所示为研磨机研磨滚柱的外圆。机械研磨在研磨机上进行,一般用于大批量生产中,但研磨工件的形状受到一定的限制。图26机械研磨 研磨的工艺特点如下:设备和研具简单,成本低,加工方法简便可靠,质量容易得到保证。研磨不能提高表面的相对位置精度,生产率较低,需要控制研磨的加工余量(一般为0.010.03mm)。研磨后
16、工件的形状精度高,表面粗糙度小,Ra可达0.10.008m,尺寸精度等级可达IT6IT3。研磨还可以提高零件的耐磨性、抗蚀性、疲劳强度和使用寿命，常用作精密零件的最终加工。研磨应用比较广,可加工钢、铸铁、铜、铝、硬质合金、陶瓷、半导体和塑料等材料的内外圆柱面、圆锥面、平面、螺纹和齿形等表面。(3)砂带镜面磨削抛光外圆。分为闭式和开式两种方法。由于砂带的进步,现在已经有4001000的闭式砂带直接用于Ra0.2m以下的表面的干式镜面磨削,实施非常简单方便,可在车床上进行,见图27。砂带磨头像车刀一样安装在刀台上,更换不同粒度的砂带可以达到不同的加工要求。对于较长工件,还可采用双磨头方式,实现“粗
17、精”同步进行。目前市面可供应的有刚玉类和碳化硅磨料的砂带,具有成本低廉,工序少,设备简单,效率高,镜面效果好(可达Ra0.010.05m)等特点。图27车床上砂带镜面抛光外圆 另一类则采用开式金刚石砂带附加超声振动对外圆进行镜面抛光,如图28所示,附加的振动可以使磨粒在工件表面形成复杂的交叉网纹,达到极低的粗糙度Ra0.01m,但效率比闭式低得多。图28开式砂带镜面抛光(4)超精加工。如图29所示,超精加工是用极细磨粒W60W2的低硬度油石,在一定的压力下对工件表面进行加工的一种光整加工的方法。加工时,装有油石条的磨头以恒定的压力F(0.10.3MPa)轻压于工件表面。工件作低速旋转(v=15
18、150m/min),磨头作轴向进给运动(0.10.15mm/r),油石作轴向低频振动(频率835Hz,振幅为26mm),且在油石与工件之间注入润滑油,以清除屑末及形成油膜。图29超精加工 超精加工的工艺特点如下:设备简单,自动化程度较高,操作简便,对工人技术水平要求不高。切削余量极小(310m),加工时间短(3060s),生产率高。因磨条运动轨迹复杂,加工后表面具有交叉网纹,利于储存润滑油,耐磨性好。只能提高加工面质量(Ra0.10.008m),不能提高尺寸精度和形位精度。主要用于轴类零件的外圆柱面、圆锥面和球面等的光整加工。2.1.32.1.3外圆加工方法的选择外圆加工方法的选择外圆加工方法
19、的选择,除应满足图样技术要求之外,还与零件的材料、热处理要求、零件的结构、生产纲领及现场设备和操作者技术水平等因素密切相关。总的来说,一个合理的加工方案应既能经济地达到技术要求又能满足高生产率的要求,因而其工艺路线的制定是十分灵活的。一般来说,外圆加工的主要方法是车削和磨削。对于精度要求高、表面粗糙度值小的工件外圆,还需经过研磨、超精加工等才能达到要求;对某些精度要求不高但需光亮的表面,可通过滚压或抛光获得。常见外圆加工方案可以获得的经济精度和表面粗糙度见表22,可供选用参考。表22外圆加工工艺路线方案 序号 加 工 方 案 经济精度等 级 表面粗糙度 Ram 适 用 范 围 1 粗车 IT1
20、4IT12 5012.5 2 粗车半精车 IT11IT9 6.33.2 3 粗车半精车精车 IT8IT6 1.60.8 4 粗车半精车精车滚压（抛光）IT7IT6 0.80.4 适用于除淬火钢件外的各种金属和部分非金属材料 5 粗车半精车磨削 IT7IT6 0.80.4 6 粗车半精车粗磨精磨 IT6IT5 0.40.2 7 粗车半精车粗磨精磨超精加工 IT6IT4 0.10.012 主要用于淬火钢，也可用于未淬火钢及铸铁 8 粗车半精车精车金刚石精细车 IT6IT5 0.80.2 主要用于非铁金属 9 粗车半精车粗磨精磨高精度磨削 IT5IT3 0.10.008 10 粗车半精车粗磨精磨研磨
21、 IT5IT3 0.10.008 极高精度的外圆加工 2.22.2孔孔(内圆内圆)加工加工2.2.12.2.1钻、扩、铰、锪、拉孔钻、扩、铰、锪、拉孔1.1.钻孔钻孔用钻头在工件实体部位加工孔的方法称为钻孔。钻孔属于孔的粗加工,多用作扩孔、铰孔前的预加工,或加工螺纹底孔和油孔。精度等级为IT14IT11,表面粗糙度Ra为501.6m。图210钻头引偏引起的加工误差(a)钻床、镗床上钻孔；(b)车床上钻 钻孔主要在钻床和车床上进行,也常在镗床和铣床上进行。在钻床、镗床上钻孔时,由于钻头旋转而工件不动,在钻头刚性不足的情况下,钻头引偏就会使孔的中心线发生歪曲,但孔径无显著变化。如在车床上钻孔,因为
22、是工件旋转而钻头不转动,这时钻头的引偏只会引起孔径的变化并产生锥度、腰鼓等缺陷,但孔的中心线是直的,且与工件回转中心一致(见图210)。故钻小孔和深孔时,为了避免孔的轴线偏移和不直,应尽可能在车床上进行。钻孔常用的刀具是麻花钻,其加工性能较差,为了改善其加工性能,目前已广泛应用群钻(见图211)。钻削本身的效率较高,但是由于普通钻孔需要划线、錾坑等辅助工序,其生产率较低,为提高生产效率,大批量生产中,钻孔常用钻模和专用的多轴组合钻床,也有采用新型自带中心导向钻的组合钻头(见图212),这种钻头可以直接在平面上钻孔,无需錾坑,非常适合数控钻削。图211标准群钻结构 图212自带中心导向钻的组合钻
23、头 图213冷却液内喷的麻花钻 图214单刃外排屑深孔钻(枪钻)2.2.扩孔扩孔扩孔是用扩孔钻对已钻出、铸出、锻出或冲出的孔进行再加工,以扩大孔径并提高精度和减小表面粗糙度的方法。扩孔精度可达IT10IT9,表面粗糙度Ra为6.30.8m。扩孔属于孔的半精加工,常用作铰孔等精加工前的准备工序,也可作为精度要求不高的孔的最终工序。扩孔可以在一定程度上校正钻孔的轴线偏斜,其加工质量和生产率比钻孔高。由于扩孔钻的结构刚性好,刀刃数目较多,且无端部横刃,加工余量较小(一般为24mm),故切削时轴向力小,切削过程平稳,因此可以采用较大的切削速度和进给量。如采用镶有硬质合金刀片的扩孔钻,切削速度还可提高2
24、3倍,使扩孔的生产率进一步提高。当孔径大于100mm时,一般采用镗孔而不用扩孔。扩孔使用的机床与钻孔相同。用于铰孔前的扩孔钻,其直径偏差为负值,用于终加工的扩孔钻,其直径偏差为正值。3.非定尺寸钻扩及复合加工由于钻头材料和结构的进步,可以用同一把机夹式钻头实现钻孔、扩孔加工,如图215,因而用一把钻头可加工通孔沉孔、盲孔沉孔、斜面上钻孔及凹槽(如图216所示);还可以钻孔、倒角(圆)、锪端面等一次进行的复合加工(如图217所示)。图215钻孔后偏移X实现扩孔的新型加工 图216新型机夹式钻头的应用 图217新型钻头复合加工示例 4.铰孔铰孔是在半精加工(扩孔或半精镗孔)基础上进行的一种孔的精加
25、工方法,其精度可达IT8IT6,表面粗糙度为Ra1.60.4m。铰孔有手铰和机铰两种方式,在机床上进行的铰削称为机铰,用手工进行的铰削称为手铰。铰孔的加工余量小,一般粗铰余量为0.150.35mm,精铰余量为0.050.15mm。为避免产生积屑瘤和引起振动,铰削应采用低切速,一般粗铰为v=0.070.2m/s,精铰为v=0.030.08m/s。机铰进给量约为钻孔的35倍,一般为0.21.2mm/r,以防出现打滑和啃刮现象。铰削应选用合适的切削液,铰削钢件时常采用乳化液,铰削铸件时用煤油。机铰刀在机床上常采用浮动连接。浮动机铰或手铰时,一般不能修正孔的位置误差,孔的位置误差应由铰孔前的工序来保证
26、。铰孔直径一般不大于80mm,铰削也不宜用于非标准孔、台阶孔、盲孔、短孔和具有断续表面的孔的加工。5.锪孔用锪钻加工锥形或柱形的沉坑称为锪孔。锪孔一般在钻床上进行,加工的表面粗糙度Ra为6.33.2m。锪沉坑的主要目的是安装沉头螺钉,锥形锪钻还可用于清除孔端毛刺。6.拉孔拉孔是一种高生产率的精加工方法,既可加工内表面也可加工外表面,如图218所示。拉孔前工件须经钻孔或扩孔。工件以被加工孔自身定位并以工件端面为支承面,在一次行程内便可完成粗加工精加工光整加工等阶段的工作。拉孔一般没有粗拉工序和精拉工序之分,除非拉削余量太大或孔太深,用一把拉刀拉,拉刀太长,才分两个工序加工。图218拉削加工的各种
27、截面(a)圆孔；(b)方孔；(c)长方孔；(d)鼓形孔；(e)三角孔；(f)六角孔;(g)键槽;(h)花键槽;(i)相互垂直平面;(j)齿纹孔;(k)多边形孔;(l)棘爪孔；(m)内齿轮孔；(n)外齿轮孔;(o)成形表面;(p)涡轮叶片根部的槽形 拉孔的拉削速度低,每齿切削厚度很小,拉削过程平稳,不会产生积屑瘤;同时拉刀是定尺寸刀具,又有校准齿来校准孔径和修光孔壁,所以拉削加工精度高,表面粗糙度小。拉孔精度主要取决于刀具,机床对其影响不大。拉孔的精度可达IT8IT6,表面粗糙度Ra达0.80.4m。由于拉孔难以保证孔与其他表面间的位置精度,因此被拉孔的轴线与端面之间,在拉削前应保证有一定的垂直
28、度。如图219所示,拉刀刀齿尺寸逐个增大而切下金属的过程,可看作是按高低顺序排列成队的多把刨刀进行的刨削。为保证拉刀工作时的平稳性,拉刀同时工作的齿数应在2个以上,但也不应大于8个,否则拉力过大可能会使拉刀断裂。由于受到拉刀制造工艺及拉床动力的限制,过小与特大尺寸的孔均不适宜于拉削加工。图219拉孔及拉刀刀齿的切削过程(a)拉孔；(b)拉刀刀齿的切削过程 当工件端面与工件毛坯孔的垂直度不好时,为改善拉刀的受力状态,防止拉刀崩刃或折断,常采用在拉床固定支承板上装有自动定心的球面垫板作为浮动支承装置,如图220所示。拉削力通过球面垫板2作用在拉床的前壁上。图220拉孔工件的支承 拉刀结构复杂、排屑
29、困难、价格昂贵、设计制造周期长,故一般用于大批量生产中。拉削不仅能加工圆孔,而且还可以加工成形孔、花键孔。另外,由于拉刀是定尺寸刀具,不适合于加工大孔,而且形状复杂,价格昂贵,在单件小批生产中使用也受限制，故拉孔常用在大批大量生产中加工孔径为8125mm、孔深不超过孔径5倍的中小件通孔。2.2.22.2.2镗孔镗孔镗孔是用镗刀对已钻出、铸出或锻出的孔做进一步的加工。通过镗模或坐标装置,可以保证加工精度。镗孔工艺灵活性大，适应性强,可以在车床、镗床或铣床上进行;而镗床上还可实现钻、铣、车、攻螺纹等工艺,如图221所示。图221卧式镗床上可实现的加工方法(a)镗轴上装悬伸刀杆镗孔；(b)用平旋盘上
30、的悬伸刀杆镗大直径孔；(c)用平旋盘径向刀架上的车刀车端面;(d)钻孔;(e)镗轴上装端铣刀铣平面；(f)用后支架支撑长刀杆镗两同轴孔；(g)用平旋盘径向刀架上的车刀车螺纹；(h)用装在镗杆上的刀具车内沟槽 镗削的工作方式有以下三种:(1)工件旋转刀具作进给运动。在车床上镗孔属于这种方式,如图222(a)所示。车床镗孔是工件旋转,镗刀移动,孔径大小由镗刀的背吃刀量和走刀次数予以控制。车床镗孔多用于盘、套和轴件中间部位的孔以及小型支架的支承孔。图222镗孔的几种运动方式(2)工件不动而刀具作旋转和进给运动。如图222(c)所示,这种加工方式在镗床上进行。镗床主轴带动镗刀杆旋转,并作纵向进给运动。
31、由于主轴的悬伸长度不断加大,刚性随之减弱,为保证镗孔精度,故一般用来镗削深度较小的孔。(3)刀具旋转工件作进给运动。这种镗孔方法(见图222(b)有以下两种方式:镗床平旋盘带动镗刀旋转。如图221(b)所示,工作台带动工件作纵向进给运动,利用径向刀架使镗刀处于偏心位置,即可镗削大孔。200mm以上的孔多用此种方式加工,但孔深不宜过大。主轴带动刀杆和镗刀旋转,工作台带动工件作进给运动。图221(f)所示的这种方式镗削的孔径一般小于120mm。对于悬伸式刀杆,镗刀杆不宜过长,一般用来镗削深度较小的孔,以免弯曲变形过大而影响镗孔精度,可在镗床、卧式铣床上进行。刀杆较长时,可用来镗削箱体两壁距离较远的
32、同轴孔系。为了增加刀杆刚性,另一端支承在镗床后立柱的导套座里。对于孔径较大(80mm)、精度高和表面粗糙度较小的孔,可采用浮动镗刀加工。镗刀装入镗杆孔后,不用夹紧,靠两端的切削力来自动平衡刀具切削位置,能补偿刀具安装误差和主轴回转误差带来的加工误差,易于保证加工尺寸精度,但不能纠正直线度误差和位置误差。浮动镗削操作简单,浮动镗刀造价高,生产率高,故适用于大批量生产。镗孔常用单刃镗刀。镗孔时,孔径大小要靠调整刀头伸出的长度来保证,故镗孔质量不易控制,对操作者的技术水平要求较高。2.2.32.2.3磨孔磨孔1.1.砂轮磨孔砂轮磨孔砂轮磨孔是孔的精加工方法之一。磨孔的精度可达IT8IT6,表面粗糙度
33、Ra可达1.60.4m。砂轮磨孔可在内圆磨床或万能外圆磨床上进行。如图223所示,磨削方式分为3类:(1)普通内圆磨削。工件装夹在机床上回转,砂轮高速回转并作轴向往复进给运动和径向进给运动,在普通内圆磨床上磨孔就是这种方式,如图223(a)所示。图223磨孔方式(a)普通内圆磨削;(b)行星式磨削;(c)无心内圆磨削(2)行星式内圆磨削。工件固定不动,砂轮自转并绕所磨孔的中心线作行星运动和轴向往复进给运动。径向进给则通过加大砂轮行星运动的回转半径来实现,如图223(b)所示。此种磨孔方式用得不多,只有在被加工工件体积较大、不便于作回转运动的条件下才采用。(3)无心内圆磨削。如图223(c)所示
34、。工件4放在滚轮中间,被滚轮3压向滚轮1和导轮2,并由导轮2带动回转。导轮和滚轮安放在机床滑板上,它可沿砂轮轴心线作轴向往复进给运动。这种磨孔方式一般只用来加工轴承圈等简单零件。2.砂带磨孔对于内孔磨削,砂带磨削明显比砂轮磨削更具灵活性,可以解决许多由砂轮磨削无法实施的加工难题,加工材料也更为广泛,如表23所示。表23内圆(孔)砂带磨削结构布置与应用 2.2.42.2.4孔的光整加工孔的光整加工1.1.研磨孔研磨孔研磨孔是常用的一种孔的光整加工方法,用于对精镗、精铰或精磨后的孔进一步加工,如图224所示。研磨孔的特点与研磨外圆相类似,研磨后孔的精度可达IT7IT6,表面粗糙度Ra可达0.10.
35、008m,形状精度亦有相应提高。图224套类零件孔的研磨 2.2.珩磨孔珩磨孔珩磨是研磨的发展,是磨削的特殊形式之一。它是利用带有磨条(油石)的珩磨头对孔进行光整加工的方法常常对精铰、精镗或精磨过的孔进行光整加工,常用珩磨头在专用的珩磨机上进行。珩磨头的结构形式很多,图225所示的是一种机械加压的珩磨头。本体2通过浮动联轴节和机床主轴连接,磨条5和磨条座4结合装入本体的槽中,磨条座两端由弹簧箍1箍住,使磨条经常向内收缩。珩磨头工作尺寸的调节依靠调节锥6实现,旋转螺母7使其向下时,就推动调节锥向下移动,通过顶块3使磨条径向张开而获得工作压力;若旋转螺母7使其向上时,压力弹簧8便推动调节锥向上移,
36、磨条受到弹簧箍的作用而收缩。这种磨头结构简单,但操作不便,因此只用于单件小批生产。大批量生产中常采用压力恒定的气体或液体加压的珩磨头。珩磨时,工件固定在机床工作台上,主轴与珩磨头浮动联接并驱动珩磨头作旋转和往复运动,如图226(a)所示。珩磨头上的磨条在孔的表面上切去极薄的一层金属,其切削轨迹成交叉而不重复的网纹,不仅有挂油、储油作用,还可以减少滑动摩擦,如图226(b)所示。图225珩磨头结构图226珩磨时的运动及切削轨迹 2.2.52.2.5孔加工方法的选择孔加工方法的选择孔加工方法的选择与机床选用之间是密切联系的。但孔加工方法的选择与机床选用较外圆加工时要复杂得多。1.1.加工方法的选择
37、加工方法的选择孔加工常用的方案见表24。拟定孔加工方案时,除一般因素外,还应考虑孔径大小和深径比。表24孔加工方案 加 工 方 案 尺寸公差 等 级 表面粗糙度 Ram 适 应 范 围 钻削类 钻 IT14IT11 5012.5 用于任何批量生产中工件实体部位的孔加工 钻-铰 IT9IT8 3.21.6 10mm 以下 钻-扩-铰 IT8IT7 1.60.8 钻-扩-粗铰-精铰 IT7IT6 1.60.4 10 m m 80mm 用于成批生产及单件小批生产中的小孔和细长孔。可加工不淬火的钢件、铸铁件和非铁金属件 铰削类 粗镗-半精镗-铰 IT8IT7 1.60.8 用 于 成 批 生 产 中3
38、0mm 80mm 铸锻孔的加工 拉削类 钻-拉 或 粗镗-拉 IT8IT7 1.60.4 用于大批大量生产中，加工不淬火的黑色金属和非铁金属件的中、小孔(钻)-粗镗-半精镗 IT10IT9 6.33.2(钻)-粗镗-半精镗-精镗 IT8IT7 1.60.8(钻)-粗镗-半精镗-精镗-研磨 IT7IT6 0.40.008 镗削类(钻)-粗镗-半精镗-精镗-珩磨 IT7IT5 0.40.012 多用于单件小批生产中加工除淬火钢外的各种钢件、铸铁件和非铁金属件。以珩磨为终加工的，多用于大批大量生产，并可以加工淬火钢件(钻)-粗镗-半精镗-磨 IT8IT7 0.80.4(钻)-粗镗-半精镗-粗磨-精磨
39、-精磨 IT7IT6 0.40.2 镗磨类(钻)-粗镗-半精镗-粗磨-精磨-研磨 IT7IT6 0.20.008 用于淬火钢、不淬火钢及铸铁件的孔加工，但不宜加工韧性大、硬度低的非铁金属件 2.2.机床的选用机床的选用对于给定精度和尺寸大小的孔,有时可在几种机床上加工实现。为了便于工件装夹和孔加工,保证质量和提高生产率,机床选用主要取决于零件的结构类型、孔在零件上所处的部位以及孔与其他表面位置的精度等条件。(1)盘、套类零件。盘、套类零件中间部位的孔一般在车床上加工,这样既便于工件装夹,又便于在一次装夹中精加工孔、端面和外圆,以保证位置精度。若采用镗磨类加工方案,在半精镗后再转磨床加工;若采用
40、拉削方案,可先在卧式车床或多刀半自动车床上粗车外圆、端面和钻孔(或粗镗孔)后再转拉床加工。(2)支架箱体类零件。为了保证支承孔与主要平面之间的位置精度并使工件便于装夹,大型支架和箱体应在卧式镗床上加工;小型支架和箱体可在卧式铣床或车床(用花盘、弯板)上加工。支架、箱体上的螺钉孔、螺纹底孔和油孔,可根据零件大小在摇臂钻床、立式钻床或台式钻床上钻削。(3)轴类零件。轴类零件除中心孔外,带孔的情况较少,但有些轴件有轴向圆孔、锥孔或径向小孔。轴向孔的精度差异很大,一般均在车床上加工,高精度的孔则需再转磨床加工。径向小孔在钻床上钻削。2.32.3平面加工平面加工2.3.12.3.1端面车削端面车削平面车
41、削一般用于加工轴、轮、盘、套等回转体零件的端面、台阶面等,也用于其他需要加工的孔和外圆零件的端面。通常这些面要求与内、外圆柱面的轴线垂直,一般在车床上与相关的外圆和内孔在一次装夹中加工完成。中小型零件的平面车削在卧式车床上进行,重型零件的加工可在立式车床上进行。平面车削的精度可达IT7IT6,表面粗糙度Ra可达12.51.6m。2.3.22.3.2平面铣削平面铣削铣削是平面加工的主要方法。铣削中小型零件的平面,一般用卧式或立式铣床;铣削大型零件的平面则用龙门铣床。铣削工艺具有工艺范围广,生产效率高,容易产生振动,刀齿散热条件较好等特点。平面铣削按加工质量可分为粗铣和精铣。粗铣的表面粗糙度Ra为
42、5012.5m,精度为IT14IT12;精铣的表面粗糙度Ra可达3.21.6m,精度可达IT9IT7。按铣刀的切削方式不同可分为周铣与端铣,如图227所示。还可同时进行周铣和端铣。周铣常用的刀具是圆柱铣刀;端铣常用的刀具是端铣刀;同时进行端铣和周铣的铣刀有立铣刀和三面刃铣刀等。1.1.周铣周铣周铣是用铣刀圆周上的切削刃来铣削工件,铣刀的回转轴线与被加工表面平行,如图227(a)所示。周铣适于在中小批生产中铣削狭长的平面、键槽及某些曲面。周铣有顺铣和逆铣两种方式。图227铣削的两种方式(a)周铣；(b)端铣(1)顺铣。铣削时,在铣刀和工件接触处,铣刀的旋转方向与工件进给方向相同时称为顺铣,如图2
43、28(a)所示。顺铣过程中,刀齿切入时没有滑移现象,但切入时冲击较大。切削时垂直切削分力有助于夹紧工件,而水平切削分力与工件台移动方向一致,当这一切削分力足够大时,即FH工作台/导轨间摩擦力时,就会在螺纹传动副侧隙范围内使工作台向前串动并短暂停留,严重时甚至引起“啃刀”和打刀现象。(2)逆铣。铣削时,在铣刀和工件接触处,铣刀的旋转方向与工件的进给方向相反称为逆铣,如图228(b)所示。铣削过程中,在刀齿切入工件前,刀齿要在加工面上滑移一小段距离,从而加剧了刀齿的磨损,增加工件表层硬化程度,并增大加工表面的粗糙度。逆铣时有把工件向上挑起的切削垂直分力,影响工件夹紧,需加大夹紧力。但铣削时,水平切
44、削分力有助于丝杠与螺母贴紧,消除丝杠与螺母之间的间隙,使工作台进给运动比较平稳。图228逆铣和顺铣(a)顺铣;(b)逆铣 2.2.端铣端铣端铣是用铣刀端面上的切削刃来铣削工件,铣刀的回转轴线与被加工表面垂直,如图227(b)所示。端铣适于在大批生产中铣削宽大平面。端铣分为对称铣削和不对称铣削,不对称铣削还分为顺铣和逆铣,如图229所示。图229端铣的对称与不对称铣削(俯视图)(a)对称铣削；(b)不对称逆铣；(c)不对称顺铣 2.3.32.3.3平面刨削平面刨削刨削是平面加工的方法之一,中小型零件的平面加工,一般多在牛头刨床上进行,龙门刨床则用来加工大型零件的平面和同时加工多个中型工件的平面。
45、刨平面所用的机床、工件夹具结构简单,调整方便,在工件的一次装夹中能同时加工处于不同位置上的平面,且有时刨削加工可以在同一工序中完成。因此,刨平面具有机动灵活,万能性好的优点。刨削可分粗刨和精刨。粗刨的表面粗糙度Ra为5012.5m,尺寸公差等级为IT14IT12;精刨的表面粗糙度Ra可达3.21.6m,尺寸公差等级为IT9IT7。宽刃精刨是在普通精刨基础上,使用高精度龙门刨床和宽刃精刨刀(如图230所示),以低切速和大进给量在工件表面切去一层极薄的金属。对于接触面积较大的定位平面与支承平面,如导轨、机架、壳体零件上的平面的刮研工作,劳动强度大,生产效率低,对工人的技术水平要求高,宽刃精刨工艺可
46、以减少甚至完全取代磨削、刮研工作,在机床制造行业中获得了广泛的应用,能有效地提高生产率。宽刃精刨加工的直线度可达到0.02mm/m,表面粗糙度Ra可达0.80.4m。图230宽刃精刨刀 宽刃精刨的工艺特点有如下几点：(1)用宽刃刨刀,刨刃的宽度一般为1060mm,有时可达500mm。(2)切削速度极低(512m/min),切削过程发热量小。(3)切深极微,宽刃精刨可以获得表面粗糙度很小的光整表面。生产效率比刮研高2040倍。(4)宽刃精刨对机床、刀具、工件、加工余量、切削用量和切削液均有严格要求,应特别注意,具体采用时可参考有关技术手册。2.3.42.3.4平面拉削平面拉削平面拉削是一种高效率
47、、高质量的加工方法,主要用于大批量生产中,其工作原理和拉孔相同,平面拉削的精度可达IT7IT6,表面粗糙度Ra可达0.80.4m。2.3.52.3.5平面磨削平面磨削1.1.平面砂轮磨削平面砂轮磨削对一些平直度、平面之间相互位置精度要求较高、表面粗糙度要求小的平面进行磨削加工的方法,称为平面磨削,平面磨削一般在铣、刨、车削的基础上进行。随着高精度和高效率磨削的发展,平面磨削既可作为精密加工,又可代替铣削和刨削进行粗加工。平面磨削的方法有周磨和端磨两种。(1)周磨。周磨平面(如图231(a)所示)是指用砂轮的圆周面来磨削平面。砂轮和工件的接触面小,发热量小,磨削区的散热、排屑条件好,砂轮磨损较为
48、均匀,可以获得较高的精度和表面质量。但在圆周磨中,磨削力易使砂轮主轴受弯变形,故要求砂轮主轴应有较高的刚度,否则容易产生振纹。此法适于在成批生产条件下加工精度要求较高的平面,能获得高的精度和较小的表面粗糙度,常用于各种批量生产中对中、小型工件进行精加工。小型零件的加工可同时磨削多件,以提高生产率。(2)端磨。如图231(b)所示,端磨是用砂轮的端面来磨削平面,但砂轮圆周直径不能过大,而且必需是专用端面磨削砂轮。普通的周磨砂轮是不能用于端磨的,否则容易爆裂。端磨时,磨头伸出短,刚性好,可采用较大的磨削用量,生产效率高。但砂轮与工件接触面积大,发热多,散热和冷却较困难,加上砂轮端面各点的圆周线速度
49、不同,磨损不均匀,故精度较低。一般在大批大量生产中,用端磨代替刨削和铣削进行粗加工。图231平面磨削的两种方式(a)周边磨削；(b)端面磨削 通常，经磨削加工的两平面间的尺寸精度可达IT6IT5,平行度可达0.010.03mm,直线度可达0.010.03mm/m,表面粗糙度Ra可达0.80.2m。2.2.平面砂带磨削平面砂带磨削对于有色金属、不锈钢、各种非金属(如石棉)大型平面、卷带材、板材,采用砂带磨削不仅不堵塞磨料,能获得极高的生产率,而且一般采用干式磨削,实施极为方便。目前最大的砂带宽度可以做到5m,在一次贯穿式的磨削中,可以磨出极大的加工表面(如电梯内装饰板)。砂带磨削平面的磨削布局见
50、表25。表25砂带磨削平面的布局形式 2.3.62.3.6平面的光整加工平面的光整加工1.1.平面刮研平面刮研平面刮研是利用刮刀在工件上刮去很薄一层金属的光整加工方法,常在精刨的基础上进行。刮研可以获得很高的表面质量。表面粗糙度Ra可达1.60.4m,平面的直线度可达0.01mm/m,甚至可以达到0.0050.0025mm/m。刮研既可提高表面的配合精度,又能在两平面间形成储油空隙,以减少摩擦,提高工件的耐磨性,还能使工件表面美观。刮研劳动强度大,操作技术要求高,生产率低,故多用于单件小批生产及修理车间,加工未淬火的要求高的固定联接面(如车床床头箱底面)，导向面(如各种导轨面)及大型精密平板和
