机械制造工程基础第3.3章外圆内圆和平面的加工

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1、常用的切削加工方法有车削、钻削、镗削、刨削、拉削、铣削和磨削等。 各种加工方法在基本原理方面有许多共同之处，但由于所用机床和刀具不同，切削运动形式各异，所以它们有着各自的工艺特点及应用。,第3章 常用的切削加工方法,外圆内圆平面的加工,3.1 外圆表面的加工 3.1.1 外圆的车削 1) 车削运动,图3-2 外圆加工方法,图3-3 外圆加工机床,普通车床所能加工的典型表面,2) 外圆的车削阶段,(1) 粗车 从毛坯上尽可能多的切除多余材料。一般采用较大的切深，较大的进给量，中等或较低的切削速度。 加工效果：IT14IT12，表面粗糙度Ra5013.5m。 (2) 半精车 作为高精度外圆的预备加

2、工，亦作为中等精度外圆的终加工，其切深进给量均比粗车为小。 加工效果：IT11IT9、Ra6.33.2m。 (3) 精车 去除余量较小，以保证零件的加工精度和表面质量。 加工效果： IT8IT6、Ra1.60.8m。,3) 外圆车削的工艺特点,(1) 加工过程平稳，可采用较大的切削用量，生产率高。 (2) 车刀结构简单，安装、刃磨方便，刚性好。 (3) 适应性好，除外圆加工外，还可以加工内圆、端面和切槽等。 (4) 材料加工范围广，如钢、铸铁、有色金属和非金属等。,（5）.易于保证工件各加工面的位置精度 a 易于保证同轴度要求 利用卡盘安装工件，回转轴线是车床主轴回转轴线。 利用前后顶尖安装工

3、件，回转轴线是两顶尖的中心连线。 b 易于保证端面与轴线垂直度要求 由横溜板导轨，与工件回转轴线的垂直度来保证的。,1.卡盘装夹轴类、盘套类工件。有三爪卡盘、 四爪卡盘和花盘 3.顶尖 装夹实心轴类零件。 3.心轴盘套类零件的装夹。 4.中心架和跟刀架加工细长轴类工件，提高 刚性，减少变形。,车削时工件的装夹方法,三爪卡盘,1.三爪自定心卡盘安装工件,长径比L/D4,轴类、盘套类工件,端面拨动顶尖 固定顶尖 伞形顶尖 回转顶尖 顶尖,3.用顶尖安装工件,长径比L/D4,实心轴类零件,4.用心轴安装工件,在圆柱心轴上定位,圆锥心轴安装工件的接触情况,盘套类零件的装夹,5.中心架和跟刀架的使用,长

4、径比L/D10,加工细长轴类工件,(二）机床的运动与传动,3.1.2 外圆磨削 外圆磨削是高精度外圆的主要精加工方法。 粗磨 IT8IT7, Ra0.80.4 精磨 IT6IT5, Ra0.40.2,1) 外圆磨床纵磨法 (1) 磨削运动,3.1.3.1 普通磨削方法,图3-5 纵磨机床,(2) 纵磨法的工艺特点, 每次磨削深度小，磨削力小，磨削热少； 由于工件作纵向进给，冷却散热条件好； 可以消除工艺系统弹性变形所产生的加工误差； 适应性好，一个砂轮可磨削不同直径和长度大小的外圆；在磨外圆的同时，靠磨端面，可保证各表面之间的位置精度； 广泛用于各种生产批量。,2) 外圆磨床横磨法 (1)磨削

5、运动,(2)工艺特点 生产率高。 砂轮与工件的接触面积大，发热量大，冷却散热条件差，工件易产生热变形和烧伤现象。 径向力大，工件易产生受力变形。 砂轮的修整精度，直接影响工件的尺寸精度和形状精度；无纵向进给工件表面磨痕明显。 一般用于在大批大量生产中磨削刚性好，长度短的轴颈。,无心磨削的生产率高，但调整机床费时，主要用于磨削大批、大量的零件，如汽车发动机的活塞销和轴承外圈等。,3) 无心磨床纵磨法,磨 床 与 砂 轮,无心外圆磨削的加工示意图,无心外圆磨床外观图,4) 外圆磨削与精车的比较 外圆磨削比精车更容易获得高的精度及低的表面粗糙度。 外圆磨削可加工淬火和未淬火的钢铁材料，以及高硬度的材

6、料，不适于加工塑性大，硬度低的材料；精车则难于加工高硬度淬火钢。 外圆磨削的温度较精车高，磨削过程必须使用冷却液。 加工成本较精车高。,3.1.3.1 先进磨削方法 1) 低粗糙度磨削 采用修整后等高微细磨粒和半钝的微粒进行磨削加工的磨削方法。加工后的表面粗糙度可达Ra0.10.008m。 2) 高效率磨削 高速磨削 指砂轮线速度 50m/s的磨削。由于砂轮的线速度高，单位时间内通过的磨粒数增加，每个磨粒的磨痕细浅，表面粗糙度降低，如保持表面粗糙度不变，则可增加工件的进给速度，因此，可提高磨削效率。,研磨工件在车床上作回转运动，工人手持研具往复移动，往复移动的速度使得磨粒磨痕形成近45的网纹。

7、,3.1.3 外圆研磨(降低表面粗糙度） 1) 手工研磨 (1) 研磨原理,(2)工艺特点 手工研磨不需复杂设备，方法简单易于保证加工质量，生产率较低。 可研磨淬火钢、不淬火钢、铸铁、铜、铝及其合金。 研磨不能提高表面间的位置精度，则由上道工序保证。,2)机械研磨,在研磨机上进行，用于大批大量生产。,3) 研具材料、研磨剂 研具材料 硬度低于工件，以便磨料嵌入研具表面，较好的发挥切削作用。 材料组织要均匀，应有一定的耐磨性，以保持研具原有的几何形状，常用研具材料是铸铁。 研磨剂 研磨液（植物油或矿物油）中加入微细磨粒（金刚石粉、立方氮化硼和陶瓷粉等）。,3.1.4 外圆超精加工,特点： (1)

8、 生产率高。由于加工余量极小，加工过程一般3060秒。 (2) 表面质量好。运动轨迹复杂，网纹表面可储存润滑油，耐磨性好。 (3) 仅能提高工件的表面质量。,3.1.5 外圆加工方案 粗车半精车： IT11IT9，Ra6.33.2m； 粗车半精车精车：IT8IT6，Ra1.60.8m； 粗车半精车精车研磨：IT6IT4，Ra0.20.012m。 粗车半精车磨削：IT7IT6，Ra0.80.4m； 粗车半精车粗磨精磨：IT6IT5，Ra0.40.2m； 粗车半精车粗磨精磨研磨(超精加工)：IT5IT3， Ra0.10.008m。,3.2 内圆表面的加工,3.3.1 钻孔 1) 钻床 用钻头在工件

9、的实体部位加工孔称为钻孔。钻孔类机床有小台钻（12mm孔），立式钻床（50mm孔），摇臂钻床（80mm孔)。 钻孔属于粗加工：IT14IT12, Ra5013.5m。,图3-11 常用的钻床,2) 麻花钻头 由工作部分和柄部组成，工作部分又分导向部分和切削部分。,图 标准高速钢麻花钻,两条对称的螺旋槽是钻屑流经的表面，槽边有高度10.5mm的棱边，起到导向，扶正和修光孔壁的作用。 切削部分，有两个主切削刃，两个副切削刃和一个横刃组成。,3) 工艺特点 (1) 钻头容易偏斜，麻花钻头细长，刚性弱、横刃定心不准，钻入容易被引偏，造成钻出孔的轴线不直或歪斜； (2) 孔径容易扩大，锋角对轴线不对称，

10、两主切削刃不等长，会造成钻削时径向力不相等，而引起孔径的扩大； (3) 孔壁粗糙，钻屑较宽，被迫卷成螺旋状，流出时与孔壁发生剧烈地磨擦而刮伤已加工表面； (4) 轴向抗力大。实验证明，50%的轴向力和20%的扭距是由横刃引起的。,3.3.2 扩孔 用扩孔钻对以钻出的孔作进一步的加工以扩大孔径，提高精度降低表面粗糙度。属半精加工：IT10IT9，Ra6.33.2m。,1）扩孔钻头,2）扩孔钻孔的特点 (1) 刚性好。扩孔钻的容屑槽浅而窄，钻芯粗壮； (2) 导向性好。一般有34个刀齿，增加了导向的棱边数； (3) 切削条件好。只有切削刃的外缘部分参加切削，切削较轻快，可用较大的切削用量； (4)

11、 孔壁光洁。切屑少，流出时不会和孔壁产生较大的摩擦。,3.3.3 铰孔 铰刀加工孔的一种精加工方法，所能达到的精度为：IT8IT7，Ra1.60.4m。,1) 铰刀,图3-15 铰刀的结构原理图,2) 铰孔的加工工艺规律 (1) 铰孔余量 粗铰0.150.25mm，精铰0.050.15mm。 (2) 铰削速度 粗铰410m/min，精铰1.55m/min；应避免产生积屑瘤及引起振动。 (3) 机铰进给量 一般0.151.5mm/r。 (4) 切削液 铰钢用乳化液，铰铸铁用煤油。 (5) 在机床安装 铰刀与机床主轴采用浮动连接。,3) 工艺特点 (1) 铰孔精度不取决于机床精度。 (2) 铰刀为

12、定尺寸精加工刀具，比精镗孔更容易保证孔的尺寸精度和形状精度，生产率高。 (3) 铰孔适应性差。一定直径的铰刀只能铰削一定直径及尺寸公差的孔，不能铰削非标准孔，台阶孔和盲孔。 (4) 钻扩铰连用是IT8IT7，Ra1.60.4m，直径在80mm以下孔的典型加工方法。,3.3.4 镗孔 用镗刀对已有的孔，作进一步的加工，以扩大孔径，提高精度、降低表面粗糙度的加工方法。,2) 镗孔阶段 粗镗：尺寸公差等级IT14IT12，Ra2513.5m； 半精镗：尺寸公差等级IT11IT9, Ra6.33.2m； 精镗：尺寸公差等级IT8IT7， Ra1.60.8 m。,1) 镗孔方式 (1) 车床镗孔 由横向

13、进刀和走刀次数扩大孔径非常方便。,（2）镗床镗孔 A. 镗孔方式 镗刀杆回转，工件随工作台作纵向进给。,镗孔直径一般小于120mm，镗刀杆不宜悬伸过长，以免刀杆弯曲变形，影响加工精度。,图3-17, 镗刀杆回转并外伸作纵向进给,图3-19, 平旋盘带动刀杆镗孔,刀杆回转，工件随工作台作纵向进给。可镗削直径为200mm以上的大孔，但孔深不宜过大。, 两端支承镗孔,B. 镗孔的特点 适应性强。特别适用于镗削支架，箱体类零件上的孔。 可有效校正原孔轴线的偏斜。由于镗杆细长刚性较弱，易弯曲振动，故镗削质量的控制特别对于细长孔，不如铰削方便。 生产率低。主要是调整刀头的径向尺寸比较费时。,尺寸精度可达：

14、IT8IT7, 表面粗糙度可达：Ra1.60.4m。,3.3.5 拉孔 1) 拉削原理 用拉刀加工孔的一种高效率加工方法。拉削可以看成刨削的发展，每个刀齿可以切掉一层极薄的金属。,2) 工艺特点 (1) 生产率高，加工质量高； (2) 拉刀结构复杂成本昂贵，主要用于大批大量生产； (3) 拉孔的直径一般小于125mm，不能拉削非标准孔，盲孔，台阶孔。,3.3.6 磨孔 1）加工原理 磨孔属于孔的精加工方法。加工精度：IT8IT6，表面粗糙度：Ra0.80.4m。,2）磨孔与磨外圆的比较,（1）磨孔的表面粗糙度粗。 （2）磨削质量的控制不如磨外圆方便。冷却散热条件差，工件易产生热变形；砂轮轴细长

15、刚性弱，易弯曲变形，使磨出的孔产生内圆锥误差。 （3）磨孔的生产率低。,3.3.8 内圆表面的精密加工方法 1) 金刚镗 在金刚镗床上，用硬质合金刀具或金刚石刀具，以小的切深小的进给量较高的切削速度，进行镗削。 尺寸公差等级：IT7IT6，表面粗糙度：Ra0.40.1m，圆度误差小于0.0030.005mm。 金刚镗加工质量好,生产率高,广泛用于在大批大量生产中,对钢铸铁有色金属套筒内孔的光整加工。,2) 珩磨 (1) 原理,用带有磨条的珩磨头对工件进行精细加工的一种高效率光整加工方法。,4)珩磨的特点 可获得较高的精度和较低的表面粗糙度。加工精度：IT6IT4，表面粗糙度：Ra0.630.04m。 表面质量好。形成的交叉网纹，有利于润滑，因而表面的耐磨性好，磨粒的切削速度低，无烧伤现象。 生产率高。 加工范围广。可加工铸铁，淬火钢不淬火钢，合金钢；特别适用于在大批大量生产中对缸套类零件的内孔进行加工，但不能校正孔的位置精度。,3.3.9 内圆表面加工方案 钻-扩-铰： IT8-IT7，Ra1.60.8m； 钻-扩-粗铰-精铰： IT7-IT6，Ra1.6-0.4 m； 粗镗-半精镗-铰： IT8-IT7，Ra1.60.8m； 粗镗半精镗精镗：IT8-IT7， Ra1.60.8m； 粗镗-半精镗-精镗-研磨：IT6-IT4， Ra0.2-0.008m； 粗镗-半精镗-精镗-珩