1.3 常用切削加工方法

1.3.1 车削加工

1．车削加工的基本内容

车削加工的基本内容如图1-32所示。

2．车削加工的常用刀具

车削加工的常用刀具如图1-33所示。

1.3.2 铣削加工

1．铣削加工的基本内容

铣削加工的基本内容如图1-34所示。

2．铣削加工的常用刀具

（1）圆柱铣刀

圆柱形铣刀一般用于在卧式铣床上用周铣方式加工较窄的平面，如图1-35所示为其工作部分的几何角度。为了便于制造，其切削刃前角通常规定在法平面内，用γ_n表示；为了测量和刃磨方便，其后角规定在正交平面内，用α_o表示；螺旋角即为其刃倾角λ_s；其主偏角为κ_r=90°。圆柱形铣刀有两种类型：粗齿圆柱形铣刀有齿数少、刀齿强度高、容屑空间大、重磨次数多等特点，适用于粗加工；细齿圆柱形铣刀齿数多、工作平稳，适用于精加工。

（2）面铣刀

面铣刀一般用于加工中等宽度的平面，如图1-36所示为其工作部分的几何角度。

（3）立铣刀

如图1-37所示为立铣刀，主要用在立式铣床上加工凹槽、台阶面等。立铣刀圆周上的切削刃是主切削刃，端面上的切削刃是副切削刃，故切削时一般不宜沿铣刀轴线方向进给。为了提高副切削刃的强度，应在端刃前面上磨出棱边。

（4）键槽铣刀

如图1-38所示为键槽铣刀，用于加工键槽。键槽铣刀圆周上的切削刃是副切削刃，端面上的切削刃是主切削刃并且延伸至中心，所以能沿铣刀轴线方向进给。

（5）三面刃铣刀

三面刃铣刀主要用于加工沟槽和台阶面。这类铣刀除圆周表面具有主切削刃外，两侧面也有副切削刃，从而改善了切削条件，提高了切削效率并减小了表面粗糙度值。三面刃铣刀的刀齿结构可分为直齿、错齿和镶齿三种，如图1-39所示。

（6）锯片铣刀

如图1-40所示是薄片的锯片铣刀，用于切槽或切断。这类铣刀仅有周刃，厚度由圆周沿径向至中心逐渐变薄。

（7）成形铣刀

成形铣刀是根据工件的成形表面形状设计切削刃廓形的专用成形刀具，如图1-41所示。

1.3.3 钻削加工

1．钻削加工的基本内容

钻削加工的基本内容如图1-42所示。

2．钻削加工的常用刀具

（1）中心钻

中心钻主要用来加工中心孔，起引钻定心的作用，经常用在钻孔加工的前一步。中心钻分为无护锥复合中心钻（A型）和有护锥复合中心钻（B型）两种，如图1-43所示。无护锥复合中心钻用来加工A型中心孔，有护锥复合中心钻用来加工B型中心孔。B型中心孔是在A型中心孔的端部加上120°的圆锥，用于保护60°的工作锥面不致碰伤。

（2）麻花钻

麻花钻主要用于孔的粗加工，如图1-44所示为麻花钻的结构。

如图1-45所示为麻花钻的主要几何角度。

如图1-46所示为基本型群钻，其寿命比普通麻花钻增加2～3倍，进给量提高约3倍，钻孔效率大大提高。群钻的刃形特点是：三尖七刃锐当先，月牙弧槽分两边，一侧外刃开屑槽，横刃磨低窄又尖。

（3）扩孔钻

扩孔钻可用来扩大孔径，提高孔加工精度。用扩孔钻扩孔标准公差精度等级可达IT11～IT10，表面粗糙度值可达Ra6.3～3.2μm。扩孔钻与麻花钻相似，但齿数较多，一般为3～4个齿。扩孔钻加工余量小，主切削刃较短，无需延伸到中心，无横刃，加之齿数较多，可选择较大的切削用量。如图1-47所示为整体式扩孔钻和套式扩孔钻。

（4）铰刀

铰刀一般用于孔的精加工，也可用于磨孔或研孔前的预加工，铰孔加工的标准公差精度等级一般可达IT9～IT8，孔的表面粗糙度值可达Ra1.6～0.8μm。铰孔只能提高孔的尺寸精度、形状精度和减小表面粗糙度值，而不能提高孔的位置精度。因此，对于精度要求高的孔，在铰削前应先进行减少和消除位置误差的预加工，才能保证铰孔质量。

如图1-48所示为铰刀的结构。

1.3.4 磨削加工

1．外圆表面的磨削加工

磨削是轴类零件外圆表面精加工的主要方法，既能加工未淬硬的黑色金属，又能对淬硬的零件进行加工。根据磨削时定位方式的不同，外圆磨削可分为中心磨削和无心磨削两种类型。轴类零件的外圆表面一般在外圆磨床上进行磨削加工，有时连同台阶端面和外圆一起加工。无台阶、无键槽工件的外圆则可在无心磨床上进行磨削加工。

（1）中心磨削

在外圆磨床上进行回转类零件外圆表面磨削加工的方式称为中心磨削。中心磨削一般由中心孔定位，在外圆磨床或万能外圆磨床上加工。磨削后工件尺寸的标准公差精度等级可达IT8～IT6，表面粗糙度值可达Ra0.8～0.1μm。按进给方式不同分为纵向进给磨削法和横向进给磨削法。

① 纵向进给磨削法（纵向磨法）。如图1-49所示，砂轮高速旋转，工件装在前后顶尖上，工件旋转并和工作台一起纵向往复运动，每一个纵向行程终了时，砂轮做一次横向进给，直到加工余量被全部磨完为止。

② 横向进给磨削法（切入磨法）。如图1-50所示，切入磨削因为无纵向进给运动，所以要求砂轮宽度必须大于工件磨削部位的宽度，当工件旋转时，砂轮以慢速做连续的横向进给运动。其生产效率高，适用于大批量生产，也能进行成形磨削。但切入磨法的横向磨削力较大，磨削温度高，要求机床、工件有足够的刚度，故适合磨削短而粗且刚性好的工件；加工精度低于纵向磨法。

（2）无心磨削

无心磨削属于不定中心的磨削方法，它是一种高生产率的精加工方法。在磨削过程中以被磨削工件的外圆本身作为定位基准。目前无心磨削的方式主要有贯穿法和切入法两种。如图1-51所示为无心外圆磨削，工件不定中心自由地置于磨削轮和导轮之间，下面用支承板支承，工件被磨削外圆本身就是定位基准。其中起磨削作用的砂轮称为磨削轮，起传动作用的砂轮称为导轮。

2．内孔表面的磨削加工

磨削是淬火零件内孔表面精加工的主要方法之一，磨削后工件尺寸的标准公差精度等级可达IT8～IT6，表面粗糙度值可达Ra0.8～0.4μm。磨孔能够修正前道工序加工所导致的轴心线歪斜和偏移，因此磨孔不但能获得较高的尺寸精度和形状精度，而且还能提高孔的位置精度。如图1-52所示是几种常见的内孔表面磨削方式。

3．平面的磨削加工

平面磨削与其他表面磨削一样，具有切削速度高、进给量小、尺寸精度易于控制及能获得较小的表面粗糙度值等特点，加工精度一般可达IT7～IT5级，表面粗糙度值可达Ra1.6～0.2μm。如图1-53所示是几种常见的平面磨削方式。

4．砂轮

砂轮是由一定比例的磨粒和结合剂经压坯、干燥、焙烧和车整而制成的一种特殊的多孔体切削工具。磨粒起切削刃的作用，结合剂把分散的磨粒粘结起来，使之具有一定的强度，在烧结过程中形成的气孔暴露在砂轮表面时，形成容屑空间。所以磨粒、结合剂和气孔是构成砂轮的三要素，如图1-54所示。

（1）砂轮的组成要素

① 磨料。磨料是制造砂轮的主要原料，它担负着切削工作。因此，磨料必须锋利，并且具备较高的硬度、良好的耐热性和一定的韧性。常用磨料的名称、代号、特性和用途见表1-3。

② 粒度。粒度是指磨料颗粒的大小，通常以粒度号表示。磨料的粒度分粗磨粒与微粉两种。粗磨粒指颗粒尺寸大于40μm的磨料，用筛选法分级，其粒度号值是磨粒通过的筛网在每英寸长度上筛孔的数目；微粉指颗粒尺寸小于等于40μm的磨料，用显微镜测量法分级，其粒度号值是基本颗粒的最大尺寸，微粉粒度范围为W0.5～W63。表1-4列出了常用粒度的使用范围。

③ 结合剂。结合剂起粘结磨粒的作用。结合剂的性能决定了砂轮的强度、耐冲击性、耐腐蚀性及耐热性。此外，它对磨削温度及磨削表面质量有一定影响。常用的结合剂的性能及用途见表1-5。

④ 硬度。砂轮的硬度是指砂轮表面上的磨粒在磨削力作用下脱落的难易程度。砂轮的硬度软，表示砂轮的磨粒容易脱落；砂轮的硬度硬，表示磨粒较难脱落。砂轮的硬度和磨料的硬度是两个不同的概念。同一种磨料可以做成不同硬度的砂轮，它主要决定于结合剂的性能、数量以及砂轮制造的工艺。磨削与切削的显著差别是砂轮具有自锐性，选择砂轮的硬度，实际上就是选择砂轮的自锐性，希望还锋利的磨粒不要太早脱落，也不要磨钝了还不脱落。

⑤ 组织号。磨粒在砂轮中占有的体积百分数（即磨粒率）称为砂轮的组织号。砂轮的组织号表示磨粒、结合剂和气孔三者的体积比例，也表示砂轮中磨粒排列的紧密程度。表1-6列出了砂轮的组织号及相应的磨粒占砂轮体积的百分比。组织号愈大，磨粒排列越疏松，即砂轮空隙越大。

（2）砂轮的选择

选择砂轮应符合工作条件、工件材料和加工要求等各种因素，以保证磨削质量。

① 磨削钢等韧性材料时应选择刚玉类磨料；磨削铸铁、硬质合金等脆性材料时应选择碳化硅类磨料。

② 粗磨时选择粗粒度，精磨时选择细粒度。

③ 薄片砂轮应选择橡胶或树脂结合剂。

④ 工件材料硬度高，应选择软砂轮，工件材料硬度低应选择硬砂轮。

⑤ 磨削接触面积大应选择软砂轮。因此内圆磨削和端面磨削的砂轮硬度比外圆磨削的砂轮硬度要软。

⑥ 精磨和成形磨时砂轮硬度应硬一些。

⑦ 砂轮粒度细时，砂轮硬度应软一些。

⑧ 磨有色金属等软材料时，应选择软的且疏松的砂轮，以免砂轮堵塞。

⑨ 成形磨削、精密磨削时应选择组织较紧密的砂轮。

⑩ 工件磨削面积较大时，应选择组织疏松的砂轮。

1.3.5 其他加工方法

1．拉削加工

拉削加工是一种高效率的孔的精加工方法。除拉削圆孔外，还可拉削各种截面形状的通孔及内键槽（如图1-55所示），并可获得较高的尺寸精度和表面粗糙度。拉削圆孔可达到的标准公差等级为IT9～IT7、表面粗糙度值为Ra1.6～0.4μm。

如图1-56所示为拉刀拉孔的过程。

2．刨削加工

刨削是单件小批量生产的平面加工最常用的加工方法，加工的标准公差精度等级一般可达IT9～IT7，表面粗糙度值可达Ra12.5～1.6μm。刨削可以在牛头刨床或龙门刨床上进行，如图1-57所示。

当前，普遍采用宽刃刀精刨代替刮研，能取得良好的效果。采用宽刃刀精刨，切削速度较低（2～5m/min），加工余量小（预刨余量0.08～0.12mm，终刨余量0.03～0.05mm），工件发热变形小，可获得较小的表面粗糙度值（Ra0.8～0.25μm）和较高的加工精度（直线度为0.02/1000），且生产率也较高。如图1-58所示为宽刃精刨刀，刨削加工时用煤油作切削液。

3．插削加工

插削加工可以认为是立式刨削加工，主要用于单件小批量生产中加工零件的内表面，例如孔内键槽、花键等，也可用于加工某些不便铣削或刨削的外表面。如图1-59所示为插削孔内键槽示意图，如图1-60所示为键槽插刀。

4．滚压加工

滚压是冷压加工方法之一，属于无屑加工。滚压加工是指用滚压工具对金属材质的工件施加压力，使其产生塑性变形，从而降低工件表面粗糙度，强化表面性能的加工方法。

如图1-61所示为外圆表面滚压加工的示意图。外圆表面的滚压加工一般可用各种相应的滚压工具，例如滚压轮（如图1-61a所示）、滚珠（如图1-61b所示）等，在普通卧式车床上对加工表面在常温下进行强行滚压，使工件金属表面层产生塑性变形，修正工件表面的微观几何形状，减小工件表面粗糙度值，提高工件的耐磨性、耐蚀性和疲劳强度。例如：经滚压后的外圆表面粗糙度值可达Ra0.4～0.25μm，硬化层深度0.2～0.05mm，硬度提高5%～20%。

5．研磨加工

研磨加工是应用较广的一种光整加工方法，既可以加工金属材料也可以加工非金属材料，可用于加工外圆、内孔、平面及成形表面等。加工后精度可达IT5级，表面粗糙度可达Ra0.1～0.006μm。

研磨加工时，在研具和工件表面间存在分散的细粒度砂粒（磨料和研磨剂），在两者之间施加一定的压力使其产生复杂的相对运动，这样经过砂粒的磨削和研磨剂的化学、物理作用，在工件表面上去掉极薄的一层，获得很高的精度和较小的表面粗糙度。如图1-62所示为平面研磨加工示意图。

6．珩磨加工

珩磨加工是利用珩磨磨具对工件表面施加一定的压力，同时珩磨磨具做相对旋转和直线往复运动，切除工件上极小余量的一种光整加工方法。加工后标准公差精度等级可达IT6～IT5，表面粗糙度值可达Ra0.2～0.05μm，圆度和圆柱度可达到0.003～0.005mm。珩磨的应用范围很广，可加工铸铁件、淬硬和不淬硬的钢件以及青铜件等，但不宜加工易堵塞油石的塑性金属。珩磨加工的设备简单、生产率高、成本较低，在成批、大量生产中广泛应用。如图1-63所示为珩磨加工示意图。

7．超精加工

超精加工是用细粒度的油石对工件施加很小的压力，油石做往复振动和沿工件轴向的慢速运动，以实现微量磨削的一种光整加工方法，其加工原理如图1-64所示。

经过超精加工后的工件表面粗糙度值可达Ra0.08～0.01μm。然而由于加工余量较小（小于0.01mm），因而只能去除工件表面的凸峰，对加工精度的提高不显著。