第3章 常用金属切削.ppt

第3章常用金属切削加工,3.1车削加工3.2铣削加工3.3钻削和镗削加工3.4刨削和拉削加工3.5磨削加工,3.1车削加工,3.1.1工件的安装3.1.2车削的工艺特点3.1.3车削的应用,3.1.1工件的安装,在车床上加工外圆面时，主要有以下几种安装方法1.三爪卡盘安装三爪卡盘上的卡爪是联动的，能以工件的外圆面自动定心，故安装工件一般不需找正。但由于卡盘的制造误差及使用后磨损的影响，定位精度一般为0.010.1mm。三爪卡盘最适宜安装形状规则的圆柱形工件。三爪自定心卡盘如图3-1如示。2.四爪卡盘安装四个爪可以分别调整，故安装时需要花费较多的时间对工件进行找正。当使用百分表找正时，定位精度可达0.005mm，此时的定位基准是安装找正的表面。四爪卡盘夹紧力大，适合于三爪卡盘不能安装的工件，如矩形的、不对称或较大的工件。四爪单动盘如图3-2所示。3.花盘安装适用于外形复杂以不能使用卡盘安装的工件。如图3-3所示的弯管，需加工外圆面A及端面B，要求端面B与端面C垂直。安装工件时，先将角铁用螺栓固装在花盘上，并校正角铁平面与主轴轴线平行，再将工件安装到角铁上，找正后用压板压紧。为了使花盘转动平稳，在花盘上装有平衡用的配重块。4.在两顶尖间安装用于长径比为410的轴类工件。前顶尖（与主轴相连）可旋转，后顶尖（装在尾座上）不转，它们用于支承工件。拨盘和卡箍用以带动工件旋转。用顶尖安装时，工件两端面先用中心钻钻上中心孔。见图3-4、图3-5。,,图3－1,图3－3,图3－2,图3－4,图3－5,5.心轴上安装适用于已加工内孔的工件。利用内孔定位，安装在心轴上，然后再把心轴安装在车床前后顶尖之间。图3-6a）所示为带锥度（一般为1/10001/2000）的心轴，工件从小端压紧到心轴上，不需夹紧装置，定位精度较高。当工件内孔的长度与内径之比小于11.5时，由于孔短，套装在带锥度的心轴上容易歪斜，不能保证定位的可靠性，此时可采用圆柱面心轴，图b）所示，工件的左端靠紧在心轴的台阶上，用螺母压紧。这种心轴与工件内孔常用间隙配合，因此定位精度较差。,图3-7所示为可胀开心轴示意图。当拧紧螺杆时，便带动锥度套筒向左移动，使具有开口的弹性心轴胀开而夹紧工件。采用这种安装方式，装卸工件方便，可缩短夹紧时间，且不易损伤工件的被夹紧表面，但对工件的定位表面有一定的尺寸、形状精度和表面粗糙度要求。在成批、大量生产中，常用于加工小型零件。其定位精度与心轴制造质量有关，通常为0.010.02mm。,3.1.2车削的工艺特点,1.易于保证加工面间的位置精度从工件安装方法可知，回转体工件各加工面具有同一回转轴线，因此一次装夹可车削出外圆面、内孔及端面，依靠机床的精度保证回转面间的同轴度及轴线与端面间的垂直度。另外，对于以中心孔定位的轴类零件，虽经多次装夹与调头，但所加工的表面其回转轴线始终是两中心孔的连线，因而能够保证相应表面间的位置精度。2.切削过程比较平稳除了车削断续表面之外，一般情况下车削过程是连续进行的，不像铣削和刨削，在一次走刀过程中，刀齿有多次切入和切出，产生冲击。并且当刀具几何形状、切削深度ap和进给量f一定时，切削层的截面尺寸ac和aww是不变的。3.适用于有色金属零件的精加工某些有色金属零件，因材料本身的硬度较低，塑性较好，用砂轮磨削时，软的磨屑易堵塞砂轮，难以得到很光洁的表面。因此，当有色金属零件表面粗糙度Ra值要求较小时，不宜采用磨削加工，而要用车削或铣削等切削加工。用金刚石刀具在车床上以很小的切削深度（ap0.15mm）和进给量（f0.1mm/r）以及很高的切削速度（υ≈300m/min），进行精细车削，加工精度可达IT6IT5，表面粗糙度Ra值达0.10.4μm。4.刀具简单车刀是刀具中最简单的一种，制造、刃磨和安装均较方便，这就便于根据具体加工要求，选用合理的角度。因此，车削的适应性较广，并且有利于加工质量和生产效率的提高。,3.1.3车削的应用,车削常用于车外圆、车端面、车槽、切断及孔加工，还可用于车螺纹、车锥面及回转体成形面等，如图3-8所示。,图3－8,车削一般用来加工单一轴线的零件，如直线和一般盘、套零件等。若改变工件的安装位置或将车床适当改装，还可以加工多轴线的零件（如曲轴、偏心轮等）或盘形凸轮。图3-9为车削曲轴和偏心轮工件安装的示意图。,图3－9,单件小批生产中，各种轴、盘、套等零件，多选用适应性广的卧式车床或数控车床进行加工。对于直径大而长度短（长径比L/D≈0.30.8）的重型零件，多用立式车床加工。成批生产外形较复杂，且具有内孔及螺纹的中小型轴、套类零配件，应选用转塔车床进行加工。图3-10所示为适于在转塔车床上加工的典型零件。,图3－10,大批、大量生产形状不太复杂的小型零件（如螺钉、螺母、管接头、轴套类等），多选用半自动和自动车床进行加工。它的生产率很高但精度较低。图3-11所示为适于在单轴自动车床上加工的典型零件。,图3－11,3.2铣削加工,3.2.1铣刀3.2.2铣削方式3.2.3铣削的工艺特点3.2.4铣削的应用,3.2.1铣刀,铣刀屑多刃刀具，它由刀齿和刀体两部分组成。铣刀的种类种较多，加工平面的铣刀有圆柱铣刀和端铣刀两种。刀齿分布在圆周上的铣刀为圆柱铣刀，又分为直齿和螺旋齿两种（图3-12），生产中广泛使用螺旋齿圆柱铣刀。刀齿分布在端面上的铣刀为端铣刀，又分为整体式和镶齿式两种（图3-13）。镶齿式端铣刀刀盘上镶有硬质合金刀片，应用较为广泛。除平面铣刀外，还有加工各种沟槽的铣刀，如立铣刀、圆盘铣刀、T形槽铣刀等，另外还有加工成形面的铣刀。,图3－12,图3－13,3.2.2铣削方式,平面是铣削加工的主要表面之一。铣削平面的方式有周铣和端铣两种。1.周铣法用圆柱铣刀铣削平面称为周铣。周铣有两种方式，如图3-14所示。（1）逆铣铣刀旋转方向与工件进给方向相反。铣削时每齿切削厚度ac从零逐渐到最大而后切出。（2）顺铣铣刀旋转方向与工件进给方向相同。铣削时每齿切削厚度ac从最大逐渐减小到零。,图3－14,逆铣时，每个刀齿的切削厚度是从零增大到最大值。由于铣刀刃口处总有圆弧存在，而不是绝对尖锐的，所以在刀齿接触工件的初期，不能切入工件，而是在工件表面上挤压、滑行，使刀齿与工件之间的摩擦加大，加速刀具磨损，同时也使表面质量下降。顺铣时，每个刀齿的切削厚度是由最大减小到零，从而避免了上述缺点。逆铣时，铣削力上抬工件，而顺铣时，铣削力将工件压向工作台，减少了工件振动的可能性，尤其铣削薄而长的工件时，更为有利。由上述分析可知，从提高刀具耐用度和工件表面质量，以及增加工件夹持的稳定性等观点出发，一般以采用顺铣法为宜。但是，顺铣时忽大忽小的水平分力FH与工件的进给方向是相同的，工作台进给丝杠与固定螺母之间一般都存在间隙（图3-15），间隙在进给方向的前方。由于FH的作用，就会使工件连同工作台和丝杠一起，向前窜动，造成进给量突然增大，甚至引起打刀。而逆铣时，水平分为FH与进给方向相反，铣削过程中工作台丝杠始终压向螺母，不致因为间隙的存在而引起工件窜动。目前，一般铣床尚没有消除工件台丝杠与螺母之间间隙的机构，所以，在生产中仍多采用逆铣法。另外，当铣削带有黑皮的表面时，例如铸件或锻件表面的粗加工，若用顺铣法，因刀齿首先接触黑皮，将加剧刀齿的磨损，所以也应采用逆铣法。,图3－15,2.端铣法用端铣刀的端面刀齿加工平面，称为端铣法。根据铣刀玫工件相对位置的不同，端铣法可以分为对称铣削法和不对称铣削法（图3-16）。端铣法可以通过调整铣刀和工件的相对位置，调节刀齿切入和切出时的切削厚度，从而达到改善铣削过程的目的。,图3－16,3.周铣法与端铣法的比较如图3-17所示。（1）端铣的加工质量比周铣高。端铣同周铣相比，同时工作的刀齿数多，铣削过程平稳；端铣的切削厚度虽小，但不像周铣时切削厚度最小时为零，改善了刀具后刀面与工件的摩擦状况，提高了刀具耐用度，减小表面粗糙度Ra值，端铣刀的修光刃可修光已加工表面，使表面粗糙度Ra值减小。（2）端铣的生产率比周铣高。端铣的面铣刀直接安装在铣床主轴端部，刀具系统刚性好，同时刀齿可镶硬质合金刀片，易于采用大的切削用量进行强力切削和高速切削，使生产率得到提高，而且工件已加工表面质量也得到提高。（3）端铣的适应性比周铣差，端铣一般只用于铣平面，而周铣可采用多种形式的铣刀加工平面、沟槽和成形面等，因此周铣的适应性强，生产中仍常用。,3.2.3铣削的工艺特点,1.生产率高铣削属多齿切削，没有空行程，可采用较高的切削速度，故生产率比刨削等方法高得多。2.切削过程不平稳铣削是断续切削过程，刀齿切入切出时受到的机械冲击很大，易引起振动；铣削时总切削面部是一个变量，因而铣削力也不断变化，造成机床和刀具的振动。以上原因使铣削总处于不平稳的工作状态。3.刀齿冷却条件较好由于刀齿间断切削，工作时间短，在空气中冷却时间长，故散热条件好。但是，切入和切出时热和力的冲击，将加速刀具磨损，甚至可能引起硬质合金刀片的碎裂。,3.2.4铣削的应用,铣削的形式很多，铣刀的类型和形状更是多种多样，再加工附件“分度头”、“圆形工作台”等的应用，铣削加工范围较广。主要用来加工平面（包括水平面、垂直面和斜面）、沟槽、成形面和切断等。加工精度一般可达IT8IT7，表面粗糙度Ra值为1.66.3μm。单件、小批生产中，加工小、中型工件。多用升降台式铣床（卧式和立式两种）。加工中、大型工件时，可以用工作台不升降式铣床，这类铣床与升降式铣床相近，只不过垂直方向的进给运动不是由工作台升降来实现，而是由装在立柱上的铣削头来完成。龙门铣床的结构与龙门刨床相似，在立柱和横梁上装有34个铣头，适于加工大型工件或同时加工多个中小型工件。由于它的生产率较高，广泛应用于成批和大量生产中。,图3-18为铣削各种沟槽的示意图，直角沟槽可以在卧式铣床用三面刃盘形铣刀加工，也可以在立式铣床上用立铣刀铣削。角度沟槽用相应的角度铣刀在卧式铣床上加工。T型槽和燕尾槽常用带柄的专用槽铣刀在立式铣床上铣削。在卧式铣床上，还可以用成形铣刀加工成形面和用锯片铣刀切断。,图3－18,有些盘状成形零件，单件小批生产中，也可用立铣刀在立式铣床上加工。如图3-19所示，先在欲加工的工件上按所要的轮廓划线，然后根据所划的线，用手动进给进行铣削。,由几段圆弧和直线组成的曲线外形、圆弧外形或圆弧槽等，可以利用圆形工作台在立式铣床上加工（图-20）。在铣床上利用分度头，可以加工需要等分的工件，例如铣削离合器和齿轮等。,图3－19,图3－20,在万能铣床（工作台能在水平面内转动一定角度）上，利用分度头及其工作台进给丝杠间的交换齿轮，可以加工螺旋槽（图3-21）。,图3－21,3.3钻削和镗削加工,3.3.1钻削加工3.3.2钻孔3.3.3扩孔3.3.4铰孔3.3.5镗孔（或在车床上车孔）,3.3.1钻削加工,钻削加工孔时常用的钻床有台式钻床、立式钻床和摇臂钻床等。台式钻床适宜加工小型零件上的孔，钻孔最大直径13mm；立式钻床适应加工中小型零件上的孔，钻孔最大直径50mm；摇臂钻床适应加工大型零件上的孔，钻孔最大直径80mm。在钻床上能进行的工作有钻孔、扩孔、铰孔、攻丝、锪孔和锪凸台等。下面我们主要介绍钻孔、扩孔、铰孔。,3.3.2钻孔,钻孔是用钻头在实体材料上加工孔的方法。在钻床上钻孔、工件固定不动，钻头既旋转作主运动，又同时向下轴向移动完成进给运动，见图3-22。钻孔加工精度低，尺寸精度一般为IT4IT11，表面粗糙度值为Ra50μm12.5μm。,1.钻头钻头是最常用的孔加工刀具，由高速钢制成。其结构如图3-23所示，它由柄部和工作部件组成，柄部的作用是被夹持并传递扭矩，直径小于12mm的做成直柄；大于12mm的为锥柄。,图2－221－钻头2－工件,工作部分由导向部分和切削部分组成，导向部分包括两条对称的螺旋槽和较窄的刃带（图3-24），螺旋槽的作用是形成切削刃和排屑；刃带与工件孔壁接触，起导向和减少钻头与孔壁摩擦的作用。切削部分有两个对称的切削刃和一个横刃，切削刃承担切削工作，其夹角为118o；横刃起辅助切削和定心作用，但会大大增加钻削时的轴向力。,图3－23,图3－24,2.钻孔的工艺特点钻孔与车削外圆相比，工作条件要困难得多。因为钻孔时，钻头工作部分大都处在已加工表面的包围中，因而引起一些特殊问题。例如，钻头的刚度和强度、容屑和排屑、导向和冷却润滑等。因此，其特点可概括如下（1）容易产生“引偏”。“引偏”是指加工时由于钻头弯曲而引起的孔径扩大、孔不圆（见图3-25（a））或孔的轴线歪斜（见图3-25（b））等。钻孔时产生“引偏”，主要是因为①麻花钻直径和长度受所加工孔的限制，一般呈细长状，刚性较差。为形成切削刃和容纳切屑，必须作出两条较深的螺旋槽，致使钻心变细，进一步削弱了钻头的刚性。,图3－25,②为减少导向部分与已加孔壁的摩擦，钻头仅有两条很窄的棱边与孔壁接触，接触刚度和导向作用也很差。③钻头横刃处的前角具有很大的负值，切削条件极差，实际上不是在切削，而是挤刮金属，加工由钻头横刃产生的轴向力很大，稍有偏斜，将产生较大的附加力矩，使钻头弯曲。④钻头的两个主切削刃，很难磨得安全对称，加上工件材料的不均匀性，钻孔时的径向力不可能完全抵消。因此，在钻削力的作用下，刚性很差且导向性不好的钻头，很容易弯曲，致使钻出的孔产生“引偏”，降低了孔的加工精度，甚至造成废品。在实际加工中，常采用如下措施来减少引偏①预钻锥形定心坑（见图3-26（a））。首先用小顶角（2φ90o100o）大直径短麻花钻，预先钻一个锥形坑，然后再用所需的钻头钻孔。由于预钻时钻头刚性好，锥形坑不易偏，以后再用所需的钻头钻孔时，这个坑就可以起定心作用。②用钻套为钻头导向（见图3-26（b）），此可以减少钻孔开始时的“引偏”，特别是在斜面或曲面上钻孔时，更为必要。③刃磨时，尽量把钻头的两个主切削刃磨得对称一致，使两主切削刃的径向切削力互相抵消，从而减少钻头的“引偏”。,图3－26,（2）排屑困难。钻孔时，由于切屑较宽，容屑槽尺寸又受到限制，因而在排屑过程中，往往与孔壁发生较大的摩擦，挤压、拉毛和刮伤已加工表面，降低表面质量。有时切屑可能阻塞在钻头的容屑槽里，卡死钻头，甚至将钻头扭断。为了改善排屑条件，钻钢料工件时，在钻头上修磨出分屑槽（见图3-27），将宽的切屑分成窄条，以利于排屑。当钻深孔（L/D510）时，应采用合适的深孔钻进行加工。3）切削热不易传散。由于钻削是一种半封闭式的切削，钻削时所产生的热量，虽然也由切屑、工件、刀具和周围介质传出，但它们之间的比例却和车削大不相同。如用标准麻花钻，不加切削液钻钢料时，工件吸收的热量约占52.5，钻头约占14.5，切屑约占28，而介质仅占5左右。钻削时，大量高温切屑不能及时排出，切削液难以注入到切削区，切屑、刀具与工件之间的摩擦很大。因此，切削温度较高，致使刀具磨损加剧，这就限制了钻削用量和生产率的提高。,图3－27,图3－28,3.钻削的应用钻孔属于孔的粗加工，加工在精度IT10以下，表明粗糙度Ra大于12.5值μm。主要用于以下几类孔的加工（1）精度和表面质量要求不高的孔，如螺栓联接孔、油孔等。（2）精度和表面质量要求较高的孔，或内表面形状特殊（如锥形、有沟槽等）的孔，需用钻孔作为预加工工序。（3）内螺纹攻螺纹前所需底孔。单件、小批生产中，中小型工件上的小孔（一般D13mm），常用台式钻床加工；中小型工件上直径较大的孔（一般D50mm），常用立式钻床加工。大中型工件上的孔，则应采用摇臂钻床加工。回转体工件上的孔，多在车床上加工。在成批和大量生产中，为了保证加工精度、提高生产效率和降低加工成本，广泛使用钻模（图3-28）、多轴钻（图3-29）或组合机床（图3-30）进行孔的加工。精度高，粗糙度小的中小直径孔（D80mm），镗削是唯一适宜的加工方法。一般镗孔的尺寸公差等级为IT8IT7，表面粗糙度Ra值为1.60.8μm；精细镗时，尺寸公差等级可达IT7IT6，表面粗糙度Ra值为0.80.1μm。镗孔多在车床或镗床上进行。1.在车床上车孔回转体零件上的轴心孔适宜在车床上加工（图3-34）。主运动和进给运动分别是工件的回转和车刀的移动。,图3－34,2.在镗床上镗孔箱体类零件上的孔和孔系（有若干个相互间有平行度或垂直度要求的孔）适宜在镗床上加工。（1）镗床根据结构和用途不同，镗床分为卧式镗床、坐标镗床、立式镗床、精镗床等。应用最广的是卧式镗床，见图3-35。,图3－35,镗孔时，镗刀刀杆随主轴一起旋转，完成主运动；进给运动可由工作台带动工件纵向移动（图3-36a），也可由主轴带动镗刀刀杆轴向移动（图3-36b）来实现。镗大而浅的孔时，可悬臂安装粗而短的镗杆（图3-36a、b）；镗深孔或距主轴端面较远的孔时，不能悬臂安装镗杆，否则，会因镗杆过长刚性差，影响孔的加工精度。此时，应将镗杆的远端支承在镗床后立柱的尾座衬套内，见图3-36c（2）镗刀及其镗孔的工艺特点1）单刃镗刀镗孔单刃镗刀的刀头结构与车刀类似。使用时，用紧固螺钉将其装夹在镗杆上，如图3-37所示。其中图a为不通孔镗刀，刀头倾斜安装；图b为通孔镗刀，刀头垂直于镗杆轴线安装。,图3－36,单刃镗刀镗孔的工艺特点（与钻扩铰相比）如下①适应性广。单刃镗刀结构简单、使用方便，一把镗刀可加工直径不同的孔（调整刀头的伸出长度即可）；粗加工、精加工、半精加工均可适应。②可校正原有孔轴线歪斜。镗床本身精度较高，镗杆直线性好，靠多次进给即可校正孔的轴线歪斜。③制造、刃磨简单方便、费用较低。④生产率低。镗杆受孔径（尤其是小孔径）的限制，一般刚性较差。为了减少镗孔时引起镗杆振动，只能采用较小的切削用量；只一个切削刃参与切削；需花时间调节镗刀头的伸出长度来控制孔径尺寸精度。,图3－37,2）浮动镗刀镗孔浮动镗刀（图3-38a），在对角线的方位上有两个对称的切削刃（属多刃镗刀），两个切削刃间的尺寸D可以调整，以镗削不同直径的孔。调整时，先松开螺钉1，再旋动螺钉2以改变刀块3的径向位移尺寸，并用千分尺检验两切削刃间尺寸，使之符合被镗孔的孔径尺寸，最后拧紧螺钉1即可。镗孔时，浮动镗刀插在镗杆的长方孔中，但不紧固，因此，它能沿镗杆径向自由滑动。依靠作用在两个对称切削刃上的径向切削力，自动平衡其切削位置。浮动镗刀镗孔的工艺特点如下①加工质量较高。镗刀的浮动可自动补偿因刀具安装误差或镗杆偏摆所产生的不良影响，加工精度较高；较宽的修光刀，可修光孔壁，减小表面粗糙度。②生产率较高，有两个主切削刃参加切削，且操作简单，故生产率较高。③刀具成本较单刃镗刀高。④与铰孔相似，不校正原有孔的轴线歪斜。,图3－38,镗床镗孔除适宜加工孔内环槽、大直径外，特别适于箱体类零件的孔系（指若干个彼此有平行度或垂直度要求的孔）加工。原因是镗床的主轴箱和尾座均能上、下移动，工作台能横向移动和转动，因此，放在工作台上的工件能在一次装夹中，把若干个孔依次加工出来，避免了因工件多次装夹产生的安装误差。此外，装上不同的刀具，在卧式镗床上还可以完成钻孔、车端面、铣端面、车螺纹等多项工作，如图3-39所示。,图3－39,3.4刨削和拉削加工,3.4.1刨削3.4.2拉削,3.4.1刨削,1.刨削的工艺特点刨削指在刨床上用刨床加工工件的方法。刨刀结构与普通车刀相似。刨削的主运动是往复直线运动，进给运动是间歇的，因此切削过程不连续。与其他加工方法相比，刨削有如下工艺特点1生产率较低刨削加工为单刃切削，切削时受惯性力的影响，且刃具切入切出时会产生冲击，故切削速度较低。另外刨刀返程不切削，从而增加了辅助时间。因此刨削加工生产率较低。对某些工件的狭长表面的加工，为提高生产率，可采用多件同时刨削的方法，使生产率不低于铣削，且能保证较高的平面度。2加工质量中等刨削过程中由于惯性及冲击振动的影响使刨削加工质量不如车削。一般刨削的精度为IT9IT7，表面粗糙度Ra值为6.31.6μm，可满足一般平面加工的要求。3通用性好，成本低刨削加工除主要用于加工平面外，经适当的调整和增加某些附件，还可加工齿轮、齿条、沟槽、母线为直线的成形面等。刨床结构简单且价廉，调整操作方便。刨刀结构简单，制造刃磨及安装均较方便。故加工成本较低。由于上述特点，刨削常用于单件小批生产及修配中。,2.刨削的应用由于刨削的特点，刨削主要用在单件、小批生产在维修车间应用较多。如图3-40所示，刨削主要用来加工平面（包括水平面、垂直面和斜面），也广泛地用于加工直槽，如直角槽、燕尾槽和T型槽等。如果进行适当的调整和增加某些附件，还可用来加工齿条、齿轮、花键和母线为直线的成形面等。,图3－40,图3-41插键槽牛头刨床的最大刨削长度一般不超过1000mm，因此，只适于加工中、小型工件。龙门刨床主要用来加工大型工件，或同时加工多个中、小型工件。例如济南第二机床厂生产的B236龙门刨床，最大刨削长度为20m，最大刨削宽度为6.3m。由于龙门刨床一般刚性较好，而且有24个刀架可同时工作，所以加工精度和生产率均比牛头刨床高。插床又称立式牛头刨床，主要用来加工工件的内表面，如键槽（图3-41）、花键槽等；也可用加工多边形孔，如四方孔、六方孔等。特别适于加工盲孔或有障碍台肩的内表面。,图3－41,3.4.2拉削,在拉床上用拉刀加工工件称做拉削。拉削可以认为是刨削的进一步发展。如图3-42所示，它是利用多齿的拉刀，逐齿依次从工件上切下很薄的金属层，使表面达到较高的精度和粗糙度要求。拉削加工的主要特点如下,图3－42,（1）生产率较高由于拉刀是多齿刀具，同时参加工作的刀齿数较多，总的切削宽度大；并且拉刀的一次行程，就能够完成粗加工、半精加工和精加工，基本工艺时间和辅助时间大大缩短，所以生产率很高。（2）加工范围较广拉削不但可以加工平面和没有障碍的外表面，还可以加工各种形状的通孔（图3-43）。所以，拉削加工范围较广。图3-44为拉孔的示意图，若加工时，刀具所受拉的力不是拉力而是推力（图3-45），则称为推削，所用刀具称为推刀。,（3）加工精度较高、表面粗糙度较小如图3-46所示，拉刀具有校准部分，其作用是校准尺寸，修光表面，并可作为精切齿的后备刀齿。校准齿的切削量很小，只切去工件材料的弹性恢复量。另外，拉削的切削速度一般较低（目前υ18m/min），每个切削齿的切削厚度较小，因而切削过程比较平稳，并可避免积屑瘤的不利影响。所以，拉削加工可以达到较高的精度和较小的表面粗糙度。一般拉孔的精度为IT8IT7，表面粗糙度Ra值为0.40.8μm。,图3－43,图3－44,图3－45,图3－46,（4）拉床简单拉削只有一个主运动，即拉刀的直线运动。进给运动是靠拉刀的后一个刀齿高出前一个刀齿来实现的，刀齿的高出量称为齿升量af。所以拉床的结构简单，操作也较方便。（5）拉刀寿命长由于拉削时切削速度较低，刀具磨损慢，刃磨一次，可以加工数以千计的工件；一把拉刀又可以重磨多次，故拉刀的寿命长。虽然拉削具有以上优点，但是由于拉刀结构比一般孔加工刀具复杂，制造困难，成本高，所以仅适用于成批或大量生产。在单件、小批生产中，对于某些精度要求较高、形状特殊的成形表面，用其他方法加工困难时，也有采用拉削加工的。但对于盲孔、深孔、阶梯和有障碍的外表面，则不能用拉削加工。推削加工时，为避免推刀弯曲，其长度比较短（L/D50m/s。当磨粒以很高的切削速度从工件表面切过时，同时有很多切削刃进行切削，每个磨刃仅从工件上切下极少量的金属，残留面积高度很小，有利于形成光洁的表面。因此，磨削可以达到高的精度和小的粗糙度。一般磨削精度可达IT7IT6，表面粗糙度为Ra0.20.8μm，当采用小粗糙度磨削时，粗糙度可以达Ra0.0080.1μm。,2.砂轮有自锐作用磨削过程中，砂轮的自锐作用是其他切削刀具所没有的。一般刀具的切削刃，如果磨钝或损坏，则切削不能继续进行，必须换刀或重磨。而砂轮由于本身的自锐性，使磨粒能够以较锋利的刃口对工件进行切削。实际生产中，有时就利用这一原理，进行强力连续磨削，以提高磨削加工的生产效率。图3-49磨削力3.径向分力Fy较大磨削时的切削力的车削一样，也可以分解为三个互相垂直的分力Fx、Fy和Fz。图3-49所示，为纵磨外圆时的磨削力。在一般切削加工中，主切削力Fz较大，而磨削时，由于磨削深度和切削厚度均较小，所以Fz较小，Fx则更小。但是，因为砂轮与工件的接触宽度较大，并且磨粒多以负前角进行切削，致使Fy较大，一般情况下，Fy（1.53）Fz。径向分力Fy作用在工艺系统（机床夹具工件刀具所组成的系统）刚性较差的方向上，使工艺系统变形，影响工件的加工精度。例如纵磨细长轴的外圆时，由于工件的弯曲而产生腰鼓形。另外，工艺系统的变形，会使实际磨削深度比名义值小，这将增加磨削时的走刀次数。在最后几次光磨走刀中，要少吃刀或不吃刀，即把磨削深度递减至零，以便逐步消除由于变形而产生的加工误差，但是，这样将降低磨削加工的效率。,图4－49,4.不宜加工较软的有色金属对一般有色金属零件，由于材料塑性较好，砂轮会很快被有色金属碎屑堵塞，使磨削无法进行，并划伤有色金属已加工表面。5.磨削温度高磨削时的切削速度为一般切削加工的1020倍。在这样高的切削速度下，加上磨粒多为负前角切削，挤压和摩擦较严重，消耗功率大，产生的切削热多。又因为砂轮本身的传热性很差，大量的磨削热在短时间内传散不出去，在磨削区形成瞬时高温，有时高达8001000℃。高的磨削容易烧伤工件表面，使淬火钢件表面退火，硬度降低。即使由于切削液的浇注，可能发生二次淬火，也会在工件表层产生张应力及微裂纹，降低零件的表面质量和使用寿命。高温下，工件材料将变软而容易堵塞砂轮，这不仅影响砂轮的耐用度，也影响工件的表面质量。因此，在磨削过程中，应采用大量的切削液。磨削时加注切削液，除了冷却和润滑作用之外，还可以起到冲洗砂轮的作用。切削液将细碎的切屑以及碎裂或脱落的磨粒冲走，避免砂轮堵塞，可有效地提高工件的表面质量和砂轮的耐用度。磨削钢件时，广泛应用的切削液是苏打水或乳化液。磨削铸铁、青铜等脆性材料时，一般不加切削液，而用吸尘器清除尘屑。,3.5.4磨削的应用,磨削加工的应用范围很广，如图3-50所示，它可以加工各种外圆面、内孔、平面和成形面（如齿轮、螺纹等）。此外还用于各种切削刀具的刃磨。,图4－50,1.外圆磨削外圆磨削是对工件圆柱、圆锥、台阶轴外表面和旋转体外曲面进行的磨削。磨削一般作为外圆车削后的精加工工序，尤其是能消除淬火等热处理后的氧化层和微小变形。外圆磨削常在外圆磨床和万能外圆磨床上进行。（1）在外圆磨床上磨外圆（图3-51），磨削时，轴类工件常用顶尖装夹，其方法与车削时基本相同，顶尖安装。磨削方法分为,图4－51,a纵磨法（图3-51a）磨削时，砂轮高速旋转为主运动，工件旋转为圆周进给，磨床工作台作往复直线运动为纵向进给。每当工件一次往复行程终了时，砂轮作周期性的横向进给。每次磨削吃刀量很小，磨削余量是在多次往复行程中磨去的。纵磨法的磨削力小，磨削热少，散热条件好，砂轮沿进给方向的后半宽度，等于是副偏角为零度的修光刃，光磨次数多，所以工件的精度高，表面粗糙度小。该方法还可用一个砂轮磨削各种不同长度的工件，适应性强。纵磨法广泛用于单件小批生产，特别适用于细长轴的精磨。b横磨法（图3-51b）工件不作纵向往复运动，而砂轮作慢速的横向进给，直到磨去全部磨削余量。砂轮宽度上的全部磨粒都参加了磨削，生产率高，适用于成批大量加工刚度好的工件，尤其适用于成形磨削。由于工件无纵向移动，砂轮的外形直接影响了工件的精度。同时，由于磨削力大、磨削温度高，工件易发生变形和烧伤，加工的精度和表面质量比纵磨法要差。c综合磨法（图3-51c）先用横磨法将工件表面分段进行粗磨，相邻两段间有510mm的搭接，工件上岛国下0.010.03mm的余量，然后用纵磨法进行精磨。此法综合了横磨法和纵磨法的优点，生产率比纵磨法高，精度和表面质量比横磨法高。d深磨法（图3-51d）磨削时用较小的纵向进给量（一般取12mm/r），较大的切深（一般为0.3mm左右），在一次行程中切除全部余量，因此，生产率较高。需要把砂轮前端修整成锥形，砂轮锥面进行粗磨。直径大的圆柱部分起精磨和修光作用，应修整得精细一些。深磨法只适用于大批大量生产中，加工刚度较大的工件，且被加工表面两端要有较大的距离，允许砂轮切入和切出。,（2）在无心外圆磨床上磨外圆（图3-51e）磨削时，工件放在两个砂轮之间，下方用托板托住，不用顶尖支持，所以称为无心磨。两个砂轮中较小的一个是用橡胶结合剂做的，磨粒较粗，称为导轮，另一个是用来磨削工件的砂轮，称为磨削轮。导轮轴线相对于砂轮轴线倾斜一角度α（15o），以比磨削轮低得多的速度转动，靠摩擦力带动工件旋转。导轮与工件接触点的线速度υ导，可以分解为两个分速度，一个是沿工件圆周切线方向的υ工，另一个是沿工件轴线方向的υ进，因此，工件一方面旋转作圆周进给，另一方面作轴向进给运动。为了使工件与导轮能保持线接触，应当将导轮修整成双曲面形。无心外圆磨时，工件两端不需预先打中心孔，安装也比较方便；并且机床调整好之后，可连续进行加工，易于实现自动化，所以生产效率较高。工件被夹持在在个砂轮之间，不会因磨削力而被顶弯，有利于保证工件的直线性，尤其是对于细长轴类零件的磨削，优点更为突出。但是，无心外圆磨要求工件的外圆面在圆周上必须是连续的，如果圆柱表面上有较长的键槽或平面等，导轮将无法带动工件连续旋转，故不能磨削。又因为工件被托在托板上，依靠本身的外圆面定位，若磨削带孔的工件，不能保证外圆面与孔的同轴度。另外，无心外圆磨床的调整比较复杂。因此，无心外圆磨削主要适用于大批大量生产销轴类零件。特别适合于磨削细长的光轴。如果采用切入磨法，也可以加工阶梯轴、锥面和成形面（图3-52）等。,图3－52,2.内圆磨削前述的铰孔、拉孔、镗孔是孔的精加工方法。磨孔亦是孔的精加工方法。对于淬火钢等硬材料，磨孔是唯一的精加工方法。孔的磨削可以在内圆磨床上进行，也可以在万能外圆磨床上进行。目前应用的内圆磨床多是卡盘式的，它可以加工圆柱孔、圆锥孔和成形内圆面等。纵磨圆柱孔时，工件安装在图3-53磨圆柱孔卡盘上（图3-53），在其旋转的同时，沿轴向作往复直线运动（即纵向进给运动）。装在砂轮架上的砂轮高速旋转，并在工件往复行程终了时，作周期性的横向进给。若磨圆锥孔，只需将磨床的头架在水平方向偏转半个锥角即可。与外圆磨削类似，内圆磨削也可以分为纵磨法和横磨法。鉴于砂轮轴的刚性较差，横磨法仅适用于磨削短孔及内成形面。更难以采用深磨法，所以，多数情况下是采用纵磨法。磨孔与铰孔或拉孔比较，有如下特点（1）可以加工淬硬的工件孔；（2）不仅能保证孔本身的尺寸精度和表面质量，还可提高孔的位置精度和轴线的直线度；（3）用同一个砂轮，可以磨削不同直径的孔，灵活性较大；（4）生产率比铰孔低，比拉孔更低。,图3－53,磨孔与磨外圆比较，存在如下主要问题（1）表面粗糙度较大由于磨孔时砂轮直径受工件孔径限制，一般较小，磨头转速又不可能太高（一般低于20000r/min），故磨削速度较磨外圆时低。加上砂轮与工件接触面积大，切削液不易进入磨削区，所以磨孔的表面粗糙度较磨外圆时大。图3-54无心磨轴承环内孔的示意图（2）生产率较低磨孔时，砂轮轴细、悬伸长，刚性很差，不宜采用较大的磨削深度和进给量，故生产率较低。由于砂轮直径小，为维持一定的磨削速度，转速要高，增加了单位时间内磨粒的切削次数，磨损快；磨削力小，降低了砂轮的自锐性，且易堵塞。因此，需要经常修整砂轮和更换砂轮，增加了辅助时间，使磨孔的生产率进一步降低。由于以上的原因，磨孔一般仅适用于淬硬工件孔的精加工，如滑移齿轮、轴承环以及刀具上的孔等。但是，磨孔的适应性较好，不仅可以磨通孔，还可以磨削阶梯孔和盲孔等，因而在单件小批生产中应用较多，特别是对于非标准尺寸的孔，其精加工用磨削更为合适。大批大量生产中，精加工短工件上要求与外圆面同轴的孔时，也可以采用无心磨法。（如图3-54）。,图3－54,3.平面磨削平面磨削可作为车、铣、刨削平面之后的精加工，也可代替铣削和刨削。（1）平面磨削方法根据磨削时工作表面的差异，平面磨削有周磨和端磨两种方式。1）周磨。周磨是利用砂轮的圆周面进行磨削，常用矩台卧轴平面磨床（见图3-55）。磨削时砂轮与工件的接触面积小，磨削热少，排屑和冷却条件好，工件不易变形，砂轮磨损均匀，因此可获得较高的精度和较小的表面粗糙度Ra值，适用于批量生产中磨削精度较高的中小型零件，但生产率低。相同的小型零件可多件同时磨削，以提高生产率。周磨达到的尺寸公差等级为IT6IT7，表面粗糙度Ra值为0.80.2μm。2）端磨。端磨是利用砂轮的端面进行磨削，常用矩台立轴平面磨床（见图3-56）。磨削时砂轮与工件的接触面积大，磨削热多，排屑和冷却条件差，砂轮各点圆周速度不同，磨损不均匀，因此磨削精度低，表面粗糙度Ra值大，但端磨时砂轮轴刚性好，可采用较大的磨削用量，生产率较高，故端磨常用于大批大量生产中。对支架、箱体及板块状零件的平面进行粗磨，以代替铣削和刨削。,图3－55,图3－56,（2）平面磨削的工艺特点1）平面磨床的结构简单，机床、砂轮和工件系统刚性较好，故加工质量和生产率比内、外圆磨削高。2）平面磨床利用电磁吸盘装夹工件，有利于保证工件的平行度。此外电磁吸盘装卸工件方便迅速，可同时装夹多个工件，生产率高。但电磁吸盘只能适用于安装钢、铸铁等铁磁性材料制成的零件，对于铜、铜合金、铝等非铁磁性材料制成的零件应在电磁吸盘上安放一精密虎钳或简易夹具来装夹。3）大批大量生产中，可用磨削来代替铣、刨削加工精确毛坯表面上的硬皮，既可提高生产率，又可有效地保证加工质量。,3.5.5磨削技术新发展,磨削加工是机械制造中重要的加工工艺，随着机械产品精度、可靠性和寿命要求的不断提高，高硬度、高强度、高耐磨性的新型材料不断增多，对磨削加工提出了许多新的要求，当前磨削加工技术的发展方向是扩大使用超硬磨料磨具，开发精密和超精密磨削及高速、高效磨削工艺，研制高精度、高刚度的自动化磨床。1.高效磨削工艺（1）高速磨削一般砂轮线速度υs大于45m/s的磨削称为高速磨削。当前高速磨削的线速度υs已达250m/s，并已成功在进行了υs达500m/s的超高速磨削试验。一般认为高速磨削主要用于沟槽和缺口件的磨削及切入磨削，不知于加工大平面或圆柱形表面的精加工。采用高速磨削后，一方面生产率大大提高，如υs60120m/s时，使用普通砂轮，磨除率可提高到5001000mm3/s；υs120250m/s时，使用立方碳化硼（CBN）砂轮，磨除率可达2000mm3/s。同时还可以减少或避免产生烧伤和裂纹，提高砂轮耐用度和使用寿命，实现工件大余量切除，使有些零件毛坯不经粗切而直接磨成成品。因此高速磨削不但是提高磨削效率的有效方法，也是提高磨削精度和表面质量的有效方法。,（2）缓进给磨削采用很大的切深（13mm）和缓慢的进给速度（5300mm/min）进行的磨削称为缓进给磨削，亦称深切缓进给强力磨削或蠕动磨削，其加工精度达25μm，粗糙度Ra为0.40.1μm。缓进给磨削适宜加工韧性材料（如镍基合金）和淬硬材料，能加工各种型面及沟槽，可部分取代车削、铣削加工。缓进给磨削的切深很大，因而砂轮与工件的接触长度比普通磨削要大几倍到几十倍，单位时间内同时参加磨削的磨粒数量随切深的增加而增多，使生产效率得以提高。同时，由于进给速度缓慢，减少了砂轮与工件的冲击，使振动和加工波纹减小，因而能获得较高的加工精度，且精度稳定性好。缓进给磨削的磨削区温度很低，残余应力小，故它亦称为无应力磨削。,当把υs提高到80200m/s、工件进给速度υw为0.510m/min时，就成了高效深切磨削（HEDG）,它被认为是“现代磨削技术的高峰”，其磨除率比普通磨削高1001000倍。,图3－57,（3）砂带磨削砂带磨削是以砂带作为磨具并辅之以接触轮、张紧轮、驱动轮等组成的磨头组件对工件进行加工的一种磨削方法，见图3-57。砂带是用粘结剂将磨粒粘结在纸、布等挠性