金属切削机床及各种加工方法

金属切削机床及各种加工方法机械工程学院机械制造基础1机械工程学院机械制造基础2l

按加工性质和加工刀具共分12类（表2.1）l

按照机床通用性（万能程度）（1）通用机床（万能机床）：（2）专门化机床（专能机床）：（3）专用机床：2.1金属切削机床的分类、型号及传动

2.1.1金属切削机床的分类

l

按照加工精度：

l

按照自动化程度：手动、机动、半自动、自动第2页,共75页，2024年2月25日，星期天机械工程学院机械制造基础3新型机床介绍l

按加工性质和加工刀具共分12类（表2.1）l

按照机床通用性（万能程度）（1）通用机床（万能机床）：（2）专门化机床（专能机床）：（3）专用机床：2.1金属切削机床的分类、型号及传动

2.1.1金属切削机床的分类

l

按照加工精度：

l

按照自动化程度：手动、机动、半自动、自动第3页,共75页，2024年2月25日，星期天机械工程学院机械制造基础42.1.2金属切削机床的型号l

国产机床型号：（□代表字母，○代表数字）类别代号（特性代号）组别代号型别代号主参数（·主轴数）（重大改进）□（□）○○○○（·○）（□）XK6030AC6140C6

20M1432C2140·6第4页,共75页，2024年2月25日，星期天机械工程学院机械制造基础5l

基本构件：主传动部件进给运动部件动力源刀具安装装置工件安装装置支承件2.1.3机床的基本构造2.1.4机床的基本传动类型

机床的基本传动类型有机械、液压、气动、电伺服等。最常用的有机械传动和液压传动。第5页,共75页，2024年2月25日，星期天机械工程学院机械制造基础6传动副及符号l

机械传动：第6页,共75页，2024年2月25日，星期天机械工程学院机械制造基础7结构图第7页,共75页，2024年2月25日，星期天机械工程学院机械制造基础8机械传动传动比：传动链：从输入到输出方向，由若干传动副依次组合起来的传动系统。传动系统图：用国家标准规定的符号表示的传动系统。传动结构式：按传动链次序用传动轴号和传动副的结构参数表示的传动关系式。传动平衡式：用数字表达式排列的方程式来表示传动链“末端件”（起始和终了传动件）之间的传动关系。传动级数：传动系统输出转速不同个数。第8页,共75页，2024年2月25日，星期天机械工程学院机械制造基础9传动结构式：例传动平衡式：第9页,共75页，2024年2月25日，星期天机械工程学院机械制造基础10（1）

滑移齿轮变速传动结构式：Ⅰ--Ⅱ机床中常用的变速机构：第10页,共75页，2024年2月25日，星期天机械工程学院机械制造基础11传动结构式：Ⅰ--Ⅱ（2）

离合器变速第11页,共75页，2024年2月25日，星期天机械工程学院机械制造基础12结构图第12页,共75页，2024年2月25日，星期天机械工程学院机械制造基础13传动结构式：Ⅰ--ⅡⅠ--Ⅱ（3）

塔轮变速第13页,共75页，2024年2月25日，星期天机械工程学院机械制造基础14结构图第14页,共75页，2024年2月25日，星期天机械工程学院机械制造基础15机床传动系统的分析方法：“抓两头，连中间”第15页,共75页，2024年2月25日，星期天机械工程学院机械制造基础16C616车床传动系统第16页,共75页，2024年2月25日，星期天机械工程学院机械制造基础17例第17页,共75页，2024年2月25日，星期天机械工程学院机械制造基础18进给运动：例主运动：第18页,共75页，2024年2月25日，星期天机械工程学院机械制造基础19丝杠螺母进给：（S为丝杠导程）齿轮齿条进给：

（m为末级齿轮模数）进给量计算：机床挂轮的要求：1）

备用齿轮中应有选用齿轮齿数；2）

要防止挂轮互相干涉，要求满足下列条件：za+zb>zc+kzc+zd>zb+k其中k=15~22车、铣螺纹时要求进给量应与加工螺纹的螺距或导程相等，齿轮加工时，滚刀转过1/k转，齿轮转过一个齿或插齿刀转过一个齿，齿轮也转过一个齿。从而可计算出挂轮的传动比，根据传动比来选配挂轮齿数。第19页,共75页，2024年2月25日，星期天机械工程学院机械制造基础20液压系统的主要组成部分：动力源速度控制回路压力控制回路方向控制回路执行机构液压附件l

机床的液压传动简介第20页,共75页，2024年2月25日，星期天机械工程学院机械制造基础212.2车削加工

外圆表面是轴类、盘类、套类零件的主要表面或辅助表面、外圆表面的加工方法很多，常用的机械切削方法有车削、磨削等。2.2.1车削加工范围

在车床上利用工件旋转，刀具相对移动来加工工件的。l

车削的方法第21页,共75页，2024年2月25日，星期天车削加工第22页,共75页，2024年2月25日，星期天机械工程学院机械制造基础232.2.2车削加工机床第23页,共75页，2024年2月25日，星期天车削装夹第24页,共75页，2024年2月25日，星期天车削装夹第25页,共75页，2024年2月25日，星期天机械工程学院机械制造基础26（1）易于保证各外圆表面及其它表面间的位置精度

(2)粗车：精度IT13~IT11、表面粗糙度Ra50~12.5μm；半精车：精度IT10~IT9、表面粗糙度Ra6.3~3.2μm

精车：精度IT8~IT6、表面粗糙度Ra1.6~0.8μm

（3）适合于有色金属零件的精加工（4）切削过程平稳、切削效率高（5）刀具简单，适应性广 l

车削的工艺特点:第26页,共75页，2024年2月25日，星期天机械工程学院机械制造基础27l

车削锥面1）转动小滑板（小刀架）：转过角度等于锥度斜角，手动进给小滑板。适合于加工大而短的内外锥度。2）偏移尾座：偏移距离S=L(D-d)/2l，大拖板自动进给。适合于加工小而长的外锥度。3）靠模法：靠模连在中拖板上，大拖板自动进给，精度高、效率高。适合于批量加工小而长的外锥度，也可加工成型面。4）成形刀具法：成形刀具作横向进给，精度高、效率高。适合于批量加工短锥度，也可加工短的成型面。第27页,共75页，2024年2月25日，星期天机械工程学院机械制造基础28尖刀车削螺纹特点：精度高，适应性广（可以加工各种牙形、左右旋、内外螺纹），但效率低。l

刀具前刀面上牙形角要与螺纹的牙形角吻合，刀尖与机床中心等高，刀杆与主轴轴线垂直（用样板校对）吃刀的方法径向或斜向。l

车削螺纹梳刀车螺纹特点：效率较高，但只能加工小螺距较短的螺纹。旋风铣特点：效率较高，用于加工大、小螺距较长的螺纹。第28页,共75页，2024年2月25日，星期天机械工程学院机械制造基础292.3铣削、刨削和拉削

2.3.1铣削加工范围平面、直槽、T形槽、燕尾槽、三维内外形状等第29页,共75页，2024年2月25日，星期天机械工程学院机械制造基础30铣削沟槽第30页,共75页，2024年2月25日，星期天机械工程学院机械制造基础312.3.2铣床：卧式升降台铣床、立式升降台铣床、龙门铣床、数控铣床等。2.3铣削、刨削和拉削

2.3.4

铣削工艺特点：（1）

生产率较高（2）

刀齿散热条件较好（3）

切削过程不平稳（4）

铣削加工精度IT9~8，Ra6.3~1.6μm；高速铣精度IT7~6，Ra1.6~0.4μm

2.3.3

铣削加工刀具立铣刀、盘铣刀、三面刃铣刀、键槽铣刀、锯片铣刀等。第31页,共75页，2024年2月25日，星期天机械工程学院机械制造基础32l

铣削方式（1）

周铣法：用圆周齿进行铣削加工第32页,共75页，2024年2月25日，星期天机械工程学院机械制造基础33l

铣削方式

逆铣顺铣切削运动切削方向与进给方向相反切削方向与进给方向相同切削厚度由0→最大由最大→0刀具磨损初期有滑擦，磨损快刀齿易切入，寿命长作用力垂直分力使工件上抬，不利于夹紧工件；水平分力与进给反向，消除了丝杠间隙，进给平稳垂直分力使工件下压，有利于夹紧工件；水平分力与进给同向，由于丝杠间隙，工作台会前窜，造成啃刀或打刀。表面质量表面粗糙表面光洁使用情况常用无间隙进给机床采用第33页,共75页，2024年2月25日，星期天机械工程学院机械制造基础34周铣第34页,共75页，2024年2月25日，星期天机械工程学院机械制造基础35（2）端铣法：用端面齿进行铣削加工

端铣法刀杆刚性好，可大用量切削，效率较周铣高；

端铣时有多个切削刃同时切削，切削平稳性好，周铣只有一个到两个齿切削，切削平稳性较差，加工质量比端铣低一个等级；

端铣刀齿有修光过渡刃和副刀刃，加工质量较好；

端铣到结构简单，可镶嵌硬质合金刀片，周铣刀结构复杂；

端铣适应性较差，一般用于加工大平面，周铣适应性较好，可以加工平面、各种沟槽等。第35页,共75页，2024年2月25日，星期天机械工程学院机械制造基础36l

铣削中的分度当铣削四方、六方、齿形离合器、齿轮和多齿刀具的容屑槽时，每铣过一个表面后，需要将工件转动一定角度，再铣另一表面，这种工作称为分度，分度使用铣床的附件分度头进行。万能分度头分度盘分度第36页,共75页，2024年2月25日，星期天机械工程学院机械制造基础37l

盘形或指形铣刀铣螺纹用于加工大导程螺纹，效率较高。l

梳形螺纹铣刀铣螺纹用于批量加工小螺距较短的螺纹，效率较高。l

铣削螺纹第37页,共75页，2024年2月25日，星期天机械工程学院机械制造基础382.3.5刨削加工l

刨削的工艺特点：（1）精度低IT9~IT8，Ra6.3~1.6μm；（2）效率低；（3）刀具结构简单l

宽刃精刨：加工表面粗糙度Ra1.6~0.4μm，直线度不大于0.02mm/1m，可代替刮研或磨削，以保证平面贴合度，常用于导轨面、结合面的精加工l

刨削机床：牛头刨床加工，龙门刨床加工l

刨削运动与加工范围：加工平面、直通沟槽和成型面等。

第38页,共75页，2024年2月25日，星期天机械工程学院机械制造基础39l

插削加工：插削方法：立式刨削插削应用：常用于内孔直槽或外形的加工。插削机床：插床第39页,共75页，2024年2月25日，星期天机械工程学院机械制造基础402.3.6拉削加工1）拉削运动与加工范围：可以加工各种截面形状的内外表面，但不能加工薄壁零件及轴向尺寸太大的零件。

4）拉孔的特点：

l

拉削速度低，切削量小，拉削平稳，刀具磨损慢，加工精度高，表面质量好l

拉削精度IT7~IT6，Ra0.8~0.4μml

拉削刀具结构复杂，制造困难，成本高，拉削效率高，一般用于批量生产l

拉孔加工要求工件安装采用浮动式结构，不夹紧，防止孔中心与拉刀中心不重合，而破坏拉刀。3）拉刀：其截面形状为加工孔的轴向端面形状，它把总的切削量分散到拉刀的各个刀齿上。2）拉床第40页,共75页，2024年2月25日，星期天机械工程学院机械制造基础412.4.2

钻床2.4钻削与镗削加工

2.4.1钻削运动与加工范围钻床加工可用于：钻孔、扩孔、铰孔、攻丝等。第41页,共75页，2024年2月25日，星期天机械工程学院机械制造基础42

麻花钻的角度：

前角γ0为正交平面内前刀面与基面的夹角，由于钻头的前刀面为螺旋面，故越靠近中心，前角越小，横刃为负前角。

侧后角α为轴向圆柱剖面内后刀面与切削平面的夹角。故越靠近中心，后角越大。顶角2φ两主切削刃在中心截面上投影的夹角。标准钻头顶角为118°。

横刃斜角Ψ

主切削刃与横刃在钻头端面上投影的夹角。螺旋角β

最外缘螺旋线切线与轴线的夹角2.4.3钻头、锪钻、铰刀和丝锥（1）麻花钻：直柄麻花钻（φ0.5~φ20）锥柄麻花钻（φ8~φ80）

钻头材料：

钻头一般为高速钢材料。

钻头结构：三条切削刃，前刀面（螺旋面）、后刀面等第42页,共75页，2024年2月25日，星期天机械工程学院机械制造基础43（2）扩孔钻：扩孔钻（多齿，刚性好）

通常也可用麻花钻（麻花钻的横刃不切削）（3）锪钻（4）铰刀：手动铰刀（锥度小而长φ1~φ50）

机用铰刀（锥度较短φ10~φ80）（5）丝锥：手动和机用第43页,共75页，2024年2月25日，星期天机械工程学院机械制造基础44（1）

钻孔钻孔的特点钻头刚性差，易引偏；钻孔排屑困难，切屑挤压、摩擦已加工表面，表面质量差，钻孔精度IT13~IT11，Ra为50~12.5μm钻孔加工生产效率低防止钻头引偏的措施：钻头切削刃要对称;先加工平面，防止表面不平而引偏；用短而粗的钻头先钻一引孔；采用小进给，减小轴向力；使用钻套引导，合理使用切削液。2.4.4钻床加工工艺特点第44页,共75页，2024年2月25日，星期天机械工程学院机械制造基础45钻孔用于所有实体零件上孔粗加工，孔径φ0.5~φ50，一般超过φ30的孔分次钻孔，先用0.7~0.8D的钻头钻孔，再扩孔。钻孔一般用于软材料零件的加工，不适合硬材料零件孔的加工。（特殊情况可用合金钻头钻淬硬材料）钻孔方式：1）回转并轴向进给（如钻床、铣床、镗床等钻孔），钻孔时易出现孔的偏斜；2）工件回转，钻头轴向进给（如车床等钻孔），钻孔时孔径会变化，形成锥度、鼓形等。

钻孔的应用深孔钻削：L/D>5的孔，通常采用深孔钻钻孔第45页,共75页，2024年2月25日，星期天机械工程学院机械制造基础46扩孔的特点：加工精度IT10~IT9，Ra6.3~3.2μm；扩孔钻头的切削刃短，无横刃，切削条件好；扩孔加工余量小，容屑槽较浅，钻头刚性好，可大进给高速切削，效率高；钻头有多个切削刃，导向性好，切削平稳，可校正毛坯孔轴线偏斜。扩孔的应用：用于小孔基础上的孔径扩大，一般孔径小于φ80用于半精加工低硬度材料的孔（2）扩孔第46页,共75页，2024年2月25日，星期天机械工程学院机械制造基础47（3）铰孔铰孔的特点：铰孔余量小（粗铰0.15~0.35mm），切削速度低，切削力小，发热少，铰刀导向性好，切削平稳，加工质量好；加工精度IT8~7，Ra1.6~0.4μm；铰孔的适应性较差，一把铰刀只能加工一种尺寸精度的孔，不宜加工非标孔、台阶孔、盲孔、非连续表面（如轴向有键槽等），不能加工硬材料工件；铰孔可纠正孔的形状误差，不能纠正位置误差。铰孔的应用：

铰孔用于软材料零件孔的精加工，不能加工硬材料；铰孔孔径φ1~φ80第47页,共75页，2024年2月25日，星期天机械工程学院机械制造基础48（4）攻螺纹攻螺纹一般用于直径较小的内螺纹加工，精度较低，可用于单件生产，也可用于批量生产。攻螺纹前先要钻螺纹底孔：塑性材料底孔直径：d=D-P

脆性材料底孔直径：d=D-(1.05~1.1)P第48页,共75页，2024年2月25日，星期天机械工程学院机械制造基础49l

镗孔精度u

普通机床镗孔精度IT8~IT7，Ra1.6~0.8μmu

坐标镗床镗孔精度IT7~IT6，Ra0.04μm3.镗孔工艺特点l

镗刀：单刃镗刀；浮动镗刀；可调镗排；万能镗排。1.镗床：卧式镗床、坐标镗床、镗铣削中心等2.4.5镗削加工2.镗削运动与加工范围主运动为镗刀旋转，进给运动为镗刀轴向进给或工件轴向进给第49页,共75页，2024年2月25日，星期天机械工程学院机械制造基础50l

镗孔加工特点

1）单刃镗刀镗孔特点

适应性广，灵活，但对操作工人技术水平要求较高；

可以校正原有孔的轴线位置偏差；生产率较低，镗杆刚性差，单刃切削，调整时间长，一般用于单件、小批量生产。2）浮动镗刀镗孔特点加工质量高，浮动可减少刀杆、刀具安装偏差；生产效率高，双刃切削，操作方便；刀具结构复杂，对刀具刃磨要求较高，刃口要对称，一般用于较大孔径的批量生产。第50页,共75页，2024年2月25日，星期天机械工程学院机械制造基础512.5磨削加工（1）磨料：刚玉类（Al2O3，包括棕刚玉、白刚玉等）碳化硅类（SiC，包括黑色碳化硅、绿色碳化硅）高硬度磨料（立方氮化硼CBN、金刚石等）（2）磨料粒度：砂轮越粗效率越高，但加工表面质量差。粗加工和磨软材料时选粗砂轮，精加工及磨硬材料时选细砂轮。（3）结合剂：陶瓷、树脂、橡胶及金属结合剂等（4）硬度：指砂轮磨料脱落的难易程度加工硬材料用软砂轮，加工软材料用硬砂轮。（5）组织：磨料、结合剂与气孔的比例加工软材料用疏松的砂轮（防止砂轮堵塞）（6）形状、尺寸与特性代号：

GB80ZR1AP300×4

磨料（白刚玉）粒度硬度结合剂（陶瓷）形状（平）尺寸2.5.1

砂轮第51页,共75页，2024年2月25日，星期天机械工程学院机械制造基础522.5.2磨削类型与运动磨削类型与运动1）内外圆磨削2）平面磨削3）型面磨削4）砂带磨削第52页,共75页，2024年2月25日，星期天机械工程学院机械制造基础53（1）砂轮磨粒小而多，一次切削量小，精度高IT7~IT6、表面粗糙度小Ra0.2~0.8μm（2）磨削温度高（3）砂轮有自锐作用（磨粒有自锐性、磨钝磨粒的脱落（4）磨削加工的工件材料范围广可以加工高硬度的材料，但不能加工塑性较大的软材料，如有色金属紫铜、铝合金等。l

磨削的工艺特点l

磨削过程：切削、刻划和滑擦膻作用的综合。第53页,共75页，2024年2月25日，星期天机械工程学院机械制造基础542.5.3外圆磨削加工工艺1)外圆磨床第54页,共75页，2024年2月25日，星期天机械工程学院机械制造基础55l

外圆磨削工艺方法纵磨法：加工时径向力小，加工质量好，但效率低，且对前道工序要求较高（必须经过半精车或精车）。用于加工细长工件，但见小批量生产。第55页,共75页，2024年2月25日，星期天机械工程学院机械制造基础56l

外圆磨削工艺方法横磨法：加工时径向力大，加工质量略差，效率高。用于批量生产短而粗刚性较好且加工面较短的工件。第56页,共75页，2024年2月25日，星期天机械工程学院机械制造基础57深磨法：一次磨削量大，加工时径向力大，加工质量略差，效率高。用于批量生产短而粗刚性较好的工件。l

外圆磨削工艺方法第57页,共75页，2024年2月25日，星期天机械工程学院机械制造基础58l

外圆磨削工艺方法第58页,共75页，2024年2月25日，星期天机械工程学院机械制造基础591）无心磨削原理：一次磨削完成，加工质量好IT6~IT5,Ra0.8~0.2μm，效率高。用于批量生产光轴、销轴和套，工件外圆表面不允许有阶梯、轴向通槽。2.5.4无心磨削加工工艺2）无心磨床第59页,共75页，2024年2月25日，星期天机械工程学院机械制造基础602.5.5内圆磨削

2）磨孔方法

（1）纵磨法：要求砂轮加长杆的刚性要好，磨削时超越工件口距离为砂轮宽度的1/3~1/2，否则会出现加工误差。（a）超越距离太短（b）超越距离太长1）内圆磨床第60页,共75页，2024年2月25日，星期天机械工程学院机械制造基础61（2）横磨法（3）无心内圆磨削：适用于薄壁大圆孔

（4）坐标磨削第61页,共75页，2024年2月25日，星期天机械工程学院机械制造基础62

3）磨孔的特点：¨

砂轮轴长，刚性差，易变形、振动，加工质量差¨

磨削内孔精度IT8~IT6，Ra0.8~0.4μm¨

砂轮直径小，线速度低，磨削效率低¨

砂轮直径小，磨料切削次数多，磨损快¨

切削温度较高，冷却条件差¨

排屑困难，易堵塞砂轮¨

适应性好，可以加工硬材料，盲孔、阶梯孔等第62页,共75页，2024年2月25日，星期天机械工程学院机械制造基础632.5.6平面磨削加工工艺

l周磨：卧轴矩台，精度高IT7~IT6，表面质量好Ra1.6~0.4μm，用于精加工。

l

端磨：立轴圆台，加工精度低，表面质量差，但效率高，用于粗加工代替铣、刨。l平面磨削工件装夹第63页,共75页，2024年2月25日，星期天机械工程学院机械制造基础642.5.7螺纹的磨削加工l

单线砂轮磨削：适应性好，但效率低。l

多线砂轮磨削：用于磨削小螺距螺纹，效率高。l

无心磨削磨削小螺距螺纹时，一般不需要进行粗加工。第64页,共75页，2024年2月25日，星期天机械工程学院机械制造基础652.6光整加工

2.6.1研磨（1）研磨方法

研磨工具（常用铸铁材料）：研磨工具材料要求硬度较低，能包容异物，耐磨性好。常用材料为铸铁。

研磨剂：为磨粒与调和剂的调和物。通常磨粒有刚玉、碳化硅、金刚砂等，调和剂为机油与红丹粉混合物。（2）研磨加工范围外圆、内孔、平面、球面等第65页,共75页，2024年2月25日，星期天机械工程学院机械制造基础66（3）研磨的特点

（a）速度低、压力小，加工精度达IT6~IT4、表面粗糙度最小达Ra0.1~0.008μm。（b）切削余量小，通常为0.005~0.05mm，要求前道工序精度高，表面质量好。（c）可以纠正形状误差，但不能改变位置误差。（d）适应性广，可用于各种材料、不同批量的工件加工。第66页,共75页，2024年2月25日，星期天机械工程学院机械制造基础672.6.2珩磨珩磨余量0.02~0.15mm，精度达IT6~IT5，Ra0.2~0.025μm；用于φ15~φ1500mm孔的批量光整加工及深孔加工；加工效率高。

为了降低表面粗糙度，珩磨表面形成的是不重复的交叉网纹。粗磨2θ为40~60°精磨2θ为15~45°第67页,共75页，2024年2月25日，星期天机械工程学院机械制造基础682.7齿轮的齿形加工2.7.1

铣齿

铣齿加工的特点：成本低，精度低，效率低。铣齿加工适用：单件小批量生产、修配精度较低的齿轮。第68页,共75页，2024年2月25日，星期天机械工程学院机械制造基础692.7.2展成法加工齿形l

滚齿：利用齿轮齿条啮合的原理，加工齿轮的齿形面为刀齿面运动轨迹的包络线。用于加工直齿、螺旋齿圆柱外齿轮及蜗轮等。精度IT8~IT7l

插齿：利用齿轮啮合的原理，加工齿轮的齿形面为刀齿面运动轨迹的包络线。用于加工直齿圆柱内、外齿轮及齿条等。第69页,共75页，2024年2月25日，星期天机械工程学院机械制造基础70l

磨齿成形法磨齿：成形砂轮磨削，与盘铣刀铣齿相同。展成法磨齿：利用齿轮齿条啮合原理。2.7.3齿轮精加工方法l

剃齿：利用齿轮啮合时齿面间的相互滑动，对齿面进行加工。加工时齿坯与剃齿刀直接啮合，不需要外加传动于齿坯，可以在原齿轮精度基础上提高一个精度等级。一般用于软齿面齿轮加工。l

珩齿：利用齿轮啮合时齿面间的相互滑动，对齿面进行加工。加工时齿坯与珩齿轮直接啮合，不需要外加传动于齿坯，可以在原齿轮精度基础上提高一个精度等级。一般用于硬齿面齿轮加工。第70页,共75页，2024年2月25日，星期天机械工程学院机械制造基础712.8特种加工技术概述2.8.1特种加工技术及其特点特种加工技术概念：特种加工是利用电能、热能、光能、化学能、电化学能、声能和特殊机械能等使材料成型的工艺方法。特种加工技术的主要特点：（1）加工材料范围广，不受其力学性能的限制；（2）易于加工复杂型面、细微表面以及柔性零件；（3）能获得良好的加工质量，热应力、残余应力、变形小；