机械制造技术第4版第8章 齿形加工-第15章 机械加工表面质量课件

机械制造技术第8章齿形加工ContentsPage目录页04其他齿形加工方法01齿形加工方法02滚齿加工03插齿加工TransitionPage过渡页04其他齿形加工方法01齿形加工方法02滚齿加工03插齿加工一、齿形加工方法概述1．无切削加工齿轮齿形的无切削加工方法有铸造、热轧、冷挤、粉末冶金、注塑等方法。无切削加工具有生产率高、材料消耗小和成本低等优点。铸造齿轮的精度较低，常用于农机和矿山机械。2．切削加工对于有较高传动精度要求的齿轮来说，切削加工仍是目前主要的加工方法。通常要通过切削和磨削加工来获得所需的齿轮精度。根据所用的加工装备不同，齿轮的切削加工有铣齿、滚齿、插齿、刨齿、磨齿、剃齿、珩齿等多种方法。8.1齿形加工方法二、齿形加工原理1．成形法（1）加工原理

用单齿廓成形刀具加工时，每次仅加工齿轮的一个齿槽，通过分度，依次对各个齿槽进行加工，形成齿形。最常用的方法是在普通铣床上用成形铣刀铣削齿形。成形法铣齿的优点是可以在普通铣床上加工，但由于刀具的近似齿形误差和机床在分齿过程中的转角误差影响，加工精度一般较低，为9～12级，表面粗糙度值为Ra6.3～3.2μm，生产效率不高，一般用于单件小批量生产加工直齿、斜齿和人字齿圆柱齿轮，或用于重型机器制造业的大型齿轮加工。8.1齿形加工方法（2）齿轮铣刀

成形法铣削齿轮所用的刀具有盘形齿轮铣刀和指形铣刀，前者适用于中小模数（m＜8mm）的直齿、斜齿圆柱齿轮，后者适于加工大模数（m＝8～40mm）的直齿、斜齿齿轮，特别是人字齿轮。同一模数的齿轮只要齿数不同，齿形渐开线形状就不相同，为了加工出准确的齿形，就需要备有数量很多的齿形不同的齿轮铣刀，这将是不经济的。为减少刀具的数量，同一模数的齿轮铣刀按其所加工的齿数通常制成8把一套（精确的是15把一套），每种铣刀用于加工一定齿数范围的一组齿轮。8.1齿形加工方法2．展成法

展成法是利用一对齿轮啮合的原理进行加工的。刀具相当于一把与被加工齿轮具有相同模数的特殊齿形的齿轮。加工时刀具与工件按照一对齿轮（或齿轮与齿条）的啮合传动关系（展成运动）作相对运动。在运动过程中，刀具齿形的运动轨迹逐步包络出工件的齿形。同一模数的刀具可以在不同的展成运动关系下，加工出不同的工件齿形。所以用一把刀具就可以切出同一模数而齿数不同的各种齿轮。展成法加工时能连续分度，具有较高的加工精度和生产率，是目前齿轮加工的主要方法。8.1齿形加工方法TransitionPage过渡页04其他齿形加工方法01齿形加工方法02滚齿加工03插齿加工一、滚齿加工原理滚齿加工的齿形成形原理实质上是模拟一对交错轴螺旋齿轮的啮合传动过程。8.2滚齿加工滚齿过程如图所示，当滚刀旋转时，在其螺旋线的法向剖面内的刀齿，相当于一个齿条作连续移动。根据啮合原理，其移动速度与被切齿轮在啮合点的线速度相等，即被切齿轮的分度圆与该齿条的节线作纯滚动。由此可知，滚齿时，滚刀的转速与齿坯的转速必须严格符合如下关系：8.2滚齿加工二、滚齿加工的应用1．直齿圆柱齿轮加工滚切直齿圆柱齿轮时所需的加工运动包括形成渐开线的复合展成运动、形成全齿长所需的垂直进给运动和切出全齿深所需的径向进给运动。8.2滚齿加工2．斜齿圆柱齿轮加工滚切斜齿圆柱齿轮需要两个成形运动，即形成渐开线齿廓的展成运动和形成齿长螺旋线的运动。除形成渐开线需要复合展成运动外，要形成齿长螺旋线也需要一个复合运动。即在滚刀沿工件轴线移动（垂直进给）与工作台的旋转运动之间也必须建立一条内联系传动链。8.2滚齿加工3．蜗轮加工加工蜗轮时，展成运动和主运动与加工直齿圆柱齿轮时相同。由于在蜗轮的轴向平面内蜗轮齿底部是圆弧形，滚刀轴线就在圆弧中心，所以不需要垂直进给运动。为切出全齿深，滚刀相对于蜗轮的切入运动可以有两种方式，一种是径向进给，另一种是切向进给。8.2滚齿加工采用切向进给时，蜗轮齿面有更多的包络切线，加工表面粗糙度值小。对大螺旋升角的蜗轮，应尽可能采用切向进给。但切向进给时，需要机床有切向进给刀架，并使用带切削锥的蜗轮滚刀。4．滚齿时滚刀的安装在滚切直齿和斜齿圆柱齿轮时，为保证加工出的齿形的正确性，滚刀与工件的相对位置关系应符合相应的螺旋齿轮啮合的相互位置关系，即滚刀的齿形螺旋线的方向应与被加工齿轮的齿向相同。为实现这一要求，在滚刀安装时，应根据滚刀的螺旋角和工件的螺旋角使滚刀相对于工件转动一定的角度。滚刀轴线相对于工件端面转过的角度称为滚刀的安装角。8.2滚齿加工三、齿轮滚刀1．滚刀基本蜗杆齿轮滚刀相当于一个螺旋角很大的斜齿圆柱齿轮，成为蜗杆形状。为了使这个“蜗杆”能起到切削作用，需在这个蜗杆沿其长度方向开出若干个容屑槽，以形成切削刃和前后刀面。根据滚刀的成形原理，滚刀基本蜗杆在螺旋齿的法向截面内应该是渐开线齿形，才能加工出理论上正确的渐开线齿轮。这种蜗杆称为渐开线蜗杆，但这种具有渐开线齿形的基本蜗杆制造困难，在生产中很少使用。为便于制造，实际上多采用在轴向截面内的齿形是直线的基本蜗杆，称为阿基米得基本蜗杆，这种蜗杆滚刀的齿形在理论上存在误差，但便于制造、刃磨、测量，能满足一定精度范围内的齿轮加工要求。8.2滚齿加工2．滚刀基本结构滚刀结构分为整体式、镶齿式等类型。目前中小模数滚刀都做成整体结构，大模数滚刀，为了节省材料和便于热处理，一般做成镶齿式结构。8.2滚齿加工3．滚刀的几何参数（1）齿轮滚刀的外径与孔径（2）齿轮滚刀的长度（3）齿轮滚刀的头数（4）齿轮滚刀的圆周齿数（5）滚刀的前刀面和前角（6）滚刀的后刀面和后角8.2滚齿加工4．滚刀的精度滚刀按精密程度分为AAA级、AA级、A级、B级、C级，表8.2列出了滚刀精度等级与被加工齿轮精度等级的关系。8.2滚齿加工四、Y3150E滚齿机1．机床组成

Y3150E型滚齿机是一种中型通用滚齿机，主要用于加工直齿和斜齿圆柱齿轮，也可以采用径向切入法加工蜗轮，可以加工工件的最大直径为500mm，最大模数为8mm。8.2滚齿加工2．传动系统分析滚齿机的主要运动是由主运动传动链、展成运动传动链、垂直进给运动传动链和附加运动传动链组成的。此外，还有用于快速调整机床的空行程快速传动链。（1）主运动传动链主运动传动链的两端件是：电动机－滚刀主轴Ⅷ。其传动路线表达式为：8.2滚齿加工（2）展成运动传动链展成运动传动链的两端件是：滚刀主轴－工作台，其传动路线表达式为：滚切直齿圆柱齿轮时合成机构用离合器M1，故u合成＝1。由上式可得展成运动传动链换置公式为：8.2滚齿加工（3）垂直进给运动链垂直进给运动传动链的两端件是：工作台－刀架。计算位移是：工作台转1转，刀架垂直进给f（单位为mm），其传动路线表达式为：上式中，a1/b1

和轴XVII－XVIII之间的三联滑移齿轮是垂直进给运动的换置机构。由上式得出换置公式为：8.2滚齿加工（4）附加运动传动链8.2滚齿加工3．运动合成机构在加工斜齿圆柱齿轮时，展成运动和附加运动传动链要通过合成机构合成后传递给工作台。在Y3150E上采用了行星轮机构的运动合成机构。该机构由4个z＝30的锥齿轮组成。8.2滚齿加工五、数控滚齿机简介随着数控技术的不断发展，数控滚齿机克服了普通滚齿机传动系统复杂的缺点，实现了高度自动化和柔性化控制，大大简化了普通滚齿机机械传动。普通滚齿机复杂的机械传动链，在数控滚齿机上全部分解成单个伺服电动机驱动，彼此之间的联动关系则由数控系统中专用计算机的控制软件来实现。8.2滚齿加工TransitionPage过渡页04其他齿形加工方法01齿形加工方法02滚齿加工03插齿加工一、概述1．插齿加工原理插齿加工的齿形成形原理模拟一对圆柱齿轮的啮合传动过程，其中一个是工件，另一个是端面磨有前角、齿顶及齿侧均磨有后角的插齿刀。8.3插齿加工2．插齿加工的特点（1）由于插齿刀在设计时没有滚刀的近似齿形误差，在制造时可通过高精度磨齿机获得精确的渐开线齿形，所以插齿加工的齿形精度比滚齿高。（2）齿面的表面粗糙度值小。这主要是由于插齿过程中参与包络的刀刃数远比滚齿时多。（3）运动精度低于滚齿。由于插齿时，插齿刀上各个刀齿顺次切削工件的各个齿槽，所以刀具制造时产生的齿距累积误差将直接传递给被加工齿轮，从而影响被切齿轮的运动精度。（4）齿向偏差比滚齿大。因为插齿的齿向偏差取决于插齿机主轴回转轴线与工作台回转轴线的平行度误差。由于插齿刀往复运动频繁，主轴与套筒容易磨损，所以齿向偏差常比滚齿加工时要大。（5）插齿的生产率比滚齿低。这是因为插齿刀的切削速度受往复运动惯性限制难以提高，目前插齿刀每分钟往复行程次数一般只有几百次。此外，插齿有空行程损失。（6）插齿可以加工内齿轮、双联或多联齿轮、齿条、扇形齿轮等滚齿无法完成的加工。8.3插齿加工二、插齿加工的应用1．直齿圆柱齿轮加工由插齿的加工原理可知，插齿的展成运动是插齿刀与被加工齿轮之间的啮合传动。这是一条内联系传动链，二者的转速应严格符合下式的关系：在插齿加工中，主运动是插齿刀的轴向往复运动，因而，齿轮的齿长是由主运动的轨迹形成的。显然，通过调整插齿刀的轴向往复行程，就可以加工不同齿长的齿轮。为切出全齿高，还有一个径向进给运动。为避免空行程时刀具与工件的摩擦，还有一个让刀运动。8.3插齿加工2．斜齿圆柱齿轮加工加工斜齿圆柱齿轮时的展成运动和主运动与直齿轮加工时相同，其特殊之处在于必须使插齿刀附加一个转动，以形成斜齿轮的齿向螺旋线。这一附加转动与插齿刀的轴向运动之间也必须保持严格的相对运动关系，以得到齿向螺旋角。所以，这也是一条内联系传动链。8.3插齿加工三、插齿刀1．插齿刀的类型（1）

Ⅰ型———盘状直齿插齿刀（图a）这是最常用的一种形式，用于加工直齿外齿轮和大直径内齿轮。插齿刀的内孔直径由国家标准规定，因此不同的插齿机应选用不同的插齿刀。（2）Ⅱ型———碗形直齿插齿刀（图b）它和Ⅰ型插齿刀的区别在于其刀体凹孔较深，以便容纳紧固螺母，避免在加工双联齿轮时螺母碰到工件。（3）Ⅲ型———锥柄直齿插齿刀（图c）这种插齿刀的直径较小，只能做成整体式，它主要用于加工较小的内齿轮。8.3插齿加工2．插齿刀的选择插齿刀是一个特殊的变位齿轮，即除了原始剖面O－O内具有标准齿形（变位系数x0

＝0）外，整个插齿刀可看成是由无穷多的每片厚度为无限小，且具有不同变位系数的薄片齿轮叠加而成。O－O剖面以下（如A－A剖面）和以上的每一薄片齿轮的变位系数分别为x0

＞0和x0

＜0，插齿刀的不同剖面内的顶圆半径和分度圆齿厚随着变位系数的增减而增减。因此，选择插齿刀时，必须要考虑变位系数的大小。在插齿加工时要避免下列现象的发生：（1）插齿刀加工出来的齿轮啮合时可能发生过渡曲线干涉。（2）插齿刀加工齿轮时可能发生根切。（3）插齿刀加工齿轮时可能发生顶切。（4）插齿刀加工齿轮时，刀具的齿根圆可能参加切削，从而将毛坯外圆切掉一层。8.3插齿加工TransitionPage过渡页04先进磨削技术简介01齿形加工方法02滚齿加工03插齿加工一、剃齿1．剃齿原理剃齿加工原理相当于一对螺旋齿轮作双面无侧隙啮合的过程，其中一个是剃齿刀，它是一个沿齿面齿高方向上开有很多容屑槽形成切削刃的斜齿圆柱齿轮，另一个是被加工齿轮。剃齿时，经过预加工的工件装在心轴上，顶在机床工作台上的两顶尖间，可以自由转动；剃齿刀装在机床的主轴上，在机床的带动下与工件作无侧隙的螺旋齿轮啮合传动，带动工件旋转。8.4其他齿形加工方法2．剃齿的工艺特点及应用（1）剃齿加工效率高，一般2～4min便可完成一个齿轮的加工。剃齿加工的成本也很低，平均比磨齿低90％，剃齿刀一次刃磨可以加工1500多个齿轮，一把剃齿刀约可加工10000个齿轮。（2）剃齿加工对齿轮的切向误差的修正能力差，因此，在工序安排上应采用滚齿作为剃齿的前道工序，因为滚齿运动精度比插齿好，滚齿后的齿形误差虽然比插齿大，但这在剃齿工序中却不难纠正。（3）剃齿加工对齿轮的齿形误差和基节误差有较强的修正能力，因而有利于提高齿轮的齿形精度。剃齿加工精度主要取决于刀具，只要剃齿刀本身精度高、刃磨质量好，就能够剃出表面粗糙度为Ra1.25～0.32μm、精度为7～6级的齿轮。（4）剃齿刀通常用高速钢制造，可剃制齿面硬度低于35HRC的齿轮。剃齿加工在汽车、拖拉机及金属切削机床等行业中应用广泛。8.4其他齿形加工方法二、珩齿1．珩齿原理珩齿是一种用于加工淬硬齿面的齿轮光整加工方法。工作时它与工件之间的相对运动关系和剃齿相同，所不同的只是用珩磨轮代替剃齿刀。作为切削工具的珩磨轮是一个用磨料和环氧树脂等材料作结合剂浇铸或热压而成的、具有很高齿形精度的塑料齿轮，它不像剃齿刀有许多切削刃。在珩磨轮与工件啮合的过程中，依靠珩磨轮齿面密布的磨粒，以一定的压力和相对滑动速度对工件表面进行切削。8.4其他齿形加工方法2．珩齿的特点（1）珩齿时由于切削速度低，加工过程为低速磨削、研磨和抛光的综合作用过程，故工件被加工齿面不会产生烧伤和裂纹，表面质量好。（2）由于珩轮弹性大、加工余量小、磨料粒度号大，所以珩齿修正误差的能力较差；另外珩轮本身的误差对加工精度的影响也很小。珩前的齿槽预加工应尽可能采用滚齿，因为滚齿的运动精度高于插齿，从而可在珩齿工序中降低对齿距累积误差等进行修正的要求。（3）与剃齿刀相比，珩轮的齿形简单，容易获得高精度的齿形。（4）生产率高，一般为磨齿和研齿的10～20倍。刀具寿命也很高，珩轮每修正一次，可加工齿轮60～80件。3．珩齿的应用珩齿修正误差的能力不强，主要用来减小齿轮热处理后齿面的表面粗糙度值，一般可从Ra1.6μm减小到Ra0.4μm以下。珩齿一般用于大批大量生产中6～8级精度淬火齿轮的加工。8.4其他齿形加工方法三、磨齿磨齿加工是适用于淬硬齿轮的精加工方法。其加工精度可达到4～6级，表面粗糙度Ra值为0.2～0.8μm。磨齿采取强制啮合方式，不仅修正误差的能力强，而且可以加工表面硬度很高的齿轮。但磨齿加工效率较低，机床结构复杂，调整困难，加工成本高。磨齿加工常用的方法是展成法。常见的磨齿机有大平面砂轮磨齿机、碟形砂轮磨齿机、锥面砂轮磨齿机和蜗杆砂轮磨齿机。其中，大平面砂轮磨齿机加工精度最高，但效率较低；蜗杆形砂轮磨齿机效率较高，精度可达6级。8.4其他齿形加工方法8.4其他齿形加工方法8.4其他齿形加工方法加工模数m＝3mm的直齿圆柱齿轮，齿数z1

＝26，z2

＝34，试选择盘形齿轮铣刀的刀号。在相同的切削条件下，哪个齿轮的加工精度高，为什么？加工一个模数m＝5mm、齿数z＝40、螺旋角β＝15°的斜齿圆柱齿轮，应选何种刀号的盘形齿轮铣刀？何谓齿轮滚刀的基本蜗杆？齿轮滚刀与基本蜗杆有何相同与不同之处？齿轮滚刀的前角和后角是怎样形成的？为何说插齿刀相当于一个变位齿轮？为何剃齿的加工精度高于滚齿和插齿？为何剃齿时没有像滚齿和插齿那样对刀具与工件间的传动比必须有严格要求？滚齿、插齿、剃齿和珩齿加工各有何特点？思考与练习题插齿刀有哪几种结构形式？齿轮滚刀的容屑槽形式、直径和螺旋升角、头数等结构参数的变化，对滚齿加工和滚齿精度有何影响？Y3150E滚齿机有哪些运动传动链，各有什么作用？数控滚齿机有何特点？常用的磨齿加工有哪几种方法？各自的原理和特点是什么？思考与练习题机械制造技术第9章其他加工方法ContentsPage目录页03螺纹加工01刨削与插削加工02拉削加工TransitionPage过渡页03螺纹加工01刨削与插削加工02拉削加工9.1一、刨削加工1．刨削加工方法刨削加工是在刨床上通过刀具与工件之间的相对直线运动，切除工件上的余量，形成平面的加工方法，是平面加工的主要方法之一，可加工平面、沟槽、成形面。刨削可分为粗刨和精刨，精刨后的表面粗糙度可达Ra3.2～1.6μm，两平面之间的尺寸精度可达IT9～IT7，直线度可达0.04～0.12mm/m。刨削加工是在刨床上进行的。常用的刨床有牛头刨床和龙门刨床。牛头刨床主要用于加工中小型零件，龙门刨床则用于加工大型零件或同时加工多个中型零件。刨削与插削加工9.12．刨削加工的特点（1）通用性好

可加工垂直、水平的平面，还可加工T型槽、V型槽、燕尾槽等各种类型的平面。（2）生产率低

刨削加工的主运动是刨刀的直线往复运动。由于往复运动换向时惯性的影响，限制了切削速度的提高，并且在回程时不切削，所以刨削加工生产效率低。但在加工窄长的平面（如机床导轨面），刨削加工的生产率要高于铣削加工。（3）加工精度不高

与铣削的加工精度大致相当，由于切削速度不高，在加工钢件时，易产生积屑瘤，影响表面质量。但在龙门刨床上用宽刃精刨工艺加工可以达到较高的表面质量。（4）加工成本

刨削所需的机床、刀具结构简单，制造安装方便，调整容易，加工成本较低，在单件、小批生产中特别是加工狭长平面时被广泛应用。刨削与插削加工9.13．刨床

在牛头刨床上加工时，工件一般采用平口钳或螺栓压板安装在工作台上，刀具装在滑枕的刀架上。滑枕带动刀具作往复直线主切削运动，工作台带动工件沿垂直于主运动方向作间歇进给运动。刀架后的转盘可绕水平轴线扳转角度。刨削与插削加工9.13．刨床

在龙门刨床上加工时，工件用螺栓压板直接安装在工作台上或用专用夹具安装，刀具安装在横梁上的垂直刀架上或工作台两侧的侧刀架上。工作台带动工件的往复直线运动为主运动，刀具沿垂直于主运动方向的间歇运动为进给运动。各刀架也可以绕水平轴线扳转角度，故同样可以加工平面、斜面及沟槽。刨削与插削加工9.1二、插削加工插削加工可以认为是立式刨削加工，主要用于单件小批生产中加工零件的内表面，例如孔内键槽、方孔、多边形孔和花键孔等；也可以加工某些不便于铣削或刨削的外表面（平面或成形面）。其中用得最多的是插削各种盘类零件的内键槽。刨削与插削加工9.1刨削与插削加工TransitionPage过渡页03螺纹加工01刨削与插削加工02拉削加工9.2一、拉削过程及特点拉刀是加工内外表面的多齿高效刀具，它依靠刀齿尺寸或廓形变化切除加工余量，以达到要求的形状尺寸和表面粗糙度。拉削的主运动是拉刀的轴向移动，对余量的切除是靠拉刀各个刀齿的齿升量来完成的。因此，拉床只有主运动，没有进给运动。拉削时，拉刀作平稳的低速直线运动。拉刀的主运动通常由液压系统驱动。拉削加工9.2拉削的特点如下：（1）生产率高

拉削时，拉刀同时工作的刀齿数多、切削刃长，且拉刀的刀齿分粗切齿、精切齿和校准齿，在一次工作行程中就能够完成工件的粗、精加工及修光，机动时间短。（2）可以获得较高的加工质量

拉刀为定尺寸刀具，具有校准齿进行校准、修光工作；拉床采用液压系统，传动平稳；拉削速度低（vc

＝2～8m/min），不会产生积屑瘤，精度可以达IT8～IT7级，表面粗糙度为Ra1.6～0.4μm。（3）拉刀寿命高，使用总寿命长

拉削时，切削速度低、切削厚度小；在每次拉削过程中，每个刀齿只切削一次，工作时间短，拉刀磨损慢。另外，拉刀刀齿磨钝后，还可刃磨几次。（4）拉削属于封闭式切削，容屑、排屑和散热均较困难，应重视对切屑的妥善处理

通常在刀刃上磨出分屑槽，并给出足够的齿间容屑空间及合理的容屑槽形状，以便切屑自由卷曲。（5）拉刀制造复杂，成本高。一把拉刀只适用于加工一种规格尺寸的型孔或槽。拉削加工9.2二、拉削方式1．分层拉削法（1）同廓式拉削法

按同廓式拉削法设计的拉刀，各刀齿的廓形与被加工表面的最终形状一样。它们一层层地切去加工余量，由拉刀的最后一个切削齿和校准齿切出工件的最终尺寸和表面。采用这种拉削方式能达到较小的表面粗糙度值，但单位切削力大，且需要较多的刀齿才能把余量全部切除，拉刀较长，刀具成本高，生产率低，并且不适于加工带硬皮的工件。拉削加工9.2（2）渐成式拉削法

按渐成式拉削法设计的拉刀，各刀齿可制成简单的直线或圆弧，它们一般与被加工表面的最终形状不同，被加工表面的最终形状和尺寸是由各刀齿切出的表面连接而成。这种拉刀制造比较方便，但它不仅具有同廓式的同样缺点，而且加工出的工件表面质量较差。拉削加工9.22．分块拉削法（1）轮切式拉削法

拉刀的切削部分由若干齿组组成，每个齿组中有2～5个刀齿，它们的直径相同，共同切下加工余量中的一层金属，每个刀齿仅切去一层中的一部分。（2）综合轮切式拉削法

综合轮切式拉刀集中了同廓式与轮切式的优点，粗切齿制成轮切式结构，精切齿则采用同廓式结构，这样既缩短了拉刀长度，提高生产率，又能获得较好的工件表面质量。综合轮切式拉刀刀齿齿升量分布较合理，拉削较平稳，加工表面质量高，但综合轮切式拉刀的制造较困难。拉削加工9.2三、拉刀的组成与结构要素1．拉刀的组成

前柄部是拉刀与机床的连接部分，用以夹持拉刀、传递动力；颈部是前柄部和过渡锥之间的连接部分；过渡锥是颈部与前导部之间的锥度部分，起对准中心的作用，使拉刀易于进入工件孔；前导部用于引导拉刀的切削齿正确地进入工件孔，可防止刀具进入工件孔后发生歪斜。同时还可以检查预加工孔尺寸；切削部担负切削工作，切除工件上全部的拉削余量，由粗切齿、过渡齿和精切齿组成；校准部用以校正孔径，修光孔壁，还可以作精切齿的后备齿；后导部用以保证拉刀最后的正确位置，防止拉刀即将离开工件时，工件下垂而损坏已加工表面；后柄柄部部用做大型拉刀的后支承，防止拉刀下垂。拉削加工9.22．拉刀的结构要素（1）齿升量af

是前后两相邻刀齿（或两组刀齿）的高度差（或半径差）。同廓式圆孔拉刀的齿升量是相邻两个刀齿半径之差。轮切式圆孔拉刀的齿升量是相邻两组刀齿半径之差。（2）圆孔拉刀刀齿的直径

拉刀上第一个切削齿的直径等于预加工孔的公称直径，应使其无齿升量，目的是防止在预加工孔径偏小时，不致因负荷太大而使第一刀齿过早磨损或损坏。从第二个刀齿开始，各刀齿的直径按齿升量依次递增。最后一个切削齿的直径应等于校准齿的直径。拉削加工TransitionPage过渡页03螺纹加工01刨削与插削加工02拉削加工9.3一、螺纹的车削加工螺纹车削加工是在卧式车床或丝杠车床上采用螺纹车刀或螺纹梳刀车削螺纹。螺纹的廓形由车刀的刃形所决定，螺距依靠调整机床的运动来保证，刀具结构简单。该方法是单件和小批生产螺纹工件的常用方法。

螺纹梳刀实质是多齿的螺纹车刀，一般有6～8个刀齿，分为车削与校准两部分。螺纹梳刀切削部分带有切削锥，担负主要的切削工作；校准部分廓形完整，起校准作用。用螺纹梳刀车削螺纹，生产效率高，但刀具结构复杂，适于中、大批量生产中车削细牙的短螺纹工件。普通车床车削梯形螺纹的螺距精度一般只能达到IT9～IT8级，在专门化的螺纹车床上加工螺纹，生产率或精度可显著提高。螺纹加工9.3二、螺纹的铣削加工螺纹铣削在螺纹铣床上用盘形铣刀或梳形铣刀进行。盘形铣刀主要用于铣削丝杠、蜗杆等工件上的梯形外螺纹。梳形铣刀用于铣削内、外普通螺纹和锥螺纹，由于是用多刃铣刀铣削，其工作部分的长度又大于被加工螺纹的长度，故工件只需要旋转1.25～1.5转就可加工完成"生产率很高。螺纹加工9.3螺纹的旋风铣削是用安装在刀盘上的多把成形刀，借助于刀盘旋转中心与工件中心的偏心量e来完成渐进式的高速铣削。加工时，刀盘的旋转轴线相对于工件轴线倾斜一个螺旋升角ψ，工件低速旋转（4～25r/min），刀盘与工件同向高速旋转（≥1000r/min），工件每转360°刀盘纵向进给一个导程，从而铣出螺纹，一般均为一次进给完成加工，生产率较盘铣刀铣削高3～8倍。螺纹加工9.3三、攻螺纹和套螺纹攻螺纹是用丝锥加工内螺纹，套螺纹是用板牙加工外螺纹。攻螺纹或套螺纹的加工精度取决于丝锥或板牙的精度。攻螺纹和套螺纹可用手工操作，亦可用攻螺纹夹头在车床!钻床!攻丝机和套丝机等专用机床上进行。箱体等零件上的小螺孔，在单件小批生产时，多用手工攻螺纹；成批或大批量生产时则采用攻螺纹夹头在普通钻床或专业组合机床上进行。螺纹加工9.3丝锥由工作部分和尾柄组成。工作部分和尾柄实际上是一个轴向开槽的外螺纹，分切削和校准两部分。切削部分担负着整个丝锥的切削工作，为使切削负荷能分配在各个刀齿上，切削部分一般做成圆锥形；校准部分有完整的廓形，用以校准螺纹廓形和起导向作用。柄部用以传递扭矩，其形状和尺寸视丝锥的用途不同而不同。螺纹加工9.3套螺纹使用圆板牙，它的基本结构是一个螺母，在端面上钻出几个排屑孔以形成刀刃，两端磨出切削锥，中间部分为校准齿。板牙的廓形因属内表面，很难磨制，因此，板牙的加工精度一般较低。螺纹加工9.3四、螺纹滚压螺纹滚压是用成形滚压模具使工件产生塑性变形以获得螺纹的加工方法。螺纹滚压一般在滚丝机、搓丝机或在附装自动开合螺纹滚压头的自动车床上进行，适用于大批量生产标准紧固件和其他螺纹连接件的外螺纹。滚压螺纹的外径一般不超过25mm，长度不大于100mm，螺纹精度可达2级，所用坯件的直径大致与被加工螺纹的中径相等。

搓螺纹两块带螺纹牙形的搓螺纹板错开1/2螺距相对布置，静板固定不动，动板作平行于静板的往复直线运动。当工件送入两板之间时动板前进搓压工件使其表面塑性变形而成螺纹。搓螺纹的直径范围为2.6～25mm，中径公差等级为7～5级，Ra值为1.6～0.8μm。螺纹加工9.3滚螺纹轮外圆周上具有与工件螺纹截面形状完全相同，但旋向相反的螺纹。滚螺纹时工件放在两个滚螺纹轮之间。两滚螺纹轮作同向等速旋转，带动工件旋转，同时一滚螺纹轮向另一滚螺纹轮作径向进给，从而逐渐挤压出螺纹。滚螺纹的工件直径为0.3～120mm，精度可达3级，表面粗糙度Ra值为0.8～0.2μm。滚螺纹生产率较搓螺纹低，可用来滚制螺钉、丝锥等。利用三个或两个滚轮，并使工件做轴向移动，可滚制丝杠。螺纹加工9.3五、螺纹磨削螺纹磨削是在螺纹磨床上加工精密螺纹，如螺纹量规、丝锥、精密丝杠及滚刀等，在车削或铣削之后，需在专用螺纹磨床上进行磨削。按砂轮截面形状不同分单片砂轮和多片砂轮磨削两种。单片砂轮磨削能达到的螺距精度为5～6级，表面粗糙度为Ra1.25～0.08μm，砂轮修整较方便。这种方法适于磨削精密丝杠、螺纹量规、蜗杆、小批量的螺纹工件和铲磨精密滚刀。多片砂轮磨削又分纵磨法和切入磨法两种。螺纹加工拉削加工的特点是什么？拉削加工适用于什么场合？试述拉削有几种方式，各有何优缺点及适用范围。综合轮切式圆孔拉刀的各类刀齿齿升量af

是如何确定的？在牛头刨床上如何加工T形槽和燕尾槽？试比较刨削加工与铣削加工在加工平面和沟槽时各自的特点。常用的螺纹加工方法有哪些？试比较它们的加工特点与适用范围。思考与练习题机械制造技术第10章精密和特种加工ContentsPage目录页03特种加工技术01精密、超精密及纳米加工技术02微机械加工技术TransitionPage过渡页03特种加工技术01精密、超精密及纳米加工技术02微机械加工技术10.1一、概述通常将加工精度在0.1～1μm，加工表面粗糙度在Ra0.1～0.02μm之间的加工方法称为精密加工；而将加工精度高于0.1μm，加工表面粗糙度小于Ra0.01μm的加工方法称为超精密加工。精密、超精密加工主要包括下面三个领域：（1）超精密切削加工如采用金刚石刀具进行超精密切削，加工各种镜面。它成功地解决了用于激光核聚变系统和天体望远镜中的大型抛物面加工。（2）超精密磨削和研磨加工如高密度硬磁盘的涂覆表面加工和大规模集成电路基片的加工，以及高等级的量块加工等。（3）精密特种加工如在大规模集成电路芯片上，采用电子束、离子束的刻蚀方法制造图形，目前可以实现0.1μm线宽。精密、超精密及纳米加工技术10.1二、超精密机械加工工艺1.超精密切削加工工艺超精密切削加工工艺主要是超精密车削。

超精密切削的关键技术之一是超精密加工的刀具，它确保在亚微米和纳米条件下能够精确地切除一层极薄的材料。目前微小刀具的尺寸可达50～100μm，如果加工几何特征在亚微米甚至纳米级，刀具直径必须再缩小。

超精密加工还必须有高精度的机床来保证，机床最重要的元件是轴承和移动工作台。目前已广泛使用静压空气轴承和液压轴承，其回转精度在0.1μm以内，刚度为102～103N/μm。在短时间运动中精度可达数纳米。移动工作台的定位精度和直线性要求很高。精密、超精密及纳米加工技术10.12.超精密磨削精密磨削是利用精细修整的粒度为60＃～80＃的砂轮进行磨削，其加工精度可达1μm，表面粗糙度可达Ra0.025μm。超精密磨削是利用精细修整的粒度为W40～W5的砂轮进行磨削，其加工精度可达0.1μm，表面粗糙度可达Ra0.025～0.008μm。超精密磨削的特点：（1）精密磨床是超精密磨削的关键。（2）超精密磨削是一种超微量去除加工（3）超精密磨削是一个高精度、高稳定性的系统工程。精密、超精密及纳米加工技术10.13．超精密研磨与抛光研磨为次终加工工序，它将磨料及其附加剂涂于或嵌在研磨工具的表面，在一定的压力下压向被研磨工件，并借助工具与工件表面间的相对运动，从被研磨工件表面除去极薄的金属层，将平面度误差降低至数微米以下，并去前道工序（通常为磨削）产生的损伤层。使工件的形状、尺寸精度达到要求值，并降低表面粗糙度、减小加工变质层。

典型的超精密研磨方法有油石研磨、弹性发射加工，磁力研磨、电解研磨、浮动研磨抛光等。精密、超精密及纳米加工技术10.1研磨加工的特点：研磨加工时，有众多磨粒同时参与工作，单个磨粒所受载荷很小，可得到小于1μm的背吃刀量，实现微量切削；由于磨粒形状为随机分布，可实现多方向切削，磨粒的切削和破碎机率均等，可实现自动修锐；研具与工件接触时，在非强制性研磨压力作用下，自动地选择局部凸出处进行加工，仅切除两者凸出处的材料。从而使研具与工件相互修整并逐步提高精度。加工精度主要取决于工件与研具间的接触性质和压力特性，以及相对运动轨迹的形态等因素。在合适条件下，加工精度能超过机床本身的精度。精密、超精密及纳米加工技术10.1抛光是目前主要的表面终加工手段，目的是降低表面粗糙度并去除研磨形成的损伤层，获得光滑、无损伤的加工表面。抛光过程中材料去除量十分微小，约为5μm。将含微细磨料的抛光液喷洒在软质抛光垫上，利用机械、化学或电化学的作用，对工件的表面进行微细加工。抛光使用的磨粒是1μm以下甚至几纳米的微细磨粒，抛光垫可由沥青、石蜡、合成树脂、聚胺脂和人造革等软质材料制成，微小的磨粒被抛光垫弹性地夹持抛光工件。精密、超精密及纳米加工技术TransitionPage过渡页03特种加工技术02微机械加工技术01精密、超精密及纳米加工技术10.2一、概况

微型机电系统（MEMS）是指可以批量制作的，集微型机构、微型传感器、微型执行器以及信号处理和控制电路，甚至外围接口、通信电路和电源等于一体的微型器件或系统。其主要特点为体积小（特征尺寸范围为1nm～10mm），重量轻，耗能低，性能稳定；有利于大批量生产，降低生产成本；惯性小，谐振频率高，响应时间短；集约高技术成果，附加值高等。微型机电系统体积小，能耗低，智能化程度高，其应用领域十分广泛。例如：在生物医疗中，“智能药丸”微型机械可通过口服或皮下注射进入人体，探测和清除人体内的癌细胞，此外，还可用于视网膜手术、修补血管等。在工业领域，维修用的微型机械产品可以在狭窄空间和恶劣环境下进行诊断和修复工作。如在管路检修和飞机内部检修等场合使用。大量的微型机电系统又可以发挥集群优势，清除大机器锈蚀，检查和维修高压容器、船舶的焊缝。微机械加工技术10.2二、微机械加工技术1．半导体加工技术（1）光刻加工技术

光刻加工可分为两个阶段，第一阶段为原版制作，生成工作原版或工作掩膜，为光刻时的模板，第二阶段为光刻。微机械加工技术10.2（2）体微机械加工技术

体微机械加工是一种对硅衬底的某些部位用腐蚀技术有选择地去除一部分以形成微型机械结构的工艺，常用的主要有湿法腐蚀和干法腐蚀两种。湿法腐蚀是利用化学腐蚀的方法对硅片进行加工的技术，一般用各向同性化学腐蚀、各向异性化学腐蚀和电化学腐蚀。

干法腐蚀是利用粒子轰击时对材料的某些部位进行选择性腐蚀的方法，即采用等离子体腐蚀、离子束和溅射腐蚀、反应离子束腐蚀等工艺来腐蚀多晶硅膜、氧化硅膜、氮化硅膜以形成微型机械结构。（3）面微机械加工技术

面微机械加工技术是在硅表面根据需要生成多层薄膜，如二氧化硅、多晶硅、氮化硅、磷硅玻璃膜层，在硅平面上形成所需要的形状，甚至是可动部件。

该技术的优点是在制造过程中所使用的材料和工艺与常规集成电路的生产有很强的兼容性，不必另外投资；再者，只要在制膜上略加改动，就可以用同样的方法制造出大量的不同结构。其最大的优势在于把机械结构和电子电路集成一起的能力，从而使微产品具有更好的性能和更高的稳定性。微机械加工技术10.22．LIGA技术和准LIGA技术

LIGA技术是一种由半导体光刻工艺派生出来的，采用光刻方法一次生成三维空间微型机械构件的方法，该技术的机理由深层X射线光刻、电铸成形及注塑成形三个工艺组成。它的主要工艺过程为X光光刻掩膜板的制作、X光深光刻、光刻胶显影、电铸成形、塑模制作、塑模脱模成形等。LIGA技术具有平面内几何图形的任意性、高深宽比、高精度、小粗糙度、原材料的多元性等突出优点，适用于多种金属、非金属材料制成大缩比的微型构件。微机械加工技术10.23．集成电路（IC）技术

这是一种发展十分迅速且较成熟的制作大规模电路的加工技术，在微型机械加工中使用较为普遍，是一种平面加工技术。但该技术的刻蚀深度只有数百纳米，且只限于制作硅材料的零部件。4．超微型机械加工和电火花线切割加工用小型精密金属切削机床及电火花、线切割等加工方法，制作毫米级尺寸左右的微型机械零件，是一种三维实体加工技术，加工材料广泛，但多是单件加工、单件装配，费用较高。5．键合技术键合技术是一种把两个固体部件在一定温度与电压下直接键合在一起的封装技术，期间不用任何黏接剂，在键合过程中始终处于固相状态。它可以是硅－玻璃静电键合，也可以是硅－硅直接键合。它可实现硅一体化微型机械结构，不存在界面失配问题，有利于提高器件性能。微机械加工技术TransitionPage过渡页03特种加工技术02微机械加工技术01精密、超精密及纳米加工技术10.3一、电火花加工1．加工原理电火花加工是利用脉冲放电对导电材料的腐蚀作用去除材料，以满足一定形状和尺寸要求的一种加工方法。特种加工技术10.32．电火花加工的工艺特点（1）可以加工任何高硬度、难切削的导电材料。在一定条件下也可加工半导体材料和非导电材料。（2）加工时“无切削力”，有利于小孔、薄壁、窄槽及各种复杂截面的型孔、曲线孔、型腔等零件的加工，也适用精密细微加工。（3）由于脉冲参数可根据需要任意调节，因而粗、半精、精加工可以在同一台机床上连续进行。精加工时，表面粗糙度可达Ra1.6～0.8μm；通孔加工精度可达0.05～0.01mm；型腔加工精度可达0.1mm左右。（4）电火花加工设备结构比较简单，操作比较容易掌握。特种加工技术10.33．电火花加工的应用（1）通孔加工

可加工各种型孔（圆孔、方孔、条边孔、异形孔）、曲线孔（弯孔、螺纹孔）、小孔、微孔等，如落料模，复合模、级进模、喷丝孔等。（2）型腔加工

锻模、压铸模、挤压模、胶木模以及整体式叶轮、叶片等曲面零件的加工。（3）线切割加工

利用移动的细金属丝（钼丝、钨钼丝、黄铜丝）作电极，按所要求的轨迹切割工件。（4）回转共轭加工

将工具电极做成齿轮状和螺纹状，利用回转共轭原理，可分别加工相同模数不同齿数的内外齿轮和相同螺距、齿形的内外螺纹。（5）电火花回转加工

加工时将工具电极回转，类似钻削和磨削，可提高加工精度。这时工具电极可分别做成圆柱形和圆盘形。（6）金属表面强化（7）打印标记、仿形刻字等特种加工技术10.3特种加工技术10.3二、电解加工1．加工原理电解加工是利用金属在电解液中产生阳极溶解的电化学原理对工件进行成形加工的一种方法。特种加工技术10.32．电解加工的特点和应用电解加工采用低电压（6～24V）、大电流（500～20000A）工作；能以简单的进给运动一次加工出形状复杂的型面或型腔（如锻模、叶片等）；生产效率较高，为电火花加工的5～10倍以上，在某些情况下比切削加工的生产效率还高；加工中无机械切削力或切削热；但加工精度不太高，平均精度为±0.1mm左右；附属设备较多，造价昂贵，占地面积大；另外电解液腐蚀机床，且容易污染环境。电解加工主要用于型孔、型腔、复杂型面、深小孔、套料、膛线、去毛刺、刻印等加工。可加工高硬度、高强度和高韧性等难切削的金属材料（如淬火钢、高温合金、钛合金等），适于易变形或薄壁零件的加工。特种加工技术10.3三、激光加工1．加工原理激光是一种亮度高、方向性好、单色性好的相干光。由于激光发散角小和单色性好，在理论上可聚焦到尺寸与光的波长相近的小斑点上，加上亮度高，其焦点处的功率密度可达107

～1011W/cm2，温度可高至万摄氏度左右。在此高温下，坚硬的材料将瞬时急剧熔化和蒸发，并产生强烈的冲击波，使熔化物质爆炸式地喷射去除。激光加工正是利用这种原理工作的。特种加工技术10.32．工艺特点（1）激光加工几乎可以加工一切金属和非金属材料，如硬质合金、不锈钢、陶瓷玻璃、金刚石及宝石等。（2）加工效率高，打一个孔只需要0.001s；易于实现自动化生产和流水作业。（3）加工时不用刀具，属非接触式加工。工件不产生机械加工变形，热变形极小，可加工十分精微的尺寸。例如，加工的微孔直径一般为0.01～1mm。最小可达0.001mm。（4）可通过空气、惰性气体或光学透明介质进行加工。特种加工技术10.33．激光加工的应用（1）激光打孔

激光打孔目前已应用于化纤喷丝头打孔、仪表中的宝石轴承打孔、金刚石拉丝模具加工等方面。（2）激光切割

所谓激光切割，实际就是在板材上连续地进行激光打孔，从而分割材料。（3）激光热处理

激光热处理是用激光对金属工件表面进行扫描，在极短时间内，工件表面被加热到淬火温度，并由于表面高温迅速向内部传导而又被冷却，从而使工件表面淬硬。（4）激光焊接

主要适于点焊和缝焊。激光焊接多用于晶体管元件及微型精密仪表的加工。特种加工技术10.3四、精密特种加工工艺1．电子束加工电子束加工是利用能量密度很高的高速电子流，在一定真空度的加工舱中使工件材料熔化、蒸发和气化而予以去除的高能束加工。电子束加工的特点是局部可聚集极高的能量密度，能加工难加工材料。电子束加工热应力变形小，故适于热敏材料的加工。电子束可汇集成几微米的小斑点，适于加工精密微细孔和窄缝。电子束加工可以分割成很多细束，故能实现多束同时加工。在真空条件下加工，工件被污染少，适于加工易氧化的材料。它的缺点是必须有真空设备和X射线防护壁。因为有一小部分电子能量会转化成X射线能量，因此限制了它的使用范围。电子束加工的应用范围几乎和激光加工一样，但是与激光加工相比，其能量密度高，射束直径可以聚得更小，能使加工更精密，因此电子束加工有其独特的应用领域，在半导体产业中有其特殊的地位。特种加工技术10.32．离子束加工离子束加工被认为是最有前途的超精密加工和微细加工方法。这种加工方法是利用氩（Ar）离子或其他带有10keV数量级动能的惰性气体离子，在电场中加速，以其动能轰击工件表面而进行加工。根据用途不同，离子束加工可以分为离子束溅射去除加工、离子束溅射镀膜加工及离子束溅射注入加工。离子束加工是一种很有价值的超精密加工方法，它不会像电子束加工那样产生热并引起加工表面的变形。它可以达到0.01μm的机械分辨率。离子束加工是一个能实现亚微米和纳米乃至原子级的超精密加工技术，目前主要用于离子刻蚀、离子磨、离子镀以及精微打孔、刻蚀、切割、研磨、抛光等。特种加工技术10.3五、超声波加工1．加工原理超声波加工是利用超声频振动（＞16kHz）的工具冲击磨料或直接对工件进行加工的一种方法。特种加工技术10.32．工艺特点（1）超声波加工主要依靠冲击作用，工件材料脆性愈大，加工效率愈高。而对于韧性大的材料，加工效果较差。（2）超声波加工精度较高，表面粗糙度值可低于Ra0.1μm。（3）加工过程中，对工件宏观作用力小，热影响小。（4）超声波加工可用于加工非导电材料。（5）适用于加工各种复杂形状的型孔、型腔和成形表面等。3．超声波加工的应用（1）广泛应用于加工玻璃、陶瓷、石英、玛瑙、宝石、金刚石、锗、硅等不导电材料和半导体材料。（2）广泛用于硬脆材料的孔加工、套料、切割、雕刻以及研磨金刚石拉丝模等。（3）与其他加工方法（如切削加工、电加工）配合，进行复合加工，可以提高生产效率。特种加工技术10.3六、水射流加工1．水射流加工的基本原理与特点（1）水射流加工的基本原理

水射流加工是利用水或加入添加剂的水液体，经水泵至贮液蓄能器使高压液体流动平稳，再经增压器增压，使其压力达到70～400MPa，最后由人造蓝宝石喷嘴形成300～900m/s的高速液体流速，喷射到工件表面，从而达到去除材料的加工目的。特种加工技术10.3（2）水射流加工的特点采用水射流加工时，工件材料不会受热变形，切缝很窄（0.075～0.40mm），材料利用率高，加工精度一般可达0.075～0.1mm。高压水束永不会变“钝”，各个方向都有切削作用，使用水量不多。加工开始时不需进刀槽、孔，工件上任意一点都能开始和结束切削，可加工小半径的内圆角。与数控系统相结合，可以进行复杂形状的自动加工。加工区温度低，切削中不产生热量，无切屑、毛刺、烟尘、渣土等，加工产物混入液体排出，故无灰尘、无污染，适合木材、纸张、皮革等易燃材料的加工。2．水射流加工的应用水射流加工的流束直径为0.05～0.38mm，最大加工厚度可达100mm。除大理石、玻璃外，还可以加工很薄、很软的金属和非金属材料。已广泛应用于普通钢、装甲钢板、不锈钢、铝、铅、铜、钛合金板，以至塑料、陶瓷、胶合板、石棉、石墨、混凝土、岩石、地毯、玻璃纤维板、橡胶、棉布、纸、塑料、皮革、软木、纸板、蜂巢结构、复合材料等近80种材料的切削。特种加工技术试论述精密、超精密和纳米加工的概念、特点及其重要性。试论述精密、超精密加工的领域及精密、超精密加工应遵循的原则。精密特种加工工艺有哪些，各有何特点？试论述特种加工的种类、特点与应用范围。试述电火花成形加工原理及其极性效应。试述电解加工的机理、特点及应用范围。试比较电子束、离子束、激光加工的原理、特点及应用范围。试述超声波加工的机理、设备组成、特点及应用。试述水射流加工的基本原理与特点。思考与练习题机械制造技术第11章典型表面加工方法ContentsPage目录页04成形表面加工01外圆表面加工02内孔表面加工03平面加工TransitionPage过渡页04成形表面加工01外圆表面加工02内孔表面加工03平面加工一、外圆表面的技术要求（1）尺寸精度指外圆表面直径和长度的尺寸精度。（2）形状精度指外圆柱表面的圆度、圆柱度、母线直线度和轴线直线度。（3）位置精度指外圆表面与其他表面（外圆表面或内孔表面）间的同轴度、对称度、位置度、径向圆跳动；与平面（端平面）间的垂直度、倾斜度等。（4）表面质量主要指表面粗糙度、表面层的物理力学性能（如表层硬度、残余应力、显微组织等）。11.1外圆表面加工二、外圆表面的加工方法外圆表面加工最常用的切削加工方法有：车削、磨削；特种加工方法有旋转电火花线切割和超声波套料等。当精度及表面质量要求很高时，还需进行光整加工。11.1外圆表面加工11.1外圆表面加工1．外圆表面车削加工（1）粗车

采用大的背吃刀量、较大的进给量及中等或较低切削速度，尽快切除多余材料，提高生产率。粗车后应留有半精车或精车的加工余量。粗车的尺寸精度达IT13～IT10，表面粗糙度可达到Ra50～10μm。对于要求不高的非功能性表面，粗车可作为最终加工；而对于要求高的表面，粗车作为后续工序的预加工。（2）半精车

在粗车的基础上进行，其背吃刀量和进给量均较粗车时小，进一步提高外圆表面的尺寸精度、形状和位置精度及表面质量。半精车可作为中等精度外圆表面的终加工，也可作为高精度外圆表面磨削或精车前的预加工。半精车尺寸精度可达IT11～IT10，表面粗糙度可达到Ra10～2.5μm。11.1外圆表面加工（3）精车

作为高精度外圆表面的终加工，其主要目的是达到零件表面的加工要求。要求使用高精度的车床，选择合理的车刀几何角度和切削用量。采用的背吃刀量和进给量比半精车还小，为避免产生积屑瘤，常采用高速精车或低速精车。精车后尺寸精度可达IT8～IT7，表面粗糙度可达到Ra2.5～1.25μm。（4）金刚石镜面车

其尺寸精度可达IT6～IT5，表面粗糙度低于Ra1.25～0.01μm。一般用于单件、小批量的高精度外圆表面的终加工或无法磨削的有色金属零件的高精度外圆加工。11.1外圆表面加工2．外圆表面磨削加工（1）粗磨

粗磨采用较粗磨粒的砂轮和较大的进给量，以提高生产率。粗磨的尺寸精度可达IT9～IT8，表面粗糙度可达Ra10～1.25μm。（2）精磨

精磨采用较细磨粒的砂轮和小进给量，以获得较高的精度和表面质量。精磨的尺寸精度可达IT7～IT6，表面粗糙度可达Ra1.25～0.16μm。（3）光整加工

如果工件精度要求IT5以上、表面粗糙度要求达Ra0.1μm以下，则在经过精车或精磨以后，还需进行表面光整加工。常用的外圆表面光整加工方法有研磨、超级光磨和抛光、滚压等。11.1外圆表面加工三、外圆表面加工方案

1．低精度外圆表面加工对于加工精度和表面质量要求低的各种零件的外圆表面（淬火钢件除外），经粗车即可达到要求，尺寸精度达IT13～IT10，表面粗糙度为Ra80～10μm。2．中等精度外圆表面加工对于非淬火工件的外圆表面，粗车后再经一次半精车即可达到要求，尺寸精度达IT11～IT8，表面粗糙度为Ra10～2.5μm。3．较高精度外圆表面加工（1）粗车－半精车－磨削

此方案适用于加工精度较高的淬火钢件、非淬火钢件和铸铁件外圆表面，尺寸精度达IT9～IT7，表面粗糙度为Ra10～1.25μm。（2）粗车－半精车－精车

该方案适用于铜、铝等有色金属件外圆表面的加工。有色金属塑性较大，其切屑易堵塞砂轮表面，影响加工质量，故以精车代替磨削，尺寸精度达IT9～IT7，表面粗糙度为Ra5～1.25μm。11.1外圆表面加工4．高精度外圆表面加工

（1）粗车－半精车－粗磨－精磨此方案适于加工各种淬火、非淬火钢件和铸铁件。（2）粗车－半精车－精车－金刚石车（或滚压）该方案适于加工有色金属零件。5．精密外圆表面加工对于更高精度的钢件和铸铁件，除车削、磨削外，还需增加研磨或超级光磨等光整加工工序，使尺寸精度达IT5，表面粗糙度达Ra0.32～0.008μm。11.1外圆表面加工TransitionPage过渡页04成形表面加工01外圆表面加工02内孔表面加工03平面加工一、内孔表面概述

内孔表面（主要指光孔）是盘套、支架、箱体类零件的主要组成表面之一。按配合性质内孔表面有以下两种：（1）配合内孔装配中有配合要求的孔。如与轴有配合要求的套筒孔、齿轮或带轮上的孔、车床尾座体孔、主轴箱体上的主轴和传动轴的轴承孔等。其中箱体上的轴承孔孔系的加工精度要求较高。（2）非配合用孔无配合要求的孔。如紧固螺栓孔、油孔、内螺纹底孔、齿轮或带轮轮辐孔等。这类孔的加工精度要求不高。技术要求是拟定工艺方案的重要依据。内孔表面的技术要求也有以下四个方面：（1）尺寸精度指孔径和孔长的尺寸精度及孔系中孔与孔、孔与相关表面间的尺寸精度等。（2）形状精度指内孔表面的圆度、圆柱度及母线直线度和轴线直线度等。（3）位置精度指孔与孔（或与外圆表面）间的同轴度、对称度、位置度、径向圆跳动，孔与孔（或与相关平面）间的垂直度、平行度、倾斜度等。（4）表面质量指内孔表面粗糙度、表面层物理力学性能。11.2内孔表面加工二、内孔表面加工方法

根据孔的结构和技术要求的不同，内孔的加工方法可分为两类：一类是从实体上加工出孔，常用的是钻孔加工；另一类是对已有的孔进行半精加工和精加工，常用的有扩孔、铰孔及镗孔等。当孔的表面质量要求很高时，还需要采用精细镗、研磨、珩磨、滚压等表面光整加工方法；对非圆孔的加工则需要采用插削、拉削加工或电火花、超声波和激光打孔等特种加工方法。11.2内孔表面加工11.2内孔表面加工三、内孔表面加工方案

1．低精度内孔表面的加工对精度要求不高的未淬硬钢件、铸铁件及有色金属件，经一次钻孔或者经过粗镗（已有毛坯孔）即可达到要求。尺寸精度达IT13～IT10，表面粗糙度可达Ra80～5μm。2．中等精度内孔表面的加工对于精度要求中等的未淬硬钢件、铸铁件及有色金属件，当孔径小于30mm时，采用钻孔后扩孔（或粗拉）；孔径大于30mm，采用钻孔后半精镗达到要求。尺寸精度达IT13～IT9，表面粗糙度可达Ra40～1.25μm。3．较高精度内孔表面的加工对于精度要求较高的除淬硬钢以外的内孔表面，当孔径小于20mm时，采用钻孔后铰孔；孔径大于20mm时，可选用下列方案之一：钻－扩－铰；钻－半精镗－精镗；钻－镗（或扩）－磨；钻－拉。尺寸精度达IT9～IT7，表面粗糙度可达Ra10～0.32μm。11.2内孔表面加工4．高精度内孔表面的加工对于精度要求很高的内孔表面，当孔小于12mm时，可采用钻－粗铰－精铰方案。孔径大于12mm时，可选用下列方案之一：钻－扩（或镗）－粗铰－精铰；钻－拉－推；钻－扩（或镗）－粗磨－精磨。尺寸精度达IT8～IT6，表面粗糙度可达Ra1.25～0.08μm。5．精密内孔表面的加工对于精度要求更高的精密内孔表面，可在高精度内孔表面加工方案的基础上，采用金刚镗、研磨、珩磨、滚压等精细加工方法加工。尺寸精度达IT6～IT5，表面粗糙度为Ra1.25～0.008μm。11.2内孔表面加工11.2内孔表面加工TransitionPage过渡页04成形表面加工01外圆表面加工02内孔表面加工03平面加工一、平面概述1．平面类型（1）非结合平面这种平面不与任何零件相配合，一般无加工精度要求，只有当表面为了增加耐腐和美观时才进行加工。（2）结合平面这种平面多用于零部件的连接表面，如车床的主轴箱与床身的连接面，有较高的精度和表面质量要求。（3）导向平面如各类机床的导轨面，这种平面的精度和表面质量要求很高。（4）精密量具表面如钳工的平台、平尺的测量面和计量用量块的测量平面等。这种平面要求精度和表面质量均很高。2．平面的技术要求（1）形状精度指平面本身的直线度、平面度公差。（2）位置尺寸及位置精度指平面与其他表面之间的位置尺寸公差及平行度、垂直度公差。（3）表面质量指表面粗糙度、表层硬度、残余应力和显微组织等。11.3平面加工二、平面的加工方法加工平面常用的切削加工方法有车削、铣削、刨削、刮削、宽刃精刨、普通磨削、导轨磨削、精密磨削、砂带磨削、研磨和抛光等；特种加工方法有电解磨削平面和电火花线切割平面等。常用的平面加工方法见表11.3。11.3平面加工1．平面的车削加工平面车削一般用于加工回转体类零件的端面。车削可以在一次安装中将回转体类零件的端面、外圆表面、内圆表面全部加工出来，保证它们之间的位置精度要求。中小型零件的端面一般在卧式车床上加工；大型零件的平面需要在立式车床上加工。平面车削的尺寸精度可达IT11～IT6，表面粗糙度为Ra10～1.25μm。精车后的平面度误差在直径为100mm的端面上最小可达0.005～0.008mm。采用精细车表面粗糙度可达Ra1.25～0.02μm。2．平面的铣削加工铣削加工适用于各种不同形状的平面、沟槽的粗、半精加工。平面铣削分粗铣和精铣。精铣的表面粗糙度可达Ra5～0.63μm，两平面间的尺寸公差等级为IT8～IT6。11.3平面加工3．平面的刨削加工和拉削加工刨削和拉削一般适用于水平面、垂直面、斜面、直槽、V形槽、T形槽、燕尾槽单件小批量的粗加工、半精加工。平面刨削分粗刨和精刨。精刨后的表面粗糙度可达Ra5～0.63μm，两平面间的尺寸公差等级可达IT8～IT6。采用宽刀精刨技术，其表面粗糙度可达Ra1.25～0.16μm。采用精拉加工，尺寸精度可达IT9～IT6，表面粗糙度可达Ra2.5～0.32μm。4．平面的磨削加工磨削平面是平面精加工的主要方法，主要用于中、小型零件高精度表面及淬火钢等硬度较高的材料表面的加工。精磨后表面粗糙度可达Ra1.25～0.16μm，两平面间的尺寸公差等级可达IT8～IT6。11.3平面加工5．平面的光整加工（1）平面的研磨多用于中小型工件的最终加工。尤其当两个配合平面间要求很高的密合性时，常用研磨法加工。加工精度可达IT6～IT5，加工表面粗糙度可达Ra0.63～0.008μm。（2）平面的刮削

常用于工具、量具、机床导轨、滑动轴承的最终加工。加工表面粗糙度可达Ra1.25～0.04μm。（3）平面抛光

精加工后的平面经抛光后，可以去掉前工序的加工痕迹，从而获得更光泽的表面。抛光仅能降低表面粗糙度值，不能提高加工精度。6．电解磨削平面、线切割平面适宜加工高强度、高硬度、热敏性和磁性等导电材料上的平面。

11.3平面加工三、平面加工方案1．低精度平面的加工除淬火钢零件外，经粗刨、粗铣、粗车等即可达到要求。加工精度可达IT13～IT11，表面粗糙度可达Ra80～5μm。2．中等精度平面的加工（1）粗刨－精刨此方案适于加工狭长平面。（2）粗铣－精铣此方案适于加工宽大平面。（3）粗车－精车此方案适于加工回转体轴、套、盘、环等类零件的端面。（4）粗拉－精拉此方案适于贯通的内平面加工。3．高精度平面的加工（1）粗刨－精刨－宽刃精刨（代刮削）适于加工狭长平面。（2）粗铣－精铣－高速精铣适于加工宽平面。（3）粗铣－拉削不仅生产率很高，而且加工质量也较高。11.3平面加工4．精密平面的加工对于有更高精度要求的平面，可在磨削后分别采用研磨、精密磨、导轨磨、抛光等方法，使加工精度达到IT6以上，表面粗糙度达到Ra0.32～0.008μm。11.3平面加工TransitionPage过渡页04成形表面加工01外圆表面加工02内孔表面加工03平面加工一、成形表面的类型成形表面是机械零件上除了内外圆和平面之外的一类形状复杂的表面。许多机械零件上都具有成形表面。如机床的操作手柄、内燃机凸轮轴的凸轮、汽轮机的叶片、花键、模具型腔、螺旋浆等。成形表面大都是为实现某种特定功能而专门设计的，因此，其表面形状的技术要求是十分重要的。加工时，应根据零件的尺寸、形状及生产批量来拟定加工方案，但首先应满足其表面形状的要求。11.4成形表面加工（1）回转成形面由一条与轴线具有确定位置关系的直线或曲线母线绕轴线旋转而成。如滚动轴承内、外圆的圆弧滚道和手柄的回转曲面（图a）。（2）直线成形面由一条直母线沿一条曲线平行移动而成。如凸轮的廓形表面（图11.4b）、冷冲模的凸凹模型面、齿轮的渐开线齿面（图d）等。（3）立体成形面即零件各个剖面具有不同的轮廓形状的三维曲面，如锻模、压铸模、塑压模的型腔（图c）。11.4成形表面加工二、成形表面的加工方法1．用成形刀具加工刀具的切削刃按工件表面轮廓形状制造，加工时，刀具相对工件作简单的直线进给运动。（1）车削成形面用成形车刀可以车削内外回转成形面，（图11.5a）。（2）铣削成形面用成形铣刀可以加工直线成形面、螺旋成形面（图11.6）等。（3）磨削成形面利用修整好的成形砂轮，在磨床上可以磨削回转成形面（图11.5b）、直线成形面（图11.5c）。（4）成形面刨削与拉削利用成形刨刀可以刨削加工直线外成形表面；拉削加工可以加工内、外贯通成形表面，生产率高，精度高，适用于大批量生产。11.4成形表面加工11.4成形表面加工2．轨迹法加工成形面（1）仿形法加工通过机械、液压或电气的方法使刀具按靠模的形状作特定轨迹的运动，加工出所要求的成形曲面。11.4成形表面加工（2）轨迹合成法使刀具与工件按一定的轨迹运动，合成所要求的曲面成形面。如图所示，可以通过车刀的圆弧轨迹运动和工件的回转运动合成球面；通